DE3618610A1

DE3618610A1 - METHOD FOR RETURNING HIGH-TEMPERATURE-RESISTANT MOLDED BODIES MADE OF AMORPHEM, SINTERIZED SILICON DIOXYD

Info

Publication number: DE3618610A1
Application number: DE19863618610
Authority: DE
Inventors: Hans Gloor; Georges Dr Devillaz; Alain Prof Mocelin
Original assignee: Concast Standard AG
Current assignee: Concast Standard AG
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-12-10
Also published as: DE3618610C2; WO1987007592A1

Abstract

High-temperature resistant mouldings can be shaped from fine-grained-amorphous silicon dioxide, and then sintered. The mouldings known as silicon-dioxide ceramics have only a low resistance to mechanical stresses. To enhance in particular the mechanical strength, such as improved edge resistance, reduced abrasive wear etc. it is proposed that the sintered object (2) is subjected, at selected points (8, 12) to glazing by localized melting by means of an intense energy source, such as for example a high-temperature burner or laser.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbe griff von Anspruch 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.

Es ist bekannt, hochtemperaturbeständige Formkörper aus amorphem Siliziumdioxyd bei verschiedenen technologischen Anwendungsgebieten einzusetzen, insbesondere bei metallur gischen Verfahren, die bei Temperaturen bis ca. 1700 Grad C arbeiten.It is known to use high-temperature-resistant molded articles made of amorphous silicon dioxide in various technological fields of application, in particular in metallurgical processes which work at temperatures up to approximately 1700 degrees C.

Amorphes Siliziumdioxyd kann dabei unter verschiedenen physikalischen Formen eingesetzt werden. Wenn sehr gute physikalische, chemische und mechanische etc. Eigen schaften verlangt werden, so können solche Formkörper aus Quarzglas hergestellt werden. Quarzglaskörper sind jedoch vom Material als auch von der Herstellung her kostspielig und damit für viele Einsatzgebiete, obwohl technisch gut geeignet, aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar.Amorphous silicon dioxide can be different physical forms are used. If very good physical, chemical and mechanical etc. Eigen such shells can be required Quartz glass can be made. However, quartz glass bodies are expensive in terms of material and manufacture and thus for many areas of application, although technically good suitable, not justifiable for economic reasons.

Als Quarzgut werden aus geschmolzenem, reinem Quarzitsand hergestellte Formkörper bezeichnet. Das Schmelzen des Quar zitsandes erfolgt in der Regel in rotierenden Formen, bei spielsweise durch elektrische Lichtbögen. Dieses Verfahren liefert rotationssymmetrische Formkörper mit sehr gleich mässigen, dichten, milchglasähnlichen Wänden. Durch das Schmelzen während der Formgebung wird der kristalline Quar zit in amorph erstarrte Kieselsäure überführt. Die physika lischen und mechanischen Eigenschaften sind dem Quarzglas sehr ähnlich. Der Giessprozess in rotierende Formen ist ebenfalls kostspielig und die Herstellung nicht rotations symmetrischer Formstücke durch Zusammenschweissen ist auf wendig.Melted, pure quartzite sand is used as quartz Manufactured molded body called. The melting of the quar zitsandes is usually done in rotating forms, at for example by electric arcs. This method delivers rotationally symmetrical moldings with very the same moderate, dense, frosted glass-like walls. By the The crystalline quar melts during shaping Zit converted into amorphous solidified silica. The physika The quartz glass has mechanical and mechanical properties very similar. The casting process in rotating molds is also expensive and the production is not rotational symmetrical fittings by welding is open agile.

Mittels Giess- oder Pressverfahren können Formkörper auch aus amorphem Siliziumdioxyd hergestellt werden, im nach folgenden Siliziumdioxyd-Keramik genannt. Beim Schlicker- Giessverfahren wird beispielsweise Siliziumdioxyd-Mehl mit feiner Körnung mit Wasser vermischt, bis ein giessfähiger Brei entsteht. Diese giessfähige Masse wird in eine Form gegossen, die der Aussen- und/oder Innengeometrie des Formkörpers entspricht. Das entformte Teil wird anschlies send getrocknet und bei ca. 1000 Grad C gesintert, wobei der Formkörper schrumpft. Eine solche amorphe Silizium dioxyd-Keramik hat dann üblicherweise eine Porosität von 12%-15%. Formkörper nach diesem Verfahren kosten nur einen Bruchteil gegenüber solchen aus Quarzglas oder Quarz gut. Neben guten thermischen und teilweise auch chemischen Eigenschaften sind aber die mechanischen Eigenschaften schlecht; wegen der geringen Festigkeit ist das Material für viele Anwendungsbereiche ungeeignet. Im weiteren sind Körper aus Siliziumdioxyd-Keramik nicht lichtdurchlässig für Beobachtungs- und Messzwecke und im weiteren auch nicht vakuumdicht.Shaped bodies can also be produced from amorphous silicon dioxide by means of casting or pressing processes, hereinafter referred to as silicon dioxide ceramic. In the slip casting process, for example, silicon dioxide flour with a fine grain size is mixed with water until a pourable slurry is formed. This pourable mass is poured into a mold that corresponds to the outside and / or inside geometry of the molded body. The demolded part is then dried and sintered at approx. 1000 degrees C , whereby the molded body shrinks. Such an amorphous silicon dioxide ceramic then usually has a porosity of 12% -15%. Shaped bodies using this process only cost a fraction of those made of quartz glass or quartz. In addition to good thermal and sometimes chemical properties, the mechanical properties are poor; Because of its low strength, the material is unsuitable for many areas of application. Furthermore, bodies made of silicon dioxide ceramic are not translucent for observation and measurement purposes and furthermore are not vacuum-tight.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ma terial zu finden, das die guten Eigenschaften von Quarz glas aufweist, aber sowohl in der Einzel- als auch Serien herstellung um ein Mehrfaches biliger beschafft werden kann.The invention is therefore based on the object, a Ma to find material that has the good properties of quartz glass, but in both the individual and series manufacturing multiple times cheaper can.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verfah rensmerkmale von Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the method resolved features of claim 1.

Formkörper nach dem erfindungsgemässen Verfahren stellen eine optimale Kombination der Eigenschaften von Quarzglas bzw. Quarzgut, aber auch von Siliziumdioxyd-Keramik dar, weil nach Wahl nur diejenigen Stellen und Teile des Körpers durch Verglasung vergütet werden können, die von der Beanspruchung oder Zweckbestimmung her eine solche Vergütung erfordern. Daraus resultieren günstige Material und Herstellungskosten. Neben vielen Einsatzmöglichkeiten solcher erfindungsgemäss hergestellter Körper haben sie sich insbesondere als Eingiess- und Metallverteilsysteme beim kontinuierlichen Giessen von dünnen und dünnsten Bändern auf eine gekühlte Giesstrommel, wie beispielsweise mikrokristalline oder amorphe Bänder, bewährt. Im weiteren können bei rohrförmigen Körpern zum Schutze von fliessen dem Giessmetall gegen Oxydation etc. durch örtliche Ver glasungen licht- und infrarotdurchlässige Fenster für optische Messungen, wie Temperatur, Schlackenfluss etc., geschaffen werden.Place molded articles according to the method of the invention an optimal combination of the properties of quartz glass or quartz material, but also of silicon dioxide ceramics, because only those positions and parts of the Body can be remunerated by glazing by such a use or purpose Require remuneration. This results in cheap material and manufacturing costs. In addition to many possible uses they have such bodies produced according to the invention in particular as pouring and metal distribution systems in the continuous casting of thin and thinnest Tapes on a cooled casting drum, such as microcrystalline or amorphous tapes, proven. In the further can flow on tubular bodies to protect them the cast metal against oxidation etc. by local Ver glazing translucent and infrared transparent windows for optical measurements such as temperature, slag flow etc., be created.

Die Verglasungsdicke an ausgewählten Stellen kann in weiten Grenzen frei gewählt werden. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird empfohlen, an den ausge wählten Stellen eine Oberflächenschicht des Körpers von 1/10 bis 5 mm Dicke zu verglasen.The glazing thickness at selected points can be in wide limits can be freely chosen. From technical and economic reasons it is recommended to take out chose a surface layer of the body from To glaze 1/10 to 5 mm thickness.

Neben der wesentlichen Verbesserung der mechanischen Ei genschaften an hochbeanspruchten Teilen können auch die optischen Eigenschaften verbessert werden. Insbesondere wenn optische Messgeräte zur Messung von Giessparametern eingesetzt werden, kann nach einer zusätzlichen Ausfüh rungsform an der ausgewählten Stelle die ganze Wandstärke zur Bildung eines Fensters verglast werden. Gemäss einer andern Ausführungsform kann eine Randzone einer Fenster öffung im Formkörper verglast und in die Fensteröffung ein Quarzglasfenster eingeschweisst werden. Durch den vergla sten Fensterbereich kann ein hinter dem Fenster liegendes Medium optisch beobachtet und/oder seine Temperatur ge messen werden. Es ist beispielsweise möglich, Temperatur, Badspiegelhöhe, Schlackenhöhe etc. zu messen. In addition to the major improvement in mechanical egg properties on highly stressed parts can also optical properties can be improved. In particular if optical measuring devices for measuring casting parameters can be used after an additional version the entire wall thickness at the selected point be glazed to form a window. According to one in another embodiment, an edge zone of a window opening in the molded body is glazed and into the window opening Quartz glass windows are welded. Due to the glazed Most window area can be a behind the window Medium observed optically and / or its temperature ge will measure. For example, temperature, Measure bath level, slag height etc.

Gesinterte Formkörper aus Siliziumdioxyd-Keramik können auf unerschiedliche Weise hergestellt werden. Sie können durch Pressen in Pressformen oder im Schlicker-Giessver fahren etc. hergestellt werden. Solche Formkörper haben sich für die örtliche Verglasung besonders geeignet.Sintered shaped bodies made of silicon dioxide ceramic can produced in different ways. You can by pressing in molds or in the slip casting process driving etc. are manufactured. Have such shaped bodies are particularly suitable for local glazing.

Eine Formgebung des Körpers kann vor der örtlichen Ver glasung abgeschlossen sein. Gemäss einer weiteren Aus führungsform kann an verglasten Stellen des Körpers eine zusätzliche thermische, mechanische etc. Formgebungs operation durchgeführt werden. Auf diese Weise können insbesondere feinste Bearbeitungen, wie schmale Schlitze und kleine Löcher, präzise und kantenscharf an solchen Körpern angebracht oder Verbindungsoperationen durch Schweissen vorgenommen werden.A shaping of the body can before the local Ver glazing must be completed. According to another out leadership form can be found on glazed areas of the body additional thermal, mechanical etc. shaping operation. That way you can especially the finest machining, such as narrow slots and small holes, precise and sharp on those Bodies attached or connecting operations through Welding.

Wird für die Formgebung wie Bohren und Schlitzen etc. ein Laser verwendet, so können Formgebung und Schmelzvergütung in einem einzigen Schritt durchgeführt werden.Is used for shaping such as drilling and slitting etc. Lasers are used, so shaping and melting can be done be done in a single step.

Im nachfolgenden soll anhand von Figuren ein Ausführungsbei spiel der Erfindung erläutert werden.In the following, an embodiment is to be made using figures game of the invention will be explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Giessdüse und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 1 is a vertical section through a casting nozzle and Fig. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Formkörper 2 als Giessdüse auf einem ro tierenden Giessband oder einer Giesstrommel 3 angeordnet. Der Formkörper 2 ist aus amorphem Siliziumdioxyd, beispiels weise im Schlicker-Giess- oder im Pressverfahren aus fein körnigem Siliziumdioxyd hergestellt und durch Sinterung verfestigt worden.In Fig. 1, a molded body 2 is arranged as a pouring nozzle on a ro-running casting belt or a casting drum 3 . The molded body 2 is made of amorphous silicon dioxide, for example in the slip casting or pressing process from fine-grained silicon dioxide and has been solidified by sintering.

Beim Giessen dünner Bänder 5 ist eine genaue Dosierung des flüssigen Metalles 4 auf die Giesstrommel 3 erforderlich. Zu diesem Zweck ist der Formkörper 2 mit einer schlitzför migen Düsenöffnung 6 mit einer Breite von nur wenigen Zehntelmillimetern Breite versehen. Die genaue Dimen sionierung und die Konstanthaltung dieses Schitzes während der Giessauer bestimmen im wesentlichen die Qualität und die Abmessungen des Bandes 5.When casting thin strips 5 , precise metering of the liquid metal 4 onto the casting drum 3 is required. For this purpose, the molded body 2 is provided with a slit-shaped nozzle opening 6 with a width of only a few tenths of a millimeter. The exact dimensioning and the constant maintenance of this slit during the casting period essentially determine the quality and the dimensions of the band 5.

Mittels einer Energiequelle wie Hochtemperaturbrenner oder Laser ist deshalb der gesinterte Formkörper 2 im Bereich der Düsenöffnung 6 örtlich durch Anschmelzen der Oberflä che vergütet worden. Kurze Schraffen stellen den durch Schmelzvergütung verglasten Bereich 8 dar.By means of an energy source such as high-temperature burners or lasers, the sintered molded body 2 in the area of the nozzle opening 6 has been locally tempered by melting the surface. Short hatches represent the area 8 glazed by melting.

Je nach Verwendungszweck kann eine Verglasung auf eine Oberflächenschicht beschränkt oder auf die ganze Wand stärke ausgedehnt werden. Vielfach ist es von Vorteil, eine verglaste Schichtdicke zwischen 1/10 mm und 5 mm zu wählen. An der verglasten Stelle 8 kann mittels einer Diamantfräserscheibe 18, wie in Fig. 2 durch strichpunk tierte Linie teilweise dargestellt, ein Düsenschlitz eingefräst werden. Neben einer solchen mechanischen Be arbeitung können auch thermische Formgebungsoperationen, wie Schweissarbeiten, Laserschneiden etc., durchgeführt werden. Die gefräste Düsenöffnung 6 kann, wie auf der rechten Seite in Fig. 2 dargestellt, auf eine gewünschte Schlitzlänge 10 mit Quarzglas wieder verschweisst werden.Depending on the intended use, glazing can be limited to one surface layer or extended to the entire wall thickness. It is often advantageous to choose a glazed layer thickness between 1/10 mm and 5 mm. At the glazed point 8 , a nozzle slot can be milled in by means of a diamond cutter disk 18 , as partially shown in FIG. 2 by a dash-dotted line. In addition to such mechanical machining, thermal shaping operations such as welding, laser cutting, etc. can also be carried out. As shown on the right-hand side in FIG. 2, the milled nozzle opening 6 can be welded again to a desired slot length 10 using quartz glass.

Wie in Fig. 1 und 2 erkennbar ist, können transparente Fenster auf verschiedene Arten am Formkörper angebracht werden. Durch örtliche Verglasung der vollen Wandstärke, wie mit 12 dargestellt, entstehen lichtdurchlässige Fen ster, die auch für ultraviolette und infrarote Strahlungs messungen geeignet sind. Für eine optische Beobachtung, wie Badspiegelmessung etc., kann aber auch ein Quarzglas fenster 14 eingeschweisst werden. Vor dem Einschweissen des Quarzglasfensters 14 wird in der Regel eine Randzone 16 der Fensteröffnung 15 verglast. Mit 17 ist ein opti sches Beobachtungsinstrument schematisch dargestellt.As can be seen in FIGS. 1 and 2, transparent windows can be attached to the molded body in different ways. Local glazing of the full wall thickness, as shown at 12 , creates translucent windows that are also suitable for ultraviolet and infrared radiation measurements. For optical observation, such as bath level measurement, etc., a quartz glass window 14 can also be welded in. Before the welding in of the quartz glass window 14 , an edge zone 16 of the window opening 15 is generally glazed. With 17 an optical observation instrument is shown schematically.

Anstelle von Formkörpern, die im Schlicker-Giessverfahren hergestellt sind, können auch andere Formgebungsverfahren, wie Pressen etc., angewendet werden. Das Formverfahren des Körpers und die Sintertemperatur sowie die Sinterzeit sind für das erfindungsgemässe Verfahren nicht von Bedeu tung, es können auch andere Verfahren zur Herstellung der Formkörper aus amorphem Siliziumdioxyd gewählt werden.Instead of shaped bodies, the slip casting process other molding processes, such as presses, etc. The molding process of the body and the sintering temperature as well as the sintering time are of no importance for the method according to the invention tion, other methods of manufacturing the Shaped body made of amorphous silicon dioxide can be selected.

Claims

1. Process for the production of high-temperature-resistant shaped bodies made of silicon dioxide, fine-grained, amorphous silicon dioxide being formed into a body ( 2 ) and solidified by sintering, characterized in that the sintered body ( 2 ) at selected points ( 8 , 12 ) by means of an energy source of high intensity is remunerated locally by melting.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a source of energy a high temperature burner or a Laser is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the selected point ( 8 ) a surface layer of the body is glazed to about 5 mm by melting.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the selected point ( 12 ) the entire wall thickness to form a window is glazed by melting.

5. The method according to claim 1 to 2, characterized in that the shaped body ( 2 ) cut with a laser, slotted, etc., and is simultaneously glazed by melting.

6. The method according to claim 1 or 5, characterized in that an opening ( 15 ) in the molded body ( 2 ) is welded by means of a quartz glass window ( 14 ).

7. The method according to claim 6, characterized in that through the glazed window ( 14 ), a medium located in the molded body ( 2 ) is optically observed, preferably its temperature is measured.

8. The method according to any one of claims 1-7, characterized in that further thermal, mechanical etc. shaping operations are carried out on glazed areas ( 8 ) of the body ( 2 ).