DE69720146T2

DE69720146T2 - Korrosionsbeständige keramische Körper

Info

Publication number: DE69720146T2
Application number: DE69720146T
Authority: DE
Inventors: John S. Reid; Thomas Szymanski
Original assignee: Norton Chemical Process Products Corp
Current assignee: Saint Gobain Norpro Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: US5731250A; EP0845446B1; MX9709357A; ATE235441T1; CA2216894C; EP0845446A1; DE69720146D1; CA2216894A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Körper, die als Kolonnenfüllungselemente einsetzbar sind, die alkalischen Bedingungen bei erhöhten Temperaturen widerstehen können. Insbesondere betrifft diese Erfindung keramische Körper, die in Wärmetauscher- oder chemischen Verarbeitungseinheiten, die Alkali-haltigen Substanzen bei Temperaturen von ungefähr 100º bis 1000ºC ausgesetzt sind, einsetzbar sind.
In Wärmetauscher- oder Wiederaufbereitungseinheiten wie wiederaufbereitenden thermischen Oxidations-(RTO) Einheiten wird ein sehr heißes Gas, das aus einer Verbrennungskammer austritt, zu einem Kontakt mit einem Kühlkörpermaterial geleitet, das im Allgemeinen einen keramischen Körper entweder in der Form eines Monoliths mit Zwangsdurchlässen oder einer Mehrzahl von einzelnen keramischen Formkörpern umfasst. Das Material absorbiert Wärme und leitet später die Wärme ab. Im Falle eines Wärmeaustauschers gibt es üblicherweise zwei Wärmeaustauscheinheiten, die Kühlkörpermaterial umfassen, und ein Gasstrom, der aufgeheizt werden soll, wird durch eine erste vorgewärmte Wärmeaustauscheinheit durchgeleitet, bevor er in eine Verbrennungskammer eintritt. Beim Austritt aus der Verbrennungskammer strömt der heiße Gasstrom durch die zweite Wärmeaustauscheinheit, in welcher viel an Wärme an die keramischen Körper abgegeben wird. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird der Strom umgekehrt, so dass kühles Gas zuerst in die zweite Einheit eintritt, die keramische Körper umfasst, die vorher durch das heiße hinausfließende Gas erhitzt worden sind. Nach dem Verlassen der Verbrennungskammer tritt das heiße ausfließende Gas in die erste Einheit ein, welche die keramischen Körper umfasst, die zuvor vor dem Eintreten der Flussumkehr durch den Kontakt mit dem hereinfließenden Gas gekühlt worden sind.
In anderen Anwendungen kann der keramische Körper ein Träger für einen Katalysator oder ein Schutzbett sein, um Verunreinigungspartikel in einem Gasstrom abzufangen, bevor dieser eine Katalysatorschicht berührt. In noch anderen Anwendungen kann der keramische Körper in der Form eines Füllungselements für den Einsatz in einer Stoffaustauscheinheit, als ein Schichtträger oder als ein Beschwerungsmedium für den Einsatz in chemischen Verarbeitungseinheiten auftreten.
Diese Erfindung beschäftigt sich im Besonderen mit Situationen, in welchen das heiße Gas, das die keramischen Körper berührt, einen alkalischen Bestandteil aufweist. Typische keramische Medien werden durch solche Bestandteile im Laufe der Zeit stark in Mitleidenschaft gezogen und abgebaute Körper müssen ersetzt werden. Das ergibt sich aus dem Umstand, dass die Oberfläche eine Reaktionsschicht aufbaut, die in ihrer Dicke im Laufe der Zeit anwächst, so dass der wirksame freie Volumsraum verkleinert wird. Diese Abnahme des freien Volumens erreicht in weiterer Folge den Punkt, wo der angestiegene Druckabfall durch die Füllkörperkolonne den Wirkungsgrad des Betriebs und die Leistung der Einheit herabsetzt, die dann heruntergefahren werden muss, um den Ersatz der Füllung zu gestatten. Zusätzlich zu den Kosten der Ersatzkörper stellt die Betriebsunterbrechungshäufigkeit eine weitere ökonomische Belastung dar, die dem Einsatz von keramischen Formkörpern zuzuschreiben ist, die nicht Alkali beständig sind.
Eine typische Situation, in welcher eine alkalische Umgebung bei hohen Temperaturen angetroffen wird, ist eine RTO des oben beschriebenen Typs für den Einsatz in Trocknungsanlageneinheiten der Holzindustrie. In dieser Anwendung sind die keramischen Medien der Asche ausgesetzt, die sich aus der Verbrennung von luftverwirbelten Holzfasern ergibt. Diese Holzasche enthält beachtliche Mengen an alkalischen Komponenten. Wenn herkömmliche keramische Körper eingesetzt werden, umfassen die kristallinen Bestandteile dieser Keramikkörper in vorherrschendem Maße Quarz- und Mullitphasen. Diese Phasen sind im Besonderen für alkalische Angriffe anfällig, um Schichten aus Natrium- Aluminosilikat und/oder einem Natrium-Kalzium-Aluminium- Silikat-Sulfat Komplex zu bilden. Dies kann dazu führen, dass die Füllungskörper miteinander verkleben und dass das freie Volumen innerhalb der Kolonne deutlich abnimmt.
Es ergeben sich daher viele Situationen, in welchen ein korrosionsbeständiger keramischer Körper sehr vorteilhaft wäre.
Der keramische Körper muss jedoch zusätzlich zur gesteigerten Alkali-Widerstandsfähigkeit aus einer formbaren Mischung ausgebildet sein, da solche Körper durch ein einfaches Verfahren mit geringen Kosten herstellbar sein müssen, damit ihr Einsatz wirtschaftlich ist.
Ein weiteres Erfordernis, das dann auftritt, wenn das keramische Produkt im Einsatz wiederholter Temperaturwechselbeanspruchung ausgesetzt sein muss, besteht darin, dass diese nicht in einem physikalischen Zusammenbruch des Objekts münden soll. Die Prüfung solcher Widerstandsfähigkeit besteht darin, dass es in der Lage sein sollte, zumindest 125-maliger Temperaturwechselbeanspruchung zu widerstehen, wobei jeder Zyklus eine niedrige Temperatur auf dem Niveau der Umgebungstemperatur und eine hohe Temperatur von wenigstens 870ºC durchläuft, wobei ein Zyklus wenigstens alle 45 Minuten vollständig zu durchlaufen ist. Ein Material wird als "widerstandsfähig in Bezug auf Temperaturwechselbeanspruchung", wie der Begriff hierin verstanden wird, bezeichnet, wenn solche Wechselbeanspruchungen zu null Brüchen führen.
Einige Alkali-beständige Materialien, die bekannt sind, umfassen Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, schmelzgegossene Zirkonia und schmelzgegossene Zirkonia-Mullite. Diese Materialien sind zum Beispiel in Anwendungen in der Glassherstellung als Auskleidungsmaterialien bekannt. Sie werden in herkömmlicher Weise als Blöcke durch sehr teuere, energieintensive Verfahren schmelzgegossen. Sie sind daher teuer und, was noch wichtiger ist, sie können durch herkömmliche Techniken nicht geformt werden, um Körper für keramische Kolonnenfüllungen zu formen, die für die vorliegenden Anwendungen erforderlich sind. Folglich würden sie für solche Anwendungen nicht einmal in Betracht gezogen werden. Sehr reine Alpha- Aluminiumoxidmedien wurden ebenfalls bereits beschrieben, aber die Rohmaterialien sind sehr teuer und, um die sehr niedrige Porosität sicherzustellen, die für die Zielanwendungen der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, müssen sie auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden. Die Produkte werden daher üblicherweise für Wärmetransferanwendungen eben so teuer, dass sich ihr Einsatz von selbst verbietet.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben erwähnten Probleme zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch den keramischen Körper des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den besonderen Beispielen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen korrosionsbeständigen keramischen Körper mit einer neuartigen Zusammensetzung bereit, die gut geeignet ist, um eine längere Nutzungsdauer zu erreichen, wenn der keramische Körper einer hohen Temperatur und alkalischen Umgebungen ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine keramische Mischung nach Formel bereit, die aus wirtschaftlich vernünftigen Rohmaterialien und durch herkömmliche Formgebungsverfahren in Körpergestalten ausgebildet werden kann, die für den Einsatz als Füllungsmaterialien geeignet sind.
Die Erfindung stellt auch eine Mischung nach Formel bereit, die auf im Wesentlichen volle Dichte (das bedeutet weniger als 5% offene Porosität) bei 1200 bis 1400ºC gesintert werden kann.
Die Erfindung stellt des Weiteren eine Keramik mit verbesserter Alkaliwiderstandsfähigkeit im Vergleich zu chemischem Porzellanen bei Temperaturen bis zu 1000ºC und mit außerordentlicher Widerstandsfähigkeit für Temperaturwechselbeanspruchung bereit.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung wirtschaftlich vernünftige keramische Kolonnenfüllungen bereit, die alle Erfordernisse in Bezug auf Abmessung, Masse, Abriebbeständigkeit und Festigkeit für solche Anwendungen erfüllen, die auch für erhöhte Temperaturen bei alkalischen Bedingungen geeignet sind, wobei sie geringe Druckabfall- und Wärmetransfermerkmale über verlängerte Zeiträume beibehalten.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren einen keramischen Körper bereit, wobei Zirkon die dominierende kristalline Komponente darstellt, wie durch Röntgenbeugungsanalyse gezeigt wird, wobei der Körper durch Brennen einer Zusammensetzung erhalten wird, die aus Anspruch 1 ersichtlich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen keramischen Körper auf Zirkon-Basis bereit, der eine scheinbare offene Porosität von weniger als 5 Prozent, vorzugsweise weniger als ein Prozent, und eine Gewichtsänderung pro Flächeneinheit von weniger als ein Prozent unter alkalischen Bedingungen bei erhöhten Temperaturen aufweist.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen keramischen Körper bereit, welcher gegenüber Wärmewechselbeanspruchung stabil ist und in welchem die dominierende Phase Zirkon ist.
Die Gewichtsänderung pro Flächeneinheit unter alkalischen Bedingungen wird bewertet, indem der keramische Körper bei 850ºC Kaliumkarbonat für einen Zeitraum von 10 Stunden ausgesetzt wird. In dieser Prüfung stellt sich heraus, dass die oberflächliche Reaktionsschicht, die erzielt wird, dieselben Komponenten wie Reaktionsschichten enthält, die bei keramischen Körpern erfasst wurden, die den Bedingungen in der wirklichen Umgebung wie in der Behandlung mit Gasen aus einem Holztrocknungsofen ausgesetzt sind.
Ein "Körper auf Zirkon-Basis" versteht sich als Bezeichnung für einen Körper, in welchem die dominierende kristalline Phase, die im Körper vorhanden ist, Zirkon ist und wenigstens 20% des Körpergesamtgewichts, auf der Basis der Metalloxid-Komponenten, Zirkonia ist. Dies wird durch die Röntgenbeugungsanalyse gezeigt, in welcher die verschiedenen kristallinen Phasen ihre kennzeichnenden Gipfelwerte aufweisen. Die kristalline Phase mit dem größten Gipfel, der im Spektrum wahrgenommen wird, wird als die dominierende kristalline Phase erkannt. Andere kristalline Phasen wie Quarz, Mullit und Cristobalit können vorhanden sein, werden aber im Allgemeinen nicht bevorzugt. Anders als das Zirkon ist der keramische Körper vorzugsweise in seinem Wesen amorph denn kristallin.
Der keramische Körper kann jede Komponente oder jedes strukturelle Element sein, von dem im Einsatz erwartet wird, dass es alkalischen Bedingungen bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. Typischerweise bedürfen solche Anwendungen des Einsatzes keramischer Körper als Füllungen für Wärme- oder Massentransferanwendungen. Jedoch können sie auch Kugeln oder Pellets sein, wie sie als Katalysatorenträger oder in Schutzbetten, Stützbetten oder als Niederhaltemedien in chemischen Verfahrenseinheiten verwendet werden.
Diese Körper können entweder monolithische Produkte wie Honigwabenstrukturen (wahlweise mit Zwangsführungen) oder geschüttete Füllungselemente mit Formen sein, die durch das Erfordernis bestimmt sind, dass sie eine Optimierung der Merkmale Elementoberfläche, Festigkeit, Abriebfestigkeit und Widerstand gegen "Verschachtelung" darstellen. Um die beste Wirkung zu erzielen, sollten die Elemente so viel Oberfläche wie möglich den heißen Gasen aussetzen, ohne den Druckabfall durch eine Einheit hindurch, die solche Elemente umfasst, zu groß werden zu lassen. Dies könnte auftreten, wenn die Elemente eng aneinander gepackt oder verschachtelt sind, so dass das verfügbare Volumen an Durchlässen für das heiße Gas durch die Einheit hindurch deutlich verringert ist.
Die bevorzugten Körper sind auch in der Lage, wiederholter thermischer Wechselbeanspruchung zwischen erhöhten Temperaturen von bis zu 1000ºC und Umgebungstemperaturen ohne deutlichen Verlust an Festigkeit oder Abriebfestigkeit zu widerstehen.
Die bevorzugte körperliche Form der keramischen Körper hängt in einem gewissen Grad von der gewünschten Anwendung ab. Für Stützbetten oder Niederhaltemedien stellen Kugeln oder Pellets die bevorzugte Form dar. Für Wärme- oder Massetransferanwendungen umfassen die bevorzugten Formen Sattelformen, viellappige Strukturen (wie die in USP 5,304,423 offenbarten Strukturen), "Wagenräder" (zylindrische Strukturen mit radialen Scheidewänden) und Ähnliche. Solche Formen werden vorzugsweise durch ein Gieß- oder Extrusionsverfahren hergestellt.
Die offene Porosität der Strukturen beträgt vorzugsweise weniger als 5% und noch besser weniger als ungefähr 3%. Die bevorzugtesten Produkte weisen eine offene Porosität von weniger als 1% auf. Die offene Porosität wird durch Messen des Wasservolumens bestimmt, das absorbiert wird, wenn ein Stück dieser Keramik in Wasser eingetaucht wird.
Zusätzlich zu Zirkon und Kalziumsilikat (Wollastonit) kann der Körper Tone oder andere Bindemittel und Keramik bildende Komponenten wie Aluminiumoxid, Titandioxid, Nephelinsyenit und andere Silikate wie Feldspat umfassen. Die Funktion der Tone besteht darin, in der Ausbildung des keramischen Körpers durch Wirken als Bindemittel mitzuhelfen. Das Zirkon und/oder Wollastonit kann teilweise oder vollständig in situ während des Brennens zum Beispiel durch die Disproportionierung von Kalzium- Zirkon-Silikat oder durch die Verbindung unter Brennbedingungen von anderen Komponenten ausgebildet werden.
Keramiken nach Stand der Technik, die typischerweise für die obigen Anwendungen verwendet werden, sind chemische Keramiken, die hauptsächlich aus Töpferton und Feldspat hergestellt sind. Die vorliegend beanspruchten Keramiken sind durch Mischen der Mischungen nach Formel erzielbar, die 20-65% Zirkon-Partikel von -200 Maschenweite oder feiner, 5 bis 30% Wollastonit-Partikel von -325 Maschenweite oder feiner und 20 bis 60% Tonpartikel von 325 Maschenweite oder feiner umfassen (alle Prozentangaben erfolgen nach Gewicht der vermischten Keramik bildenden Komponenten). Diese Keramik bildenden Komponenten werden in herkömmlicher Weise mit Wasser gemischt, um das Mischen zu unterstützen, und umfassen wahlweise Zusätze wie Flusshilfsmittel, grenzflächenaktive Stoffe, bevor sie geformt werden. Sie können durch Vergießen oder häufiger durch Extrusion geformt werden.
Die Gestalt oder Form des Körpers wird oft durch die Anwendung bestimmt, in welcher er eingesetzt werden soll. Im Allgemeinen jedoch sind die Formen Hohlkörper wie Ringe, wahlweise mit diametralen Scheidewänden, andere hohle, extrudierte Strukturen, Scheiben und extrudierte Monolithe mit Zwangsdurchlässen. Der geformte Körper wird zuerst getrocknet, um den Großteil des Wassers zu entfernen, und dann gebrannt, um das Endprodukt auszubilden und die scheinbare offene Porosität auf ein Minimum zu verringern.
Die Brenntemperatur liegt herkömmlicherweise bei ungefähr 1200-1400ºC. Im Allgemeinen liegen Brenntemperaturen, die zum Brennen einer Keramik mit einer Kristallphase, die vorherrschend auf Zirkon basiert, bevorzugt werden, bei 1225-1300ºC.
Die Erfindung wird des Weiteren mit Bezug auf mehrere besondere Mischungen nach Formel und ihre Eigenschaften dargestellt.
Der keramische Körper gemäß der vorliegenden Erfindung und mehrere andere keramische Materialien werden in Bezug auf ihre alkalische Beständigkeit verglichen, indem sie 50 Stunden lang bei 950ºC Holzasche ausgesetzt werden.
Diese Prüfung wird durchgeführt, indem die beschwerten Keramikartikel in ein Schiffchen angeordnet werden, das am Boden eine 0,635 cm (ein Viertelinch) dicke Schicht aus Holzasche aufweist. Weitere Holzasche wird dann über die Artikel geleert, bis sie vollständig bedeckt sind. Das Schiffchen wird dann geklopft, um sicherzustellen, dass sich die Asche so absetzt, dass sie mit allen Teilen der Artikel Kontakt hat.
Das Schiffchen wird in einer Feuerungsanlage angeordnet und die Temperatur wird mit einer Rate von 3ºC /Minute hochgefahren, bis die erwünschte Temperatur erreicht ist. Die Temperatur wird auf jenem Niveau für eine erwünschte "Einwirkzeit" gehalten und dann mit derselben Rate abgesenkt, wie sie im Hochfahrvorgang vorgegeben wurde. Nach dem Abkühlen werden die Proben von der Asche freigekehrt, mit Wasser abgespült und dann in einem Ofen bei 110ºC zwei Stunden lang getrocknet, abgekühlt und dann neuerlich gewogen. Die Gewichtsänderung jedes Artikels wird dann normalisiert, um eine Gewichtsänderung pro Einheit Oberfläche zu erhalten. Die verwendeten Mischungen nach Formel und die relevanten physikalischen Eigenschaften der Produkte werden in Tabelle 1 vorgestellt. Ein Sternchen bedeutet, dass der berichtete Wert ein Mittel aus zwei Werten ist. Die verwendeten Gestalten waren Sättel, ähnlich jenen, die in USP 4,155,960 beschrieben sind, oder Ty-Pak® HSM, welche extrudierte keramische "Mascherl"-Strukturen sind, die durch Norton unter jenem Markennamen verkauft werden.

In der Tabelle:

"Δ" bezeichnet "Änderung
"H&sub2;O ABSORP" ist die Wasserabsorption, wie sie durch ASTM C-373 gemessen wird;
"POROSITÄT" ist der Prozentsatz % offener Porosität, wie er durch ASTM C-373 gemessen wird;
"APP. S. G." ist die scheinbare besondere Schwerkraft der Form, wie sie durch ASTM C-373 gemessen wird;
"GEWICHTS-ZUWACHS" ist der Gewichtszuwachs nach dem Holzasche-Aussetzen bei 950ºC für die vorgegebene Zeit.
Die Holzasche wird durch Verbrennen von Holz hergestellt und homogenisiert, um sicherzustellen, dass die verwendete Charge eine relativ einheitliche chemische Zusammensetzung aufweist. Für alle Auswertungen wurde Holzasche derselben Charge verwendet.
Die chemische Analyse der Holzasche durch XRF-Techniken ergab, dass sie 76,39% Kalziumoxid; 6,41% Kaliumoxid; 4,87% Magnesiumoxid; 2,69% Siliziumdioxid; 2,00% Aluminiumoxid; 1,83% Phosphorpentoxid; 1,10% Eisen(III)- oxid; 0,89% Manganoxid; 0,83% Natriumoxid und 2,99% andere Bestandteile in geringeren Mengen umfasst. TABELLE 1
Die Analyse der Proben zeigte, dass dort, wo das keramische Material Quarz und/oder Mullit umfasste, die Probe nach der Holzaschenprüfung eine Oberflächenschicht aufwies, die Na&sub2;O-33NaAlSiO&sub4; beinhaltete, was eine wesentliche chemische Modifikation als ein Ergebnis der Aufnahme von Alkali aus der Asche bezeichnet.
Da Holzasche nicht immer denselben Alkaligehalt aufweist, wurde dasselbe Experiment wiederholt, außer dass die ausgewerteten Proben unter Kaliumcarbonat-Pulver an Stelle der Holzasche begraben wurden und die Temperatur bei 850ºC gehalten wurde (da Kaliumcarbonat bei ungefähr 880ºC schmilzt).
Die erzielten Ergebnisse werden in Fig. 2 im Folgenden vorgeführt und zeigen dasselbe Leistungsmuster, wobei die Produkte gemäß der Erfindung in ihrer Leistung beruhigend vor den Produkten gemäß dem Stand der Technik liegen. TABELLE 2
Einige der Daten weisen auf einen Gewichtsverlust hin und dies scheint mit jenen Mischungen nach Formel übereinzustimmen, die einen großen Siliziumdioxid-Gehalt besitzen. Dies bezeichnet eine weit schlechtere Situation, als dies das allmähliche Verschließen der Räume zwischen den Körpern und das manchmal auftretende tatsächliche Zusammenwachsen der Körper darstellen. Der Gewichtsverlust bedeutet, dass die Körper durch das Alkali korrodieren.
Die Röntgenbeugungsanalyse der Materialien, die oben ausgewertet wurden, zeigte das folgende Muster kristalliner Phasen:
"CRISTOBAL." bezeichnet Cristobalit und "N. D." bedeutet, dass die Phase nicht erfasst wurde.
Die Analyse des Produkts, das oben als "Erfindung" ausgewertet wurde, zeigte, dass es die folgenden Elemente umfasste (in Gewichts-%, ausgedrückt als ihre Oxide):
Zirkoniumoxid 27,8%
Aluminiumoxid 12,4%
Siliziumdioxid 48,5%
Eisenoxid 0,7%
Titanoxid 0,8%
Kalziumoxid 8,6%
Magnesiumoxid 0,4%
Natriumoxid 0,1%
Kaliumoxid 0,7%
Die dominierende kristalline Phase war Zirkon. Es wurde kein Mullit gefunden.
Da die Korrosionsbedingungen, die in kommerziellen Anwendungen anzutreffen sind, wahrscheinlich wenigstens so fordernd sein werden wie jene, die in den Prüfungen geschaffen wurden, nimmt man an, dass sich die Trends, die sich in den Ergebnissen der Prüfungen abzeichnen, wiederholen oder in kommerziellen Verfahren sogar noch stärker hervortreten würden. Daher sollten die Schlüsse, die gezogen werden, gleichermaßen gültig und anwendbar in kommerziellen Verfahren sein, wo keramische Materialien höchst alkalischen Bedingungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Die keramischen Komponenten der Erfindung wurden dann der Wärmewechselbeanspruchung unterzogen, wobei die Proben in einem Korb aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von ungefähr 30 cm und einer Tiefe von ungefähr 7,6 cm angeordnet wurden. Dieser Korb wurde seinerseits in einer Wärmezykluseinheit angeordnet, die eine vertikal zylindrische, gasbefeuerte, luftgekühlte Kammer umfasste. Das Gas wurde entzündet und die Temperatur von Umgebungsniveau auf ungefähr 870ºC in einer Zeitspanne von 18 Minuten angehoben. Dann wurde das Gas abgedreht und die Luftkühlung setzte ein, um die Temperatur auf das ursprüngliche Umgebungsniveau in einem Zeitraum von 18 Minuten abzusenken. Der vollständige Zyklus dauerte daher 36 Minuten, weitere 135 Zyklen folgten ohne Pause und die Proben wurden dann aus der Prüfeinheit entfernt und untersucht. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3 im Folgenden. TABELLE 3
"C. S. " bedeutet Bruchfestigkeit, wie durch ASTM C-515 gemessen. "Erfindung 1" wurde aus einer Mischung gebrannt, die 46,8 Gewichts-% Zirkon und 16,5 Gewichts-% Wollastonit umfasste. "Erfindung 2" wurde aus einer Mischung gebrannt, die 42,13 Gewichts-% Zirkon und 18,73 Gewichts-% Wollastonit umfasste. In beiden Mischungen nach Formel gemäß der Erfindung wurde der Rest durch Keramik bildende Komponenten aufgefüllt.
Zwei getrennte Prüfungen wurden mit den "Handelsüblichen Porzellan-Proben" durchgeführt. Beide Ergebnisse sind angeführt. "Handelsübliches Porzellan" und "Handelsübliches Steingut" waren im Handel verfügbare keramische Materialien, die zurzeit für dieselben Anwendungen verkauft werden, für welche die Produkte gemäß der Erfindung ebenfalls gedacht sind.
Aus den obigen Daten geht daher klar hervor, dass durch Steuern der Mischung, wie es in der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, möglich ist, keramische Körper herzustellen, die besser daran angepasst sind, über längere Zeit hinweg bei Temperaturen über 700ºC ohne die Notwendigkeit eines übermäßig häufigen Austauschs zu funktionieren.

Claims

1. Keramischer Körper, wobei Zirkon die dominierende kristalline Komponente darstellt, wie durch Röntgenbeugungsanalyse gezeigt, wobei der Körper erhältlich ist durch Brennen einer Zusammensetzung, umfassend

20 bis 65 Gewichts-% Zirkon-Partikel mit einer Maschenweite von 200 oder feiner, und

5 bis 30 Gewichts-% Wollastonit-Partikel mit einer Maschenweite von 325 oder feiner, oder

Verbindungen, welche unter Brennbedingungen diese Mengen Zirkon und/oder Wollastonit ergeben, und

20 bis 60 Gewichts-% Ton-Partikel aus anderen keramikbildenden Ton-Komponenten mit einer Maschenweite von 325 oder feiner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden und Silikaten von Aluminium, Erdalkalimetallen, Alkalimetallen, Eisen und Titan, wobei alle Prozentangaben Gewichtsprozent der kombinierten keramikbildenden Komponenten darstellen.

2. Keramischer Körper gemäss Anspruch 1, wobei wenigstens 20% des Körpergesamtgewichts, auf Basis der Metalloxid-Komponenten berechnet, Zirkonia ist.

3. Keramischer Körper gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die scheinbare offene Porosität weniger als 5% beträgt.

4, Keramischer Körper gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Gewichtsänderung pro Flächeneinheit von weniger als einem Prozent unter alkalischen Bedingungen bei erhöhten Temperaturen aufweist, wie durch Aussetzen des keramischen Körpers Kaliumcarbonat bei 850ºC für einen Zeitraum von 10 Stunden bestimmt.

5. Keramischer Körper gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher gegenüber Wärmecyclen stabil ist, wie durch wenigstens 125 Wärmecyclen bewertet, wobei jeder Cyclus jeweils eine Niedrigtemperatur von Umgebungstemperatur und eine Hochtemperatur von wenigstens 870ºC aufweist, wobei ein Cyclus jeweils höchstens 45 Minuten dauert.

6. Keramischer Körper gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, in einer Form, welche für Verwendungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Masse- und Wärmetransfer, geeignet ist.

7. Keramischer Körper gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, in einer Form, welche für Verwendungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Katalysatorträgern, Schutzbetten, Stützbetten und Rückhaltebetten, geeignet ist.