DD296478A5 - PROCESS FOR PREPARING OXYDATION PROTECTION ON CERAMIC FORMKOERPES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Oxydationsschutzes auf keramischen Formkoerpern, insbesondere SiC-Formkoerper. Erfindungsgemaesz werden die Formkoerper mit einer Loesung, in der Borcarbid, Siliciumcarbid und Silicium suspendiert sind, impraegniert und anschlieszend gebrannt.{Siliciumcarbid; Borcarbid; Silicium; Schutzschicht; Heizleiter; Oxydationsschutz; Suspension; Impraegnieren; Verfahren; Herstellung}The invention relates to a method for producing an oxidation protection on ceramic moldings, in particular SiC moldings. According to the invention, the molds are impregnated with a solution in which boron carbide, silicon carbide and silicon are suspended, and then fired. {Silicon carbide; boron carbide; silicon; Protective layer; heating conductor; oxidation protection; Suspension; Impregnate; Method; production}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Dia Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Oxydationsschutzes auf keramischen Formkörpern, insbesondere SiC-Formkörper.The invention relates to a method for producing an oxidation protection on ceramic moldings, in particular SiC moldings.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

SiC-Formkörper werden hergestellt aus einem Gemisch aus SiC, Koks, Ruß, Silicium und einem thermoplastischen, verkokbaren Bindemittel.SiC moldings are produced from a mixture of SiC, coke, carbon black, silicon and a thermoplastic, cokeable binder.

So hergestellte Formkörper sind porös.Moldings produced in this way are porous.

Im Einsatzfall bei hohen Temperaturen größer 1300 K an Luft oder in aggressiver Atmosphäre werden die Formkörper oxidativ angegriffen und zerstört.In the case of use at high temperatures of more than 1300 K in air or in an aggressive atmosphere, the moldings are oxidatively attacked and destroyed.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, Formkörper gegen Oxydation zu schützen. Im wesentlichen beruhen sie darauf, durch Salze verschiedener Metalle das im Formkörper offene Porenvolumen zu füllen, um damit die Angriffsflächen für oxydierende Medien zu verringern.Various methods are known for protecting moldings against oxidation. Essentially, they are based on using salts of various metals to fill the open pore volume in the molding body in order to reduce the attack surfaces for oxidizing media.

Bekannt ist auch der Auftrag von Festkörperschutzschichten, ζ. Β. Si₃N₄.Also known is the order of solid-state protective coatings, ζ. Β. Si ₃ N ₄ .

Ein wesentlicher Nachteil solcher Schutzschichten besteht darin, daß das Basismaterial und das aufgetragene Matrial einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Raum- und Einsatztemperatur haben müssen, da es sonst zu Abplatzungen und Rißbildung kommt.A major disadvantage of such protective layers is that the base material and the applied Matrial must have an approximately equal thermal expansion coefficient between room and use temperature, otherwise there will be chipping and cracking.

Im WP 215019 ist ein Oxydationsschutz für SiC-Formkörper beschrieben, der bei Erreichen der Einsatztemperatur eine glasartige homogene Schutzschicht bildet. Diese wirkt oxydationshemmend über einen gewissen Zeitraum. Durch chemische Veränderungen und Auftreten von Mikrorissen in der Glasur ist die Wirksamkeit der Schutzschicht nur begrenzt.WP 215019 describes an oxidation protection for SiC shaped bodies, which forms a glassy homogeneous protective layer when the operating temperature is reached. This has an antioxidant effect over a period of time. Due to chemical changes and occurrence of microcracks in the glaze, the effectiveness of the protective layer is limited.

Weiterhin ist auch bekannt, durch Einsatz bestimmter Bindemittel die Primärkörner an der Grenzfläche vor Oxydation zu schützen. Es ist kein Oxydationsschutz auf SiC-Formkörper bekannt, der in seiner Zusammensetzung so aufgebaut ist, daß auftretende chemische Veränderungen mit ihren negativen Folgen während des Einsatzfalls kompensiert werden.Furthermore, it is also known to protect the primary grains at the interface from oxidation by using certain binders. There is no oxidation protection on SiC molded body is known, which is constructed in its composition so that occurring chemical changes are compensated with their negative consequences during the use case.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, einen Oxydationsschutz für keramische Formkörper anzugeben, der bei hohen Temperaturen beständig und leicht aufzutragen ist.The object of the invention is to provide an oxidation protection for ceramic molded body, which is resistant and easy to apply at high temperatures.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oxydationsschutz für keramische Formkörper durch Imprägnieren mit einer wäßrigen, glasurbildende Stoffe enthaltende Lösung zu schaffen.The invention has for its object to provide an oxidation protection for ceramic moldings by impregnation with an aqueous, glaze-forming substances containing solution.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der wäßrigen Lösung Feststoffe, wie Borcarbid, Siliciumcarbid und Silicium, mit einer Korngröße von max. 80μηι suspendiert sind, wobei das Borcarbid zur Summe Siliciumcarbid und Silicium in einem molaren Verhältnis von 1:5 bis 1:15 und das Siliciumcarbid zu Silicium in einem molaren Verhältnis von 8:1 bis 12:1 stehen.According to the invention the object is achieved in that in the aqueous solution solids, such as boron carbide, silicon carbide and silicon, with a grain size of max. 80μηι are suspended, wherein the boron carbide to the sum of silicon carbide and silicon in a molar ratio of 1: 5 to 1:15 and the silicon carbide to silicon in a molar ratio of 8: 1 to 12: 1 stand.

Der Anteil der suspendierten Feststoffe in der Lösung beträgt 5% bis 20%.The proportion of suspended solids in the solution is 5% to 20%.

Anschließend werden die Formkörper in bekannter Weise thermisch behandelt.Subsequently, the moldings are thermally treated in a known manner.

Es hat sich gezeigt, daß das Borcarbid bei längerem Gebrauch ι nter Anwendungstemperatur Bortrioxid bildet und dem infolge Alterung nachlassenden Oxydationsschutz der Glasurzusammensetzung, z.B. durch Kristallisation, durch Glasurneubildung en'gegenwirkt. Der Zusatz von Siliciumcarbid und Silicium in bestimmten Mengenverhältnissen, die im Zusammenhang stehen *·, it der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung des Oxydationsproduktes SiO₂, stabilisiert den Ablauf der Alterungskompensation.It has been found that boron carbide forms boron dioxide with prolonged use at the application temperature and counteracts the deterioration of the oxidation of the glaze composition as a result of aging, for example by crystallization, as a result of new glaze formation. The addition of silicon carbide and silicon in certain quantity ratios, which are related * ·, it the different reaction rate for formation of the oxidation product SiO ₂ stabilized the flow of the aging compensation.

Ausführungsbelsplolo 1, BeispielExecution template 1, example

Rohrförmige SiC-Körper, die zur Verwendung als Hochtemperaturhelzst&be bestimmt sind, wurden in eine Suspension aus 48 kg einer wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Salze vonTubular SiC bodies intended for use as high temperature helium were placed in a suspension of 48 kg of an aqueous solution of the water-soluble salts of

0,500kg K₂O 0,21UgNa₂O 0,369 kg CaO 0,269 kg MgO • 1,130 kg AI₂O₃ 8,060 kg SiOj0,500kg K ₂ O 0,21UgNa ₂ O 0,369 kg CaO 0,269 kg MgO • 1,130 kg Al ₂ O ₃ 8,060 kg SiOj

und den Feststoffenand the solids

0,500kg B₄C (max. Komgrößo 75μιη) 0,250kg Si (max. Korngröße 40μηι) 4,000 kg SiC (max. Korngröße 30μπι)0,500kg B ₄ C (max size 75μιη) 0,250kg Si (max size 40μηι) 4,000kg SiC (max size 30μπι)

getaucht, an der Luft getrocknet und bei ca. 1575K gebrannt. In der erfindungsgemäß hergestellten Suspension sind 9% Feststoffe enthalten, in denen B₄C sich zur Summe SiC und Si in einem molaren Verhältnis von 1:12 und SiC zu Si sich in einem molaren Verhältnis von 11,2:1 befinden.dipped, dried in air and fired at about 1575K. The suspension produced according to the invention contains 9% solids in which B ₄ C is in a molar ratio of 11.2: 1 to the sum of SiC and Si in a molar ratio of 1:12 and SiC to Si.

Die so präparierten Stäbe wurden als Heizer in einem Kammerofen zur Erzeugung einer Ofenraumtemperatur von 1625K eingesetzt. Es zeigt sich, daß die nach vorliegender Erfindung präparierten Heizstäbe infolge de<- besonderen Schutzbeschichtung eine um 28% geringere Alterungsrate aufwiesen als die herkömmlich geschützten Heizstäbe.The rods thus prepared were used as heaters in a chamber furnace to produce a furnace chamber temperature of 1625K. It can be seen that the heating elements prepared according to the present invention had a 28% lower rate of aging than the conventionally protected heating elements due to the special protective coating.

Beispiel 2Example 2

Balkenförmige Körper aus tongebundenem SiC wurden in eine Suspension aus 20 kg einer wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Salze vonBar-shaped bodies of clay-bonded SiC were placed in a suspension of 20 kg of an aqueous solution of the water-soluble salts of

0,027 kg Na₂O 0,160 kg MgO 0,093 kg CaO 0,136kg B₂O₃ 0,471 kg AI₂O₃ 1,168kg SiO₂ 0.027 kg Na ₂ O 0.160 kg MgO 0.093 kg CaO 0.136 kg B ₂ O ₃ 0.471 kg Al ₂ O ₃ 1.168 kg SiO ₂

und den Feststoffenand the solids

0,550 kg B₄C (max. Korngröße 75μιη) 0,126kg Si (max. Korngröße 40μηι) 1,824kg SiC (max. Korngröße 30μΐη)0,550 kg B ₄ C (max grain size 75μιη) 0,126kg Si (max grain size 40μηι) 1,824kg SiC (max grain size 30μΐη)

getaucht, an der Luft getrocknet und bei ca. 1575Kgebrannt. Die verwendete Suspension enthält 11,1 % Feststoffe, in denen das B₄C zur Summe von SiC und Si in einem molaren Verhältnis von 1:5 und das SiC zum Si in einem molaren Verhältnis von 10,1:1 stehen.dipped, dried in air and burned at about 1575. The suspension used contains 11.1% solids in which the B ₄ C to the sum of SiC and Si in a molar ratio of 1: 5 and the SiC to Si in a molar ratio of 10.1: 1.

Die so präparierten Baiken wurden zusammen mit nichtbehandelten bzw. mit Balken, die nur mit obengenannter Lösung, ohne die Feststoffanteile behandelt wunian, als Träger im Keramikbrand bei ca. 1625K eingesetzt.The thus prepared Baiken were used together with non-treated or with bars, which are treated only with the above solution, without the solids wunian, as a carrier in ceramic firing at about 1625K.

Während die nichtbehandelten bzw. nur mit der Lösung behandelten Balken bereits nach dem ersten bzw. zweiten Ofondurchlauf Krümmungen und z.T. Oxydationserscheinungen aufwiesen, zeigten die mit der erfindungsgemäßen Suspension präparierten Balken auch nach dem 8. Durchlauf noch keine Mangel auf.While the untreated or solution-treated beams have curvatures and z. T. after only the first and second of the passage, respectively. Oxydationserscheinungen exhibited showed the prepared with the suspension according to the invention bars even after the 8th run still no shortage.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Oxydationsschutzes auf keramischen Formkörpern mit einer glasurbildende Stoffe enthaltenden wäßrigen Lösung durch Imprägnieren und anschließender thermischer Behandlung in bekannter Weise, gekennzeichnet dadurch, daß in der Lösung Borcarbid, Siliciumcarbid und Silicium suspendiert sind, wobei das Borcarbid zur Summe Siliciumcarbid und Silicium in einem molaren Verhältnis von 1:5 bis 1:15 und das Siliciumcarbid zu Silicium in einem molaren Verhältnis von 8:1 bis 12:1 stehen und der Anteil der suspendierten Feststoffe in der Lösung 5% bis 20% beträgt.1. A process for the preparation of a Oxydationsschutzes on ceramic moldings with a glaze-forming substances-containing aqueous solution by impregnation and subsequent thermal treatment in a known manner, characterized in that in the solution boron carbide, silicon carbide and silicon are suspended, wherein the boron carbide to the sum silicon carbide and silicon in a molar ratio of 1: 5 to 1:15 and the silicon carbide to silicon in a molar ratio of 8: 1 to 12: 1 and the proportion of suspended solids in the solution is 5% to 20%. 2. Verfahren zur Herstellung eines Oxydationsschutzes auf keramische Formkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Korngröße der suspendierten Feststoffe 80 μιτι beträgt.2. A method for producing a Oxydationsschutzes ceramic shaped body according to claim 1, characterized in that the maximum grain size of the suspended solids 80 μιτι amounts.