DE927978C

DE927978C - Verfahren zum Herstellen von Formstuecken aus kristallin erstarrenden Silikatschmelzen

Info

Publication number: DE927978C
Application number: DES18778A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Phil Wagner
Original assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Current assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Priority date: 1950-08-25
Filing date: 1950-08-25
Publication date: 1955-05-20

Description

Verfahren zum Herstellen von Formstücken aus kristallin erstarrenden Silikatschmelzen Zur kristallinen Ausbildung einer erstarrten Silikatschmelze führen bekanntlich zwei Wege, von denen jeder für sich oder beide miteinander kombiniert beschritten werden können. Erstens kann man eine unterkühlte, d. h. glasig erstarrte, Schmelze auf eine der Entglasung günstige Temperatur erhitzen und auf derselben eine Zeitlang halten (tempern), bei der sich die amorphe Phase mehr oder weniger vollständig in die kristalline Phase umwandelt, zweitens kann man eine stark kristallisationsfähige Schmelze verwenden, die beim bloßen Abkühlen vorwiegend oder völlig kristallin erstarrt. Der zweite Weg wird beim Gegenstand der Erfindung beschritten, der das Herstellen von Formstücken aus kristallin erstarrenden Silikatschmelzen durch Vergießen der Schmelze, insbesondere nach dem Sandguß-, Kokillenguß- und Schleudergußverfahren, bezweckt.
Die Kristallisationsfähigkeit einer Silikatschmelze ist im wesentlichen durch ihre chemische Zusammensetzung gegeben. Gehört eine kristallisationsfähige Schmelze ihrer chemischen Zusammensetzung nach einem Stoffsystem an, das ein Eutektikum aufweist, und weicht die Zusammensetzung dieser Schmelze von der eutektischen Zusammensetzung ab, so spielen sich folgende Vorgänge beim Abkühlen der Schmelze ab. Oberhalb einer bestimmten Temperatur existiert reine, homogene Schmelzphase. Kühlt sich die Schmelze ab auf eine unterhalb jener Temperatur liegende Temperatur, so scheidet sich ein kristalliner Bodenkörper ab. In diesem Temperaturgebiet sind mithin flüssige Schmelze und kristallisierter Bodenkörper koexistent. Je weiter abgekühlt wird, um so mehr Bodenkörper kristallisiert aus. Unterschreitet die Temperatur der Schmelze den sogenannten eutektisc'henPunkt, dann findet Erstarrung des,Ganzen,statt.
Es ist einleuchtend, daß in demjenigen Temperaturgebiet, in dem flüssige Schmelze und kristallisierter Bodenkörper koexistent sind, die Bildung von Kristallkernen und das Wachstum der Kristalle und damit Menge und Größe des kristallinen Bodenkörpers von der Geschwindigkeit abhängt, mit der dieses Temperaturgebiet beim Abkühlen der Schmelze durchlaufen wird. Es wurde nun beobachtet, daß in der Praxis beim Durchlaufen dieses Temperaturgebietes. nicht ausreichend für so konstante Arbeitsbedingungen gesorgt werden kann, daß eine in Größe und Menge einheitliche Ausbildung des kristallinen Bodenkörpers erfolgt, so daß die erzeugten Gußstücke ein ungleichmäßiges und mehr oder weniger grobkristallines Gefüge aufweisen. Das gilt besonders dann, wenn die Arbeitstemperatur der Schmelze, d. h. diejenige Temperatur, auf der die Schmelze zwecks Verarbeitung durch Formguß gehalten wird, innerhalb des fraglichen Temperaturgebietes liegt.
Zur Beseitigung dieses - Nachteils und zwecks Ausbildung eines möglichst gleichmäßigen, feinkristallinen Gefüges wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zum Herstellen von Formstücken aus kristallin erstarrenden Silikatschmelzen durch Gießen (Sandguß, Kokillenguß, Schleuderguß) Schmelzen von mindestens annähernd eutektischer Zusammensetzung zu verwenden.
Bei Schmelzen eutektischer Zusammensetzung gibt es kein Gebiet, in dem flüssige Schmelze und kristalliner Bodenkörper koexistent sind, vielmehr ist oberhalb des eutektischen Schmelzpunktes klare, homogene Schmelze, unterhalb des eutektischen Punktes ausschließlich kristalline Phase existent. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Schmelze auf dem Wege zur Form und innerhalb der Gießform abkühlt und die für die Art der kristallinen Erstarrung ausschlaggebend ist, hängt dann von Faktoren ab, wie Arbeitstemperatur der Schmelze und der Gießformen, Art der Gießformen (Sandguß, Kokillenguß) und Abmessungen des Gußstücks, die leicht zu beherrschen und konstant zu halten sind, so daß Gußstücke von der gewünschten gleichmäßigen feinkristallinen Ausbildung erhalten werden können.
Diese Vorzüge einer eutektisch zusammengesetzten Schmelze gelten für kristallin erstarrende Silikatschmelzen jeglicher Art, die zu Formstücken vergossen werden sollen.
Besondere Vorteile bietet jedoch der Gegenstand der Erfindung für kristallin erstarrende Silikat-. schmelzen, die erhebliche Mengen (2o bis 5o %) Flußspat und/oder andere fluorhaltige Stoffe enthalten. Die Kristallisationsfähigkeit dieser Schmelzen beruht auf deren Dünnflüssigkeit, die wiederum durch die Anwesenheit der als Flußmittel wirkenden fluorhaltigen Stoffe bedingt ist. Andererseits sind Fluoride oder deren Reaktionsprodukte in gewissem Ausmaße flüchtig und naturgemäß um so mehr flüchtig, je höher die Schmelztemperatur liegt. Wird nun gemäß der Erfindung ein eutektisches Gemisch verwendet, so bringt der Umstand, daß dann das niedrigst schmelzende Gemisch verwendet wird, die größtmögliche Vermeidung des Fluorverlusts und damit bestmögliche Erhaltung der Kristallisationsfähigkeit der Schmelze.
Demgemäß bringt der Gegenstand der Erfindung besondere Vorteile, wenn Schmelzen, die dem Dreistoffsystem CaF2-Ca0-Si 02 angehören oder sich von demselben ableiten, in eutektischer Zusammensetzung verwendet werden.
Das eutektische Gemisch des Zweistoffsystems Ca F2-Ca0 - Si 02 enthält bekanntlich 29,9% Ca0, 3I,9°/0 S'02, 38,2% CaF2. Für die Verhältnisse der Praxis und die Erreichung des der Erfindung zugrundeliegenden Ziels ist eine Zusammensetzung der Schmelze (in Gewichtsprozent) von 3o bis 3q.0/° S'02, 28 bis 32% Ca0, 36 bis q.00/0 CaF2 noch als annähernd eutektisch anzusprechen. Als Beispiel eines zur Erzielung einer mindestens annähernd eutektischen Schmelze geeigneten. Versatzes sei folgender genannt: 23 bis 29% Quarzsand, q:o bis ¢6% Marmor, 28 bis 3q.0/9 Flußspat.
Die Vorteile der Verwendung eutektischer Schmelzen werden im allgemeinen nicht beeinträchtigt, wenn andere Stoffe in geringen Mengen hinzutreten.
Ein geringer, bis höchstens 511/o, betragender Gehalt der im übrigen Ca F2, CaO und Sf 02 enthaltenden Schmelze an Na20 kann die Ausbildung eines feinkristallinen Gefüges bei der Erstarrung der Schmelze begünstigen. Enthält die Schmelze N920, so geschieht das zweckrnäßigerweise auf Kosten des CaO-Gehaltes.
Von weiterhin günstigem Einfluß auf die feinkristalline Ausbildung der erstarrten, mindestens annähernd eutektischen, CaF2, C90 und Si 02 enthaltenden Schmelze ist ein geringer, bis höchstens insgesamt 51/o betragender Gehalt an einem oder mehreren Oxyden des Bariums und der seltenen Erden sowie an Antimonoxyd, Zinkoxyd, Bleioxyd, Titandioxyd.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung solcher Gegenstände, wie Platten, Schalen, deren Querschnitte keine oder keine großen Abweichungen in den Abmessungen aufweisen und deren größte Dicke 3o mm nicht übersteigt. Bei derartigen Gegenständen erfolgt die Abkühlung der Schmelze in der Gießform derart, daß ein gleichmäßiges, feinkristallines Gefüge erdalten wird. Dabei ist es in jedem Fall zweckmäßig, dafür zu sorgen, däß die vergossene Schmelze in jeder Richtung in möglichst gleicher Weise gekühlt wird, z. B. beim Kokillenguß von Platten durch Anwendung eines Oberstempels, so daß die Schmelze bzw. das Gußstück eine Zeitlang allseitig von Metall umgeben ist.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung aus CaF2, C90 und Si02 enthaltenden Schmelzen hergestellten Gegenstände zeichnen sich durch hohe mechanische Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Dichtigkeit und Frostsicherheit aus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen von Formstücken aus kristallin erstarrenden Silikatschmelzen durch Formguß (Sandguß, Kokillenguß, Schleuderguß), dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzen von mindestens annähernd eutektischer Zusammensetzung verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzen mit den Bestandteilen Ca F2, Ca O, S'02 verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze folgender Zusammensetzung verwendet wird: 3o bis 34°/a Si02, 28 bis 32°/o Ca0, 36 bis 40"/o Ca F2.
4. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzen verwendet werden, die geringe Mengen Nag O enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch i und 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzen verwendet werden, die geringe Mengen von einem oder mehreren der Oxyde des Bariums und der seltenen Erden sowie von Antimonoxyd, Zinkoxyd, Bleioxyd, Titandioxyd enthalten.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 5 zum Herstellen von Gegenständen, deren Querschnitte keine großen Abweichungen in den Abmessungen aufweisen und deren größte Dicke 30 mm nicht übersteigt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentsdhriften Nr. 287 394, 332 578# 410 351, 430 387, 458 5o9, 63o 898.