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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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B@sondexs vorteilhafte Wirkung ergeben etwa die folgenden engeren
Grenzen: 5 5 bis g 5 % Aluminiumoxyd; 5 bis 25%, Chromoxyd, 5 bis 40 % Kieselsäure.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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. |