DE4206800A1 - Waermeisolationsmaterial - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein geformtes
Wärmeisolationsmaterial, das als Wärmeisolationsmaterial
in einem Ofen bei Temperaturen von 1400 bis 1600°C
verwendet werden kann.
In Hochtemperaturöfen werden verschiedene
Wärmeisolationsmaterialien verwendet. In jüngster Zeit
werden poröse Formkörper unter Verwendung von
polykristallinen Aluminiumoxidfasern verwendet, weil sie
ausgezeichnete Eigenschaften, wie eine geringe
Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität bedingt durch ihr
geringes Gewicht, hohe Wärmebeständigkeit und große
Haltbarkeit, aufweisen. Außerdem sind poröse, Formkörper
leicht anzuwenden.
Ein herkömmlicher Aluminiumoxidfaser-Körper enthält
jedoch mindestens 2% SiO2 aus
Aluminiumfaser-Rohmaterial. Wenn die Temperatur 1400°C
oder mehr beträgt, verdampft das SiO2 und verunreinigt
Material, das in dem Ofen gebrannt wird. Das SiO2
lagert sich an der Oberfläche des Ofens an, was zu
einem Defekt der Ofeneinrichtung führen kann. Außerdem
wird ein herkömmlicher Aluminiumoxidfaser-Formkörper
in einer Wasserstoffatmosphäre sehr leicht reduziert, was
das Verdampfen von SiO2 erhöhen kann.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile
herkömmlichen polykristallinen
Aluminiumoxidfaser-Isolationsmaterials zu eliminieren
und ein Aluminiumoxidfaser-Isolationsmaterial zur
Verfügung zu stellen, das nicht so leicht ein Material,
das in dem Ofen gebrannt wird, verunreinigt oder
die Ofeneinrichtung beschädigt, selbst wenn das
wärmeisolationsmaterial in einem Hochtemperaturvakuum,
in einer oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre
verwendet wird.
Diese Erfindung stellt ein Wärmeisolationsmaterial zur
Verfügung, in dem Aluminiumoxidfasern oder Gemische aus
Aluminiumoxidfasern und Aluminiumoxidpulver wechselseitig
durch ein Aluminiumoxidbindemittel gebunden werden, um
einen porösen Formköper mit einer Dichte von 0,2 bis 1,2
g/cm3 zu bilden. Der Gesamtanteil des Al2O3 in dem
Formkörper beträgt nicht weniger als 99,0 Gew.-%.
Der Al2O3-Gehalt wird in dem ganzen
Wärmeisolationsmaterial dadurch auf 99,0 Gew.-% oder
mehr eingestellt, daß Aluminiumoxidfasern mit einem
Aluminiumoxidgehalt, der höher ist als der von
polykristallinen Aluminiumfasern, die bei der Herstellung
eines herkömmlichen
Aluminiumoxid-Wärmeisolationsmaterials verwendet werden,
verwendet werden. Vorzugsweise werden
Aluminiumoxidfasern, die 99 Gew.-% oder mehr Al2O3
enthalten und ein Aluminiumpulver und Bindemittel, die
soviel Al2O3 wie möglich enthalten, verwendet.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Wärmeisolationsmaterials wird nachstehend genau
beschrieben.
Die Aluminiumoxidfasern sind das Haupt-Rohmaterial
und weisen vorzugsweise eine Al2O3-Reinheit von
99 Gew.-% oder mehr auf. Die Aluminiumoxidfasern
können kristallin sein oder auch nicht. Solche
hochreinen Aluminiumoxidfasern können durch gründliche
Entfernung von Siliciumdioxid und anderen Bestandteilen
außer Aluminiumoxid aus dem Rohmaterial, aus dem die
Fasern hergestellt werden, erhalten werden. Hochreine
Aluminiumoxidfasern können aber auch durch Entfernung
von SiO2 durch Reduktion von normalen
Aluminiumoxidfasern, die eine kleine Menge Siliciumdioxid
(im allgemeinen etwa 4 bis 5%) enthalten, hergestellt
werden.
Obwohl die Dicke der Fasern nicht auf bestimmte Dicken
beschränkt ist, liegt der Durchmesser vorzugsweise
innerhalb eines Bereichs von etwa 1 bis 5 µm.
Das als Füllmaterial zur verwendende Aluminiumoxidpulver
ist ein hochreines Aluminiumoxidpulver, wie
gebranntes Aluminiumoxidpulver, geschmolzenes
Aluminiumoxidpulver oder Aluminiumhydroxid. Die Menge
des Aluminiumoxidpulvers beträgt vorzugsweise nicht
mehr als etwa das 9-fache der Menge der
Aluminiumoxidfasern (bezogen auf das Gewicht).
Das verwendete Aluminiumoxidbindemittel kann
beispielsweise ein kolloidales Aluminiumoxid,
Aluminiumschlamm (Aluminiumhydroxidgel, das bei der
anodischen Oxid-Überzugsbehandlung von Aluminium
hergestellt wird), oder Aluminiumhydroxid, das durch die
Umsetzung von Aluminiumsulfat mit Alkali erhalten wird,
sein. Die Menge (die äquivalente Menge von Al2O3) des
Bindemittels beträgt vorzugsweise etwa 2-30 Gew.-%,
bezogen auf das Gemisch von den Aluminiumoxidfasern und
des Aluminiumoxidpulvers. Eine übermäßige Verwendung des
Bindemittels hat die gleiche schädliche Auswirkung wie
eine übermäßige Verwendung des Füllmaterialpulvers.
Die genannten Rohmaterialien werden miteinander in dem
genannten Verhältnis gemischt und eine angemessene Menge
Wasser wird vor oder nach dem Mischen zu den Materialien
gegossen, so daß das gesamte Gemisch feucht oder zu einem
Schlamm wird. Anschließend wird das Rohmaterialgemisch
durch ein herkömmliches Dehydratationsformverfahren
geformt. Zu diesem Zeitpunkt ist es gewünscht, daß das
Formen unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß
die Dichte des geformten Endprodukts etwa 0,2 bis 1,2
g/cm3 beträgt. Der so erhaltene Formkörper wird
getrocknet und bei etwa 1400° bis 1700°C gebrannt, so
daß das Bindemittel aushärtet und dadurch das
erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial erhalten wird.
Das erfindungsgemäße wärmebeständige Material kann in dem
Zustand, wie es erhalten wird oder nachdem es als ein
Wärmeisolationsmaterial für einen Hochtemperaturbrennofen
zugeschnitten wurde, verwendet werden.
Die folgenden Rohmaterialien wurden in Wasser in dem in
Tabelle 1 angegebenen Verhältnis dispergiert und der
dadurch erhaltene Schlamm wurde einem
Saugdehydratationsformen unterworfen. Dann wurde der
erhaltene Formkörper mit einem erwärmenden Luftstrom
getrocknet und 3 h lang bei 1500°C gebrannt.
a
a
Aluminiumoxidfasern A:
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 99,9%; SiO₂ 0,1%
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 99,9%; SiO₂ 0,1%
Aluminiumoxidfasern B:
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 95,0%; SiO₂ 5,0%
polykristalline Aluminiumoxidfasern
Faserdurchmesser 3; Al₂O₃ 95,0%; SiO₂ 5,0%
Aluminiumoxidpulver:
gesintertes Aluminiumoxid
gesintertes Aluminiumoxid
Bindemittel:
kolloidales Aluminiumoxid
kolloidales Aluminiumoxid
Wie vorstehend beschrieben, weist das erfindungsgemäße
Wärmeisolationsmaterial, das im wesentlichen nur
Aluminiumoxid enthält, eine hervorragende
Wärmbeständigkeit nicht nur in einer oxidierenden
Atmosphäre, sondern auch in einer reduzierenden
Atmosphäre und im Vakuum auf. Wenn das
Wärmeisolationsmaterial auf eine hohe Temperatur erhitzt
wird, ist die Möglichkeit, daß Siliciumdioxid ein
Material, das gebrannt wird, verunreinigt, oder daß die
Ofeneinrichtung beschädigt wird, außerdem sehr gering.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen
Wärmeisolationsmaterials verlängert die Lebensdauer eines
Ofens im Vergleich mit einem Ofen, bei dem ein
herkömmliches Wärmeisolationsmaterial verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Wärmeisolationsmaterial kann überall
dort eingesetzt werden, wo eine hohe Wärmebeständigkeit,
eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität oder
eine lange Haltbarkeit benötigt wird.
Claims (11)
1. Geformtes Wärmeisolationsmaterial, umfassend:
Aluminiumoxidfasern; und
ein Aluminiumoxidbindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm3 aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% ist.
Aluminiumoxidfasern; und
ein Aluminiumoxidbindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm3 aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% ist.
2. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein
Aluminiumoxidpulver enthält.
3. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des
Aluminiumoxidpulvers weniger als etwa das 9-fache der
Menge an Aluminiumoxidfasern, bezogen auf das Gewicht,
beträgt.
4. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des
Aluminiumoxidbindemittels etwa 2 bis 30 Gew.-% relativ
zu der Menge der Aluminiumoxidfasern und des
Aluminiumoxidpulvers beträgt.
5. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der
Aluminiumoxidfasern etwa 1 bis 5 µm beträgt.
6. Geformtes Wärmeisolationsmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidfasern
eine Aluminiumoxidreinheit von mindestens 99,0 Gew.-%
aufweisen.
7. Verfahren zur Herstellung eines geformten
Wärmeisolationsmaterials, das die folgenden Schritte
umfaßt:
Zusammenmischen von Aluminiumoxidfasern, einem Aluminiumoxidbindemittel und Wasser, um eine Aufschlämmung herzustellen;
Formen der Aufschlämmung durch Dehydratation, um das Formmaterial herzustellen; und
Trocknen und Brennen des Formmaterials bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 1700°C, bis das Aluminiumoxidbindemittel gehärtet ist, wobei der Formkörper eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm³ aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% beträgt.
Zusammenmischen von Aluminiumoxidfasern, einem Aluminiumoxidbindemittel und Wasser, um eine Aufschlämmung herzustellen;
Formen der Aufschlämmung durch Dehydratation, um das Formmaterial herzustellen; und
Trocknen und Brennen des Formmaterials bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 1700°C, bis das Aluminiumoxidbindemittel gehärtet ist, wobei der Formkörper eine Dichte von 0,2 bis 1,2 g/cm³ aufweist und der Gesamtgehalt an Aluminiumoxid in dem Formmaterial nicht weniger als 99,0 Gew.-% beträgt.
8. Verfahren zur Herstellung eines geformten
Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumoxidpulver
mit den Aluminiumoxidfasern, dem Aluminiumoxidbindemittel
und Wasser gemischt wird, um eine Aufschlämmung
herzustellen.
9. Verfahren zur Herstellung eines geformten
Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des
Aluminiumoxidpulvers weniger als etwa das 9-fache der
Menge der Aluminiumoxidfasern, bezogen auf das Gewicht,
beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung eines geformten
Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des
Aluminiumoxidbindemittels etwa 2 bis 30 Gew.-%
relativ zu der Menge der Aluminiumoxidfasern
und des Aluminiumoxidpulvers beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines geformten
Wärmeisolationsmaterials nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidfasern
eine Aluminiumoxidreinheit von mindestens 99,0 Gew.-%
aufweisen.
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