DE2814315A1

DE2814315A1 - Verfahren zur herstellung von silikatischen werkstoffen

Info

Publication number: DE2814315A1
Application number: DE19782814315
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl Chem Bumbalek
Original assignee: WEGENER HERMANN FA
Current assignee: WEGENER HERMANN FA
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2814315C2

Description

Verfahren zur Herstellung von silikatischen
Werkstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von silikatischen Werkstoffen, die eine gute mechanische Festigkeit und weitere wertvolle Eigenschaften für die elektrische, wärmeisolierende, schalldämmende und Strahlenschutztechnik besitzen.
Für die Verwendung als elektrischer, wärmedämmender und schalldämmender Isolierstoff, auch im Strahlenschutzbereich, der gleichzeitig gute mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen besitzt, werden in großem Umfang reine Verbindungen, wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und dgl., verwendet. Solche keramischen Stoffe verlangen jedoch besondere teils teure Ausgangsstoffe, und die dafür aufzuwendenden Verfahren sind verhältnismäßig kompliziert und erfordern auch sehr hohe Schmelztemperaturen (größer als 1400"C), was wiederum einen erhöhten Energiebedarf bedeutet.
Die beispielsweise bei der Herstellung von glasbildenden gemischen bekannten Gießverfahren, wodurch aufwendige Formgebungsverfahren vermieden werden, sind bei keramischen Werkstoffen, wie Porzellan, Korund, Mullit, Sillimanit oder Asbestprodukten u. a., kaum anwendbar, da die erforderlichen Temperaturen zur Erzeugung einer vergießfähigen SchoSze so hoch liegen, daß die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt ist.
Andererseits bereitet der Kristallisationsvorgang Probleme, selbst wenn es möglich wäre, beispielsweise eine Aluminiumoxidschmelze zu gießen, weil bei der zwangsweise eintretenden schnellen Abkühlung auch eine schnelle Kristallisation eintritt, die zu großen Kristallen führt, wodurch die mechanischen, elektrischen und anderen Eigenschaften negativ beeinflußt werden.
Es hat daher nicht an Versuchen und Veröffentlichungen gefehlt, in welchen Zusammensetzungen zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung von keramischen Werkstoffen beschrieben werden, die ebenfalls gute Eigenschaften besitzen sollen. So ist es beispielsweise bekannt, zur Herstellung eines harten, dichten keramischen Produktes mit hoher mechanischer Festigkeit und guten elektrischen Eigenschaften ein Gemenge aus unterschiedlichen Oxiden zu verwenden, beispielsweise MgO, Al203, SiO2, CaO, TiO2, ZrO2, in den verschiedensten Gewichtsanteilen.
Als Flußmittel dient dabei im wesentlichen Na2SiO3, H3B03, K2SiF6 und andere.
Es ist ferner bekannt, zur Herstellung solcher keramischen Werkstoffe aus den oben genannten Oxiden oder Verbindungen zunächst bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt eine Erwerhung herbeizuführen, diese über einen bestimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten und die Masse dann auf Temperaturen zwischen 900 und 10000C zu erwärmen und mehrere Stunden aufrechtzuerhalten, nachdem die Masse geschmolzen worden ist, damit man einen mikrokristallinen Werkstoff erhält.
Nachteilig bei allen diesen bekannten Verfahren sind jedoch die großen Energiemengen, welche zur Herstellung der Werkstoffe durch Schmelzen aufzuwenden sind. Außerdem kann man aus diesen Werkstoffen keine leichten Schaumstoffe mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen, und viele sind auch nicht als Strahlenschutz oder als gutes Wärme- und Schallisolationsmaterial geeignet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen silikatischen Werkstoff zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Werkstoffe nicht besitzt und insbesondere für seine erstellung nur eine vergleichsweise kleine Energiemenqe benötigt und dabei von billigen Rohstoffen ausgeht.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß man 85 bis 90 Gew.-% feingemahlenes Abfallglas mit 10 bis 12 Gew.-% Basalt, feingemahlen, und/oder 10 bis 15 Gew.-% Asbest und/oder 10 bis 15 Gew.-% Schiefer und 0,1 bis 0,5 Gew.-% SiC auf 700 bis 900"C erhitzt.
Fein gemahlen soll bedeuten eine Teilchengröße unter 70 .
Bei dem Abfallglas kann es sich z. B. um Flaschenglas handeln. Vorzugsweise wird als Basalt ein Material verwendet, das sich im wesentlichen nur aus Feldspäten zusammensetzt und in dem der K4kfeldspat oder Anorthit (Ca (Si2Al2O8)J den größten Anteil ausmacht und im Bereiche von Natronfeldspat oder Albit FNa (AlSi308)7 im Bereiche 30 bis 38 Gew.-% und Kalifeldspat oder Orthoklas DK (AlSi3O8)j nur mit 2 bis 5 Gew.-% zugegen sein sollte. Diese Kombination von Anorthit, Albit und Orthoklas entspricht der Oxidzusammensetzung: SiO2 48 - 52 % Al203 tMgO Fe2O3 TiO27 18 - 29 % CaO 8 - 12 % Na2O 2 - 5 % K20 1 - 2 % Eine solche Basaltwzusammensetzung, wobei die Bestandteile an MgO, TiO2, Fe203 nicht berücksichtigt werden sollen, ergibt die besten Ergebnisse.
Als Fluß- und Reduktionsmittel dienen Borsäure, NaCO3, P205, CaCO3. Soll der Werkstoff auch ausdehnungssenkende und absorbierende Eigenschaften für thermische Neutronen haben, wird Borsäure verwandt. Die Verbindungen können auch als Gemisch eingesetzt werden.
Der erfindungsgemäße Werkstoff, der zu Blöcken, Platten, Stangen und Röhren gegossen werden kann, zeigt im Gegensatz zu vielen anderen bekannten Werkstoffen überraschend gute Festigkeitseigenschaften und Temperaturwechselbeständigkeit.
Der entstandene schaumförmige Werkstoff besitzt folgende physikalische Eigenschaften: a) Raumgewicht: D,15 - 0,25 g/cm³ b) Druckfestigkeit: 20 - 25 kp/cm2 c) Biegezugfestigkeit: 5,0 - 6,0 kp/cm2 d) El. Durchschlagfestiqkeit: 13,0 - 15,0 kV/cm e) El. spez. Widerstand: 1,0 . 1012 Ohm/cm (bei 15°C) f) Hitzebeständigkeit: -1700C bis 4500C g) Wärmeleitzahl: 0,063 Kcal/mh°C Anstelle von Basalt kann die Mischung auch mit Feldspäten zusammengestellt werden oder mit den den Feldspäten verwandten Doppelsilikaten, wie beispielsweise Plagioklas, Oligoklas oder Oligoklas und Andesin, ferner aus den Glimmern, wie Muskowit FK Al2(OH F)2 / Al Si3010], Phlogopit [KMg3(F,OH)2/ Al Si3010], Biotit - K (Mg,FeII)3 [(OH)2/ (Al,FeIII)] ii)3 g(OH)2/ (Al, Fe ) Si3O10, Zinnwaldit - K(Li,FeII,Al)3 [(OH)2/AlSi3010], Margarit CaAl2[(OH)2 / Al2Si2O10] oder aus Serpentinreihe wie Chrysotilasbest Mg6 [(OH)8 / Si4010] oder aus Nephelin KNa3 [AlSiO474.
Die Zusammensetzung von verschiedenen Mineralien und Zusätzen, wie Borsäure, Metasilikate, Borate, kann man sehr gut kombinieren und die eutektischen Kräfte anwenden. Sehr gute Kombinationen sind Basalte: Glimmer oder Basalte: Serpentine.
Schaumkörper gemäß der vorliegenden Erfindung aus braunem und weißem Glas besitzen hingegen die nachfolgenden physikalischen Kennzahlen: Druckfestigkeit: 120 - 180 kp/cm2 Biegezugfestigkeit: 40 - 50 kp/cm2 El. Durchschlagfestigkeit: 17 - 25 kV/cm Wärmeleitzahl: 0,0680 kcal/mhoC bei 100C Ilitzebeständigkeit: -2000C bis 650"C Raumgewicht: 0,30 - 0,40 g/cm3 Aus den Beispielen ergibt sich, daß Schaumkörper aus braunem und weißem Glas größere Festigkeiten ergeben als solche aus grünem Glas (siehe Beispiel, Seite 5).
In Verfolg des Erfindungsgedankens kann man ferner aus einem Gemisch von gemahlenem Flaschenglas oder Glasscherben mit einer Teilchengröße unter 40 ß bereits einen silikatischen Werkstoff herstellen, wenn man dem Gemisch Aluminiumphosphatlösung bei Zimmertemperatur zusetzt, wodurch sich ein Schaum bildet, den man dann bei Temperaturen zwischen 250 und 4000C unter Zuhilfenahme von Anhydrit trocknet. Diese Temperaturen kann man praktisch in jedem Trockenschrank erreichen. Das Anhydrit nimmt dabei Restwasser auf und wandelt sich in Gips um.
Der entstandene schaumförmige Werkstoff besitzt die folgenden physikalischen Kennzahlen: Raumgewicht: 0,45 - 0,50 kg/cm3 Druckfestigkeit: 30 - 40 kp/cm2 Schaumkörper ist porös Die Zusammensetzung kann aber auch so getroffen sein, daß, wie im Beispiel I der nachfolgenden Tabelle dargestellt, die Masse sich lediglich aus Glasmehl, Basalt und Siliziumkarbid zusammensetzt.

TABELLE

Beispiele

Zusammensetzung

1. in.

Glasmehl 60-75 % 20-30 %

CaSO4 4- 8 %

Basalt, Asbest

od. Schiefer 10-15 % 20-30 %

SiC 0,1-0,5 %

Aluminiumphosphat-

lösung (wäßrig)

20-35 %ig 26-36 %

Die bei der Herstellung nach Beispiel I anfallenden Reste aus der Produktion von z. B. Platten können auf ca.

40 ii vermahlen und der Mischung nach Beispiel II-zugemischt werden. Dadurch würde der Basalt-, Asbest- oder Schieferanteil entsprechend verringert.

Claims

Patentansprüche ! Verfahren zur Herstellung von silikatischen Werkstoffen, die eine gute mechanische Festigkeit und weitere wertvolle Eigenschaften für die elektrische, wärmeisolierende, schalldämmende und Strahlenschutztechnik besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 bis 90 Gew.-% gemahlenes Flaschenglas verschiedener Farbe und einer Teilchengröße unter 40 ß mit 10 bis 12 Gew.-% Basalt und/oder 10 bis 15 Gew.-% Asbest und/oder 10 bis 15 Gew.-% Schiefer, 0,1 bis 0,5 Gew.-% SiC mischt und auf 700 bis 9000C erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse eine Aluminiumphosphatlösung in einer Menge zwischen 19 bis 36 Gew.-% zugesetzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 bis 75 Gew.-% Glasmehl und 10 bis 15 Gew.-% Basalt miteinander vermischt zusammen mit einem geringen Anteil Siliziumkarbid.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 20 bis 30 Gew.-% Glasmehl, 4 bis 8 Gew.-% Anhydrit, 20 bis 30 Gew.-% Basalt, Asbest oder Schiefer und 26 bis 36 Gew.-% Aluminiumphosphatlösung mischt und erhitzt.