DE616225C

DE616225C - Verfahren zur Herstellung feuerfester keramischer Massen

Info

Publication number: DE616225C
Application number: DED57365D
Authority: DE
Original assignee: Carborundum Werke Deut GmbH
Current assignee: Carborundum Werke Deut GmbH
Priority date: 1928-04-07
Filing date: 1929-01-01
Publication date: 1935-07-23

Description

14 AUGL. 193.:

AUSGEGEBEN AM
23. JULI 1935

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester keramischer Massen, die bei verhältnismäßig niedriger Temperatur gebrannt werden können und gleichwohl äußerst hitzebeständig sind und die ferner eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegen schroffen Temperaturwechsel aufweisen. Einen besonderen Vorteil bietet die vorliegende Erfindung für feuerfeste Massen aus Tonerde (Al₂ O₃), welche bekanntlich außerordentlich widerstandsfähig sind gegen hohe Temperaturen und gegen chemische Einflüsse in oxydierender und reduzierender Atmosphäre, welche eine sehr guteWärmeleitfähigkeit aufweisen, welche aber den Nachteil einer hohen Brenntemperatur und großer Empfindlichkeit gegen schroffen Temperaturwechsel haben. Die letztgenannten Übelstände werden bei solchen keramischen Massen gemaß der Erfindung beseitigt. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auf feuerfeste Massen aus Siliciumcarbid, Magnesit usw. anwendbar.

Solche feuerfesten Massen werden bekanntlieh aus einer keramischen Grundmasse, die mit einer verhältnismäßig geringen Menge eines keramischen Bindemittels versetzt ist, hergestellt, wobei als Bindemittel gebrannter Kalk, Flußspat, Ton usw. verwendet wird.

Es wurde nun gefunden, daß ganz andere Ergebnisse als bisher erhalten werden können, wenn ein solches Bindemittel verwendet wird, das aus einem höher und aus einem niedriger schmelzenden Stoff in Pulverform besteht, und wenn diese Mischung zwischen Temperaturen von 1100 und 1900⁰ eine knickpunktfreie Schmelzpunktskurve aufweist und einen Erweichungsintervall von mindestens 300⁰ hat.

Tonerde (Al₂O₃) und Calciumfruorid(CaF₂) sind praktisch in allen Verhältnissen ineinander löslich. Auf Grund dieser Tatsache können keramische Körper hergestellt werden, welche trotz hoher Feuerbeständigkeit bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gebrannt werden können und welche gegen schroffen Temperaturwechsel sehr widerstandsfähig sind. Diese vorteilhaften Eigenschaften sind darauf zurückzuführen, daß die Mischung der genannten Stoffe eine äußerst lange Verglasungsspanne aufweist, da, wie noch erläutert werden soll, die Schmelzpunktskurve solcher binären Systeme sich einer geraden Linie nähert, die von der eutektischen Temperatur ausgeht.

Auch andere als keramische Bindemittel anwendbare binäre Mischungen besitzen ähnliche Eigenschaften, wie die beiliegenden graphischen Darstellungen einer Schmclzpunktskurve zeigen. Es zeigt

Abb. ι die Schmelzpunktskurve für Tonerde und Calciumfluorid,

Abb. 2 die Schmelzpunktskurve für Magnesia und Flußspat,

ίο Abb. 3 die Schmelzpunktskurve für ein binäres Silicatgemisch, nämlich Forsterit (Mg₃SiO₄) und Diopsid (CaMg(SiO₃V,).

Die Kurve der Abb. ι nähert sich einer geraden Linie., die von der eutektischen Temperatur bei 1280⁰ bis "zum Schmelzpunkt für Tonerde bei 2050° ansteigt. Aus der Kurve ist ferner zu ersehen, daß die eutektische Zusammensetzung" selbst der Calciumfluoridlinie sehr nahe kommt und nur 50° unter dem Schmelzpunkt von Calciumfluorid bleibt, sowie ferner, daß diese Bedingung für eine weite Spanne gilt von einer Zusammensetzung, enthaltend etwa ioo.b, bis zu einer solchen, enthaltend fast 100 0/0 Tonerde.

Als ein Ausführungsbeispiel für eine keramische Masse, welche auf dieser Eigenschaft des in Abb. 1 dargestellten Systems beruht, sei folgende Zusammensetzung angegeben:

Grundmasse: geschmolzene Tonerdekörner etwa 40 Maschen qcm

1600 Bindemittel: Calciumnuorid(Flußspat)-Piüver 50° _tl

85% ίο⁰'

Tonerdepulver

Vorzugsweise verwendet man geschmolzene und rekristallisierte Tonerde; man kann aber auch calcinierten Bauxit, Diaspor usw. verwenden. Die beiden Bestandteile des Bindemittels werden vor dem Mischen mit den übrigen Bestandteilen in trockenem Zustande gut miteinander gemischt, und dann wird die Gesamtmischung mit der zum Pressen nötigen Wassermenge versetzt, welcher in bekannter Weise als Preßbiiidemittel Zellstoffablauge, Glucose usw. zugefügt werden kann. Die Preßlinge werden in der üblichen Art getrocknet und bei einer Brenntemperatur von 1200. bis 1300⁰ oder mehr gebrannt.

So hergestellte Erzeugnisse sind besonders widerstandsfähig gegen ein Zerspringen oder Abplatzen bei schroffem Temperaturwechsel. Nach der A. S. T. M.-Prüfnorm (veröffentlicht in »A. S. T. M. Tentative Standard«, 1924, Seite 209), welche darin besteht, daß die normgemäß hergestellten Prüfsteine auf 1350⁰ C erhitzt und dann einer Abschreckung durch Anblasen mit kalter Luft ausgesetzt werden, hielten die so hergestellten Steine mehr als 30 Abschreckungen aus, ohne 2 ο o/o ihres Eigengewichtes zu verlieren.

Die so hergestellten Erzeugnisse zeigen im Gebrauch keine Volumveränderungen, sei es, daß sie bei 1300 oder 1500⁰ gebrannt sind, und sie können bis zu den höchsten Temperaturen verwendet werden. Der Unterschied in der Porosität nacli dem Brennen bei 1300 und bei 1500° beträgt weniger als io/_o. Die Tonerde des genannten Beispiels kann ganz oder teilweise durch Siliciumcarbid (Si C) von gleicher Korngröße ersetzt werden. Ähnliche Abänderungen können zur Herstellung von hochfeuerfesten keramischen Massen aus Zirkon, Mullit usw. benutzt werden.

Die Abb. 2 zeigt ein binäres Bindemittel von Magnesia (MgO) und Calciumfluorid (Ca F₂). Man sieht, daß innerhalb der engeren Zusammensetzungsgrenzen von 50 bis 100 0/0 Magnesia die Eigenschaften der Bindemittelmischung denen des Systems Tonerde und Calciumfluorid ähnlich sind, und daß sie von 1150⁰ bis zum Schmelzpunkt der Magnesia ansteigen, wobei die Schmelzpunktskurve sich einer geraden Linie nähert.

Die Verwendung eines der Abb. 2 entsprechenden Bindemittels hat insbesondere den Vorteil, daß die Masse gegen eine Änderung der Brenntemperatur verhältnismäßig sehr unempfindlich ist. Das Ergebnis nach der obengenannten A. S. T. M.-Prüfnorm ist fast das gleiche, wenn die Prüfsteine bei 1200 oder bei 1500⁰ gebrannt werden, während bei Verwendung von Flußspat allein als Bindemittel die bei 1500⁰ gebrannten Prüfsteine fünf- bis sechsmal empfindlicher gegen schroffen Temperaturwechsel sind als die bei 1200⁰ gebrannten Steine.

Binäre Bindemittel, welche Kieselsäure oder Silicate als Bestandteil haben, sind im allgemeinen ungeeignet, da ihre Schmelzpunktskuryen Knickpunkte und andere Unregelmäßigkeiten aufweisen, welche auf die 'Bildung chemischer Verbindungen hindeuten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es auch in dieser Gruppe von Bindemitteln solche Systeme gibt, welche die obengenannten Bedingungen erfüllen und eine knickpunktsfreie Schmelz- u₅ kurve aufweisen.

Ein Beispiel hierfür zeigt Abb. 3, nämlich das System Forsterit (Mg₂ Si O₄) und Diopsid (CaMg(SiOg)₂). Die Schmelzpunktskurve dieses Systems bildet mit 15 bis iooo/o Forsterit praktisch eine gerade Linie von 1375 bis 1890". Statt der natürlichen Mine-

ralien können selbstverständlich auch synthetische Mischungen der gleichen Zusammensetzung verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt, sondern eignet sich für die Herstellung beliebiger keramischer Massen. Zweckmäßig ist es, daß die körnige Grundmasse dieselbe chemische Xatur hat wie der schwerer schmelzbare Bestandteil des

ίο Bindemittels, da sich dann eine besonders feste Bindung ergibt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse werden mit besonderem Vorteil überall da Verwendung finden, wo von keramischen Erzeugnissen eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen schroffen Temperaturwechsel verlangt wird, wie z. B. bei der Auskleidung der heißen Zone von Zementbrennöfen, bei Rekuperatoren, bei Muffel- wandungen, bei Kühlzonen von Tunnelöfen, bei Feuerkisten, bei den hinteren Wandungen und Gewölben für Heizöfen und Kesselanlagen.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung feuerfester keramischer Massen durch Vermischen einer körnigen, feuerfesten Grundmasse, z. B. körniger, geschmolzener Tonerde, Siliciumcarbid, Magnesit usw., mit einem fein pulvrigen Bindemittelgcrnisch und Formen und Brennen der Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des aus höher und niedriger schmelzenden Stoffen bestehenden Bindemittels derart gewählt wird, daß es zwischen Temperaturen von 110.0 und 1900' eine sich einer geraden Linie annähernde und knickpunktfreie Schmelzpunktskurve aufweist und ein Erweichungsintervall von mindestens 300⁰ hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einer innigen Mischung von feinst gepulverten Metallfluoriden, z. B. Calciumiiuorid, und Metalloxyden, z. B. Aluminiumoxyd oder Magnesiumoxyd, oder von Mischungen verschiedener Metallfluoride und Metalloxyde besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einer innigen Mischung feinst gepulverter Silicate, ζ. B. Forsterit und Diopsid, besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen