DE694635C - Schutzmantel fuer elektrische Heizelemente - Google Patents

Description

• Schutzmantel für elektrische Heizelemente Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzmantel fürelektrische Heizelemente mit Widersta#ndgkörper aus hochschmelzenden und. bei Betriebstempieratur insbesondere Metallen, wie Molybdän, Wolfram, Tantal oder deren Legierungen, bestehend aus gasdicht verfestigten Gemischen von Aluminiumoxyd und Kieselsäure.
• Es ist bekannt, Heizelemente für hohe Temperaturen in,der Weise herzustellen, daß man hochschmelzende Metalle, wie Molyb,dän, Wolfram, Tantal oider deren Legierungen, mit gasdichten Massen aus hochschmelzenden Oxyden, wie z. B. Aluminiumoxyd, Zirkoinoxyd, Spinell, überzieht. Der Nachteil aller dieser Verschläge ist im, wesentlichen einerseits der, daß die Metalloxyde mit der Metallseele insbesondere bei Betriebstemperaturen reagieren, und -andererseits. der, daß die Gasdichte beschränkt und insbesondere temperaturabhängig ist, so, &ß z. B.. bei Tennperaturen über 1q.00° C eine Zerstörung der Heizseele infol9e Diffundierens von Sauerstoff durch die Hülle zur Metallsieele stattfindet.
• Es ist auch bekannt, die Hülle aus Mischungen von hochschmelzenden Oxyden, z. B. Aluminiumoxyd und Kieselsäure, herzustellen. Versuche mit solchen Heizelementen haben gleichfalls zu keinen einwandfreien Ergebnissen. geführt, und es wurden unzulässige Oxydationen. der Metallheizseele beoba;chtet.
• Es wurde auch bereits vomgeschlagen, auf eine Seele aus hochschmelzenden Metalle eine inaktive Metalloxydschicht aufzubringen, die wiederum mit einer gasdichten Schicht aus Metalloxyd-Kleselsäure-G.emengen umgeben-wurde. Aber auch hierbei zeigt es sich, daß besonders bei hohen Temperaturen und langen Glühzeiten eine Oxydation der hochschmelzenden Metalle eintrat, welche die Lebensdauer des Heizelements, unerwünscht verkürzte. Dieser Nachteil wird nun bei einem Schutzmantel für elektrische Heizelemente mit Widerstandskörpern aus hochschmelzenden und bei Betriebstemperatur insbesondere sauerstoffempfindlichen Metallen, wie Molybdän; Wolfram, Tantal Moder deren Legierungen, bestehend aus. gasdicht verfestigten Gemischen von Aluminiumoxyd und Kieselsäure, dadurch vermieden, daß gemäß der Erfindung das Aluminiumoxyd durch Chromoxyd in solchem Märe ersetzt ist, da.ß die sieh blden-.denAluminiumoxyd-Chro,moxyd-Mischkristalle einen'Prozentgehalt vom o,5 bis. 5o an Chromoxyd aufweisen. Solche chro@moxydhaltigen Schutzhüllen bilden eine besonders gasdichte Schicht und bewahren selbst bei höchsten Temperaturen eine besonders große Inaktivität gegen <die zu schützenden hochschmelzenden Metalle.
• Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß für die durch Anwesenheit von- Chromoxyd erzielte Wirkung der Hülle die Abwesenheit von freier; d. h. sowohl chemisch als auch physikalisch ungebundener Kieselsäure vorn wesentlichem. Einfluß ist. Bei Vexwendung von Hüllen, in welchen freie ungebundene Kieselsäure entweder vom vornherein vermieden oder .bei .der Herstellung der Hülle abgebunden oder deren Entstehung im Betriebe verhindert wurde, zeigt sich eine Schutzwirkung, die um so dauerhafter und vollkomrizener isst, je weitgehender die Freiheit der Hülle von ungebundener Kieselsäure getrieben wird.
• Es haben sich Gemenge bzw. Verbindungen des Aluminiumoxyd-Chromoxyds mit Kieselsäure als praktisch brauchbar erwiesen, deren Zusammensetzung in den folgenden weitesten Grenzen gelegen ist: io bis 950;o Aluminiumoxyd, o,5 bis' Soo'o Chromoxyd, o, i bis 40% Kieselsäure.
• B@sondexs vorteilhafte Wirkung ergeben etwa die folgenden engeren Grenzen: 5 5 bis g 5 % Aluminiumoxyd; 5 bis 25%, Chromoxyd, 5 bis 40 % Kieselsäure.
• Zur Bereitung der Hülle oder der Teilre derselben, insbesondere auf keramischem Wege, wie durch Sintern oder Fritten möglichst fein pulverisierter Bestandteile, werden @entweder lediglich Stoffe verwendet, die zwar Kieselsäure enthalten, aber in Form von stabilen Verbindungen und/oder festen. Lösungen, insbesondere mit anderen hochschmelzendem: Metalloxyden, öder die beim Verfestigen in der Hitze freie Kieselsäure chemisch und oder physikalisch im gewünschten Maße binden. Hierbei kann von den in der Natur vorkommenden Mineralien, die dieser Bedingung ,: entsprechen, wie z. B. Sillimanit, Cyant oder Andalusit; bei der Herstellung der Hülle ausgegangen werden, wobei es unerheblich ist, daß solche Mineralien Beimengungen von etwa 5 bis i o % fremder Metalloxyde, wie z. B. Tiitanoxyd, Mägnesiumöxyd, Zirkonoxyd, Ceroxyd usw.,enthalten= Diese Mineralien können allein oder in Zumischung zu anderen hochschmelzenden künstlichen oder natürlichen hochschmelzenden und bei Betriebstemperatur stabilen Metalloxyden verwendet werden. Ähnliches gilt von der Zusammensetzung von ganz oder teilweise künstliGle hergestellten Mässen, und zwar sowohl hinsichtlich des Grundstoffes, der keine unerwünschten Mengen freier, ungebundener Kieselsäure enthält, als auch hinsichtlich der vorerwähnten Beimengungen fremder Metalloxyde.
• Bei der praktischen Erzeugung der Hülle kann in verschiedener Weise verfahren werden. Entweder werden die angeführten oder ähnliche Mineralien- in pulverisierter Form und vorzugsweisse bei möglichst weitgehender oder vollständiger Abwesenheit freier Kieselsäure .oder solche bei den Herstellungstemperaturen abgebender Zumischungen geformt und dann so lauge gesintert oder teilweise @erschin,olzen, bis beim Erkalten eine .gasdichte Hülle erhalten wird; oder es werden hochschmelzende Oxyde mit Kieselsäure in den ,ange ebenen Grenzen gemischt und beim Erhitzen zugelassen, daß sich die anwesende Kieselsäure zu gewünschtem, eine ausreichende Lebensdauer gewährleistendem Maße, insbes:ondeTe vollständig, mit den anderen anwesendesn Oxyden verbindet.
• Schließlich können beide Verfahren vereinigt werden und sowohl Kieselsäure stabil gebunden enthaltende Oxyde als auch solche, die Kieselsäure in der Hitze chemisch binden oder lösen können, und Kieselsäure in hierzu geeigneter Menge in der erfindungsgemäßem Proportion gemischt und der verfestigenden, gleichzeitig aber auch die zugesetzte Kieselsäure bindenden Erhitzung unterworfen werden. Natürlich muß nicht die ganze, z. B. ,zylindrische Hülle über ihre radiale und/oder axiale Erstreckung den Bedingungen der Erfindung genügen; vielmehr reicht es, aus, wenn nur ,eine innex.e, mittlere oder äußere Schicht .erfindungsgemäß zusammengesetzt bzw. hergestellt ist und/oder der Teil der Hüllte, .der im Betrieb in erster Linie Wärme abgeben soll, erfindungsgemäß ausgebüdetist.
• Im besonderen ist es aber manchmal erwünscht, -die Bestandteile ganz oder überwiegend so zu wählen, daß sie dem Angriff von Alkalien oder Säuren bzw. deren Dämpfen während ausreichender Zeit widerstehen. Hierzu hat sich Sillimanit als wesentlicher oder ausschließlicher Bestandteil der Hülle oder eines, Teiles .derselben geeignet gezeigt.
• Unter stabilen Oxyden oder Verbindungen sind solche zu verstehen, die bei Betriebstemperatur sich. ;nicht zersetzen und dabei Kieselsäure oder Sauerstoff abgeben oder sonst nicht mit dem Widerstandsmetall in solchem Maße reagieren, @daß seine Lebensdauer unerwünscht verringert wird.
• Die auf diese Weise erzeugten chromoxydhaltigen Hüllen weisen eine charakteristische rote Färbung auf. Eine besondere Gasdichte wird durch an Kieselsäure reichere KombinatIonen erzielt, die wenigstens io biis 2o0,1o Kieselsäure enthalten: Solche Massen nähern sich dann in der Zusammensetzung den aus Mullfit oder Sillimanit aufgebauten Hüllen, wobei jedoch ein Teil des Aluminiumoxyds, gegebenenfalls auch der Kieselsäure, durch Chromoxyd ersetzt ist. Als besondere Beispiele der Zusammensetzung können die nachfolgenden Kombinationen angeführt werden. -

  i o % Chromoxyd i o % Chromoxyd 3 5 % Chromoxyd

  5% Kieselsäure -20% Kieselsäure 35% Aluminiumoxyd

  85% Aluminiumoxyd 70% Aluminiumoxyd 3o% Kieselsäure

  8 % Chromoxyd i 5 % Chromoxyd z

  9o% Aluminiumoxyd io% Siliciumoxyd

  2.% Magnesiumoxyd 77 % Aluminiumoxyd

  o,1 % Siliciumoxyd 8 % Zirkonoxyd.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schutzmantel für elektrische Heizelemente finit Widerstandskörper aus hochschmelzenden und bei Betriebstemperatur insbesondere sauerstoffempfindlichen Metallen, wie Molybdän, Wolfram, Tantal oder deren Legierungen, bestehend aus gasdicht verfestigten Gemischen von Aluminiumoxyd rund Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd durch Chromoxyd in solchem Maße er-@setzt isst, ,daß die sich bildenden Alumiaiiumoxyd-Chromoxyd-Mischkris,talle einen Prozentgehalt von o,5 bis 5o an Chromoxyd aufweisen.
2. 2. Schutzmantel für Heizelemente nach Anspruch i, :dadurch gekennzeichnet,- daß die Kieselsäure in erforderlichem Maße; vorzugsweise möglichst weitgehend oder vollständig in gebundener, bei Betriebstemperaturen stabiler Form anwesend ist.
3. 3. Schutzmantel für Heizelemente ,nach Anspruch i oder 2, :dadurch gekennzeichnet, daß die Masse sich zusammensetzungsmäßig dem Mullfit oder Sillimanit nähert, wobei jedoch wenigstens ein Teil,deis; Alu-;miniumoxyds, ,gegebenenfalls auch der Kieselsäure, durch Chromoxyd .ersetzt ist. q.. Schutzmantel für Heizelemente nach Artspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, @daß er neben Aluminiumoxyd, Chromoxyd und Kieselsäure innerhalb der Grenzwerte i o bis 95% Aluminiumoxyd o,5 bis 50% Chromoxyd o,i bis q.0% Kieselsäure bzw.innerhalb der engeren Grenzen 5 5 bis 85% Aluminiumoxyrl-- 5 bis 2501o Chromoxyd 5 bis 4o% Kieselsäure auch stabile Fremdmetalloxyde, wie Titarioxyd, Magnesiumoxyd, Zirkonoxyd, Ceroxyd in der Höchstmenge von etwa i o % ,enthält.