DE4206800A1

DE4206800A1 - Waermeisolationsmaterial

Info

Publication number: DE4206800A1
Application number: DE4206800A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Shibata; Kouichi Kimura; Yuji Kanamori
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: GB9204591D0; GB2254608B; DE4206800C2; JPH04349177A; GB2254608A; JPH0794347B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geformtes Wärmeisolationsmaterial, das als Wärmeisolationsmaterial in einem Ofen bei Temperaturen von 1400 bis 1600°C verwendet werden kann.

In Hochtemperaturöfen werden verschiedene Wärmeisolationsmaterialien verwendet. In jüngster Zeit werden poröse Formkörper unter Verwendung von polykristallinen Aluminiumoxidfasern verwendet, weil sie ausgezeichnete Eigenschaften, wie eine geringe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität bedingt durch ihr geringes Gewicht, hohe Wärmebeständigkeit und große Haltbarkeit, aufweisen. Außerdem sind poröse, Formkörper leicht anzuwenden.

Ein herkömmlicher Aluminiumoxidfaser-Körper enthält jedoch mindestens 2% SiO₂ aus Aluminiumfaser-Rohmaterial. Wenn die Temperatur 1400°C oder mehr beträgt, verdampft das SiO₂ und verunreinigt Material, das in dem Ofen gebrannt wird. Das SiO₂ lagert sich an der Oberfläche des Ofens an, was zu einem Defekt der Ofeneinrichtung führen kann. Außerdem wird ein herkömmlicher Aluminiumoxidfaser-Formkörper in einer Wasserstoffatmosphäre sehr leicht reduziert, was das Verdampfen von SiO₂ erhöhen kann.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile herkömmlichen polykristallinen Aluminiumoxidfaser-Isolationsmaterials zu eliminieren und ein Aluminiumoxidfaser-Isolationsmaterial zur Verfügung zu stellen, das nicht so leicht ein Material, das in dem Ofen gebrannt wird, verunreinigt oder die Ofeneinrichtung beschädigt, selbst wenn das wärmeisolationsmaterial in einem Hochtemperaturvakuum, in einer oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre verwendet wird.

Diese Erfindung stellt ein Wärmeisolationsmaterial zur Verfügung, in dem Aluminiumoxidfasern oder Gemische aus Aluminiumoxidfasern und Aluminiumoxidpulver wechselseitig durch ein Aluminiumoxidbindemittel gebunden werden, um einen porösen Formköper mit einer Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm³ zu bilden. Der Gesamtanteil des Al₂O₃ in dem Formkörper beträgt nicht weniger als 99,0 Gew.-%.

Der Al₂O₃-Gehalt wird in dem ganzen Wärmeisolationsmaterial dadurch auf 99,0 Gew.-% oder mehr eingestellt, daß Aluminiumoxidfasern mit einem Aluminiumoxidgehalt, der höher ist als der von polykristallinen Aluminiumfasern, die bei der Herstellung eines herkömmlichen Aluminiumoxid-Wärmeisolationsmaterials verwendet werden, verwendet werden. Vorzugsweise werden Aluminiumoxidfasern, die 99 Gew.-% oder mehr Al₂O₃ enthalten und ein Aluminiumpulver und Bindemittel, die soviel Al₂O₃ wie möglich enthalten, verwendet.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeisolationsmaterials wird nachstehend genau beschrieben.

Die Aluminiumoxidfasern sind das Haupt-Rohmaterial und weisen vorzugsweise eine Al₂O₃-Reinheit von 99 Gew.-% oder mehr auf. Die Aluminiumoxidfasern können kristallin sein oder auch nicht. Solche hochreinen Aluminiumoxidfasern können durch gründliche Entfernung von Siliciumdioxid und anderen Bestandteilen außer Aluminiumoxid aus dem Rohmaterial, aus dem die Fasern hergestellt werden, erhalten werden. Hochreine Aluminiumoxidfasern können aber auch durch Entfernung von SiO₂ durch Reduktion von normalen Aluminiumoxidfasern, die eine kleine Menge Siliciumdioxid (im allgemeinen etwa 4 bis 5%) enthalten, hergestellt werden.

Obwohl die Dicke der Fasern nicht auf bestimmte Dicken beschränkt ist, liegt der Durchmesser vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 1 bis 5 µm.

Das als Füllmaterial zur verwendende Aluminiumoxidpulver ist ein hochreines Aluminiumoxidpulver, wie gebranntes Aluminiumoxidpulver, geschmolzenes Aluminiumoxidpulver oder Aluminiumhydroxid. Die Menge des Aluminiumoxidpulvers beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa das 9-fache der Menge der Aluminiumoxidfasern (bezogen auf das Gewicht).

Das verwendete Aluminiumoxidbindemittel kann beispielsweise ein kolloidales Aluminiumoxid, Aluminiumschlamm (Aluminiumhydroxidgel, das bei der anodischen Oxid-Überzugsbehandlung von Aluminium hergestellt wird), oder Aluminiumhydroxid, das durch die Umsetzung von Aluminiumsulfat mit Alkali erhalten wird, sein. Die Menge (die äquivalente Menge von Al₂O₃) des Bindemittels beträgt vorzugsweise etwa 2-30 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch von den Aluminiumoxidfasern und des Aluminiumoxidpulvers. Eine übermäßige Verwendung des Bindemittels hat die gleiche schädliche Auswirkung wie eine übermäßige Verwendung des Füllmaterialpulvers.

Die genannten Rohmaterialien werden miteinander in dem genannten Verhältnis gemischt und eine angemessene Menge Wasser wird vor oder nach dem Mischen zu den Materialien gegossen, so daß das gesamte Gemisch feucht oder zu einem Schlamm wird. Anschließend wird das Rohmaterialgemisch durch ein herkömmliches Dehydratationsformverfahren geformt. Zu diesem Zeitpunkt ist es gewünscht, daß das Formen unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Dichte des geformten Endprodukts etwa 0,2 bis 1,2 g/cm3 beträgt. Der so erhaltene Formkörper wird getrocknet und bei etwa 1400° bis 1700°C gebrannt, so daß das Bindemittel aushärtet und dadurch das erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial erhalten wird.

Das erfindungsgemäße wärmebeständige Material kann in dem Zustand, wie es erhalten wird oder nachdem es als ein Wärmeisolationsmaterial für einen Hochtemperaturbrennofen zugeschnitten wurde, verwendet werden.

Beispiele

Die folgenden Rohmaterialien wurden in Wasser in dem in Tabelle 1 angegebenen Verhältnis dispergiert und der dadurch erhaltene Schlamm wurde einem Saugdehydratationsformen unterworfen. Dann wurde der erhaltene Formkörper mit einem erwärmenden Luftstrom getrocknet und 3 h lang bei 1500°C gebrannt.
a

Aluminiumoxidfasern A:
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 99,9%; SiO₂ 0,1%

Aluminiumoxidfasern B:
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 95,0%; SiO₂ 5,0%

Aluminiumoxidpulver:
gesintertes Aluminiumoxid

Bindemittel:
kolloidales Aluminiumoxid

Tabelle 1

Wie vorstehend beschrieben, weist das erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial, das im wesentlichen nur Aluminiumoxid enthält, eine hervorragende Wärmbeständigkeit nicht nur in einer oxidierenden Atmosphäre, sondern auch in einer reduzierenden Atmosphäre und im Vakuum auf. Wenn das Wärmeisolationsmaterial auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, ist die Möglichkeit, daß Siliciumdioxid ein Material, das gebrannt wird, verunreinigt, oder daß die Ofeneinrichtung beschädigt wird, außerdem sehr gering. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeisolationsmaterials verlängert die Lebensdauer eines Ofens im Vergleich mit einem Ofen, bei dem ein herkömmliches Wärmeisolationsmaterial verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial kann überall dort eingesetzt werden, wo eine hohe Wärmebeständigkeit, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität oder eine lange Haltbarkeit benötigt wird.

Claims

1. Geformtes Wärmeisolationsmaterial, umfassend:
Aluminiumoxidfasern; und
ein Aluminiumoxidbindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm3 aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% ist.

2. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein Aluminiumoxidpulver enthält.

3. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Aluminiumoxidpulvers weniger als etwa das 9-fache der Menge an Aluminiumoxidfasern, bezogen auf das Gewicht, beträgt.

4. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Aluminiumoxidbindemittels etwa 2 bis 30 Gew.-% relativ zu der Menge der Aluminiumoxidfasern und des Aluminiumoxidpulvers beträgt.

5. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Aluminiumoxidfasern etwa 1 bis 5 µm beträgt.

6. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidfasern eine Aluminiumoxidreinheit von mindestens 99,0 Gew.-% aufweisen.

7. Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolationsmaterials, das die folgenden Schritte umfaßt:
Zusammenmischen von Aluminiumoxidfasern, einem Aluminiumoxidbindemittel und Wasser, um eine Aufschlämmung herzustellen;
Formen der Aufschlämmung durch Dehydratation, um das Formmaterial herzustellen; und
Trocknen und Brennen des Formmaterials bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 1700°C, bis das Aluminiumoxidbindemittel gehärtet ist, wobei der Formkörper eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm³ aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumoxidpulver mit den Aluminiumoxidfasern, dem Aluminiumoxidbindemittel und Wasser gemischt wird, um eine Aufschlämmung herzustellen.

9. Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Aluminiumoxidpulvers weniger als etwa das 9-fache der Menge der Aluminiumoxidfasern, bezogen auf das Gewicht, beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Aluminiumoxidbindemittels etwa 2 bis 30 Gew.-% relativ zu der Menge der Aluminiumoxidfasern und des Aluminiumoxidpulvers beträgt.

11. Verfahren zur Herstellung eines geformten Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidfasern eine Aluminiumoxidreinheit von mindestens 99,0 Gew.-% aufweisen.