WO1996016919A1 - Granulat zur herstellung hochporöser formkörper - Google Patents

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WO1996016919A1
WO1996016919A1 PCT/EP1995/004644 EP9504644W WO9616919A1 WO 1996016919 A1 WO1996016919 A1 WO 1996016919A1 EP 9504644 W EP9504644 W EP 9504644W WO 9616919 A1 WO9616919 A1 WO 9616919A1
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organic
granules
granules according
inorganic
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PCT/EP1995/004644
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Inventor
Dirk Rogowski
Alwin Nagel
Original Assignee
Cerasiv Gmbh Innovatives Keramik-Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/10—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam

Definitions

  • the present invention relates to a granulate of metallic or non-metallic solids, which enables the production of highly porous moldings by powder technology, and to processes for the production thereof.
  • Porous ceramic moldings are produced, for example, using organic foam bodies which are impregnated with a ceramic slip. After the organic components have dried and burned out, the porous ceramic molded body remains as a negative of the foam body (so-called "lost form” réelle / experienced). Another possibility is the direct foaming of a ceramic slip in a mold by blowing agent and subsequent drying. It is also possible to use organic fillers as pore formers in ceramic compositions in the production of porous shaped bodies. Common to all known processes is the use of conventional powdery materials and the creation of the pores at the stage of the green body or at the last stage before firing or sintering.
  • the object of the present invention was therefore to eliminate the disadvantages of the known methods and the molded articles produced thereafter.
  • the granulate contains, as a solid or as a mixture, organic powders, for example carbon, natural or synthetic polymers, metallic constituents, such as copper, brass, bronze, magnesium, zinc, aluminum, lead, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt , Chromium, molybdenum, nickel or intermetallic phases of the elements or carbides, nitrides, suicides, borides, oxides of the elements or combinations such as TiCN or FeB x or mixtures of these solids and at least one auxiliary. Aids also include binders. Optionally, additives may also be included in order to adapt the granules according to the invention to the intended use.
  • organic powders for example carbon, natural or synthetic polymers, metallic constituents, such as copper, brass, bronze, magnesium, zinc, aluminum, lead, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt , Chromium, molybdenum, nickel or intermetallic phases of the elements or carbides, nitrides,
  • the solids content in the granules is 10 to 40% by volume, preferably 15 to 30% by volume.
  • the grain size of the solids can vary from 0.5 to 500 ⁇ m, preferably 1 to 200 ⁇ m.
  • Organic or inorganic compounds for example those with functional groups, which connect the solid particles to one another without the need for a chemical reaction between the solid particles, are used as auxiliaries for the production of granules and as binders in the granules. water soluble compounds are preferred.
  • Surface-active substances for example surfactants and / or reactive substances, for example formaldehyde, preferably compounds from the group of the polymers, for example polyvinyl alcohol, are particularly suitable. Auxiliaries which combine surface-active and reactive properties are very particularly preferred.
  • polyvinyl alcohol can be used as such.
  • Inorganic binders which can be used are those which connect the solid particles to one another without a chemical reaction between the solid particles for the bonds. particles is required.
  • binders based on phosphate, borate, sulfate, oxide or silicate are suitable; sodium water glass can be used particularly preferably.
  • Organic or inorganic catalysts for example acids, bases, oxidizing agents, and / or reactive organic compounds such as formaldehyde, amines or alcoholates can be used to accelerate or initiate the reaction.
  • the binders are used in quantities of 1 to 50% by volume, preferably in quantities of 2 to 20% by volume.
  • the catalysts are used in amounts of 0 to 10% by volume, preferably in amounts of 0.1 to 5% by volume.
  • the processing, melting points and / or wetting behavior of the organic and inorganic binders can be influenced by adding further compounds, for example alkali fluxes, surfactants, tixotropic agents, liquefiers or dispersing agents .
  • the granules according to the invention can be produced by dispersing or dissolving the proportion of metallic or non-metallic solid with the auxiliaries with the aid of a stirrer in a solvent, preferably water, and foaming the resulting dispersion or solution homogeneously.
  • the foaming can be done by quickly stirring or whipping with a suitable unit.
  • gases for example inert gases such as nitrogen and argon, but also CO2 and air, can be stirred in here.
  • the gases can also be introduced in other ways, for example by blowing in, by chemical reaction or by evaporation.
  • the amount of gas introduced can make up 20 to 90% by volume.
  • the solid foam formed in this way is stabilized by direct reaction of the components and / or by adding a catalyst and / or by adding a further organic or inorganic binder component.
  • the stabilized foam is solidified, for example, by drying at 40 to 1200 ° C., then comminuted in a suitable manner, for example by jaw crushers, sieves or rollers, and fractionated into granules suitable for further processing, for example by sieves or by air classifier.
  • the granules obtained in this way also contain the organic auxiliaries, in addition to the inorganic auxiliaries.
  • the granules according to the invention can be used, for example, for the production of highly porous moldings in conventional powder technology ways.
  • the granules according to the invention make it possible to produce highly porous moldings by the so-called core shooting method.
  • the use of the granulate in the manufacture of highly porous molded articles has the following advantages:
  • the granules can be processed using powder technology; most powdery substances can be processed;
  • the desired porosity can be set via the pre-compression
  • the highly porous molded body produced with the granulate is characterized by low shrinkage, so that close tolerances are possible.
  • a further binder can be added to the granules according to the invention for better processability.
  • Suitable binders are those that solidify at low temperatures, the molding are adapted to the process and which connect the granules to one another without a chemical reaction between the granules being necessary for the binding.
  • Polymeric binders such as methyl cellulose or phenolic resins are suitable as organic binders for this purpose.
  • the inorganic binders which have already been mentioned, for example phosphates or water glass, can be added.
  • the highly porous molded body produced from the granulate is solidified by a temperature treatment connected to the shaping. The organic binder portion is cured, dried or expelled and the uniform, open porosity is created.
  • the inorganic binder hardens or melts during this thermal process and thus connects (glues) the granules to one another.
  • the green body is heated at a heating rate of 50 to 1000 K / h to 250 to 2000 ° C in air, in a protective gas atmosphere or in a vacuum and kept at the maximum temperature for 0 to 5 hours. Inert conditions are required if hard materials or binder systems sensitive to oxidation are used.
  • the molded part obtained can be subjected to mechanical processing, for example by turning, milling, drilling, grinding or the like.
  • Two-phase in the sense of the present invention means that the molded part according to the invention consists of a solid phase and a binder phase.
  • both the solid phase and the binder phase can consist of one or more constituents.
  • the so-called square grid method can be used for the qualitative and quantitative description of the distribution homogeneities of the molded parts according to the invention (H. Wendrock, G. Ehrlich: "Homogeneity assessment of multiphase solids and solid mixtures", ZFW Dresden, 1990).
  • the structure sections to be characterized are divided into square measuring windows.
  • each with a different measurement window size one is statistically sufficient Number of test squares each determines the number of objects or the proportion of area and calculates the standard deviation.
  • the measurement window can be evaluated semi or fully automatically via point, linear or area analysis. If the standard deviation is related to the corresponding measurement window size (edge length), the point at which the standard deviation increases significantly is proposed as the homogeneity parameter.
  • this value is approximately 150 to 250 ⁇ m (FIG. 1).
  • the homogeneity limit is 3,000 to 10,000 ⁇ m (FIG. 2). Even with pore sizes of a few hundred ⁇ m, the limit is still between 500 and 1,000 ⁇ m. With even smaller pores, the high proportion of porosity can no longer be achieved.
  • Another advantage of the moldings according to the invention is the particularly favorable ratio of the pore size to the grain size.
  • the moldings produced by a foam process have pore sizes even with smaller pores that are up to several orders of magnitude higher than the average grain size of the solids used (FIGS. 3 and 4), the pore size of the moldings according to the invention is only by a factor of 2 to 5 larger than the average grain size of the solids used.
  • the molded parts according to the invention can be used, for example, for the production of solid-reinforced components, but also as a lightweight building block, as a carrier material for other liquid or solid phases, as insulation, construction, filling or filter material.
  • a lightweight building block as a carrier material for other liquid or solid phases, as insulation, construction, filling or filter material.
  • the molded part according to the invention Because of the high porosity of the molded part according to the invention, it can be overmolded both in the so-called squeeze casting process and in the conventional die-casting process.
  • the high stability and texture-free training of the molded part enables the use of very high pouring speeds and is therefore particularly suitable for the conventional, economically very attractive die casting process.
  • a paddle mixer based on the bulk density, 6% by volume of phenolic resin resol are added to the granules and mixed. After axially pressing the granulate at 20 bar, demolding and curing at 220 ⁇ C in 15 min. in air, the molded body can be heated to 1000 ° C and solidified in the process; it shrinks ⁇ 1%. The result is a solid, highly porous body with a density of 0.65 g / cm 3 . At a theoretical silicon density of 2.33 g / cm 3, this corresponds to a porosity of approximately 72%.
  • the molded body After the granules have been axially pressed at 20 bar, hardened by gassing with CO2 and removed from the mold, the molded body can be heated to 1000 ° C. and solidified in the process; it shrinks linearly ⁇ 1%. The result is a solid, highly porous body with a density of 0.98 g / cm 3 . With a theoretical SiC density of 3.21 g / cm 3, this corresponds to a porosity of approx. 69%.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Granulat aus metallischen bzw. nichtmetallischen Feststoffen, das die Herstellung hochporöser Formkörper auf pulvertechnologischem Wege ermöglicht, sowie Verfahren zu dessen Herstellung.

Description

Granulat zur Herstellung hochporöser Formkörper
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Granulat aus metallischen bzw. nichtmetallischen Feststoffen, das die Herstellung hochporöser Formkörper auf pulvertechnologischem Wege ermöglicht, sowie Verfahren zu dessen Herstellung.
Poröse keramische Formkörper werden beispielsweise über organische Schaum¬ stoffkörper, die mit einem keramischen Schlicker getränkt werden, hergestellt. Nach dem Trocknen und Ausbrennen der organischen Bestandteile bleibt als Negativ des Schaumstoffkörpers der poröse keramische Formkörper zurück (sog. "lost form"Λ/erfahren). Eine andere Möglichkeit besteht in der direkten Auf¬ schäumung eines in einer Form befindlichen keramischen Schlickers durch Treibmittel und anschließender Trocknung. Ebenso möglich ist die Verwendung organischer Füllstoffe als Porenbildner in keramischen Massen bei der Herstel¬ lung von porösen Formkörpern. Allen bekannten Verfahren gemeinsam ist die Verwendung üblicher pulverförmiger Werkstoffe und die Erzeugung der Poren auf der Stufe des Grünkörpers bzw. auf der letzten Stufe vor dem Brennen oder Sin¬ tern. Die Nachteile dieser im Stand der Technik bekannten Verfahren und der da- nach hergestellten porösen Formkörper sind die Begrenzung des Porenanteils, die Ausbildung einer geschlossenen Porosität, die im mikroskopischen Maßstab inhomogene Porenverteilung, der hohe Bedarf an organischen Füllstoffen, die zeitaufwendige Herstellung oder die Beschränkung auf feine Pulver.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, die Nachteile der bekannten Ver¬ fahren und der danach hergestellten Formkörper zu beseitigen.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines neuartigen kerami¬ schen Granulates gemäß Anspruch 1. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert. Da das erfindungsgemäße Granulat bereits in sich die im Formkörper geforderte Porosität trägt, wird ein völlig neuartiges Konzept bei der Herstellung poröser Formkörper ermöglicht. Das erfindungsgemäße Granulat kann daher auch wie üblich pulvertechnologisch verarbeitet werden. Neben dem Axialpressen und dem Isostatpressen ist insbesondere erstmals die Verwendung des Kernschie߬ verfahrens bei der Herstellung von hochporösen Formkörpern möglich.
Das Granulat enthält als Feststoff allein oder als Mischung organische Pulver, beispielsweise Kohlenstoff, natürliche oder synthetische Polymere, metallische Bestandteile, wie beispielsweise Kupfer, Messing, Bronze, Magnesium, Zink, Aluminium, Blei, Silizium, Titan, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt, Chrom, Mo¬ lybdän, Nickel oder intermetallische Phasen der Elemente oder Carbide, Nitride, Suizide, Boride, Oxide der Elemente oder Kombinationen wie beispielsweise TiCN oder FeBx oder Mischungen dieser Feststoffe und mindestens ein Hilfsmittel. Zu den Hilfsmitteln zählen auch Bindemittel. Gegebenenfalls können außerdem Zu¬ satzstoffe enthalten sein, um das erfindungsgemäße Granulat dem Einsatzzweck anzupassen. Hierzu zählen Stoffe, die im Vergleich zu den eingesetzten Hartstof¬ fen relativ weich sind, beispielsweise Molybdänsulfid oder Graphit. Der Fest¬ stoff anteil im Granulat, bezogen auf das Volumen, beträgt 10 bis 40 Vol.%, vor- zugsweise 15 bis 30 Vol.%. Die Korngröße der Feststoffe kann von 0,5 bis 500 μm, vorzugsweise 1 bis 200 μm variieren. Als Hilfsstoffe für die Granu¬ latherstellung sowie als Bindemittel im Granulat werden organische oder anor¬ ganische Verbindungen, beispielsweise solche mit funktioneilen Gruppen einge¬ setzt, die die Festpartikel miteinander verbinden, ohne daß eine chemische Reak- tion zwischen den Feststoffpartikeln erforderlich ist; wasserlösliche Verbindungen sind bevorzugt. Besonders geeignet sind oberflächenaktive Substanzen, bei¬ spielsweise Tenside und/oder reaktionsfähige Substanzen, beispielsweise Formaldehyd, vorzugsweise Verbindungen aus der Gruppe der Polymeren, bei¬ spielsweise Polyvinylalkohol. Ganz besonders bevorzugt werden Hilfsstoffe, die oberflächenaktive und reaktive Eigenschaften in sich vereinen. Als solches läßt sich beispielsweise Polyvinylalkohol einsetzen. Als anorganische Bindemittel können solche eingesetzt werden, die die Feststoffpartikel miteinander verbinden, ohne daß für die Bindungen eine chemische Reaktion zwischen den Feststoff- partikeln erforderlich ist. Geeignet sind beispielsweise Bindemittel auf Phosphat-, Borat-, Sulfat-, Oxid- oder Silikatbasis, besonders bevorzugt kann Natronwasser¬ glas eingesetzt werden. Zur Beschleunigung bzw. zur Initiierung der Reaktion können organische oder anorganische Katalysatoren, beispielsweise Säuren, Ba- sen, Oxidationsmittel, und/oder reaktive organische Verbindungen wie Formal¬ dehyd, Amine oder Alkoholate eingesetzt werden. Die Bindemittel werden in Men¬ gen von 1 bis 50 Vol.%, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 20 Vol.% eingesetzt. Die Katalysatoren werden in Mengen von 0 bis 10 Vol.%, vorzugsweise in Men¬ gen von 0,1 bis 5 Vol. % eingesetzt. Je nach beabsichtigter Verwendung des er- findungsgemäßen Granulates können die organischen und anorganischen Binder durch Zugabe von weiteren Verbindungen, beispielsweise Alkali-Flußmittel, Tenside, Tixotropiermittel, Verflüssiger oder Dispergiermittel in ihrer Verarbei¬ tung, ihren Schmelzpunkten und/oder ihrem Benetzungsverhalten beeinflußt wer¬ den.
Hergestellt werden kann das erfindungsgemäße Granulat dadurch, daß der Anteil an metallischem oder nichtmetallischem Feststoff mit den Hilfsstoffen mit Hilfe eines Rührers in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, dispergiert oder gelöst und die so entstandene Dispersion oder Lösung homogen aufgeschäumt wird. Das Aufschäumen kann durch schnelles Rühren oder Schlagen mit einem geeigneten Aggregat geschehen. Hierbei können geeignete Gase, beispielsweise inerte Gase wie Stickstoff und Argon, aber auch CO2 und Luft eingerührt werden. Die Gase können auch auf andere Weise, beispielsweise durch Einblasen, durch chemische Reaktion oder durch Verdampfen eingebracht werden. Die Menge des eingebrachten Gases kann 20 bis 90 Vol.% ausmachen. Der so entstandene feste Schaum wird durch direkte Reaktion der Komponenten und/oder durch Zugabe eines Katalysators und/oder durch Zugabe einer weiteren organischen oder anor¬ ganischen Binderkomponente stabilisiert. Der stabilisierte Schaum wird bei¬ spielsweise durch Trocknen bei 40 bis 1200°C verfestigt, anschließend in einer geeigneten Weise, beispielsweise durch Backenbrecher, Siebe oder Walzen zer¬ kleinert, und beispielsweise über Siebe oder durch Windsichten in ein für die Weiterverarbeitung geeignetes Granulat fraktioniert. Das so erhaltene Granulat enthält je nachdem, bei welchen Temperaturen der stabilisierte Schaum verfestigt wurde, neben den anorganischen Hilfsmitteln ge¬ gebenenfalls auch noch die organischen Hilfsmittel.
Verwendet werden kann das erfindungsgemäße Granulat beispielsweise zur Herstellung von hochporösen Formkörpern auf üblichen pulvertechnologischen Wegen. Erstmals möglich ist mit dem erfindungsgemäßen Granulat die Herstel¬ lung von hochporösen Formkörpern nach dem sog. Kernschießverfahren. Aus der Verwendung des Granulates bei der Herstellung hochporöser Formkörper erge- ben sich folgende Vorteile:
- das Granulat läßt sich pulvertechnologisch verarbeiten; die meisten pulverförmigen Stoffe lassen sich verarbeiten;
- auch sehr grobe Pulver sind verwendbar;
- organische Füllstoffe in großen Mengen sind nicht erforderlich;
- ein hoher Porositätsanteil ist möglich;
- die gewünschte Porosität läßt sich über die Vorverdichtung einstellen;
- die Feststoff- bzw. Porenverteilung ist weitgehend mikrohomogen;
- es ergibt sich eine feine und offene Porosität;
- der mit dem Granulat hergestellte hochporöse Formkörper zeichnet sich durch geringe Schwindung aus, so daß enge Toleranzen möglich sind.
Zur besseren Verarbeitbarkeit kann dem erfindungsgemäßen Granulat je nach Einsatzzweck ein weiteres Bindemittel zugesetzt werden. Geeignete Bindemittel sind solche, die sich bei geringen Temperaturen verfestigen, dem Formgebungs- verfahren angepaßt sind und die die Granulatkörner miteinander verbinden, ohne daß für die Bindung eine chemische Reaktion zwischen den Granulatkörnern erforderlich ist. Als organische Bindemittel eignen sich hierfür polymere Bindemit¬ tel, wie beispielsweise Methylcellulose oder Phenolharze. Als anorganische Bin- demittel können die bereits oben erwähnten z.B. Phosphate oder Wasserglas zu¬ gesetzt werden. Durch eine an die Formgebung angeschlossene Temperaturbe¬ handlung wird der aus dem Granulat hergestellte hochporöse Formkörper verfe¬ stigt. Hierbei wird der organische Binderanteil ausgehärtet, getrocknet oder aus¬ getrieben und die gleichmäßige, offene Porosität erzeugt. Der anorganische Bin- der härtet aus bzw. schmilzt bei diesem thermischen Prozeß auf und verbindet (verklebt) so die Granulatkörner untereinander. Der Grünkörper wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 50 bis 1000 K/h auf 250 bis 2000°C an Luft, in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum aufgeheizt und für 0 bis 5 Stunden bei der Maximaltemperatur gehalten. Inerte Bedingungen sind dann erforderlich, wenn oxidationsempfindliche Hartstoffe oder Bindersysteme zur Anwendung kommen.
Falls erforderlich, kann das erhaltene Formteil einer mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen oder ähnliches zugeführt werden.
Auf diese Weise erhält man zweiphasige, selbsttragende hochporöse Formteile, die eine hervorragende Verteilungshomogenität hinsichtlich der Feststoff- /Bindemittelphase(n) auf der einen und den Poren auf der anderen Seite aufwei¬ sen. Zweiphasig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß das erfin- dungsgemäße Formteil aus einer Feststoffphase und einer Bindemittelphase besteht. Sowohl die Feststoff- als auch die Bindemittelphase kann jedoch aus ei¬ nem oder mehreren Bestandteil/en bestehen. Zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der Verteilungshomogenitäten der erfindungsgemäßen Formteile kann die sog. Quadratrastermethode herangezogen werden (H. Wendrock, G. Ehrlich: "Homogenitätsbeurteilung von mehrphasigen Festkörpern und Festkör¬ pergemischen", ZFW Dresden, 1990). Hierbei werden die zu charakterisierenden Gefügeschliffe in quadratische Meßfenster unterteilt. In mehreren Meßserien mit jeweils unterschiedlicher Meßfenstergröße wird in einer statistisch ausreichenden Zahl von Testquadraten jeweils die Objektanzahl bzw. der Flächenanteil ermittelt und die Standardabweichung berechnet. Die Auswertung der Meßfenster kann halb- bzw. vollautomatisch über Punkt-, Linear- oder Flächenanalyse erfolgen. Bezieht man die Standardabweichung auf die entsprechende Meßfenstergröße (- kantenlänge), so wird als Homogenitätskenngröße diejenige Stelle vorgeschla¬ gen, an der die Standardabweichung deutlich ansteigt. Bei den erfindungsge¬ mäßen hochporösen Formkörpern liegt dieser Wert bei ca. 150 bis 250 μm (Figur 1). Bei porösen Formkörpern, die beispielsweise nach einem Schaumverfahren mit Porengrößen von 1 bis 4 mm hergestellt sind, liegt die Homogenitätsgrenze bei 3.000 bis 10.000 μm (Figur 2). Auch bei Porengrößen von wenigen hundert μm liegt der Grenzwert noch bei 500 bis 1.000 μm. Mit noch kleineren Poren kann der hohe Porositätsanteil nicht mehr erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Formkörper besteht in dem beson- ders günstigen Verhältnis der Porengröße zur Korngröße.
Während beispielsweise die nach einem Schaumverfahren hergestellten Form¬ körper selbst bei kleineren Poren Porengrößen aufweisen, die bis zu mehreren Zehnerpotenzen über der mittleren Korngröße der eingesetzten Feststoffe liegen (Figur 3 und 4), ist die Porengröße der erfindungsgemäßen Formkörper nur um den Faktor 2 bis 5 größer als die mittlere Korngröße der eingesetzten Feststoffe.
Verwendet werden können die erfindungsgemäßen Formteile beispielsweise zur Herstellung von feststoffverstärkten Bauteilen aber auch als Leichtbaustein, als Trägermaterial für andere flüssige oder feste Phasen, als Isolations-, Konstrukti- ons-, Füll- oder Filtermaterial. Die hochporösen erfindungsgemäßen Formteile erlauben durch die Verwendung konventioneller Umschmelzverfahren selbst die Infiltration der Formteile mit untereutektischer konventioneller Umschmelzlegie- rung.
Aufgrund der hohen Porosität des erfindungsgemäßen Formteils kann es sowohl im sogenannten Squeeze-Casting-Verfahren, als auch im konventionellen Druck¬ gießverfahren umgössen werden. Die hohe Stabilität und texturfreie Ausbildung des Formteils ermöglicht die Anwendung von sehr hohen Eingießgeschwindigkei¬ ten und ist daher ganz besonders geeignet für das konventionelle, wirtschaftlich sehr attraktive Druckgießverfahren.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie je¬ doch einzuschränken.
Beispiel 1:
2,4 Vol.% Polyvinylalkohol werden in 37,0 Vol.% Wasser gelöst. 0,2 Vol.% NaHCOß werden in 20,6 Vol.% Wasser gelöst. Beide Lösungen werden vereinigt und 35,1 Vol.% Si-Pulver der Körnung 1 bis 100 μm unter Rühren zugegeben. Die entstandene dickflüssige Dispersion wird in einem Rührgerät mit Rührbesen in 3 min. zu einem festen Schaum aufgeschlagen. Dem Schaum werden unter langsamem Rühren 4,7 Vol.% Wasserglaslösung (35%ig) zugesetzt. Der Schaum wird anschließend in flachen Gefäßen bei 120 °C in 3 h in einem Umlufttrocken- schrank getrocknet. Der feste Schaum wird dann zerkleinert und über ein 630 μm- Sieb passiert. Das resultierende Granulat hat eine Schüttdichte von 0,40-bis 0,44 g/cm3. In einem Schaufelmischer werden dem Granulat, bezogen auf die Schüttdichte, 6 Vol.% Phenolharz-Resol zugesetzt und gemischt. Nach dem Axialpressen des Granulates bei 20 bar, Entformen und Aushärten bei 220βC in 15 min. an Luft, kann der Formkörper auf 1000°c aufgeheizt und dabei verfestigt werden; er schwindet < 1 %. Es resultiert ein fester hochporöser Körper mit einer Dichte von 0,65 g/cm3. Das entspricht bei einer theoretischen Dichte des Silizi¬ ums von 2,33 g/cm3 einer Porosität von ca. 72%.
Beispiel 2:
2,5 Vol.% Polyvinylalkohol werden in 37,0 Vol.% Wasser gelöst. 0,2 Vol.% NaHCOß werden in 20,6 Vol.% Wasser gelöst. Beide Lösungen werden vereinigt und 35,0 Vol.% SiC-Granulat der Körnung F80 (nach FEPA-Norm) unter Rühren zugegeben. Die weitere Aufarbeitung bis zum fertigen Granulat entspricht Bei¬ spiel 1. Das entstehende Granulat weist eine Schüttdichte von 0,55- bis 0,60 g/cm3. In einem Schaufelmischer werden dem Granulat, bezogen auf die Schüttdichte, 4,5 Vol.% Na-Wasserglas-Lösung (35%ig) zugesetzt und gemischt. Nach dem Axialpressen des Granulates bei 20 bar, Aushärten durch Begasen mit CO2 und Entformen kann der Formkörper auf 1000 °C aufgeheizt und dabei verfestigt werden; er schwindet < 1% linear. Es resultiert ein fester hochporöser Körper mit einer Dichte von 0,98 g/cm3. Das entspricht bei einer theoretischen Dichte des SiC von 3,21 g/cm3 einer Porosität von ca. 69%.

Claims

Patentansprüche:
1. Granulat aus metallischen oder nichtmetallischen Feststoffen, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es als Feststoff organische Pulver, metallische Bestand- teile, anorganische Hartstoffe oder Mischungen dieser Feststoffe und minde¬ stens ein Hilfsmittel enthält und daß es eine Porosität von 60 bis 90 Vol.% aufweist.
2. Granulat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als organi- sehe Pulver Kohlenstoff, natürliche oder synthetische Polymere, als metalli¬ sche Bestandteile Kupfer, Messing, Bronze, Magnesium, Zink, Blei, Alumi¬ nium, Silizium, Titan, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt, Chrom, Molybdän, Nickel oder intermetallische Phasen der Elemente oder Carbide, Nitride, Si- lizide, Boride, Oxide der Elemente oder Kombinationen wie beispielsweise TiCN oder FeBx oder Mischungen dieser Bestandteile enthält.
3. Granulat gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Hilfsmittel organische oder anorganische Verbindungen mit funktioneilen Gruppen, vorzugsweise wasserlösliche Verbindungen enthält.
4. Granulat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Hilfsmittel oberflächenaktive Substanzen, beispielsweise Tenside, reaktionsfähige Substanzen, beispielsweise organische Verbindungen wie Formaldehyd, vorzugsweise solche aus der Gruppe der Polymeren wie Polyvinylalkohol oder Mischungen dieser Substanzen enthält.
5. Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß es als Hilfsmittel anorganische Binder, vorzugsweise Binder auf Phosphat-, Borat-, Sulfat-, Oxid- oder Silikatbasis enthält.
Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß es als Hilfsmittel Natronwasserglas enthält.
7. Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß es als Hilfsmittel Mengen von 1 bis 50 Vol.%, vorzugsweise Mengen von 2 bis 20 Vol.% enthält.
8. Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß es zusätzlich organische oder anorganische Katalysatoren enthält.
9. Granulat gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als anorgani¬ sche Katalysatoren Säuren, Basen oder Oxidationsmittel, als organische Katalysatoren reaktive organische Verbindungen wie Formaldehyd, Amine oder Alkoholate oder daß es Mischungen dieser Katalysatoren enthält.
10. Granulat gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es den Katalysator in Mengen von bis zu 10 Vol.%, vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 5 Vol.% enthält.
11. Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Feststoffanteil im Granulat, bezogen auf das Volumen, 10 bis 40 Vol.%, vorzugsweise 15 bis 30 Vol.% beträgt.
12. Granulat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Korngröße der Feststoffe 0,5 bis 500 μm, vorzugsweise 1 bis 200 μm beträgt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Granulates aus metallischen oder nichtme¬ tallischen Feststoffen, dadurch gekennzeichnet,
a) daß als Feststoff organische Pulver, metallische Bestandteile oder Mi¬ schungen dieser Feststoffe und mindestens ein Hilfsmittel mit Hilfe eines Rührers in einem Lösungsmittel dispergiert oder gelöst werden, b) daß die entstandene Dispersion oder Lösung homogen aufgeschäumt wird,
c) daß der Schaum durch direkte Reaktion der Komponenten und/oder durch Zugabe eines Katalysators und/oder durch Zugabe einer weiteren organi- sehen oder anorganischen Binderkomponente stabilisiert wird,
d) daß der stabilisierte Schaum verfestigt wird und
e) daß der verfestigte Schaum zerkleinert und in die gewünschten Korn- großen fraktioniert wird.
14. Verfahren zur Herstellung des Granulates gemäß Anspruch 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Suspension oder die Lösung durch schnelles Rühren oder Schlagen oder durch Einblasen von Gasen, vorzugsweise von Luft ho- mögen aufgeschäumt wird.
15. Verfahren zur Herstellung des Granulates gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Suspension oder die Lösung 20 bis 90 Vol.% Gas, vorzugsweise Luft eingebracht wird.
16. Verfahren zur Herstellung des Granulates gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum bei 40 bis 1200°C verfestigt wird.
17. Verfahren zur Herstellung des Granulates gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Pulver Kohlenstoff, natürli¬ che oder synthetische Polymere, als metallische Bestandteile Kupfer, Mes¬ sing, Bronze, Magnesium, Zink, Blei, Aluminium, Silizium, Titan, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt, Chrom, Molybdän, Nickel oder intermetallische Pha- sen der Elemente oder Carbide, Nitride, Suizide, Boride, Oxide der Elemente oder Kombinationen wie beispielsweise TiCN oder FeBx oder Mischungen dieser Bestandteile eingesetzt werden.
18. Verfahren zur Herstellung des Granulates gemäß Anspruch 13 bis 17, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Hilfsmittel organische oder anorganische Verbindungen mit funktioneilen Gruppen, vorzugsweise wasserlösliche Ver- bindungen eingesetzt werden.
19. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsmittel oberflächenaktive Substan¬ zen, beispielsweise Tenside, reaktionsfähige Substanzen, beispielsweise or- ganische Verbindungen wie Formaldehyd, vorzugsweise solche aus der
Gruppe der Polymeren wie Polyvinylalkohol oder Mischungen dieser Sub¬ stanzen eingesetzt werden.
20. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsmittel anorganische Binder, vor¬ zugsweise Binder auf Phosphat-, Borat-, Sulfat-, Oxid- oder Silikatbasis ein¬ gesetzt werden.
21. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsmittel Natronwasserglas einge¬ setzt wird.
22. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis
21, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel in Mengen von 1 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise in Mengen von 2 bis 20 Vol.-% eingesetzt wird.
23. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis
22, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich organische oder anorganische Katalysatoren eingesetzt werden.
24. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Katalysatoren Säuren, Basen oder Oxidationsmittel, als organische Katalysatoren reaktive organi¬ sche Verbindungen wie Formaldehyd, Amine oder Alkoholate oder daß Mi¬ schungen dieser Katalysatoren eingesetzt werden.
25. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in Mengen von bis zu 10 Vol.-%, vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 5 Vol.-% eingesetzt wird.
26. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffanteil im Granulat, bezogen auf das Volumen, 10 bis 40% Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 30 Vol.-% beträgt.
27. Verfahren zur Herstellung des Granulats gemäß einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Feststoffe 0,5 bis 500 μm, vorzugsweise 1 bis 200 μm beträgt.
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