DE3134739A1 - Keramikartikel mit niedriger waermeausdehnung und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Keramikartikel mit niedriger waermeausdehnung und verfahren zur herstellung desselben

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DE3134739A1 DE19813134739 DE3134739A DE3134739A1 DE 3134739 A1 DE3134739 A1 DE 3134739A1 DE 19813134739 DE19813134739 DE 19813134739 DE 3134739 A DE3134739 A DE 3134739A DE 3134739 A1 DE3134739 A1 DE 3134739A1
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Description

NGK INSULATORS, LTD., MIDORI-KU, NAGOYA GITY / JAPAN
Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung und Verfahren zur Herstellung desselben ■-
Die Erfindung betrifft Keramikartikel mit niedriger . Wärmeausdehnung., welche eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und Wärmeschockresistenz aufweisen, und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft die Erfindung· Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung, welche eine Mehrzahl von Keramikteilen mit hohem Schmelzpunkt und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient umfassen, wobei diese Keramikteile durch spezifisch limitierte Glaskeramik mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient in einer monolithischen Struktur gebunden werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben,
Entsprechend dem Fortschritt der industriellen Technik besteht in letzter Zeit ein ausgesprochen starker Bedarf an industriellen Materialien, welche eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und Wärmeschoökres^ste^z auf-* weisen. Insbesondere werden Keramikmaterialien mit
hoher Wärmeresistenz und niederem. Wärmeausdehnungskoeffizient, wie z.B. MgO-Al2O:3-SiO2-Serien-Material (Cor.dierit), MgO-Al2O3-T.iO2-Serien-Material und dergleichen, in grossem Masse als Wärmeaustauscher·für Automobile •10 und für industrielle Apparate, im Maschinenteil, wie z.B. als Rotor für Turbolader, und dergleichen verwendet. . .
.Wenn z.B.. das keramische Material, im Wärmeaustauscher ' der Gasturbine für ein Automobil verwendet wird, so
- stellt man eine Mehrzahl von zellartig strukturierten Teilen, die aus dünnen Wänden bestehen, welche aus Cordierit-Material gebildet sind .her, unddiese werden unter Bildung eines zellartig strukturierten Körpers mit einem grossen Durchmesser von mehr als 50cm verbunden, durch welchen das Gas passiert. Der zellstrukturierte Körper·ist einheitlich an den Mittelteil (hub portion) oder den. Randteil gebunden,..welchereine dicke massive Struktur hat, ■ wodurch ein Wärmeaustauscher mit einer monolithischen. Struktur gebildet wird.
Es ist jedoch sehr schwierig, integral, fest und gasrdicht ein zellartig strukturiertes Teil und ein massiv strukturiertes Teil, die verschiedene Dicken aufweisen, miteinander zu verbinden. Das bedeutet, dass nach den üblichen Methoden zum Verbinden eines zellärtig strukturierten
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Teils, welches aus dünnen Wänden besteht, die aus einem Material geringer Wärmeausdehnung gebildet werden, mit einem massiv strukturierten (bulk-structured) Teil mit grosser Dicke, zur Bildung einer monolithischen Struktur eine Paste, die aus dem gleichen Material wie die zu verbindenden, geformten Gegenstände hergestellt ist, auf den ungebrannten,· geformten Artikel in- dem Bereich, der gebunden werden soll, aufgebracht wird, die ungebrannten, geformten Artikel zusammengesetzt werden und diese zusammengesetzten geformten Artikel gebrannt und gleichzeitig zu einer monolithischen Struktur verbündeηwerden. Alternativ dazu wird jeder geformte Artikel im voraus unter Bildung keramischer Teile gebrannt und eine Paste, die aus dem gleichen Material wie das der keramischen Teile hergestellt wurde, wird
auf die keramischen Teile in dem Bereich, der verbunden werden soll, aufgebracht, die keramischen Teile werden . · dann zusammengesetzt, wärmebehandelt und gebunden. Nach der ersten Methode ist es jedoch wahrscheinlich, dass sich Spalten, Risse und Leerstellen in dem Bindungsbereich bilden, was auf die unterschiedliche Schrumpfung beim Brennen von geformten Artikeln verschiedener Dicke zurückzuführen ist.. Bei der letzten Methode dagegen ergibt sich beim Brennen eine Schrumpfung im Bereich der Bindungspaste während des Bindens der keramischen Teile, wohingegen im wesentlichen bei den keramischen Teilen beim Brennen keine Schrumpfung auftritt; daher besteht eine Neigung zur Bildung von Lücken, Rissen und Leerstellen im Bindungsbereich. Somit besteht ein·starker
30 Bedarf, einen Keramikartikel zu entwickeln, welcher
integral und fest verbundene Keramikteile umfasst, wobei
diese Keramikteile untereinander verschiedene Dicken aufweisen und aus keramischen Materialien bestehen,· die eine ausgezeichnete Wärmeres is.tenz und einen niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Keramikartikels *
Von der Anmelderin wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen Nachteile bekannter Keramikartikel zu überwinden und einen Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung zur Verfügung zu stellen, welcher keramische. Teile mit voneinander unterschiedlicher Dicke umfasst und integral und fest · durch Glaskeramiken einer spezifisch begrenzten Zusammensetzung gebunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung
15 desselben. ■
Ein Merkmal, der vorliegenden Erfindung besteht in der Zurverfügungstellung eines Keramikartikels mit niedriger Wärmeausdehnung, welcher einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 χ 10 /0C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C aufweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Keramikteilen, welche durch Glaskeramiken aus im wesentlichen 10 bis 20 Gew.% MgO, 20" bis 40 Gew.% Al3O3, 40 bis 60 Gew.% SiO3, 0,1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO2, zu einer monolithischen Struktur · verbunden sind. ■'
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens'zur Herstellung von Keramikartikeln mit niedriger Wärmeausdehnung, welches darin besteht, dass Glaspulver, welches im wesentlichen aus 10 bis
4 » »Μ A4 * *f
20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% Al2O3, 40 bis 60 Gew.% SiO2, 0,1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO3 besteht und nach der Kristallisationsbehandlung im Temperaturbereich von 40 bis 8000C einen Wärmeausdeh-5· nungskoeffizienten von nicht über 2,5 χ 10~ /0C auf-• " weist, auf die zu bindenden Oberflächen einer Mehrzahl von Keramikteilen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht über 2,5 χ 10~ /0C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C aufgebracht wird; die Keramikteile zusammengesetzt werden, das sich ergebende zusammengesetzte Gebilde auf- .eine Temperatur von nicht über 15500C erwärmt wird, um das Brennen und die Kristallisationsbehandlung des Glaspulvers zu bewirken, wobei die Keramikteile zu einer monolithischen Struktur verbun-
15 den werden. ' ·
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert Gemäss der Erfindung wird z.B.
20 Zusammensetzung (Cordierit) , ^^^
Zusammenset'zung oder dergleichen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient nach dem Brennen von 2,5 χ 10 /0C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C als Material für den keramischen Teil verwendet, welcher eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist und getrennt z.B. zu einem wabenartig, zellmässig strukturierten Teil geformt,' welches ■ vorzugsweise aus dünnen Wänden besteht,' und zu einem zylindrisch oder prismatisch geformten massiv strukturierten Teil, mit grosser Dicke, wobei ein übliches Formverfahren für Keramiken angewendet wird, wie z.B.
»* ·τ ν- ββ ν» γ O I O Ί" / O J
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Extrusionsformen, Pressformen oder dergleichen; das erhaltene zellartig strukturierte Teil und das massiv strukturierte Teil werden zu den entsprechenden Formen verarbeitet, wie z.B. solchen Formen,, die sich zur Herstellung von Wärmeaustauschern oder dergleichen eignen, und dann gebrannt; auf den zu bindenden Bereich dieser Keramikteile wird Glaspulver aufgebracht, welches im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% Ai2O3, 40 bis 60 Gew.% SiO"2, 0>1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO2 besteht und nach der Kristallisationsbehandlung im Temperaturbereich von 40 bis 8000C einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 2,·5 χ 10 ' /0C aufweist; die keramischen Teile werden zusammengesetzt; darauf wird, das erhaltene zusammengesetzte.Gebilde auf. eine Temperatur von nicht über 15500C erwärmt,'um das Brennen und die Kristallisationsbehandlung des Glaspulvers zu bewirken, wodurch eine Mehrzahl von Keramikteilen zu einer monolithischen Struktur gebunden werden. ...
20 · ' ■.·'.■
Gemäss der Erfindung ist es besonders wichtig, Glaspulver zu verwenden, welches durch Kristallisationsbehandlung als Glaskeramik ausgebildet wird . und welches ■ * im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% Al3O3, 40 bis 60 Gew.% SiO2, 0,1 bis 3 Gew.% BaO. und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO2 besteht, als ,Bindungsagens für das gegenseitige Binden einer Mehrzahl von Keramikteilen, wie sie vorstehend beschrieben werden. Das Glaspulver weist nach dem Kristallisieren und der BiI-dung von Glaskeramik einen sehr niederen Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht-über 2,5 χ 10~ /0C im
Temperaturbereich von 40 bis 8000C auf. Dieser Koeffi-.zient ist der gleiche, wie ihn die Keramikteile aufweisen. Durch das Schmelzen des Glaspulvers werden die Keramikteile fest aneinandergebunden. Darüber hinaus tritt bei dem Glaspulver im wesentlichen beim Brennen kein Schrumpfen auf, so dass sich keine Lücken und Risse bilden. Aufgrund der Kristallisationsbehandlung ' ■ des Glaspulvers nach dem Verbinden der Keramikteile hat die sich bildende Glaskeramik im wesentlichen den gleichen niederen Wärmeausdehnungskoeffizient wie die Keramikteile, so dass ein Keramikartikel mit niederer Wärmeausdehnung und einer monolithischen Struktur sowie ausgezeichneter Wärmeresistenz und Wärmeschockresistenz erhalten werden kann. ■
Gemäss der Erfindung besteht eine wesentliche Voraussetzung darin, dass das als Bindungsagens verwendete Glaspulver eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% · Al2O3, 40 bis 60 Gew.% SiO3, 0,1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1. Gew.% ZrO2/ wie vorstehend beschrieben, besteht und dass die Glaskeramik (glass-ceramics), welche durch die Kristallisationsbehandlung gebildet wird, einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 2,5 χ 10 /
25 · 0C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C besitzt.
Wenn die Zusammensetzung ausserhalb des vorstehend beschriebenen Bereiches liegt, so tritt keine homogene Vitrifikation ein. Auch wenn das Glaspulver vitrifiziert und dann kristallisiert wird, weisen die kristallisierten Glaskeramiken einen Wärmeausdehnungskoeffizient von über 2,5 χ 10 /0C im Temperaturbereich von 40 bis
Ί 1 Ί L
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8000C auf. Aus diesem Grunde bilden sich Sprünge und Leerstellen im Bindungsbereich; eine starke Bindung kann nicht erreicht werden oder es entsteht ein Bindungsbereich, welcher eine verschlechterte Wärmeschockresistenz aufweist.
Es ist jedoch möglich, dass das Bindungsagens Verunreinigungen insoweit enthält, als der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht den vorstehend genannten Wert über- · steigt. So kann z.B. das Bindungsagens CaO, TiO2/ Fe3O3^ K-O, Na3O, MoO3., B2O3, CuO und dergleichen in einer Menge von nicht mehr als .10 % enthalten. Die Wirkung von BaO und ZrO2, welche als wesentliche Komponenten. gemäss der Erfindung verwendet werden, besteht in der Kernbildung zur Kristallisation; BaO und' ZrO2 sind wesentlich zum Ablagern kleiner Kristalle mit einem niederen Wärmeausdehnungskoeffizient.
Als Material für Keramikteiie mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von nicht über 2,5 χ 10 /0C im Temperatur-. bereich von 40 bis 8000C wird vorzugsweise Cordierit verwendet, welcher im wesentlichen aus .MgO-Al3O3-SiO2' besteht, und Zusammensetzungen, welche im wesentlichen aus MgO-Al2O3-TiO2, MgO-Al2O3-TiO2-Fe2O3 oder MgO-Al2O3- · ■ TiO3-SiO2-Fe3O3 bestehen.. Alle diese Zusammensetzungen • weisen einen hohen Schmelzpunkt von. nicht unter 14000C und einen sehr niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf; sie sind daher ausgezeichnet'in ihrer.Wärmeresistenz und in ihrer Wärmeschockresistenz.. ■
Diese Materialien können Verunreinigungen insoweit
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OH /O
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enthalten, als die Wärmeresistenz und die Wärmeschockresistenz des gebildeten Keramikartikels nicht verschlechtert werden. So kann z.B. die MgO-Al2O3-SiO2-Serien-Zusammensetzung Verbindungen wie ZrO2/ B2°3' P2°5' BaO, CaO, Fe2O3, TiO2, MoO3, Na3O, K3O und dergleichen in einer Gesamtmenge von nicht über 10% enthalten. Die MgO-Al2O3-TiO2-Serien-, MgO-Al^-TiO^Fe^-Serien- und die Mg0-Al20_-Ti02-Si02-Fe203-Serien-Zusammensetzungen können ebenso andere Verbindungen als die Hauptkomponente in einer Menge von nicht über 10 % enthalten.
Unter den zu verbindenden Keramikteilen umfassen gemäss der Erfindung die zellartig strukturierten Teile mit dünnen Wänden z.B. Bauteile, welche den Durchgangsbereich für Gas im Wärmeaustauscher vom Regeneratortyp, im rekuperativen Wärmeaustauscher, oder im Rotor für Turbolader darstellen und aus dünnen Wänden mit einer Dicke von nicht-mehr als 2 mm bestehen und eine grosse Zahl von Öffnungen bilden, die sich vom einen zum anderen Ende erstrecken und eine beliebige Querschnittsform aufweisen,' wie z.B. die Form eines Dreiecks, eines Quadrates, eines Sechseckes, eines Kreises oder einer Kombination derselben. Die massiv strukturierten Teile mit grosser Dicke umfassen Bauteile, weiche eine Dicke von mindestens dem dreifachen der Dicke der dünnen Wände der zellstrukturierten Teile aufweisen, z.B. der Mittelbereich oder Randbereich eines Wärmeaustauschers vom Regeneratortyp, der abschliessende Flanschbereich eines rekuperativen Wärmeaustauschers und die verstärkende Schicht für die dünne Wand im äusseren peripheren Bereich desselben, der tragende Bereich im Zentrum des Rotors
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* * *-r ir· w* w* 7« ν t ·
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eines Turboladers und dergleichen.
Die Bedingungen, unter welchen das Brennen und das Kri-• · stallisieren des Glaspulvers unter Bildung von Glas-
'5 keramik durchgeführt wird, variieren in- Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Teilchengrösse des Glaspulvers . Ein Erwärmen auf eine Temperatur von über 15500C führt jedoch zu starkem Schmelzen des Glases und erniedrigt dessen Viskosität, das Glas läuft ab (is flowed out) und eine starke Bindung kann nicht bewirkt werden. Aus diesem Grunde wird das Erwärmen zum Brennen und Kristallisieren des Glaspulvers vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht über 15500C durchgeführt. .Die Wärmebehandlung zum Brennen und Kristallisieren kann in zwei Schritten durchgeführt werden, .wobei die
• ' Keramikteile durch das Schmelzen des Glaspulvers miteinander verbunden werden und dann die Kristallisation des Glaspulvers bewirkt wird. Alternativ kann das Schmelzen und Kristallisieren des Glaspulvers gleichzeitig in einem Brennschritt durchgeführt werden, ohne dass separat davon eine Kristallisationsbehandlung erfolgt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne diese zu beschränken.
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Beispiel 1 '
Cordierit-Ausgangsmaterial wird zu keramischen Segmenten, welche aus dreieckigen Zellen mit einer Höhe (pitch)
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von 1,4 mm. bestehen und eine Wanddicke von 0,12 mm aufweisen, durch Strangpressen geformt. Die keramischen Segmente werden 5 Stunden lang bei 1400°C gebrannt und auf diese Weise 35 Stück Matrixsegmente von 130 χ 180 χ 70 mm hergestellt. Die Matrixsegmente werden provisorisch zusammengesetzt; der äussere periphere Bereich dieser Zusammensetzung wurde teilweise bearbeitet, so dass die Segmente einen Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ darstellen und nach dem Verbinden eine monolithische Struktur aufweisen würden. Getrennt davon wurde ein Mittelstück aus dem gleichen Cordierit-Ausgangsmaterial und mit einer Dicke von ca. 2 cm in radialer Richtung, so dass es in den .zentralen Bereich des Wärmeaustauschers eingepasst werden konnte, aus dem gleichen Ausgangsmaterial, wie die zellartig strukturierten Matrix- _ Segmente hergestellt und bei 14000C 5 Stunden lang gebrannt. Die vorstehend erhaltenen Follow-Matrix-Segmente wurden miteinander verbunden und das zusammengesetzte . Gebilde, das aus Matrixsegmenten und dem im Zentrumsbereich des Matrixsegment-Gebildes angeordneten Kerneiement (hub portion) gebildet wird, werden miteinander verbunden, wobei ein Wärmeaustauscher vom Rotations-Typ mit einer monolithischen Struktur auf die folgende Weise entsteht. Glaspulver, welches aus 14 Gew.% MgO, 32 Gew.% Al3O3, 52 Gew.% SiO3, 1,5 Gew.% BaO, 0,3. Gew.% ZrO2 und 0,2 Gew.% einer Gesamtmenge an Fe3O3, TiO2, CaO, K3O/ Na3O, MoO3 und B3O3 besteht und einen Wärmeausdehnungskoeffizxent
30 von 1,8 χ 10~ /0C im Temperaturbereich von 40 bis
8000C nach Kristallisation aufweist, wurde im Bindungsbereich zwischen den Follow-Matrixsegmenten und zwischen
** -Regenerator-
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der Matrixsegment-Gebilde.. .." "" " und dem Kernelement aufgebracht, die vorstehend beschriebenen keramischen Teile-wurden zusammengesetzt, das zusammengesetzte Gebilde wurde bei 1400°C 3 Stunden lang gebrahnt, um die keramischen Teile gegenseitig zu binden; dann wurde als Kristallisationsbehandlung eine Stunde lang auf 1150°C gehalten, um den Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer monolithischen Struktur herzustellen. Es traten dabei keinerlei Defekte,wie Lücken, Risse, Leerstellen und dergleichen weder im Bindungsbereich der FoIlow-Matrixsegmente, noch im Bindungsbereich.des Matrixsegment-Gebildes " . . . und des Kernelementes auf. Bei einem Wärmeschockresistenztest, wobei der Wärmeaustauscher 30 Minuten lang in einen elektrischen Ofen, der auf einer bestimmten Temperatur gehalten wurde, gestellt und dann aus dem Ofen genommen und in einem Raum abgekühlt wurde, bildeten sich bei einer Temperaturdifferenz von 700°C Sprünge im Matrixsegment-Bereich. Es traten bei dieser Temperaturdifferenz keinerlei Sprünge in den Bindungsbereichen auf. Beispiel 2 '..--"
Eine Charge mit einer chemischen Zusammensetzung von 4,5 Gew.% MgO, 37,5 Gew.% Al3O3, 50,5'Gew..% TiO2, 2,0 Gew.% SiO2 und 5,5 Gew.% Fe3O3 wurde durch Strangpressen zu keramischen Segmenten geformt, welche ." aus quadratischen Zellen mit einer Höhe . (pitch) von 6 mm und einer Wanddicke ,von T mm bestanden. Die keramischen Segmente wurden 3 Stünden lang'bei 1500°C gebrannt und auf diese Weise 25 Stück an Matrixsegmenten von 200 χ 200 χ 200 mm hergestellt. Die
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Matrixsegmente wurden provisorisch zusammengesetzt und der äussere periphere Bereich des Matrixsegment-Gebildes wurde einer Bearbeitung, auf 95.0 mm 0 unterworfen, s.q dass die Segmente einen Wärmeaustau-
•5 scher vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer nach
dem Verbinden monolithischen Struktur bilden würden. Getrennt davon wurde ein Randbereich mit einer Dicke von ca 25 mm in radialer Richtung so dass er an dem äusseren peripheren Bereich des vorstehend beschriebenen Wärmeaustauschers angepasst werden konnte, aus dem gleichen MgO-A^O-j-TiO^SiO.-j-Fe^.j-Serien-Ausgangsmaterial wie für die zellartig strukturierten Matrixelemente hergestellt, so dass der Randbereich dem äusseren peripheren Bereich des vorstehend erhalte-
15 nen Wärmeaustauschers angepasst werden konnte, und
dieser 3 Stunden lang bei 10000C gebrannt. Die erhaltenen Matrixsegmente und der Randber.eich wiesen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,2 χ 10~ /0C'im Temperaturbereich von 40 bis 800°C auf. Die vorstehend . erhaltenen Follow-Matrixsegmente wurden miteinander verbunden und dann wurde das zusammengesetzte Gebilde, welches aus den Matrixsegmenten und. dem im äusseren peripheren Bereich des Matrixsegment-Gebildes angebrachten Randbereich gebildet wurde, miteinander unter Bildung eines Wärmeaustauschers vom Rotations-Regenerator-Typ mit einer monolithischen Struktur auf die folgende Weise verbunden. Glaspulver, bestehend aus -12 Gew. % MgO, 35 Gew.% Al2O3, 49 Gew.% SiO2, 2,5 •Gew.% BaO, 0,5 Gew.% ZrO2 und 1,0 G'ew.% der Gesamtmenge an Fe2O3, TiO2, CaQ, K3O, Na3O, B3O3 und dergleichen, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von
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1,3 x 10~ /°C im Temperaturbereich von 40 bis 8000C nach Kristallisation,- wurde auf den Bindungsbereich zwischen den Follow-Matrixsegmenten und dem Bindungs-. bereich zwischen der Matrixsegment-Zusammensetzung und dem Randbereich aufgebracht, die vorstehend beschriebenen Keramikteile wurden zusammengesetzt, das resultierende Gebilde wurde 3 Stünden lang bei 145O°C gebrannt um die Keramikteile gegenseitig zu binden. Das Gebilde wurd dann einer Kristallisationsbehandlung ' des Glaspulvers unter folgenden Bedingungen unterworfen: eine halbe Stunde lang bei 3000C7 1. Stunde lang bei 800°C und 1 Stunde lang bei 12000C, wobei ein Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ zur Wiedergewinnung industrieller Abwärme erhalten wurde.
Dieser Wärmeaustauscher"hatte eine monolithische Struktur, bestehend aus dem Matrixteil und dem verstärkenden Randteil und wies eine Dimension von 1000 mm0 χ. 200 mmH auf. . . " *
Der erhaltene Wärmeaustauscher wies keine Mängel, wie Lücken, Leerstellen und dergleichen, im Bindungs-. bereich zwischen den Follow-Matrixsegmenten,im Matrixbereich des zellstrukturierten Teils und im Bindungs-^ bereich zwischen dem Matrixbereich und- dem Randbereich des massiv strukturierten Teils auf? der Matrixbereich und der· Randbereich waren fest zu einer monolithischen Struktur verbunden.
-. 17 -
Beispiel 3
Die Oxidzusammensetzung von Glaspulver gemäss der Erfindung, mit welcher bei gleicher Anwendung, wie es.in den Beispielen 1 und 2 beschrieben ist, gute Ergebnisse erhalten wurden, und die Zusammensetzung eines Glaspulvers zum Vergleich, welche Sprünge im Bindungsbereich und andere nachteiligen Ergebnisse zeigte, sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt. ■ ·
- 18 -
VD I
.· SiO2 Tabelle 1 1 2 3 4 5 . 6 7 8 Vergleichsr-
Glaskefamikeh :		 10 11
Probe Nr. AA2O3 39j8 44,4 47,7 48,9 56,8 56,8 47,9 57-jl' 9 34,5 36,3
• MgO 36j9 37,7 37,2 29,5 22,3 23,9 31,0 25,9 55,5. . 39}0 30^8
Oxidzu
sammen
setzung
(Gew.%)		 BaO 18,0 14,5 10,5 18,4 18,0 10,6 ' 9,8 14,6 20,8 17,3 11,9
ZrO2 Glaskeramiken geraäss der Erfindung 2,8 2,0 ■M 0,2 1,5 2,5·' 0,4 13,9 0,2 4,0
Fe2O3
TiO2
CaO'
K2O
Na2O
B2O3.
MoO3
CuO		 0v02 0,05 0,30 0,02 .1,0 0,30 0,80 0;03 0|5 3j00 2,0
α* '(XlO-V0C) 2,48 2,35 2,30 2,18 1,7 1,90 8,00 1.97 O5 30 6,00 15,00
2;4. 2,0 1,9 2/1' 2,4 2>2 ι,;··
.2,1'		 9,00, .6,0 4,0
5j8
co
■ CD
*4 ·♦ *· «C
. P » ♦ Λ
- 19 -
* cL stellt den Wärmeausdehnungskoeffizienten dar, welcher nach Kristallisation im Temperaturbereich von 4o bis 800°C bestimmt wurde.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Keramikartikei mit niederer Wärmeausdehnung gemäss der Erfindung, welcher aus einer Mehrzahl von Keramikteilen.gebildet Wird, welche durch Glaskeramiken mit einer spezifisch definierten chemischen Zusammensetzung einheitlich
10 verbunden werden, keine Mängel, wie Sprünge, Risse,
Leerstellen und dergleichen, im Bindungsbereich auf. Auch in den Fällen, wo der Keramikartikei aus Keramikteilen unterschiedlicher Dicke gebildet wird, zeigen . die Glaskeramiken einen ausserordentlichen Effekt.· Darüber hinaus weist der keramische Artikel eine monolithische Struktur mit einem niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Aus diesem Grunde besitzt der keramische Artikel eine ausgezeichnete Wärmeresistenz und Wärmeschockresistenz und erweist.sich in der Industrie als Wärmeaustauscher vom Rotations-Regenerator-Typ und als rekuperativer Austauscher für Gasturbinen, Rührmaschinen, industrielle Apparate und dergleichen, sowie als Rotor für Turbolader und dergleichen als besonders nützlich.

Claims (4)

  1. HOFFMANN · ElÜlS-<& bPABTNlSR:.
    PATENTANWÄLTE · j ■
    DR.ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL-ING. W. EITLE · DR.RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RE R. N AT. B. H AN S E N . ' *
    ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MO N C H EN 8.V · TELEFON (089) 911087 . TE LEX 05-29619 (PATHE) /*
    v -■ >
    35 570 m/wa
    NGK INSULATORS, LTD., MIDORI-KU, NAGOYA CITY / JAPAN
    Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung und Verr fahren zur.Herstellung desselben
    PATENTANSPRÜCHE
    Keramikartikel mit niedriger Wärmeausdehnung, welcher im Temperaturbereich von 40 bis 8000C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht über 2,5 χ 10~6/ 0C aufweist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Keramikteilen, welche durch Glaskeramik, die im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis 40 Gew.% Al3O3, 40 bis 60 Gew.% SiO3, 0,1 bis 3 Gew.% BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO3 besteht,
    * ■ · 4
    zu einer monolithischen Struktur verbunden sind»
  2. 2. Keramikartikel gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein Teil der Mehr- zahl von Keramikteilen aus massiv strukturierten Teilen grosser Dicke und der Rest aus zellartig strukturierten Teilen mit dünnen Wänden besteht.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung von Keramikartikeln mit niedriger Wärmeausdehnung, gekennzeichne t , durch Aufbringen von Glaspulver, welches im wesentlichen aus 10 bis 20 Gew.% MgO, 20 bis
    40 Gew.% Al2O3, 40 bis 60 Gew.% SiO3, 0,1 bis 3 Gew.: BaO und 0,01 bis 1 Gew.% ZrO2 besteht, und im Temperaturbereich von 40 bis 8000C nach der Kristall!- :;.-^_; sationsbehald.lung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht "über 2,5 χ 10 /0C aufweist, auf die zu bindenden Oberflächen' einer" Mehrzahl von Keramikteilen, welche im Temperaturbereich von 40 bis ' 8000C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht
    — 6
    über 2,5 χ 10 /0C besitzen; Zusammensetzen der Keramikteile; Erwärmen des zusammengesetzten Gebildes auf eine Temperatur von nicht über 15500C,-um das Brennen und die Kristallisationsbehandlung des Glaspulvers zu bewirken, wobei die keramischen Teile in einer-monolithischen Struktur gebundenwerden.
  4. 4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch g e k e η η . zeichnet, dass ein Teil der Mehrzahl an Keramikteilen aus massiv strukturierten Teilen grosser Dicke und der Rest aus zellartig strukturierten Teilen mit dünnen Wänden besteht.
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