Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarzania przedmiotów z krzemionki lub materialu zawierajacego krzemionke oraz przedmiotów wytworzonych tym spo¬ sobem.Celem wynalazku jest wytwarzanie przedmiotów z materialu zawierajacego krzemionke zeszklona w stosunkowo nis¬ kiej temperaturze.Wynalazek niniejszy polega na odpa¬ rowywaniu ulegajacego hydrolizie zwiaz¬ ku krzemu i wprowadzaniu par tego zwiazku do plomienia gazu palnego w ce¬ lu rozlozenia tych par i wytworzenia mial¬ ko rozdrobionej lub bezpostaciowej krze¬ mionki oraz na zeszkleniu tej krzemionki.Wynalazek obejmuje równiez przed¬ mioty ogniotrwale wykonane z materialu utworzonego z zeszklonej krzemionki lub zawierajacego zeszklona krzemionke otrzy¬ mana w wyniku wzmiankowanego powyzej rozkladu par zwiazku krzemu.Wynalazek ten jest oparty na odkry¬ ciu, ze krzemionka, osadzajaca sie pod¬ czas rozkladu par zwiazku krzemu ulega¬ jacego hydrolizie w obecnosci pary wod¬ nej, nabiera pod dzialaniem ciepla takich wlasciwosci, iz moze byc zeszklona z la¬ twoscia w stosunkowo niskiej temperatu¬ rze. Na rysunku przedstawiono tytulem przykladu niektóre postacie urzadzenia, które mqga byc uzyte do wytwarzania przedmiotów z krzemionki sposobem we¬ dlug wynalazku niniejszego.Fig. 1 przedstawia widok z boku oraz czesciowy przekrój urzadzenia do wytwa¬ rzania mialko rozdrobionej krzemionki; fig. 2 — widok z boku urzadzenia do wy-twarzania przedmiotów z przezroczystego szkliwa krzemionkowego; fig. 3 — widok z boku oraz czesciowy przekrój palnika o nieco odmiennej postaci stosowanego do wytwarzania i osadzania krzemionki; fig, 4 — widok z boku urzadzenia do wytwa¬ rzania przezroczystych rurek z krzemion¬ ki; fig. 5 — widok z boku czesci urzadzenia do wytwarzania rurek wyjasniajacy spo¬ sób dzialania tego urzadzenia.Rura 10 o odpowiedniej srednicy, np. 8 — 10 cm, wykonana z materialu odpor¬ nego na dzialanie kwasów, np. ze szkla, jest wyposazona na dolnym koncu w od¬ galezienie boczne 11 oraz w zbiornik 12, w którym gromadzi sie pyl krzemionkowy.W zewnetrznym otworze odgalezienia 11 umieszczony jest palnik 13 w sposób taki, iz plomien wytwarzany za pomoca tego palnika siega do wnetrza odgalezienia 11.Palnik jest zasilany gazem, który przecho¬ dzi przez filtr 14 napelniony welna szkla¬ na i sluzacy do oddzielania z gazu wszel¬ kich cial obcych, np. czastek zendry, które moga znajdowac sie w strumieniu gazu.Przed wylotem palnika umieszczony jest wylot rury 15 ze szkla kwarcowego lub innego trudnotopliwego materialu tak, iz pary soli podlegajacej odparowywaniu w butelce 16 wyplywajace z tej rury styka¬ ja sie niezwlocznie z plomieniem wydoby¬ wajacym sie z wylotu palnika. Butelka 16 jest ogrzewana np. za pomoca kapieli wodnej 17. Przez górny, otwarty koniec rury 10 wprowadzona jest do niej elek¬ troda 18 powleczona szklem i polaczona z jednym biegunem prostownika pradu o wysokim napieciu (nie uwidocznionego na rysunku), którego drugi biegun jest pola¬ czony z elektroda 19 nawinieta na ze¬ wnetrzna powierzchnie rury 70/Llektrody, pomiedzy którymi spadek napiecia wyno¬ si okolo 20,000 V (pradu stalego), tworza osadnik elektryczny typu osadnika Cot- trella.Na fig. 2 forma ogniotrwala lub rdzen 20 wykonany z porcelany lub innego ma¬ terialu ogniotrwalego i posiadajacy do¬ wolny pozadany ksztalt jest osadzony na wrzecionie 21 obracanym za pomoca sil¬ nika 22. Palnik 23 wytwarzajacy plomien o wysokiej temperaturze jest utrzymywa¬ ny recznie w takim polozeniu, iz plomien uderza w obracajacy sie rdzen 20. Palnik o budowie dowolnej, np. palnik wodoro¬ tlenowy, jest wyposazony w rurke 24 do¬ prowadzajaca do palnika tlen oraz w rur¬ ke 25 doprowadzajaca don gaz palny. Po¬ miedzy rurka 25 i zródlem gazu umie¬ szczony je«t filtr 26 utworzony z pionowej rurki szklanej zawierajacej welne szklana i polaczonej na dolnym koncu za pomoca szczelnego na powietrze zlacza z szyjka butelki 16, która zawiera dajacy sie hy- drolizowac zwiazek krzemu, np. cztero¬ chlorek krzemu, i która jest podgrzewana kapiela wodna 17.Inny sposób wprowadzania par soli krzemu do palnika wytwarzajacego plo¬ mien o wysokiej temperaturze wyjasnia fig. 3, na której cienka rurka 29 jest prze¬ sunieta przez scianke tylna palnika 30 do jego wnetrza tak, iz wylot rurki 29 znajdu¬ je sie przy wylocie palnika, wskutek czego pary uchodzace z rurki 29 sa wprowadza¬ ne do stozka plomienia palnika. Koniec przeciwlegly rurki 29 wystajacy na we¬ wnatrz jest polaczony rurka gumowa z fil¬ trem 31, który zawiera welne szklana i jest polaczony za pomoca szczelnego na powietrze zlacza z butelka 16 zawierajaca dajacy sie hydrolizowac zwiazek krzemu i podgrzewana kapiela wodna 11. Do prze¬ wodu gazowego wlaczony jest filtr 34.Na fig. 4 para uchwytów 35 i 36 usta¬ wionych naprzeciw siebie jest osadzona na walkach 31 i 38, które przechodza przez lozyska 39 i 40 i sa podtrzymywane za pomoca wsporników 41, 42, przy czym wa¬ lek 38 jest osadzony nieprzgsuwnie w kierunku podluznym w lozysku 40, lecz przesuwnie — w lozysku 43 umieszczo- - 2 —nfm w wsporniku 44. Wapornik 41 oraz wspornik 44 sa przysrubowane do lawy 45, podcws gdy wspornik 42 jest osadzo¬ ny na lawie przesuwnie i moze byc prze¬ suwany w kierunku podluznym wraz z walkiem 38 za pomoca sruby 46, która przechodzi przez podstawy wsporników 42 i 44 oraz jest wyposazona na swym koncu zewnetrznym w korbe 47. Na wat¬ kach 57 i 38 zaklinowane sa kola linowe 48, przy czym walek 38 moze przesuwac sie wzgledem umieszczonego na nim kola linowego 48. Kola linowe 48 sa napedza¬ ne za pomoca lin 49 oraz kól linowych 50 osadzonych na walku pomocniczym 51, jedeaa koniec którego jest sprzezony z sil¬ nikiem 52. W uchwytach 35, 36 osadzone sa rdzenie walcowe 53, 54, przy czym rdzen 53 jest wykonany celowo z metalu nie utleniajacego sie o wysokie} tempera¬ turze topliwosci, np. z niklu, a rdzen 54 — z podobnego materialu lub ze stopionej krzemionki (kwarcu^. Jezeli rdzen 54 jest wykonany z metalu, to jego koniec ze¬ wnetrzny wyposaza sie w rowek pierscie¬ niowy 55 lub tez rdzen moze byc spla¬ szczony w poblizu swego konca. Rdzenie te stykaja sie ze soba; ponad nimi umieszcza sie pahuk 56, wytwarzajacy osad krze¬ mionkowy, oraz pakaik 57 typu palnika wo¬ dorotlenowego stapiajacy ten osad, przy czym palniki te sa utrzymywane w pew¬ nym stalym polozeniu za pomoca narza¬ dów nastawnych (nie uwidocznionych na rysunku) tak/iz plomienie wytwarzane za pomoca tych palników uderzaja w ze¬ tkniete ze soba rdzenie. Palnik 56 wytwa¬ rzajacy osad krzemionkowy jest zasilany parami zwiazku krzemu, dajacemi sie hy- drolizowacf w sposób wyjasniony na fig. 2 lulx fig. 3.Na fig* 5 warstwa 55 krzemionki bez¬ postaciowej przywierajaca do rdzenia 53 i osadzona na nim za pomoca palnika 56 zostaje zeszklona za pomoca palnika 57 i przetworzona w przezroczysta rurke 59* ze szkla kwarcowego przyczepiona n& rdzenia 54. Rdzen 54 odsuwa sie stopnio¬ wo od rdzenia 53 w miare tworzenia sie tej rurki.Przy stosowaniu sposobu wedlug wy¬ nalazku w praktyce pewna ilosc dajacego sie hydrolizowac zwiazku krzemu, tip~ czterochlorku krzemu, krzemo-chlorofcwr- mu, krzemo-metylu, krzemo-etyKi itdL lub mieszaniny tych zwiazków, umieszcza sie w butelce i podgrzewa odpowiednio za pomoca kapieli Wodnej 17 w celu spowo¬ dowania parowania tych zwiazków. Moz* na równiez uzyc fluorku krzemu, PSary tych zwiazków uchodzace z rury 15 sa niezwlocznie hydrolizowane za pomoca pary wodnej znajdujacej sie w plomieniu wytwarzanym za pomoca palnika 13, przy¬ czyna wytwarzajaca sie krzemionka bez¬ postaciowa przedostaje sie w postaci dymu przez odgalezienie // do rury 10, po czym gromadzi sie w zbiorniku 12.Aczkolwiek krzemionke w postaci proszku mozna wytwarzac z wynikiem po<" myslnym za pomoca plomienia zwyklego* np plomienia palnika bunzenowskieg& zaleca sie jednak stosowanie plomienia, wytwarzanego z gazu palnego i tlenu, po¬ niewaz plomien taki posiada wyzsza tem¬ perature i umozliwia otrzymywanie har^ dziej scislej krzemionki* Ponadto uzycie palnika wytwarzajacego plomien o wyso¬ kiej temperaturze jest zwlaszcza korzystne przy osadzaniu krzemionki ha specjalnie uksztaltowanych formach z materialu ogniotrwalego lub przy spiekaniu krze¬ mionki in situ przy jednoczesnym wytwa¬ rzaniu czystego* przezroczystego szkliwa.Krzemionka wytworzona w ten sposób moze byc zeszklona w odpowiednich wa¬ runkach na przezroczyste szkliwo nawet w temperaturach nizszych od temperatury topienia sie krzemionki. Pewna ilosc krze¬ mionki w postaci proszku stlacza sie np- na sucho pod duzym cisnieniem, np. okolo 800 kg na 1 cm2, w postac bryly poza- — 3 —danego ksztaltu, np. postac pfyty, po czym bryle stloczona nagrzewa sie w mufli elektrycznej lub w urzadzeniu podobnym w ciagu odpowiedniego okresu czasu w temperaturze wystarczajacej do przetwo¬ rzenia tej bryly w zeszklony przezroczysty wyrób gotowy. Zeszklenie sie bryly naste¬ puje w temperaturze 12O0)C w ciagu 1 do 3 godzin. W wyzszych temperaturach pro¬ ces zeszklenia odbywa sie szybciej, np. w temperaturze 1350°C calkowite zeszklenie sie masy bryly zostaje osiagniete po uply¬ wie okolo 20 minut.Podczas procesu zeszklania sie krze¬ mionki zachodzi znaczne jej kurczenie sie, zwlaszcza w przypadku uzycia krzemionki wytworzonej za pomoca plomienia palnika bunzenowskiego; w przypadku uzycia pal¬ nika wytwarzajacego plomien o^wysokiej temperaturze, np. palnika uwidocznionego na fig. 2 lub fig. 3, zamiast palnika bunze- nowskiego przedstawionego na fig. 1, otrzy¬ mywana krzemionka w postaci proszku nie bedzie (po jej stloczeniu) kurczyla sie zbytnio podczas zeszklania jej na szkliwo.Bryle stloczona z krzemionki zaleca sie podgrzewac uprzednio w temperaturze 100 — 500° C w ciagu kilku minut w celu usuniecia powietrza z porów bryly i zapo¬ biezenia jej pekaniu, które moze miec miejsce w razie raptownego ogrzania stlo¬ czonej krzemionki do wysokiej temperatu¬ ry- Wprowadzenie pewnej minimalnej za¬ wartosci zanieczyszczen, np. tlenków lub soli metali, do krzemionki podczas jej wy¬ twarzania moze spowodowac przypuszczal¬ nie krystalizacje lub przemiane czesci krzemionki bezpostaciowej w krzemionke krystaliczna podczas procesu zeszklenia.Wobec tego nalezy zapobiegac wprowadze¬ niu tych zanieczyszczen do krzemionki, mianowicie przez zastosowanie aparatury wykonanej, o ile to okaze sie mozliwym, calkowicie z tworzywa odpornego na dzia¬ lanie kwasów, np. ze szkla, przez filtrowa¬ nie gazów stosowanych do wytwarzania plomienia, w celu usuniecia z nich tlenków metali i innych cial obcych, oraz przez uzywanie dysz palnikowych ze specjalnego metalu, np. platyny, lub tez przez umie^ szczenie dyszy palnika poza strefa kwas¬ nych dymów wydzielajacych sie podczas reakcji hydrolizy zwiazku krzemu. Ponad¬ to pewne zanieczyszczenia, prawie nie dajace sie wykryc, lecz szkodliwe, zostaja wprowadzone do krzemionki przez doty¬ kanie jej rekami, wobec czego wszelkie czynnosci z krzemionka nalezy wykony¬ wac stosujac zupelnie czyste narzedzia i przyrzady. Techniczny chlorek krzemu nie zawiera oczywiscie zanieczyszczen zwiaz¬ kami metalowymi, które ulatnialyby sie w temperaturach stosowanych podczas od¬ parowywania zwiazków krzemu, wobec czego nadaje sie do wytwarzania czystej krzemionki w postaci proszku. Stosujac wzmiankowane powyzej srodki ostroznosci wytwarzano krzemionke, która ulegala zeszkleniu na przezroczyste szkliwo w sto¬ sunkowo niskiej temperaturze i która byla tak czysta, iz zawierala nie wiecej niz 0,001% nielotnej pozostalosci otrzymywa¬ nej w razie odparowywania krzemionki z kwasem fluorowodorowym w sposób sto¬ sowany zwykle przy dokonywaniu tego ro¬ dzaju okreslen.Przedmioty z przezroczystej krzemion¬ ki zeszklonej moga byc równiez wytwarza¬ ne wedlug wynalazku niniejszego przez osadzanie warstwy krzemionki na rdzeniu z materialu ogniotrwalego posiadajacym ksztalt wytwarzanego przedmiotu, jak to uwidoczniono na fig. 3, po czym warstwe te poddaje sie zabiegowi zeszklenia. W tym przypadku krzemionke zaleca sie wy¬ twarzac za pomoca palnika 23 dajacego plomien o wysokiej temperaturze, przy czym pary soli krzemu sa wprowadzane do palnika wraz z gazem palnym przez filtr 26 i rurke 25 lub tez pary powyzsze sa wprowadzane bezposrednio do plomienia — 4 —za pomoca rurki pomocniczej 29 (fig, 3).Palnik 23 lub 30 wyregulowuje sie tak, aby wytwarzal on plomien zgacy, i utrzy¬ muje sie go w polozeniu takim, aby plo¬ mien uderzal w obracajacy sie rdzen 20.Gesta, mocno zwiazana w swej masie war¬ stwa krzemionki sproszkowanej szybko osiada na rdzeniu 20 i zostaje równomier¬ nie rozdzielona na powierzchni rdzenia przez posuwanie plomienia do góry i na dól w celu oddzialywania plomieniem na cala powierzchnie rdzenia. Aczkolwiek mozna zeszklic osadzona warstwe krze¬ mionki na przezroczyste szkliwo krzemion¬ kowe za pomoca plomienia niezwlocznie w miare tworzenia sie tego osadu, lepiej jest jednak wytwarzac najpierw osad trzyma¬ jac plomien dosc daleko od rdzenia 20, aby uniknac zeszklenia sie osadu zanim warstwa ta osiagnie pewna dostateczna grubosc, np. od 2 do 5 mm, po czym usuwa sie otrzymana tulejke utworzona z war¬ stwy osadu i poddaje sie ja zabiegowi ze¬ szklenia w mufli w temperaturze 1000° do 1400°C. W celu wytworzenia wiekszych bryl ze stopionej krzemionki, np. socze¬ wek, pryzmatów i podobnych przedmio¬ tów, zaleca sie stosowac wodór, jako gaz palny, i poddawac zeszkleniu osad krze¬ mionki w miare jego tworzenia sie badz za pomoca plomienia wytwarzajacego ten o- sad, badz za pomoca plomienia pomocni¬ czego uderzajacego jednoczesnie w to sa¬ mo miejsce.Przy wytwarzaniu przezroczystych rur (rurek) krzemionkowych za pomoca urza¬ dzenia uwidocznionego na fig. 4 i 5 skie¬ rowane ku sobie konce rdzeni 53 i 54 przy¬ suwa sie do siebie tak, aby zetknely sie, po czym walki 37 i 38 wprawia sie w ruch obrotowy za pomoca silnika 52. Powoduje to osadzenie gestej, zwiezlej warstwy krzemionki bezpostaciowej na zetknietych ze soba koncach rdzeni za pomoca palni¬ ka 56. Ta czesc warstwy krzemionki, któ¬ ra pokrywa koniec rdzenia 54 zaopatrzony w rowek pierscieniowy, jest nastepnie pod¬ dawana procesowi zeszklenia za pomoca palnika 57 i tworzy koniec rurki 59 ze szkliwa krzemionkowego przymocowany do konca rdzenia 54 i wchodzacy do rowka 55, Palnik 56 wytwarzajacy osad krze¬ mionki nastawia sie wtedy i zamocowuje w polozeniu takim, aby plomien uderzal w koniec zewnetrzny rdzenia 53 i odkladal na nim w sposób ciagly warstwe 58 krze¬ mionki bezpostaciowej jako przedluzenie rurki 59. Jednoczesnie rdzen 54 jest stale odsuwany w kierunku osiowym od rdzenia 53 przez obracanie korbki 47, a zeszklona rurka krzemionkowa 59 wraz ze stanowia¬ ca jej przedluzenie warstwa 58 z krzemion¬ ki bezpostaciowej jest przesuwana wzdluz rdzenia 53. Palnik 57 powodujacy zeszkle¬ nie sie krzemionki jest nastawiany i zamo- cowywany w polozeniu takim, iz jego plo¬ mien uderza w tulejke z krzemionki bez¬ postaciowej w miejscu jej polaczenia z ze¬ szklona juz rurka 59 nieco za koncem rdzenia 53. W ten sposób krzemionka bez¬ postaciowa jest bez przerwy osadzana w postaci tulejki na rdzeniu 53 i jest stale sciagana z tego rdzenia, a jednoczesnie jest poddawana zabiegowi zeszklenia na przezroczysta rurke ze szkliwa krzemion¬ kowego w stosunkowo niskiej temperatu¬ rze. Zamiast konca rdzenia 54 zaopatrzo¬ nego w rowek pierscieniowy moze byc u- zyty pret lub rurka ze stopionej krzemion¬ ki, do której przytapia sie rurke zeszklona 59. Ponadto, w razie zyczenia, mozna za¬ stosowac wydrazony walek 38A którego wnetrze moze laczyc sie z wnetrzem rurki 59; w tym przypadku do wnetrza rurki 59 moze byc doprowadzane bez przerwy po¬ wietrze sprezone w celu nadania rurce 59 niezmiennego przeswitu na calej jej dlu¬ gosci.Skoro wytworzona zostala juz rurka pozadanej dlugosci, palniki 56 i 57 usuwa sie, rurke ochladza i odcina od rdzenia 54 w sposób zwykly. — 5 —Zamiast zsuwania tulejki w kierunku poziomym, jak przedstawiona tka rysunku* moze ona byc, przy odpowiedniej zmianie budowy urzadzenia, zsuwana ze rdzenia w kierunku pionowym lub pod katem do góry albo na dól. Ponadto zamiast rozsuwal- aych rdzeni 53 i 54 mozna zastosowac je¬ den tylko dlugi rdzen, przy czym rurka krzemionkowa jest osadzana i poddawa¬ na zabiegowi zeszklenia na tym rdzeniu w sposób; ciagly, bez zsuwania jej ze rdze¬ nia, badz przez przesuwanie rdzenia przed palnikami, badz tez przez przesuwanie pal¬ ników wadluz rdzenia w pewnej odleglo¬ sci od niego.Aczkolwiek czterochlorek krzemu jest bardzo-dogodnym i latwodostepnym mate¬ rialem wyjsciowym do wytwarzania krze* mionki w postaci proszku, mozna z równie pomyslnym wynikiem stosowac fluorek krzemuL Fluorek krzemu posiada zalete taniosci i moze byc wytwarzany z latwo¬ scia przez traktowanie mialko zmielonego piasku lub krzemianów, takich jak gHna, odpadki szklane itd., kwasem fluoro¬ wodorowym, przy czym fluorek krzemu wy¬ dziela sie w postaci gazu. Aczkolwiek wy¬ twarzanie fluorku krzemu zaleca sie prze¬ prowadzac w naczyniu odpornym na dzia¬ lanie kwasu fluorowodorowego, np. w na¬ czyniu z olowiu, miedzi, mosiadzu lub pla¬ tyny,, fluorek krzemu w postaci gazu su¬ chego dziala bardzo slabo (o ile wogóle dziala) na-sfeklo i moze byc wprowadzany do\ plomienia w sposób wyjasniony na ry- sunku. Mozliwe jest równiez stosowanie dajacych sie hydrolizowac organicznych zwiazków krzemu, np. krzemianu metylu, krzemianu etylu itd.; zwiazki te zamie- mfeja sie na pary z latwoscia i moga byc wprowadzane do« plomienia tak, jak wyja¬ sniono na rysunku.Mialko rozdrobiona krzemionka wy¬ tworzona opisanym powyzej sposobem fca- daje sie zwlaszcza jako spoiwo do mate* rialów ceramicznych, np. tlenku glinu, krzemionki, mulHihi itd,, ze wzgledu na to, iz dziala jako spoiwo w nizszej tempe¬ raturze i w krótszym czasie, przy czym wy¬ twarza sie bardziej jednorodna masa, niz* by to bylo mozliwe do otrzymania w inny sposób. W przypadku zastosowania krze¬ mionki w postaci proszku, jako spoiwa, miesza sie ja z materialem podlegajacym spojeniu w sposób zwykly, po czym masa wypala sie, przy czym wymaga to nizszej temperatury i krótszego czasu, niz przy zastosowaniu znanych juz sposobów i ma¬ terialów wyjsciowych. Ilosc krzemionki w postaci proszku stosowana do tego celu zalezy w znacznej mierze od rodzaju wy¬ twarzanych przedmiotów lub mas oraz od dopuszczalnego stopnia kurczenia sie tych przedmiotów lub mas, przy czym stopien kurczenia sie masy wzrasta wraz ze wzro¬ stem ilosci uzytej krzemionki bezpostacio¬ wej w postaci proszku.Przy wytwarzaniu np. przedmiotów z glinki (tlenku gUmi) o wysokim punkcie topliwosci i malej porowatosci mozna uzyc stosunkowo malej ilosci krzemionki w po* stad. proszku, np. od 1 do H)$g.Wynalazek niniejszy moze byc równiez zastosowany do wyrobu porowatych przed¬ miotów z czystej krzemionki w postaci proszku, które posiadaja pory okreslonej wielkosci i nadaja sie jako masy filtrujace, najlepiej przez stlaczanie proszku krze* mionkowego z nadaniem mu postaci bryty pozadanego ksztaltu i nagrzewanie jej do temperatury l 000 — 1 200*0 w ciagu o- kresu czasu wystarczajacego do wywola¬ nia i przeprowadzenia procesu kurczenia sie i zwiazania sie tworzywaf lecz nie wy* starczajacego do zeszklenia masy.Porowatosc, to jest wielkosc porów, zmniejsza sie w miare przedluzenia okre¬ su nagrzewania masy, przy czym okres czasu niezbedny do otrzymania pozadane! porowatosci masy daje sie ustalic z latwo¬ scia doswiadczalnie.Mullit i krzemionka moga byc spajana — 6 -w jednorodna mase w taki sam sposób jak glinka. PL