DE3503161C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Besonderheiten dieses neuen schaumkeramischen Mate­ rials liegen sowohl in der Verwendung bestimmter Einsatz­ stoffkombinationen als auch bei dem Herstellungsverfahren, hauptsächlich was die spezielle Aufbereitung bestimmter Einsatzstoffe anbelangt, welche die Porenstruktur, die Dichte und andere Merkmale des neuen schaumkeramischen Materials wesentlich bedingen.

Als Einsatzstoffe werden verwendet Zement und/oder Zement­ mineralfüllstoffe, bestimmte Glasfritten und deren Roh­ stoffgemenge sowie gasentbindendes Blähmittel.

1. In der Patentliteratur ist eine Reihe anorganischer Schaumstoffe auf der Basis von Zement und chemischen Reagenzien, hauptsächlich Phosphorsäure, bekannt. Diese sind bei niedriger Temperatur hergestellt, sind keine Keramik und sind durch eine relativ großporige (1 bis 10 mm), hauptsächlich geschlossenzellige Poren­ struktur niedriger Dichte (0,1 bis 0,6 g/cm³) und mit niedrigen mechanischen Festigkeitswerten charakteri­ siert. In der Patentliteratur finden sich diesbezüg­ lich die US-PS 33 82 082, die EP 54 874 B1 und die DE-OS 27 14 735.

2. Andere anorganische Schaumstoffe gehen von wäßrigen Suspensionen von Wasserglas aus unter Verwendung von Talcum, Glimmer, Zinkoxid und ähnlichen. Als Blähmit­ tel wird meistens Aluminiumpulver verwendet.

Diese Schaumstoffe sind jenen bei 1. beschrieben in Porenstruktur und Dichte ähnlich, wobei die mechani­ schen Festigkeitswerte höher sind. In der Patentlite­ ratur ist angeführt EP 63 609 A1.

3. Bei keramischen Materialien mit geringerer Dichte, das heißt mit einem bestimmten Anteil von Poren, kön­ nen im wesentlichen vier Kategorien unterschieden werden:

3.1 Schaumkeramik, bei der die poröse Struktur im kalten Zustand über eine, meist wäßrige Schaumsuspension durch oberflächenaktive Substanzen aus bestimmten Schichtmaterialien, wie Vermiculit, Kaolinit, Mont­ morillonit und anderen Tonmineralien, entsteht, die nach der Trocknung zu Keramik gebrannt wird (siehe DE-OS 31 00 665).
Diese Materialien haben eine relativ geringe Dichte (0,1 bis 0,4 g/cm³) und somit sehr gute Wärmeisola­ tionseigenschaften. Die Poren sind hauptsächlich of­ fenzellig. Die Herstellung ist schwierig und kosten­ aufwendig.

3.2 Schaumkeramik wird auch noch dadurch hergestellt, daß z. B. feingemahlenes Ergußgestein, Flugasche, Glaspul­ ver und ähnliches mit einem Fluß- und Blähmittel ver­ mischt und auf Temperaturen zwischen 700°C bis 1200°C erhitzt werden.
Als Flußmittel werden vorzugsweise Borax/Borsäure und als Blähmittel Siliziumcarbid und/oder Ruß verwendet.
In der Patentliteratur finden sich in dieser Richtung insbesondere die DE-OS 33 14 796 und die DE-OS 33 14 797.
In Funktion der Schmelztemperatur zeichnen sich diese Materialien durch eine weitgehend oder ganz geschlos­ senzellige Porenstruktur aus, wobei der mittlere Po­ rendurchmesser 1 bis 6 mm beträgt. Die Wasseraufnahme ist somit gering (etwa 0,1 Vol.-%) und die Dichte liegt zwischen 0,25 bis 0,8 g/cm³. Wesentliche Nachteile dieser Verfahren sind die relativ lange Aufheiz- und Abkühlzeit und die grobporige Struktur, die den Ein­ satz hauptsächlich auf Wärmeisolationszwecke be­ schränkt.

3.3 Poröse Keramik wird auch noch dadurch hergestellt, daß in keramische Massen organische Rund- und Faser­ körper eingebracht und dann ausgebrannt werden. In der Patentliteratur sind angeführt die DE-PS 32 50 735, DE-PS 30 01 151 und die EP-OS 56 597.
Die Porenstruktur ist hauptsächlich geschlossen, die Dichte relativ hoch und die Herstellung, insbesondere bei Suspensionen, schwierig; ebenso können sich bei der Herstellung aus der Zersetzung der organischen Körper umweltbelastende Abgase ergeben.

3.4 Poröse Keramik wird auch noch dadurch hergestellt, daß offenzellige organische Schäume durch Suspensio­ nen aus keramischen Rohstoffen getränkt, getrocknet und die organischen Teile ausgebrannt werden. Da­ durch entsteht eine offenzellige sehr großporige Struktur. Anwendungsmöglichkeiten sind Wärmeisola­ tion, leichte keramische Formkörper und Filtermedien.
In der Patentliteratur sind angeführt die DE-PS 29 52 614, DE-PS 12 09 480, DE-OS 31 08 387, DE-OS 32 27 201, die GB-PS 10 54 421, die US-PS 40 75 303 und die DE-PS 30 40 754.
Die Herstellung dieser Materialien ist schwierig und kostenaufwendig.
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Kategorie der bei hoher Temperatur über eine Glasphase und mit Hilfe von Blähmitteln, hergestellten Schaumkeramik entsprechend obiger Ziffer 3.2, wobei gleichzeitig aber wesentliche Unterschiede sowohl vom Ansatz der Einsatzstoffe als auch vom Verfahren der Herstellung, insbesondere bei der Beeinflussung der Struktur, der Art (offen- oder geschlossenzellig) und die Größe der Poren und somit, was die Anwendungsmöglichkeiten an­ belangt, gegeben sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vielfältig verwendbare poröse keramische Körper und Flächenelemente aus jederzeit verfügbaren preisgünstigen Mineralien in be­ sonders wirtschaftlicher und kostengünstiger Weise in Form von Schaumkeramik herzustellen, die sich gegenüber derarti­ gen bekannten Erzeugnissen insbesondere durch ihre hohe Porosität mit großer innerer Fläche - insbesondere offen­ zellig - und eine dadurch bedingte geringe Dichte mit re­ lativ hoher mechanischer Festigkeit sowie geringer chemi­ scher Affinität auszeichnet und, mit Deckschichten in Sandwich-Konstruktionsweise versehen, interessante Oberflächenveredelungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von einem Stande der Technik nach obiger Ziffer 3.2, durch einen An­ satz zur Herstellung von Schaumkeramik nach den Ansprüchen 1 bis 5 gelöst, während in den Ansprüchen 6 bis 8 ein be­ sonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Schaum­ keramik unter Verwendung von Ansätzen nach den Ansprüchen 1 bis 4 und in den Ansprüchen 9 sowie 10 bis 15 einerseits ein Ansatz zur Herstellung einer keramischen Deckschicht für Schaumkeramik, hergestellt nach den Ansprüchen 1 bis 8, und andererseits verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher keramischen Deckschichten für Schaumkeramik in verschiedenen Variationen gekennzeichnet sind.

Durch die Erfindung wird ein neues Material hergestellt, welches sich gegenüber derartigen bekannten Erzeugnissen durch folgende Merkmale unterscheidet:

• - Die Poren können neben der geschlossenzelligen, charak­ teristisch für die über Blähmittel hergestellte Schaum­ keramik, in ihrer Gesamtheit offenzellig, mit einer relativ feinen (2 bis 200 µm) und gleichmäßig verteilten Struktur und somit mit einer relativ hohen inneren spe­ zifischen Fläche sein, wobei diese Merkmale bei der Herstellung steuerbar sind;
• - die chemische und kristalline Zusammensetzung führt bei relativ niedriger Dichte zu hohen mechanischen Festig­ keitswerten und geringer chemischer Affinität, wobei die chemische Zusammensetzung der Glasphase ebenfalls steuerbar ist;
• - die mit Deckschichten versehene Schaumkeramik und die Kombination von Schaum - mit kompakter Keramik in Sand­ wich-Konstruktionsweise ergibt noch höhere mechanische Festigkeiten und ermöglicht für die praktische Anwen­ dung sehr interesssante Oberflächenveredelungen.

Durch diese nur gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzie­ lenden Merkmale eröffnen sich für die Schaumkeramik neben den bekannten Anwendungen als Wärmeisolationsmaterialien neue Anwendungsmöglichkeiten wie:

• - Reaktionskörper für chemische Reaktionen und Katalyse;
• - Filtermedien für hohe Temperaturen und für aggressive Medien;
• - Absorptions- und Desorptionskörper;
• - leichte, wärmeisolierende Flächenelemente mit veredelter Oberfläche für den Wand-, Decken- und Fußbodenbereich so­ wie für Fassaden bei verschiedenen Bauten;
• - leichte, nichtbrennbare Flächenelemente als Ersatz für aus Holz und/oder Holzfasern hergestellte Produkte;
• - besondere Wärmeisolationsmaterialien, welche am Ort der Anwendung hergestellt werden können, und die verschie­ dene Eigenschaften, wie z. B. Strahlenundurchlässigkeit und ähnliches, haben.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Glasfritte be­ stimmter Zusammensetzung, ein Rohstoffgemenge der Glasfrit­ te, einen bestimmten Zementtyp sowie eine gasentbindende Substanz mit einer Zersetzungstemperatur im Bereich ober­ halb der Halbkugeltemperatur der Glasfritte. Durch die Reaktion zwischen den einzelnen Komponenten bilden sich neue Substanzen, wobei insbesondere der Zementanteil mit der Glasphase reagiert und sich im Endprodukt als Zement nicht mehr wiederfindet. Halbkugeltemperatur ist dabei die Temperatur, die, kontrolliert über ein Erhitzungsmikro­ skop, die Ausbildung einer Halbkugel im Erweichungsbe­ reich, also zwischen Erweichungspunkt und Fließpunkt eines Glases, anzeigt.

Die Glasfritte, das der Glasfritte entsprechende Rohstoff­ gemenge und die gasentbindende Substanz werden in einer Variante

• a) naßgemahlen und sprühgetrocknet,

und in einer zweiten Variante

• b) naßgemahlen, getrocknet oder trockengemahlen und, durch geringe Zugaben von Wasserglas als Binder, pelletiert.

Das trockene Sprühkorn und/oder die getrockneten Pellets werden mit der Zementkomponente innig vermischt, unter Be­ achtung, daß die Sprühkorn- und/oder Pelletsstruktur nicht zerstört werden darf. Die so entstandene Trockenmischung als Pulvergemisch wird in Formen gebracht und mit leichtem Druck, durch Planpressen, kompaktiert. Die Temperatur wird bis innerhalb des Erweichungsintervalls der Fritte ge­ bracht und kann auch den Halbkugelpunkt bis zu 10% über­ schreiten. Die Aufheiz- (und dann auch die Abkühlgeschwin­ digkeit) hängt von der geometrischen Form des gewünschten Schaumproduktes ab und liegt normalerweise zwischen 600°C/h bis 1000°C/h, wobei die Aufheizzeit durch Vorwärmen des Pulvergemisches wesentlich verkürzt werden kann.

Im Erweichungs- bzw. Entstehungsbereich der Glasphase fin­ det die gasbildende Zersetzung des betreffenden Blämit­ tels statt.

Die durchschnittliche Porengröße und deren Größenvertei­ lung hängt von der Zusammensetzung, der Größe und der Größenverteilung des Sprükorns und der Pellets, der Spitzentemperatur und der Art und der Menge des Blähmit­ tels ab.

Die Art der Poren - offen- und/oder geschlossenzellig - hängt von der Verwendung von Sprühkorn und/oder Pellets ab.

Wenn alle Komponenten, ohne Blähmittel, dafür aber mit einem Schamotteanteil gemahlen und gemischt werden, so ergibt dies ein Reaktionsgemisch für ein porenfreies Material, welches zur Herstellung von Deckschichten für schaumkeramische Körper, insbesondere Flächenprodukte, verwendet wird. Diese Deckschichten können während des Brandes der Schaumkeramik aufgebracht werden (= Einbrand) oder auch nachträglich (= Zweibrand).

Der erfindungsgemäße Ansatz besteht aus Bleibor-, Natrium­ bor- oder ähnlichen Glasfritten, so wie diese hauptsäch­ lich bei der Herstellung von Glasurüberzügen, insbesondere bei Fliesen, verwendet werden und wie in den folgenden Beispielen konkret beschrieben. Das für die Herstellung der verwendeten Glasfritte erforderliche Rohstoffgemenge wird über die keramischen Eigenschaften der Fritte sowie über die chemische Zusammenstellung derselben errechnet.

Als gasentbindende Substanz können verschiedene Karbo­ nate, insbesondere Kalzium- und Magnesiumkarbonat, aber auch Siliziumkarbid, Ruß, und ähnliches verwendet werden. Das gasentbindende Mittel muß immer so gewählt werden, daß die Gasbildung innerhalb des Erweichungsintervalls der Glasphase stattfindet. Unter Erweichungsintervall der Glasphase wird der Bereich vom Erweichungsbeginn bis zu Halbkugeltemperatur verstanden.

Diese Komponenten werden im Verhältnis von 50 bis 90% Glasfritte, 0 bis 40% Rohstoffgemenge, und 5 bis 15% Blähmittel naß oder trocken feingemahlen, unter 125 µm, und anschließend entweder sprühgetrocknet, wobei der Fest­ stoffgehalt der Sprühsuspension bei 75% und darüber lie­ gen kann, oder aber unter Zugabe von bis zu 5% Natrium­ wasserglas, als Binder, pelletiert werden.

Als Zementkomponente wird hauptsächlich Portlandzement, vorzugsweise PZ 35, verwendet. Das Sprühkorn bzw. die Pellets werden dann im Gewichtsverhältnis 20 bis 45% Zement und 55 bis 80% Sprühkorn oder Pellets innig ver­ mengt.

Nachdem dieses Pulvergemisch in feuerfeste oder aus Metall­ legierungen bestehende Formen durch Schütten gebracht ist, wird dieses leicht kompaktiert durch Planieren und an­ schließend gebrannt. Der Brand wird bei einer Temperatur von 750°C bis 1200°C realisiert, und zwar abhängig von den Merkmalen der verwendeten Glasphase. Die Aufheiz- und Ab­ kühlgeschwindigkeiten können sehr hoch sein. Sie liegen zwischen 500°C/h und 2000°C/h, wobei diese umso höher sein können, je größer das Verhältnis Oberfläche zu Volumen und je geringer die durchschnittliche Dicke des herzustellen­ den Körpers ist.

Die schaumkeramischen Körper, insbesondere die Flächenpro­ dukte, können mit einer kompakten Deckschicht beschichtet werden, wobei die Zusammensetzung 25 bis 50% Gewichtsan­ teile Glasfritte, 0 bis 25% Rohstoffgemenge für die Glasfritte, 15 bis 35% Zement und 15 bis 35% Schamotte ist.

Der Brand der Deckschichten findet ebenfalls bei 750°C bis 1200°C statt, da die Glasphase in der Deckschicht mit je­ ner aus der Schaumkeramik übereinstimmen muß. Wenn die Deckschicht zusammen mit der Schaumkeramik hergestellt wird, ist dies ein Einbrandverfahren, wenn die Deckschicht nachträglich aufgebracht wird, ist dies ein Zweibrandver­ fahren.

Der Füllungsgrad der Formen, in denen die Schaumkeramik entsteht, liegt zwischen 60 und 90%.

Die Formen werden, um ein Anbacken zu vermeiden, mit einem Trennmittel bestrichen, welches zweckmäßigerweise eine Suspension aus kalzinierter Tonerde oder Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid und ähnliches, in Wasser und als Haftvermittler wenig Methylcellulose-Lösung ist. Die For­ men sind meistens mit Entlüftungslöchern versehen, welche hauptsächlich unten und seitlich angebracht sind, wobei diese bei der Füllung mit porösem Papier abgedeckt sein können, um ein Auslaufen des Pulvergemisches zu verhin­ dern.

Beispiel 1

1. Eine Glasfritte mit folgenden keramischen Eigenschaften:

Erweichungsbeginn= 720°C Halbkugeltemperatur= 880°C Wärmeausdehnungs-
koeffizient= 73 · 10^-7/°C
(400 bis 600°C) Dichte= 2,9 g/cm³

chemischer Zusammensetzung:

Na₂O=   4,2% K₂O=   3,2% CaO=   7,6% PbO=  23,0% Al₂O₃=   3,2% SiO₂=  49,0% B₂O₃=   9,5% sonstige=   0,3%    100,0%

wird in einer Menge von 200 kg mit 5% Kaolin als Mahlhil­ fe, und ein Blähmittel, wie Kalksteinmehl (CaCO₃), in einer Menge von 20 kg, in 130 l Mahlwasser versetzt mit 4 l 40%iger Na-Wasserglaslösung, eingebracht. Dieses Mahlgemisch wird auf eine durchschnittliche Korngröße von kleiner als 60 µm gemahlen und dann im Sprühtrockner (Heißluft 450°C, Abluft 130°C) mit einer Sprühdüse mit einem Durchmesser von 2 mm getrocknet. Es wird ein stabiles Sprühkorn mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 mm erhalten.

2. Ein Portlandzement Typ 35 wird anschließend mit dem Sprühkorn innig vermischt, und zwar in einem Trocken­ mischer.

Das Gewichtsverhältnis ist 30% PZ 35 und 70% Sprüh­ korn nach Punkt 1 dieses Beispiels.

3. Das Pulvergemisch aus Zement und Sprühkorn wird in eine Form aus feuerfestem Material (Schamotte) gege­ ben, welche vorher mit kalzinierter Tonerde engo­ biert wurde, um ein Verkleben zu vermeiden. Die Pro­ duktform hat folgende Dimensionen:
Ein Hohlzylinder mit einem äußeren Durchmesser von 90 mm, einem inneren Durchmesser von 20 mm, einer Wanddicke von 35 mm und einer Höhe von 80 mm.

4. Der Brennprozeß wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 1000°C/h eingeleitet. Die Spitzentemperatur ist 1100°C. Es wird keine Haltezeit eingelegt, und die Abkühlung auf normale Temperatur erfolgt in 90 Minu­ ten. Die Ausformung konnte problemlos erfolgen.

5. Eine Untersuchung des entstandenen Schaummaterials hat folgende Ergebnisse gebracht:

• - es handelt sich um eine silikatische Keramik mit hohem CaO- und PbO-Anteil;
• - das CaO erscheint in der einzigen kristallinen Phase, dem Wollastonit (CaO × SiO₂);
• - das PbO ist nur in der amorphen Glasphase vor­ handen und in dieser ungleichmäßig verteilt, allerdings homogen über das ganze Produkt.
• - das Material ist hochporös (70%) und stark ver­ glast, worauf die beachtliche Festigkeit zurück­ zuführen ist;
• - die Erweichung bzw. Sinterung setzt bei ca. 700°C leicht ein, und bei 1100°C ist das Material prak­ tisch geschmolzen;
• - das Aussehen des Materials ist beige, von ein­ heitlicher Färbung, gleichmäßig porös mit ein­ zelnen gröberen Poren größer als 0,5 mm Durch­ messer. Raumgewicht= 0,98 g/cm³; spezifisches Gewicht= 3,07 g/cm³; Wasseraufnahme= 67,3% Gesamtporosität= 68,3%,davon offene Porosität 65,5%;
  davon geschlossene Porosität 2,8%;
• - die chemische Analyse ergibt Glühverlust=   1,03% SiO₂=  40,01% Al₂O₃=   4,98% Fe₂O₃=   0,74% TiO₂=   0,38% CaO=  27,12% MgO=   1,05% Na₂O=   2,57% K₂O=   1,95% Li₂O= <0,02% B₂O₃=   4,57% S als SO₄=   0,87% MnO=   0,03% PbO=  12,81% Rest=   1,87%    100,00%
• - unter der Annahme, daß ²/₃ des CaO im Wollastonit enthalten sind, ergibt sich ein kristalliner An­ teil (Wollastonit) von 38% und ein amorpher An­ teil (Glas) von 62%;
• - das Porengefüge ist gleichmäßig und im Durchmes­ ser breit gefächert: Makroporen200 bis 100 µm Mittlere Poren 30 bis  50 µm Mikroporen  2 bis  10 µm
• - der Wärmeausdehnungskoeffizient ist 115 · 10^-7 m/°C.

Beispiel 2

1. Eine Glasfritte mit den Eigenschaften aus Beispiel 1, Punkt 1, wird, wie dort angegeben, zu Sprühkorn ver­ arbeitet.

2. Das Rohstoffgemenge für die verwendete Glasfritte hat folgende Zusammensetzung:

Dehybor=  12,0% Kalkspat=  13,6% Kaolin=   2,1% Kalifeldspat=  15,8% Quarzmehl=  34,9% Mennige=  21,6%    100,0%

Dehybor ist entwässertes Natriumtetraborat (Borax).

Zu 200 kg dieses Gemenges werden 20 kg Kalksteinmehl (CaCO₃) und 150 l Wasser dazugegeben und in einer Mühle gemahlen bis zu einer Korngröße kleiner als 60 µm.

Diese Suspension/Lösung wurde unter ähnlichen Bedin­ gungen wie die Glasfritte (siehe Beispiel 1) sprüh­ getrocknet.

3. Ein Portlandzement Typ 35 wird dann mit dem Glasfrit­ ten-Sprühkorn und dem Rohstoffgemenge-Sprühkorn ver­ mischt, und zwar in folgenden Gewichtsanteilen:

PZ 35=  30% Glasfritte-Sprühkorn=  35% Rohstoffgemenge-Sprühkorn=  35%    100%

Bei der Trockenmischung muß ebenfalls, wie bei Bei­ spiel 1, darauf geachtet werden, daß das Sprühkorn nicht zerstört wird.

4. Das bei 3. hergestellte Pulvergemisch wird in eine Form aus hitzbeständiger Stahllegierung gebracht, welche vorher eingobiert wurde, um ein Anbacken zu verhindern. Die Form hat folgende Dimensionen: Länge = 200 mm, Breite = 160 mm, Höhe = 15 mm.

5. Der Brennprozeß wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von etwa 2000°C/h eingeleitet. Die Spitzentemperatur ist 920°C und die Haltezeit fünf Minuten. Die Abküh­ lung auf die normale Temperatur findet in etwa 30 Minuten statt.

6. Es ist eine Platte aus Schaumkeramik entstanden mit folgenden Eigenschaften:

• - es handelt sich um eine silikatische Keramik;
• - der CaO-Gehalt ist hauptsächlich in der kristal­ linen und der PbO-Gehalt nur in der Glasphase enthalten;
• - das Material ist hochporös mit einer Wasserauf­ nahme von 74%;
• - das Material hat eine hellgraue Farbe, von ein­ heitlicher Färbung;
• - das Raumgewicht = 0,79 g/cm³;
• - das Porengefüge ist weniger gleichmäßig (als beim Beispiel 1) und visuell erscheint der Anteil der geschlossenen Porosität höher (als beim Beispiel 1).

Beispiel 3

1. Eine Glasfritte der Zusammensetzung wie bei Beispiel 1 wird trocken, zusammen mit einem 10%igen Gewichtsan­ teil von Kalksteinmehl (CaCO₃), gemahlen, bis zu einer Korngröße kleiner als 125 µm. In einem Pelletier-Inten­ sivmischer wurde eine Pelletierung vorgenommen mit

3000 g Feststoff (Glasfritte + 10% CaCO₃ gemahlen)
 400 g Na-Wasserglas 40%ig verdünnt mit
 400 g Wasserzusatz bei
10 Minuten Dauer mit 3000 Umdrehungen/Min.
danach wurden hinzugefügt
200 g Feststoff (Glasfritte + 10% CaCO₃ gemahlen) zur Puderung bei
2 Minuten Dauer mit 1500 Umdrehungen/Min.

Anschließend wurden die Pellets 10 Minuten unter Wärme­ strahlen bis zur Rieselfähigkeit getrocknet. Die Pel­ letgrößenverteilung ist:

⌀ < 2 mm=   2,6% Gewichtsanteil 2 mm ⌀ < 1 mm=  23,4% Gewichtsanteil 1 mm ⌀ < 0,2 mm=  64,5% Gewichtsanteil 0,2 mm ⌀=   9,5% Gewichtsanteil    100,0% Gewichtsanteil

Das Schüttgewicht der getrockneten Pellets liegt zwi­ schen 960 und 1160 g/l. Der Pelletanteil von 0,2 mm wird zur Weiterverarbeitung abgezweigt.

2. Ein Gewichtsanteil von 70% der Pellets mit Durchmes­ ser 0,2 mm, mit einer Restfeuchte von 10% wird mit einem Gewichtsanteil von 30% Portlandzement Typ 35 (PZ 35) trocken vermengt, so daß die Pellets dabei nicht zerstört werden.

3. Das Pellets-Zement-Gemisch wird in eine Form wie in Beispiel 2 gebracht und auch entsprechend den Be­ dingungen von Beispiel 2 gebrannt.

4. Es ist eine Platte aus Schaumkeramik mit folgenden Eigenschaften entstanden:

• - es handelt sich um eine silikatische Keramik mit dem CaO-Anteil hauptsächlich in der kristallinen und dem PbO-Anteil nur in der amorphen (Glas-) Phase;
• - das Material ist hochporös;
• - das Material hat eine hellgraue Farbe, einheit­ licher Färbung;
• - das Raumgewicht ist 0,64 g/cm³;
• - das Porengefüge ist weniger gleichmäßig als im Beispiel 1 und der Anteil der geschlossenen Poro­ sität erscheint visuell sehr hoch.

Die nach der Erfindung herstellbaren Produktvarianten ha­ ben vielfältige Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten.

Die wichtigsten davon sind:

1. keramische Flächenelemente

Die keramischen Flächenelemente können mit offen- und/ oder geschlossenzelliger Porenstruktur, ohne oder mit einer oder zwei Deckschichten versehen sein. Die Oberflächenveredlung dieser Flächenelemente kann vor­ genommen werden durch:

1.1 keramische Glasur, welche vorzugsweise auf eine geschlossenzellige Schaumkeramik mit einer Deck­ schicht auf diese, bei Temperaturen unterhalb des Halbkugelpunktes der für die Herstellung der Schaumkeramik verwendeten Glasfritte, eingebrannt sind. Eine Dekorierung, zur weiteren Veredlung, kann anschließend bei einer Temperatur um ca. 50 bis 100°C unter der Glasiertemperatur, reali­ siert werden.
Diese glasierten Flächenelemente können kerami­ sche Fliesen, insbesondere Wandfliesen und Wandmosaik, ersetzen, wobei folgende Vorteile gegeben sind:

• - die Flächenelemente können um ein Vielfaches größer sein als die einzelnen Fliesen, was zu einer einfacheren Verlegung und zu weniger Fu­ gen führt; auch kann das Ansehen, als große Fläche, ästhetischer sein;
• - da die Dichte der schaumkeramischen Flächenele­ mente ca. dreimal niedriger als jene von ke­ ramischen Fliesen ist, sind die Handhabung, die Verlegung, der Transport, und ähnliches ein­ facher und mit weniger Aufwand verbunden;
• - die Porenstruktur bedingt sehr gute Wärmeiso­ lationseigenschaften, welche zu einer "wärme­ ren Wand" als bei keramischen Fliesen führen;
• - durch das geringe Gewicht können diese glasier­ ten schaumkeramischen Flächenelemente neue Ein­ satzgebiete, wie z. B. Deckenelemente, erschlie­ ßen, wobei noch zu vermerken ist, daß diese Elemente nicht brennbar sind;
• - bei einer bestimmten Porenstruktur sind diese Flächenelemente frostsicher und haben somit einen wesentlichen Vorteil durch die Größe, durch das niedrige Gewicht und die Frostbestän­ digkeit gegenüber keramischen Außenverkleidun­ gen;
• - die guten Wärmeisolationseigenschaften gegenüber dem Untergrund, auf welchem diese Flächenelemen­ te aufgebracht werden, ermöglicht es, eine Flä­ chenheizung in oder unterhalb der Glasurschicht anzubringen und so Voraussetzungen für eine großflächige und mit niedriger Temperatur arbei­ tende Innenheizung zu verwirklichen.

1.2 Beschichtungen mit Furnieren aus Holz oder Kunst­ stoff-Folien, werden auf geschlossen- oder offen­ zelligen Schaum, vorzugsweise mit zwei Deckschich­ ten und verstärkt durch entsprechende Fasern, auf­ gebracht. Es entstehen dadurch Flächenelemente ähnlich wie furnierte Holzpanele. Der wichtigste Vorteil dieser schaumkeramischen Flächenelemente ist, daß diese nicht brennbar sind und somit ins­ besondere für Büroräume, Hotelräume und für ande­ re öffentliche Räume, wie Kongreßsäle, Konzert-, Theater- und Opernsäle, im Schiffsbau und ähn­ lichem geeignet sind. Anmerkenswert erscheint auch die Substitution von Holz und Holzfasern durch mineralische Massenrohrstoffe.

1.3 Beschichtung aus anorganischen oder organischen Substanzen, insbesondere aus verschiedenen Poly­ meren, führen zu schaumkeramischen Flächenelemen­ ten mit offen- oder geschlossenzelliger Poren­ struktur, mit oder ohne Deckschichten und mit oder ohne Faserverstärkung. Die Einsatzmöglich­ keiten sind sehr vielfältig, wobei insbesondere die Verkleidung von Innenwänden hervorzuheben ist. Der Vorteil gegenüber für diese Zwecke ge­ genwärtig eingesetzten Materialien liegt in dem geringen Gewicht, den hohen Wärmeisolationseigen­ schaften und der Unbrennbarkeit.

2. Sonstige schaumkeramische Produkte

Die schaumkeramischen Produkte mit oder ohne Deck­ schicht sowie mit oder ohne kompakt-keramische Hülle können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden.

2.1 mit aktivierter innerer Porenfläche für das Auf­ bringen von katalytischen Substanzen.
Ein offenzelliger keramischer Schaum, so wie die­ ser nach den Ansprüchen der vorliegenden Erfin­ dung hergestellt wird, bietet eine hohe Poro­ sität und somit eine relativ große innere Fläche bei einer relativ hohen mechanischen Fertigkeit. So ist die primäre innere Fläche einer Schaum­ keramik, hergestellt nach Beispiel 1, ca. 150,0 cm²/cm³. wobei die primäre innere Fläche der gegenwärtig zum Einsatz kommenden monolithischen keramischen Katalysatorträger für PKW's nur ca. 31,67 cm²/cm³ ist.
Da anzunehmen ist, daß durch die Imprägnierung mit z. B. einer Suspension aus kalzinierter Ton­ erde, mit anschließender Trocknung und Brand, die sekundäre innere Fläche sich ebenso verviel­ facht, wie dies bei den monolithischen Katalysa­ torträgern der Fall ist, zeigt sich hier die Möglichkeit zur Herstellung von wesentlich kostengünstigeren und vom Volumenbedarf her kleineren Katalysatorträgern ab.
Mit oder ohne aktivierte innere Oberfläche stellt die offenzellige Schaumkeramik auch ein relativ gutes Filtermedium für bei hohen Temperaturen zu reinigende Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten dar.

2.2 mit reaktiver innerer Oberfläche.
Ein offenzelliger keramischer Schaum kann mit den Lösungen und/oder feinen Dispersionen verschiede­ ner chemischer Substanzen oder deren Gemische im­ prägniert und anschließend getrocknet werden. Da­ durch entstehen Reaktionsmedien, welche bei hohen Temperaturen für die Reinigung von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten verwendet werden können, wobei die entstehenden Reaktionsprodukte in dem Poren­ volumen als Speicher zurückbleiben. Der schaum­ keramische Reaktionskörper wird dann von Zeit zu Zeit erneuert. Einsatzmöglichkeiten in dieser Richtung ergeben sich für die Reinigung von Rauchgasen aus kleineren Entstehungsquellen, wie z. B. bei den Ölheizungen in Einfamilienhäusern oder kleineren Wohnanlagen. Die mit einer reak­ tiven inneren Beschichtung versehene offenzellige Schaumkeramik könnte für die Reinigung der Rauch­ gase von Schwefeldioxid (und -trioxid) verwen­ det werden, wobei die Reaktionsprodukte gespei­ chert bleiben und periodisch der schaumkerami­ sche Reaktionskörper ausgewechselt wird.
Unter die Produktkategorie würde auch die Akti­ vierung der inneren Fläche mit verschiedenen Ionentauschern fallen, welche bei relativ hohen Temperaturen arbeiten.

2.3 als Speicher verschiedener chemischer Substanzen und deren Gemische.
Die offenzellige schaumkeramische Porenstruktur kann mit verschiedenen chemischen Substanzen als Lösung und/oder Dispersion imprägniert und ge­ trocknet oder mit Schmelzen imprägniert und in ähnlicher Weise behandelt als Desorptionskörper verwendet werden. Dabei werden durch Auflösen oder Verdampfen die imprägnierten Substanzen von außen nach innen abgegeben. Als Beispiel dafür können Desinfektions-, Geruchsmittel oder auch Kunstdüngerkombinationen angeführt werden.
Durch die Kapillarität der offenzelligen Schaum­ keramik kann diese auch als Absorptionskörper verwendet werden, wobei die absorbierten Sub­ stanzen in dem Porenvolumen gespeichert werden. Anzumerken ist, daß z. B. leicht brennbare Flüs­ sigkeiten, wie Benzin, bei Feuerkontakt keine explosionsartige Verbrennung ergeben, da der Transport der brennbaren Substanz an die Ober­ fläche des Porenkörpers nur bedingt erfolgt.

2.4 als spezielles Wärmeisolationsmaterial:
Der isolierende schaumkeramische Körper wird aus dem Pulvergemisch in komplizierten Formen durch Brennen hergestellt. Dadurch können schaumkerami­ sche Isolationsmaterialien sehr komplizierter Form hergestellt werden, um Vorrichtungen kompli­ zierter geometrischer Form zu isolieren. Durch das Einbringen von einem hohen PbO-Anteil in die Glasphase der Schaumkeramik sind Wärmeisola­ tionen möglich, bei welchen z. B. radioaktive Strahlungen des isolierten Gegenstandes, wie z. B. beim Transport von flüssigem Natrium bei Atom­ reaktoren, erfolgen.
Eine weitere interessante Anwendung ist dadurch möglich, daß das Pulvergemisch direkt in das Volumen der Isolationsschicht gebracht und durch Erhöhung der Temperatur die Schaumkeramik als Isolationsmaterial vor Ort entsteht. Dies ist insbesondere bei schwer zugänglichen, zum größten Teil geschlossenen Stellen erforderlich.

Claims (14)

1. Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik, da­ durch gekennzeichnet, daß er aus einer trockenen, pulverförmigen Komposition aus Zement oder aus Zementmineralen einerseits und aus einem als Sprühkorn und/oder als Pellets kompaktierten Gemisch aus einer gemahlenen Glasfritte, einem Rohstoff­ gemenge der Glasfritte entsprechend und einem gasentbin­ denden Blähmittel andererseits besteht, aus dem die Schaumkeramik durch Brennen in Formen bei hoher Tempera­ tur hergestellt wird.

2. Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil von Zement oder von Zement­ mineralen, vorzugsweise Portlandzement Typ 35, bei 20 bis 45%, vorzugsweise 25 bis 35%, und der Gewichtsan­ teil des Sprühkorns und/oder der Pellets bei 55 bis 80%, vorzugsweise bei 65 bis 75%, liegt, und daß für das Sprühkorn und/oder die Pellets eine Glasfritte, vorzugs­ weise eine Bleibor- oder Natriumborfritte, mit einem Erweichungsbeginn von 650°C bis 1000°C, vorzugsweise 720°C bis 830°C, und einer Halbkugeltemperatur von 750°C bis 1200°C, vorzugsweise 780°C bis 900°C, in einem Gewichtsanteil von 50 bis 90%, vorzugsweise 60 bis 80%, ein der Glasfritte entsprechendes Rohstoffgemenge in einem Gewichtsanteil von 0 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 30%, und ein gasentbindendes Blähmittel mit einer Zersetzungstemperatur von 780°C bis 1250°C, vorzugsweise 830°C bis 930°C, in einem Gewichtsanteil von 5 bis 15%, vorzugsweise 10%, genommen werden.

3. Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik nach den An­ sprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasfritte mit Blähmittel und das der Glasfritte entsprechende Rohrstoffgemen­ ge mit Blähmittel jeweils getrennt in Sprühkorn und/ oder Pellets kompaktiert werden und als solche in die Komposition eingehen.

4. Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik nach den Ansprü­ chen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verwendung von Sprühkorn im Zement oder in den Zementmineralen zu einer offenzelligen, von Pellets zu einer geschlossenzelligen und von Sprüh­ korn und von Pellets zu einer teilweise offen- und teilweise geschlossenzelligen Porenstruktur führt, wobei die Zusammensetzung des Sprühkorns und/oder der Pellets, die Korngröße und die Korngrößenverteilung dieser und die maximale Brenntemperatur die Größe und die Größenver­ teilung der Poren bedingen.

5. Ansatz zur Herstellung von Schaumkeramik nach den Ansprü­ chen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Komposition aus Zement oder aus Zementmineralen und Sprühkorn und/oder Pellets ein Volumenanteil von 0 bis 30%, vorzugsweise 0 bis 15%, von Mineralfasern und/oder Metallfasern mit Längen von 10 bis 30 mm und Durchmessern kleiner als 300 µm und einer Schmelztemperatur oberhalb der Halbkugeltemperatur der verwendeten Glasfritte, dazugemischt ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik, da­ durch gekennzeichnet, daß die An­ sätze nach den Ansprüchen 1 bis 5 in keramische oder Metallformen gebracht, durch Planpressen an der Ober­ fläche leicht kompaktiert und bei einer Temperatur von 750°C bis 1200°C, vorzugsweise 880°C bis 1000°C, gebrannt werden, wobei die Aufheiz- und Abkühlge­ schwindigkeiten zwischen 500°C/h bis 2000°C/h, vor­ zugsweise zwischen 600°C/h bis 1000°C/h, liegen und die Haltedauer bei der maximalen Brenntemperatur 0 bis 30 Minuten, vorzugsweise 0 bis 10 Minuten beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Komponenten des Sprühkorns und/oder der Pellets naß gemahlen und sprühgetrocknet bzw. naß gemahlen und getrocknet oder trockengemahlen und unter Zugabe von Wasserglas pelletiert werden, wo­ bei die Korngröße nach der Mahlung kleiner als 125 µm, vorzugsweise kleiner als 60 µm, ist und anschließend das Sprühkorn und/oder die Pellets mit dem Zement oder den Zementmineralen innig trocken vermischt werden.

8. Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Brennformen aus feuerfestem kerami­ schen Material und/oder aus hitze- und korrosionsbe­ ständigen Metallegierungen bestehen, bei welchen die Kontaktflächen mit der Pulverkomposition mit einer Trennschicht, vorzugsweise aus kalzinierter Tonerde, bestrichen sind und welche mit Entlüftungslöchern, insbesondere bei Formkörpern mit größerer Dicke, ver­ sehen sind, wobei der Füllungsgrad der Brennformen zwischen 60 bis 90% liegt.

9. Ansatz zur Herstellung einer keramischen Deckschicht für Schaumkeramik, hergestellt nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einer pulverförmigen Komposition aus einer Glasfritte, aus Zement oder Zementmineralen entsprechend dem Anspruch 2 und einer Schamotte zusam­ mengesetzt ist, und daß der Gewichtsanteil der Glas­ fritte 25 bis 60%, vorzugsweise 40 bis 50%, der Gewichtsanteil des der Glasfritte entsprechenden Roh­ stoffgemenges 0 bis 25%, vorzugsweise 5 bis 20%, der Gewichtsanteil von Zement oder von Zementmineralen 15 bis 35%, vorzugsweise 20 bis 30%, und der Gewichts­ anteil der Schamotte 15 bis 35%, vorzugsweise 20 bis 30%, beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Deck­ schicht für Schaumkeramik, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponenten nach Anspruch 9 bis zu einer Korngröße von kleiner als 125 µm einzeln gemahlen und anschließend trocken vermischt werden.

11. Verfahren zur Herstellung von mit keramischen Deck­ schichten versehener Schaumkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch gemäß Ansprüchen 9 und 10 für die untere Deckschicht, entsprechend der gewünschten Dicke in die Form für Schaumkeramik eingebracht und planiert, darauf das Pulvergemisch nach den Ansprüchen 1 bis 5 für die Schaumkeramik, entsprechend der gewünschten Dicke aufgebracht und planiert und darauf das gleiche Pul­ vergemisch, wie für die untere Deckschicht, als obere Deckschicht, in der gewünschten Dicke aufge­ bracht und planiert und anschließend das ganze Pulver­ schichtsystem durch Planpressen leicht kompaktiert und entsprechend dem Anspruch 6 gebrannt wird, wobei, wenn das keramische Flächenprodukt nur eine Deck­ schicht haben soll, vorzugsweise die obere Deckschicht entfällt.

12. Verfahren zur Herstellung von mit keramischen Deck­ schichten versehener Schaumkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein schaum­ keramisches Flächenprodukt, nach den Ansprüchen 1 bis 8 hergestellt, ein Pulvergemisch, gemäß den An­ sprüchen 9 und 10 hergestellt, in der gewünschten Dicke aufgebracht, planiert und kompaktiert und nach dem Anspruch 6 gebrannt wird.

13. Verfahren zur Herstellung von mit einer schaumkerami­ schen Schicht versehenen kompakt-keramischen Flächen­ produkten oder mit einem schaumkeramischen Kern ver­ sehenen kompakt-keramischen Hohlkörpern, da­ durch gekennzeichnet, daß das kompakt-keramische Flächenprodukt in der gewünschten Dicke beschichtet bzw. der kompakt-keramische Hohl­ körper gefüllt wird mit einem Pulvergemisch, herge­ stellt gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, und daß der Brennprozeß gemäß dem Anspruch 6 durchgeführt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines offenzelligen schaum­ keramischen Körpers, mit oder ohne Deckschicht, be­ reitgestellt nach den Ansprüchen 1 bis 8, 9 bis 11 und 13, mit einer aktivierten inneren Fläche der Po­ ren, dadurch gekennzeichnet, daß der schaumkeramische Körper mit einer, vorzugs­ weise wäßrigen, Aufschlämmung von aktivierter Ton­ erde, feinstens gemahlen (2 bis 10 µm), mit einem Zu­ satz von 5 bis 20% Kieselgel, imprägniert, an­ schließend getrocknet und bei 500 bis 600°C zu einem Katalysatorträger gebrannt wird.