DE3788597T2

DE3788597T2 - Filter für geschmolzenes Metall und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE3788597T2
Application number: DE3788597T
Authority: DE
Inventors: Alison W Gee; Premachandran Krishnaswamy; Ajit Y Sane
Original assignee: Metaullics Systems Co LP
Current assignee: Metaullics Systems Co LP
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2007-06-23
Also published as: KR920005476B1; JPS6369775A; EP0251634B1; AU603807B2; AU7464587A; MX170867B; BR8703265A; CA1306818C; EP0251634A2; ATE99276T1; DE3788597D1; KR880000606A; NO872699D0; EP0251634A3; NO872699L

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet des Abfiltrierens von Verunreinigungen aus geschmolzenen oder Flüssigphasen-Metallen und insbesondere von Mitteln zur Abtrennung von nichtmetallischen Einschlüssen und Verunreinigungen aus geschmolzenem Material, wenn dieses fließt.

2. Hintergrund

Beim Schmelzen, Veredeln und Formen von Metallen, typischerweise wenn geschmolzene Metalle gegossen werden, ist es erwünscht, exogene intermetallische Einschlüsse von dem geschmolzenen Metall abzutrennen. Derartige Einschlüsse entstehen in geschmolzenen Metallen z. B. durch Verunreinigungen, die in dem zur Bildung der Schmelze angewandten Ausgangsmaterial enthalten sind, durch Schlacken, Schlicker und Oxide, die sich auf der Oberfläche der Schmelze bilden, und durch kleine Teile der feuerfesten Materialien, die angewandt werden zur Bildung der Kammer oder des Gefäßes in dem die Metallschmelze erzeugt wird. Solche Einschlüsse können, soweit sie nicht von dem geschmolzenen Metall entfernt werden, zu Schwachpunkten und/oder Porosität in dem als Endprodukt gebildeten festen Metallkörper, der gegebenenfalls das Endprodukt der Schmelzoperation ist, führen.
Typischerweise wird beim Metallgießen die Metallschmelze in einem Ofen erzeugt, in den die Bestandteile in Form von ungeschmolzenem Schrott und/oder raffiniertem Hüttenmetall, Deoxidationsmitteln in verschiedener Form (sowohl fest als auch gasförmig oder als Kombination von beiden) und Legierungselementen eingebracht werden. Sehr leichte (wenig dichte) Feststoffe und Gase neigen dazu, an die Oberfläche der Schmelze zu wandern, wo sie aufschäumen oder schwimmen in Kombination mit teilweise oder vollständig verfestigten Oxiden, die unterschiedlich als Schlacken, Metallschlacken oder Schlicker bekannt sind. Die Verunreinigungen mit höher Dichte neigen in der Schmelze dazu, in einer Art von Suspension in der flüssigen Phase des Metalls oder der Schmelze zu verbleiben, wenn in der Flüssigkeit innerhalb der Schmelze eine Konvektionsströmung erzeugt wird, mit Hilfe der Heizvorrichtungen, die durch den Schmelzofen geliefert werden.
Bei der Schmelzoperation dient der Ofen als Gefäß, das das geschmolzene Metall, während es schmilzt aufnimmt und, abhängig von der Teilchenart des geschmolzenen Metalls oder der entstandenen Legierung, während eines Zeitraums nach dem Schmelzen, um das geschmolzene Metall zu veredeln, indem Gase und Verunreinigungen geringer Dichte an die Oberfläche wandern. Das geschmolzene Metall wird dann typischerweise in ein anderes Gefäß überführt wie z. B. eine Gießpfanne, um es zu den Formeinrichtungen z. B. eine Gießform zu transportieren. Wahlweise kann das geschmolzene Metall direkt von dem Ofen abgezogen werden und durch Schwerkraft durch einen Kanal zu einer Formeinrichtung, wie einer Stranggußvorrichtung fließen. Eine Vielzahl anderer Methoden, die angewandt werden, um geschmolzenes Metall aus einem Ofen abzuziehen und es zu Formeinrichtungen zu leiten sind dem Fachmann bekannt.
Während dieser Transportphase, in der das geschmolzene Material vom Schmelzofen zu der Gießeinrichtung bewegt wird, ist es erwünscht, sicherzustellen, daß der Schlicker oder die Schlacke von der Oberfläche der Schmelze nicht in das geformte Material eingeschlossen wird und auch daß die exogenen intermetallischen Einschlüsse höherer Dichte in der Schmelze nicht in dem geformten Metall eingeschlossen werden.
Ein Verfahren, das angewandt wird, um den Einschluß von exogenen intermetallischen Substanzen, einschließlich Schlacken oder Schlicker in dem geformten Metallkörper zu verhindern, besteht darin das geschmolzene Material, während es aus dem Schmelzofen zu der Formeinrichtung fließt, zu filtrieren. Eine Vielzahl von Mitteln, um diese Filtration zu erreichen, sind dem Fachmann bekannt. Jüngere Beispiele hierfür finden sich in den US-PS 4 444 377, 4 426 287, 4 413 813, 4 384 888, 4 330 328, 4 330 327, 4 302 502, 4 298 187, 4 258 099, 4 257 810, 4 179 102, 4 159 104, 4 081 371, 4 032 124 und 3 869 282. Es gibt viele weitere jüngere leicht zugängliche Literaturstellen, die Verfahren zum Filtrieren von geschmolzenem Metall zeigen. Es gibt auch zahlreiche ältere zugängliche Literaturstellen, die in die Geschichte zurückgehen und die Vorrichtungen und Verfahren zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen zeigen wie z. B. die US-PS 3 006 473.
Bei derartigen Systemen wird ein Filtermedium oder Filterelement verwendet. Die grundlegenden Materialeigenschaft, die für ein Filtermedium erforderlich ist, ist daß es aus einem Hochtemperaturmaterial besteht, das den hohen Temperaturen der geschmolzenen Metalle widersteht und in einer derartigen Umgebung stabil ist. D.h., daß das Material nicht durch Schmelzen, chemische Reaktionen oder Erosion bei erhöhten Temperaturen zerstört werden darf. Das Filtermedium muß auch seine strukturelle Integrität bei erhöhten Temperaturen beibehalten. Und natürlich muß das Filtermedium, um als Filter zu wirken, in der Lage sein, einzuschließen oder den Durchfluß zu verhindern von Feststoffen, Flüssigkeiten und Semiflüssigkeiten, die alle nicht-metallisch oder inter-metallisch sind, entweder indem das Material des Filtermediums mit derartigen Einschlüssen chemisch reagiert und/oder durch mechanisches Verhindern des Durchflusses durch das Filtermedium während der Durchfluß des geschmolzenen (flüssigen) Metalls weiterhin ermöglicht und erleichtert wird. Ferner werden derartige Filtermedien in Produktionsanlagen angewandt, an denen ungelernte oder angelernte Arbeiter arbeiten und mit Vorrichtungen, Ausrüstungen und Werkzeugen der Schwerindustrie. So sollten derartige Filtermedien einen hohen Grad an struktureller Integrität bei Raumtemperatur besitzen, so daß eine grobe Handhabung nicht schädlich ist.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind viele verschiedene Formen von Filtermedien bekannt. Ebenfalls bekannt ist die Verwendung vieler unterschiedlicher Materialien und vieler unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung oder Erzeugung von porösen Körpern, die als Filter verwendet werden können. Z.B. lehrt die US-PS 3 796 657 die Verwendung eines fluidisierten und gesinterten Aggregats von Teilchen zur Bildung eines porösen, chromatographischen Filtermediums zur Abtrennung von Gasen von Flüssigkeiten und unterschiedlicher Flüssigkeiten voneinander. Die US-PS 4 430 294 lehrt als ein anderes Beispiel die Erzeugung von porösen Nickelkörpern unter Verwendung von reduzierenden Gasen und Kohlenstoffpulver zur Bildung von kleinen Lücken in dem Nickelpulver, während eines schnellen Sinterverfahrens. Die US-PS 4 285 828 lehrt als ein weiteres Beispiel die Bildung eines porösen Aluminiumkörpers durch Zusammenbringen von Aluminiumpulver mit einem Expandiermittel, wie einem feinen Salz, Heißpressen des Gemisches und Herauslösen des Expandiermittels aus den Poren des Körpers. Als ein weiteres Beispiel zeigt die US-PS 4 391 918 das Imprägnieren eines offenzelligen organischen Schaums mit einer Aufschlämmung, bestehend hauptsächlich aus Aluminiumoxid plus Sinterhilfsmitteln. Der organische Schaumstoff wird dann verbrannt, indem die Aufschlämmung sintert, unter Bildung eines keramischen Aluminiumoxidschaums, der als Filter für geschmolzene Metalle verwendet werden kann.
Viele ältere Patentschriften lehren das Binden von kristallinem keramischen Material wie Siliciumcarbid oder Tonerde mit einem Glaskeramikmaterial wie Glas. Die ist z. B. in der US-PS 2 007 053 angegeben. Es ist auch bekannt, direkt Teilchen von keramischem Material zu einem porösen Körper zu sintern zur Herstellung eines Filtermediums. Dies ist z. B. in der US-PS 2 021 520 angegeben. Schließlich ist es bekannt, ein keramisches Material wie Aluminiumoxid mit einem verbrennbaren Material wie Kohlenstoff zu vermischen und das verbrennbare Material während des Sinterns zur Erzeugung eines porösen Körpers zu verbrennen. Dies ist z. B. in den US-PS 2 360 929 und 2 752 258 angegeben.
Eines der Probleme, die mit vielen der Filtermedien verbunden sind, die geeignet sind zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, besteht darin, daß es schwierig ist, die Poren oder Durchgänge durch die Filtermedien im wesentlichen offenzuhalten, aber auch die Größe zu kontrollieren, so daß das geschmolzene Metall frei durch die Filtermedien über den Querschnitt mit einer kontrollierten Geschwindigkeit hindurchgeht und daß alle festen Bestandteile mit einem vorberechneten Größenbereich oder darüber gleichmäßig von einem Durchgang durch den vollen Querschnitt der Dicke der Filtermedien gehindert werden.
Ein anderes Problem, das vielen bekannten Filtermedien anhaftet, die geeignet sind zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, besteht darin, daß die Oberflächen der Poren oder Durchgänge durch die Filtermedien nicht glatt sind und so einem nicht gleichförmigen Aufbau von Feststoffen unterliegen, was dazu führt, daß diese stärker an nicht glatten Oberflächen an der Eintrittsseite des Filtermediums haften, und so die Dicke des Filtermediums nicht voll ausgenutzt werden kann, um derartige Feststoffe abzufangen. Darüber hinaus neigen nicht glatte Oberflächen dazu, Turbulenzen in dem Strom des geschmolzenen Metalls zu erzeugen, wodurch ein glatter Durchstrom dadurch behindert wird. Diese Phänomene verkürzen die Lebensdauer des Filtermediums, da der Durchfluß von geschmolzenem Material mit einer relativ höheren Geschwindigkeit abnimmt, als wenn die volle Dicke der Filtermedien angewandt werden kann, um die festen Bestandteile einzuschließen.
Ein anderes Problem, das vielen der bekannten Filtermedien anhaftet, besteht darin, daß es schwer ist, die Größen von Poren oder Durchgängen durch die Filtermedien zu lokalisieren zur Bildung von Abstufungen der Porengröße, entweder durch die Filtermedien oder von einer Seite zu der anderen über die Oberfläche dadurch, wenn dies erwünscht ist. Derartige Abstufungen sind nützlich für spezielle Situationen zur Verhinderung des Durchgangs von gemischten festen Materialien verschiedener Arten und Verstärkung der Abtrennung von bestimmten Gasen aus dem geschmolzenen Metall, während es durch die Filtermedien hindurchströmt. Derartige Abstufungen können auch angewandt werden, um unter speziellen Umständen die Fließgeschwindigkeiten selektiv zu kontrollieren.
Noch ein weiteres Problem, das bei vielen der bekannten Filtermedien auftritt, besteht darin, daß sie bei erhöhten Temperaturen sowie bei Raumtemperatur zu spröde oder zu zerbrechlich sind, oder beides. So ist das strukturelle Versagen von bekannten Filtermedien ein Hauptproblem gewesen im Zusammenhang mit der Wirtschaftlichkeit ihrer Anwendung zum Filtrieren von geschmolzenem Metall. Es ist bekannt, daß die Festigkeit verringert wird durch das Vorhandensein von scharfen Ecken, nichtkontinuierlichen keramischen Strukturen und großen Poren in den lasttragenden Bereichen des Keramikmaterials. Z.B. stellen fadenförmige Poren, die nach der Bildung von vernetzten Schaumfiltermedien zurückbleiben, derartige Fehler dar.
Von den oben erwähnten Druckschriften nach dem Stand der Technik beschreibt die US-PS 4 257 810 einen keramischen porösen Körper, mit einer dreidimensionalen zellulären Netzwerkstruktur, mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, ohne Verstopfung in irgendeiner Richtung, der im wesentlichen aus einer Cordierit-Phase, Kieselsäure und Tonerde besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Porengröße von 25 bis 35 Poren/linearem cm in einem an einer beliebigen Stelle herausgeschnittenen Bereich, eine spezifische Schüttdichte von 0,3 bis 0,7, eine Porösität von 75 bis 90% und einen Druckverlust von 47 bis 294 N/m² (4,8 bis 30,0 mm als Wasserdruck) aufweist, wenn Luft durch den Körper von 1 cm Dicke mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s hindurchgeht. Ein derartiger Körper wird hergestellt durch Bildung eines offenzelligen flexiblen Polyurethanschaumstoffs als Substrat, Imprägnieren des Schaumstoffs mit einer keramischen Aufschlämmung, Entfernung überschüssiger Aufschlämmung, bestehend im wesentlichen aus einer Corierit-Phase, Kieselsäure und Tonerde, ohne daß der Schaum deformiert wird, und Brennen des mit der keramischen Aufschlämmung überzogenen Schaumstoffs bei 1300 bis 1500ºC, um den Schaumstoff durch Verkokung zu entfernen.
Im Gegensatz dazu, wendet die vorliegende Erfindung ein unterschiedliches Verfahren an und die Struktur des Produkts unterscheidet sich. Insbesondere besitzen mehr als 50% der Poren des erfindungsgemäßen Körpers eine rundliche Form, die allgemein die Form eines Hohlzylinders erreicht.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Filtermedium ohne fadenförmige Poren, aber mit verhältnismäßig gleichförmigen Zellgrößen, mit Durchgängen oder Poren dazwischen mit verhältnismäßig glatten Oberflächen an den Zellwänden, wobei die Wände der Durchgänge oder Poren dazwischen mit den Kanten oder diskreten Übergangsbereichen zwischen Zellen und den sie verbindenden Poren abgerundet oder glatt sind, und ein Mittel zu dessen Herstellung, sowie Mittel zur Herstellung eines Filtermediums mit Abstufungen der Zellgröße oder Lokalisation der Zellgrößen oder Durchgangs-(Poren)-Größen. Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Filtermedium mit einer hohen Strukturintegrität sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen, die mit geschmolzenen Metallen verbunden sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers, sowie den porösen Keramikkörper selbst. Eine Menge bindungsfähiges oder sinterbares Keramikpulver oder Gemische von unterschiedlichen Keramikpulvern, die entweder gebunden werden oder zusammen sintern, werden sorgfältig mit einem Polymerbinder vermischt. Ein Porenbildner wird ebenfalls mit dem Pulver oder den Pulvern und einem Polymerbinder vermischt. Das erhaltene Gemisch der Bestandteile wird dann zu einem verhältnismäßig dichten, sich selbst unterhaltenden (selbsttragenden) Körper verfestigt. Der Porenbildner kann irgendein geeigneter Feststoff sein, der durch Auslaugen, Schmelzen oder Pyrolyse entfernt werden kann. Der Porenbildner kann ein Gleitmittel, das in dem Polymerbinder nicht löslich ist und das keine nachteiligen Wirkungen auf die Härtung des Polymerbinders ausübt, umfassen. Der Porenbildner kann andererseits Selbstschmiereigenschaften besitzen. Oder, wahlweise kann das Harz selbst oder in Kombination mit anderen Materialien zu Gleitfähigkeit zwischen den Oberflächen des Porenbildners und dem Harz führen. Der Porenbildner kann auch unter Preßbedingungen deformierbar sein. Der Polymerbinder kann irgendein heißhärtendes oder thermoplastisches Harz sein, das leicht mit Keramikpulver oder -pulvern und dem Porenbildner vermischt werden kann, vorausgesetzt, daß der Polymerbinder das Gleitmittel, das zusammen mit dem Porenbildner darin verwendet wird, nicht löst oder verdünnt. Der selbsttragende Körper wird dann zu einer festen Form verfestigt, z. B. Druckverfestigen durch Warmformen. Der Polymerbinder wird dann gehärtet. Dann wird der Porenbildner entfernt und der geformte Körper auf Sintertemperatur erhitzt, zur Bildung eines porösen gesinterten Keramikkörpers mit Zellen und untereinander verbunden Poren, in einer Form, die auf dem Gebiet der Geologie als "Formporösität" (moldic porosity) bekannt ist. Der gesinterte Keramikkörper besitzt glattwandige Zellen, die durch die Porenbildner gebildet worden sind, und Poren mit abgerundeten Kanten, die die Zellen miteinander verbinden, wobei die abgerundeten Kanten die Übergangspunkte zwischen den Zellen und Poren bilden. Die Zell- und Poreneigenschaften können gesteuert oder beeinflußt werden durch die Deformierbarkeit, Größe, Verteilung und Lage der Porenbildner und die Art, Verteilung und Menge der angewandten Gleitmittel sowie durch die Art des angewandten Verfestigungsverfahrens, die Zusammensetzung des sinterbaren oder bindungsfähigen Keramikpulvers oder Gemisches dieser Keramikpulver und die Art des angewandten Polymerbinders. Der angewandte Polymerbinder sollte entweder selbst oder in Kombination mit einem Gleitmittel so sein, daß er dazu neigt, im Kontakt mit der Oberfläche des Porenbildners zu rändern (to bead). Die Keramikpulver bilden, wenn sie zu dem Keramikkörper gesintert sind, eine kontinuierliche, nicht unterbrochene, hohlraumfreie und dichte gesinterte Keramikmatrix, verschachtelt zwischen den miteinander verbundenen Hohlräumen und Poren, die bei einem Stoß geringe Zerbrechlichkeit und geringe Brüchigkeit besitzen. Der poröse keramische Körper nach der Erfindung ist geeignet zur Filtration von geschmolzenem Material sowie eine Vielzahl von anderen Anwendungsgebieten, wie z. B. als Katalysatorträger und Gas-Dispergiermittel.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf einen Filter für geschmolzenes Metall, der gebildet ist aus einem porösen keramischen Körper nach einer bevorzugten Ausführungsform der Form nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematischer Aufriß des in Fig. 1 gezeigten Filters für geschmolzenes Metall.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Mikrobilds eines Querschnitts durch die bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Projektionsansicht, teilweise weggeschnitten, eines abwechselnden Porenbildners im Rahmen der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein gesinterter oder gebundener poröser keramischer Körper, enthaltend miteinander verbundene Zellen, gebildet. Die Zellen sind allgemein in einer offenen zellartigen Form miteinander verbunden, so daß kreisförmige oder verschlungene Wege durch den und in dem keramischen Körper gebildet werden. Die Zellgrößen können verändert werden, entweder nach und nach oder plötzlich von einem Bereich des Körpers zu einem anderen. Es ist auch möglich, in einen vorgegebenen keramischen Körper gemäß der Erfindung nicht verbundene Zellen oder überhaupt keine Zellen in einigen Bereichen des Körpers zu bilden, während andere Bereiche miteinander verbundene Zellen enthalten, wodurch die Durchgänge durch den keramischen Körper in bestimmten Bereichen davon lokalisiert werden, soweit dies erwünscht wird, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet beim Lesen der folgenden Beschreibung verständlich wird. Bei einem vorgegebenen keramischen Körper ist es gemäß der vorliegenden Erfindung auch möglich, daß er einen Bereich von Größen und/oder Formen von Zellen umfaßt, so daß entweder der Größenbereich gleichmäßig in dem gesamten keramischen Körper von einem Bereich zum anderen hin gleichmäßig wiederkehrt, oder die Zellgrößen sind statistisch angeordnet und befinden sich innerhalb des gesamten Körpers.
Der erfindungsgemäße keramische Körper kann allgemein nach einem üblichen Verfahren hergestellt und geformt werden, das anwendbar ist auf die Formgebung von gesinterten keramischen Körpern. Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Form des keramischen Körpers 11, die besonders geeignet ist zum Filtrieren von geschmolzenem Metall. Fig. 1 zeigt die Form einer flachen Platte des keramischen Körpers 11 in der allgemeinen Form eines Quadrats; die Form dieser bevorzugten Ausführungsform könnte jedoch auch rechteckig, rund, sechseckig, irregulär usw. sein, abhängig von der Form des Haltemechanismus (nicht gezeigt) in den der keramische Körper für die Anwendung eingesetzt wird. Natürlich wird die Form und Größe der bevorzugten Ausführungsform des keramischen Körpers, der in Fig. 1 gezeigt ist, so eingestellt, daß sie der Form und Größe des Haltemechanismus entspricht und ein leichtes Einsetzen und Entfernen ermöglicht.
Die Dicke 13 des keramischen Körpers 11 hängt einerseits von dem Haltemechanismus ab, könnte jedoch auch von anderen Faktoren, wie dem gewünschten Filtrationsgrad, der Lage des keramischen Körpers 11 in der Filtervorrichtung, in die er eingesetzt wird, der Häufigkeit der Verwendung und/oder der Lage und Größe der miteinander verbundenen Poren in dem Keramikkörper 11 abhängen. Typischerweise hätte der keramische Körper 11 z. B. eine Dicke 13, wie in Fig. 2 gezeigt, von etwa 2'' (5,1 cm) und hätte, da er im allgemeinen quadratisch ist, z. B. entsprechende Kantenlängen 15 von üblicherweise 24'' (60,7 cm), 20'' (50,8 cm), 17'' (43,2 cm), 15'' (31,8 cm), 12'' (30,5 cm), 9'' (22,9 cm) oder 7'' (17,8 cm). Der Winkel 17 der abgeschrägten Kante, der in Fig. 2 gezeigt ist, beträgt üblicherweise etwa 17º, dies hängt jedoch auch von dem entsprechenden Segment des Haltemechanismus ab, der mit der Filtervorrichtung verbunden ist, mit dem der Kantenwinkel 17 übereinstimmen muß.
Bei der Anwendung fließt das geschmolzene Metall vorzugsweise durch Schwerkraft von der Eintrittsseite 21 zu der Austrittsseite 23 des keramischen Körpers 11, wie in Fig. 2 gezeigt. Natürlich ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet verständlich, daß der Schwerefluß nicht das einzige Mittel zum Strömen von geschmolzenem Metall ist, da Pumpen hierfür auf dem Markt sind. Die schräge Kante 19 dient sowohl als ein stationäres Sitzwiderlager für den keramischen Körper 11 und erlaubt auch die leichte Installation und Entfernung davon aus dem entsprechenden Haltemechanismus, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht verständlich ist. Der keramische Körper 11 kann zusammen mit einer Dichtung (nicht gezeigt) verwendet werden, die sich zwischen der schrägen Wand 19 und dem entsprechenden fassenden Segment des Haltemechanismus befindet, wie für den Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
Bindungsfähige oder sinterbare Keramikpulver oder Gemische von Keramikpulvern, die bindungsfähig oder sinterbar sind, werden als Ausgangsrohmaterial verwendet. Die spezielle Art des Pulvers hängt ab von der Anwendung für die der poröse keramische Körper verwendet werden soll. Zur Filtration von geschmolzenem Aluminium kann z. B. Tonerde (Al&sub2;O&sub3;) mit entsprechenden Sinterhilfsmitteln oder Bindern, wie z. B. Calcium-aluminium-borat- Glas oder einem Phosphat-aluminium-borat-Glas verwendet werden. Ebenfalls besonders geeignet als Sinterhilfsmittel für Tonerde sind Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid. Eine typische Zusammensetzung eines sinterbaren Flüssigphasen-Keramikpulvers ist 97 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; unter Zusatz von 3 Gew.-% Glaspulver, gebildet aus einer Kombination von CaO, Al&sub2;O&sub3; und B&sub2;O&sub3; (Molverhältnis = 1:0,79 : 1,31). Eine typische Zusammensetzung eines sinterbaren Festphasen-Keramikpulvers ist 99,8 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; mit 0,2 Gew.-% zugesetztem MgO. Ein Beispiel für eine Tonerde (Al&sub2;O&sub3;), die angewandt werden kann, ist Al6SG, die im Handel erhältlich ist von Aluminium Company of America (Alcoa). Andere entsprechende Quellen sind ebenfalls im Handel erhältlich.
Für Anwendungen bei höherer Temperatur, wie beim Filtrieren von geschmolzenem Kugelgraphiteisen (ductile iron) oder Graugruß oder geschmolzenem Stahl ist es bevorzugt, daß ein sinterbares Ausgangspulver, das überwiegend hochreines partiell stabilisiertes Submicorn-Zirkonia (PSZ) oder ein Gemisch von PSZ und Spinell-Pulvern, die sinterbar sind, angewandt wird. Andere Materialien können ebenfalls bei so hohen Temperaturen oder für andere Anwendungen des porösen Körpers verwendet werden. Derartige Materialien sind z. B. SiC, TiB&sub2;, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4; und SiAlON, die alle sinterbar und/oder bindungsfähig gemacht werden können, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Materialien, die als keramische Pulver nach der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können entweder in flüssiger Phase oder in fester Phase sinterbar sein.
Der Polymerbinder, der angewandt wird, kann entweder ein heißhärtender oder ein thermoplastischer organischer Binder sein, der bei Temperaturen unterhalb der Sinter- oder Bindungstemperatur, je nach dem, des keramischen Materials pyrolysiert werden kann. Eine bevorzugte Eigenschaft des Polymerbinders besteht darin, daß er gründlich und leicht sowohl mit dem keramischen Pulver als auch mit dem Porenbildner vermischt werden kann. Vorzugsweise hat der Polymerbinder, der etwa 30 bis 80 Vol.-% des Gemisches, das nur aus diesem Polymerbinder und dem sinterbaren keramischen Pulver besteht, eine Viskosität von weniger als etwa 1 Million Centipoise. Diese verhältnismäßig geringe Viskosität erleichtert besonders das Vermischen des Polymerbinders mit dem keramischen Pulver und den Porenbildner- Materialien unter Anwendung üblicher Mischer, wie z. B. von Doppelarm-Mischern oder konischen Mischern. Die geringe Viskosität ist besonders wichtig wenn das Verfestigungsverfahren das Spritzgießen einer Paste des Polymerbinders und keramischen Pulvers in ein Bett aus dem Porenbildnermaterial umfaßt. Bei einer derartigen Arbeitsweise setzt die geringe Viskosität den erforderlichen Spritzdruck herab, sowie den Grad der erhöhten Temperatur, wie sie normalerweise mit Spritzgußverfahren verbunden ist. Insbesondere ist eine niedrige Viskosität bevorzugt bei der Verwendung des verfestigten Materials bei Formgieß- oder Schlickerguß-Verfahren zur Bildung von keramischen Körpern. Es ist auch möglich, das verfestigte Material in verschiedene Formen zu extrudieren.
Es können entsprechende Weichmacher zusammen mit den verschiedenen Arten von anwendbaren Polymerbindern verwendet werden. Z.B. kann Mineralöl mit Polyethylenharzen hoher oder niedriger Dichte vermischt werden, um die Viskosität herabzusetzen und Dibutylphthalat kann mit Polyesterharzen mit ähnlicher Wirkung vermischt werden. Derartige Weichmacher können, wenn sie in das Harz eingebaut werden, auch als Gleitmitten dienen und/oder das Rändern des Harzes in Kontakt mit der Oberfläche der Porenbildners hervorrufen oder verstärken.
Eine Vielfalt von verschiedenen Polymerbinder-Materialien kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie oben angegeben sind thermoplastische Harze, wie Polyethylen geringer oder hoher Dichte, geeignet, insbesondere wenn Spritzgußverfahren angewandt werden, um den verfestigten Körper herzustellen. Heißhärtende Harze, wie Epoxy oder Polyester sind geeignet, wenn Warmpreßverfahren zur Herstellung des verfestigten Körpers angewandt werden. Polyester ist insbesondere in verhältnismäßig gering-viskoser Form geeignet zur Verwendung, wenn Schlickerguß- oder Formgießverfahren angewandt werden, um den verfestigten Körper zu erzeugen. Andere Harzarten werden als geeignet angesehen, wie z. B. Polypropylen, Phenolharze und Polyvinylchlorid, mit der Maßgabe, daß sie die oben angegebenen funktionellen Kriterien erfüllen. Ein entscheidendes Kriterium in Bezug auf das verwendete Harz ist, daß es entweder von Beginn an flüssig sein muß, oder sich während des Verfestigungsverfahrens, zumindest an der Oberfläche, verflüssigen muß. Anschließend muß dieses Harz fest werden. Dieses Phänomen wird hier unterschiedlich als "Härtung", "Härten" und "gehärtet" bezeichnet.
Eines der Haupterfordernisse an das Harz, das als Polymerbinder verwendet wird, ist, daß es eine ausreichende Festigkeit nach dem Härten ergibt, um eine Handhabung des entstandenen grünen Körpers, vorzugsweise eine maschinelle Bearbeitung bzw. eine spanabhebende Formgebung ermöglicht. Ein anderes Haupterfordernis ist, daß der Polymerbinder den strukturellen Zusammenhalt des grünen Körpers während der Entfernung des Porenbildnermaterials und bis zu einer ausreichend hohen Temperatur erhält, um sicherzustellen, daß der grüne Körper nicht zerfällt, bevor er gebrannt wird, wie später erläutert wird. Der Ausdruck "Integrität bzw. Zusammenhalt" oder "struktureller Zusammenhalt" bezeichnet die Fähigkeit, die Struktur beizubehalten und in der Form, in der er hergestellt worden ist, selbsttragend zu sein ohne äußeren Träger bzw. äußere Stütze während der anschließenden Verarbeitungsstufen und anschließend bei der üblichen Handhabung.
Der Porenbildner kann irgendein geeignetes Material sein, das leicht aus dem verfestigten Körper entfernt werden kann durch Verflüssigung oder andere Maßnahmen. Eine andere Maßnahme zur Entfernung des Porenbildners kann z. B. die Pyrolyse oder direkte Sublimation sein. Eine Möglichkeit zur Entfernung des Porenbildnermaterials durch Verflüssigung besteht im Auslaugen mit einem Lösungsmittel. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung von Calciumchlorid, CaCl&sub2;, als Porenbildner, wobei das Auslaugen einfach mit Wasser durchgeführt wird. Ein anderes Verfahren zur Entfernung des Porenbildners durch Verflüssigen besteht im Erhitzen des grünen Körpers, um das Porenbildnermaterial auszuschmelzen. Ein Beispiel für einen Porenbildner, der bei diesem Verfahren angewandt werden kann, ist Wachs.
Ein kritisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß ein überwieg relativer Unterschied in der Oberflächenspannung des Porenbildners, bezogen auf die Oberflächenspannung des Harzes, besteht. D.h., daß die Benetzbarkeit des Harzes, bezogen auf den Porenbildner, so sein sollte, daß ein "Ränder"-Effekt ("beading") eintritt. So neigt in diesem Zusammenhang das Harz vor dem Härten dazu, solche Oberflächen des Porenbildners zu rändern, wo dem kein physikalischer Widerstand entgegensteht, d. h. wo ein gewisses diskretes offenes Volumen vorhanden ist, in dem das Rändern stattfinden kann. Wie später näher beschrieben wird, tritt dies in zwei deutlichen Bereichen auf: Den Oberflächen der Zellen und den Oberflächen und Kanten der miteinander verbundenen Poren. Der Ausdruck "Kanten" in Bezug auf "miteinander verbundene Poren" oder "Poren" bezeichnet den Punkt oder diskreten Bereich des Übergangs zwischen den Zellwänden und den Wänden der miteinander verbundenen Poren. Der Ränder-Effekt kann im Mikrobereich liegen, z. B. wenn die Zellwände durch dieses Rändern geglättet werden, oder er kann im verhältnismäßigen Makrobereich liegen, z. B. wenn die Porenkanten dadurch abgerundet werden. Der Unterschied in der Benetzbarkeit kann natürlich auftreten, z. B. wenn das Porenbildnermaterial natürlich zu einem Rändern des Harzes führt. Oder er kann erreicht werden durch Modifizieren der Zusammensetzung und/oder der Oberfläche, entweder des Porenbildners oder des Harzes oder beider, wie z. B. durch Zugabe eines Gleitmittels zu dem Porenbildner oder Zugabe von Weichmachern zu dem Harz oder beides. Die Ausdrücke "Schmiereigenschaften", "Gleitmittel" und "Gleitfähigkeit" beziehen sich, wie sie hier verwendet werden, auf das oben angegebene Ränderphänomen, sowie auf die normalen Eigenschaften, die mit diesen Ausdrücken, bezogen auf eine Verringerung der Reibung verbunden sind. Der Ausdruck "überwiegend", wie er hier verwendet wird, bedeutet mehr als weniger das Angegebene und der Ausdruck "im wesentlichen" bedeutet weitgehend aber nicht vollständig das Angegebene.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Porenbildner entweder mit einem Gleitmittel kombiniert oder dient selbst als Gleitmittel. Der Porenbildner kann mit dem Gleitmittel getränkt sein, der Porenbildner kann damit überzogen sein oder er kann mit dem Porenbildnermaterial vermischt sein, wenn die Porenbildner selbst hergestellt werden. Z.B. können Calciumchlorid-Körner, die porös sind, mit einem Gleitmittel, wie z. B. Dieselöl Nr. 2, getränkt sein. Als ein anderes Beispiel wurden Harnstoffkügelchen hergestellt durch Vermischen des Harnstoffs mit Dieselöl Nr. 2 und anschließende Bildung von kleinen sphärischen Teilchen nach üblichen Verfahren. Andererseits erfordert Wachs üblicherweise nicht den Zusatz eines Gleitmittels, da es selbst von Natur aus als Gleitmittel wirkt. Diese Phänomene finden sich auch wenn andere Materialien, z. B. niedrig-schmelzende Metalle wie Zink oder Blei als Porenbildner verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß durch Ausnutzung entweder der Schmiereigenschaften des Porenbildnermaterials oder durch Kombination eines Gleitmittels mit den Porenbildnern oder den Porenbildnermaterialien, die Oberflächen der Wände der entstandenen Zellen merklich glatter sind, als diese die ohne Gleitmittel gebildet worden sind. Außerdem wird die Leichtigkeit der Bildung des grünen bzw. ungesinterten Körpers bei Preß- und Spritzgußverfahren stark erhöht. D.h. daß die Druckerfordernisse für die Verfestigung, wenn Druck angewandt wird, deutlich verringert werden.
Darüber hinaus oder alternativ kann das Gleitmittel beim Erhitzen einen ausreichend hohen Dampfdruck erzeugen, um einen dünnen Film aus Keramik und Polymer, der sich zwischen angrenzenden Teilchen des Porenbildners befindet, zu durchlöchern. Das unterstützt die Bildung von einer miteinander verbundenen Porösität. Die Eigenschaften des Gleitmittels sollten vorzugsweise so sein, daß sie es ermöglichen, daß gleitfähige Porenbildnerteilchen miteinander in Kontakt kommen, ohne daß wesentlich in das Gemisch aus Keramik und Polymerbinder in diesen Punkten eingegriffen wird, wo benachbarte Teilchen des Polymerbinders in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind. Dieses Verdrängen des Keramikmaterials und Harzbinders ist bevorzugt, um die durchgehende Porösität zu verstärken.
Typischerweise sind Porenbildner mit einer Siebklassierung von 5,66 bis 4,76 mm, 4,76 bis 3,35 mm, 3,35 bis 2,38 mm und 2,38 bis 850 um (+ 3,5 -4, + 4 -6, + 6 -8 und + 8 -20 Tyler mesh) geeignet zur Bildung von Poren im Größenbereich von etwa 500 bis etwa 1300 um Diese Größenbereiche des Porenbildners sind speziell geeignet in einem im wesentlichen aus Tonerde bestehenden gesinterten keramischen Körper zum Filtrieren von geschmolzenem Aluminium. Ein bevorzugtes Porenbildnermaterial zur Bildung von Poren in der oben angegebenen Größe ist ein gesinterter Tonerdekörper, bei dem ein Auslaugen geeignet ist, um den Porenbildner, der Calciumchlorid ist, zu entfernen. Vorzugsweise wird das Calciumchlorid durch eine Reihe von Tylersieben, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, gesiebt und entweder mit einer einheitlichen Größe oder mehreren Größen, je nach Wunsch, verwendet. Eine leicht zugängliche und annehmbare Form von Calciumchlorid, das als Porenbildner verwendet werden kann, ist Calciumchlorid zum Eisschmelzen, das in den meisten Haushaltswarengeschäften usw. erhältlich ist. Bei allen Porenbildnern ist eine allgemein kugelige Form bevorzugt, obwohl andere Formen, die die Bildung von glattwandig miteinander verbundenen Zellen ermöglichen, ebenfalls annehmbar sind. Die Oberfläche der Porenbildner, wie sie verwendet werden, sollte eine Glattheit von etwa 3,17 um (125 Mikroinch) oder glatter, vorzugsweise 0,81 um (32 Mikroinch) oder glatter aufweisen, um beste Ergebnisse zu erzielen. Das kann erreicht werden entweder durch Anwendung von Porenbildnern mit diesen Oberflächeneigenschaften oder indem die Oberfläche der Porenbildner durch anhaftende Flüssigkeit während des Verfestigungsverfahrens geglättet wird.
Eine andere (abwechselnde) Form eines Porenbildners ist in Fig. 4 gezeigt. Der Porenbildner der Fig 4 ist gebildet aus einem festen, rechteckigen Block aus Wachs 41. Die Herstellung bzw. Formgebung wurde durchgeführt durch irgend ein geeignetes Mittel oder Verfahren, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet verständlich ist. Die Form besteht in der Art von Rillen 43, die sich durch die Hälfte der Tiefe 45 des Blocks 41 von der Oberfläche 49 aus erstrecken. Zweite Rillen 47 sind in einem 90º-Winkel (senkrecht) zu den Rillen 43 angeordnet und erstrecken sich über die Hälfte der Tiefe 45 des Blocks 41 von der Seite 51 aus, d. h. der Seite, die der Seite 49 gegenüberliegt, aber in einer dazu parallelen Ebene. An dem Punkt, wo die Tiefe der Rillen 43 und der zweiten Rillen 47 zusammentreffen, entstehen Fenster 53. Wie für den Fachmann verständlich ist, können die Porenbildner der Fig. 4 so aufeinander gestapelt werden, daß die regelmäßig abwechselnden Rillen 47 senkrecht oder in einem anderen Winkel zu den Rillen 43 des darunterliegenden Blocks 41 stehen. Ebenso können die Fenster 53 jedes Blocks 41 mit den Fenstern 53 des darunterliegenden Blocks 41 fluchten oder nicht. Der in Fig. 4 gezeigte Porenbildner ist besonders vorteilhaft, wenn ein Filtermedium aus Zirkonerde zur Filtration von geschmolzenen Eisenmetallen, wie z. B. Stahl gebildet werden soll.
Wie oben erwähnt, kann das Vermischen der Keramikpulver und Harzkomponenten des Systems auf jede beliebige Weise durchgeführt werden. Es ist jedoch wichtig, daß solche Komponenten gleichförmig vermischt und gleichmäßig untereinander dispergiert werden, um sicherzustellen, daß das sinterbare keramische Pulver gleichmäßig in dem Polymerbinder dispergiert, bzw. verteilt ist. Wenn das Gemisch dieser Komponenten anschließend mit den Porenbildnern vermischt wird, ist es wichtig, sicherzustellen, daß keine Hohlräume darin auftreten, und daß alle zwischen den Porenbildnern auftretenden Räume im wesentlichen gefüllt sind, um die strukturelle Festigkeit und den Zusammenhalt sicherzustellen.
Wenn eine bestimmte Lokalisierung, Abstufung allmähliche oder plötzliche in der gleichmäßigen Verteilung der Zellen (die vorher mit den Porenbildnern gefüllt waren) in dem gesinterten porösen Körper erwünscht ist, werden die Porenbildner selektiv zu dem Gemisch zugegeben. Z.B. wird ein gleichförmiges Gemisch aus dem sinterbaren keramischen Pulver und Polymerbinder gebildet und in zwei Teile aufgeteilt. In den ersten Teil werden Porenbildner einer bestimmten Größe gleichförmig eingemischt und das Gemisch wird in den Stempel einer Presse eingebracht, wo es den Hohlraum teilweise ausfüllt und wird bündig gemacht. Der zweite Teil des Gemisches aus sinterbarem Keramikpulver und Polymerbinder wird mit einem Porenbildner unterschiedlicher Größe vermischt und in den gleichen Hohlraum des Stempels auf das erste Gemisch eingebracht und füllt somit den Hohlraum bis auf ein entsprechendes Niveau zum Pressen. Der bei diesem Verfahren entstehende gesinterte poröse keramische Körper besitzt lokalisierte unterschiedliche Zellgrößen, wobei zwei deutlich verschiedene Zellgrößen in zwei unterschiedlichen Bereichen des Körpers angeordnet sind. Dieses Verfahren kann variiert werden, um weitere Zellgrößen in lokalisierten Bereichen eines bestimmten Körpers anzuordnen oder die Anzahl von Zellen in einem bestimmten Volumen an lokalisierten Bereichen des Körpers zu verringern oder zu erhöhen. Es ist auch möglich, in diskreten Teilen oder Bereichen des Körpers keine Zellen vorzusehen, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist.
Ein Gemisch aus Alcoa Al6SG Tonerde wurde vermischt mit Silmar S-585 Polyesterharz, hergestellt und vertrieben von The Standard Oil Company, und 0,5 Gew.-% Methyl-ethyl-keton-(MEK)peroxid, hergestellt von Pennwalt/Ludicol, als Härtungskatalysator für das Polyesterharz. Die Tonerde machte etwa 40 Vol.-% des Gemisches aus Tonerde und Polyesterharz aus. Zu dem Gemisch dieser beiden ersten Komponenten wurde Calciumchlorid mit einer Größe von 4,76 bis 3,55 mm (+ 4 -6 Tyler mesh) zugegeben. Das Calciumchlorid machte 70 Vol.-% des Endgemisches dieser drei Komponenten aus. Das Gemisch wurde gründlich in einem Standard- Doppelarm-Mischer vermischt und einige Teile wurden anschließend in einen 2 1/4'' (5,7 cm) Rundstempel mit einer 1'' (2,5 cm) Tiefe eingebracht und verpreßt. Es zeigte sich, daß ein Verfestigungsdruck im Bereich von 16 500 bis 17 200 kN/m² (2400 bis 2500 psi) angemessen war, um sicherzustellen, daß die Calciumchlorid-Körner ausreichend miteinander in Kontakt kamen, um die Bildung im wesentlichen miteinander verbundenen Poren in dem gebildeten, gesinterten, porösen Keramikkörper hervorzurufen. Der Ausdruck "Zellen" wie er hier verwendet wird, bezeichnet die diskreten offenen Volumina oder Hohlräume innerhalb des porösen Keramikkörpers, die vorher durch die Porenbildner besetzt waren, und der Ausdruck "Poren" bezeichnet die miteinander verbundenen Gänge zwischen den Zellen. Dieses Polyesterharz wurde zur Verwendung mit Calciumchlorid ausgewählt, da bemerkt wurde, daß es eine verhältnismäßig geringe Benetzbarkeit, bezogen auf Calciumchlorid, zu haben schien. D.h. daß es stärker zu rändern schien im Kontakt mit der Oberfläche eines Calciumchlorid- Porenbildners im Vergleich mit anderen Polyesterharzen die in Betracht gezogen wurden.
Es hat sich gezeigt, daß der Druck, der für die Verfestigung der nichtgesinterten Körper, die erzeugt werden sollen, erforderlich ist, wesentlich verringert werden kann, wenn ein Gleitmittel zu dem Porenbildner zugesetzt wird oder wenn der Porenbildner selbst schmierfähig ist, wie im Falle, wenn Wachsporenbildner angewandt werden. Diese Druckverringerung ist deutlich und beträgt etwa ein Drittel oder weniger des sonst erforderlichen Druckes. Bei dem Preß-Stempel-Verfestigungsverfahren war es möglich, den typischen Druck von 16 500 bis 17 200 kN/m² (2400 bis 2500 psi), der üblicherweise erforderlich ist, um die Gemische bis zu dem Punkt zu verfestigen, wo der gesinterte poröse Körper Zellen enthielt, die im wesentlichen miteinander verbunden sind, auf einen typischen Bereich von etwa 4800 bis 5500 kN/m² (700 bis 800 psi) zu verringern. Dies wurde erreicht durch Imprägnieren des porösen Calciumchlorids mit Dieselöl Nr. 2. Ein weiterer Vorteil, der bei Verwendung des Gleitmittels auftrat, ist, daß die Wände der Zellen des gesinterten porösen Körpers sichtbar und bemerkbar glatter waren. Ferner hat es sich gezeigt, daß die Kanten der Poren abgerundet und geglättet waren. Ferner hat es sich gezeigt, daß die Wände der Poren merklich geglättet waren. Die Bedeutung davon liegt darin, daß ein geringerer Widerstand für den Durchfluß des geschmolzenen Metalls durch den porösen Körper auftritt. Der Ausdruck "Verfestigung", wie er oben in diesem Absatz verwendet wird, bezeichnet die Anwendung von mechanischem Druck auf das Gemisch aus Keramikpulvern, Harzen und Porenbildnern, was dazu führt, daß im wesentlichen alle Porenbildner in ausreichend naher räumlicher Beziehung zueinander stehen, daß sich zwischen jeder Zelle und mindestens zwei angrenzenden Zellen nach Verflüssigung des Porenbildners und Sintern Poren bilden. Sonst bezeichnet "Verfestigung" irgendein Verfahren durch das das Gemisch aus Keramikpulver und Harz zwischen den Porenbildnern so angeordnet wird, daß sich zwischen jeder Zelle und mindestens zwei angrenzenden Zellen Poren bilden. Z.B. wird bei Verwendung von Porenbildnern wie in Fig. 4 gezeigt, die Viskosität des Harz/Keramik-Gemisches bis zu dem Punkt verringert, wo es durch Formgießen geformt werden kann, durch Auswahl von Harzen mit niedriger Viskosität und/oder durch den Zusatz von entsprechenden Weichmachern, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist.
Wenn der grüne, bzw. nicht gesinterte Körper durch Verfestigung, wie oben beschrieben, einmal hergestellt worden und das Harz gehärtet ist, muß der Porenbildner entfernt werden. Wenn ein auslaugbarer Porenbildner verwendet worden ist, wird der nicht gesinterte Körper nachdem das Harz in dem grünen Körper verfestigt worden ist, in ein Lösungsmittel getaucht, um den Porenbildner zu entfernen. Wenn z. B. Calciumchlorid als Porenbildner verwendet worden ist, wird der grüne Körper mit dem gehärteten Harz ausreichend lange in Wasser eingetaucht, um das Calciumchlorid zu lösen und einen porösen grünen Körper zurückzulassen. Der poröse grüne Körper wird dann vorzugsweise gründlich mit Wasser gespült, um Spuren von Calciumchlorid zu entfernen und getrocknet. Natürlich müssen, damit die Porenbildner sich lösen und austreten können, die Poren gebildet worden sein.
Wenn Wachs oder ein anderer schmelzfähiger Porenbildner verwendet worden ist, muß dieser Porenbildner ausgeschmolzen werden, indem der grüne Körper einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Porenbildnermaterials ausgesetzt wird. Das kann in einer getrennten Stufe erfolgen oder der Porenbildner kann herausgeschmolzen werden, wenn die Temperatur des grünen Körpers nach und nach zum Brennen und anschließenden Sintern erhöht wird, wie später näher erläutert wird. Wenn Wachs als Porenbildner verwendet wird, werden einige der Poren durch direkten Kontakt der Porenbildner miteinander nach der Verfestigung gebildet, während andere Poren durch den Gasdruck erzeugt werden, der beim Verdampfen des heißen Wachses auftritt, wenn die Temperatur des grünen Körpers auf die volle Sintertemperatur hin erhöht wird.
Die geformten grünen Körper mit dem gehärteten Harz, bestehend aus dem Polymerbinder und dem sinterbaren Keramikpulver werden dann in einem Ofen gebrannt, sowohl um den Polymerbinder herauszubrennen als auch das keramische Pulver zu einem porösen Keramikkörper zu sintern oder zu binden. Indem der Polymerbinder herausbrennt, bewegen sich die Keramikpulverteilchen aufeinander zu und führen zu einer Verdichtung, indem die Teilchen miteinander versintern. Die Gesamtdimension des keramischen Körpers nimmt, wenn dies geschieht, ab und es tritt eine Dimensions-"Schrumpfung" auf und das Sinterverfahren führt zu einer hohen Strukturfestigkeit und einem hohen Zusammenhalt.
Typischerweise wird der grüne Körper in einen Ofen eingebracht, der so gesteuert werden kann, daß die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme pro Zeiteinheit variiert werden kann. Wenn das sinterbare keramische Pulver im wesentlichen Tonerde ist, wird die Temperatur des Ofens, z. B. beginnend bei etwa 150ºC, auf 600ºC erhöht, mit einer Geschwindigkeit von etwa 10ºC/h bis 30ºC/h. In dieser Stufe wird der grüne Körper wirksam gebrannt.
Es ist keine spezielle Atmosphäre erforderlich, da das Sintern von Tonerde an der Luft stattfindet. Zu dem Zeitpunkt wo der grüne Körper 600ºC erreicht hat, sollten etwaige schmelzbare Porenbildner entweder herausgeschmolzen oder verdampft sein. Der größte Teil, soweit nicht der gesamte Polymerbinder, ist bei 600ºC herausgebrannt und die Verdichtung und Schrumpfung beginnt anschließend, wenn die Temperatur auf die volle Sintertemperatur erhöht wird.
Zu dem Zeitpunkt, wo der im wesentlichen aus Tonerde bestehende grüne Körper im wesentlichen ohne den Porenbildner, z. B. etwa 600ºC erreicht hat, kann die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung z. B. auf einen Bereich von etwa 200ºC/h bis 400ºC/h erhöht werden, und der grüne Körper wird auf die volle Sintertemperatur gebracht, und da eine ausreichende Zeit gehalten, damit ein vollständiges Sintern auftritt. Für die in fester Phase sinternde Alcoa Al6SG Tonerde mit zugesetzten 0,2 Gew.-% MgO wird eine Sintertemperatur von 1550ºC während 2 h im allgemeinen als ausreichend für ein im wesentlichen vollständiges Sintern angesehen. Das Sintern führt zu einem mechanisch festen, selbsttragenden Körper mit Zellen, die im wesentlichen durch Poren miteinander verbunden sind, mit einer verhältnismäßig hohen Schlagfestigkeit und verhältnismäßig im wesentlichen verringerten Brüchigkeit im Vergleich mit bekannten Keramikfiltern.
Nachdem ein im wesentlichen aus Tonerde bestehender Keramikkörper ausreichend lange Zeit auf der Sintertemperatur gehalten worden ist, um das keramische Material im wesentlichen zu sintern, muß der Körper abgekühlt werden. Es ist natürlich wirtschaftlich zweckmäßig, den Körper so schnell wie möglich abzukühlen. Andererseits muß vorsichtig vorgegangen werden, um ihn langsam genug abzukühlen, daß ein thermischer Schock und eine Rißbildung vermieden werden. Nach dem Abkühlen ist der keramische Körper zur Verwendung fertig.
Beim Zusammenmischen der Komponenten zur Verwendung für Spritzgußverfahren ist es bevorzugt, die Porenbildner von dem Anfangsgemisch der Komponenten wegzulassen, und nur das sinterbare keramische Pulver und den Polymerbinder miteinander zu vermischen. Die Porenbildner werden jedoch in den Hohlraum der Spritzgußvorrichtung eingebracht, und das Gemisch aus dem sinterbaren keramischen Pulver und Polymerbinder wird dann in den Hohlraum injiziert, um die Zwischenräume zwischen den Teilchen des Porenbildners auszufüllen, wodurch gleichzeitig das Gemisch aus Harz und Keramikpulver mit den Porenbildnern vermischt und Komponenten verfestigt werden.
Wahlweise können beim Spritzgießen die sinterbaren keramischen Pulver und die Polymerbinder in solchen Volumina miteinander vermischt werden, daß die sinterbaren keramischen Pulver zwischen 20 und 70 Vol.-% des Gemisches, vorzugsweise zwischen 40 und 70 Vol.-% davon ausmacht. Bei Verwendung von thermoplastischen Harzen als Polymerbinder können diese Gemische nach Standardverfahren zum Vermischen von Polymeren mit inerten Füllstoffen granuliert werden. Das Granulat wird dann in den Hohlraum einer Spritzgußvorrichtung eingebracht, vorausgesetzt, daß in den Hohlraum zunächst Porenbildner eingebracht worden sind und die Porenbildner unmittelbar vor dem Einspritzen des Granulats zu einem kompakten Bett gepreßt worden sind. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren sicherstellt, daß die Porenbildner alle miteinander in Kontakt stehen, und daß alle Zwischenräume zwischen den Porenbildnern mit dem Gemisch aus sinterbarem Keramikpulver und Polymerbinder ausgefüllt werden. Die Stücke werden sonst nach üblichen Spritzgußverfahren hergestellt. Es hat sich gezeigt, daß die so hergestellten gesinterten porösen keramischen Körper im wesentlichen miteinander verbundene Zellen umfassen.
Es hat sich auch gezeigt, daß granulierte Gemische von sinterbarem keramischen Pulver und thermoplastischem Harz mit Porenbildnern vermischt und miteinander verpreßt werden können in einer Standardpresse, in der der Stempel auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausgewählt wird entsprechend der Beziehung Viskosität zu Temperatur des speziellen verwendeten Harzes.
Wenn heißhärtende Harze verwendet werden, können die Stücke in dem Stempel gehärtet werden, durch Erhitzen des Stempels nach dem Verpressen oder die gepreßten Stücke können direkt aus dem Stempel entnommen werden nach dem Pressen und in einer getrennten Stufe gehärtet werden. Wenn thermoplastische Harze verwendet werden, können die Stücke in dem Stempel abkühlen und härten, um ihre Entfernung aus dem Stempel zu erleichtern.

Beispiele

Beispiel 1

Eine Reihe von vier porösen gesinterten keramischen Körpern wurde hergestellt, von denen zwei 97 Gew.-% Alcoa Al6SG Tonerde und 3 Gew.-% Calcium-aluminium-borat-Glaspulver enthielten und zwei 99,8 Gew.-% Alcoa Al6SG Tonerde und 0,2 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO). Die Details der Herstellung sind wie folgt: Proben-Code Keramikmaterial: Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial plus Harz CaCl&sub2;: Porenbildner Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial, Harz und Porenbildner Dichte: g/cm³ nach dem Auslaugen Dichte: g/cm³ nach dem Sintern
A6040 und A7040: 99,8 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, 0,2 Gew.-% MgO
B6040 und B7040: 97,0 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, 3,0 Gew.-% Glas (Mol- Verhältnis CaO/Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3; = 1/0,79/1,31) hergestellt von Ferro Corporation und als XF 41 bezeichnet.
Porenbildner: Mittlerer Durchmesser 3,2 mm, CaCl&sub2;, J. T. Baker Trockenmittel.
Harz: Epoxy (Epokwick) + Härter (EpoKwick) beide von Beuhler.
Verfestigungsdruck: 17 200 kN/m² (2500 psi); Raumtemperatur.
Porendurchmesser: 57,15 mm (2,25'').
Härtung: Raumtemperatur, 2 h.
Auslaugen: Wasser; 90ºC ± 10ºC während 1 h.
Trocknen: Gegebenenfalls.
Brennen: 150ºC - 800ºC; 20ºC/h 800ºC - 1550ºC; 125ºC/h 1550ºC 2 h 1550ºC - 20ºC Abkühlen im Ofen, 6 h.
Das Trocknen wurde zwischen dem Auslaugen und Formen nur durchgeführt, um Dichtemessungen an dem grünen Körper zu ermöglichen; ein Trocknen ist nicht erforderlich, um den gesinterten Körper herzustellen. Das spezielle Epoxyharz/Härter-System wurde so ausgewählt, daß es in einem verhältnismäßig höheren Maß in Kontakt mit CaCl&sub2; Porenbildnern zu rändern schien, als andere Epoxy/Härter-Systeme, die in Betracht gezogen wurden.
Nach dem Sintern wurden die Probenstücke gemessen, um die Wirkung des Sinterns auf die Dichte und Größe der grünen Körper festzustellen, die vor dem Brennen gemessen worden waren. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Dichte: g/cm³ nach dem Sintern Prozentuale Änderung der Dichte von dem grünen Körper zu dem gesinterten Körper Änderung des Durchmessers: Prozent Änderung der Dicke: Prozent
Die gesinterten porösen keramischen Probestücke wurden dann untersucht, um die mittlere Porengröße zu bestimmen. Es wurden dann die gleichen Probestücke untersucht, um zunächst den Ausgangskopf von geschmolzenem Aluminium zu bestimmen, der dadurch festgehalten wurde; d. h. die Tiefe des geschmolzenen Aluminiums über jedem Filterkörper-Probenstück wurde gemessen. Zweitens wurde das prozentuale Volumen des Filterkörpers bestimmt, das von geschmolzenem Aluminium ausgefüllt war. Das dritte Merkmal, das bestimmt wurde, aber zeitlich vor den Tests mit dem geschmolzenen Aluminium, war das Luftvolumen, das pro Zeiteinheit durch den Filterkörper bei einem Standardluftdruck von 200 N/m² (2000 Dyn/cm²) Re > 20 gegen die Eintrittsfläche des Filterkörper-Probestücks fließt. Die Ergebnisse dieser Tests sind wie folgt: Proben-Code Mittlerer Porendurchmesser des Sinterkörpers Anfangskopftiefe des Metalls Vol.-% mit Al ausgefüllt Luftströmungsgeschwindigkeit cm³/s bei 200 N/m²

Beispiel 2

Es wurde eine Paste hergestellt durch Vermischen von Epoxyharz, einem Härter und Al&sub2;O&sub3; + 0,2% MgO in einem solchen Verhältnis, daß das Keramikmaterial 40 Vol.-% der Paste ausmachte. Das Epoxyharz und der Härter waren wie oben in Beispiel 1 angegeben und die Tonerde (Al&sub2;O&sub3;) war das ebenfalls oben in Beispiel 1 angegebene Alcoa (Al6SG) Material. Diese Paste wurde in den Hohlraum einer Spritzgußvorrichtung injiziert, nachdem der Stempel mit 3'' Durchmesser der Spritzgußvorrichtung zunächst mit 4,76 bis 3,35 mm (4-6 Tyler mesh) CaCl&sub2;-Körnern gepackt worden war. Der angewandte Injektionsdruck betrug 11 000 kN/m² (1600 psi). Nachdem die Paste im wesentlichen in die Zwischenräume zwischen den gepackten CaCl&sub2;-Körner eingedrungen war, wurde das verfestigte Stück aus dem Stempel entnommen und das Harz bei Raumtemperatur gehärtet. Das Stück wurde dann mit Wasser ausgelaugt und getrocknet. Das Stück wurde dann, nach dem oben in Beispiel 1 angegebenen Brennschema gebrannt und abgekühlt. Die Schrumpfung bei einem Vergleich des grünen Körpers mit dem gesinterten Körper betrug 21% für den Durchmesser und 27% für die Dicke. Die Enddichte des gesinterten Körpers betrug 1,15 g/cm³.

Beispiel 3

Eine Reihe von zwei gesinterten keramischen Körpern wurde hergestellt, die 99,8 Gew.-% Alcoa Al6SG Tonerde und 0,2 Gew.-% MgO enthielten. Die Details der Herstellung sind wie folgt: Proben-Code Keramikmaterial: Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial plus Harz CaCl&sub2;: Porenbildner Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial, Harz und Porenbildner Dichte: g/cm³ nach dem Auslaugen Dichte: g/cm³ nach dem Sintern
A7060-46-05:
A7060-46-06: 99,8 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, 0,2 Gew.-% MgO.
Porenbildner: 4,76 bis 3,35 mm (-4 + 6 Tyler mesh) CaCl&sub2;.
Harz: Standard Oil Co. Silmar S-585 Polyesterharz mit 0,5 Gew.-% Pennwalt Ludicol DDM-9 MEK- peroxid als Härtungskatalysator.
Verfestigungsdruck: A7060-46-05 = 5200 kN/m² (750 psi); Raumtemperatur.
A7060-46-06 = 8600 kN/m² (1250 psi); Raumtemperatur.
Porendurchmesser: A 7060-46-05 = 57,15 mm (2,25'') Durchmesser ·24,89 mm (0,98'') dick, A 7060-46-06 = 57,15 mm (2,25'') Durchmesser ·22,86 mm (0,90'') dick.
Härtung: 55.0 während 1/2 h in der Form gehärtet.
Auslaugen: Fließendes Wasser in einem Behälter; 70 bis 75ºC während 1 h bis der Gewichtsverlust einen konstanten Wert erreicht hat.
Trocknen: Gegebenenfalls.
Brennen: 20ºC - 600ºC, 29 h; Zunahme 20ºC/h,
600ºC - 1500ºC, 4,75 h; Zunahme 200ºC/h,
1500ºC - 2h.
1550ºC - 20ºC, 4 h, Abkühlen im Ofen.
Das Harz (plus Katalysator) wurde zunächst bis zur Gleichförmigkeit vermischt. Hierzu wurden Al&sub2;O&sub3; und MgO-Pulver zugegeben. Diese Kombination wurde dann ausreichend vermischt, um eine Homogenität sicherzustellen und die Pulver vollständig zu benetzen. Dann wurde der Porenbildner CaCl&sub2; zugegeben und eine dritte Mischstufe angewandt, um erneut Homogenität sicherzustellen und das CaCl&sub2; vollständig mit dem Gemisch aus Harz und Keramikpulver zu vermischen. Die Mischzeiten für jede der drei Mischstufen lagen im Bereich von 1 bis 3 min.
Das Gemisch wurde dann aus dem Mischer entfernt und in einen Standardstahlstempel gefüllt, wobei eine Kombination von pflanzlichem Öl und Wachspapier als Formtrennmittel verwendet wurde. Die Stahlform wurde dann in eine hydraulische Carver- Presse montiert und mit einer Verweilzeit von 10 bis 15 s der Inhalt verfestigt. Dann wurden die Proben in der Form 1/2 h bei etwa 55ºC gehärtet und dann entfernt. Nach dem Härten wurden die Proben in einen Wasserbehälter gegeben, durch den Wasser strömte, und ausgelaugt bis der Gewichtsverlust einen konstanten Wert erreicht hatte, um den Porenbildner zu entfernen. Dann wurden die Proben ausreichend lange getrocknet, um im wesentlichen das gesamte Wasser aus den durch das Auslaugen entstandenen Poren zu entfernen. Schließlich wurde der getrocknete Körper gebrannt nach dem Schema A wie oben in diesem Beispiel beschrieben.
Nach dem Sintern wurde das Probestück gemessen, um die Wirkung des Sinterns auf die Dichte und Größe, bezogen auf den grünen Körper vor dem Brennen, zu bestimmen. Die Ergebnisse sind wie folgt. Proben-Code Dichte: g/cm³ nach dem Sintern Prozentuale Änderung der Dichte von dem grünen Körper zu dem gesinterten Körper Änderung des Durchmessers: Prozent Änderung der Dicke: Prozent
Die gesinterten porösen Probestücke wurden dann untersucht, um die mittlere Porengröße zu bestimmen. Die gleichen Probenstücke wurden dann untersucht, um zunächst den Ausgangskopf von geschmolzenem Aluminium, der davon festgehalten wurde, zu bestimmen. Anschließend wurde das prozentuale Volumen des Filterkörpers bestimmt, das von geschmolzenem Aluminium angefüllt wurde, wenn dieses durch den Filterkörper hindurchfloß. Schließlich wurde die Durchlässigkeit für Aluminium in lbs/sq. ft./min bestimmt, indem allgemein die folgende Formel angewandt wurde:
kg (lbs.) Al/m² (Sq. ft) min·cm (in) (Dicke)/Druck-Kopf (Al)
Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Mittlerer Porendurchmesser des Sinterkörpers Anfangskopftiefe des Metalls Vol.-% mit Al angefüllt (Porösität) Aluminium-Durchlässigkeit
Es ist zu bemerken, daß die in Beispiel 3 angewandten Verfestigungsdrücke wesentlich geringer waren als die in Beispiel 1 angewandten, das liegt an den verhältnismäßig höheren Schmiereigenschaften, die das in Beispiel 3 verwendete Harz zeigt, verglichen mit den in Beispiel 1 verwendeten.

Beispiel 4

Eine Reihe von zwei porösen gesinterten keramischen Körpern wurde hergestellt unter Anwendung eines Herstellungsverfahren ähnlich demjenigen des Beispiels 3, wobei der einzige Unterschied derjenige war, daß der CaCl&sub2;-Porenbildner mit Dieselöl Nr. 2 getränkt war vor dem Einbau in das Harz/Keramikpulver/Porenbildner-Gemisch. Die Einzelheiten der Herstellung dieser beiden Probenansätze sind wie folgt: Proben-Code Keramikmaterial: Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial plus Harz CaCl&sub2;: Porenbildner Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial, Harz und Porenbildner Dichte: g/cm³ nach dem Auslaugen Dichte: g/cm³ nach dem Sintern
Der zur Herstellung des grünen Körper OA7060-46-01 angewandte Druck betrug 750 psi und zur Herstellung des grünen Körpers OA7060-46-08 1250 psi. Die Probengröße war bei OA7060-46-01 57,15 mm (2,25'') Durchmesser·22,86 mm (0,90'') Dicke und die Probengröße von OA7060-46-08 betrug 57,15 mm (2,25'') Durchmesser·21,84 mm (0,86'') Dicke. Das für die Proben für die Beispiele 4 und 5 angewandte Brennschema war wie folgt:
60ºC - 600ºC, 36 h, 15ºC/h,
600ºC - 1550ºC, 4,75 h, 200ºC/h,
1550ºC 2 h,
1550ºC - 20ºC, 4 h.
Nach dem Sintern wurden die Probenstücke gemessen, um die Wirkung des Sinterns auf die Dichte und Größe, bezogen auf die grünen Körper vor dem Brennen, zu bestimmen. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Dichte: g/cm³ nach dem Sintern Prozentuale Änderung der Dichte von dem grünen Körper zu dem gesinterten Körper Änderung des Durchmessers: Prozent Änderung der Dicke: Prozent
Die gesinterten porösen Probenstücke wurden dann untersucht, um die mittlere Porengröße zu bestimmen. Die gleichen Probenstücke wurden untersucht, um zunächst den Ausgangskopf an geschmolzenem Aluminium, das davon festgehalten wurde, zu bestimmen. Zweitens wurde das prozentuale Volumen des Filterkörpers bestimmt, das von geschmolzenem Aluminium ausgefüllt wurde, wenn dieses durch den Filterkörper hindurchfloß. Schließlich wurde die Durchlässigkeit für Aluminium in kg/m²·min (lbs/sq. ft./min) bestimmt. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Mittlerer Porendurchmesser des gesinterten Körpers Anfangstiefe des Metallkopfs Vol.-% mit Al angefüllt (Porösität) Aluminium-Durchlässigkeit
Es sollte erneut festgestellt und betont werden, daß der in Beispiel 4 erforderliche Verfestigungsdruck wesentlich geringer war als derjenige, der in den Beispielen 1 und 3 erforderlich war, wobei die wesentliche Veränderung darin besteht, daß ein Gleitmittel zusammen mit den Porenbildnern in Beispiel 4 verwendet wurde, während in den Beispielen 1 und 3 keines verwendet wurde. In Beispiel 3 waren die Verfestigungsdrücke Probe für Probe parallel mit denjenigen des Beispiels 4, wobei die Aluminiumdurchlässigkeit stark erhöht war. Die einzige deutliche Veränderung zwischen Beispiel 3 und Beispiel 4 war die Zugabe eines Gleitmittels zu dem Porenbildner des Beispiels 4 ungeachtet der Tatsache, daß ein Epoxyharz mit verhältnismäßig geringeren Gleiteigenschaften in Beispiel 4 verwendet wurde. Ein Vergleich der Zellen und der Poren der Proben nach den Beispielen 1 bis 3 mit den Proben des Beispiels 4 zeigte eine deutliche Zunahme der Glattheit der Zellwände und der Porenwände und eine wesentlich größere Glattheit und Abrundung der Kanten wo die Zellwände mit den Poren zusammentrafen bei den Proben des Beispiels 4.

Beispiel 5

Eine Reihe von zwei porösen, gesinterten keramischen Körpern wurde hergestellt, die in dem Herstellungsverfahren identisch waren mit denjenigen des Beispiels 3, mit der Ausnahme, daß kein CaCl&sub2; als Porenbildnermaterial verwendet wurde. Statt dessen wurden Porenbildner hergestellt aus Kindt-Collins-Wachs Nr. KC210 mit einem Schmelzpunkt von etwa 90ºC, ausreichend über der Härtungstemperatur des Harzes von 70 bis 75ºC, um während der Härtungsstufe des Verfahrens fest zu bleiben. Wie die CaCl&sub2;-Porenbildner, die in den vorigen Beispielen verwendet wurden, besaßen die Wachsporenbildner eine Größe von 4,76 bis 3,35 (+ 4 -6 Tyler mesh) nach Standard-Siebverfahren unter Anwendung von Tyler-Sieben. Und als Folge der Verwendung von Wachs anstelle von CaCl&sub2; als Porenbildner wurde die Auslaugstufe durch eine Schmelzstufe nach der Härtungsstufe des Harzes ersetzt. Der grüne Körper mit dem gehärteten Harz wurde auf etwa 110ºC erhitzt, etwas über der Schmelztemperatur des Wachses, um das Wachs zu verflüssigen und dazu zu führen, daß es aus dem grünen Körper herausfließt unter Bildung von Poren. Der grüne Körper mit dem gehärteten Harz wurde eine ausreichende Zeit auf dieser Temperatur gehalten, um es zu ermöglichen, daß der Gewichtsverlust einen konstanten Wert erreichte. In allen anderen Zusammenhängen waren die Herstellungsverfahren, die angewandt wurden, die gleichen wie in Beispiel 1. Die Details der Herstellung dieser zwei Proben sind wie folgt: Proben-Code Keramikmaterial: Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial plus Harz Wachs: Porenbildner Vol.-% bezogen auf Keramikmaterial, Harz und Porenbildner Dichte: g/cm³ nach dem Auslaugen Dichte: g/cm³ nach dem Sintern
Der Verfestigungsdruck zur Erzeugung des grünen bzw. nicht gesinterten Körpers WA7060-46-05 betrug 750 psi und zur Bildung des grünen Körpers WA7060-46-06 betrug 8619 kN/m² (1250 psi). Die Probengröße von WA7060-46-05 betrug 57,15 mm (2,25'') Durchmesser·23,4 mm (0,92'') Dicke und die Probengröße von WA7060-46-06 betrug 57,15 mm (2,25'') Durchmesser·23,1 mm (0,91'') Dicke.
Nach dem Sintern wurden die Probenstücke gemessen, um die Wirkung des Sinterns auf die Dichte und Größe der grünen Körper im Vergleich mit den Messungen vor dem Brennen zu bestimmen. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Dichte: g/cm³ nach dem Brennen Prozentuale Änderung der Dichte von dem grünen Körper zu dem gesinterten Körper Änderung des Durchmessers: Prozent Änderung der Dicke: Prozent
Die gesinterten porösen Probestücke wurden dann untersucht, um die mittleren Porengrößen zu bestimmen. Diese Probenstücke wurden dann untersucht, um zunächst den Anfangskopf von geschmolzenem Aluminium zu bestimmen, der davon festgehalten wurde. Zweitens wurde das prozentuale Volumen des Filterkörpers bestimmt, das durch geschmolzenes Aluminium ausgefüllt wurde, wenn dieses durch den Filterkörper hindurchfloß. Schließlich wurde die Aluminiumdurchlässigkeit in kg/m²·min (lbs/sq. ft.·min) bestimmt. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Mittlerer Porendurchmesser des gesinterten Körpers Anfangstiefe des Metallkopfs Vol.-% mit Al angefüllt (Porösität) Aluminium-Durchlässigkeit
Ein deutlicher Teil der Zellen dieses Beispiels war mehr oder weniger in Form von gedrückten Kugeln verformt, während bei den vorigen Beispielen sich die Zellen als im wesentlichen kugelförmig erwiesen. Es wird angenommen, daß die verformten Zellen verursacht wurden durch die relative Weichheit der Wachsporenbildner und die hohe Streckbarkeit von Wachs unter Druck.
Wie bei einem Vergleich der Beispiele 3 bis 5 deutlich wird, tritt eine deutliche Zunahme der Aluminiumdurchlässigkeit auf zwischen Beispiel 3, wo CaCl&sub2;-Porenbildner ohne Gleitmittel verwendet wurde, und Beispiel 4, wo mit Dieselöl Nr. 2 als Gleitmittel getränktes CaCl&sub2; als Porenbildner verwendet wurde. Es tritt auch eine deutliche Zunahme der Aluminiumdurchlässigkeit auf zwischen Beispiel 4, wo CaCl&sub2; mit Gleitmittel als Porenbildner verwendet wurde, und Beispiel 5, wo selbstschmierendes Wachs verwendet wurde. Eine visuelle Untersuchung der Zellwände, der Porenwände und der Porenkanten der Beispiele 3 bis 5 zeigte, daß diejenigen der Beispiele 4 und 5 wesentlich glatter erschienen als diejenigen des Beispiels 3, wobei die Porenkanten der Proben der Beispiele 4 und 5 stärker abgerundet und geglättet waren als diejenigen des Beispiels 3. Ein Vergleich der Proben des Beispiels 4 mit denen des Beispiels 5 zeigte, daß die Proben des Beispiels 5 glattere Zellen und Porenwände besaßen und die Porenkanten der Proben des Beispiels 5 stärker abgerundet und glatt erschienen. Die Poren-Durchmesser der Proben des Beispiels 6 waren deutlich kleiner als diejenigen der Beispiele 4 und 5, obwohl Porenbildner der gleichen Größe in den Proben aller drei Beispiele 3 bis 5 verwendet wurden. Es tritt auch eine deutliche Abnahme der Tiefe des Anfangskopfs an Aluminiummetall beim Vergleich der Proben des Beispiels 3 mit denen der Beispiele 4 und 5 auf. Beim Vergleich des prozentualen Volumens des Körpers, das mit geschmolzenem Aluminium gefüllt ist, d. h. der wirksamen Porösität der Körper der Beispiele 3 bis 5 ist festzustellen, daß die Probe A7060-46-05 des Beispiels 3 eine größere prozentuale Porösität (69%) aufweist, als die Probe OA7060-46-05 des Beispiels 4 (63%), während der Poren-Durchmesser der Probe A7060-46-05 kleiner (0,79 mm) (0,031'') war als derjenige von OA7060-46-05 (1,35 mm) (0,053''); außerdem war der Anfangskopf bei A7060-46-05 deutlich größer als bei OA7060-46-01 und die Aluminiumdurchlässigkeit von A7060-46-05 war kleiner als bei OA7060-46-01. Es bestand kein deutlicher Unterschied bei der Dichte nach dem Brennen oder Sintern zwischen den Proben der Beispiele 3 bis 5.

Beispiel 6

(Probencode U7060-46-1)

Ein poröser gesinterter keramischer Körper wurde hergestellt unter Verwendung von Harnstoff als Porenbildner. Für dieses Beispiel wurde Standard Oil Silmar DL-459 Polyesterharz (gemischt mit Luperco AMS Hardener als Härtungskatalysator) zusammen mit einem keramischen Pulvergemisch verwendet. Das keramische Pulvergemisch war 90 Gew.-% Alcoa Al6SG Al&sub2;O&sub3; plus 10 Gew.-% Ferro XF-41 CAB Glas (Molverhältnis CaO/Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3; = 1/0,79/1,31). 60 Vol.-% Harz wurden mit 40 Vol.-% keramischem Pulver vermischt. Dieses Gemisch wurde dann mit 4,76 bis 3,35 mm Maschengröße (+ 4 -6 Tyler) Harnstoff-Porenbildner vermischt, so daß 69 Vol.-% des Gesamtgemisches aus Porenbildner bestanden. Das gesamte Gemisch wurde dann mit 5171 kN/m² (750 psi) verpreßt und gehärtet. Der Harnstoff-Porenbildner wurde bei 150ºC herausgeschmolzen. Der erhaltene grüne Körper wurde entsprechend dem folgenden Schema gebrannt:
60ºC - 600ºC; 15ºC/h, 36 h,
600ºC - 1200ºC; 200ºC/h, 3 h,
1200ºC 2 h,
1200ºC - 700ºC; 1000ºC/h, 0,5 h,
700ºC - 20ºC; 340ºC/h, 2 h.
Der gebrannte Körper des Beispiels 6 wurde nicht mit geschmolzenem Metall (Aluminium) untersucht, er schien jedoch visuell den Proben des obigen Beispiels 3 ziemlich ähnlich zu sein, die erfolgreich mit geschmolzenem Aluminium untersucht wurden.

Beispiel 7

Eine Reihe von fünf porösen keramischen Körpern wurde hergestellt unter Verwendung von Dieselöl Nr. 2 als Gleitmittel für den Porenbildner und unter Anwendung von Vakuum, um den CaCl&sub2;- Porenbildner zu evakuieren und das Tränken mit dem Gleitmittel zu verstärken. Bei der Herstellung dieser porösen Körper wurde der Verfestigungsdruck etwas variiert, um zu bestimmen, ob das einen Einfluß auf die Dichte des grünen Körpers hätte. Die Details der Herstellung sind wie folgt: Proben-Code Stempeldruck Dichte nach dem Pressen Dichte nach dem Auslaugen Dichte nach dem Brennen Gesamt-Porösität Vol.-%
Diese Proben wurden gebildet mit gleitfähig gemachten Porenbildnern unter Verwendung des folgenden Gemisches zur Herstellung eines einzigen Ansatzes aus dem jede Probe gebildet wurde:
1300 g CaCl&sub2;, 4,76 bis 3,35 mesh (+ 4 -6 Tyler), 480,6 g Alcoa Al6SG Tonerde (Al&sub2;O&sub3;), 24,62 Ferro XF-41 CAB (Calcium-alumino-borat) Glas (Molverhältnis: CaCO/Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3; = 1/0,79/1,31), 227,5 Standard Oil S-585 Silmar Polyester-Harz, 1,14 g MEK-peroxid, DDM-9, hergestellt von Ludicol Division, Pennwalt.
Es wurde ein Standard-Doppelarm-Mischer angewandt, um das Gemisch gründlich zu vermischen. Ein 203 mm (8'') Durchmesserstempel wurde angewandt, um die Probe Nr. 8-7A herzustellen, während ein 57 mm (2,25'') Durchmesserstempel angewandt wurde, um alle anderen Proben herzustellen. Alle Proben wurden jeweils etwa 3 h in Wasser ausgelaugt. Das Brennschema für diese Proben war wie folgt:
60ºC - 600ºC; 15ºC/h,
600ºC - 1200ºC; 200ºC/h,
1200ºC - 2 h,
1200ºC - 700ºC; 1000ºC/h,
700ºC - 20ºC; 340ºC/h.
Die obigen Proben 8-7C, 8-7D und 8-7E wurden hergestellt, um die Wirkung auf die Dichte durch Erhöhung des Preßdrucks zu bestimmen; diese Proben wurden nicht weiter untersucht. Es wurde festgestellt, daß keine deutliche Zunahme der Dichte nach dem Pressen auftrat, wenn der Spritzdruck erhöht wurde, was anzeigt, daß die volle Preßdichte mit etwa 5171 kN/m² (750 psi) erreicht wurde.
Eine der mit gleitfähig gemachtem Porenbildner hergestellten Proben, die Proben-Nr. 8-7B, wurde dann mit den Proben Nr. A7060-46-05 und A7060-46-06 aus Beispiel 3 verglichen, die mit nicht gleitfähig gemachten Porenbildnern hergestellt worden waren. Die Ergebnisse diese Vergleiche sind wie folgt: Proben-Code Stempeldruck Tiefe des Anfangsmetallkopfs Poren-Durchmesser Vol.-% mit Al gefüllt (Porösität) min Aluminiumdurchlässigkeit
Es ist zu bemerken, daß der Porendurchmesser bei Verwendung der gleitfähig gemachten Porenbildnern deutlich höher ist, obwohl der Größenbereich und die Verteilung der Porendurchmesser bei allen drei Proben gleich waren. Der Widerstand gegen den Strom von geschmolzenem Metall, gemessen durch die Tiefe des Anfangsmetallkopfs, der von dem Filter zurückgehalten wurde, ist bei der Probe 8-7B wesentlich geringer. Selbst wenn der Verfestigungsdruck verdoppelt wird (vgl. A7060-46-05 und A7060-46-06) ist die Anfangstiefe des Metallkopfs noch wesentlich größer, verglichen mit der Probe, die bei geringerem Verfestigungsdruck aber mit einem gleitfähig gemachten Porenbildner hergestellt worden ist (vgl. A7060-46-06 und 8-7B).

Beispiel 8

Es wurde eine Reihe von vier porösen keramischen Körpern hergestellt, unter Verwendung von Zirkoniumoxid (Zirconia, ZrO&sub2;)-Pulver als keramisches Grundpulver. Es wurde Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;)-Pulver zu dem ZrO&sub2;-Pulver zugesetzt, um ein keramisches Pulvergemisch zu erhalten, und die als Endprodukt entstehenden keramischen Pulver wurden gekennzeichnet als partiell stabilisierte Zirkoniumerde (PSZ). Das keramische Pulvergemisch, enthaltend 3 Mol-% Y&sub2;O&sub3; im Gemisch mit als Rest ZrO&sub2; wurde kommerziell von Toyo Soda erhalten und ist als TZ-3Y bezeichnet. Das angewandte Harz war Standard Oil S-585 Silmar, Polyesterharz unter Verwendung von Ludicol MEK-peroxid als Härtungskatalysator. Der Porenbildner war 4,76 bis 3,35 mm (+ 4 -6 Tyler mesh) CaCl&sub2;, getränkt mit Dieselöl Nr. 2. Die Details der Herstellung sind wie folgt. Proben-Code Keramikmaterial: Vol.-% bezogen auf das Gemisch Keramikpulver plus Harz CaCl&sub2;: Porenbildner Vol.-% bezogen auf Gemisch aus Keramikpulver, Harz und Porenbildner Dichte: g/cm³ nach dem Auslaugen Dichte: g/cm³ nach dem Sintern
Alle obigen ZrO&sub2; Proben wurden durch Pressen bei 10 342 kN/m² (1500 psi) verfestigt. Alle gebildeten grünen Körper wurden nach dem folgenden Schema gebrannt:
60ºC - 600ºC, 36 h; 15ºC/h Zunahme, 600ºC - 1550ºC, 4,75 h; 200ºC/h Zunahme, 1550ºC 2 h, 1550ºC - 20ºC, 4 h, Abkühlen im Ofen.
Das Brennen wurde in Luftatmosphäre durchgeführt. Alle Misch-, Auslaug- und Härtestufen wurden für diese Beispiele entsprechend den für Beispiel 4 oben angegebenen Bedingungen durchgeführt. Die Größe der nach diesem Beispiel hergestellten Proben betrug jeweils 57 mm (2,25'') Durchmesser mit einer Dicke im Bereich von 11,9 bis 18,0 mm (0,47''-0,71'').
Nach dem Sintern wurden die Probenstücke gemessen, um die Wirkung des Sinterns auf die Dichte und Größe, bezogen auf die grünen Körper wie vor dem Brennen gemessen, zu bestimmen. Die Ergebnisse sind wie folgt: Proben-Code Dichte: g/cm³ nach dem Sintern Prozentuale Änderung der Dichte von dem grünen Körper zu dem gesinterten Körper Änderung des Durchmessers: Prozent Änderung der Dicke: Prozent
Die gebrannten Körper des Beispiels 8 wurden nicht mit geschmolzenem Metall (Aluminium) untersucht, sie schienen jedoch visuell den Proben des obigen Beispiels 4 ziemlich ähnlich zu sein, die erfolgreich mit geschmolzenem Aluminium untersucht wurden. Außerdem wird angenommen, daß aufgrund der Fähigkeit von PSZ, deutlichen höheren Temperaturen von den geschmolzenen Metallen, oberhalb derjenigen von geschmolzenem Aluminium, zu widerstehen, die PSZ-Proben des Beispiels 8 angewandt werden können, um geschmolzenes Kupfer, Messing, Bronze und Stähle (sowohl weiche Stähle als auch korrosionsbeständige Stähle) zu filtrieren.
Ein Faktor, der in Beziehung auf alle in den obigen Beispielen untersuchten und analysierten Proben gleich zu bleiben scheint, ist, daß das Volumen der Zellen, die in den porösen keramischen Körpern gebildet worden sind, direkt proportional ist dem Volumen der anfänglich in den verfestigten Gemischen eingeschlossenen Porenbildner. In allen Fällen wird das Volumen verringert, aber nur um den Schrumpffaktor, der mit dem Sintern verbunden ist, der auch alle anderen Dimensionen des porösen keramischen Körpers im Vergleich mit dem entsprechenden grünen Körper vor dem Sintern beeinflußt. Ein anderer Faktor, der in allen diesen Proben gleich zu bleiben scheint, ist, daß die Form der Poren überwiegend rund ist. D.h. daß mehr als 50% der Poren eine gerundete Form besitzen, die allgemein die Form eines Hohlzylinderbereichs erreicht, im Unterschied zu einer mehrkantigen Form, während ein wesentlicher (mehr als 25%) zusätzlicher Teil dieser Poren, die in der Form nicht rund sind, allgemein einen ovalen oder elliptischen Querschnitt besitzt und keinen deutlichen mehreckigen Querschnitt aufweist. Verhältnismäßig wenige Poren sind im Vergleich allgemein unregelmäßig in der Form, so daß deutliche Polyeder (bzw. mehrkantige Bereiche) gebildet werden.
Einige Proben, ähnlich den obigen Proben, die jedoch nicht mit geschmolzenem Metall getestet wurden, wurden untersucht, um die Festigkeit zu bestimmen. Es wurden zwei spezielle Arten von Standardtests durchgeführt, um den Bruchmodul (MOR) bzw. den Biegemodul (MOB) zu bestimmen. Bei Raumtemperatur zeigten alle untersuchten Proben einen MOR im Bereich von 1379 bis 1793 kN/m² (200-260 psi) und bei erhöhter Temperatur (649ºC) (1200ºF) einen MOR im Bereich von 758 bis 1103 kN/m² (110- 160 psi). Bei Raumtemperatur zeigten alle untersuchten Proben einen MOB im Bereich von 3,8·10&sup5;-5,0·10&sup5; kN/m² (5,5·10&sup4; -7,2·10&sup4; psi) und bei erhöhter Temperatur (649ºC) (1200ºF) einen MOB im Bereich von 2,9·10&sup5;-3,2·10&sup5; kN/m² (4,2·10&sup4; -4,7·10&sup4; psi). Alle auf die Festigkeit untersuchten Proben waren hergestellt worden, nach dem in Beispiel 5 oben angegebenem Verfahren, mit der Ausnahme, daß der Anteil an keramischem Pulver, das zur Herstellung des Gemisches aus keramischen Pulver und Harz verwendet wurde, 45 Vol.-% betrug, und der Anteil an Wachs-Porenbildnern, die zur Herstellung des Gesamtgemisches, umfassen Porenbildner plus keramisches Pulver plus Harz verwendet wurden, 75 Vol.-% betrug. Bezogen auf das oben Gesagte, konnte der Schluß gezogen werden, daß die porösen keramischen Körper nach der vorliegenden Erfindung eine ausreichend hohe Strukturfestigkeit und einen Zusammenhalt besaßen, um sie als annehinbare Filter für geschmolzenes Metall zu qualifizieren.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikrobilds eines Querschnitts durch einen porösen keramischen Körper 25, der hergestellt worden ist unter Verwendung von Al&sub2;O&sub3; als keramisches Material und Wachs als Porenbildner. Der Grad, der (assimilated) Vergrößerung, bezogen auf die natürliche Größe beträgt etwa das 6fache. Die Poren 27, die als Hohlräume in der Aufsicht in Fig. 3 gezeigt sind, sind in der Form überwiegend rund, während einige zu elliptisch oder oval geformten Poren 29 neigen. Bei dieser Ausführungsform werden allgemein kugelförmige Wachs-Porenbildner verwendet, so daß viele der Zellen 31 in der Form kugelförmig sind, während andere die Form von gedrückten kugelförmigen Zellen 33 annehmen, wie oben erläutert. Allgemein verbinden horizontal angeordnete Poren 35, die Zellen 31, 33. Im wesentlichen sind alle Zellen mit mindestens zwei anderen Zellen verbunden. Auch die in Aufsicht dargestellten Poren 27, 29 verbinden Zellen unterhalb (nicht gezeigt) den in Fig. 3 gezeigten. Schließlich trennt die Zellen eine dichte, im wesentlichen feste (hohlraumfreie) gesinterte, keramische Matrix 37, die mit Ausnahme der Verbindung der Poren 27, 29, 35 im wesentlichen die Zwischenräume zwischen den Zellen 31, 33 ausfüllt. Diese keramische Matrix 37 ist durch schraffierte Bereiche in Fig. 3 angegeben.
In Fig. 3 sind im wesentlichen alle Porenkanten 39, die diskrete Bereiche bilden, am Übergang von einer Zellwand 40 zu einer Porenwand 38 abgerundet oder geglättet, so daß dort keine scharfen Ecken oder rauhen Kanten vorhanden sind, die den glatten Durchstrom von geschmolzenem Metall behindern oder einschränken. Überraschenderweise werden jedoch die exogenen intermetallischen Substanzen und andere Verunreinigungen, einschließlich Schlacke und Schlicker, in den Zelle 31 und 33 während des Stroms des geschmolzenen Materials durch den keramischen Körper 25 festgehalten, wobei verhältnismäßig unwesentliche Mengen hindurchgehen. Es hat sich gezeigt, daß diese exogenen intermetallischen Substanzen im wesentlichen gleichförmig in den Zellen 31 und 33 festgehalten werden. So hat es sich gezeigt, daß diese nichtmetallischen Substanzen im wesentlichen gleichförmig durch den Querschnitt oder die Dicke 13 des keramischen Körpers 11 verteilt sind, wie in Fig. 2 gezeigt, die sich von der Eintrittsseite 21 zu der Austrittsseite 23 erstreckt, während bei den meisten Filtermedien nach dem Stand der Technik exogene intermetallische Substanzen nach dem Durchstrom von geschmolzenem Metall sich an oder nahe der Eingangsseite (des Filters) finden.
Nach den Patentregeln wurde das beste Verfahren und die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Rahmen der Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt, sondern durch die anhängenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Poröser keramischer Körper mit hoher Festigkeit und Integrität, umfassend:

(a) eine im wesentlichen kontinuierliche und feste Matrix, gekennzeichnet durch die Abwesenheit von faserförmigen Poren;

(b) eine Vielzahl von Zellen unterschiedlicher Form, die in dieser gesamten Keramikmatrix statistisch verteilt sind und mit denen die Matrix durchsetzt ist, wobei die Keramikmatrix die Zellen im wesentlichen trennt und die Zwischenräume zwischen den Zellen und um die Zellen herum ausfüllt;

(c) eine Vielzahl von nicht-faserförmigen Poren, die die Zellen so miteinander Verbinden, daß überwiegend jede der Zellen durch die Poren mit mindestens zwei (2) anderen derartigen Zellen verbunden ist, die Wände der Zellen und der Poren überwiegend glatt sind, die Kanten der Poren, die die diskreten Übergangsbereiche zwischen den Zellwänden und den Porenwänden bilden, abgerundet und glatt sind, der mittlere Querschnittsbereich der Poren überwiegend kleiner ist als der mittlere Querschnittsbereich der Zellen, wobei mehr als 50% der Poren eine abgerundete Form besitzen und sich allgemein der Form eines Hohlzylinderabschnitts nähern.

2. Körper nach Anspruch 1, wobei die keramische Matrix ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Al&sub2;O&sub3;, SiC, TiB&sub2;, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4;, SiAlON und PSZ.

3. Körper nach Anspruch 1, wobei der poröse keramische Körper ein Filtermedium ist.

4. Roher Körper, aus dem ein poröser keramischer Körper mit hoher Festigkeit und Integrität hergestellt werden kann, umfassend ein verfestigtes, überwiegend homogenes Gemisch aus einem härtbaren Harz mit einem sinterbaren Keramikpulver, das vermischt ist mit einer Vielzahl von Porenbildnern, wobei die Materialien des Harzes und der Porenbildner so aus gewählt sind, daß die Benetzbarkeit des Harzes, bezogen auf die Porenbildner, so ist, daß das Harz dazu neigt, wenn es mit der Oberfläche der Porenbildner in Kontakt kommt, bevor das Harz gehärtet ist, diese zu umbördeln (bead), wobei das Harz in der verfestigten Masse, die gehärtet wird, und die Porenbildner in der verfestigten Masse entfernbar sind, nachdem das Harz in dem rohen Körper gehärtet ist.

5. Körper nach Anspruch 4, wobei das härtbare Harz ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyester-, Epoxy-, Polyethylen-, Polypropylen-, phenolische und Polyvinylchloridharze'

6. Körper nach Anspruch 4, wobei das keramische Pulver ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Al&sub2;O&sub3;, SiC, TiB&sub2;, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4;, SiAlON und PSZ.

7. Körper nach Anspruch 4, wobei die Porenbildner Wachs umfassen.

8. Körper nach Anspruch 4, wobei die Porenbildner CaCl&sub2; umfassen.

9. Körper nach Anspruch 4, wobei die Porenbildner Gleitmitteleigenschaften besitzen.

10. Körper nach Anspruch 4, wobei die Oberflächen der Porenbildner mit Öl überzogen werden, bevor sie mit dem Gemisch des härtbaren Harzes und des sinterbaren keramischen Pulvers vermischt werden.

11. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Körpers mit hoher Festigkeit und Integrität, umfassend:

(a) Bilden eines vorwiegend homogenen Gemisches aus härtbarem Harz und sinterbarem Keramikpulver;

(b) Zumischen des Gemisches aus dem Harz und dem Pulver zu einer Vielzahl von Porenbildnern unter Bildung eines Gemisches; (c) Verfestigen des Gemisches, so daß im wesentlichen keine Leerräume mehr vorhanden sind;

(d) Härten des Harzes in dem Gemisch unter Bildung eines rohen Körpers;

(e) Entfernen der Porenbildner aus dem rohen Körper und

(f) nachdem die Porenbildner aus dem rohen Körper entfernt sind, Brennen des rohen Körpers bei Sintertemperatur und Sintern des Pulvers unter Bildung des porösen keramischen Körpers mit hoher Festigkeit und Integrität;

wobei das Harz und die Porenbildner so ausgewählt sind, daß die Benetzbarkeit des Harzes, bezogen auf die Porenbildner, so ist, daß das Harz dazu neigt, wenn es mit der Oberfläche der Porenbildner in Kontakt kommt, bevor das Harz gehärtet ist, diese zu umbördeln.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das sinterbare keramische Pulver ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Al&sub2;O&sub3;, SiC, TiB&sub2;, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4;, SiAlON und PSZ.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das härtbare Harz ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyester-, Epoxy-, Polyethylen-, Polypropylen-, phenolische und Polyvinylchloridharze.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das härtbare Harz mit einem Weichmacher vermischt wird, bevor es zu dem Gemisch aus dem härtbaren Harz und dem sinterbaren keramischen Pulver geformt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das härtbare Harz mit einem Gleitmittel vermischt wird, bevor es zu dem Gemisch aus dem härtbaren Harz und dem sinterbaren keramischen Pulver geformt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das härtbare Harz mit einem Härtungsmittel vermischt wird, bevor es zu dem Gemisch aus dem härtbaren Harz und dem sinterbaren keramischen Pulver geformt wird.

17. Poröser keramischer Körper mit hoher Festigkeit und Integrität, hergestellt nach dem Verfahren umfassend:

(d) Härten des Harzes in dem Gemisch unter Bildung eines rohen Körpers;

(e) Entfernen der Porenbildner aus dem rohen Körper und

18. Körper nach Anspruch 17, wobei das sinterbare keramische Pulver eines ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Al&sub2;O&sub3;, SiC, TiB&sub2;, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4;, SiAlON und PSZ.

19. Körper nach Anspruch 17, wobei das härtbare Harz ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyester-, Epoxy-, Polyethylen-, Polypropylen-, phenolische und Polyvinylchloridharz.

20. Körper nach Anspruch 17, wobei das härtbare Harz mit einem Weichmacher vermischt ist, bevor es zu dem Gemisch aus härtbarem Harz und sinterbarem keramischen Pulver geformt worden ist.

21. Körper nach Anspruch 17, wobei das härtbare Harz mit einem Gleitmittel vermischt worden ist, bevor es zu dem Gemisch aus dem härtbaren Harz und dem sinterbaren keramischen Pulver geformt worden ist.

22. Körper nach Anspruch 17, wobei das härtbare Harz mit einem Härtungsmittel vermischt worden ist, bevor es zu dem Gemisch aus dem härtbaren Harz und dem sinterbaren keramischen Pulver geformt worden ist.

23. Poröser keramischer Körper mit hoher Festigkeit und Integrität, hergestellt durch Entfernung der Porenbildner, aus einem rohen Körper, und anschließendes Sintern des rohen Körpers, umfassend eine verfestigte Masse aus einem überwiegend homogenen Gemisch aus einem härtbaren Harz mit einem sinterbaren keramischen Pulver, das vermischt ist mit einer Vielzahl der Porenbildner, wobei die Materialien des Harzes und der Porenbildner so ausgewählt sind, daß die Benetzbarkeit des Harzes, bezogen auf die Porenbildner, so ist, daß das Harz dazu neigt, wenn es mit der Oberfläche der Porenbildner in Kontakt steht, bevor das Harz gehärtet wird, diese zu umbördeln, und wobei das Harz in der verfestigten Masse, die gehärtet wird, und die Porenbildner in der verfestigten Masse entfernbar sind, nachdem das Harz in dem rohen Körper gehärtet worden ist.