NO137009B - Sammensatt keramisk material og fremgangsm}te for fremstilling av dette - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et sammensatt keramisk material med dispergerte fibre og en fremgangsmåte for fremstilling av dette.

Utviklingen av forskjellige metoder hvor dét anvendes fluider bragt til meget høye temperaturer er i en viss grad betinget av fremstilling av et material med meget lav varmeledningsevne kombinert med en meget høy motstand overfor termiske sjokk.

Det er kjent at disse to egenskaper vanskelig kan forenes og

at keramiske materialer generelt har den fordel at dé har lav' varmeledningsevne, mens de på den annen side har liten motstand overfor termiske sjokk.

Det er også kjent at det termiske sjokk som et keramisk element med en bestemt form kan tåle er proporsjonalt med bruddfastheten S og at det er omvendt proporsjonalt med produktet av utvidelseskoeffisienten a og Youngs modul E. For vesentlig å redusere Youngs modul og derved øke motstanden overfor termiske sjokk har det vært foreslått å fremstille keramisk material som beholder en plastisk tilstand, men erfaringer viser at bruddfastheten S derved samtidig reduseres. Dette gjør slike keramiske substanser uegnet for mange anvendelser og forbedrer ikke motstanden overfor termiske sjokk i vesentlig grad.

Det er også kjent at det er laget "matter" av aluminiumoksydfibre' og zirkonfibre, etc, som for den største del har en lagretning vinkelrett på overflaten av den nevnte matte, hvorpå et keramisk material har blitt formet. Overflater som har god motstand overfor termiske sjokk forbundet med utmerkete mekaniske egenskaper i en bestemt retning kan således fremstilles etter ønske. Denne metode gjør det ikke mulig å fremstille deler som har en høy grad av ensartet mekanisk egenskap i flere retninger, og det er heller' ikke mulig å forme gjenstander med komplekse former og samtidig oppnå god motstand overfor termiske sjokk og en forbedret mekanisk styrke i alle retninger. Det er nå funnet et metode til å beskytte følsomme elementer, som anbringes slik at de kommer i kontakt med et medium som plutselig.kan bringes til en høy temperatur, overfor varme og samtidig overfor en kjemisk innvirkning, med samtidig forbedrete mekaniske egenskaper.

Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse er et keramisk material, det vil si et produkt oppnådd ved brenning ved en meget høy temperatur under bestemte fysikalske og kjemiske betingelser, nemlig uten trykk og ved temperaturer mellom 1000 og 1300°C. Dette til forskjell fra det produkt som er omhandlet i U.S.patentskrift 3.253.936 som ved brenning ville gi et glassaktig produkt på

grunn av at det anvendes fibre med høyt innhold av SiC>2 som ved brenning eller kontakt med smeltet metall ville gå over i en kolloidal silikagel i produktet, og til forskjell fra det produkt som er kjent fra U.S.patentskrift 3.294.562 og som omfatter en grunnmasse av kalsiumaluminat, men med innlemming av fibre med vesentlig høyere silisiuminnhold, som ved anvendelse i smeltet metall ville bli sterkt angrepet med sprekkdannelser og nedbryting av produktet i løpet av noen timer eller i hvert fall i løpet av noen dager. Til forskjell herfra tar den foreliggende oppfinnelse sikte på innlemming av fibre som inneholder et minimum av silisiumoksyd slik at det oppnådde produkt blir motstandsdyktig overfor den korroderende virkning av smeltet metall, særlig aluminium, til forskjell fra tidligere kjente produkter som for formålet nærmest hadde karakter av å være bestemt for engangs bruk.

De forsøk som er utført har vist at det er mulig å fremstille

et slikt material som har liten Youngs modul for derved å oppnå en høyere motstand overfor termisk sjokk, ved å innblande spesielle keramiske fibre dispergert i et sement-material.

Den foreliggende oppfinnelse angår følgelig et sammensatt keramisk material med utpreget motstand overfor termiske sjokk og den korroderende virkning av smeltet aluminium, bestående av keramiske fibre i en mengde som er større enn 20% av den totale vekt av materialet dispergert i et hydraulisk bindemiddel av kalsiumaluminat, og det særegne ved materialet i henhold til oppfinnelsen er at materialet inneholder mindre enn 10%

Si regnet på den totale vekt av materialet.

Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte for fremstilling

av det nevnte material, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at det første operasjonstrinn består i å hurtig dispergere de keramiske fibre inn i det hydrauliske bindemiddel i nærvær av en vannmengde av samme størrelsesorden som de faste bestanddeler.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Det er tidligere fremstilt keramiske fibre ved bruk av flere produkter, som f.eks. aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd eller bor. En keramisk fiber hvor aluminiumoksyd-innholdet er av størrelsesorden 88% og den gjenværende del utgjøres' av silisiumoksyd (Si02) er markedsført og egner seg for anvendelse ved den foreliggende oppfinnelse.Slike fibre innblandes i et hydraulisk bindemiddel som hovedsakelig består av kalsiumaluminat, fremstilt på den måte som er angitt nedenfor, i en mengde som er større enn 20% av den totale vekt av materialet. Et keramisk material hvori Youngs modul E er minst 20 ganger mindre enn i kjente keramiske materialer oppnås. Utvidelseskoeffisienten a avtar vesentlig, mens bruddfastheten S forblir konstant, slik at motstanden overfor termiske sjokk forbedres i vesentlig grad.

Videre skal det bemerkes at motstanden overfor korrosjon av

slike produkter vanligvis blir svært lik den for det benyttete

hydrauliske bindemiddel. I det tilfelle hvor de innførte fibre hovedsakelig består av aluminiumoksyd eller zirkoniumoksyd og hvor det hydrauliske bindemiddel er kalsiumaluminat oppnås den samme motstand overfor korrosjon, i varm tilstand, som i et keramisk material hovedsakelig bestående av aluminiumoksyd og kalsiumaluminat.

Oppfinnelsen beskrives mer detaljert nedenfor under henvisning til et utførelseseksempel hvor det som utgangsmaterial anvendes en industrielt fremstilt keramisk fiber, f.eks. "Fibral" fremstilt av Societe Generale des Produits Refractaires (S.G.P.R.), med aluminiumoksydinnhold 88% og Si02~innhold 12%, med en toleranse på 1 til 4% med hensyn til aluminium-oksydet.

Den ovennevnte fiber innblandes i en mengde som er større enn

20 vektprosent av de samlede faste bestanddelene i en hydraulisk sement dannet av kalsiumaluminat. Blandingen foretas i et blandeapparat av kjent type, ved å tilsette en vannmengde som minst er lik vekten av sementen. Blandingen utføres hurtig. Under disse betingelser er det mulig å innblande fibre i en mengde opp til 80 vektprosent av den totale vekt av materialet ved gradvis å tilsette den nødvendige vannmengde. Den oppnådde blanding støpes og vibreres. Vannet stiger til overflaten. Det må tørkes fullstendig bort. Når flere operasjoner er utført etter hverandre er det absolutt nødvendig å tørke produktet etter hver vibrering f-ar ytterligere mengde av frisk oppnådd blanding tilsettes. Vibreringen stoppes når produktet får konsistensen av et ferskt keramisk material. Det er da nødvendig å vente inntil den hydrauliske "setting " har funnet sted, og dette tar vanligvis flere timer.

Tørking utføres deretter ifølge kjent metode ved stadig økende temperaturer som er tilpasset formen og dimensjonen av gjenstanden.

For gjenstander med liten diameter er det mulig å øke temperaturen med 20°C pr. time og således oppnå temperaturer

på 100°C og 300°C i løpet av noen få timer.

For gjenstander med større dimensjoner må temperaturen økes langsommere. Det er oppnådd gode resultater med en økning på 10°C pr. time.

Brenning utføres ved temperaturer av størrelsesorden 1000 til 1300°C med en økning i temperatur av samme størrelsesorden som tidligere nevnt. Det oppnådde produkt er et sammensatt keramisk material med dispergert struktur som er halvt fibrøs, halvt sement og som har en Youngs modul av størrelsesorden 20.000 kg/cm<2 >i stedet for 500.000 kg/cm<2> til 800.000 kg/cm<2>,mens strekk-fastheten er av størrelsesorden 11 kg/cm 2 og trykk-motstandsevnén i nærheten av 100 kg/cm 2, og utvidelseskoeffisienten har avtatt omtrent 25% for en gitt temperatur. På den annen side er det funnet at koeffisienten for varmeoverføring er meget liten og i størrelsesorden 0,2 til 0,4 w/m/°C.

En annen vesentlig egenskap ved det oppnådde produkt skal også bemerkes, nemlig at det har en ubetydelig krympning under settingen så vel som under brenningen.

Et keramisk material med forbedrete egenskaper oppnås ved

den samme fremgangsmåte, ved å innføre en fiber som hovedsakelig inneholder stabilisert zirkoniumoksyd, og som f.eks. består av 98% zirkoniumoksyd stabilisert med yttriumoksyd, i kalsiumaluminat som på samme måte som tidligere fungerer som et hydraulisk bindemiddel.

Dispergeringen av de keramiske fibre i det hydrauliske bindemiddel fremmes ved å innføre en stor vannmengde. Men dispersjonen av de keramiske fibre kan også oppnås ved tørrblanding og med utmerkete egenskaper ved først å fremstille blandingen av hydraulisk bindemiddel med de keramiske fibre helt og holdent i tørr tilstand i f.eks. en Y-blandeenhet.

Vann tilsettes da i et etterfølgende trinn.

En primær anvendelse av det fremstile keramiske material er fremstilling av keramiske deler som tildannes rundt magnetiske kretser i nedsenkbare elektromagnetiske pumper. Disse enheter skal f.eks. tåle det termiske sjokk som opptrer når pumpen senkes ned i det flytende metallbad som holdes ved en høy temperatur, under behandling eller bearbeidelse av aluminium.

Pumper som er beskyttet på denne måte er også beskyttet overfor

termiske sjokk ved avkjøling.

En anvendelse som utgjør en meget stor fordel er ved

fremstillingen av former for aluminiumstøpning, idet det foreliggende keramiske material er fullstendig fritt for krympning og utvidelse under fremstillingen av formen.

Det er videre mulig å fremstille former av alle typer, rør,

ildfaste murstener, støperenner for flytende metall og også bekledninger for smelteovner, smelteøser, utløpskanaler for meget varme væsker eller gasser som er spesielt reaktive.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av

primære alifatiske aminer ved kontinuerlig katalytisk hydrogenering av nitriler i nær- vær av en base og minst én hydrogene- ringskatalysator ved forhøyet temperatur og under overatmosfærisk trykk inntil hy-drogeneringen er i det vesentlige fullstendig, hvoretter aminet fjernes fra hydrogeneringssonen og avkjøles, karakterisert ved at endel av det avkjølte amin resirkuleres til hydrogeneringssonen.

2. Fremgangsmåten ifølge påstand 1, karakterisert ved at der anvendes et nitril inneholdende fra 8 til 24 karbon-atomer og at en mengde avkjølt amin tilsvarende fra 25 til 200 % av det tilførte nitril resirkuleres til hydrogeneringssonen.