DE4208155A1 - Feuerfeste keramische leichtwerkstoffe und bauteile daraus - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung und Herstellung
feuerfester keramischer Werkstoffe aus oxidischen und nicht
oxidischen Rohstoffkomponenten im Verbund mit oxidischen
hohlkugelartigen Zuschlagstoffen und in weiteren Ausführungsvarianten
auch synthetisch hergestellten keramischen Fasern.
Werkstoffe entsprechend der Erfindung und Bauteile hieraus
zeichnen sich durch extrem hohe Porositäten und entsprechend
geringes Eigengewicht aus.
Weitere noch zu beschreibende Eigenschaften prädestinieren
derartige Produkte zum Einsatz als Brennhilfsmittel in der
feinkeramischen Industrie und anderen Bereichen der Anwendung
feuerfester Werkstoffe mit Anforderungen an entweder geringes
Gewicht, Thermoschockbeständigkeit, Wärmedämmung oder geringe
Wärmekapazität.
Bei dem Einsatz keramischer Bauteile als sogenannte Brenn
hilfsmittel, werden diese bezüglich Formstabilität bei hohen
Temperaturen und insbesondere bei Verwendung in Schnell
brandöfen auch hinsichtlich Thermoschockbeständigkeit bean
sprucht. Theoretische Formulierungen letzterer Eigenschaft
beinhalten physikalische Parameter wie
Wärmeleitfähigkeit | |
λ | |
Biegefestigkeit | σ |
Wärmedehnung | α |
Elastizitätsmodul | E |
in einem Term
Zur Optimierung der Nutzeigenschaften der feuerfesten Brenn
hilfsmittelwerkstoffe zielten zahlreiche Entwicklungsmaßnah
men in zurückliegender Zeit stets auf eine Vergrößerung der
Parameter und vor allem σ und eine Senkung von α. Eine
Verkleinerung der Elastizitätskonstanten E implizierte zu
meist Festigkeits- und damit Tragfähigkeitsverluste in nicht
akzeptierbaren Umfang.
Die vorliegende Erfindung beschreibt nun feuerfeste kerami
sche Leichtwerkstoffe, welche trotz relativ hoher Wärmedeh
nung und Porosität die anwendungstechnisch erforderlichen Fe
stigkeiten bzw. Tragfähigkeiten und Thermoschockbeständigkeit
aufweisen und damit die Anforderung an Brennhilfsmittel-Bau
teile in modernen feinkeramischen Brennaggregaten in techni
scher wie wirtschaftlicher Hinsicht hervorragend erfüllen.
Dies gelingt durch die besondere Kombination von Rohstoffkom
ponenten und Fertigungsschritten bei der Herstellung dieser
feuerfesten Leichtwerkstoffe mit niedrigem Elastizitätsmodul
und einem besonderen Materialgefüge, welches die Entstehung
und die Fortsetzung von durch Thermoschockspannungen
initiierten Rissen weitgehend behindert.
Ein weiterer Vorzug dieser Werkstoffe ist ihre geringe Raum
dichte und damit spezifische Wärmekapazität, wodurch die Ge
wichtsrelation von aufliegendem Brenngut zu Transportmittel
und damit die Wärmeenergiebilanz des gesamten Brennaggregates
positiv beeinflußt wird.
Eine Steigerung der Langzeitfestigkeit und Temperaturwechsel
beständigkeit der erfindungsgemäßen Werkstoffe läßt sich für
bestimmte Einsatzfälle durch die Zugabe von feuerfesten, syn
thetisch hergestellten keramischen Fasern erzielen (siehe
Beispiel 2).
Bei der Verwendung als geschlossene Brennhilfsmittel, wie z. B.
Kapseln, kann der Wärmedurchtritt zum innenliegenden
Brenngut durch die Zugabe von hochwärmeleitenden SiC-Anteilen
beeinflußt werden (siehe Beispiel 4).
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtwerkstoffe kommen
handelsübliche Rohstoffe, wie feuerfeste Tone, reaktive Ton
erden (Al2O3), amorphe Kieselsäure und Quarzglas, Magnesium
silikate, Körnungen oder Pulver von Magnesiumoxid, Zirkonoxid
und Siliziumcarbid.
Als porosierende Hohlkugeln werden handelslübliche Rohstoffe
aus SiO2, Al2O3, Mullit oder Aluminiumsilikatglas in Korngrö
ßen unter 1 mm ⌀ eingesetzt. Als gefügeverstärkende Elemente
werden marktverfügbare feuerfeste keramische Synthesefasern
aus Al2O3, Mullit oder mullitnaher Zusammensetzung verwendet.
Die Aufbereitung der Rohstoffe erfolgt angepaßt an das vorge
sehene Formgebungsverfahren, entweder im Gegenstrom-Zwangsmi
scher zur Erzeugung eines preßfähigen Granulates oder im Pro
peller-Rührwerk als wässerige Suspension für keramischen
Schlickerguß, Druckguß oder Vakuumformgebung auf Filterunter
lagen.
Im folgenden werden beispielhaft Rezepturen und Verarbeitung
und dabei erzielte Werkstoffeigenschaften beschrieben.
Feine Hohlkugeln (30%) wurden mit Tonerde NO 125-10 von VAW
(30%), Tonerdehydrat H 65 von ALCOA (10%), Fasern Nr. 50
von GOSSLER (5%), Zirkonmullit von Keith (8%) und Ton 314
von Fuchs gemischt. Diese Rohstoffe wurden in einen Gegen
strom-Zwangsmischer zusammen mit ca. 16% Wasser unter Zusatz
üblicher organischer Bindemittel (Optapix von Zschimmer &
Schwarz/Tylose von Benckieser, Ladenburg/Dextrin von Mül
ler, Coburg) intensiv vermengt.
Preßlinge wurden auf einer hydraulischen Presse bei einem
Druck von 400 kp/cm2 gefertigt. Diese Preßlinge hatten im
Grünzustand eine Raumdichte von 1,35 g/cm3.
Sie wurden getrocknet und in einem gasbeheizten Ofen bei
1570°C gebrannt.
Die Porosität der gebrannten Formlinge lag bei 57 Vol.%, das
Raumgewicht bei 1,2 g/cm3.
30% Hohlkugeln wurden wie in Beispiel 1 mit Tonerde (30%),
Fasern (15%), Talkum Naintsch A-60 von Goller (10%) und Ton
vorgemischt. Daraus wurde unter Zugabe entsprechender Mengen
Wasser ein hochviskoser Schlicker unter Rühren mittels eines
Propeller-Rührwerkes in einem Behälter hergestellt. Der
Schlicker wurde auf einer durchlässigen Textilfilterunterlage
bei einem Restdruck von ca. 75 mmbar abfiltriert.
Die so hergestellten Probekörper wurden bei 1480°C in einem
gasbeheizten Ofen gebrannt. An den fertigen Prüfkörpern wurde
ein Raumgewicht von 1,02 g/cm3 bei Porositäten von ca. 67
Vol.% ermittelt.
Ein weiterer Leichtwerkstoff wurde hergestellt aus einer Mi
schung von 55% Hohlkugeln, 35% Tonerde, 9% Tonerdehydrat
und einer Sinterhilfsmittelzugabe von 0,25%, Fe2O3, 0,25%
CaCO3 und 0,5% MgCO3. Nach dem Mischen und Verpressen analog
Beispiel 1 wurden an den derartig hergestellten Prüfkörpern
Porositäten von ca. 65% bei einem Raumgewicht von 0,92 g/cm3
ermittelt.
Zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes mit verbesserter Wär
meleitfähigkeit wurden u. a. Mischungen aus Hohlkugeln (40%),
Siliziumcarbid von Lonza (40%), Tonerde (10%) und Ton (10%)
hergestellt. Dabei kam ein Ton mit einem höheren Eiseno
xidgehalt zur Anwendung als Glasbildner und Oxidationsschutz
für die Siliziumcarbidanteile im Gefüge des Werkstoffes. Der
artige Mischungen wurden wie in Beispiel 1 aufbereitet und
verpreßt. Der Brand erfolgte im gasbeheizten Tunnelofen bei
1525°C während einer Haltezeit von 8 Stunden auf Maximaltem
peratur.
Claims (13)
1. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe mit Porositäten
über 20%, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosierung
des Gefüges hauptsächlich durch statistisch verteilte
kugelförmige Poren bestimmt ist.
2. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dem bei der Herstellung
verwendeten Rohstoffgemisch Hohlkugeln zugefügt werden.
3. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe nach Anspruch 1
und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Materialge
füge feuerfeste mineralische Fasern eingelagert werden.
4. Feuerfeste keramische Bauteile aus Leichtwerkstoffen
gemäß Ansprüchen 1-3 zum Einsatz als Brennhilfsmit
tel.
5. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie in ihrer Rohstoffmischung 5-85%
mineralische Hohlkugeln enthalten.
6. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe gemäß Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmige oxidi
sche Bindungskomponenten Al2O3, SiO2, MgO und/oder ZrO2
in reiner Form oder als Minerale wie Ton, Tonerde, Ko
rund, Quarzglas, amorphe Kieselsäure, Magnesiumsilikate
oder Tialit in Mengenanteilen von 5-85% enthalten.
7. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe gemäß Ansprüchen
5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mineral
faserzuschlag auf der Basis synthetisch hergestellter
oxidischer Fasern aus SiO2, Al2O3, Mullit oder Gemi
schen hieraus in Mengenanteilen von 0-45% enthalten.
8. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe gemäß Ansprüchen
5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie SiC-Pul
veranteile in Mengen von 0-85% enthalten.
9. Feuerfeste keramische Leichtwerkstoffe gemäß Ansprüchen
5-8, dadurch gekennzeichnet, daß als SiC-Anteile
Korngemische der handelsüblichen Fraktionen zwischen
240 und 24 Maschen und Fraktionsanteile innerhalb der
SiC-Komponente zwischen 5 und 75% enthalten.
10. Feuerfeste keramische Leichtbauteile aus Werkstoffen
gemäß Ansprüchen 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
durch axiales Pressen von Rohstoffmischungsgranulat
hergestellt werden.
11. Feuerfeste keramische Leichtbauteile aus Werkstoffen
gemäß Ansprüchen 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
im keramischen Schlickerguß unter Normaldruck, mit ge
steigerten Druck oder durch Vakuumsaugen hergestellt
werden.
12. Feuerfeste keramische Leichtbauteile aus Werkstoffen
gemäß Ansprüchen 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
durch isostatisches Pressen hergestellt werden.
13. Hochporöse keramische Feuerfestwerkstoffe gemäß Ansprü
chen 1-12.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4208155A DE4208155A1 (de) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | Feuerfeste keramische leichtwerkstoffe und bauteile daraus |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4208155A1 true DE4208155A1 (de) | 1993-09-16 |
Family
ID=6454048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4208155A Ceased DE4208155A1 (de) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | Feuerfeste keramische leichtwerkstoffe und bauteile daraus |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4208155A1 (de) |
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