DE972986C

DE972986C - Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidsteinen

Info

Publication number: DE972986C
Application number: DED10501A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr-Ing Klasse
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1951-10-28
Filing date: 1951-10-28
Publication date: 1959-11-12

Description

Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidsteinen Tongebundene Siliciumcarbidsteine haben infolge ihrer Empfindlichkeit gegen die Einwirkung von Sauerstoff insbesondere bei höheren Temperaturen nur eine kurze Haltbarkeit. Daher ist das Anwendungsgebiet dieser hochfeuerfesten Steine mit der gegenüber anderen Arten feuerfester Steine überragenden Wärmeleitfähigkeit eng begrenzt. Man hat diese Empfindlichkeit gegen Sauerstoffeinwirkung durch Verwendung besonders hochwertigen und daher weniger empfindlichen Siliciumcarbids als Grundmasse der Steine zu beheben versucht. Abgesehen von der dadurch bewirkten Verteuerung der Steinerzeugung waren aber die Erfolge unbedeutend. Ferner hat man die Steine schon mit Schutzschichten aus keramischen Glasuren überzogen.
So ist schon bekannt, neben 30/0 oder mehr Bindeton der Ausgangsmasse Titanoxyd und gegebenenfalls Eisenoxyd zuzusetzen. Die so erzeugte Glasur ist jedoch sehr rauh und nicht dicht. Beim Gebrauch so hergestellter Gegenstände treten starke blasige Ausschmelzungen auf. Auch ist es bekannt, zur Bildung einer glasurartigen Oberflächenschicht dem Si, C als keramisches Bindemittel eine Mischung von Metallfluoriden und Metalloxyden zuzusetzen. Wie festgestellt wurde, führt jedoch jeder Zusatz von Fluoriden zu einer sehr starken Zersetzung des Si C. Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, als Bindemittel ein Gemisch aus Diopsid und Forsterit zuzusetzen. Aber bei solchen Si C-Gegenständen wird, so sie in oxydierender Atmosphäre verwendet werden, die zuerst gebildete porige, rauhe Oberflächenschicht bald wieder zerstört, so daB der Sauerstoff erneut eindringen kann. Auch der bekannte Zusatz nur eines Hydroxyds eines Erdalkalimetalls führte nicht zu dem gewünschten Erfolg. Weiter wurde schon zur Herstellung von Si C-Gegenständen das Si C in einer Masse aus Chromit oder/und Magnesit und Wasserglas eingebettet. Solche Gegenstände halten ebenfalls dem Angriff oxydierender Gase nicht stand und zerfallen nach kurzer Zeit.
Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß man durch einen Zusatz von Eisenoxyden in Verbindung mit Oxyden der Erdalkaligruppe zu der aus Siliciumcarbid bestehenden Grundmasse einen Stein erhält, der bei den höchsten Gebrauchstemperaturen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre keinerlei Zersetzungserscheinungen zeigt. Die bei den in sonst üblicherweise hergestellten Siliciumcarbidsteinen bei hohen Temperaturen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre auftretende Zersetzung oder/und Blasenbildung auf der Steinoberfläche, welche den Beginn der Zerstörung der Steine anzeigt, tritt bei Steinen, die mit den genannten Zusätzen hergestellt wurden, nicht auf.
Die Steine nach der Erfindung aus Siliciumcarbid und einem Zusatz, der aus Eisenoxyden und Oxyden der Erdalkaligruppe besteht, z. B. aus Eisenoxyd und Kalk, erhalten beim Brand an ihrer Oberfläche eine in der Masse des Steines liegende glasurartige Schutzschicht, welche eine feste Lösung aus Eisenoxyd, Erdalkalioxyd und Kieselsäure darstellt. Letztere ist meistens in geringer Menge bereits als Zersetzungsprodukt im Si C enthalten. Weitere Mengen an Kieselsäure entstehen beim Brand der Steine bis zur Bildung der wirksamen Schutzschicht. Diese Schutzschicht bleibt bis zu den höchsten Gebrauchstemperaturen beständig, so daß der Zustrom des Sauerstoffs zu den Siliciumcarbidkörnern dauernd behindert wird.
Die Zusatzstoffe werden zweckmäßig als Gemenge der Grundmasse zugegeben, wobei die Mengen der beiden Oxydarten, Eisenoxyd (Fe203) und Erdalkalioxyd, im Molverhältnis i : 2 vorliegen sollen. Man kann die Zusatzstoffe im angegebenen Molverhältnis zueinander auch getrennt der Grundmasse beimischen. Vermischt man die Zusatzstoffe aber vor der Beimischung, so erhält man bereits ein homogenes Gemisch, das eine bessere Berührungsmöglichkeit der einzelnen Teilchen miteinander ergibt, wodurch die Reaktionsfähigkeit erhöht wird. Die Reaktion wird dann vollständiger verlaufen, und die Menge der Zusatzstoffe kann geringer sein als bei getrennter Beimischung. Die Gesamtmenge der Zusatzstoffe wird auf die geringstnotwendige Menge beschränkt. Ein zu hoher Zusatz vermindert die Wärmeleitfähigkeit des Siliciumcarbidsteines. Andererseits muß die Menge wieder so groß sein, daß eine vollständige, einheit-Liche Schutzglasur gebildet wird. Daher beträgt die Menge i bis ioo/o des Gewichtes der Grundnasse für die Zusatzstoffe. Die Masse aus Grundstoff und Zusatzstoffen wird gut durchgemischt und mit Wasser bis zur geeigneten Verformungskonsistenz angefeuchtet. Zur Erhöhung der Trockenfestigkeit des späteren Formlings kann man zwecknäßigerweise noch ein organisches Klebemittel, beispielsweise Sufitablauge, hinzusetzen. Die aus dieser Masse geformten Steine werden dann bei der für Siliciumcarbidsteine üblichen Brenntemperatur und Ofenatmosphäre gebrannt. Von den Oxyden der Erdalkaligruppe können außer Kalk auch die Oxyde des Bariums, Magnesiums oder auch des Berylliums verwendet werden. Das gewöhnliche Eisenoxyd kann auch durch andere Eisenoxyde, beispielsweise Fe O oder Fei 04, ersetzt werden.
Es können auch mehrere Oxyde einer Art verwendet werden. Die Zusatzstoffe sind nicht allein auf eine Grundmasse beschränkt, die nur aus Siliciumcarbid besteht. Auch wenn ein Teil des Silici:umcarbids durch andere Grundstoffe ersetzt ist, tritt die Wirkung der Zusatzstoffe ein. So kann man z. B. einen Teil des Siliciumcarbids durch Quarz in Form von gekörnten, gewachsenen Quarzstücken oder Sand ersetzen. Wird dabei als Zusatz Eisenoxyd und Kalk verwendet, so wirkt das entstehende Dicalciumferrit noch als Mineralisator zur Förderung der Umwandlung des Quarzes in Cristobalit und Tridymit. Allerdings ist es zweckmäßig, den Anteil .des Quarzes im Stein nicht zu hoch zu nehmen, denn z: B. bei unter 40°/o Siliciumcarbidgehalt im Stein ist die Bildung der Schutzglasur illusorisch. Man soll den Anteil an Siliciumcarbid im Stein, wenn Quarz allein noch mitenthaIten ist, nicht unter 5oa/o nehmen.
Es können. auch Korund, Zirkon, hochgebrannte, insbesondere gesinterte Schamotte in der Grundmasse neben Siliciumcarbid enthalten sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-i. Verfahren zur Herstellung von gegen Oxydation widerstandsfähigen, vorwiegend aus Siliciumcarbid bestehenden feuerfesten Steinen durch Zusatz von Stoffen, die in der Oberfläche der Si C-Steine eine glasurartige Schicht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Siliciuincarbid Eisenoxyd in. Verbindung mit einem Oxyd der Erdalkaligruppe, zweckmäßig im Molverhältnis Fe2O3 zu Erdalkalioxyd wie i :2, beigemengt @ wird und die aus dem Gemenge geformten Gegenstände gebrannt werden, wobei die gesamte zugesetzte Menge an Eisenoxyd und Erdalkalioxyd i bis io Gewichtsprozent der Si C-Menge betragen soll.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxyd mit dem Oxyd der Erdalkaligruppe vor der Beigabe zur Grundmasse innig miteinander vermischt und als Gemenge der Grundmasse zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Grundmasse aus Siliciumcarbid und Quarz die Zusatzstoffe Eisenoxyd und Kalk sind, die zweckmäßig als Gemenge der Grundmasse beigemischt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 3o6 878, 616 225, 683 676, 697 498, 728 991; britische Patentschrift Nr. 659 26o.