DE3430473A1 - Verbund-formkoerper - Google Patents

Verbund-formkoerper

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DE3430473A1 DE19843430473 DE3430473A DE3430473A1 DE 3430473 A1 DE3430473 A1 DE 3430473A1 DE 19843430473 DE19843430473 DE 19843430473 DE 3430473 A DE3430473 A DE 3430473A DE 3430473 A1 DE3430473 A1 DE 3430473A1
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Description

  • Verbund-Formkörper
  • Die Erfindung betrifft einen Verbund-Formkörper mit einem Füllkörper, der an seiner Oberfläche mit einer Außenschicht versehen ist.
  • Für die verschiedenstartigen Zwecke verwendet man heutzutage Verbund-Formkörper z. B. plattenartiger Gestalt, bei denen Q8e; außen aufgebrachte(n) Schicht(en) im Material an die außen gewünschten Eigenschaften wie Korrosionsschutz, Oberflächenbeschaffenheit usw. angepaßt sind und den inneren Füllkörper, der dem Formkörper seine Stabilität verleiht, nach außen hin abdeckt, so daß man den Füllkörper ohne Berücksichtigung der gewünschten Außeneigenschaften ausbilden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen solchen Verbund-Formkörper zu schaffen, der aus einfachen Materialien hergestellt ist und höchsten Stabilitätserfordernissen entspricht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Füllkörper von einer ausgehärteten und vor dem Aushärten gießfähigen Matrixmasse und darin eingebetteten Eisensiliziumteilchen gebildet wird, wobei mindestens 60 Gewichtsprozent des Füllkörpers Eisensiliziumteilchen sind.
  • In besonders einfacher und billiger Weise kann die Matrixmasse von hydraulisch abgebundenem Zement gebildet werden.
  • Ein Formkörper mit einem solchen Füllkörper weist eine äußerst hohe Druck- und Bruchfestigkeit auf, wobei sich bei Versuchen für einen plattenförmigen Verbundkörper eine Bruchfestigkeit von 300 - 342 N/mm2 ergeben hat. Diese Festigkeit bleibt auch bei tiefen Temperaturen erhalten.
  • Die Dichte des Füllkörpers liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 5,0 utndi 6,4 g/cm3, sie ist also ebenfalls sehr hoch.
  • Für den angegebenen Füllkörper läßt sich ferner ein Schubmodul von zweckmäßigerweise 20 000 - 36 000 N/mm2 und ein Elastizitätsmodul bis zu 85 000 N/mm2 erzielen.
  • Der erfindungsgemäße Verbundkörper kann somit bevorzugt überall da verwendet werden wo sehr hohe mechanische Beanspruchungen auftreten. Dabei ist eine Korrosion der Eisensiliziumteilchen nicht zu befürchten, da der Füllkörper ja nach außen hin abgedeckt ist. Gegebenenfalls könnte man die Eisensiliziumteilchen vor dem Herstellen des Füllkörpers auch mit einem Schutzüberzug beispielsweise durch Vernickeln oder Verchromen versehen.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Transport- und/oder Lagerbehältern für radioaktive Brennelemente eines Kernkraftwerks, bei denen auch ein Absturz aus mehreren Metern Höhe nicht zu einer die Umwelt gefährdenden Beschädigung des Behälters führen darf. In diesem Falle wird die Behälterwand und gegebenenfalls auch der Boden und der Deckel des Behälters gemäß vorliegender Erfindung ausgebildet. Dabei ist mit der Verwendung der Eisensiliziumteilchen der weitere Vorteil verbunden, daß diese plastisch verformbar sind, so daß beispielsweise bei einem Behälterabsturz ein großer Teil der Fallenergie durch plastische Verformung vernichtet wird.
  • Die Eisensiliziumteilchen und somit der gesamte Füllkörper (wegen der e«g'beieinanderliegenden Verteilung der Eisensiliziumteilchen behindert die Matrixmasse den Wärmeübergang kaum) besitzen des weiteren eine große Wärmeleitfähigkeit, was beispielsweise bei den genannten Behältern für radioaktive Brennelemente ebenfalls günstig ist. Die im Innenraum des Behälters sitzenden Brennelemente entwickeln nämlich eine große Wärmemenge, die möglichst schnell nach außen abgeführt werden muß. Ist die Behälterwand ein erfindungsgemäßer Verbund-Formkörper, erfolgt diese Wärmeabfuhr schnell und sicher durch die Behälterwand hindurch.
  • Es versteht sich, daß sich diese Wärmeleiteigenschaft des Füllkörpers auch in anderen Anwendungsfällen günstig auswirkt, wenn es auf eine schnelle Wärmezufuhr oder -abfuhr durch den jeweiligen Formkörper hindurch ankommt.
  • Als Material für die Außenschicht oder bei plattenähnlichen Verbund-Formkörpern der beiden Außenschichten ist Stahl bestens geeignet. Dies beispielsweise deshalb, da der erfindungsgemäße Verbund-Formkörper eine Temperaturausdehnungszahl besitzt, die im Bereich der von Stahl liegt, so daß unabhängig von der herrschenden Temperatur stets ein sicherer Verbund gewährleistet ist. Auch behindert der Stahl den gegebenenfalls erwünschten Wärmedurchgang nicht.
  • Es versteht sich, daß man je nach Verwendung des Verbund-Formkörpers auch andere Materialien als Stahl für die Außenschicht(en) wählen kann. So kommt beispielsweise auch Kupfer, Aluminium, Kunststoff (beispielsweise Polyamid), Asbest, Graphit, Eternit, Holz oder Gummi in Frage. Im Falle eines plattenartigen Verbund-Formkörpers mit zwei einander entgegengesetzten Außenschichten können diese auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Der Schichtaufbau bringt außerdem eine sehr einfache Fertigung des jeweiligen Formkörpers mit sich. Die Außenschichten können nämlich sozusagen als Schalungswände benutzt werden, zwischen die man die gießfähige Matrixmasse und die Eisensiliziumteilchen eingießen kann. Nach dem Aushärten der Matrixmasse liegt dann ohne zusätzliche Arbeiten der fertige Verbund-Formkörper vor.
  • Weitere Beispiele für die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbund-Formkörpers sind die Herstellung von Tresorwänden, Panzerplatten, Maschinenteilen einschließlic-h Maschinenbetten, Motorenteilen, Walzen, Zylindern oder von Druckbehältern.
  • Alle diese Gegenstände können als Verbund-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein. Dabei sind der Verwendungsvielfalt keine Grenzen gesetzt.
  • Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit ist vorgesehen, daß die Eisensiliziumteilchen unregelmäßig geformt, zweckmäßigerweise gezackt sind. Bei einer solchen Gestalt sind die Teilchen sozusagen ineinander verhakt und stehen somit besser in Eingriff miteinander.
  • Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß die Korngröße der Eisensiliziumteilchen variiert, wobei bezogen auf das Gesamtgewicht der Eisensiliziumteilchen die Gewichtsprozente mit ansteigender Korngröße zunehmen. Hiermit ist' gemeint, daß mehrere Teilmengen von Eisensiliziumteilchen <-mit unterschiedlicher Korngröße vorhanden sind, wobei das Gewicht der jeweiligen Teilmenge mit steigender Korngröße zunimmt. Dabei kann die Korngröße im Bereich von nahezu O bis etwa 30 - 40 mm variieren. Bei einer besonders günstigen Korngrößenverteilung ergeben sich im Gewichtsprozent der Eisensiliziumteilchen/Korngröße-Diagramm auf einer parabelähnlichen Kurve liegende Punkte.
  • Hierbei ist zweckmäßigerweise etwa folgende Korngrößenverteilung vorhanden:
    Korngröße 0,2 5 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 55,5
    GewichisprozenL 2 - 3 4 - 5 6 - 7 8 - 9 11-12 15-17 23-24 26-28
    der FeSi-Teilehen !
    Ist eine noch höhere Wärmeleitfähigkeit des Verbund-Formkörpers erwünscht, können in-dem Füllkörper zusätzlich zu den Eisensiliziumteilchen Metallteilchen, zweckmäßigerweise aus Kupfer, in die Matrixmasse eingebettet sein. Hierbei hat sich für einen Brennelement-Behälter als günstig herausgestellt, daß das Verhältnis von Eisensiliziumteilchen zu Kupferteilchen gewichtsmäßig etwa bei 5 liegt.
  • In dem Füllkörper können des weiteren Stahlfasern und/oder Kunststoffasern, z.B. Polyamidfasern, in die Matrixmasse eingebettet sein, was vor allem der mechanischen Festigkeit förderlich ist.
  • Der Füllkörper kann auch Versteifungsanker und/oder Versteifungsgerippe und/oder Hohlräume und/oder nach außen mündende Kanäle oder Rohrleitungen beispielsweise zum Durchführen eines Kühl- oder Heizmediums, z. B. Wasser, oder elektrischer Leitungen enthalten. Ein solcher Einbau kann je nach dem Verwendungszweck des Verbund-Formkörpers gewählt werden.
  • Oben wurde schon erwähnt, daß die Matrixmasse von hydraulisch abgebundenem Zement gebildet werden kann. Da bei einer solchen Matrixmasse die Festigkeit von dem Wasserzementwert der bei der Herstellung der Matrixmasse des Verbund-Formkörpers zu verwendenden Wasser/Zement-Mischung abhängt, wurde ein besonders günstiger Wasserzementwert ausgewählt. Dieser Wasserzementwert, d. h. das Verhältnis der Wassermenge in kg zur Zementmenge in kg, liegt im Bereich von etwa 0,4 -0,5, zweckmäßigerweise bei etwa 0,45.
  • Die Eigenschaften der Matrixmasse werden des weiteren dadurch optimiert, daß das Ausbreitmaß der bei ihrer Herstellung verwendeten Wasser/Zement-Mischung im Bereich von etwa 34 -38 cm liegt.
  • Der Matrixmasse können je nach Bedarf auch Gleitmittel beigegeben werden.
  • Anstelle aus abgebundenem Zement kann die Matrixmasse je nach Verwendung des Verbund-Formkörpers auch aus einem erstarrten, zuvor fließfähigen Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer bestehen.
  • Anhand der Zeichnung wird nun noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kurz beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen plattenförmigen Verbund-Formkörper gemäß der Erfindung im Querschnitt und Fig. 2 ein Diagramm, das die im Anspruch 6 enthaltene Tabelle anschaulich wiedergibt.
  • Der plattenförmige Verbund-Formkörper gemäß Fig. 1 besteht aus einem mittleren Füllkörper 1 und zwei Außtenschichten 2, 3, die jeweils auf eine der Oberflächen des Füllkörpers aufgesetzt sind. Es ergibt sich insgesamt ein schichtförmiger Aufbau, wobei die Füllkörperschicht 1, wie beschrieben, eine Vielzahl von Eisensiliziumteilchen 4 unregelmäßiger Gestalt mit verschiedenen Korngrößen enthält, die in eine Matrixmasse 5 eingebettet sind. Die beiden Außenschichten 2, 3 können von Stahlplatten gebildet werden, es sind jedoch auch andere Materialien möglich, wie ebenfalls schon beschrieben worden ist. Ferner ist in Fig. 1 noch ein in dem Füllkörper enthaltener und an der zugewandten Außenschicht 3 befestigter Versteifungsanker 6 angedeutet. Schließlich ist noch eine den Füllkörper 1 durchziehende Rohrleitung 7 eingezeichnet.
  • Wie oben erläutert, sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mehrere Teilmengen von Eisensiliziumteilchen mit unterschiedlicher Korngröße vorhanden, wobei das Gewicht der jeweiligen Teilmenge mit steigender Korngröße zunimmt.
  • Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, aus der außerdem leicht ersichtlich ist, daß die der Tabelle gemäß Anspruch 6 entsprechenden Punkte in diesem Diagramm etwa auf einer parabelförmigen Kurve liegen.
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Claims (20)

  1. Verbund-Formkörper Anspriäche 1. Verbund-Formkörper mit einem Füllkörper, der an seiner Oberfläche mit einer Außenschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper von einer ausgehärteten und vor dem Aushärten gießfähigen Matrixmasse und darin eingebetteten Eiçsensiliziumteilchen gebildet wird, wobei mindestens 60 Gewichtsprozent des Füllkörpers Eisensiliziumteilchen sind.
  2. 2. Verbund-Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisensiliziumteilchen unregelmäßig geformt, zweckmäßigerweise gezackt sind.
  3. 3. Verbund-Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Eisensiliziumteilchen variiert, wobei bezogen auf das Gesamtgewicht der Eisensiliziumteilchen die Gewichtsprozente mit ansteigender Korngröße zunehmen.
  4. 4. Verbund-Formkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße im 3ereich von nahezu 0 bis etwa 30 - 40 mm variiert.
  5. 5. Verbund-Formkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Gewichtsprozent der Eisensiliziumteilchen/Korngröße-Diagramm auf einer parabelähnlichen Kurve liegende Punkte ergeben (Fig. 2).
  6. 6. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß etwa folgende Korngrößenverteilung der Eisensiliziumteilchen vorhanden ist: Korngröße 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 31,5 Gewichtsprozent der FeSi-Teilehen 2 - 3 4 - 5 6 - 7 8 - 9 11-12 15-17 23-24 26-28
  7. 7. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixmasse von hydraulisch abgebundenem Zement gebildet wird.
  8. 8. Bei der Herstellung der Matrixmasse des Verbund-Formkörpers nach Anspruch 7 zu verwendende Wasser/Zement-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserzementwert der Mischung, d. h. das Verhältnis der Wassermenge in kg zur Zementmenge in kg im Bereich von etwa 0,4 - 0,5, zweckmäßigerweise bei etwa 0,45 liegt.
  9. 9. Bei der Herstellung der Matrixmasse des Verbund-Formkörpers nach Anspruch 7 zu verwendende Wasser/Zement-Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbreitmaß der Wasser/Zement-Mischung im Bereich von etwa 34 - 38 cm liegt.
  10. 10. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixmasse aus einem erstarrten, zuvor fließfähigen Kunststoff besteht.
  11. 11. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixmasse aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer besteht.
  12. 12. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Füllkörpers im Bereich zwischen 5,0 und 6,4 g/cm3 liegt.
  13. 13. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper einen Schubmodul von 20 000 - 36 000 N/mm2 besitzt.
  14. 14. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Füllkörpers bis zu 85 000 N/mm2 beträgt.
  15. 15. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Füllkörper außerdem Metallteilchen, zweckmäßigerweise aus Kupfer, in die Matrixmasse eingebettet sind.
  16. 16. Verbund-Formkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Eisensiliziumteilchen zu Kupferteilchen gewichtsmäßig etwa 5 beträgt.
  17. 17. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Füllkörper Stahlfasern und/oder Kunststoffasern, z. B. Polyamidfasern, in die Matrixmasse eingebettet sind.
  18. 18. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper Versteifungsanker und/oder Versteifungsgerippe und/oder Hohlräume und/ oder nach außen mündende Kanäle oder Rohrleitungen beispielsweise zum Durchführen eines Kühl- oder Heizmediums, z.B.
    Wasser, oder elektrischer Leitungen enthält.
  19. 19. Verbund-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht(en) aus Stahl bestehta bzw. bestehen.
  20. 20. Verwendung des Verbund-Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Herstellung von Transport- und/oder Lagerbehältern für radioaktive Brennelemente eines Kernkraftwerks, Tresorwänden, Panzerplatten, Maschinenteilen, Motorenteilen, Walzen, Zylindern oder von Druckbehältern.
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