DE2259504A1 - Keramisches baumaterial - Google Patents

Description

ing. H. NEGENDANK ■ dipl.-ing. H. HAIJCK · dipi.-phys. W. SCHMITZ dipping. E. GRAALFS · DiPL-ING. W. WEHNERT

HAJIBUBG-MÜNCHEN <t 2 b 9 O U

ZTTSTEI-I-ITNGSANSCHBIi¹T: HAMBITHG 36 · NBITER WAtL 41

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TEtEGK. NBOIiDAPATBNT HAMBUEG

Owens-Illinois, Inc. _

" MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTH. 23

Toledo, Ohio 43601/USA

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HAMBURG, 1. Dezember 1972

Keramisches Baumaterial

Es wurde bereits auf dem Gebiet der Glas- und keramischen Technologie eine Zusammenstellung oder eine Matrix von integral zusammengeschmolzenen Röhren offenbart, die für einen kompakten Regenerativ-Wärmeaustauscher, für schwimmfähiges, schalldämmendes, wärmedämmendes Material, und ähnliches zu verwenden ist.

Es wurde z. B. bereits in anderen Patentanmeldungen eine Regeneratorstruktur offenbart, die aus einer Vielzahl von einzelnen axialparallelen glaskeramischen Röhren mit offenen Enden besteht, die auf thermische Art und Weise aneinandergebunden und in die Gesamtstruktur eines Regenerators integriert werden. Das Erhitzen von dünnwandigen Röhren mit geschlossenen Enden läßt sie expandieren, so daß sie zueinander in engen Kontakt treten und die Zwischenräume zwischen den Röhren zu einem größeren oder geringeren Ausmaß ausfüllen, in idealer Weise in einem Ausmaß, daß die Zwischenräume zwischen den Röhren und zwischen den Röhren und den Wandungen einer Einfassung und/oder einer Nabe, die verwendet werden

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können, um eine Regeneratormatrix zu tragen oder anzutreiben, im wesentlichen vollständig gefüllt werden. Im letzten Fall werden die entstehenden Röhren im wesentlichen hexagonal. Die Glasröhren werden zusammengeschmolzen und erfahren ebenso eine KristaMsationskeimbildung während der Wärmebehandlung, wobei das Erhitzen der Struktur für eine ausreichende Zeit durchgeführt wird, um das Glas in situ zu einem zumindest teilweise kristallinen Material, das gewöhnlich als Glaskeramik bezeichnet wird, auskristallisieren zu lassen.

Die Einfassung und die Nabe können aus einem gewöhnlichen nicht organischen kristallinen keramischen Oxidmaterial gebildet werden, das durch Brennen und Sintern von besonderen inorganischen oxidischen Materialien zu einem Feststoff hergestellt wird, der gewöhnlich zu der endgültigen gewünschten Konfiguration bearbeitet wird. Die Einfassung und die Nabe wurden aus Materialien hergestellt, die einen durchschnittlichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten be-

den sitzen, der mit demjenigen des gering expandieren/Materials der Matrix vergleichbar ist. Im besonderen wurden die Einfassung und die Nabe aus einer Menge thermisch kristallisierbaren Glases gebildet, das zu einer festen glaskeramischen Masse auskristallisierte, welche physikalische Eigenschaften, einschließlich thermischerExpansions- und Kontraktionseigenschaften, aufwies, die denjenigen nahekamen, die die kristalline Matrix aufwies, welche die zusammengeschmolzenen Röhren umfaßte.

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Wenn man einen Regenerator herstellt, der eine Nabe oder eine Einfassung und eine Nabe besitzt, können die Einfassung und/oder die Nabe, wie gesagt, aus einem thermisch kristallisierbaren Glas hergestellt werden, das als Abdämmittel dient, in dem die Röhren anfangs zusammengepackt werden, wobei die Einfassung gleichzeitig mit den Röhren, die sich mit der Einfassung während des Vorganges verbinden, einer Hitzebehandlung unterworfen werden kann.

Wenn jedoch eine Einfassung einer beträchtlichen Dicke gewünscht wird,und hohe Heizgeschwindigkeiten, tfie z.B. 94, oder 1^8°0/η in der Hitzebehandlung der Matrix verwendet werden, wie gerade beschrieben, kann das Glas der Einfassung durch den thermischen Schock zerbrechen. In einem solchen Fall ist

bis. es möglich, die Einfassung einer Vorbehandlung mit Wärme/auf einen teilweise kristallisierten Status zu unterwerfen, bis sie ein relativ gering expandierendes Material ist, das einen Ausdehnungskoeffizient besitzt, der kleiner als 20 oder 25 x 10 Pc ist. Das kann durchgeführt werden, indem man eine zur Keimbildung und zur Kristallisation geeignete Wärmebehandlung vornimmt, worin die höchste Kristallisationstemperatur in dem Bereich von 788 bis 870⁰C liegt, und die Kristallisation nur so lang bewirkt wird, um den Ausdehnungskoeffizienten auf

nur einen gewünschten Bereich herabzudrücken. Diese/teilweise einer Wärmebehandlung unterworfene Einfassung kann dann als Abdämmittel verwendet werden, ohne einen thermischen Schock befürchten zu müssen. Es ist auch möglich,, eine Einfassung

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zu verwenden, die einer vollständigen Wärmebehandlung unterzogen wurde, wobei die Einfassung aus einem bekannten gesinterten keramischen Material mit niedriger Ausdehnung hergestellt ist, wie z.B. keramischen Materialien, die aus pulverisiertem Petalit durch geeignete bekannte Sintermethodefihergestellt werden, um die feste Einfassung zu bilden. Alisas was bezüglich der Einfassung gesagt wurde, läßt sich auch auf Regeneratoren anwenden, die eine Nabe aus keramischem oder glaskeramischem Material besitzen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Matrix vor, die dem oben erwähnten Typ ähnlich ist, aber sie stellt eine Verbindung der Matrix mit einem einheitlichen Trägermaterial her, das die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks erhöht und die Unsicherheiten beim Herstellen der vereinigten Matrix-Trägerstruktur reduziert.

Zwei verschiedene Theorien werden vorgebracht, warum man auf die hiervor diskutierten Schwierigkeiten trifft. Man glaubt, daß Unterschiede in den Verfahrenseigenschaften zwischen dem festen Trägermaterial und dem röhrenförmigen Matrixmaterial bestehen. Zuerst kann es einen Unterschied in dem Betrag der Dimensionsänderung geben, die stattfindet, wenn die Kristallisation voranschreitet. Es können z.B. verschieden groiie Kristalle geformt werden, da es sein kann, daß die Röhren einer flächenhaften Keimbildung unterworfen sind, im Gegensatz zu der ramförmigen Keimbildung des festen Trägermaterials.

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Alternativerweise und vielleicht im Zusammenhang mit dem flächenhaften und raumförmigen Keimbildungsunterschied unterscheiden sich die Wärmeübertragungseigenschaften des festen Trägermaterials von denjenigen des röhrenförmigen Matrixmaterials, so daß man unterschiedliche Temperaturen während eines Wärmebehandlungsverfahrens bemerkt. Diese unterschiedlichen Temperaturen können, die Geschwindigkeit des Kristallwachaxims beeinflussen, besonders im zweiten Stadium der Behandlung. Nachdem die Anfangsphase der Wärmebehandlung durcHaufen ist, beginnt eine Phasentransformation während des Anfangs des zweiten Wärmebehandlungsstadiums. Während der ersten Phase tritt eine/Schrumpfung des Materials auf, während eine entgegengesetzte "negiive Schrumpfung" oder geringfügige Expansion während des Teils des zweiten Stadiums der Wärmebehandlung stattfindet, bei dem die Phasentransformation auftritt. Wegen des Unterschiedes der Wärmeübertragungseigenschaften zwischen den beiden Materialien, wird ein Material auf diese Weise eine vom anderen Material verschiedene Temperatur aufweisen und expandieren, während das andere Material sich zusammenzieht.

Während der Herstellung könnten somit nach einer der beiden Theorien oder nach beiden Risse, Verwerfungen und Brüche auftreten. Wenn solche Fehler nicht während der Herstellung der kombinierten Trägermaterial-Matrixstruktur auftreten, können die in den Materialien verbliebenen mechanischen Spannungen

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wegen der theoretischen Unterschiede in den Eigenschaften zu einem Defekt führen, der durch einen hohen thermischen Schock entsteht, wenn man die kombinierte Trägermaterial-Matrixstruktur für besondere Zwecke verwendet.

Die durch diese Erfindung erhaltenen Verbesserungen entstanden aus dem Versuch, die Verfahrenseigenschaften eines im wesentlichen festen Trägermaterials den Eigenschaften des mit Löchern versehenen Matrixmaterials soweit wie möglich anzunähern, gleichzeitig die erforderliche strukturelle Festigkeit aufrechtzuerhalten und eine Möglichkeit vorzusehen, um zu Beginn auf leichte Art und Weise das Matrixträgermaterial in irgendeiner gewünschten Konfiguration bilden zu können.

Diese Verbesserungen werden erzielt, indem man eine Vielzahl von einzelnen axial ausgedehnten Glasstäben in eine gewünschte Konfiguation dicht aneinander packt oder bündeltj, so daß ihre Achsen parallel liegen, indem man die Zwischenräume zwischen den Stäben zusätzlich mit einem einterfähigen keramischen Material, gewöhnlich in Partikelform, ausfüllt, indem man das Stabbündel und dazwischen gefügte keramische Material in die gewünschte Konfiguration bringt und beide zum Verbinden einer thermischen Behandlung unterwirft, um das eingefügte keramische Material und die Stäbe zu verschmelzen oder zu sintern, damit eine einzige Masse erhalten wird.

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Das in dem Verfahren eingefügte keramische Material hat im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften wie die einzelnen Stäbe nach der daran anschließenden thermischen ' Behandlung zu der endgültigen kristallinen Form. Wenn es als Trägermaterial für eine Matrix verwendet wir.d, haben die thermisch kristallisierten Stäbe und das eingefügte keramische Material im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigen-_ schäften wie die Matrix*

Bei dem an dieser Stelle vermittelten Verfahren werden die Stäbe aus thermisch kristallisierbarem Glas hergestellt, während das sinterfähige oder pulverisierte keramische Material vorzugsweise auch aus einer thermisch kristallisierbaren Glasmasse besteht, aber auch pulverisierte grüne (green) keramische Materialkomponenten aufweisen kann, die sinterfähig sind, um ein kristallines Material durch eine Fesbkörperreaktion zu bilden.

Um eine ähnliche Keimbildung und Kristallisation während der thenischen Behandlung zu erhalten, sind die Stäbe vorteilhafterweise mit einem Durchmesser ausgestaltet, der in angemessener Weise kleiner ist als der Durchmesser der Glasröhren, aus denen die Matrix geformt werden soll. Das bedeutet, daß der einzelne Stabdurchmesser kleiner sein muß, um im wesentlichen den gleichen Oberflächenwert pro Querschnittseinheit Stabbündel wie pro Querschnittseinheit Röhrenbündel zu erhalten, da eine jede Glasrohre eine innere und eine äußere Oberfläche besitzt, die beide für die Oberflächenkeimbildung zur Verfügung stehen, während ein Stab nun eine äußere Oberfläche aufweist.

Das Einfügen der Glasmasse kann so durchgeführt werden, indem man das zusätzliche sinterfähige keramische Material fein verteilt, es mit einem flüssigen Bindemittel vermischt und die Oberflächen der Stäbe damit beschichtet, bevor sie in Bündeln zusammengepackt werden. Das flüssige Bindemittel enthält vorteilhaft erweise einen Binder und ein Lösemittel für den Binder. Wenn die Stäbe beschichtet und in einem Bündel mit der gewünschten Konfiguration zusammengepackt sind, verflüchtet sich das Lösemittel, und der Binder hält die feinverteilten keramischen Partikel auf den Stäben fest und die Stäbe in der gewünschten Konfiguration bis das Bündel der thermischen Behandlung unterworfen wird. Auf diese Weise kann das Stabbündel umherbewegt werden, mit einem Röhrenbündel zusammengestellt werden, damit es sich mit diesem unter thermischer Behandlung verbindet, und · ähnliches, da der Binder dem Stabbündel gute Gebrauchseigenschaften "grüner Ware" (green ware) vermittelt hat. Alternativerweise können die Zwischenräume mit der Glasmasse nach der Zusammenstellung in ein Bündel gefüllt werden, z.B. indem

Masse
man eine breiartige/ durch die Zwischenräume hindurchfließen läßt und einen Filter am Auslaß der Zusammenstellung anbringt, um auf diese Weise die Glasmasse in den Zwischenräumen zurückzuhalten.

Das keramische Baumaterial dieser Erfindung, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wird, erhält auf diese Weise Eigenschaften, die im wesentlichen in der Oberflächenkeimbildung und den Wärmeübertragungszonen einer Matrix ähnlich sind, mit der das keramische Baumaterial kombiniert werden und zur

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Verbindung einer thermischen Behandlung unterzogen werden kann, Des weiteren eignet sich das Verfahren zur Herstellung des keramischen Baumaterials für Anwendungszwecke,

der Erfindung " .
wo/vorhergehendes^in Massen produziertes keramisches Material nicht verwendet werden kann. Wenn z.B. eine dünne Schutzschicht über den umfang einer Matrix oder einer anderen Struktur gewünscht wird, kann eine. Schicht aus Stäben mit dem pulverisierten keramischen Material in den Zwisehenäumeh um die Außenseite des Matrixbündels zusammengestellt werden, Um wirksam zu sein, braucht die Schicht nur zwei bis drei Stäbe dick zu sein*

Es iat daher ein Ziel dieser Erfindung, ein keramisches Baumaterial vorzusehen, das bessere Eigenschaften aufweist, das im besonderen nicht die vorher erwähnten Mängel besitzt, wenn es als Träger- oder Schutzmaterial in Verbindung mit einer mit Löchern versehenen keramischen. Matrix verwendet wird.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine neuartige Kombination einer Matrix- und Trägerstruktur vorzusehen, die verbesserte Herstellungsbedingungen und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen hohe Wärmeschocks aufweist.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist.es, ein neuartiges Verfahren vorzusehen, um ein keramisches Baumaterial und Kombinationen zwisiien der Matrix- und Trägerstiuktur herzustellen. -· - 10 -

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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden-BeSchreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Hontageform zeigt, um einen Teil einer Ausführung der erfindungsgemäßen Struktur herzustellen, und teilweise eine Röhrenpackung die innerhalb der Struktur in der Form montiert ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Glasröhre zeigt, die verwendet wird, um einen Teil der erfindungsgemäßen Struktur herzustellen;

Fig. 3 ein vergrößerter Querschnitt der Glasröhre ist, der entlang der Linien III-III in Fig. 2 geführt ist;

Fig. 4 einen Teilschnitt der Struktur nach Fig. 1 zeigt, die sich innerhalb einer Form vor der Hitzebehandlung befindet j

Fig. 5 ein· Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Röhrenbündels ist, stark vergrößert, der die Anordnung der Glasröhren zeigt, bevor sie durch die Hitzebehandlung expandieren;

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil des Röhrenbündels der erfindungsgemäßen Struktur zeigt, stark vergrößert, wobei die Anordnung der Glasröhren dargestellt ist, nachdem sie expandiert und durch die Hitzebehandlung krista

lisiert sindi 3098 24/108 5 -H-

Pig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der zusammengestellten Röhren eines Bündels ist, wobei die Röhren mit einer thermisch kristallisierbaren Schmelze bedeckt sind;

Fig. 8 einen Querschnitt der Röhren nach Fig. 7 darstellt, wobei der Schnitt ent-lang der Linien VIII-VIII in Fig. 7 geführt ist.

Fig. 9 eine Ansicht der in Fig. 7 dargestellten Röhren zeigt, die zu einer Strukturmatrix mit offenen Enden gefamt sind;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Montageform zeigt, die verwendet wird, um eine Ausführung der neuartigen keramischen Struktur dieser Erfindung herzustellen;

Fig. 11 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils der zusammengestellten Stäbe des Bündels in der Montageform von Fig. 10 ist, wobei die Stäbe mit einer thermisch kristallisierbaren Schmelze bedeckt sind;

Fig. 12 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils einer durch eine Einfassung gestützten Regeneratormatrix zeigt, die aus Röhren gebildet wird, wie sie in den Figuren 7 und 8 dargestellt und zu einer thermischen Behandlung geeigiet sind, um sie mit einer gebiifeten Struktur aus den Stäben und der Einfassung zu verbinden, die ^^

in den Figuren 10 und 11 gezeigt ±_st.-₉ - 12 30982W1QSS

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine glaskeramische Struktur mit einer äußeren Form ist, die durch Weiterverarbeitung zu einem Regeneratorrad der Fig. 15 führt;

Fig. Ik eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Wärmeaustauschers dieser Erfindung ist, worin die Einfassung mit einer Serie Aussparungen versehen ist, die in der Lage sind, Antriebsmittel für die Struktur aufzunehmen; und

Fig. 15 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines rotierenden Regenerativ-Wärmeaustauschers der Erfindung ist.

Wie man Fig. 1 entnehmen kann, ist eine keramische Einfassung 10 auf einer Vorrichtung 11 montiert, die eine Frontplatte 12 umfaßt, welche mit einem gewöhnlichen Vibrator 13 verbunden ist. Drei Klemmen 14 sind im Abstand an den Rändern der Frontplatte 12 angeordnet, mit denen die Einfassung 10 an der Frontplatte 12 lösbar befestigt ist. Jede der Klemmen 14 umfaßt einen Hauptteil 15, der an der Frontplatte angebracht ist, und einen Armteil 16, welcher in einem rechten Winkel zum Hauptteil 15 angeordnet und mit einem Fingerteil 17 vasehen ist, der sich in Kontakt mit dem oberen Rand 18 der Einfassung 10 befindet. Die Armteile 16 werden im Eingriff mit der Einfassung 10 und dem Haptteil 15 durch Befestigungsmittel 19 gehalten, die durch den Armteil 16 hindurchgreifen und an der Frontplatte 12 gesichert sind.

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Ebenso kann eine Nabe 20 wieder lösbar auf der Frontplatte 12 auf dem Mittelpunkt der Einfassung befestigt werden. Das Befestigungselement 21, das durch die Nabe 20 hindurchgreift, ist an der Frontplatte 12 gesichert und hält die Nabe in der richtigen Position auf der Vorrichtung. Es wird dann eine Vielzahl von hohlen, mit dünnen Wandungen versehenen, thermisch kristallisierbaren Glasröhren 22 eng aneinandergerdht in paralleler Beziehung zu der Einfassung, wie es in Fig.l dargestellt ist; die Röhren sind dabei parallel angeordnet zu der Innenwand 23 der Einfassung und der Außenwand 24 der Nabe, außerdem verlaufen die longitudinalen Achsen der Röhren im wesentlichen parallel zueinander.

Beide Enden 22^f der in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigten Glasröhren sind verschlossen, so daß auf diese Weise Luft oder ein anderes sich unter Wärmewirkung ausdehnendes Gas oder eine Flüssigkeit darin eingeschlossen wird. Die Enden einer Röhre 22 können verschlossen werden, indem das Röhrenende in einfacher Weise durch eine Flamme geführt wird. Da die Röhre eine sehr geringe Größe aufweist - der äußere Durchmesser der Röhre kann z.B. etwa 0,76 mm betragen, und die Wanddicke kann etwa 0,025 mm bis 0,076 mm sein -, wird ein Verschließen der Tube sofort erreicht. Jedoch ist das Verfahren zum Verschließen der Tuben kein Teil dieser Erfindung,daher kann irgendeines der bekannten Verfahren angewendet werden."

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Da es oft wünschenswert und wichtig ist, die Glasröhren 22 so eng wie möglich zusammengepackt zu haben, so daß sich jede Röhre in Kontakt mit sechs anderen Röhren befindet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Vorrichtung 11 mit einem Vibrator 13 versehen, der nacheinander die Prontplatte 12 und de Einfassung 10 zum Vibrieren bringt (die Mittel dazu sind nicht gezeigt). Diese Vibration wird auf die Vielzahl der Glasröhren 22 aufgebracht und trägt dazu bei, die Röhren enger aneinanderzureihen, wenn sie auf die Röhren gelegt werden, die bereits zusammengepackt sind. Es ist klar, daß die Einfassung 10 nicht manuell vollgepackt zu werden braucht; sie kann durch andere Methoden vollgepackt werden. In jedem Fall sollte die auf die Glasröhren aufgebrachte Vibration ausreichend sein, um eine enge, dichte Packung der Röhren innerhalb der Einfassung zu sichern, beider sich jede Röhre in Kontakt mit sechs anderen Röhren befindet.

Der Aufbau 25, der die Einfassung 10, die Nabe 20 und die eng gepackten Glasröhren 22 umfaßt, wird von der Vorrichtung 11 abgenommen und auf eine rostfreie Stahlplatte 26 gelegt,

oxid
die ein SiliziumAAluminiumoxid-(Fiberfrax)-Gewebe 27 auf ihrer

obren Seite enthält, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Platte 26 ist mit einer Vielzahl von Perforationen 28 versehen.

oxid
Ein anderes Silizium/Aluminiumoxid-Gewebe 29 ist auf die obere Fläche des Aufbaus 25 gesetzt, worauf eine zweite mit Löchern versehene Platte 30 aus rostfreiem Stahl angeordnet ist. Schließlich ist ein Element zum Beschweren 31 auf der

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Platte 30 angebracht. Der ganze Aufbau wird dann in einen Schmelzofen gesetzt und einer ausreieilenden Hitze ausgesetzt, um die Glaswandungen der Tuben 22 zu erweichen und um zu veranlassen, daß die Wände sich aufblähen oder exparrieren je nach dem Erhitzen des gasförmigen oder flüssigen Mediums in einer jeden Röhren, so daß angrenzende, sich la?ührende Wandflächen zusammengeschmolzen werden, um eine einheitliche Matrix zu bilden.

Es ist wichtig, daß die Enden jeder der Röhren 22 im Aufbau 25 während des Erhitzens verschlossen sind, da die Röhrenwandungen sonst eher zusammenbrechen wurden als zu expandieren,' wenn sie der Hitze unterworfen werden. Des weiteren sollte die Länge der Röhren nicht größer sein als die Höhe der Einfassung 10, wenn das oben beschriebene Verfahren zum Erhitzen unter Berücksichtigung des in Fig. 4 dargestellten Aufbaus angewendet wird. Wenn die einzelnen Röhren expandieren, dringt die Luft oder andere Gase, die in den Zwischenräumen verblieben sind, durch die Perforationen in den Platten 26 und 30 nach außen. Wenn es gewünscht wird, brauchen die Platten 26 und 30 nicht mit Löchern versehen zu sein, und der-Aufbau kann während des Erhitzens unter Vakuum gesetzt werden, wodurch die Entfernung der Luft, die sich in den Zwisiienräumen der Röhren befindet, begünstigt wird.

Das Erhitzen der mit dünnen Wandungen versehenen Röhren bringt sie in einen engen Kontakt zueinander und läßt sie die Zwischenräume zwischen den Röhren in einem größeren oder geringeren Ausmaß ausfüllen, in idealer Weise bis zu einem Ausmaß,

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daß die Zwischenräume zwischen den Röhren und zwischen den Röhren und den Wandungen der Einfassung und der Nabe im wesentlichen vollständig gefüllt werden. In diesem Fall werden die entstehenden Röhren im wesentlichen hexagonal. Die Glasröhren schmelzen zusammen, wenn sie sich in Kontakt befinden. Neben dem Zusammenschmelzen erfahren sie während der Hitzebehandlung auch eine Kristallisationskeimbildung. Das Erhitzen der Struktur wird für eine ausreichende Zeit fortgesetzt, damit die Glasröhren zu einem zumindest teilve.se kristallinen Material, das allgemein als Glaskeramik bezeichnet wird, in situ auskristallisieren.

In einer Ausfuhrungsform werden die Einfassung und die Nabe bevorzugt aus den Materialien und durch das Verfahren gebildet, die hiernach beschrieben und in den Figuren 10, und 12 dargestellt sind. Die Einfassung und die Nabe sollten einen durchschnittlichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, der mit dem des Matrixmaterials vergleichbar ist. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Einfassung und die Nabe ebenfalls aus gebündelten thermisch kridtallisierbaren Glasstäben hergestellt, zwischen denen

Glasmasse sich eine thermisch kristallisierbare - befindet, die zu einem glaskeramischen Material auskristallisieren kann, welches physikalische Eigenschaften - einschließlich thermische Expansions- und Kontraktionseigenschaften - aufweist, die sehr nahe bei denjenigen der kristallinien Matrix liegen, die die geschmolzenen thermisch kristallisierten

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Röhren umfaßt, und gewöhnlich mit diesen übereinstimmen.

Nachdem der Aufbau 25 thermisch auskristallisiert ist und gewöhnlich nach der Abkühlung auf Raumtemperatur, können die äußeren Flächenbereiche des Aufbaus entfernt werden, indem sie mit einer Diamantsäge in der durch die Linien A in Pig. 4 angezeigten Richtung abgesägt werden. Auf diese Weise wird ein Aufbau einer vorbestimmten Dicke erhalten, wobei alle zusammengeschmolzenen Röhren nun offene Kanäle besitzen, da beide verschlossenen Enden jeder Röhre weggeschnitten worden sind.

In dem Verfahren dieser Ausfuhrungsform der Erfindung werden die Enden 22' der Röhren 22 in geeigneter Weise verschlossen, z.B. durch eine Flamme, entweder vor, danach oder während des Bündeins der Röhren. Normalerweise werden die Röhren in einer gasförmigen Umgebung verschlossen, um das umgebende Gas bei dem vorhersehenden Druck in die Tuben einzuschließen. Während' des die Schmelzverbindung bewirkenden Erhitzens expandiert das Gas in jader Röhre, so daß auf diese Weise ein Zusammenbrechen der Röhren verhindert und der enge Kontakt und .die Fusion derselben gefördert wird. Bei den in dieser Erfindung verwendeten Röhren mit dünnen Wandüngen verursacht die Expansion des eingegangenen Gases ein Aufblähen oder Expandieren der Röhren.

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In einer Ausführung wird die Expansion bewerkstelligt bis der Raum zwischen angrenzenden Röhren im wesentlichen gefüllt ist. V/enn die Röhren gebündelt sind, so daß jede Röhre in Kontakt mit sechs angrenzenden Röhren steht, wie in Fig. 5 gezeigt, werden sie zu einer im wesentlichen hexagonalen Form umgewandelt und sehen die in Fig. 6 gezeigte ilatrixstruktur vor. Die Expansion der Röhren kann kurz vor der völligen hexagonalen Entwicklung gestoppt werden, denn der Druck von Wand zu Wand,der bereits durch eine minimale Expansion der Röhren ausgeübt wird, erweist sich als wirksam, um Verbindungen von Röhre zu Röhre zu bilden, die ausreichend zäh sind, um das ganze Aggregat in eine integrale, einheitliche Struktur mit guten mechanischen Eigenschaften zusammenzufügen. Im Gegensatz dazu brechen offene Röhren ohne einen auf jede Röhre ausgeübten Innendruck zusammen oder werden unter dem Einfluß der Schwerkraft deformiert, wenn hohe Temperaturen das Glas ausreichend erweichen, um eine Verbindung von Röhre zu Röhre zu ermöglichen.

Die bei dem Praktizieren der gewöhnlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Röhren besitzen Innendurchmesser/Wanddicken-Vahältnisse von mindestens 6; wesentlich geringere Innendurchmesser/Wanddicken-Verhältnisse können eine relative Unwirksamkeit des Verfahrens, die Röhren in eine gute Schmelzverbindung zu bringen, bewirken, wenn ein Temperaturbereich verwendet wird, der auch effektiv ist, um die Keimbildung und Auskristallisation der Glasröhren zu einem glaskeramischen Material während des Expansions- und

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Fusions-Heizzyklus durchzuführen. In einer jetzt bevorzugten Aus führungs form der " Erfindung beträgt das Verhältnis des inneren Durchmessers zu der Wanddicke der thermisch kristallisierbaren Glasröhren mindestens 7_a2, wenn Röhren mit solchen Durchmesser/Wanddieken-Verhältnissen verwendet werden, wird die einheitliche Struktur der Erfindung erreichjtwprin der offene Frontal- oder Querschnittsbereich der resultierenden Hatrixstruktur mindestens 60% beträgt und in einem Bereich von 85% oder mehr liegen kann.

In den gewöhnlich bevorzugten Ausführungen beträgt der maximale Innendurchmesser der Röhren etwa 2,54 ram, während de Wanddicke in einem Bereich von 0,025 bis 0,038 mm liegt. Jedoch können auch Röhren von einem größeren Innendurchmesser bis hinauf zu 6,35 mm oder sogar 25,4 mm verwendet werden, solange wie das Wanddicken/Innendurchmesser-Verhältnis gehiten wird.

Gewöhnlich werden runde, thermisch kristallisierbare Glasröhren verwendet, um die erfindungsgemäße Matrixstruktur zu bilden. Das Ziehen von runden Glasröhren auf geregelte Dimensionen gehört zum Stand der Technik.

Während die zusammengesetzten Röhren 22 bereits mit einer geringfügigen Expansion und Umgestaltung der Röhren.mitteIs Verschmelzen verbunden werden können, wird es für die meisten

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Anwendungszwecke vorgezogen, daß die Röhren expandieren und in eine im wesentlichen hexagonale Gestalt umgeformt werden während der Schmelzverbindung. Es wird ein größerer Druck von Röhre zu Röhre erzeugt, der eine perfektere Fusion jeder Röhre mit den sie umgebenden Röhren verursacht und den Kontaktbereich von Röhre zu Röhre ansteigen läßt von einem im wesentlichen tangentialen Kontakt mit den angrenzenden Röhren zu einem im wesentlichen vollen Kontakt mit einer Verbindung des ganzen Umfangs der Röhren. Da des weiteren der üreiecksförmige Ram zwischen einer jeden Anordnung von drei angrenzenden Röhren (siehe Fig. 5) durch die Expansion und Umwandlung reduziert wird, ^_st der Druckabfall im Endprodukt durch die wabenförmige Struktur geringer als bei einer Struktur, in der die Röhren im Endprodukt rund sind. Je geringer die Wandstärke bei einer gegebenen Zusammensetzung und je größer das Verhältnis des Innendurchmessers zu einer solchen Wandstärke ist, desto schneller kann die Röhre zu einer im wesentlichen hexagonalen Röhre bei einer gegebenen Temperatur expandieren.

Eine Matrix kann verstärkt werden, indem man eine feinverteilte, thermisch kristallisierbare Glasmasse oder ein anderes sinterfähiges keramisches Material zwischen die einzelnen verbundenen Matrix-bildenden Glasröhren setzt, vor der thermischen Überführung der Röhren in ein glaskeraraisches Material. Darauf werden die thermisch kristallisier-

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bare Glasmasse oder das andere sinterfähige Material und die einzelnen Röhren zur Verbindung einer ,thermischen Behandlung unterworfen, die aufeinanderfolgende Keimbildungsund Kristallisationsschritte umfaßt, um gleichzeitig die Röhren und die Glasmasse in gering expandierende glaskeramische Materialien zu überführen, die im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften besitzen. Während dieses zur Verbindung führenden thermischen Verfahrens vereinigen sich die in den geschlossenen Röhren erzeugten Innendrücke und das thermische Sintern der Glasmasse, um die Zusammenstellung der Röhren und der Glasmasse zu einer einzigen Masse zu verfestigen und zu integrieren. Nachdem die Keimbildungs- und Kristallisationsschritte ausgeführt worden sind, können die Enden der Röhren abgeschliffen oder abgeschnitten werden, um eine Durchflußmatrix durch die nunmehr offenen Enden der Röhre vorzusehen. Die geschmolzene und umgewandelte Glasmasse wird zwischen die abgeschliffenen oder abgeschnittenen offenen Enden der Röhren gesetzt und dient dazu, um die Enden der Röhren zu verstärken und eine zusätzliche, verschleißfeste Oberfläche für die Matrixzusammensetzung zu bilden.

Wie es in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist, ist jede der Glasröhren 22 mit einer sinterfähigen Glasmasse bedeckt. Die Glasmasse 19, die in den Zwischenräumen zwischen den Röhren angeordnet ist, wird einem wesentlichen Druck ausgesetzt der durch die Expansion der Röhrenwandungen erzeugt wird. Als Ergebnis werden die Glasmasse und die Röhren ge-

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sintert und in eine integrale, kohärente Matrixstruktur zusammengeschmolzen, während die thermische Behandlung und spätere Stadien der Erhitzung das thermisch kristallisierbare Glas in ein glaskeramisches Material überführen. Die Seite mit den offenen Enden eina? Matrix, die durch die in Fig. 7 und 8 gezeigten Röhrenbündel gebildet wird, ist in Pig. 9 gezeigt. Die Röhrenwandungen in Fig. 9 werden durch eine andere Röhrenwandung oder durch die gesinterte Glasmasse in den Zwischenräumen gestützt.

Wendet man sich nun den Figuren 10, 11 und 12 zu, so erkennt man ein Gerät und ein Verfahren zum Herstellen des gering expandierenden keramischen Baumaterials dieser Erfindung in Form einer Einfassung 10 a und einer Nabe 20a, die zur Verbindung mit der Matrix, die aus den in den Figuren 1 bis *J dargestellten Röhren 22 hergestellt ist, thermisch behandelt werden.

Wie in Fig. 10 gezeigt, ist das allgemein nit Il bezeichnete Gerät im wesentlichen mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät identisch. In diesem Fall sollen jedoch die Einfassung 10a und die Nabe 20a aus einem einheitlichen keramischen Material mit geringer Ausdehnung hergestellt werden, um die Einfassung 10 und die Nabe 20 der Fig. 1 zu ersetzen.

Eine äußere Einfassungsform 10 b und eine innere Einfassungsform 10c sind abnehmbar an der Frontplatte 12 mittels geeigne·

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" ²³- 2253504

ter Befestigungsmittel befestigt, wie sie mit I¹J in Fig.l bezeichnet sind. Die Einfassungsformen 10b und 10c sind im Abstand zueinander befestigt, um einen Formhohlraum zu bilden, inbem eine Einfassung 10 a entstehen kann.

In ähnlicher Weise sind eine äußere Nabenform 20b und eine innere Nabenform 20c abnehmbar mittels Befestigungsmittel lh und einem Befestigungselement 21 an der Frontplatte angebracht. Die äußere und die innere Nabenform 20b, 20c sind im Abstand zueinander befestigt, um einen Formhohlraum zu bilden, infclem eine Nabe 20 a entstehen kann.

Eine Vielzahl von festen, dünnen, axial ausgedehnten Stäben 52 aus einem thermisch kristallisierbaren glaskeramischen Material wird dann eng in den Formhohlräumen zusammengepackt, um die Konfiguration einer Einfassung und einer Nabe zu bilden. Die Stäbe sind zueinander und zu den Wandungen ihrer Formhohlräume parallel angeordnet; die Stäbe in der Einfassungskonfiguration sind parallel zu denjenigen in der Na'benkonfiguration angeordnet.

Ein sinterfähiges keramisches Material 59 und gewöhnlich vorzugsweise eine thermisch kristallisierbare Glasmasse wird in die Zwischenräume zwischen den Stäben 52 eingebracht, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Das Einbringen der

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Glasmasse 59 kann durchgeführt werden, indem man ein sinterfähiges keramisches Material fein verteilt, eine Mischung des feinen keramischen Materials mit einem flüssigen Bindemittel bildet und die Stäbe damit beschichtet, bevor sie in den Formhohlräumen angeordnet werden. Als Alternative kann das Gemisch auch in einer Schicht oder in Schichten auf den Stäben 59 angebracht werden, nachdem die Stäbe an Ort und Stelle in den Formhohlräumen zusammengepackt sind, und dann in die Zwischenräume eingebracht werden mittels Vibration oder eines Verfahrens mit vermindertem Druck.

Da es oft wünschenswert und wichtig ist, die Glasstäbe 59 so eng wie möglich zusammengepackt zu haben, so daß sich jeder StS) in Kontakt mit sechs anderen Stäben befindet, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ist die Vorrichtung 11 mit einem Vibrator 13 versehen, der die Frontplatte 12, die Einfassungsformen 10b und 10c und die Nabenformen 20b und 20c zum Vibrieren bringt. Diese Vibration wird der Vielzahl von Stäben 59 in den Einfassungs- und Nabenformhohlräumen aufgezwungen, wodurch eine engere Packung der Stäbe erreicht wird, wenn sie auf die Stäbe gesetzt werden, die bereits zusammengepackt sind. Es ist klar, daß die Formhohlräume nicht manuell bepackt zu werden brauchen, sondern durch andae Verfahren bepacktwerden können, wobei dies eine typische Darstellung ist, wie Stäbe mit einem in den Zwischenräumen befindlichen sinterfähigen keramischen Material in eine gewünschte Konfiguration gebündelt wercöi.

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In jedem Pall sollte die auf die Glasstäbe aufgebrachte Vibration ausreichen, um eine dichte, enge Packung der Stäbe in den Formhohlräumen zu sichern, so daß jeder Stab von sechs anderen Stäben umgeben ist. Das ■Vibrationsverfahren zur Packung der Stäbe ist auch dann vorteilhaft, wenn die Stäbe mit der breiförmigen Glasmasse vorbeschichtet sind. Die breiförmige Glasmasse befindet sich in einer Schicht auf der Oberfläche der vorbeschichteten einzelnen Stäbe, die eine im wesentlichen einheitliche Stärke aufweist. Wenn die Stäbe in den Formhohlräumen angeordnet: und vibriert werden, bewegen sie sich zueinander und bringen ' die vorher aufgebrachte einheitliche Schicht der breiförmigen Glasmasse auf jedem StEb in die Zwischenräume zwischen den Stäben. Wenn man die breiförmige Glasmasse zur richtigen Konsistenz mischt, soll ausreichend viel Glasmasse auf den Staboberflächen aufgetragen werden, damit jeder der Zwischenräume zwischen den Stäben im wesentlichen mit Glasmasse gefüllt wird, welche zu einer festen keramischen Masse gesintert wird, die mit allen . Staboberflächen, die an die Zwischenräume angrenzen, verschmilzt. ■ ■ -

Die gepackten Einfassungs- und Nabenstrukturen läßt man dann aushärten, so daß ein Lösungsbestandteil des flüssigen Bindemittels sich verflüchtigt, und das Bindemittel das eingefügte keramische Material und die Stäbe in eine ein-

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225950Λ

heitliche Masse mit guten Gebrauchseigenschaften "grüner Ware" (green ware) verbindet, bevor sie durch thermische Weiterbehandlung in eine einheitliche keramische Masse übergeführt

Die Formwände 10c und 20b, 20c können aus irgendeinem Material bestehen, das für das Verfahren geeignet ist, das dem Bündeln und dem Verbinden in eine einheitliche "grüne Ware" (green ware) Masse folgt. Die Formwände brauchen nicht aus glaskeramischem oder keramischem Material zu bestehen, wenn es das Ziel ist, ein keramisches Baumaterial mit geringer Ausdehnung in einer gewünschten Konfiguration herzustellen, und nicht gleichzeitig eine Matrix mit der Einfassung oder der Nabe, wie gezeigt, verbunden werden soll. Jedoch sollte die Formwand 10 b aus einem Material hergestellt werden, das während der Hitzebehandlung des kristallisierbaren Glasbauteils keine Risse bildet oder sich wesentlich verformt, z.B. eine vorher auskristallisierte glaskeramische Einfassungsform derasLben Zusammensetzung wie die Röhren und Stäbe. Eine Schicht von Siliziumoxid-Aluminiumoxid-(Fiberfrax 97OJ)-Papier kann zwischen den Formwandungen 10 b und der Zusammenstellung der Glasstäbe und der eingefügten Glasmasse angeordnet werden, um die Entfernung der Form nach der thermischen Weiterbehandlung zu ermöglichen.

Wenn es gewünscht wird, eine Struktur aus einer Matrix, einer Einfassung und einer Nabe herzustellen, die durch thermische

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Behandlung in eine einheitliche keramische Masse übergeführt werden soll, können die Innenform der Einfassung 10c und die Außenform der Habe 20 c weggelassen werden. Der Raum zwishen der Innenwand der aus einem Stabbündel bestehenden Einfassung 10a und der Außenwand der aus einem Stabbündel bestehenden Nabe 20a wird dann mit Röhren 22 in der hiervor beschriebenen Weise unter Bezug auf Fig. 1 aufgäüllt. Ein Teil eines Querschnitts durch solch eine Zusammenstellung ist in Fig. 12 dargestellt.

22

Die Röhren/in Fig. 12 sind mit einer sinterfähigen Glasmasse 19 gezeigt irorden, die in die Zwischenräume zwischen den Röhren eingefügt ist. Eine solche Ausführung wird nunmehr bevorzugt, da in einem sichen Fall die aus der Röhre 22 und der Glasmasse 19 und aus dem Stab 52 und der Glasmasse 59 zusammengefügten Teile sich in ihren Kenndaten

Berücksichtigung

für die Wärmebehandlung unter/der hiervor erwähnten Theorien am wenigsten unterscheiden. Es ist jedoch ebenso verständlich, daß die Verwendung der Röhren 22 ohne eingefügte Glasmasse, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, in Verbindung mit einer aus Stäben und einer Einfassung und/oder aus Stäben- und einer Nabe bestehenden Zusammenstellung, wie sie kurz voiier beschrieben wurde, verbesserte Herstellungs- und Funktionseigenschaften ergibt, da die Einfassung- und Nabenzusammenstellungen viel ähnlicher in ihren Verfahrenseigenschaften sind als die massigen Trägerstrukturen der Vergangenheit .

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Nachdem das Feld zwischen der Nabe und der Einfassung vollgepackt ist, wird das Bauteil, das die Einfassungsformwänd 10b, die Zusammenstellung der Stäbe mit der Einfassung 10a,^f die dicht aneinandergepackten Röhren 22, die Zusammenstellung 20a der Stäbe mit der Nabe und eine Nabenformwand 20b umfaßt, zu dem in Fig. 4 gezeigten Gerät zur Durchführung der Wärmebehandlung geschafft.

Es soll noch bemerkt werden, daß auch zwischen den Röhren und den angrenzenden Stäben 52 Glasmasse eingefügt ist. Diese fördert die Verbindung der stabförmigen Struktur an die angrenzenden Röhren. Sogar in der Ausführungsform, bei der die Glasmasse nicht in die Zwischenräume zwischen angrenzenden Röhren durch den aus Röhren bestehenden Matrixbauteil eingefügt ist, wird sie vorzugsweise zwischen den Stäben und den angrenzenden Röhren der Matrixstruktur verwendet.

■ ■ ■ ■ - it. ■ ■ -

Das Erhitzen der Zusammenstellung läßt dann die Röhren 22 expandieren, so daß sie sich in einem engen Kontakt zueinander befinden und in die Zwischenräume zwischen den Röhren in einem größeren oder geringeren Ausmaß eingreifen, idealerweise in einem Ausmaß, daß die Zwischenräume zwischen den Röhren und zwischen den Röhren und den Wandungen der mit den Stäben verbundenen Einfassüngs- und Nabenbauteile im wesentlichen gefüllt werden, wenn sich keine Glasmasse in den Zwischenräumen befindet. In dem vorliegenden Fall schmelzen die Glasrohre« zusammen, wo- sie -sich in Kontakt befinden, und ,,. - 29 -

3 0 9 8 2 A / 1 0 8 5 £ 8 ίί 0 £

.- 29 -

die in die Zwischenräume zwischen den Röhren eingefügte Glasmasse wird durch die Expansion der Röhrenwandungen zusammengedrückt ,gesintert und verschmilzt !sich selbst und den Röhrenwandungen.

Die Expansion der Röhren setzt auch die gebündelten Stäbe in den Einfassungs- und Nabenbauteilen unter Druck. Die Röhrenexpansion fördert einen engen Kontakt und auf diese Weise das Verbinden oder Verschmelzen der Bauteile. Die Expansion der Röhren 22 fördert die Kompaktion der Glasmasse in den Zwischenräumen zwischen den Stäben während des Sintervorganges oder des Verschmelzens.

Des weiteren Erfahren die Röhren 22, die Glasmasse 19, die Stäbe 52 und die Glasmasse 59 verzugsweise auch eine Keimbildung während der Hitzebehandlung. Das Erhitzen des Bauteils wird daher für eine ausreichende Zeit durchgeführt, um die Röhren, Stäbe und die Glasmasse in situ zu einem zumindest teilweise kristallinen Material, das allgemein als Glaskeramik bezeichnet wird, auskristallisieren zu lassen.

Gut geeignet für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind thenisch kristallisierbare Gläser, die durch Erhitzen in Glaskeramikkörper übergeführt werden können. Unter dem Begriff "Glaskeramik",· wie er hier verwendet wird, ist ein anorganisches, im wesentlichen kristallines oxidisches Keramikmaterial zu verstehen, das von einem amorphen

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anorganischen Glas durch eine in situ durchgeführte räumliche thermische Kristallisation abgeleitet werden kann. Vor der Kristallisation können die thenisch kristallisierbaren Gläsejr zu Röhren und Stäben gezogen werden, wobei die gebräuchlichen Glasverarbeitungstechniken und Ausrüstungen verwendet werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und Produkt können thermisch kristallisierbare Glaszusammensetzungen und Glaskeramiken, die aus der in situ durchgeführten thermischen Kristallisation derselben entstehen, verwendet werden, die in ihrer auskri&allisierten Phase einen Wärmedehnungskoeffizienten in dem Bereich von -18 bis +50 x 10'/⁰C über den Bereich von 0 bis 300 C aufweisen. Normalerweise verwendete Zusammensetzungen sind solche, die Lithiumoxid,

upd Siliziumdioxid
Aluminiumoxid /enthalten, zusammen mit ein oder mehreren keimbildenden Mitteln einschließlich TiOp, ZrOp SnO₂ oder anderen bekannten keimbildenden Mitteln. Im allgemeinen enthalten solche Zusammensetzungen in Gew.-% etwa 64 bis etwa 13 bis 25 Al 0, und etwa 2 bis 6 Li 0, zusammen mit etwa 1,2 bis 4 Gew.-Ϊ keimbildenden Mittel*, die aus einer oder mehreren der Verbindungen TiO₂, ZrO₂ und SnO₂ ausgewählt sind. Vorzugsweise wird gewöhnlich nicht mehr als 2,5 Gew.-% TiO₂ verwendet, da sonst die Kristallisation in nicht gewünschter Weise zu schnell abläuft, um sich mit der völligen Expansion der Röhren während des AusdehnVorgangs im Einklang zu befinden.

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'*'■ ³¹ 22595Ö4

Andere Bestandteile können in geringen Mengen vorhanden sein, wie es gebräuchlich ist, wie z.B. 4 oder 5 Gew.-#.. ZnO, bis zu 3 oder 4 Gew.-# CaQ, bis. zu 8% MgO und. bis., zu 5% BaO, so viel, daß das Silizi.umo.xid + Aluminiumoxid + Lithiumoxid und das (die) keimbildende" _(n) Mittel.., mindestens etwa 85, gewöhnlich 90 Gew.-% der totalen Glasmasse betragen, so daß. die Glaszusammensetzung.,thermisch zu einer Glaskeramik auskristallisieren kann, die den gewünschten niedrigen'Ausdehnungskoeffizienten.von -18 bis + 50 χ 10 /⁰C aufxtfeist. Exemplarische Zusammensetzungen, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren ver- . wendet werden können, sind bekannt und schließen .diejenigen Zusammensetzungen ein, die in den folgenden Patentschriften offenbart werden: US-PS 3 ?80 8I8, GB-PS 1

002 vom 9. Dezember 1968 und die niederländische Patentanmeldung 6 805 259.,

Beispielhafte geeignete Zusammensetzung für die Röhren und Stäbe sind in den fügenden spezifischen Ansätzen der Tabelle I zusammengefaßt. Solche Zusammen Satzungen können auch für das eingefügte keramische Material verwendet werden.

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3 0 9 P 2 4 / 1 ü S 5

	I 73,0 17,65	T a b e	lie	I	2259504
	4,15			Gew.-Ϊ.
Bestandteil	1,7	II 75,8 16,8	III 70,6 19,7	IV 68,6 21,3
SiO2 Al2O3		4,44	3,7	4,0
Li2O	1,6		1,7
ZnO	0,1	1,84	1,7	2,0
TiO2	0,1	1,17	1,5	1,6
ZrO2	0,3	0,55	0,4	0,4
Na2O			0,1
Cl2			0,5	0,3
Sb3O3			0,2	0,2
κ2ο		0,1
P2

MgO 0,1

In jedem Fall werden die aus thermisch kristallisierbarem Glas des Lithiumoxid-Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Typs bestehenden Gläser mit den vorher beschriebenen keimbildenden Mitteln,so wie es vorher beschrieben wurde, zusammengefügt, und die eingepreßten Bündel der verbundenen Röhren (die ein sich unter Wärmeeinwirkung ausdefrcndes Gas oder eine Flüssigkeit enthalten) und Stäbe werden mit irgendeiner geeigneten Geschwindigkeit, so daß die Röhren und Stäbe keiner thermischen Schockwirkung ausgesetzt sind, bis zu einem Temperaturbereich im maximalen keimbildenden Bereich <;e« Glases erhitzt. Der maxi" ilo'keimbil-, dende Bereich kann für alle GIMger -.iureh die allgemein be-

'i 0 9 8 ? /, / 1 Ü Π 6

BAD ORIGINAL

kannten Methoden bestimmt werden.

Für das Verfahren der vorliegenden Erfiüung, wo das Zusammenschließeri durchgeführt oder initiiert wird, während die Keimbildung auftritt, wird es vorgezogen, daß die zusammengefügten Röhren und Stäbe bis in einen Bereich von 10 bis 12O°C über den Glühpukt für eine Stunde oder mehr erhitzt werden. Diese Zeit kann bis auf 10 oder 20 Stunden ausgedehnt werden, sogar längere Zeiten sind nicht schädlich. Während dieser Zeit des Erhitzens in einem solchen Temperaturbereich findet die Keimbildung statt sowie eine Verschmelzung, die durch den Druck gefördert wird, der durch die Expansion des eingeschlossenen Gases oder der Flüssigkeit ausgeübt wird. Danach wird die Temperatur auf eine höhere Temperatur als die des ersten Heizbereiphes gebracht, wobei diese Temperatur mindestens 9^°C überder Temperatur des Glühpunktes liegt oder so hoch wie die endgültige Kristallisationstemperatur (gewöhnlich 982 bis 126O⁰C) liegen kann. Die endgültige Kristallisation kann in irgendeinem solchen Temperaturbereich durchgeführt weilen, der höher liegt als die Keimbiüings-Expansions-Fusions-Temperatur (10 bis 120⁰C über der Temperatur des Glühpunktes) und kann so niedrig sein wie 9<4oC über dem Glühpunkt oder so hoch wie 1260°C oder wie die obere Liquidustemperatur. Wenn die endgültige Kristallisation bei Temperaturen durchgeführt wird, die

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nicht höher als 205 oder 26O°C über dem Glühpunkt liegen, wird das Produkt keine so hohe Temperaturstabilität erhalten, wie sie für die Verwendung im Zusammenhang mit Gasturbinen gewünscht wird, jedoch wird das Produkt aus einem glaskeramischen Material mit dem gewünschten niedrigen Ausdehnungskoeffizienten bestehen.

In jedem Fall findet in dieser zweiten Phase des Erhitzens eine weitere Expansion und der Beginn der Kristallisation statt, auf den die Komplettierung der Kristallisation während fortlaufenden Erhitzens bis auf eine Stufe folgt, bei der das Matrixmaterial einen Ausdehnungskoeffizienten in dem Bereich von -18 bis +5Ox 10 /⁰C über den Bereich 0 bis 300°C besitzt.

Während die Temperatur direkt auf den endgltigen Kristallisationstemperaturbereich mit einer geeigneten Schmelzofenheizgeschwindigkeit in dem Bereich von 0 bis l48°C/h gebracht werden kann, wird es gewöhnlich bevorzugt, daß die Kristallisation langsam von-statten geht, während eine weitere Expansion der Röhren und die gleichzeitig stattfindende Fusion der Röhren und Stäbe bewirkt wird, indem man einen Zwischenschritt zwischen den ersten Keimbildungs- und Fusionstemperaturbereich und der endgültigen Kristallisationstemperatur einlegt, dessen Temperaturbereich von 9^ bis etwa 37O°C_f gewöhnlich von 94 bis 26O°C über dem Glühpunkt des ursprünglichen Glases liegt. Exemplarische Haltezeiten in diesem

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-35- 225950A

Zvii s client) ere ich betragen 1 bis 8 Stunden; danach wird das Bauteil auf die endgültige Kristallisationstemperatur erhitzt, -gewöhnlich auf einen Bereich von etwa 982 bis 126o°C.

Es ist offensichtlich, daß spezifische Wärmebehandlungsinstruktionen nicht für jede thermisch kristallisierbare Glaszusammensetzung gegeben werden können. Wie bekannt ist, haben glaskeramische Materialien keine adäquaten Festigkeiten, wenn sie keine ausreichende Keimbildung erfahren, bevor sich Kristalle mit einer geeigneten Größe bilden können, so daß dem Fachmann, bekannte Routineverfahren angewendet werden, um zu bestimmen, welcher Zeitraum am geeignetsten ist, um eine adäquate Anzahl von Kristallisationszentren oder-Keimen im Glas bei einem Keimbildungstemperaturbereich von 10 bis 12o°C über dem Glühpunkt zu erhalten. .

Man sollte auch die Tatsache berücksichtigen, daß bei einer gewünschten geeigneten Expansion über diejenige hinaus, die notwendig ist, um eine gute Verschmelzung zwischen den Röhren zu erhalten, in anderen Worten, um' ein** geeignete Umformung der Röhren zu erhalten, um ihre Zwischenräume zu füllen, man die Temperatur nicht zu- längsan ansteigen lassen sollte, wenn man vom Keimbildungstemperaturbereich zum Zwischenbereich übergeht, da sonst ein starres Kristallisationsnatzwerk beginnen könnte, sich auszubilden und eine v/eitere Expansion zu-verhindern. Es wurde gefunden,

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3 ü 9 8 2 U / 1

^BAD

daß man einige Zusammensetzungen mit einer Heizgeschwindigkeit von 10 bis 50 F pro Stunde auf diesen Zwischentemperaturbereich erhitzen kann» um noch eine ausreichende Expansion der Röhren zu erhalten, damit die im wesentlichen hexagonalen Durchgänge (bei der Verwendung von runden Röhren in einer dicht aneinandergepackten Struktur) gebildet werden können. Andererseits wurde gefunden, daß einige Zusammensetzungen nicht völlig expandieren, bis eine höhere Heizgeschwindigkeit von dem anfänglichen Keimbildungs-Fusionstemperaturbereich zum Zwischentemperaturbereich verwendet wird, die manchmal in dem Bereich von mindestens 200 bis 300oF/h oder noch höher liegt.

Die Zeitdauer des Erhitzens in dsm endgültigen Kristallisationstemperaturbereich von 982 bis etwa 126O°C liegt in einem Bereich von einer halben Stunde bis auf 5 oder 6 Stunden, obgleich längere Zeiten in keinster Weise schädlich sind. Nachdem die Kristallisation vollständig erfolgt ist, kann die Struktur mit Ofengeschwindigkeit oder an der Luft gekühlt werden, wenn sie eine solch geringe Expansionsfähigkeit besitzt, daß ein thermischer Schock ihr keinen Schaden zufügt.

Nach der gerade beschriebenen Hitzebehandlung kann das Produkt nun gekühlt werden, wobei die verschlossenen Enden der Röhren abgeschnitten oder weggeschliffen werden, damit die Röhren nunmehr unter Atmosphärendruck stehen. Wenn jedoch

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alternativerweise von dem Zwischenschritt zum Kristallisationserhitzen auf einen Temperaturbereich von 94 bis 37O°C über der Glühpunkttemperatur Gebrauch gemacht wird, kann die Hitzebehandlung nach diesem Zwischenschritt un-

oder

terbrochen v/erden und das Material etwas/sogar auf Raumtemperatur gekühlt werden, sowie die Röhrenenden abgeschnitten oder weggeschliffen und dem atmosphärischen Druck geöffnet werden. Danach kann das Bauteil wieder auf den endjiltigen Hitzebehandlungsbereich für die Kristallisation erhitzt werden, wobei eine weitere und die endgültige Kristallisation stattfindet. Des weiteren können, wenn es z.B. für zellulares Material gewünscht wird, beide Röhrenenden oder ein Ende des Produktes geschlossen bleiben.

Wie der Fachmann weiß, können sich die Kristalle der M&rix nach der zweiten Phase der Wärmebehandlung im Beta-Eucryptit- oder Beta-Eucryptit-ähnlichen Stadium befinden, bereits im hohen Maße kristallisiert sein und eine niedrige Ausdehnung besitzen. Die abschließende Hitzebehandlung verursacht eine weitere Kristallisation und die Umformung der Eucryptitähnlichen Kristalle in Beta-Spodumen-oder Beta-Spodumenähnliche Kristalle.

Als wir Versuche unternahmen, um eine integrale Struktur (wie sie z.B. in Fig. 12 gezeigt ifit),'die zum Teil· aus Röhren und zum Teil aus eira? aus Stäben und einer Glasmasse

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bestehenden Struktur zusammengesetzt ist, zum Verbinden

haben wir herausgefunden thermisch zu behandeln, /daß das Verhältnis den Durchmessers der Stäbe zum Außendurchmesser der Röhren nicht größer als 2 : 1 sein sollte, vorzugsweise nicht größer als 1 : 1, wobei sogar gewöhnlich bessere Resultate erhalten v/erden, wenn das Verhältnis nicht größer als 1:2 ist, damit in ausreichendem Maße ähnliche Kristallisationseigenschaften erhalten werden. Auch beim Herstellen einer aus Stäben und einer Glasmasse bestehendenStruktur nach dieser Erfindung, sei es in Verbindung mit der integralen Herstellung einer Röhrenstruktur oder nicht, werden die besten Resultate erzielt, wenn der Durchmesser der längsten Stäbe (Stäbe mit unterschiedlichen Längen können natürlich verwendet werden) nicht größer als etwa 8,3 nun ist, gewöhnlich 5,1 nun. Für die meisten Anwendungszwecke werden Stäbe mit einem Durchmesser von 0,25 mm bis 2,5 mm verwendet.

Wenn man sich Fig. 14 zuwendet, erkent man ein Regeneratorrad 70, bei dem der äußere Rand der Einfassung 71 mit Aussparungen 72 versehen ist. Die Aussparungen in einer Einfassung, die aus Stäben und in den Zwischenräumen eii^lagerter Glasmasse gebildet ist, können hergestellt werden, indem man Einsparungen in den Rand einer ringförmigen Einfassung einarbeitet, da das keramische Baumaterial geringer Ausdehnung, das aus dem Stabbauteil gebildet wurde, eine gute Bearbeitbarkeit aufweist. Wenn man jedoch die

a ο <) π 2 ■■; /1 ο a b

mit ß<*5· sparungen versehene Einfassung aus einem Stabbauteil herstellt, ist es vorteilhaft, eine Form zu verwenden, um die Einfassung in der geiiünschten Gestalt herzustellen.

Die Nabe 75 des Rades 70 besitzt eine achteckig geformte äußere Wand, um anzudeuten, daß auch andersgeformte Naben als die hiervor gezeigten ringförmigen verwendet werden können. Die achteckig oder auf andere Weise nicht ringförmig geformte Wand Jβ kann dazu verwendet werden, über die Ecken des Sechsecks Antriebskräfte auf den mit Röhren versehenen Matrixteil des Rades 70 zu übertragen, viel eher als daß man sich allein auf die verschmelzende Verbindung zwischen einer ringförmigen Nabe und dem ringförmigen Teil einer mit Röhren versehenen Matrix verläßt, die die Nabe enthält. In ähnlicher Weise nimmt die dreieckig geformte öffnung 77 in der Mabe 75 einen dreieckig geformten Antrxebsschafft auf, um die Antriebskraft auf das Rad 70 aufzubringen. Die Aussparungen 72 im Rad 70 äbellen ein Mittel dar, um das Rad 70 über die Einfassung anzutreiben, z. B. bei einer Gasturbine.

Die Figuren 13 und 15 werden in Verbindung mit der Beschreibung von Beispiel II besprochen.

Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Erfindung zu erläutern, ohne sie in irgendeiner Weise zu begrenzen, da Mo dlfSLkat ionen sofort für den Durchs chni ttsf achmann ersiciifelich sind.

30982 4/1085 ,." ^4o "

Beispiel I

Glasstäbe, die mit der Zusammensetzung I aus Tabelle 1 hergestellt wurden, mit einem durchschnittlichen Durchmesser vonO,¹) 57 mm und einer durchschnitt liehen Länge von 8 8>9 mm wurden in Habenformen und Einfassungsformen, die den in Fig. 10 dargestellten ähnlich waren, dicht zusammengepackt, indem Vibration angewendet wurde, wie vorher beschrieben. Die Stäbe wurden vor der ZuSammenstfellung in der Form mit einer breiartigen Masse beschichtet, die aus einer Mischung von pulverisierten Glas einer Masch-enweite -^OO der gleichen Zu-

^eυet^t war sammensetzung in einem Bindemittel zusammen·^ das aus Amylacetat mit 1,2 % nitrocellulose bestand, in einem Verhältnis von 3j5 : 1 bis ?. : 1 (Gewicht) Feststoffe zu Bindemittel.

Nachdem die aus Stäben und Glasmasse bestehenden Bauteile der Nabe und der Einfassung ausgetrocknet sind, no daß sie sich in einem Zuland befinden, wo die Stäbe und die Glasmasse durch den Binder in dem Bindemittel zusammengehalten werden, v/erden die Außenwand der Haben form und die Innenwand der Einfassungsform entfernt, wobei der Bereich zwischen don aus Stäben und Glasmasse bestehenden Haben- und Einfassungsbauteilen, die denjerigen in Fig. 1 gleichen, dicht mit Glasröhren bopackt wird, die an beiden Knden geschlossen und nach Zusammensetzung 1 von Tabelle I hergestellt sind, \<fobei Vibration ;;ngew<ndot wird. Die "uhren haben einen durchschnittlichen Außendurchmesser von 0,7^ mm, einen durch-

3 0 9 8 2 A/108 S

- Ill -

schnittlichen Innendurchmesser von 0,66 mm, eine durchschnittliche Wanddicke von 0,051 mm unci^ct.ürchschnittliche Länge von #8,9 mm. Die Röhren in diesem Beispiel sind nicht mit Glasmasse beschichtet

Die äußere ringförmige Einfassungsformwand, die Einfassung aus Stäben und Glasmasse, die Röhren, die Nabe aus Stäben und Glasmasse und die innere Nabenformwand werden dann in einem Brennofen nach folgendem Schema erhitzt:

Temperatur Zeit oder Geschwindigkeit

Raumtemperatur

bis 482°C 148°C/h

Haltetemperatur „ „. , ■ ■

bei 482°C ■ ² Stunden

482 bis 732°C l48°C/h

Haltetemperatur

bei 732⁰C 2 Stunden

732 bis 1148⁰C l48°C/h

Haltetemperatur

bei 1148⁰C 6 Stunden 1148 bis Raumtemperatur l48°C/h

Die obige Hitzebehandlung läßt die Röhren, die Stäbe und die zwischen den Stäben befindliche Glasmasse in eine integrale glaskeramischo Hatrixstruktur, die; eine integrale Habe und Einfassung aufweist, expandieren, sich verbinden und thermisch in situ auskristallisieren. Die» Röhronenden

~ 42 - "

3 0 9 ü 2 W 1 0 Ο 5 ^BAD

können abgeschnitten oder weggeschliffen werden, um eine Matrixstruktur mit offenen Enden vorzusehen, die als Regeneratorrad verwendet v/erden kann.

Das für die srtige Masse verwendete Rindemittel ist nur beispielhaft und wurde ausgewählt wegen der von dem AmyLacetatlöser für die Ilitrozellulose gelieferten Eigenschafteneiner guten anfänglichen Trocknungsgesehwindigkeit und wegen der Fühiglcit der liitrozellulose, die GlasmassonpartikeL zusammenzubinden, um die Gebrauchseigenschaften guter grüner Ware (green ware) su schaffen.

Beispiel II

Ein thermisch kristalLisierbrires Glas, das die oxidische Zusammensetzung I der Tabelle I und eine (Vlühpunktterrperatur von etwa 7O4°C aufwies, wurde dosiert, geschmolzen und Ln Glasstäbe, Röhren und Granulat geformt.

Die Röhren besaßen einen durchschnittlichen Innendurchmesser von 0,63 mm und eine durchschnittliche Wanddicke von O,O't mm, während die Stäbe einen durchschnittlichen 'Durchmesser von O,'l6 nun aufwiesen. Die pulverisierte niasmasss wurde einer -'1OO ilaschenweite zugeordnet. Die durchschnittliche Lan :6 der Stäbe und ler Röhren betru?: 8°),') mw. Die Röhren wurden durch Hitzeeinwirkung ?>n jedem Ende verschLossen, v/obei Luft ehgeschLossen wurde.

3 0 9 8 2 4/ 1 Ü η ¹J

BAD ORIGINAL

- ΪΙ3 -

Elf nicht gebrannte, grüne (green) Ansätze wurden in der
Form von Kreissegmenten gebildet, wie es mit 8l in Fig.13
gezeigt ist ₃ indem in aufgeteilte Tonformen, die mit Plastikfolien ausgelegt xuaren, dicht aneinandergepackte Stäbe eingesetzt xiurden, die bereits vorher mit der Glasmasse
mit der Maschenv-eite -¹IOO in einem Binder-Löser-Gemiseh
von 1,2 % Nitrozclluloselosung in Allylacetat in einem Verhältnis von 2,25 Gew.-Teilen Glaspulver zu einem Gewichtsteil Loser-Binder-Gemisch beschichtet wurden. Die Ansätze trockneten durch die Verfluchung des Amy I acetates, wobei kohärente, grüne (green) Ansätze zur Verwendung in dem
hiernach beschriebenen Bauteil surückblieben. In· ähnlicher ;ieioe wurde eine ringförmige zentrale Nabe aus grünen
öt'iben und Glasmasse bestehend rdt einem Durchmesser von
101,3 mm in einer ringförmigen Tonform hergestellt.

fjB wurde eine ringförmige; Einfassung aus gesintertem feuerfesten Siliciumdioxid hergestellt, die der mit 82 in Fig. be33iciHKTten .f.^:hrJich war. Die Einfassung besaß einen Innendurchmesser vcn ^l\3_s2 cm und hatte eine Wanddicke von angenähert 10.15 er: und. eine Dicke oder Höhe_von 10,15 cm. Die Linfassur.™ wurde¹- auf eine mit einem Vibrator ausgerüstete
Platte ähnlich tier in Fig. 1 dargestellten gestellt. Unter die lanfaGEunr vurden in gleichen Abständen Stahlstäbe mit ■iiner an -enähert on Dicke von 3,13 nn, einer Breit G von
^£:₃O7 du und einer Länge von 20-,* ein gestellt.. Die Stäbe

3 0 9 8 2 A / 1 D 8 5 ■ " ^ßAD

erstreckten sich von außerhalb des Einfassungsrandes radial auf den Mittelpunkt der gesinterten Siliziumdioxidform zu. Ein Ansatz wurde mit Wachs an jeden der Stäbe gekittet, mit der flachen Seite näherungsweise 12,7 mm vom Rand der Siliziumdioxidform. In ähnlicher Weise wurde der grüne Nabenbauteil,mit 83 in Fig. 13 bezeichnet, mit einem 3aagen, 3»18 mm/50,8mm-Stab verkittet, der unterhalb der Siliziumdioxidform über einen Durchmesser derselben angeordnet war und sich in Richtung außerhalb des Formrande β erstreckte. Die innere Oberfläche der Siliziumdioxidform war mit Quarzglasgewebe bedeckt. Danach wurden verschlossene Röhren, die mit dersäben pulverisierten breiartigen Glasmasse beschichtet waren, in den verbleibenden Raum in der Siliziumdioxidform gepackt, wobei intermittierend Vibration und Addition von weiteren Röhren erfolgte, bis eine eng gepackte Struktur erhalten wurde. Danach wurden alle Enden der Metallstäbe erhitzt, so daß sich die Hitze über die Längen der Metallstäbe ausbreitete und das Wachs auf diese Wfeise geschmolzen wurde. Danach wurden die gesamten Stäbe entfernt. Daraufhin wurden die Ansätze und die Nabe auf das Niveau der Trägerplattenfläche herabgezogen, das mit den Röhrenende übereinstimmte. Die ebenfalls durch dB Stäbe blockierten Röhren wurden natürlich auch auf das Niveau der Platte heruntergezogen. Das Bauteil wurde zur Verflüchtigung des Amylacetats der Trocknung ausgesetzt, danach in einen Schmelzofen gebracht und nach dem folgenden Schema hitzebehandelt;

- H5 -

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■ - ⁴⁵ - 225950A

Heizgeschwindigkeit	bis	Temperatur
°F/h	bis	0C
50	bis	482 ..
50	bis	649
20 l	bis	704
5	bis	746
5 :	bis	760
10	bis	926 .
5 -'.'■ ;; ".	bis	940
10	982
50	649

Haltezeit für bei der bezeichneten Temperatur

" 0 0 24 ^! 0 0 24 , 6 .■;■,.: ⁰ "

abgekühlt mit Ofengeschwindigkeit auf Raumtemperatur

Bis zu diesem Punkt war die Struktur integral zusammengebunden, auskristallisiert und geringfügig in der Siliziumdioxidforra, die entfernt wurde, geschrumpft. Es wurden auch beide Seiten der Struktur behandelt, damit zwei flache Oberflächen entstanden, bei denen alle Röhren offen waren, wonach eine Gesamt dicke der Struktur von etwa 7V12 mm \erblieb.

Die kristalline glaskeramische Struktur wurde wiederum in den Schmelzofen gesetzt und einer Hitzebehandlung nach folgendem Schema unterworfen ί

-46-

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" ^nb ~ 22595(K

Heizgeschwindigkeit Temperatur Haltezeit bei der be-

o„ zeichneten Temperatur

bis 982 0

50 bis 11*18 6

50 bis 926 0

bis auf Raumtemperatur,

wodurch auf diese Weise die endgültige, hitzebehandelte glaskeramische Struktur hergestellt wurde. Diese Struktur wurde auf der Außenseite behandelt, um einen Kreis von etwa 39,4 cm zu bilden, wobei auf diese Weise der äußere Teil der Rühren und ein äußerer Teil der Ansätze entfernt wurde. Die Dicke der Ansätze in radialer Richtung betrug etwa 25,¹J bis 6,35 nun. Schließlich wurde in der Nabe ein zentrales Loch gebohrt.

Der fertige glaskeramische Regenerator besaß einen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -8 χ 10~'/°C über den Bereich O bis 30O⁰C und etwa -2,7 x 10"? über den Bereich O bis 70O⁰C. Ber mit den Röhren versehene Bereich des Regenerators besaß einen freien offenen Querschnittabereich von etwa 65!*. Die allgemeine Konfiguration des fertigen Regeneratorrades ist in Fig. 15 dargestellt. Schließlich wurden becherförmige Vertiefungen (nicht gezeigt) in die peripheren Bereiche eines jeden Ansatzes zur Aufnahme von Haltevorrichtungen für den Antriebsmechanismus eingearbeitet.

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Für viele Anwendungszwecke, besonders wenn die Matrix als ein Wärmeaustauscher verwendet wird, wird eine gegen Hitze thermische Schocks resistente Matrix mit einer geringen Ausdehnung gefordert. Wenn sie z.B. als Regenerator in aher Gasturbine verwendet wird, kann heißes Gas von der Turbine durch eine rotierende mit offenen Enden versehene Matrix in einer Richtung hindurchgeschickt worden, während kalte, einfließende Luft durch die Matrix in der entgegengesetzten Richtung durchgeschickfc wird und dabei die Wärme aus den Matrixdurchgängen aufnimmt. ■ .

Deshalb werden in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung thermisch kristallisierbare Glaszusammensetzungen für die Röhren verwendet, die in ihrem kristallisierten Zustand ' - -.

1.) im wesentlichen eine Porosität von 0$ aufweisen, 2.) im wesentlichen aus einem anorganischen kristallinen

oxidischen keramischen Material bestehen, 3.) einen durchschnittlichen linearen Wärmeausdehnungs- ·: koeffizienten von etwa -12 bis +12 χ 10~^/°C in einem Bereich O bis 30O⁰C und vorzugsweise einen .Koeffizienten von etwa -5 bis +5 x .10 /⁰C in einem ^v Bereich 0 bis 300° C besitzen und - .

4.) eine geringere Wärmeleitfähigkeit als 0,,Ol cäl/cm/sec/ em²/⁰C bei 1»OO°C aufweisen.

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Wenn die Matrixröhren einen solchen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, wird es auch vorgezogen, daß der Expansionskoeffizient der Stäbe und des eingesetzten Glasmassenmaterials auch in dem -10 bis +12 (vorzugsweise -5 bis +5) χ 10*'/°C-Bereich über dem Temperaturbereich 0 bis 300⁰C liegt.

Unter dem hier verwendeten Begriff "Glaskeramik" ist ein anorganisches kristallines oxidisches keramisches Material zu verstehen, das eine Vielzahl von extrem kleinen anorganisch-en oxidischen Kristallen in ungeregelter Orientierung durch die Masse des Materials aufweist, wobei das glaskeramische Material durch thermische, raumförmige Kristallisation eines Glases in situ erfolgt.

Der auch hier verwendete Begriff "Innendurchmesser" bezieht steh auf die kürzeste/ Entfernung durch den Mittelpunkt der Röhre oder des Durchgangs von einer Innenwand zu der gegenüberliegenden Innenwand. Diese Entfernung ist natürlch für alle Kreisdurchmesser die gleiche, aber z.B. für ein Sechseck ist der hier verwendete"Durchmesser" die Strecke einer geraden Linie durch den Mittelpunkt des Sechsecks und senkrecht zu dessen gegenüberliegenden Seitenwänden.

Während de fundamentalen neuartigen Merkmale der Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen gezeigt, beschrieben und ausgewiesen wurden, wird der Fachmann festgestellt haben, daß verschiedene Änderungen, ubstitutionen,

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Auslassungen und Modifikationen in den beschriebenen Verfahren und Strukturen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist z.B. nicht nur auf thermisch kristallisierbare Gläser und Glasmassen, die thermisch in glaskeramische Materialien und kristalline Strukturen überführbar sind, welche einen durchschnittlichen linearen Ausdehnungskoeffizient von -18 bis +50 χ 1(T?/^OC über dem Bereich von 0 bis 300⁰C haben, anwendbar , sondern auch auf die Verwendung von Gläsern und Glasmassen, die zu Strukturen mit höheren Ausdehnungskoeffizienten auskristallisieren, wie z.B. bis hinauf zu 200 χ 10~^/°C. Daher bleiben die Prinzipien der Erfindung und das gelöste Problem dieselben für fertige Strukturen mit höheren Ausdehnungskoeffizienten.

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Claims (1)

1. Patentansprüche : ■- ;"■ :■■■.■;.■■/; :■.. . .■: ■. \

   1. Verfahren zum Herstellen einer integralen, kohärenten keramischen Struktur, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   a) das enge Aneinanderpacken einer Vielzahl von einzelnen axial ausgedehnten Glasstäben, die thermisch kristallisierbar sind in ein glaskeraniscb.es Material, mit ihren Achsen parallel in eine gewünschte Struk' ur, wobei zwischen die einzelnen Stäbe ein sinterfähiges keramisches Material in einer besonderen Form eingefügt ist, das im wesentlichen die gleichen tfärmedehnungseigenschaften wie das keramische Material der einzelnen Stäbe besitzt, wenn beide einer thermischen Behandlung unterzogen werden, die die Glasstäbe in Glaskeramik überführt, und

   b) das thermische Behandeln der Stäbe und des eingefügten keramischen Materials, damit sie sich verbinden, um beide zu sintern und zu einer integralen keramischen Masse zu verschmelzen, und die Fortführung des Erhitzens, um die thermisch kristallisierbaren Glasstäbe in ein kristallines glaskeramisches Material auskristallisieren zu lassen.

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   2. Verfahren zum Herstellen einer integralen, kohärenten keramischen Struktur nach Anspruch I₉ gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: .

   a) das Bündeln einer Vielzahl von . länglichen Stäben zu einer gewünschten Konfiguration, die aus einem Glas hergestellt sind, das thermisch in ein glaskeramisches Material auskristallisierbar ist, wobei jeder der Stäbe im wesentlichen parallel zu den anderen Stäben im BÜndel ist, und in den Zwischenräumen zwischen den gebündelten Stäben ein besondens Glas vorgesehen ist, das ebenfalls auskristallisierbar ist in eine Glaskeramik mit geringer Ausdehnungsfähigkeit, wobei das besondere Glas im wesentlichen die gleichen thermischen Ausdehnungseigenschaften besitzt wie die Glasstäbe, wenn beide thermisch zu einer Glaskeramik kristallisieren, und

   b) das Aussetzen des Stabbündels mit dem in den Zwischenräumen angeordneten besonderen Glas einer Temperatur, die ausreicht, um die Stäbe und das in den Zwischenräumen befindliche Glas zu erweichen und sie in eine integrale, kohärente Struktur zu verschmelzen, und die Fortführung des Erhitzens, um die Struktur in eine kristalline glaskeramische Struktur umzuwandeln.

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   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die Erwächungstemperatur über der Glühpunkttemperatur der Stäbe und des in den Zwischenräumen befindlihen Glases liegt und sich in einem Temperaturbereich befindet, in dem die Stäbe und das in den Zwischenräumen befindliche Glas während des Verschmelzens oder Verbindens Keime bilden, und daß es weiterhin einschließt,

   b) das weitere Erhitzen der Stäbe und des in den Zwischenräumen befindlichen Glases danach auf eine zweite Temperatur, die höher als die Ervaahungs- und Keimbildungstemperatur ist, um die Auskristallisation der Stäbe und des in den Zwischenräumen befindlichen Glases in eine integral zusammengeschmolzene glaskeramische Struktur zu bewirken.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Herstellung eines glaskeramischen Baumaterials mit geringer Ausdehnungsfähigkeit, das einen durchschnittlichen linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -18 bis+15 x 1O~'/°C über den Bereich O bis 300 C besitzt, und durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist a) das Bündeln einer Vielzahl von länglichen Stäben in eine gewünschte Konfiguration, die aus Glas hergestellt sind, das zu einer gering expansionsfähigen Glaskeramik

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   thermisch auskristallisierbar ist, wobei es e±en linearen • Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -18 bis +50 xlO"'/°C über den Bereich 0 bis 300⁰C aufweist, und jeder der Stäbe im wesentlichen parallel zu den anderen Stäben in der Packung liegt, '

   b) das Vorsehen einer zusätzlichen Glasmasse in den Zwischenräumen zwischen den gebündelten Stäben, die ebenfalls in eine gering expansionsfähige Glaskeramik thermisch auskristallisierbar ist, mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -18 bis +50 χ 10~'/°C über den Bereich 0 bis 300⁰C,

   c) das Zusammenhalten des Stabbündels gegen Bewegung aus der gewünschten Konfiguration heraus,

   d) das Aussetzen des zusammengehaltenen Stabbündels und der in den Zwischenräumen angeordneten zusätzlichen Glasmasse einer Temperatur, die ausreicht, um die Stäbe und die in den Zwischenräumen befindliche Glasmasse zu erweichen und dadurch die Verschmelzung der Stäbe untereinander und mit dem in den Zwischenräumen befindlichen Glas zu bewerkstelligen, wobei die Temperatur in einem Bereich von 10 bis 120 ⁰C über dem Glühpiikt der Stäbe und des in den Zwischenräumen befindlichen Glases liegt, und Stäbe und Glas während der Verschmelzung in diesem Temperaturbereich Keime bilden,

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   e) das Erhitzen der Stäbe zum Verbinden mit der in den Zwischenräumen angeordneten Glasmasse danach auf eine höhere Temperatur als die Temperatur in Schritt d), die in dem Bereich von 94 bis 26O°C über dem ursprünglichen Glühpunkt liegt, und

   f) schließlich das Erhitzen der zusammengeschmolzenen strukturellen Masse auf einen Temperaturbereich von 982 bis 126O°C, um dadurch die Kristallisation zu einem glaskeramischen Material zu vervollständigen, das eine Expansionsfähigkeit in dem vorher erwähnten Bereich aufweist.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Vorsehens einer zusätzlichen Glasmasse in den Zwischenräumen zwischen den Stäben durchgeführt wird, indem eine pulverisierte Glasmasse in ein flüssiges Bindemittel gemischt und die äußeren Flächen der Stäbe damit beschichtet werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Vorsehene einer zusätzlichen Glasmasse in den Zwischenräumen zwischen den Stäben ausgeführt wird, in-dem die zusätzliche Glasmasse feinverteilt und zwischen den Stäben im Bündel eingebracht wird.

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   7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche lineare Wärmedehnungskoeffizient für die thermisch auskristallisierten Stäbe, das thermisch auskristallisierte in den Zwischenräumen befindliche Glas und die strukturelle Masse etwa -12 bis +12 χ 1O~V°C über den Bereich O bis 300° C beträgt.

   8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche lineare Wärmedehnungskoeffizient für die thermisch auskristallisierten Stäbe, das thermisch auskristailisierte in den Zwischenräumen befindliche Glas und die strukturelle Masse etwa -5 bis +5 x Io '/⁰C über den Bereich 0 bis 300⁰C beträgt.

   9. Eine gering expansionsfähige, integrale, kohärente glaskeramische Struktur, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von angrenzenden, axial ausge4ehtften "glaskeramischen Stäben, die mit ihren Achsen im wesentlichen parallel liegen,und eine gesinterte und kristallisierte glaskeramische Masse, die in die Zwischenräume zwischen die Stäbe eingefügt und mit den Stäben verbunden ist, um eine integrale glaskeramische Masse zu bilden, wobei sowohl die Stäbe als auch das eingefügte glaskeramische Material im wesentlichen den gleichen linearen Wärmedehnungskoeffizienten über den Bereich 0 bis 300⁰C aufweisen.

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   10. Integrales, kohärentes keramisches Baumaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) eine Vielzahl von einzelnen angrenzenden axial ausgedehnten glaskeramischen Stäben mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet ist, und

   b) zusätzliches gesintertes kristallines oxidisches keramisches Material in die Zwischenräume zwischen den Stäben eingefügt und mit den Stäben verbunden ist, um eine integrale Struktur zu bilden, wobei die Stäbe und das zusätzliche gesinterte keramische Material im wesentlichen die gleichen thermischen Expansionseigenschaften aufweisen.

   11. Baumaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe im wesentlichen aus einem glaskeramischen Material bestehen, das einen durchschnittlichen linearen Wärmedeh-

   fm

   nungskoeffizienten von etwa -18 bis+50 χ 10 /⁰C in dem Bereich 0 bis 300⁰C aufweist.

   12. Baumaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe und das in den Zwischenräumen gesinterte keramische Material einen durchschnittlichen linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -12 bis +12 χ 10 /⁰C in dem Bereich 0 bis 300⁰C aufweisen.

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   _ r

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   13. Baumaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe und das in den Zwischenräumen gesinterte ■keramische Material einen durchschnittlichen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -5 bis +5 χ 10 /⁰C in dem Bereich 0 bis 300⁰C aufweisen.

   14. Strukturelle Masse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,01 cal/cm/sec/cm /⁰C aufweist.

   15. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   a) das Bündeln einer Vielzahl von axial ausgedehnten einzelnen Stäben aus einem thermisch kristallisierbaren Glas mit ihren Achsen parallel zueinander in eine gewünschte Struktur, .

   b) das Vorsehen von zusätzlichem sinterfähigem keramischem Material in den Zwischenräumen zwischen den angrenzenden Stäben, wobei das zusätzliche sinterfähigBkeramische Material im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften wie die sinterfähigen keramischen Stäbe aufweist, wenn beide einer thermischen Behandlung unterzogen werden, die die Glasstäbe in Glaskeramik umwandelt, und

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   c) das dichte Aneinanderpacken einer Vielzahl von axial ausgedehnten Röhren, die aus thermisch kristallisLerbarem Glas hergestellt sind, in eine gewünschte Matrixkonfiguration, die mindestens gegen eine Seite der aus den Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur angrenzt, wobei jede der Röhren an jedem Ende geschlossen ist und ein expansionsfähiges gasförmiges oder flüssiges Medium enthält, jede der Röhren im wesentlichen parallel zu den anderen Röhren in der Röhrenpackung liegt, und die Röhren im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften besitzen, wie die Stäbe und da· in den Zwischenräumen zwischen den Stäben befindliche Material, wenn sämtliche Teile der thermischen Behandlung unterzogen worden sind,

   d) das Zusammenhalten der Röhren der Röhrenpackungskonfiguration in ihrer Stellung gegenüber der aus Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur und gegenüber wesentlichen Bewegungen, die in einer Richtung senkrecht zu der parallelen Ausrichtung der Röhren ausgeübt werden, und

   e) das Aussetzen der resultierenden zusammengesetzten Struktur einer Temperatur, die ausreicht, um die Röhren zu erweichen und auf diese Weise das in den Röhren eingeschlossene gasförmige oder flüssige Medium dazu bringt, die Röhren in einen engen Kontakt mit angrenzenden Röhren und der än-

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   grenzenden aus Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur zu führen und dadurch beim Aneinanderbinden der Röhren und an die aus Stäben und der Glasmasse bestehende Struktur zu helfen, und das Portführen des Erhitzens, bis die Stäbe und die Röhren in glaskeramisches Material überführt worden sind.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g&ennzeichnet, daß Stäbe ausgewählt sind, die einen solchen Durchmesser besitzen, der nicht größer ist als der doppelte Außendurchmesser der Röhren.

   17. Verfahren nach Anspruch %, dadurch gekennzeichnet, daß Stäbe ausgewählt sind, die einen Durchmesser besitzen, der nicht größer als der Außendurchmesser der Röhren ist.

   18. Verfahren nach Anpruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Stäbe ausgewählt sind, die einen Durchmesser besitzen, der nicht größer ist als der halbe Außendurchmesser der Röhren.

   19· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   a) das Bündeln einer Vielzahl von einzelnen axial gedehnten Stäben eines thermisch kristallisierbaren Glases in eine

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   Struktur mit ihren Achsen parallel zueinander,

   b) das Vorsehen eines zusätzlichen sinterfähigen keramischen Materials in den Zwischenräumen zwischen angrenzendenStäben, wobei das zusätzliche sinterfähige keramische Material im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften aufweist, wie die sinterfähigen keramischen Stäbe, wenn beide der themschen Behandlung unterzogen werden, die die Glasstäbe in glaskeramisches Material überführt, und

   c) das enge Zusammenpacken einer Vielzahl von axial gedehnten Röhren aus einem thermisch kristallisierbaren Glas in eine Matrixkonfiguration, die mindestens an eine Seite der aus Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur angrenzt, wobei jede Röhre an jedem Ende verschlossen ist, ein expansionsfähiges gasförmiges oder flüssiges Medium enthält und im wesentlichen parallel zu den anderen Röhren in der Röhrenpackung und zu den Stäben in der aus Stäben bestehenden Struktur liegt, wobei die Röhren im wesentlichen die gleichen Wärmedehnungseigenschaften aufweisen wie die Stäbe und das in den Zwischenräumen zwischen den Stäben befindliche Material, wenn alle Teile der thermischen Behandlung unterzogen werden,

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   " ⁶¹ " 2253504 ·

   d) das Zusammenhalten der Röhren in der Röhrenpackungskonfiguration in ihrer Stellung gegenüber der aus Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur und gegenüber wesentlichen Bewegungen, die in einer Richtung-senkrecht zu der parallelen Ausrichtung der Röhren erfolgen, und

   e) das Aussetzen der resultierenden zusammengesetzten Struktur einer Temperatur, die ausreicht, um die Röhren zu erweichen und auf diese Weise das flüssige oder gasförmige in den Röhren eingeschlossene Medium dazu bringt, die Röhren in einen engen Kontakt mit benachbarten Röhren und der benachbarten aus Stäben und der Glasmasse bestehenden Struktur zu führen, und auf diese Weise beim Verbinden der Tuben aneinander und an die aus Stäben und der Glasmasse · bestehenden Struktur zu helfen, und das Portführen des Erhitzens, bis die Stäbe und Röhren in ein glaskeraisches Material übergeführt sind.

   20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahrensschritt e) die glaskeramische Struktur bis auf eine Temperatur unter der Temperatur des Verfahrensschrittes e) gekühlt wird, die Enden der Röhren auf-geschnitten werden, und die Struktur wieder auf einen Temperaturbereich über der höchsten Temperatur in Verfahrensschritt e) erhitzt wird, um dadurch eine weitere und die encgiltige Kristallisation der Struktur zu einer Glaskeramik zu bewirken.

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   21. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Einfügen von zusätzlichem thermisch kristallisierbarem Glas in die Zwischenräume zwischen den eng aneinandergepackten Röhren einsliließt, wobei das zusätzliche Glas für die Röhrenpackung im wesentlichen die glei&en Wärmedehnungseigenschaften aufweist wie die Röhren, wenn beide zu einer Glaskeramik auskristallisieren,wobei das Aussetzen der Röhrenpackung der Erweichungstemperatur dann auch zu einer Kompaktion des in den Zwischenräumen der Röhrenpackung befindlichen Glases zwischen der Fusion mit den expandierenden Röhrenwandungen führt.

   22.Integrale Struktur nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch

   a) eine Matrix aus einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Röhren, die mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mit angrenzenden Röhrenwandungen verbunden sind,

   b) gesintertes kristallines keramisches Material, das

   in die Zwischenräume zwischen den Röhren eingefügt ist und die Zwischenwände der angrenzenden Röhren verbindet,

   c) ein Bündel einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Stäben, die mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander liegen und mit benachbarten Stabflächen verbunden sind, und

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   d) gesintertes kristallines keramisches Material, das in die Zwischenräume zwischen den Stäben eingefügt ist und die Zwischenflächen der Stäbe verbindet,

   e) die angrenzend an die Röhrenpackung angeordnete und . integral damit verbundene Stabpackung,

   f) die verbundenen angrenzenden Röhrenwandungen, die verbundenen, in den Zwischenräumen befindlichen Röhrenwandungen, die verbundenen angrenzenden Staboberflächen und die verbundenen in den Zwischenräumen befindlichen Staboberflächen, die eine integrale kristalline keramische Masse bilden,

   g) die im wesentlichen gleichen Wärmedehnungseigensehaften, die die Röhren, Stäbe und das gesinterte keramische Material aufweisen.

   23. Integrale Struktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenwandungen und die Stäbe im wesentlichen aus einem glaskeramischen Material bestehen, das einen durchschnittlichen linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -18 bis +50 χ 10~⁷/°C im Bereich 0 bis 300⁰C aufweist.

   24. Integrale Struktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenwandungen, Stäbe und das in den Zwischenräumen gesinterte keramische Material einen durchschnittlichen

   - 6ii - '

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   linearen Wärmedehnungskoeffizienten von etwa -12 bis + 12 χ 10~"/°C im Bereich 0 bis 30O⁰C aufweisen.

   25. Integrale Struktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenwandungen und die Stäbe im wesentlichen eine Porosität von 0 % aufweisen.

   26. Integrale Struktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenpackungskonfiguration im wesentlichen ringförmig ist, und daß die Stabpackungskonfiguration eine Vielzahl von getrennten Stabgruppen umfaßt, die in die Peripherie der Röhrenpackungskonfiguration eingesetzt sind.

   27.Integrale Struktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabpackungskonfiguration in der Mitte der Röhrenpackungskonfiguration angeordnet ist, um dafür eine Nabe vorzusehen.

   28. Integrale Struktur nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch:

   a) eine Matrix aus einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Röhren, die mit ihren Achsen im wesentliehen parallel zueinander/ und bei denen benachbarte Röhrenwandungen verbunden sind,

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   b) ein gesintertes kristallines keramisches Material, das in die Zwischenräume zwischen den Röhren eingefügt ist und die in den Zwischenräumen befindlichen Wandungen der angrenzenden Röhren verbindet,

   c) ein Bündel einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Stäben, die mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander und zu den Röhren angeordnet sind, und bei denen angrenzende Stabflächen verbunden sind, und

   d) ein gesintertes kristallines keramisches Material, das in die Zwischenräume zwischen den Stäben eingefügt ist und die in den Zwischenräumen befindlichen Flächen der Stäbe verbinfet,

   e) die angrenzend an die Röhrenpackung angeordnete und integral damit verbundene Stabpackung,

   f) die verbundenen angrenzenden Röhrenwandungen, die verbundenen in den Zwischenräumen befindlichen Röhrenwandungen, die verbundenen angrenzenden Stabflächen und die verbundenen in den Zwischenräumen befindlichen Stabflächen, die eine integrale kristalline keramische Masse bilden, '

   - 66 30 9 824/108S

   g) die gleichen Wärmedehnungseigenschaften» die die Röhren, Stäbe und das gesinterte keraische Material aufweisen.

   29. Integrale Struktur nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch:

   a) eine Matrix aus einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Röhren, die mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und bei deft^angrenzende Röhrenwandungen verbunden sind,

   b) ein Bündel einer Vielzahl von axial gedehnten glaekeramischen Stäben, die mit ihren Achsen im wesentlichen paallel zueinander angeordnet und bei deoan angrenzende Stabflächen verbunden sind, und

   c) ein gesintertes kristallines keramisches Material» das in die Zwischenräume zwischen den Stäben eingefügt ist und die in den Zwischenräumen befindlichen Stabflächen verbindet,

   d) die angrenzend an die Röhrenpackung angeordnete und mit dieser integral verbundene Stabpackung,

   e) die verbundenen angrenzerifen Röhrenwandungen, die verbundenen in den Zwischenräumen befindlichen Röhrenwandungen, die verbundenen angrenzenden Stabflächen und die in den

   Zwischenräumen befindlichen verbundenen Stabflächen, die eine integrale kristalline keramische Masse bilden,

   309824/1085 - 67 -

   f) die im wesentlichen gleichen Wärmedehnungseigenschaften, die die Röhren, Stäbe und das gesinterte keramische Material aufweisen.

   30. Integrale Struktur nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch:

   a) eine Matrix aus einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramisehen Röhren, die HiIt Ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet^ und bei deij^angrenzende Röhrenwandungen verbunden sind,,

   b) ein Bündel aus einer Vielzahl von axial gedehnten glaskeramischen Stäben, die mit Ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander und zu den Röhren angeordnet sind^ und bei deisfttangrenzende Stabflachen miteinander verbunden sind, und

   c) ein gesintertes kristallines keramisches Material, das in die Zwischenräume zwischen den Stäben eingefügt ist und die In den Zwischenräumen befindlichen Flächen der Stäbe verbindet,

   d) die an die Röhrenpaekung angrenzende Anordnung und integrale Verbindung der .Stabpackung,

   e) die verbundenen angrenzenden Röhrenwandungen, die verbundenen in den Zwischenräumen befindlichen Röhrenwandungen, die verbundenen angrenzenden Stabflächen und die verbundenen

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   in den Zwischenräumen befindlichen Stabflächen, die eine integrale kristalline keramische Masse bilden,

   f) die im wesentlichen gleichen Wärmedehnungseigenschaften, die die Röhren, Stäbe und das gesinterte keramische Material aufweisen.

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