DE2259504A1 - Keramisches baumaterial - Google Patents
Keramisches baumaterialInfo
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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
TEl. Se 74 28 UND 3Θ 41 13
Owens-Illinois, Inc. _
" MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTH. 23
Toledo, Ohio 43601/USA
. ' ' TBLBOB. NEOEDAPATBNT MÖNCHEN
HAMBURG, 1. Dezember 1972
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.
30982Λ / 1 08S
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.
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
- 9 309824/1Q8S
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*
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.
- 13 3 0 9 8 2 A / 1085
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 22f 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."
- 14 30 9 824/1085
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
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
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,
309824/1085
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.
- 18 309 824/1086
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 7a2, 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
- 20 309824/108 5
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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-
30982 4/1085 -22-
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.
- 25 309824/1085
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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30982W1Ö86
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.
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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30982/,/ 1085
'*'■ 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.
- 32
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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309824/1085
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°Cf
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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- 38 - 22595CK
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 "
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:
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.
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
- 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.
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\3s2 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
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 -
309824/1085
■ - 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-
30982W1Q85
" nb ~ 22595(K
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.
- 47 -
309824/1085
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.
- 48 309824/T085
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,
309 8 24/1086
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.
309824/1086
Claims (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, undb) 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.309824/10852. 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, undb) 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.309824/ICMt*3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßa) 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- 53 -30982W108Sthermisch 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,- 5* - ■309824/1085e) 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, undf) 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.- 55 -309824/10857. 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.- 56 -309824/108510. Integrales, kohärentes keramisches Baumaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daßa) eine Vielzahl von einzelnen angrenzenden axial ausgedehnten glaskeramischen Stäben mit ihren Achsen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet ist, undb) 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-fmnungskoeffizienten 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.- 57 -309824/ 1 085_ r7 - 225350413. 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- 58 -309 824/1085c) 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, unde) 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-- 59 -309824/10852253504grenzenden 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- 60 -3098 24/108 5Struktur 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, undc) 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,- 61 -309824/1085" 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, unde) 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.- 62 -■ 309824/108521. 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 durcha) 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, dasin 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- 63 -309824/ 1085d) 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 - '309824/ 1 08 Slinearen 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,- 65 3 0 9 8 2 Λ / 1 085b) 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, undd) 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 9 824/108Sg) 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, undc) 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 denZwischenräumen 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, undc) 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 verbundenen309824/1085- 68 -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.309824/1085Leer seife
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