FI88283B - Foer framstaellning av glasfiber avsedd aedelmetallbussning och foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

1 08283

Lasikuitujen valmistusta varten tarkoitettu jalometalli-holkki ja sen valmistusmenetelmä

Esillä oleva keksintö liittyy lasinvalmistukseen, 5 erityisesti kuitumaisten lasituotteiden valmistukseen. Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on menetelmä lasikuitujen valmistusta varten tarkoitetun rei'itetyllä poh-jalevyllä varustetun jalometalliholkin valmistamiseksi ja tämäntyyppinen jalometalliholkki.

10 Kuitumaisia lasituotteita on valmistettu usean vuo den ajan käyttäen jalometalliholkkeja lasinsyöttölaittei-na. Tällaiset lasinsyöttölaitteet sisältävät rei'itetyn pohjalevyn tai seinän, jota alalla kutsutaan yleensä hela-levyksi ja joka pidättää sisällään sulan lasilammikon. 15 Sulan lasin virrat tulevat hoikin pohjaseinässä olevista aukoista tai heloista. Sopivien laitteiden avulla lasivir-rat ohennetaan sen jälkeen ja kootaan kuitujen muodossa. Tällaisten lasinsyöttölaitteiden, tai hoikkien, on oltava kemiallisesti kestäviä sulan lasin vaikutusta vastaan ja 20 niiden mittojen on oltava pysyviä korkeissa käyttölämpötiloissa. Nykyisin tällaisia holkkeja tehdään jalometallista, tämän käsitteen sisältäessä jalometallit tai niiden seokset, kuten platinan tai platinan ja rodiumin seokset.

Jalometallit ovat erittäin kalliita. Jos holkit 25 voitaisiin valmistaa käyttämällä pienempiä määriä tällaisia jalometalleja tekemällä ne halvemmista materiaaleista, voitaisiin saavuttaa valtava taloudellinen etu. Lisäksi, koska jalometallista valmistetuilla syöttölaitteilla on rajoitettu käyttöikä, alalla on olemassa tarve hoikkien 30 suhteen, joilla on pitempi käyttöikä.

Eräs jalometallisten hoikkien käytön yhteydessä myös esiintyvä vaikeus johtuu siitä tosiasiasta, että ilmassa oleva happi muuttaa sille alttiina olevan jalometallin oksidiksi, joka haihtuu ja aiheuttaa huomattavan 35 jalometallimäärän häviön kuidunmuodostustoimenpiteen aika- 2 n O r. 7 O kj *1. 17 o na. Alalla on siten ilmeisestikin tarve tämän haihtumison-gelman ratkaisemiseksi tai ainakin sen pääasialliseksi minimoimiseksi.

On myös tunnettua, että ajan kuluessa jalometalli-5 holkit pyrkivät virumaan tai muuttamaan muotoaan käytön yhteydessä. Tällainen viruminen tai muodonmuutos vaikuttaa haitallisesti kuitujen laatuun. Muodonmuutos edellyttää, että holkki poistetaan ennen aikojaan käytössä, siis silloin, kun lasin syövyttävä ja kuluttava vaikutus ei ole 10 vielä kohdistunut muotoaan muuttaneeseen syöttölaitteeseen. Alalla esiintyy siten tarve saada aikaan holkki, jossa esiintyy vähemmän viruntaa ja muodonmuutoksia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa nämä jalometallisten hoikkien käyttöön liittyneet ongel-15 mat. Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella menetelmällä ja jalometalliholkilla, joille on tunnusomaista se mitä on esitetty patenttivaatimusten 1 ja 3 tunnusmerk-kiosissa.

Keksintö tarjoaa käyttöön seosholkin, jonka valmis-20 tus on halpaa ja joka mahdollistaa haluttaessa vähäisempien jalometallimäärien käytön. Näillä holkeilla on pitkä käyttöikä ja niissä esiintyy vähemmän viruntaa ja muodonmuutoksia, koska ne on käytännössä varustettu keraamisella vahvistusmateriaalilla. Näiden hoikkien yhteydessä esiin-25 tyy vähemmän haihtumishäviöitä ja myös pienempi energiankulutus, koska ne on varustettu keraamisella eristyskerroksella.

Tämän keksinnön mukainen uudenlainen holkki voidaan valmistaa helposti muodostamalla ensin jalometalliholkki, 30 kuten yleensä on tehty aikaisemminkin, ja kiinnittämällä sitten yksinkertaisesti reagoimaton ja äkillisiä lämmön-vaihteluita kestävä keraaminen aine hoikin ulkopintaosiin ja täydentämällä sen jälkeen hoikin valmistus polttamalla tämä keraaminen aine. Tällöin tulokseksi saadaan holkki, 35 jossa on kiinteästi sitoutunut reagoimaton ja äkillisiä lämpötilan vaihteluja kestävä keraaminen päällyste.

; Ο -Ο Γ 7 3 · o _ w

Esillä olevan keksinnön edellä mainitut ja muut edulliset ominaispiirteet käyvät selvemmin ilmi oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti tämän keksinnön eräs-5 tä sovellutusmuotoa;

Kuvio 2 esittää yleensä kuvion 1 linjaa 2-2 pitkin otettua kuvantoa.

Tässä yhteydessä viitattu päällystetty jalometalli-holkki, tai keraaminen päällyste tai verhous, tai muut 10 vastaavanlaiset ilmaisut merkitsevät yleensä sitä, että hoikin jalometalliosa muodostetaan ensin ja sen jälkeen sen päälle levitetään keraaminen päällyste. Tehtiinpä holkki sitten heloilla varustettuna tai sen ollessa ns. helaton holkki, on ilmeistä, että pohjalevyn reiät tai 15 aukot on peitettävä tai varustettava tulpilla keraamisen päällysteen levityksen aikana, minkä jälkeen nämä peitteet tai tulpat poistetaan. Pronssin ja hoikin sisältämän jalometallikoostumuksen on havaittu olevan sopivia tällaisia tulppatarkoituksia varten.

20 Kuvio 1 esittää yleensä lasinsyöttölaitetta tai hoikkia 10, jota käytetään tavallisesti kuitumaisen lasin valmistuksessa. Holkki 10 sisältää yleensä suoraviivaiseksi muodostetun sivuseinän 12 ja sen yläosaan on asetettu ulospäin ulkoneva laippa 14, joka on asetettu kiinnitet-. 25 täväksi syötettävään sulaan lasimassaan 11. Tällainen sula lasimassa syötetään tavallisesti yleensä numerolla 16 merkityn esiahjon välityksellä. Holkit kuumennetaan yleensä sähköisesti ja tätä tarkoitusta varten käytetään sopivia päätteitä, kuten esimerkiksi diametraalisesti vastakkaisia 30 korvakkeita 31. Korvakkeet 31 on kiinnitetty sopivaan teholähteeseen, ei näy, sähkövirran kulkiessa hoikin 10 läpi sen sivuseinät 12 ja pohjalevy 19 mukaanlukien. Pohjalevy, tai seinä 19, sisältää aukot tai syöttöhelat, joita yleensä kutsutaan vain heloiksi 15 ja jotka ovat väliaineyhtey-35 dessä sulan lasimassan 11 kanssa (näkyvät parhaiten ku- η n ^ r, '/ 4 ό <1 o ^ viossa 2). Lasi tulee rei'itetystä pohjalevystä 19 ja la-sivirrat ohennetaan sitten kuiduiksi 20, jotka puolestaan johdetaan kulkemaan kooltaan sopivan applikaattorin 22 kautta ja sen jälkeen toisiaan lähestyen sopivan kokooma-5 laitteen kautta säikeen 26 muodostamiseksi. Tämä säie kootaan sitten asianmukaiseen vetolaitteeseen, kelausrummulle tai kelalle 28.

Kuten alaan perehtyneet henkilöt helposti ymmärtävät, edellä on selostettu vain kaavamaisesti aikaisemmin 10 tunnettua lasikuitujen valmistusmenetelmää. Tavanomaisia ja sinänsä tunnettuja tekniikoita ei ole selostettu. Aikaisemmin on esimerkiksi tunnettua käyttää vierekkäisiä jäähdytysripoja pohjalevystä 19 alaspäin. Hoikin muoto on ilmeisestikin esitetty vain yleisesti ja mikä tahansa 15 alalla yleensä käytetty holkkimuoto on sopiva.

Kuten edellä on mainittu, keraaminen päällyste kiinnitetään paikoilleen hoikin 10 muodostamiseksi, jolloin päällyste levitetään hoikin ulkopinnoille tai hoikin tai syöttölaitteen 10 osiin, jotka eivät ole kosketuksessa 20 lasin kanssa. Koska korvakkeet 31 on saatettava sähköiseen kosketukseen virran johtamiseksi hoikin seinän 12 ja poh-jaseinän 19 kautta, on korvakkeiden 31 osat suojattava sopivalla tavalla, niin että keraaminen päällyste ei täysin peitä korvakkeita 31 ja että paljas metalli jää hel-25 posti käsiksipäästäväksi tavanomaisia sähköisiä kiinnitys-laitteita varten. Kuten kuvioissa 1 ja 2 on yleensä esitetty, kaikki hoikin 10 lasin kanssa kosketukseen tulevat osat on tehty jalometallista.

Kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin hoikin 10 poh-30 jaseinän 19 osia. Kuviosta voidaan havaita, että pohja-seinä 19 sisältää holkit 15, jotka kulkevat laminoidun pohjaseinän eli jalometallikerroksen 23 ja keraamisen kerroksen 21 läpi. Helat 15 ovat ilmeisestikin väliaineyhtey-dessä sulan lasimassan 11 kanssa, mikä mahdollistaa lasi-35 massan ohentamisen ja kuitujen 20 muodostamisen. Jalome- i , r> '' r '/ 5 0 v. _ ^ tallikerroksen 23 paksuus voi vaihdella, sen ollessa kuitenkin sopivimmin suuruusluokkaa noin 0,0762 - noin 0,1524 cm (noin 0,030 - noin 0,060 tuumaa). Samalla tavoin keraamisen päällystekerroksen 21 paksuus voi vaihdella, ollen 5 kuitenkin sopivimmin suuruusluokkaa noin 0,1524 - 0,635 cm (0,060 - 0,250 tuumaa).

Jalometallikerros 23 voidaan muodostaa mistä tahansa sopivasta alkuainejalometallista tai jalometalliseok-sesta. Suositeltavana jalometallina on platinan ja rodi-10 umin seos, jota yleensä kutsutaan J-seokseksi.

Keraamisen päällysteen 21 koostumus valitaan siten, että se ei reagoi jalometallin kanssa ja on äkillisiä läm-mönvaihteluja kestävä käyttöolosuhteissa. On aivan selvää, että piikarbidi ja -nitridi eivät ole tyydyttäviä materi-15 aaleja, koska ne tunnetusti reagoivat jalometallin kanssa. Samalla tavoin on selvää, että kromioksidia ei voida hyväksyä käytettäväksi, koska sillä tiedetään olevan huono vastustuskyky äkillisiä lämmönvaihteluja vastaan sekä myös heikko kestävyys. Keraamiset lämpösulkumateriaalit on ha-20 vaittu sopivaksi esillä olevaa keksintöä varten. Näiden materiaalien on yleensä säilytettävä kestävyytensä suuruusluokkaa noin 1148,8 - 1426,6 °C (2100 - 2600 °F) olevissa lämpötiloissa. Suositeltavana keraamisena materiaa- ..... Iina on kaupallisesti saatavissa oleva kristallografisesti 25 stabiloitu sirkonium. Tällainen sirkonium stabiloidaan yleensä hajoamista vastaan sen joutuessa erilaisten siirtymävaiheiden alaiseksi esimerkiksi kalsium-, magnesium-, serium-, yttrium- ja aluminiumoksidin välityksellä. Kaikkein suositeltavin materiaali on yttriumilla stabiloi-30 tu sirkoniumoksidi. Stabiloimisaineita käytetään yleensä noin 6 - noin 8 painoprosentin määrässä (yhdistetty sirkoniumoksidi ja stabiloimisaine). Yttriumilla stabiloitu sirkoniumoksidi on erityisen edullinen esillä olevaa sovellutusta varten, koska sen lämpölaajenemiskerroin on 35 pääasiassa sama kuin yleensä käytetyillä jalometalliseok- f. ; O ·' ·"· 7

O w 4. lv* J

silla. Muita sopivia keraamisia aineita ovat aluminiumok-sidi, titaanioksidi, hafniumoksidi ja niiden seokset, esimerkiksi aluminium- ja titaanioksidin seokset.

Esillä olevan keksinnön mukaisen laminoidun hoikin 5 valmistamiseksi muodostetaan ensin jalometalliholkki tavanomaisella tavalla. Eräänä haluttavana pienenä muutoksena on se, että helat 15 ovat aksiaalisesti hieman pitempiä kuin tavallisesti keraamisen päällysteen 21 ja pohja-seinän 19 lisääntyneen paksuuden sovittamiseksi yhteen. 10 Kun sisäinen holkkikuori on muodostettu tällä tavoin, se päällystetään keraamisella materiaalilla käyttäen valokaa-riplasmasuihkutustekniikkaa. Kyseessä on yleisesti tunnettu tekniikka, jonka avulla aineosahiukkasia sisältävät päällysteet suihkutetaan ja levitetään tuotteisiin lami-15 naattien muodostamiseksi, jolloin kuumaa kaasuplasmaa käytetään sulattamaan hiukkasmateriaali ja siirtämään se alustakerrokselle, johon materiaali jähmettyy päällysteenä. Plasma synnytetään yleensä johtamalla kaasu kulkemaan kahden samakeskisen elektrodin välistä, jolloin se kuumen-20 netaan ylläpidetyn korkean tasavirran avulla. Lämpötilat voivat ylittää arvon 16,648,8 °C (30,000 °F), minkä johdosta kaasu laajenee ja tulee etuelektrodisuuttimesta erittäin suurella nopeudella. Jauhe suihkutetaan valokaaresta myötävirtaan sopivan kantokaasun välityksellä ja sekoite-25 taan plasman kanssa. Jauhe sulaa ja se siirretään alusta-kerrokselle, jossa se sitoutuu muodostaen tiiviin ja voimakkaasti sitoutuneen päällysteen. Sopivia suihkutuslait-teistoja on saatavissa APS Materials, Inc'stä. Keraaminen materiaali, korvakkeita 31 lukuunottamatta, levitetään 30 edullisesti valokaariplasmasuihkutustekniikan avulla hoi kin 10 kaikkiin pintoihin, jotka eivät ole kosketuksessa lasin kanssa. Ennen keraamisen päällysteen 21 suihkuttamista jalometalliholkin verhouksen 23 lasia koskettamatto-miin osiin heloihin 15 asetetaan kannet jauheen pääsyn 35 estämiseksi kaasuvirtausta varten tarkoitettuihin kana-

' i O V

7 ^ - υ viin. Sopivat kannet tehdään pronssista, suurlämpötilapo-lymeereista, piikumeista tai jalometalliseoksesta 23.

Sen jälkeen kun keraaminen materiaali on levitetty jalometalliholkkiaihion paljaille ulkopinnoille, seos kuu-5 mennetaan keraamisen materiaalin sintraamiseksi edelleen. Tämä toimenpide lujittaa sitoutumista ja se voidaan suorittaa missä tahansa sopivassa lämpötilassa. Yttriumin avulla stabiloitua sirkoniumia käytettäessä on yleensä saavutettu erinomaisia tuloksia käyttämällä yleensä kuulo mennus- ja jäähdytysnopeutena noin 7,7 °C (18 °F) minuutissa ja pitolämpötilana noin 1500 °C (2732 °F) noin kuuden tunnin ajan. Näissä olosuhteissa keraaminen päällyste 21 saavuttaa suuruusluokkaa vähintään 80 - 85 % olevan teoreettisen tiheyden ja se sitoutuu kiinteästi suoraan jalo-15 metalliin 23. Keraamiset materiaalit, erityisesti yttriu-milla stabiloitu sirkonium, vahvistavat hoikin 10 pohja-seinää 19 sekä parantavat huomattavasti sen lujuutta tehden hoikista kestävämmän virumista vastaan. Keraaminen päällyste voidaan levittää suoraan jalometalliin 23 käyt-20 tämättä sitoutumista lisäävää päällystettä. On kuitenkin yleensä suotavaa, huolimatta siitä että sidospäällystettä ei käytetä, hiekkapuhaltaa käytännössä jalometallin pinta sen tekemiseksi karkeaksi parempaa sidontaa varten ennen keraamisen päällysteen levittämistä.

25 Todellisissa käyttöolosuhteissa edellä selostettu holkki on osoittautunut erittäin kestäväksi ja seossidon-taa lisääväksi haihtumisen minimoimisen ansiosta.

Jalometalliholkkien tai lasinsyöttölaitteiden avulla voidaan valmistaa kuitumaisia lasituotteita.

30 Sulan lasin virrat tulevat hoikin pohjassa olevista aukoista. Nämä virrat jäähdytetään ja ohennetaan kuiduiksi. Hoikin ulkopuolella, erityisesti sen pohjassa, oleva keraaminen päällyste on erittäin kestävä ja minimoi jalo-metallin haihtumisen.

35

Claims (4)

8 ;:T

1. Menetelmä lasikuitujen valmistusta varten tarkoitetun revitetyllä pohjalevyllä (19) varustetun jalome- 5 talliholkin (10) valmistamiseksi, tunnettu siitä, että pohjalevy (19) muodostetaan laminaatista, johon tehdään jalometallista lasin kanssa kosketukseen tuleva sisäpinta (23) ja jalometalliin kiinteästi sidottu ulkoinen päällyste (21), ja että päällyste (21) tehdään kristallo-10 grafisesti stabiloidusta sirkoniumoksidista, joka stabiloidaan yttriumoksidin tehokkaiden stabilointimäärien avulla, jolloin päällysteen (21) paksuus on noin 0,0762 -noin 0,1524 cm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että päällyste muodostetaan valokaari- plasmasuihkutuksen avulla, ja että päällyste (21) on suoraan sitoutuneena jalometalliin (23).

3. Lasikuitujen valmistusta varten tarkoitettu revitetyllä pohjalevyllä (19) varustettu jalometalliholk- 20 ki (10) tunnettu siitä, että jalometallista tehty pohjalevy (19) kannattaa siihen kiinteästi sitoutunutta reagoimattoman ja äkillisiä lämmönvaihteluita kestävän yttriumoksidilla kristallografisesti stabiloidun sirkoni-umoksidin muodostamaa ulkoista päällystettä (21), jonka 25 paksuus on noin 0,0762 - noin 0,1524 cm.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jalometalliholk-ki, tunnettu siitä, että sirkoniumpäällyste (21) on levitetty valokaariplasmasuihkutuksen avulla. 9 . ; O ' /