DE3314796A1 - Premix for the preparation of high-melting foam ceramic, and process for the preparation thereof - Google Patents
Premix for the preparation of high-melting foam ceramic, and process for the preparation thereofInfo
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Abstract
Description
Ansatz zur Herstellung von hochschmelzender Schaumkeramik sowie Verfahren zu deren Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ansatz zur Herstellung von hochschmelzender Schaumkeramik, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus zerkleinertem Erguss-Gestein und/oder Flugasche, aus Treibmittel,sowie aus Flußmittel besteht.Approach to the production of high-melting ceramic foam and process for their production The present invention relates to one approach for the production of high-melting ceramic foam, which is characterized by that he is made of crushed effusion rock and / or fly ash, propellant, and consists of flux.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer hochschmelzenden Schaumkeramik aus den vorgenannten Ansatzinhaltsstoffen.The invention also relates to a method for producing a high-melting ceramic foam made from the aforementioned ingredients.
Der erfindungsgeinäße Ansatz besteht also aus gemahlenem Erguss-Gestein wie z.B. aus Basalt-, Andesit- oder Diabas-Stäuben und/oder Flugasche, wobei dieser Ansatz ferner als Treibmittel, beispielsweise Siliciumcarbid oder Ruß sowie ein Flußmittel wie z.B. Borax oder Borsäure enthält.The approach according to the invention thus consists of ground effusion rock e.g. from basalt, andesite or diabase dusts and / or fly ash, this being Approach also as a propellant, for example silicon carbide or carbon black as well as a Contains flux such as borax or boric acid.
Ein beispielhafter Ansatz gemäß vorliegender Erfindung besteht aus 300 kg Andesit (Körnung o,o1 bis o,o9 mm), 40 kg Borax und o3 bis o,5 kg Siliciumcarbid.An exemplary approach according to the present invention consists of 300 kg andesite (grain size 0.1 to 0.09 mm), 40 kg borax and 0.3 to 0.5 kg silicon carbide.
Ein weiterer beispielhafter Ansatz gemäß vorliegender Erfindung besteht aus 300 kg Flugasche (Körnung o,o9 mm) 40 kg Borax und o3 bis o,5 kg Siliciumcarbid.Another exemplary approach in accordance with the present invention is from 300 kg fly ash (grain size 0.09 mm) 40 kg borax and 0.3 to 0.5 kg silicon carbide.
Der Borax-Anteil kann gegebenenfalls auf Kosten höherer Schäumungstemperaturen reduziert werden.The borax component can, if necessary, at the expense of higher foaming temperatures be reduced.
Die Aufbereitung des Ansatzes erfordert normalerweise nur einen Arbeitsgang, wenn die Versatzkomponenten in trockenem Zustand vorliegen, d.h. einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1 bis 2 ffi aufweisen und die angegebenen Körnungen besitzen.The preparation of the batch normally only requires one work step, if the Backfill components are in the dry state, i. E. have a moisture content of at most 1 to 2 ffi and the specified Own grits.
Dieser Arbeitsgang besteht in einem homogenen Mischen der trockenen Versatzkomponenten.This operation consists of a homogeneous mixing of the dry Offset components.
Es hat sich gezeigt, daß die sogenannten Chargen-Mischer für diese Mischoperation besonders geeignet sind.It has been shown that the so-called batch mixer for this Mixing operations are particularly suitable.
Zum Zwecke der Herstellung von Formkörpern wird eine abgewogene Menge an Pulvermasse in Formen offener oder geschlossener Bauweise gefüllt und die Pulverschüttung anschließend planiert.For the purpose of producing moldings, a weighed amount is used filled with powder mass in forms of open or closed construction and the powder bulk then leveled.
Der Füllungsgrad der Formen liegt normalerweise zwischen 50 und 85 ffi bei einer Schüttdichte von etwa 1,1 g/cm3.The degree of filling of the molds is usually between 50 and 85 ffi with a bulk density of about 1.1 g / cm3.
Die Formen bestehen aus einem hitzebeständigen bzw. feuerbeständigen Material, da die Pulvermasse in den Formen bei Temperaturen über 1000°C geschäumt wird.The forms consist of a heat-resistant or fire-resistant Material, as the powder mass in the molds foamed at temperatures above 1000 ° C will.
Als Formenmaterial kommen hitzebeständige Stähle oder keramische Werkstoffe auf der Basis von Chamotte-Masse in Frage.Heat-resistant steels or ceramic materials are used as mold materials on the basis of Chamotte mass in question.
Bei großflächigen Formen weist der Formenboden Entlüftungsbohrungen (Lochabstand 9 bis 1o cm, Bohrungsdurchmeser ca. 2 mm) auf, damit sich zwischen Formenboden und schäumender Masse kein Gasdruck aufbaut.In the case of large-area molds, the bottom of the mold has ventilation holes (Hole spacing 9 to 10 cm, hole diameter approx. 2 mm) so that between No gas pressure builds up in the mold bottom and foaming mass.
Die Entlüftungsbohrungen werden vorzugsweise mit einem mikroporösen Papier abgedeckt, um ein Zuschäumen der Bohrungslöcher zu vermeiden.The vent holes are preferably made with a microporous Paper covered to prevent the holes from foaming.
Die Formen werden ferner vorzugsweise mit einem Trennmittel ausgestrichen, um ein Anbacken der Pulvermasse auszuschließen.The shapes are also preferably coated with a release agent, to prevent the powder mass from sticking.
Im folgenden wird die Zusammensetzung eines solchen Trennmittels angegeben, sie lautet: 35 - 45 kg kalzinierte Tonerde, Körnung o,o1-o,lo mm 0,63 kg Tylose 20 ooo 63 kg Wasser 150 cm3 Schwegozid.In the following the composition of such a release agent is given, it reads: 35 - 45 kg calcined clay, grain size o, o1-o, lo mm, 0.63 kg tylose 20,000 63 kg water 150 cm3 Schwegocide.
Bei der Verwendung von Formen aus hitzebeständigem Stahl ist ein müheloses Entformen der geschäumten Körper am besten dann durchzuführen, solange die Formen noch sehr heiß- sind, d.h. zu einem Zeitpunkt, an dem die Formen noch keine wesentliche Kontraktion erfahren haben.Using molds made of heat-resistant steel is an effortless one Demoulding of the foamed body is best then carried out while the molds are still very hot, i.e. at a point in time when the shapes are not yet essential Have experienced contraction.
Bei keramischen Formen kann man dagegen auch im erkalteten Zustand entformen.In the case of ceramic molds, on the other hand, you can also use them when they have cooled down demould.
Zum Aufschmelzen und Schäumen der eingeformten Pulvermassen sind Temperaturen oberhalb 100000 vorzugsweise Temperaturen innerhalb des Temperaturbereichs von 1020 bis 1090°C erforderlich.Temperatures are required for melting and foaming the molded powder masses above 100,000, preferably temperatures within the temperature range of 1020 up to 1090 ° C required.
Die Produktionszeit für geschäumte Körper der Abmessung- 300 x 2oo x 40 bis 70 mm beträgt zwischen 7w5 und 15 Stunden.The production time for foamed bodies of the dimension - 300 x 2oo x 40 to 70 mm is between 7w5 and 15 hours.
Diese Produktionszeit gliedert sich folgendermaßen auf: 1. Aufheizzeit von Raumtemperatur bis auf 1020 bis 1090°C: 1,5 bis 3,0 Stunder 2. Haltezeit bis 1020 bis 1090°C: 1,o bis 2,o Stunden 3. Erste Abkühlperiode von 1020 bis 109000 unter Erstarrungstemperatur: 5 bis lo Minuten 4. Zweite Abkühlperiode bis auf Raumteperatur: 5 bis 1o Stunden Wach Ablauf der Halte zeit sind die geschäumten Körper innerhalb kurzer Zeit, d.h. innerhalb von 5 bis lo Minuten auf ihre Erstarrungstemperatur abzukühlen, um ein Zusammenfallen der kugelförmigen Zellen zu verhindern.This production time is broken down as follows: 1. Heating-up time from room temperature to 1020 to 1090 ° C: 1.5 to 3.0 hours 2. Holding time up to 1020 to 1090 ° C: 1, o to 2, o hours 3. First cooling period from 1020 to 109000 below solidification temperature: 5 to lo minutes 4. Second cooling period down to room temperature: The foamed bodies are within 5 to 10 hours awake after the holding time has elapsed in a short time, i.e. within 5 to 10 minutes to their solidification temperature to cool to prevent the spherical cells from collapsing.
Die Naterialstruktur und die physikalischen Eigenschaften der hochschmelzenden Schaumkeramik, die aus dem erfindungsgemäßen Ansatz bzw. bei Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erhalten wird, nämlich Eigenschaften wie Wasseraufnahme, Dichte, Wärmeleit zahl, Wärmeausdehnungskoeffizient, thermische Schockbeständigkeit und Festigkeit kann der Fachmann aufgrund seines Fachwissens åe nach Temperaturführung variieren bzw. bestimmen.The material structure and physical properties of the high melting point Foam ceramics resulting from the approach according to the invention or when carrying out the inventive approach Manufacturing process is obtained, namely properties such as water absorption, Density, coefficient of thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, thermal shock resistance and strength can be determined by a person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge åe according to temperature control vary or determine.
Bei Einhaltung der oben genannten Herstellungsbedingungen ergibt sich beispielsweise ein erfindungsgemäß hergestelltes hochschmelzendes Schaumkeramikprodukt mit folgenden Eigenschaften: Farbe: schwarz Materialstruktur: geschlossenzellig Mittlerer Porendurchmesser: 1-6 mm Wasseraufnahme: o,1 Vol.% Dichte: o,40-o,8 g/cm3 Wärmeleitzahl o,1-o,2 Ecal/m h°C Wärmeausdehnungskoeffizient:65-70x10-7 1/°C bei 100°C Biegefestigkeit: 55-6o kp/cm2 Druckfestigkeit: 28-32 kp/cm2 Das Wesen vorliegender Erfindung wird ferner im folgenden anhand von Ausführungabeispielen weiterhin erläutert.If the above manufacturing conditions are observed, the result is for example a high-melting ceramic foam product made according to the invention with the following properties: Color: black Material structure: closed-cell Average pore diameter: 1-6 mm Water absorption: 0.1% by volume Density: 0.40-0.8 g / cm3 Thermal conductivity o, 1-o, 2 Ecal / m h ° C Thermal expansion coefficient: 65-70x10-7 1 / ° C at 100 ° C Flexural strength: 55-6o kp / cm2 Compressive strength: 28-32 kp / cm2 The essence of the present The invention is further explained in the following on the basis of exemplary embodiments.
Beispeil 1: 3000 g Erguss-Gestein (Körnung 0,01 bis o,o9 mm) werden mit 4oo g Borax (Dekahydrat) und 5 g Siliciumcarbid (Körnung oo1 bis o,oo3 mm) vermischt.Example 1: 3000 g of effusion rock (grain size 0.01 to 0.09 mm) mixed with 400 g borax (decahydrate) and 5 g silicon carbide (grain size oo1 to oo3 mm).
Die Pulvermischung wird in Formen von looo bis 11500C erhitzt, eine Stunde bei diesen Temperaturen gehalten und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.The powder mixture is heated in forms from 100 to 11500C, one Maintained at these temperatures for an hour and then returned to room temperature cooled down.
Dabei entsteht ein geschlossenzellig geschäumter Formköper mit sehr einheitlicher Porengröße und hoher Festigkeit. Der geschäumte Formkörper ist um so grobporiger und damit um so leichter, je hoher die Halte- bzw. Schäumungstemperatur ist.This creates a closed-cell foamed body with very uniform pore size and high strength. The foamed molding is around the larger the pores and therefore the lighter, the higher the holding or foaming temperature is.
Für den Temperaturbereich von looo bis 1150°C ergeben sich Formkörper mit einer Dichte von o,3 bis o,8 g/cm3, wobei die zugehörige mittlere Porengröße bei 8 bis 1 mm Durchmesser liegt.Moldings result for the temperature range from 100 to 1150 ° C with a density of 0.3 to 0.8 g / cm3, the corresponding mean Pore size is 8 to 1 mm in diameter.
Beispiel 2: 3ooo g Flugasche (Körnung o,o9 mm) werden mit 4oo g Borax (Dekahydrat) und 5 g Siliciumcarbid (Körnung 0,01 bis 0,003 mm) vermischt.Example 2: 300 g of fly ash (grain size 0.09 mm) are mixed with 400 g of borax (Decahydrate) and 5 g silicon carbide (grain size 0.01 to 0.003 mm) mixed.
Die Pulvermischung wird in Formen von looo bis 1150°C erhitzt, eine Stunde bei diesen Temperaturen gehalten und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.The powder mixture is heated in molds from looo to 1150 ° C, one Maintained at these temperatures for an hour and then returned to room temperature cooled down.
Dabei entsteht ein geschlossenzellig geschäumter Formkörper mit sehr einheitlicher Porengröße und hoher Festigkeit. Der geschäumte Formkörper ist um so grobporiger und damit um so leichter, je höher die Halte- bzw.This creates a closed-cell foamed molded body with very uniform pore size and high strength. The foamed molding is around the larger the pores and therefore the lighter, the higher the holding or
Schäumungstemperatur ist.Foaming temperature is.
Für den Temperaturbereich von 1000 bis 115c°C ergeben sich Formkörper mit einer Dichte von 0,3 bis 0,8 g/cm³, wobei die zugehörige mittlere Porengröße bei 8 bis 1 mm Durchmesser liegt.Moldings result for the temperature range from 1000 to 115 ° C with a density of 0.3 to 0.8 g / cm³, the associated mean pore size is 8 to 1 mm in diameter.
Die nach den Massensätzen errechnete chemische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen hochschmelzenden Schaumkeramik lautet: 35 - 55 Gew.- SiO2 1 - 7 Gew.- Na2O 2 - 12 Gew.-% CaO 0,5- 5 Gew.-% K20 2 - 12 Gew.-% MgO 1 - 5 Gew.-% B203 o,5-1,o Gew.- Treibmittel (Siliciumcarbis oder Ruß)The chemical composition of the calculated according to the mass sets The high-melting ceramic foam according to the invention reads: 35 - 55% by weight SiO2 1 - 7% by weight Na2O 2 - 12% by weight CaO 0.5-5% by weight K20 2 - 12% by weight MgO 1 - 5% by weight B203 0.5-1.0 wt. Propellant (silicon carbide or carbon black)
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