NO119379B - - Google Patents

Description

Ildfast, fiberholdig materiale.

Foreliggende oppfinnelse vedrører ild-

faste blandinger og særlig ildfast materiale i fiberaktig form som er skikket for anven-

delse som isoleringsmateriale o. 1. ved høye temperaturer, og oppfinnelsen vedrører og-

så blandinger for fremstilling av de ild-

faste stoffer.

Der har i lang tid foreligget et behov

for et keramisk materiale i fin fiberaktig form, som ville være tilstrekkelig ildfast til at det kunne bibeholde sin styrke og elasti-

sitet i en vesentlig grad når det ble utsatt for temperaturer i nærheten av 1390° eller høyere i lengre perioder. Det er klart at smeltepunktet for et slikt fiberholdig ma-

teriale må være betydelig over 1390° C.

I søkerens US patent nr. 2 557 834 er der beskrevet ildfaste fiberholdige materialer og blandinger for fremstilling av disse, og disse ildfaste fiberholdige materialer til-fredsstiller i stor utstrekning de ovennevnte krav som stilles til ildfastheten. De fortrinsvis anvendte blandinger ifølge dette patent består i det vesentlige av 45 til 55 vektsdeler aluminiumoksyd, 55 til 45 vekts-

deler kiselsyre og 1 til 6 vektsdeler boraks-

glass, og produktet er overordentlig godt skikket for fremstilling av ildfast fiberaktig materiale ved hjelp av blåserne toden.

Denne metode for fremstilling av anorgani-

ske fibere går ut på at en gasstrøm, som f.

eks. luft eller damp, med stor hastighet ret-

tes mot en fallende strøm av smeltet anor-

ganisk materiale, hvorved dette overføres til fiberform.

Foruten blåsemetoden for fremstilling

av anorganiske fiberaktig materiale kan det ildfaste fiberholdige materiale fremstilles

ved den fremgangsmåte som vanligvis er kjent under navnet spinnemetoden. Denne metode består i at en strøm av det smel-

tede anorganiske materiale frigjøres, slik at den faller på enten en side eller perife-

rien av en eller flere hurtig roterende ski-

ver som kaster det smeltede materiale bort i tangensiell retning, hvormed materialet overføres til fiberform. Spinnemetoden oppviser visse fordeler like over for blåsemetoden ved at den gir et fiberholdig ma-

teriale med et høyere prosentinnhold av lange, silkeaktige fibere, og materialet inne-

holder en relativt liten prosentmengde av perler og kuler. Mens blåste fibere sjelden er tilfredsstillende for øyemed som for spin-

ning til garn og overføring til sterke matter så er det fiberholdige materiale fremstilt ved spinnemetoden meget bedre skikket for slike øyemed.

Skjønt de fortrinsvis anvendte sammensetninger i henhold til det ovenfor angitte patent er ideelt skikket for fremstilling av blåste fibre, har erfaringen vist at disse sammensetninger er relativt utilfredsstil-

lende for fremstilling av spundne fibere. Anvendelse av disse blandinger for fremstil-

ling av spundne fibere gir et relativt dårlig utbytte av fiberholdig materiale og som inneholder en altfor stor mengde av kuler eller perler, og det fiberholdige materiale inneholder også en relativt liten prosentmengde av lange fibere og har en relativt høy massetetthet. Videre er middels-fiber-diameteren av fibere som spinnes fra slike blandinger temmelig stor.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe keramiske blandinger i fiberform som er i høy grad ildfaste.

Det er et videre formål for oppfinnelsen å tilveiebringe keramiske blandinger som er særlig skikket for fremstilling av fiberholdig materiale ved hjelp av spinnemetoden.

Det er også et formål for oppfinnelsen å tilveiebringe anorganiske fiberholdige materialer av utmerket kvalitet.

Disse og andre fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse: Ifølge foreliggende oppfinnelse har det vist seg at anorganiske ildfaste blandinger som er skikket for anvendelse ved høye temperaturer, kan fås ved å smelte og over-føre til fiberform blandinger av aluminiumoksyd, kiselsyre og zirkonoksyd. Dessuten kan der i blandinger innføres en mindre mengde av et modifiseringsmiddel, som f. eks. boraksglass. Særlig har det vist seg at der kan fremstilles et utmerket anorganisk fibermateriale, fortrinsvis ved spinnemetoden, fra blandinger som i henhold til oksydanalyse inneholder 40 til 60 vektsdeler kiselsyre, 20 til 45 vektsdeler aluminiumoksyd og 3y2 til 20 vektsdeler zirkonoksyd med et forhold mellom kiselsyrevekten og aluminium-oksydvekten av i det minste 1. For å oppnå bedre utbytter av et fibermateriale med små diametere og lav massetetthet omfatter de anvendte blandinger 40 til 55 deler kiselsyre, 25 til 45 deler aluminiumoksyd og 3y2 til 20 deler zirkonoksyd med et forhold mellom kiselsyrevekten og aluminium-oksydvekten som i det minste er 1. For oppnåelse av et optimalt utbytte i volum pr. tidsenhet av fibermaterialet holdes blandinger innenfor det fortrinsvis anvendte område av 50 til 55 deler kiselsyre, 35 til 45 deler aluminiumoksyd og 3y2 til 15 deler zirkonoksyd med et forhold mellom kiselsyre og aluminiumoksyd plus zirkonoksyd av i det minste 1.

Om ønskes, kan de ovenfor beskrevne blandinger dessuten inneholde foruten 100 vektsdeler av de totale mengder av kiselsyre, aluminiumoksyd og zirkonoksyd, opp til ca. 6 vektsdeler av et modifiseringsmiddel i disse blandinger synes ikke å ha noen uheldig virkning på mengden av de frem-stilte fibere og disses fysikalske natur.

For å oppnå en bedre forståelse av oppfinnelsen skal der i det følgende henvises til den hosføyde tegning som viser et triaksielt diagram, og de tre komponenter som er vist på dette er oppført etter urviserens omdrei-ningsretning, idet komponentene er zirkonoksyd, kiselsyre og aluminiumoksyd. Det

øvre punkt representerer 100 pst. zirkonoksyd og hver horisontal linje (betegnet med X—X, linjene angir 10 pst.s synking av innholdet av denne komponent) mot grunn-linjen representerer en gradvis synking av 10 pst. i zirkonoksydinnholdet. Den nedre

høyre spiss av triangeldiagrammet angir 100 pst. kiselsyre, og hver linje Y—Y representerer en gradvis 10 pst. synking av kisel-syreinnholdet. Den nedre venstre spiss i dette triangulære diagram angir 100 pst. aluminiumoksyd, og hver linje Z—Z representerer en synkende delmengde av 10 pst. av aluminiumoksydinnholdet.

Alle blandingene ifølge oppfinnelsen oppviser kiselsyre-aluminiumoksyd- og zirkonoksyd-innhold som faller innenfor polygonet ACDFG på tegningen. Blandingene som gir de beste utbytter har kiselsyre-, aluminiumoksyd- og zirkonoksyd-innhold som faller innenfor polygonet ABEFG, mens de fortrinsvis anvendte blandinger har kiselsyre-, aluminiumoksyd- og zirkon-innhold som faller innenfor polygonet EFHJK. Polygonet ACDFG omfatter de blandinger som i henhold til oksyd-analyse inneholder 40 til 60 deler kiselsyre, 20 til 45 deler aluminiumoksyd og 3y2 til 20 deler zirkonoksyd som har et kiselsyre- til aluminiumoksyd-vektsforhold av i det minste 1. Blandinger innenfor polygonet ABEFG inneholder i henhold til oksyd-analyse 40 til 55 deler kiselsyre, 25 til 45 deler aluminiumoksyd og 3y2 til 20 deler zirkonoksyd, med et kiselsyre- til et aluminiumoksyd-vektsforhold av i det minste 1. Blandinger innenfor polygonet EFHJK inneholder i henhold til oksydanalyse 50 til 55 pst. kiselsyre, 35 til 45 pst. aluminiumoksyd og 3y2 til 15 zirkonoksyd, med et kiselsyre- til aluminiumoksyd -f- zirkonoksyd-vektsforhold av i det minste 1.

I den nedenfor angitte tabell I er opp-ført innholdet som representeres ved de forskjellige spisser på polygonene i tegningen:

Det er ikke bare av vesentlig betydning at prosentmengdene av aluminiumoksyd, kiselsyre og zirkonoksyd (og modifiserings - midlet hvis dette er ønskelig) faller innenfor de ovenfor angitte områder, men det er også av vesentlig betydning at der fra blandingen er utelukket vesentlige mengder av forurensninger som vil kunne hemme eller forhindre dannelsen av fiberholdig materiale i en tilfredsstillende mengde eller av en brukbar kvalitet. Av denne grunn skal råmaterialene som anvendes ved fremstilling av de fiberholdige blandinger ifølge foreliggende oppfinnelse være relativt rene og fri for forurensninger.

En tilfredsstillende aluminiumoksyd-kilde for utførelse av foreliggende oppfinnelse selges av Aluminium Company of America som Tabular Alumina og er betegnet som T-61 og har følgende sammensetning:

En mindre kostbar kilde for aluminiumoksyd som har vist seg å være tilfredsstillende for foreliggende oppfinnelses øyemed, selges av Aluminium Company of America som A-I Grade White Alumina Ore, og en typisk kjemisk analyse av dette produkt gir følgende resultat:

Råmaterialet for kiselsyren kan være høyrent flint eller hvit sand. Eller om ønskes kan der anvendes høyren aluminiumoksyd — kiselsyreleire eller bauksitt som råmateriale for hele eller en del av aluminiumoksyd eller kiselsyremengden. Råmaterialet- for zirkonoksyd kan være; et hvilket som helst høyrent zirkonoksyd. Eller om ønskes; kan man som utgangsprodukt for zirkonoksyd og for en del av kiselsyren anvende høyren zirkonsand.

Når boraksglass ønskes i ildfaste fiberholdige materialer kan det tilsettes i mengder opp til 6 vektsdeler av boraksglass,

(NaaB407), til hver 100 deler av den sam-lede vekt av aluminiumoksyd, kiselsyre og zirkonoksyd. Alternativt kan boraks eller natriumoksyd plus boroksyd tilsettes i de krevede mengder for å tilveiebringe den Visse materialer av annen art enn bor-ønskede mengde av boraksglass.

aksglass kan innføres som modifiseringsmiddel i blandingene ifølge foreliggende

oppfinnelse. Blandt de materialer som har vist seg tilfredsstillende er aluminium-klorid, natriumkarbonat, kaliumklorid, ka-liumfluorid,'; kaliumfosfat og sinkoksyd. Når et eller flere av disse materialer anvendes, er det ønskelig at en liten mengde av natriumoksyd, som f. eks. den som foreligger som en forurensning i et aluminiumoksyd av den forannevnte A-I Grade, innføres i Tåblandingen.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen skal der anføres en del eksempler på den praktiske utførelse av oppfinnelsen:

Den ovenfor angitte sammensetning ble etter omhyggelig blanding smeltet i en lysbueovn av den art som vanligvis anvendes for fremstilling av aluminiumoksyd-slipematerialer inntil man fikk et bad av smeltet materiale. Ovnen ble derpå tippet så at det smeltede materiale kunne helles fra ovnen i form av en liten strøm som stø-ter på omkretsen av en å to 30.5 cm.s rotorer som roterte med ca. 4 200 omdreininger/ min. Aksene til de to rotorer var i det ve-sentligste parallell med ca. 9,5 mm's mel-lomrum mellom omkretsene av de to rotorer. Strømmen av smeltet materiale ble ut-spredt i form av fint fiberaktig materiale som var utmerket skikket for overføring til vattplater, matter o. 1.

Det følgende er en typisk kjemisk analyse av det resulterende fiberholdige materiale.

Utbyttet i volum pr. tidsenhet av fiberholdig materiale var overordentlig høyt, idet det var ca. 184 liter pr. min. Det resulterende fiberholdige materiale hadde en middels fiberdiameter av bare ca. 4 mikron (my) og en meget lav massetetthet av bare 11.5 gram pr. liter. En meget høy prosentmengde av fibermaterialet forelå i form av lange fibere, opp til 15 cm lengde. Det resulterende materiale var høyildfast og mot-stod temperaturer opp til 1400° C over lengre tidsperioder. Ved et forsøk for å vise det fiberholdige materiales evne til å motstå ødeleggelse ved forhøyede temperaturer, ble små hauger av det resulterende fiberholdige materiale av ca. 5 cm diameter og 2.5 cm høyde anbragt på en sammen-bundet silisiumkarbidplate som var dekket med et flintsjikt av 1.6 mm tykkelse og anbragt i en elektrisk opphetet ovn og holdt ved en temperatur av 1100° C i to timer. Undersøkelse av fibermaterialet etter av-kjøling etter forsøket viste at det hadde holdt seg under forsøket og i en stor utstrekning hadde bibeholdt materialets fjærende og elastiske egenskaper.

Dette firbermateriale er på grunn av fraværet av bor i sammensetningen i høy grad skikket for anvendelse hvor der kreves et anorganisk ildfast materiale som ikke inneholder noen elementer som absorberer eller oppfanger neutroner.

Eksempel 2:

En rå charge som er identisk med den rå charge som er beskrevet i eksempel I, men som også inneholder 2 vektsdeler boraksglass ble fremstilt og overført til fibere på den måte som er beskrevet i eksempel I.

Der ble oppnådd et meget høyt utbytte, ca. 155 liter/min. av et overordentlig tilfredsstillende fibermateriale med en massetetthet av 14.1 gram/liter," en middels fiberdiameter av ca. 5 mikroner og en overordentlig høy prosentmengde av lange fibere av opp til 15 cm lengde. En haug av dette fibermateriale ble utsatt for den prøve som er beskrevet i eksempel I, og den bibeholdt i stor utstrekning de fjærende og elastiske egenskaper, hvilket viser at produktet er i høy grad skikket for anvendelse hvor der kreves høye temperaturer. Dette fiberholdige materiale er på grunn av til-stedeværelsen av boraksglass ikke så skikket som materialet ifølge eksempel I for øyemed hvor der kreves et minimum av nøytron-oppfangende elementer.

For andre øyemed er imidlertid blandinger ifølge eksempel 2 i høy grad tilfredsstillende.

Eksempel 3:

For å undersøke omhyggelig spinningen av fibermateriale fra blandinger både innenfor og utenfor de blandingsområder som faller innenfor foreliggende oppfinnelses ramme, ble der utført tolv prøveforsøk under anvendelse av den fremgangsmåte som er angitt i eksemplene 1 og 2 og under anvendelse av forskjellige sammensetninger. Punktene 1 til 12 i dette eksempel, slik som oppført i tabell II som følger, bortsett fra at i enkelte av disse forsøk ble 2 vektsdeler boraksglass innført i Tåblandingen i tillegg til de 100 vektsdeler av totalmengden av aluminiumoksyd, kiselsyre og zirkonoksyd. Det skal gjøres oppmerksom på at forsøk angir de resultater som fås når man spin-ner fibermateriale fra den fortrinsvis angitte blanding i det ovennevnte US-patent nr. 2 557 834, og forsøk 8 viser resultatene som fås når der spinnes fibere fra sammensetningen i henhold til eksempel 3 i dette patent.

I tabell 11 ovenfor viser forsøkene, nr. 2, 3, 5, 6, 7 og 12, de resultater som oppnås ved den praktiske utførelse av foreliggende oppfinnelse, mens forsøkene nr. 1, 4, 8, 9, 10 og 11 angir de resultater som oppnås når der spinnes fibere av visse blandinger som er utenfor oppfinnelsens ramme.

Forsøkene 2 og 3 viser at når der ønskes meget silkeaktige lange fibere, skal forholdet mellom kiselsyre og aluminiumoksyd være ca. 1. Som det fremgår av forsøk 10, blir imidlertid når forholdet mellom kiselsyre og aluminiumoksyd faller under 1, utbyttet altfor lavt til å være brukbar i praksis. I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse må følgelig forholdet mellom kiselsyre og aluminiumoksyd være i det minste lik 1.

Forsøk 11 viser at et kiselsyre-innhold

av 65 pst. er for høyt. Som følge av den overordentlig store motstand av et smeltet bad av denne sammensetning kunne der ikke frigjøres en tilfredsstillende smeltet strøm av dette materiale for overføring til fiberform. Denne kombinasjon faller føl-gelig utenfor området av blandingen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Forsøkene 5, 6 og 7 faller innenfor det fortrinsvis anvendte område omfattende 50 til 55 pst. kiselsyre, 35 til 45 pst. aluminiumoksyd og 3y2 til 15 pst. zirkonoksyd med et forhold mellom kiselsyre og aluminiumoksyd plus zirkonoksyd som er lik i det minste 1. De eksternt høye utbytter av spundne fibere som oppnås ved over-føring til fiberform av blandingen innenfor dette område, er særlig bemerkelsesverdige og gjør at disse blandinger er i høy grad skikket for kommersiell produksjon av spundne fibere som er i høy grad tilfredsstillende for fremstilling av matter o. 1.

Foreliggende oppfinnelse er foran særlig beskrevet i forbindelse med fremstilling

av spundne fibere, da disse komposisjoner

er mest anvendbare for dette øyemed. Det

må imidlertid ikke desto mindre forstås at

blandingen ifølge oppfinnelsen også er

skikket for fremstilling av blåste fibere.

Claims (3)

1. Anorganisk ildfast fibermateriale in-neholdende kiselsyre, aluminiumoksyd og zirkonoksyd, karakterisert ved at det inneholder 40 til 60 vektsprosent kiselsyre, 20 til

45 vektsprosent aluminiumoksyd og 3<!>/2 til 20 vektsprosent zirkonoksyd, idet forholdet mellom kiselsyre og aluminiumoksyd er i det minste 1.

2. Anorganisk fibermateriale som angitt i påstand 1, karakterisert ved at kisel-syreinnholdet utgjør fra 40 til 55 vektsprosent, aluminiumoksydinnholdet 25—45 vektsprosent og zirkonoksydinnholdet 3y2—20 pst.

3. Anorganisk fibermateriale som angitt i påstand 1, karakterisert ved et innhold av kiselsyre fra 50 til 55 vektsprosent, et aluminiumoksydinnhold av 35 til 45 vektsprosent og et zirkonoksydinnhold av 3 tø til 15 pst.