DE3877555T2 - Gesinterter keramischer koerper mit ausgezeichneter feuerfestigkeit (hitzebestaendigkeit) und bearbeitbarkeit und verfahren zu seiner herstellung. - Google Patents
Gesinterter keramischer koerper mit ausgezeichneter feuerfestigkeit (hitzebestaendigkeit) und bearbeitbarkeit und verfahren zu seiner herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen gesinterten, keramischen Körper mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit und ein Verfahren zur Herstellung desselben, und insbesondere, sowohl einen keramischen Körper, welcher eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufweist, bei einer hohen Temperatur gebrannt werden kann, und eine extrem hohe Festigkeit aufweist, als auch ein Verfahren zur Herstellung dieses Körpers.
- Chemical Abstracts No. 85:509170e, Seite 279 (1976) beschreibt die Eigenschaften von gesinterten Shirasu-Wollastonitkörpern, die Festigkeit und Bearbeitbarkeit werden jedoch nicht diskutiert.
- US-A-3926647 beschreibt ein Verfahren für die Herstellung eines synthetischen Wollastonits und Diopsids durch das Sintern einer Mischung aus Siliziumoxid und Kaliziumoxid. Auch dort ist keine Diskussion über die Festigkeit und Bearbeitbarkeit der gesinterten Körper enthalten.
- Da gesinterte, keramische Körper im allgemeinen sehr hart aber brüchig sind, ist das Schneiden oder anderes Bearbeiten dieser Körper extrem schwierig. Zum Beispiel unter herkömmlich gesinterten Porzellanen, sind harte Porzellane aus einer Hauptkristallphase umfassend Mullit (3Al&sub2;O&sub3;.2SiO&sub2;), Quarz etc. zusammengesetzt, welche durch eine Alkaliglasphase verbunden werden. Das kristalline Ausgangsmaterial wird, vor dem Sintern, unter Wärme zersetzt und reagiert zu einem eutektischen Zustand um so hart und spröde zu werden, ein jedoch sehr wenig hartes Material mit einer Mohhärte von 7 oder mehr, welches aus verschiedenen kristallinen und Glasphasen zusammengesetzt ist. Dementsprechend weist das resultierende Material einen Mangel in der Bearbeitbarkeit auf, insofern daß es fast unmöglich ist, das Material mit üblichen Kohlenstoffstahlwerkzeugen zu bearbeiten. Aluminiumoxid und Zirkoniumoxidporzellane und dgl., welche als so bezeichnete Oxidkeramiken bekannt sind, besitzen gesinterte Körper aus feinen kristallinen Materialien und weisen eine hohe Festigkeit auf, da diese jedoch eine Mohhärte von 8 oder mehr aufweisen, können sie nur schwer mittels herkömmlicher Kohlenstoffstahlwerkzeuge bearbeitet werden.
- Werden spezielle Werkzeuge, wie eine Diamantsäge zur Bearbeitung dieser harten Materialien verwendet, können sie bis zu einem gewissen Grad geschnitten oder bearbeitet werden. Die Diamantsäge ist jedoch ein sehr teures Werkzeug, und die Bearbeitung mit diesem Werkzeug erfordert des weiteren eine lange Zeitdauer und merkliche Anstrengung, und ist daher industriell nicht von Vorteil, da die Arbeitskosten hoch sind.
- In dieser Situation ist das Zurverfügungstellen von gesinterten, keramischen Körpern stark erwünscht, welche mit Leichtigkeit in jede gewünschte Form geschnitten, beschnitten, durchbohrt, genutet oder bearbeitet werden können, ohne zu zerplatzen oder zu zerbrechen, auf die gleiche Art und Weise wie das Schneiden von Holz, unter Verwendung von üblichen Werkzeugen mit einer Kante aus einem üblichen Kohlenstoffstahl, z.B. Bohrer, Sägen, Schneider, etc. oder d.h., gesinterte keramische Körper mit einer ausgezeichneten Bearbeitbarkeit.
- Eine Glimmer-Glaskeramik "Macor" (Warenzeichen von Corning) ist bereits bekannt, von welcher gesagt wird, daß sie eine verbesserte Bearbeitbarkeit aufweist. Es wird gesagt, daß diese eine etwas verbesserte Bearbeitbarkeit aufweist. Da diese Glaskeramik jedoch im wesentlichen ein kristallisiertes Glas KMg&sub2;AlSi&sub3;O&sub1;&sub0;F&sub2; mit einem Anteil von 30-40% enthält, kann diese auch nur schwer mit üblichen Kohlenstoffstahlwerkzeugen bearbeitet werden. Des weiteren bricht die Glaskeramik leicht und erweicht und deformiert sich zusätzlich bei ungefähr 800ºC. Demgemäß sollte gesagt werden, daß diese Glaskeramik viele Mängel als keramisches Erzeugnis aufweist.
- Keramiken, welche solche Probleme nicht aufweisen und eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit besitzen, sind in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 184643/85 beschrieben. (Der Ausdruck "OPI" wird hier im Sinne "veröffentlichte, nicht geprüfte japanische Patentanmeldung" verwendet.)
- Bei den in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 184643/85 beschriebenen gesinterten keramischen Körpern kann jedoch die Brenntemperatur nicht hoch sein (d.h., die Keramiken werden bei 1200ºC oder weniger gebrannt), um den Übergang von β-Wollastonit in α-Wolastonit zu verhindern, und daher sind die gesinterten keramischen Körper insofern mangelhaft, als daß deren Festigkeit gering ist und sie praktisch nicht bei einer Temperatur von 1000ºC oder mehr verwendet werden können.
- Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die obengenannten Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
- Die vorliegende Erfindung schafft einen gesinterten, keramischen Körper mit hoher Festigkeit, ausgezeichneter Feuerfestigkeit (Wärmebeständigkeit) und Bearbeitbarkeit, umfassend eine Zusammensetzung aus CaO-SiO&sub2;-MgO, die in einem dreieckigen Phasendiagramm von CaO-SiO&sub2;-MgO von einem Vieleck umgeben ist, welches durch die unten beschriebenen Punkte, 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 definiert ist:
- der Punkt 1 ist 25,7 Gew.-% CaO, 55,5 Gew.-% SiO&sub2; und 18,8 Gew.-% MgO;
- der Punkt 2 ist 35,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO&sub2; und 13,0 Gew.-% MgO;
- der Punkt 3 ist 36,5 Gew.-% CaO, 51,3 Gew.-% SiO&sub2; und 12,2 Gew.-% MgO;
- der Punkt 4 ist 47,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO&sub2; und 1,0 Gew.-% MgO;
- der Punkt 5 ist 45,9 Gew.-% CaO, 53,1 Gew.-% SiO&sub2; und 1,0 Gew.-% MgO;
- der Punkt 6 ist 31,2 Gew.-% CaO, 61,7 Gew.-% SiO&sub2; und 7,1 Gew.-% MgO; und
- der Punkt 7 ist 30,2 Gew.-% CaO, 61,5 Gew.-% SiO&sub2; und 8,3 Gew.-K% MgO;
- und worin die ausgezeichnete Bearbeitbarkeit von einer Hauptkomponente aus β-Wollastonit des gesinterten Körpers herrührt.
- Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten, keramischen Körpers mit hoher Festigkeit, ausgezeichneter Feuerfestigkeit (Wärmebeständigkeit) und Bearbeitbarkeit zur Verfügung, wobei das Verfahren einen Schritt der Herstellung einer Rohmaterialzusammensetzung umfaßt, die aus CaO, SiO&sub2; und MgO zusammengesetzt ist, welche in einem dreieckigen Phasendiagramm von CaO-SiO&sub2;-MgO von einem Vieleck umgeben wird, welches durch die unten beschriebenen Punkte 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 definiert ist:
- der Punkt 1 ist 25,7 Gew.-% CaO, 55,5 Gew.-% SiO&sub2; und 18,8 Gew.-% MgO,
- der Punkt 2 ist 35,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO&sub2; und 13,0 Gew.-% MgO;
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- der Punkt 7 ist 30,2 Gew.-% CaO, 61,5 Gew.-% SiO&sub2; und 8,3 Gew.-% MgO,
- wobei ein Schritt der Formgebung der so hergestellten Zusammensetzung, und ein Schritt des Brennens des so geformten Körpers bei einer Temperatur höher als 1200ºC und bis zu 1350ºC umfaßt ist, um einen gesinterten Körper zu erhalten, der β-Wollastonit als eine Hauptkomponente des gesinterten Körpers aufweist.
- Vorzugsweise enthält der β-Wollastonit eine feste Lösung von MgO.
- β-Wollastonit (βCaO.SiO&sub2;) besitzt eine nadelförmige, gut gewachsene, trikline Systemtextur, welche sich von dem monoklinen System der körnigen Kristalltextur des α-Wollastonits unterscheidet. β-Wollastonit kann eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit erreichen.
- Die Kurve in Fig. 2 macht deutlich, daß, wenn das CaO-SiO&sub2;-System nicht bei einer Temperatur von 1200ºC oder weniger gebrannt wird, insbesondere bei 1130ºC oder weniger oder dergleichen, α-Wollastonit in dem gebrannten Erzeugnis kristallisiert, so daß das resultierende Erzeugnis keine gute Bearbeitbarkeit aufweist. Im Gegensatz dazu, ist in dem System CaO-MgO-SiO&sub2;, welches durch die Zugabe von MgO zu diesem CaO-SiO&sub2;-System gebildet wird, die Übergangstemperatur von β-Wollastonit zu α-Wollastonit erhöht, so daß die Zusammensetzung dieses Systems bei einer höheren Temperatur gebrannt werden kann.
- Ist der Anteil an MgO jedoch zu groß, wird die Härte des gesinterten Körpers zu groß, oder es würden zu viele nicht nadelige Kristalle gebildet, wodurch die Bearbeitbarkeit des resultierenden Körpers häufig erniedrigt wird.
- Ernsthafte Untersuchungen wurden durchgeführt zu dem Zweck, eine Zusammensetzung in dem CaO-SiO&sub2;-MgO-System zu erhalten, welche aufgrund der Erhöhung der Übergangstemperatur von β-Wallastonit zu α-Wollastonit bei einer hohen Temperatur gebrannt werden kann und welche zu einem gesinterten Körper hergestellt werden kann mit guter Bearbeitbarkeit und hoher Festigkeit, und als ein Ergebnis wurde ermittelt, daß die Zusammensetzung, umgeben von den Punkten 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 in Fig. 1, einen gesinterten, keramischen Körper mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit und hoher Festigkeit und Wärmebeständigkeit bilden kann und es wurde ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers zur Verfügung gestellt.
- Die vorliegende Erfindung wird im folgenden im Detail anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1 ein CaO-SiO&sub2;-MgO-Dreikomponentendiagramm zeigt,
- Fig.2 ein Diagramm zur Erklärung der Beziehung zwischen dem CaO-SiO&sub2;-System und dem CaO-MgO-2SiO&sub2;-System zeigt; und
- Fig.3 einen vergrößerten Teil des CaO-SiO&sub2;-MgO-Dreikomponentendiagramms umfassend die Zusammensetzung der Beispiele 1 bis 5 und 9.
- Der gesinterte, keramische Körper der vorliegenden Erfindung hat eine Zusammensetzung von CaO, SiO&sub2; und MgO, welche durch die Punkte 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 in Fig. 1 umgeben wird.
- In Fig. 1 haben die jeweiligen Punkte 1 bis 7 eine Zusammensetzung, wie in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Punkt
- Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, welches bevorzugt bei der Herstellung von den obenbeschriebenen erfindungsgemäßen gesinterten Körpern ist, wird im folgenden im Detail beschrieben.
- Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein CaO-Ausgangsmaterial, ein SiO&sub2;-Ausgangsmaterial und ein MgO-Ausgangsmaterial zunächst vermischt, so daß die Zusammensetzung von CaO, SiO&sub2; und MgO in den von den Punkten 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 in Fig. 1 umgebenen Bereich fällt.
- Für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind als ein CaO-Ausgangsmaterial und ein SiO&sub2;-Ausgangsmaterial natürlicher oder synthetischer β-CaO.SiO&sub2;, wie Wollastonit oder Kalziumsilikathydrat, welches fähig ist, Wollastonit nach dem Brennen zu bilden, wie Xonolit, bevorzugt. Kalziumkarbonat und Siliziumoxid können ebenfalls verwendet werden. Als MgO-Ausgangsmaterial können Talk (Talkum), Dolomit, Magnesiumhydroxid, Magnesiumkarbonat und Magnesiumoxid verwendet werden.
- Diese Ausgangsmaterialien werden in solch einem Maße gut vermahlen und gemischt, daß die nadelförmigen oder tafelförmigen Kristalle des Ausgangsmaterials nicht zerstört werden, und anschließend in einer herkömmlichen Weise geformt und bei einer Temperatur höher als 1200ºC und bis zu 1350ºC gebrannt.
- Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann ein Material, welches durch das Brennen geschmolzen werden kann, um eine Glasfaser zu bilden, wie Feldspat etc, zu der Ausgangsmaterialzusammensetzung hinzugefügt werden, wodurch die Festigkeit des zu erhaltenden gebrannten Körpers verbessert werden kann. Als solch ein Material ist Nephelin-Feldspat von der Feldspatgruppe besonders bevorzugt. Bezug nehmend auf die Menge dieses Materials ist die Verbesserung der Festigkeit des gebrannten Körpers höher mit der Erhöhung der zugefügten Menge. Beträgt die Menge jedoch z.B. 15 Gew.-% oder mehr von der Menge der Hauptausangsmaterialkomponente von Wollastonit, ist die Bearbeitbarkeit des zu erhaltenden gebrannten Körpers merklich geringer, und daher beträgt die hinzuzufügende Menge vorzugsweise 10 Gew.-% oder weniger des Anteils an Wollastonit. (Enthält die Ausgangsmaterialzusammensetzung eine Komponente zur Bildung von Wollastonit mittels Brennen, sollte diese Menge auf der Menge des mittels Brennen gebildeten Wollastonit basieren).
- Zur Herstellung eines geformten Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung, kann ein geeignetes Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, Dextrin, Carboxymethylzellulose, etc. verwendet werden.
- Verschiedene Verfahren, die im allgemeinen für das Formen von Keramiken eingesetzt werden, können für das Formen der Ausgangsmaterialzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel, wird Wasser zu einem Rohmaterialpulver hinzugefügt, z.B. in einer Menge von 20 bis 25% und verknetet, und anschließend mittels Extrusion geformt; oder Wasser wird zu einem Rohmaterialpulver hinzugefügt, z.B. in einer Menge von 5 bis 10% und vermischt und anschließend unter Druck geformt. Es ist nicht notwendig zu sagen, daß diese Mittel nur einige Ausführungsformen zeigen sollen, jedoch nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung begrenzen. Einem Fachmann ist es klar, daß die geformten Körper der vorliegenden Erfindung mittels verschiedener anderer Vorrichtungen und Bedingungen als die obenbeschriebenen hergestellt werden können.
- Der geformte Körper wird danach getrocknet und anschließend gebrannt. Die Trocknungstemperatur und -zeit sind nicht besonders wesentlich für die vorliegende Erfindung und können unter Berücksichtigung der Tatsache ermittelt werden, daß das Wasser in dem Körper ausreichend ausdampfen kann.
- Die Brenntemperatur sollte höher als 1200ºC und bis zu 1350ºC oder weniger betragen. Die Dauer zur Beibehaltung dieser Brenntemperatur sollte 30 Minuten bis 20 Stunden oder dgl. betragen. Übersteigt die Brenntemperatur 1350ºC würde α-Wollastonit gebildet und gleichzeitig würde der resultierende Körper eine schnellschmelzende Eigenschaft zeigen, und als Ergebnis könnte kein Erzeugnis erzielt werden.
- Auf der anderen Seite, wenn die Brenntemperatur unter 1200ºC liegt, ist die Festigkeit des gesinterten Körpers unzureichend. Ein bevorzugter Brenntemperaturbereich liegt zwischen 1230ºC und 1330ºC und insbesondere von 1250ºC bis 1300ºC. Wird die Brenntemperatur aus diesem bevorzugten Bereich ausgewählt, wird empfohlen, daß die Brenndauer in dem Bereich von 40 Minuten bis 3 Stunden liegt. Eine zu geringe Brenndauer würde in einer unzureichenden Festigkeit des gesinterten Körpers resultieren, während eine zu lange Brenndauer den Verbrauch von Wärmeenergie für das Brennen unnotwendigerweise erhöhen würde.
- Wie oben beschrieben, enthält die Ausgangsmaterialzusammensetzung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung einen spezifischen Anteil an MgO, und daher kann der Übergang in α-CaO.SiO&sub2; auch bei Brennen bei einer hohen Temperatur verhindert werden, und ein gutes kristallines Erzeugnis aus β-CaO.SiO&sub2; (β-Wollastonit) kann erhalten werden. Demgemäß besitzt der erfindungsgemäße gesinterte keramische Körper, welcher eine spezifisch definierte Zusammensetzung von CaO, SiO&sub2; und MgO aufweist, eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufgrund der β-CaO.SiO&sub2;-Kristalltextur. Zusätzlich, aufgrund des Vorhandenseins von MgO in der Zusammensetzung, wird die Übergangstemperatur von β-CaO.SiO&sub2; zu α-CaO.SiO&sub2; erhöht, und daher kann diese CaO-SiO&sub2;-MgO-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung bei einer hohen Temperatur gebrannt werden, so daß die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten gesinterten Körper immer eine hohe Feuerfestigkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen.
- Die folgenden Beispiele sind dafür gedacht, die vorliegende Erfindung im Detail zu beschreiben. Es sollte festgehalten werden, daß diese den Bereich der vorliegenden Erfindung jedoch in keinster Weise begrenzen sollen.
- Die folgenden Ausangsmaterialien wurden hergestellt.
- 1. Wollastonit # 350 (aus der Kitsurin Provinz, China), mittlere Korngröße 12 um.
- 2. Wollastonit # 5000 (aus der Kitsurin Provinz, China), mittlere Korngröße 6 um.
- 3. Talk, hergestellt von Sobue Clay, Co, Ltd.), "PS".
- 4. Nephelin Feldspat (hergestellt von Inagki Mining Co., LTD., "MINEX # 3".
- 5. Kalziumkarbonat (spezielle chemische Güte)
- 6. Feines Siliziumdioxid (hergestellt von Tomita Pharmaceutical Co., Ltd.), mittlere Korngröße 2 um.
- Anschließend wurden die obengenannten Ausgangsmaterialien in den in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigten Proportionen vermischt und in einem Eirichmischer für 5 bis 10 Minuten gemischt. Die chemische Zusammensetzung der resultierenden Mischungen in den jeweiligen Beispielen sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.
- Zu der Mischung wurde Wasser in einer Menge von ungefähr 20 % bis ungefähr 25 % hinzugefügt (als Gewichtsprozent des Wassers zu dem festen Gehalt der Mischung) und ein PVA-Serienbindemittel W201 (hergestellt von Sekisui Chemical Co., Ltd.) wurde in einem Anteil von 2 Gew.-% hinzugefügt (als Gewichtsprozent von 25 Gew.-% Bindemittellösung zu dem festen Gehalt der Mischung). Nach dem Vermischen wurde die resultierende Mischung mittels eines Vakuumextrusionsformungsverfahrens geformt. Der so geformte Körper besaß eine Größe von 5 cm x 20 cm x 1 cm.
- Der geformte Körper wurde bei 80ºC 24 Stunden getrocknet und anschließend gebrannt. Für das Brennen wurde die Temperatur von Raumtemperatur bis zu 300ºC mit einer Geschwindigkeit von 10ºC pro Minute erhöht und das Brennsystem bei 300ºC 90 Minuten beibehalten; und anschließend wurde die Temperatur erneut bis zu 1250ºC mit einer Geschwindigkeit von 10ºC pro Minute erhöht, und das Brennen wurde bei 1250ºC 60 Minuten durchgeführt. Anschließend war das Brennen des Körpers vollendet. Danach wurde der so gesinterte Körper spontan in dem elektrischen Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt.
- Die Phasentextur des so erhaltenen gesinterten Körpers wurde mittels eines Röntgenstrahlendifraktometerverfahrens ermittelt, und als ein Ergebnis stellte sich heraus, daß der Körper in jedem Fall hauptsächlich β-Wollastonit (β-CaO.SiO&sub2;) mit einer festen Lösung von MgO aufwies, obwohl er Spuren von Quarz (SiO&sub2;), Diopsid (CaMg(SiO&sub2;)&sub2;) und Pseudowollastonit (αCaO.SiO&sub2;) enthielt.
- Tabelle 4 zeigt die bei Messungen der Biegefestigkeit des gesinterten Körpers der jeweilige Beispiele erhaltenen Ergebnisse, welche zeigen, daß alle in den Beispielen erhaltenen gesinterten Körper eine hohe Biegefestigkeit aufwiesen.
- Des weiteren zeigt Tabelle 4 ebenfalls die Ergebnisse, welche bei den Messungen der Rohdichte, des Waseraufnahmeprozentes und Bearbeitbarkeit aller gesinterten Körper erhalten wurden. Der Waseraufnahmeprozentgehalt wurde berechnet durch das Dividieren des Gewichtes des von dem trockenen gesinterten Körper absorbierten Wassers, wenn der Körper 24 Stunden in Wasser getaucht wurde, durch das Gewicht des trockenen gesinterten Körpers, und wird in der Einheit (%) dargestellt.
- Die Testverfahren und Ermittlungsverfahren für die Bearbeitbarkeit waren wie folgt.
- Es wurden fast die gleichen Drehbetriebsbedingungen (gesinterte Karbidwerkzeuge, Zuführgeschwindigkeit 0,097 mm/U, Schneidgschwindigkeit von 2 bis 4 mm) wie für ein Glimmerglaskeramikerzeugnis "Macor" in ihrer Bedienungsanleitung angegeben, auf die gesinterten Körper der Beispiele angewandt, und die Schneidgeschwindigkeit (m/min), bei welcher die Körper ohne Schnittfehler, wie Abspanen etc. bearbeitet werden konnten, wurde für jeden Fall bestimmt.
- In der obenbeschriebenen Prüfung wurden Probenkörper, welche eine Schneidgeschwindigkeit von 2 bis 3 x der von "Macor" (30 bis 50 m/min) aufwiesen, mit "A" bewertet, und die Probenkörper mit einer Schneidgeschwindigkeit von 3 x oder mehr dessen von "Macor" wurden mit "AA" bewertet.
- Alle Körper der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 9 waren "Macor" in bezug auf die Bearbeitbarkeit, wesentlich überlegen.
- Die gleichen Ausgangsmaterialien wie in den zuvorgenannten Beispielen verwendeten, wurden mit den Anteilen von Nr. 9 aus Tabelle 2 vermischt. Die chemische Zusammensetzung der resultierenden Mischung ist in Tabelle 3 dargestellt. Zu der Mischung wurde Wasser in einer Menge von 5 Gew.-% hinzugefügt (als Gewichtsverhältnis des Wassers zu dem festen Gehalt der Mischung) und ein Bindemittel W201 in einer Menge von 1% (als Gewichtsverhältnis von 25% Bindemittellösung zu dem festen gehalt der Mischung), und das gesamte wurde vollständig vermischt. Die so gebildete Mischung wurde in eine Form gegeben und unter Druck von ungefähr 30 MPa geformt, um einen geformten Körper mit einer Größe von 11 cm x 11 cm x 5 cm zu bilden. Der Körper wurde auf die gleiche Weise wie in den zuvor genannten Beispielen gesintert, um einen gesinterten Körper zu erhalten. Die Eigenschaften des gesinterten Körpers sind in Tabelle 4 gezeigt, welche angeben, daß der Körper eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufweist. Es wurde bestätigt, daß die Textur des gesinterten Körpers die gleiche ist wie die der Körper der zuvor genannten Beispiele mittels eines Röntgenstrahldefraktometers. Tabelle 2 Beispiel Nr. Verhältnis der Ausgangsmaterialien (Gewichtsteile) Wollastonit Talk Nephelin Feldspat Tabelle 3 Beispiel Nr. andere Oxide Gew.-% Tabelle 4 Beisp. Nr. Biegefestigkeit Rohdichte Wasseraufnahme % Bearbeitbarkeit Phasentextur (*) β : β-CS, α : α-CS, D : Diopsid C : Cristobalit
- Der gesinterte Körper aus Beispiel 1 wurde einem Biegetest bei hoher Temperatur unterworfen. Insbesondere wurde der gesinterte Körper aus Beispiel 2 bis zu einer vorbestimmten Temperatur mit einer Aufwärmgeschwindigkeit von 10ºC/min aufgewärmt und dann auf einer vorbestimmten Temperatur 30 Minuten gehalten. Anschließend wurde die Festigkeit des so erwärmten Körpers gemessen. Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 5 dargestellt, welche zeigt, daß der gesinterte Körper bis zu einer im allgemeinen angewandten Temperatur von 1100ºC erwärmt werden kann. Tabelle 5 Temperatur vor der Erwärmung Biegefestigkeit (MPa)
- Das charakteristische Merkmal, die Festigkeit vor der Erwärmung bis nach dem Erwärmen auf eine Temperatur von bis zu 1100ºC zu halten, wurde ebenfalls bei dem gesinterten Körper der Beispiele 1 bis 5 und Beispiel 9 festgestellt. (Dies ist darauf zurückzuführen, daß keine Flußmittelkomponente zu den Körpern dieser Beispiele 1 bis 5 und Beispiel 9 hinzugefügt wurde). Bei dem gesinterten Körper von Beispielen 6 bis 8 ist die anwendbare Temperatur für die gesinterten Körper 100ºC, da der Nephelin-Feldspat, welcher eine Flußmittelkomponente ist, bei ungefähr 1050ºC oder höher erweicht.
- Aus den obigen Ergebnissen wird es ersichtlich, daß die gesinterten Körper der vorliegenden Erfindung eine extrem hohe Feuerbeständigkeit aufweisen.
- Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können gesinterte keramische Körper zur Verfügung stellen, welche eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufweisen und welche zusätzlich bei einer hohen Temperatur gebrannt werden können und eine extrem ausgezeichnete Feuerfestigkeit (Wärmebeständigkeit) und eine extrem hohe Festigkeit besitzen, ferner stellen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Körper zur Verfügung.
Claims (9)
1. Gesinterter keramischer Körper mit hoher Festigkeit,
ausgezeichneter Feuerfestigkeit (Wärmebeständigkeit) und
Bearbeitbarkeit, umfassend eine Zusammensetzung aus
CaO-SiO&sub2;-MgO, die in einem dreieckigen Phasendiagramm von
CaO-SiO&sub2;-MgO von einem Vieleck umgeben ist, welches durch
die unten beschriebenen Punkte 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7
definiert ist:
der Punkt 1 ist 25,7 Gew.-% CaO, 55,5 Gew.-% SiO&sub2; und 18,8 Gew.% MgO;
der Punkt 2 ist 35,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO&sub2; und 13,0 Gew.% MgO;
der Punkt 3 ist 36,5 Gew.-% CaO, 51,3 Gew.-% SiO&sub2; und 12,2 Gew.% MgO;
der Punkt 4 ist 47,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO&sub2; und 1,0 Gew.% MgO;
der Punkt 5 ist 45,9 Gew.-% CaO, 53,1 Gew.-% SiO&sub2; und 1,0 Gew.% MgO;
der Punkt 6 ist 31,2 Gew.-% CaO, 61,7 Gew.-% SiO&sub2; und 7,1 Gew.% MgO;
und
der Punkt 7 ist 30,2 Gew.-% CaO, 61,5 Gew.-% SiO&sub2; und 8,3 Gew.% MgO;
und worin die auszgezeichnete Bearbeitbarkeit von einer
Hauptkomponente aus β-Wollastonit des gesinterten Körpers
herrührt.
2. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 1, in dem
der β-Wollastonit eine feste Lösung von MgO enthält.
3. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 1 oder 2,
worin die Zusammensetzung zusätzlich bis zu 10 Gew.-%
Feldspat, bezogen auf die Menge an β-Wollastonit,
enthält.
4. Gesinterter keramischer Körper nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, worin der Körper durch Brennen bei
einer Temperatur von 1200 bis 1350ºC gebildet worden ist.
5. Gesinterter keramischer Körper nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, worin die Zusammensetzung
gebildet worden ist, aus einem oder mehreren, ausgewählt
aus Wollastonit, Xonotlit und Calciumcarbonat und
Siliciumdioxid; und einem oder mehreren ausgewählt aus
Talkum, Dolomit, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat und
Magnesiumoxid.
6. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten keramischen
Körpers mit hoher Festigkeit, ausgezeichneter
Feuerfestigkeit (Wärmebeständigkeit) und Bearbeitbarkeit,
wobei das Verfahren einen Schritt der Herstellung einer
Rohmaterialzusammensetzung umfaßt, die aus CaO, SiO&sub2;, und
MgO zusammengesetzt ist, welche in einem dreieckigen
Phasendiagramm von CaO-SiO&sub2;-MgO von einem Vieleck umgeben
wird, welches durch die unten beschriebenen Punkte 1, 2,
3, 4, 5, 6 und 7 definiert ist:
der Punkt 1 ist 25,7 Gew.-% CaO, 55,5 Gew.-% SiO2 und 18,8 Gew.% MgO;
der Punkt 2 ist 35,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO2 und 13,0 Gew.% MgO;
der Punkt 3 ist 36,5 Gew.-% CaO, 51,3 Gew.-% SiO2 und 12,2 Gew.% MgO;
der Punkt 4 ist 47,4 Gew.-% CaO, 51,6 Gew.-% SiO2 und 1,0 Gew.% MgO;
der Punkt 5 ist 45,9 Gew.-% CaO, 53,1 Gew.-% SiO2 und 1,0 Gew.% MgO;
der Punkt 6 ist 31,2 Gew.-% CaO, 61,7 Gew.-% SiO2 und 7,1 Gew.% MgO;
und
der Punkt 7 ist 30,2 Gew.-% CaO, 61,5 Gew.-% SiO2 und 8,3 Gew.% MgO;
einen Schritt der Formgebung der so hergestellten
Zusammensetzung, und einen Schritt des Brennens des so
geformten Körpers bei einer Temperatur höher als 1200ºC
und bis zu 1350ºC umfaßt, um einen gesinterten Körper zu
erhalten, der β-Wollastonit als eine Hauptkomponente des
gesinterten Körpers hat.
7. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten keramischen
Körpers nach Anspruch 6, in dem die
Rohmaterialzusammensetzung einen oder mehrere, ausgewählt
aus Wollastonit, Xonotlit und Calciumcarbonat und
Siliciumdioxid; und einen oder mehrere ausgewählt aus
Talkum, Dolomit, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat und
Magnesiumoxid umfaßt.
8. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten keramischen
Körpers nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, in dem die
Rohmaterialzusammensetzung zusätzlich Feldspat enthält.
9. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten keramischen
Körpers nach Anspruch 8, in dem die Menge des
zuzugebenden Feldspats 10 Gew.-% oder weniger der Menge
des Wollastonits (oder der Menge des durch Brennen
gebildeten Wollastonits, wenn die Zusammensetzung eine
Komponente enthält, die Wollastonit durch Brennen bildet)
beträgt.
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