NL1011452C2 - Samenstelling voor toepassing in een bekledingswerkwijze, werkwijze voor het vormen van een hol keramisch product en product door de werkwijze verkregen. - Google Patents

Description

Samenstelling voor toepassing in een bekledingswerkwijze, werkwijze voor het vormen van een hol keramisch product en product door de werkwijze verkregen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een samenstelling voor toepassing in een bekledingswerkwijze voor het vervaardigen van een keramisch product.

Een dergelijke samenstelling is onder meer bekend 5 uit de metaalgieterij. Hierbij wordt een kern uit was, algi-naten, eiwitpolymeren, zetmeel of dergelijke onder gebruikmaking van de zogenaamde "verloren-kernmethode" door bijvoorbeeld onderdompelen in de samenstelling voorzien van een of meer lagen van de samenstelling. Na het laten drogen 10 van de ten minste ene gevormde laag en het verwijderen van de kern wordt een hol voorwerp verkregen. Dit voorwerp kan vervolgens op een in de techniek gebruikelijke wijze worden gebakken onder oplevering van een hol keramisch product, waarin vloeibaar metaal kan worden gegoten. Hierbij wordt het kera-15 mische materiaal slechts eenmaal gebruikt; na vorming van het metalen voorwerp wordt het als gietvorm gebruikte keramische materiaal verwijderd en weggegooid.

Ook is het bekend om bepaalde inrichtingen die aan hoge temperaturen worden onderworpen, zoals bijvoorbeeld 20 branders en warmtewisselaars, uit te voeren in een keramisch materiaal. Dergelijke inrichtingen werden voorheen vooral uit metaal geconstrueerd. Door de gebruikte hoge temperaturen en/of door inwerking van de in rookgassen aanwezige stoffen kunnen dergelijke metalen inrichtingen echter corroderen en 25 raken ze aldus beschadigd. Sommige keramische materialen kunnen goed deze hoge temperaturen en agressieve rookgassen weerstaan. Bovendien zijn de mogelijkheden van metaalvor-mingstechnieken beperkt, en vragen deze vaak om een uit delen opgebouwde vorm.

30 Een bekend probleem bij conventionele keramische ma terialen is echter de voor conventionele keramiek gebruikelijke thermische expansie; inrichtingen die worden uitgevoerd in conventionele keramiek zijn niet goed bestand tegen locaal 10 1 1 4 5 2 2 aanwezige hoge temperaturen en kunnen derhalve bij plaatselijke verwarming breken.

De onderhavige uitvinding heeft als doel deze nadelen te vermijden. Dit doel wordt volgens de onderhavige uit-5 vinding bereikt doordat de samenstelling omvat: - een lithiumsilicaat-sol; - A1203; en - SiOx, waarbij x is 1-2.

Met de samenstelling volgens de uitvinding is het 10 mogelijk om holle keramische producten te verkrijgen met een thermische expansiecoëfficiënt over een temperatuurbereik van 100 - 1000°C in het bereik van -0,030 tot +0,030%.

Een bijzonder voordeel van het gebruik van de lithiumsilicaat-sol is dat het mogelijk is om vloeibare keramische 15 samenstellingen op waterbasis te maken. Deze samenstellingen worden na drogen vast, waarbij slechts een zeer geringe droogkrimp plaatsvindt, en zijn na het drogen niet meer oplosbaar in water. Hierdoor zijn reeds afgezette lagen (door onderdompelen van een kern in de samenstelling) niet oplos-20 baar in daarna nog aan te brengen lagen. Tijdens het bakken, waarbij de afgezette lagen worden versinterd, krimpt het keramische product ca. 7%.

Een ander voordeel volgens de uitvinding is dat het verkregen keramische product meerdere malen kan worden ge-25 bruikt, terwijl het als gietvorm bedoelde bekende keramische product slechts eenmaal kan worden gebruikt.

De gebruikte lithiumsilicaat-sol bevat in het algemeen 1-4% lithiumoxide en 10-40% siliciumdioxide in water, bijvoorbeeld 2,5% lithiumoxide en 20,5% siliciumdioxide. De 30 gebruikte hoeveelheden uitgangsverbindingen worden bij voorkeur zodanig gekozen dat Li20, Al203, SiOx, waarbij x is 1 of 2, en K20/Na20 in het gebakken keramische product aanwezig zijn in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : Al203 :

SiOx : (K20 + Na20) = 0,9-1,1 : 2-2,4 : 9,0-10,6 : 0,105- 35 0,130 : 0,040-0,055. De deeltjes zijn zo klein dat ze in het water blijven zweven.

Een keramisch materiaal met de bovengenoemde relatieve gewichtshoeveelheden is overigens beschreven in de niet-vóórgepubliceerde aanvrage NL-A-1008578, op naam van een 1011452 3 van de aanvragers van de huidige aanvrage en waarvan de in-houd door de vermelding wordt geacht te zijn opgenomen in de onderhavige aanvrage.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werk-5 wijze voor het vormen van een hol keramisch product onder gebruikmaking van een verloren-kernmethode, welke werkwijze de stappen omvat van: a) het ten minste een keer aanbrengen van een vloeistof op een kern onder vorming van een laag vloeistof op de 10 kern; b) het laten drogen van de ten minste ene, in stap a) gevormde laag; c) het verwijderen van de kern onder vorming van een hol voorwerp; en 15 d) het bakken van het in stap c) verkregen, holle voorwerp onder vorming van een hol keramisch product.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat als vloeistof gebruik wordt gemaakt van de samenstelling volgens de uitvinding.

20 Met de werkwijze volgens de uitvinding worden holle keramische producten verkregen die een thermische expansieco-efficiënt over een temperatuurbereik van 100 - 1000°C in het bereik van -0,030 tot +0,030% vertonen.

De op deze wijze gevormde keramische producten kun- 25 nen bijvoorbeeld branders, warmtewisselaars, straalbuizen, straalplaten, etc. zijn.

Het aanbrengen van de vloeistof op de kern uit was of dergelijke kan op verschillende manieren plaatsvinden, bijvoorbeeld door besproeien of onderdompelen.

30 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwij ze volgens de uitvinding omvat de werkwijze verder de volgende stap: e) het aanbrengen van een poeder in een poederlaag op een in stap a) gevormde laag, en het ten minste een keer 35 aanbrengen van een verdere vloeistoflaag op de gevormde poederlaag .

Door het aanbrengen van de poederlaag op de op de kern gevormde laag, zal het product minder droogkrimp vertonen en wordt een betere hechting van de verschillende lagen 1011452 4 aan elkaar verkregen. Waarschijnlijk ontstaat de geringere droogkrimp doordat de in de vloeistof gezakte korrels geen droogkrimp meer vertonen. Het mengsel van de nog vloeibare samenstelling en korrels vertoont hierdoor minder droogkrimp.

5 Een ander voordeel van het aanbrengen van de poeder- korrels is dat de vloeibare keramische samenstelling hierdoor minder snel van de kern afdruipt. Tijdens het bak- en sinter-proces beperken de poederkorrels de tijdens het sinteren optredende krimp, aangezien de korrels zelf al versinterd zijn. 10 Het poeder zal bij voorkeur zijn gevormd uit een reeds gesinterd materiaal dat is opgebouwd uit Li20, Al203, SiOx, waarbij x is 1-2; bij voorkeur zijn Li20, Al203, SiOx en K20/Na20 aanwezig in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : A1203 : SiOx : (K20 + Na20) = 0,9-1,1 : 2-2,4 : 9,0- 15 10,6 : 0,105-0,130 : 0,040-0,055.

Aan het poeder kunnen nog andere verbindingen worden toegevoegd om de eigenschappen van de keramiek te veranderen. Door toevoegen van bijvoorbeeld siliciumcarbiden kan de warm-tegeleidbaarheid van het keramische product worden verhoogd. 20 Bijzonder gunstig is het gebleken om op. de kern af wisselend de vloeistof en de poederlaag aan te brengen.

Hiermee wordt een goede hechting van de verschillende lagen gewaarborgd.

Verder verdient het de voorkeur dat het poeder een 25 in hoofdzaak uniforme korrelgrootte heeft in het bereik van 100 - 800 /im.

De poederkorrels zakken op een gelijkmatige wijze in de aangebrachte vloeistof, bij het bestrooien van een natte laag die op de kern uit was of dergelijke zit na bijvoorbeeld 30 onderdompelen. Door gebruik te maken van korrels met een uniforme grootte wordt een gelijkmatige verdeling tussen poederkorrels en vloeibare keramische samenstelling verkregen.

In principe kan elke korrelgrootte in het bereik van 100 tot 800 μτη worden gebruikt, bij voorkeur zal de korrel-35 grootte in het bereik van 3 00-600 μτη liggen, met de meeste voorkeur 400-550 μτη. Het is echter van belang dat een poeder met in hoofdzaak een uniforme korrelgrootte wordt gebruikt.

De gebruikte korrelgrootte en de viscositeit van de vloeistof 1011452 5 hangen nauw samen; een dunnere vloeistof vraagt een fijn poeder, een dikkere vloeistof een grotere korrel.

Volgens een verder kenmerk volgens de uitvinding wordt op een in stap b) verkregen laag een gasafdichtende 5 laag aangebracht.

In bijvoorbeeld keramische warmtewisselaars is het vereist dat er geen koude luchtstroom ontstaat op de zijde waar de hete rookgassen hun warmte moeten afstaan aan de keramiek. Een dergelijke koude luchtstroom zou bij een poreuze 10 keramiek gevormd kunnen worden door naar buiten tredende lucht. Door het aanbrengen van een gasafdichtende laag wordt een gasdicht keramisch eindproduct verkregen.

Als gasafdichtende laag kan bijvoorbeeld een mengsel van lithiumsilicaat-sol, aluminiumoxide en silicium-sol wor-15 den gebruikt, waaraan 2% zeer fijn poederig chroomoxide is toegevoegd. Ook kan als een niet-gasdoorlatende laag een laag worden gebruikt die een lager smeltpunt heeft, bijvoorbeeld door toevoeging van kwartsmeel aan het bovengenoemde mengsel.

Om bij het aanbrengen van de vloeistof op de kern 20 uit was of dergelijke een egale laag te verkrijgen, kunnen eventueel verdere toevoegingen aan de vloeistof worden toegevoegd, zoals een oppervlaktespanning verlagende stof (bijvoorbeeld Victawet, verkrijgbaar bij Ramson & Randolf te Ohio, Verenigde Staten van Amerika) en een anti-schuimmiddel 25 (bijvoorbeeld DCC, verkrijgbaar bij Ramson & Randolf te Ohio, Verenigde Staten van Amerika).

De uitvinding heeft tevens betrekking op een product verkregen volgens de werkwijzen volgens de uitvinding, waarbij het product in hoofdzaak is opgebouwd uit Li20, A1203, 30 SiOx, waarbij x is 1-2, met een thermische expansie- coëfficiënt over een temperatuurbereik van 100 - 1000°C in het bereik van -0,030 tot +0,030%. Bij voorkeur zijn Li20, Al203, SiOx en K20/Na20 aanwezig in relatieve gewichtshoe-veelheden van Li20 : A1203 : SiOx : (K20 + Na20) = 0,9-1,1 : 35 2-2,4 : 9,0-10,6 : 0,105-0,130 : 0,040-0,055, met meer voor keur zijn Li20, A1203, SiOx en K20/Na20 aanwezig in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : A1203 : SiOx : (K20 + Na20) = 1 : 2,205 : 9,812 : 0,117 : 0,048.

101 1452 6

Een gunstige voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is wanneer het holle keramische product ten minste een binnen- en een buitenlaag omvat en daartussen een gasafdich-tende laag.

5 Het verdient hierbij de voorkeur dat de gasafdich- tende laag zich in hoofdzaak in het midden van de lagen bevindt. De gasafdichtende laag geeft zelf geen stabiliteit als deze wordt gesinterd en heeft in het algemeen ook een iets hogere thermische expansie; om de trekspanning, die deze laag 10 zal krijgen bij afkoeling, zo goed mogelijk te verwerken, verdient het zodoende de voorkeur om de gasafdichtende laag in hoofdzaak in het midden aan te brengen.

Hierna zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van een figuurbeschrijving. Gelijke verwijzingscijfers 15 verwijzen hierbij naar gelijke onderdelen. Hierbij toont: - figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een hol keramisch product volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 2 een lengtedoorsnede van het holle keramische product van figuur 1; 20 - figuur 3 een dwarsdoorsnede van het holle kerami sche product getoond in figuur 1 en 2; en - figuur 4 een detailaanzicht van de opbouw van de verschillende lagen van het keramische product.

Figuur 1 toont een hol keramisch product volgens de 25 onderhavige uitvinding met een holle cilinder 1, welk keramisch product kan dienen om met heet (afval)rookgas lucht te verwarmen. Nabij de uiteinden van de holle cilinder 1 zijn twee eveneens holle buizen 2 en 3 voorzien voor toe- en af te voeren rookgas.

30 Figuur 2 toont een lengtedoorsnede van het holle keramische produkt volgens figuur l.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede van het holle keramische produkt gezien vanaf de rechterzijde getoond in figuur 2 .

35 Ten slotte toont figuur 4 een detailaanzicht van de opbouw van de verschillende lagen van het keramische produkt. Het produkt bevat van binnen naar buiten een gladde binnen-laag 4 met een thermisch expansiecoëfficiënt over een tempe-ratuurbereik van 100-1.000°C in het bereik van -0,030 tot 101 1452 7 +0,030, een gasdichte laag bestaande uit een lithiumoxide-, aluminiumoxide- en siliciumoxidehoudend materiaal dat 2% zeer fijn chroomoxide bevat, en een buitenzijde 6, welke buitenzijde 6 ruwer gevormd is dan de binnenzijde 4. De binnenzijde 5 4 en de buitenzijde 6 zijn beide gevormd uit hetzelfde mate riaal en hierin zijn Li20, Al203, SiOx en K20/Na20 aanwezig in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : Al203 : SiOx : (K20 + Na20) = 1 : 2,205 : 9,812 : 0,117 : 0,048.

Hierna zal de onderhavige uitvinding nader worden 10 toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze.

Voorbeeld

Een materiaal werd gevormd uit 52,03 g lithiumsili-15 caatsol, 16,40 g aluminiumoxide, 31,57 g kwartsmeel, 0,2 g Victawet en 0,2 g DCC. Een binnenvorm uit was geschikt voor het holle keramische produkt van figuren 1-4 werd vervaardigd. De binnenvorm uit was werd ondergedompeld in het boven beschreven mengsel. Direct na onderdompeling werd de vloei-20 stof zodanig van de wasvorm geschud, dat een laag van circa 0,3 mm dik op de binnenvorm achterbleef. Op deze nog natte laag werd poeder gestrooid (verkregen na het vermalen van het keramische materiaal beschreven in de eerder genoemde niet-voorgepubliceerde aanvrage NL-A-1008578) met een uniforme 25 korrelgrootte in het bereik van 400-550 μπκ Het poeder zette zich vast in en op de natte laag; daar waar de natte laag bedekt was met poeder werd geen poeder meer opgenomen. Hierdoor werd een gelijkmatige laag van vloeistof met poeder daarin verkregen. Deze laag was stijf maar nog zacht. Na een 30 droogtijd van 4 uur werd een volgende laag door onderdompelen in de samenstelling aangebracht. Na het aanbrengen van vier lagen, die steeds 4 uur gedroogd waren, werd het voorwerp gedurende 8 uur in een vochtige omgeving gedroogd. Vervolgens werd een gasafdichtende laag aangebracht bestaande uit een 35 mengsel van 31,14 g lithiumsilicaatsol, 9,82 g aluminiumoxide en 59,04 g siliciumsol waaraan 2 gew.% zeer fijn chroomoxide was toegevoegd. Deze laag werd bestrooid met een poeder met dezelfde samenstelling als het eerste genoemde poeder, maar nu met een korrelgrootte tussen 150 en 250 μιη. Na 4 uur dro- 101 1452 8 gen werd een tweede gasafdichtende laag aangebracht en deze werd ook weer 4 uur gedroogd. Vervolgens werden weer vier lagen gelijk aan de eerste vier lagen aangebracht met steeds weer 4 uur drogen tussendoor.

5 Na 24 uur drogen werden de uiteinden 2 en 3 zoals getoond in fig. 1 gedeeltelijk afgeslepen. Vervolgens werd met behulp van een gasvlam de was eruit gesmolten.

De keramische vorm werd vervolgens gedurende 30 minuten tussen 1.310 tot 1.320°C verwarmd, waarna de keramiek 10 gedurende 4 uur op een temperatuur van 750°C werd gehouden.

Het verkregen holle keramische product had een thermische expansiecoëfficiënt over een temperatuurbereik van 100°C - 1.000°C in het bereik van -0,030 tot +0,030%.

1011452

Claims (11)

1. Samenstelling voor toepassing in een bekledings-werkwijze voor het vervaardigen van een keramisch product, met het kenmerk, dat de samenstelling omvat: - een lithiumsilicaat-sol;

2. Werkwijze voor het vormen van een hol keramisch product onder gebruikmaking van een verloren-kernmethode, welke werkwijze de stappen omvat van: 10 a) het ten minste een keer aanbrengen van een vloei stof op een kern onder vorming van een laag vloeistof op de kern; b) het laten drogen van de ten minste ene, in stap a) gevormde laag; 15 c) het verwijderen van de kern onder vorming van een hol voorwerp; en d) het bakken van het in stap c) verkregen, holle voorwerp onder vorming van een hol keramisch product, met het kenmerk, dat als vloeistof gebruik wordt gemaakt van 20 de samenstelling volgens conclusie 1.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de werkwijze verder de volgende stap omvat: e) het aanbrengen van een poeder in een poederlaag op een in stap a) gevormde laag, en het ten minste een keer 25 aanbrengen van een verdere vloeistoflaag op de gevormde poederlaag .

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat op de kern afwisselend de vloeistof en de poederlaag wordt aangebracht.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het ken merk, dat het poeder een in hoofdzaak uniforme korrelgrootte heeft in het bereik van 100 - 800 μπι.

5. A1203; en - SiOx, waarbij x is 1-2.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 2-5, met het kenmerk, dat op een in stap b) verkregen laag een gasafdich- 35 tende laag wordt aangebracht. 1011452

7. Hol keramisch product verkregen volgens de werkwijze volgens een der conclusies 2-6, met het kenmerk, dat het product in hoofdzaak is opgebouwd uit Li20, A1203, SiOx, waarbij x is 1-2, met een thermische expansiecoëfficient over 5 een temperatuurbereik van 100 - 1000°C in het bereik van -0,030 tot +0,030%.

8. Hol keramisch product volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat Li20, A1203, SiOx en K20/Na20 aanwezig zijn in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : A1203 : SiOx : 10 (K20 + Na20) = 0,9-1,1 : 2-2,4 : 9,0-10,6 : 0,105-0,130 : 0,040-0,055.

9. Hol keramisch product volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat Li20, A1203, SiOx en K20/Na20 aanwezig zijn in relatieve gewichtshoeveelheden van Li20 : Al203 : SiOx : 15 (K20 + Na20) = 1 : 2,205 : 9,812 : 0,117 : 0,048.

10. Hol keramisch product volgens een der conclusies 7-9, met het kenmerk, dat dit product ten minste een binnen-en een buitenlaag omvat en daartussen een gasafdichtende laag.

11. Hol keramisch product volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de gasafdichtende laag zich in hoofdzaak in het midden van de lagen bevindt. 1011452