DE4233015C1 - Bindemittel für keramische Massen - Google Patents
Bindemittel für keramische MassenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für keramische Massen
auf Basis feuerfester Oxide.
Es sind verschiedene Arten von Bindemitteln für die
Zubereitung feuerfester keramischer Massen bekannt. Hierzu
gehören beispielsweise Sulfate, Phosphate, Zemente,
Wasserglas, Tone und/oder kohlenstoffhaltige Substanzen. Im
letztgenannten Fall wird in der Regel eine "Kohlenstoff-
Bindung" angestrebt; man spricht teilweise auch von einem
"Kohlenstoff-Gerüst", das sich während des Pyroprozesses
ausbildet.
In den übrigen Fällen handelt es sich um mehr oder weniger
temporäre Bindemittel, deren Verwendung unter anderem
folgende Probleme aufwirft:
Unter Temperatureinfluß verdampfen die Bindemittel früher
oder später, so daß sich im Gefüge der Masse beziehungsweise
des daraus hergestellten Formteils eine entsprechende
Porosität ausbildet, die häufig unerwünscht ist. So führt
eine erhöhte Porosität in der Regel auch zu einer
verringerten Infiltrations- und Korrosionsbeständigkeit.
Das andere Problem besteht darin, daß die bekannten
Bindemittel häufig die Feuerfestigkeitt der zugehörigen Masse
(des Formteils) unerwünscht herabsetzen.
Aus der AT 382 142 B sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von keramischen Pulvern auf der Basis von
Metalloxiden bekannt, wobei die keramischen Pulvermassen für
die Herstellung feuerfester Werkstoffe verwendet werden können.
Aus der DE 38 40 316 C1 ist ebenfalls ein Verfahren zur
Herstellung feinteiliger Keramikpulver bekannt, und zwar ausgehend
von einer Lösung ode einer Suspension, die in einem
Reaktor versprüht werden. Die EP 0 190 668 A1 beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung von keramischen Formteilen mit
glatter Oberfläche, insbesondere zur Verwendung als elektronische
Bauteile. Dabei werden keramische Partikel im Submikronbereich
eingesetzt. Ein Verfahren zur Herstellung von
Sinterteilen aus feinkörnigen metallischen oder keramischen,
mit einem Bindemittel versetzten Pulvern beschreibt schließlich
die DE 38 08 123 A1. Dabei soll die Korngröße des
Pulvers bei einer der "Fuller-Verteilung" zumindest angenäherten
Korngrößenverteilung bis zu 500 µm, vorzugsweise
bis zu 200 µm betragen. Das Bindemittel ist aus Komponenten
zusammengesetzt, die oberhalb ihres Schmelz- oder Erweichungspunktes
eine homogene Phase bilden.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, ein
Bindemittel für keramische Massen auf Basis feuerfester
Oxide anzubieten, das nach Zugabe zu einer keramischen Masse
und gegebenenfalls nach Herstellung von Formteilen eine gute
Grünstandsfestigkeit und Heißfestigkeit der Produkte gewährleistet.
Auch die weiteren, vorstehend genannten anwendungsspezifischen
Eigenschaften, wie die Infiltrationsbeständigkeit,
Korrosionsbeständigkeit etc. sollen soweit wie möglich
erhalten oder sogar verbessert werden.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde von folgender Überlegung
ausgegangen: Konventionelle feuerfeste keramische Massen,
wie sie inder Technik Anwendung finden, bestehen aus einer
körnigen Matrix, die eine weitestgehend kontinuierliche
Sieblinie aufweist. "Weitestgehend kontinuierlich" bedeutet
dabei, daß keine größeren Körnungslücken bestehen.
Herstellungstechnisch ergibt sich jedoch, daß, ausgehend vom
Größtkorn, sich keine kontinuierliche Sieblinie bis auf
"Null" ergibt. Vielmehr endet die Siebkennlinie mit Abstand
vom "Nullwert"; in der Regel bei 10 bis 30 µm. Das
heißt, das typischerweise 96 bis 98 Gew.-% der keramischen
Masse innerhalb der vorgenannten Kornunter- und -obergrenzen
liegen, während der Rest zum Teil aus Verunreinigungen,
zum Teil aus zufälligem Über- und Unterkorn besteht.
Dies vorausgeschickt, geht die Erfindung von der weiteren
Überlegung aus, daß das Bindemittel in seine Kornzusammensetzung
an die Sieblinie der keramischen Masse anschließen
sollte, um diese "nach unten", möglichst bis auf "Null"
kontinuierlich fortzuführen. In diesem Fall kann und soll
das Bindemittel ebenfalls auf Basis feuerfester Oxide
aufgebaut sein, so daß sich im Brand eine rein keramische
Bindung einstellt und ein Ausbrennen thermisch flüchtiger
Bestandteile verhindert wird.
Der Bindemittelanteil, der beispielsweise zwischen 2 und
15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, beträgt, kann in
ganz anderen Verfahren hergestellt werden, um die
gewünschten feinen Kornfraktionen zu erhalten.
Die feuerfesten Oxide des Bindemittels können dabei als
reoxidiertes Verdampfungsprodukt beim reduzierenden
Einschmelzen von Aluminium-, Chrom- oder Magnesiumträgern in
Elektro-Lichtbogenöfen gewonnen werden.
Demzufolge betrifft die Erfindung ein Bindemittel für
keramische Massen auf Basis feuerfester Oxide, wobei der
Kornaufbau der Masse einer weitestgehend kontinuierlichen
Sieblinie folgt, mit folgenden Merkmalen:
- - das Bindemittel besteht aus mindestens einem feuerfesten Oxid
- - das Bindemittel weist eine Sieblinie auf, die sich im wesentlichen kontinuierlich an das Feinkornende der Sieblinie der keramischen Masse anschließt und dabei zusammen mit der keramischen Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens 98 Gew.-% abdeckt.
Im Idealfall wird sich eine kontinuierliche Sieblinie von
"Null" bis zum Maximalkorn ergeben, wobei der untere
Korngrößenbereich vom Bindemittel und der obere Korngrößenbereich
von der keramischen Masse abgedeckt wird. Ein Wert
von 100 Gew.-% stellt dabei insoweit einen "theoretischen"
Wert dar, weil Verunreinigungen teilweise vorhanden sind
sowie eine technische Grenzkorngröße im Feinkornbereich (zum
Beispiel unter 0,1 µm) aus technologischen Gründen in der
Regel vorhanden sein wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird aber ein Wert
über 99 Gew.-% innerhalb des genannten Kornspektrums
angestrebt.
In diesem Sinne ist für die Wirkungsweise des
erfindungsgemäßen Bindemittels wichtig, daß es den
Kornbereich unterhalb der feuerfesten Oxide der keramischen
Masse abdeckt, um so "Zwickel" in der Masse ebenfalls mit
feuerfesten Oxiden auszufüllen. Auf diese Weise entsteht
sowohl bei der Grünstandsfestigkeit als auch am gebrannten
Produkt ein nahezu optimaler Gefüge-Füllungsgrad.
Dadurch, daß das Bindemittel ebenfalls aus feuerfesten
Oxiden besteht, entfällt das Problem von Schwindungsvorgängen
bei der Trocknung oder im Pyroprozeß von keramischen
Massen/Körpern. Das Bindemittel selbst enthält nämlich keine
oder zumindest keine nennenswerten "flüchtigen
Bestandteile".
Es wird auch bewußt auf einen SiO₂-Anteil verzichtet, der in
bekannten Bindemitteln meist in amorpher Form enthalten ist.
Der Nachteil dieser SiO₂-haltigen Bindemittel ist ihr
ungünstiger Einfluß auf die Heiß- und Heißkorrosionsfestigkeit
der daraus hergestellten keramischen Produkte. Der
SiO₂-Anteil führt nämlich zur Ausbildung mullitischer
und/oder glasartiger Phasen im Produkt. Aus dem Phasensystem
Al₂O₃-SiO₂ läßt sich entnehmen, daß mit dem Auftreten erster
Schmelzen bei etwa 1595° Celsius zu rechnen ist, während
beispielsweise reines Al₂O₃ - wie es beispielsweise als
feuerfestes Oxid in einem erfindungsgemäßen Bindemittel
Verwendung findet, erst knapp über 2000° Celsius schmilzt.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Bindemittels kann
auch auf Zusätze von Phosphaten oder Alkalien als
Bindemittel im herkömmlichen Sinne verzichtet werden, die
sich nachteilig auf die Heißfestigkeit auswirken. Phosphat-
beziehungsweise alkalihaltige Zusätze sind gegebenenfalls
nur im Sinne eines Dispergiermittels - und damit auch in
wesentlich geringerer Zusatzmenge - enthalten.
Anders ausgedrückt: dadurch, daß das Bindemittel
vorzugsweise dieselben feuerfesten Oxide enthält wie die
keramische Masse, unterstützt das Bindemittel die
vorteilhaften Festigkeits- und Korrosionseigenschaften sowie
die infiltrationshemmende Wirkung der daraus gebildeten
Produkte.
Die im Bindemittel verwendeten feuerfesten Oxide sollen
möglichst Dichten nahe der Reindichte aufweisen, so daß sie
praktisch keiner Nachschwindung unterliegen. Die "Trennkorngröße" zwischen der keramischen Masse und dem
Bindemittel wird je nach Anwendungsfall bestimmt.
Üblicherweise wird die Trennkorngröße bei 10 bis 30 µm
liegen.
Entsprechend einer Ausführungsform, nach der 95 Gew.-% des
Bindemittels in einer Kornfraktion unterhalb der Trennkorngröße
vorliegen, bedeutet dies bei einer Trennkorngröße von
beispielsweise 30 µm, das 95 Gew.-% des Bindemittels in
einer Kornfraktion von <30 µm liegen.
Wie oben ausgeführt, sollte das Bindemittel in seiner Kornfraktion
so gewählt werden, daß es die Sieblinie der
zugehörigen keramischen Masse im Feinkornbereich
kontinuierlich fortsetzt. Die Sieblinie des Bindemittels
kann dabei ebenfalls einer Fullerkurve folgen.
Als besonders bevorzugt hat sich ein Bindemittel mit einem
oder mehreren der folgenden feuerfesten Oxide erwiesen:
Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, MgO.
Dabei können die feuerfesten Oxide des Bindemittels
identisch mit denen der feuerfesen keramischen Masse sein.
Es ist durchaus möglich, eine keramische Masse
bereitzustellen, die beispielsweise 99 Gew.-% Al₂O₃ enthält
und deren Bindemittel ebenfalls praktisch ausschließlich
(bis auf Verunreinigungen) aus Al₂O₃-Pulver besteht.
Aber auch die Verwendung unterschiedlicher Oxide zur Bildung
von Mischkristallen zum Beispiel des Typs Al₂O-Cr₂O₃ liegt
im Rahmen der Erfindung. Im vorgenannten Fall steigt der
Schmelzpunkt mit zunehmendem Cr₂O₃-Gehalt an.
Das Verhalten des Bindemittels kann dadurch optimiert
werden, daß seine Teilchen zuvor dispergiert werden oder
zusammen mit einem Dispergiermittel der keramischen Masse
zugegeben werden.
Eine vorherige Dispergierung läßt sich zum Beispiel wie
folgt ausführen:
Es wird eine trockene Mischung aus einem oxidischen Mikropulver
und einem Dispergiermittelpulver in einem Mischaggregat
derart hergestellt, daß zum Beispiel 0,6% Phosphatdispergierer
dem Mikropulver beigegeben und fünf Minuten
gemischt wird.
Als Dispergiermittel, das dem Bindemittel zugegeben wird,
kann beispielsweise Natriumtripolyphosphat angegeben werden.
Das Bindemittel kann dann als trockene Fertigmischung der
feuerfesten keramischen Matrixmasse zugegeben und die
Gesamtmasse mit Wasser aufbereitet werden.
Je nach Anwendungsbereich kann das Bindemittel auch einen
Gehalt (vorzugsweise 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das
Bindemittel) eines Flockungsmittels enthalten, das aus
solchen Stoffen ausgewählt wird, die erst zu einem Zeitpunkt
wirksam werden, nachdem eine Dispergierung der Teilchen
stattgefunden hat. In diesem Sinne eignen sich vor allem
Calciumionen abgebende Substanzen.
Schließlich sieht die Erfindung auch die Zugabe von
sogenannten Konditioniermitteln vor, die das
Abbindeverhalten des Bindemittels beeinflussen. Hierzu
gehören Abbindebeschleuniger und Abbindeverzögerer, je nach
Anwendungsfall. Zur Abbindeverzögerung finden beispielsweise
Carbonsäuren wie Zitronensäure Anwendung. Auch mit Hilfe von
Zusatzstoffen, wie Cellulosederivaten, die das Wasserrückhaltevermögen
beeinflussen, kann die Viskosität und
Verarbeitbarkeit des Bindemittels gezielt auf dem jeweiligen
Anwendungsfall eingestellt werden.
Nachstehend sind Bereichsgrenzen für derartige Dispergiermittel,
Flockungsmittel und Konditioniermittel angegeben,
die jeweils auf die Gesamtmasse des Bindemittels gerechnet
sind:
- - Dispergiermittel: 0,01% bis 2,0%
- - Flockungsmittel: 0,01% bis 2,0%
- - Konditioniermittel: 0,01% bis 2,0%
wobei die Gesamtmenge der Zusatzmittel 6% nicht
übersteigen sollte.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen
Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei steht eine Masse auf Tonerdebasis mit einer maximalen
Korngröße von 3 mm zur Verfügung. Das Kornspektrum der
feuerfesten keramischen Masse ist wie folgt:
| 3,0 bis 1,2 mm | |
| 30 Gew.-% | |
| 1,2 bis 0,063 mm | 48 Gew.-% |
| 0,063 bis 0,005 mm | 14 Gew.-% |
| <0,005 mm | 8 Gew.-% |
| 100 Gew.-% |
Dieser Masse werden nun 5 Gew.-% eines erfindungsgemäßen
Bindemittels zugemischt, das selbst ebenfalls aus einem
Tonerde-Mikropulver besteht, von dem 98 Gew.-% in einer
Kornfraktion <0,005 mm vorliegen.
Der Figur läßt sich entnehmen, daß sich die
Sieblinie des Bindemittels quasi kontinuierlich an die
Sieblinie der keramischen Masse anschließt und diese bis in
feinste Kornfraktionen (nahe Null) fortsetzt.
Die durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels
erzielbaren Vorteile sind vorstehend ausführlich erörtert.
Claims (17)
1. Bindemittel für keramische Massen auf Basis feuerfester
Oxide, wobei der Kornaufbau der Masse einer weitestgehend
kontinuierlichen Sieblinie folgt, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
- 1.1 das Bindemittel besteht aus mindestens einem feuerfesten Oxid und
- 1.2 weist eine Sieblinie auf, die sich im wesentlichen kontinuierlich an das Feinkornende der Sieblinie der keramischen Masse anschließt und dabei zusammen mit der keramischen Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens 98 Gew.-% abdeckt.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, bei dem die Kornfraktion
des Bindemittels so gewählt ist, daß das Bindemittel
mit der Masse ein Kornspektrum zwischen Null und dem
Maximalkorn der keramischen Masse von mindestens
99 Gew.-% abdeckt.
3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Anteil von
über 95 Gew.-% in einer Kornfraktion unterhalb der
Trennkorngröße gegenüber der keramischen Masse.
4. Bindemittel nach Anspruch 3, mit einem Anteil von über
95 Gew.-% in der Kornfraktion <10 µm.
5. Bindemittel nach einen der Ansprüche 1 bis 4, deren
Sieblinie einer Fullerkurve folgt.
6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem
überwiegenden Gehalt eines oder mehrerer der folgenden
feuerfesten Oxide: Al₂O₃, Cr₂O₃, ZrO₂, MgO.
7. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen
feuerfeste(s) Oxid(e) dem/denen der keramischen Masse
entspricht (entsprechen).
8. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen
feuerfeste Oxidanteile selbst und/oder mit den
feuerfesten Oxiden der keramischen Masse spinellbildend
sind.
9. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem
Gehalt eines oder mehrerer der genannten feuerfesten
Oxide in Sol- oder Gelform.
10. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
die Teilchen der feuerfesten Oxidkomponente zuvor unter
Verwendung eines Dispergiermittels vereinzelt wurden.
11. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
die feuerfeste Oxidkomponente in homogener Mischung mit
einem Dispergiermittel vorliegt.
12. Bindemittel nach Anspruch 11, bei dem das Dispergiermittel
aus Phosphaten besteht.
13. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem
die feuerfeste Oxidkomponente ein Flockungsmittel
enthält.
14. Bindemittel nach Anspruch 13, bei dem das Flockungsmittel
aus Calcium- oder anderen Erdalkalisalzen
besteht.
15. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem
die feuerfeste Oxidkomponente ein das Abbindeverhalten
beeinflussendes Zusatzmittel (Konditionierungsmittel)
enthält.
16. Bindemittel nach Anspruch 15, bei dem das Zusatzmittel
aus Cellulosederivaten und/oder Carbonsäuren besteht.
17. Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem
das Dispergiermittel, das Flockungsmittel und/oder das
Konditionierungsmittel jeweils in einer Menge von
maximal 2,0 Gew.-%, zusammen maximal 6,0 Gew.-%, jeweils
bezogen auf das Gesamt-Bindemittel, vorliegt
(vorliegen).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: VEITSCH-RADEX AKTIENGESELLSCHAFT FUER FEUERFESTE E |
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| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8331 | Complete revocation |