DE711650C - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Silicium oder dessen Legierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Silicium oder dessen Legierungen Es ist bekannt, aus Gemischen von gebräuchlichen keramischen Rohstoffen und körnigem ioder pulverisiertem Silicium ioder Siliciumlegierungen Formkörper nach keramischer Arbeitsweise herzustellen. Silicium besitzt einige metallische Eigenschaften, wie beispielsweise Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Der metallische Charakter siliciumhaltiger keramischer Materialien wird nun aber stark beeinüußt durch den Gehalt der Masse an Silicium oder Siliciuml:egierung.
• Nach bekannten Vorschlägen treten Silicium oder Siliciumlegierungen an die Stelle von Magerungsmitteln üblicher keramischer Massen, wie Porzellan, Steinzeug oder Steatit. Dabei ist der metallische Charakter der Erzeugnisse begrenzt durch den verhältnismäßig geringen Gehalt der Masse an Silicium oder Siliciumlegierung. Durch Erhöhung des metallischen Anteils gelangt man nämlich zu Massen, die nicht mehr genügende Formbarkeit besitzen, uin sie in üblicher Weise zu Gegenständen, namentlich zu solchen von größeren Dimensionen, zu verarbeiten.
• Es macht sich nun, namentlich in der chemischen Industrie, ein starkes Bedürfnis geltend nach möglichst hochwärmeleitenden und gleichzeitig unangreifbaren Apparaturen, wie sie nur aus einem Material mit hohem Gehalt an Silicium oder Siliciumlegierung hergestellt werden können. Es ergab sich somit die Aufgabe, derartige Massen nicht nur zu Platten, sondern auch zu Rohren, Gefäßen u. dgl. zu verformen. Die Lösung dieses Problems gelingt durch die Anwendung biesonderer Bindemittel, durch deren Zusatz formbare Massen erhalten werden.
• Das neue Verfahren besteht darin, daß die zu verformende Masse aus großen Mengen Silicium oder Siliciumlegierung und gegebenenfalls weiteren urplastischen Stoffen gebildet wird. Um gleichwohl genügende Formbarkeit zu erreichen, werden als Bindemittel besondere Stoffe verwendet, die der Masse Bildsamkeit verleihen. Es handelt sich also nicht um eine keramische Masse bekannter Art, die an Stelle sonstiger urplastischer Stoffe metallische Stoffe enthält, sondern um Massen aus Silicium oder Siliciumlegierung mit einem besonderen, die Formbarkeit fördernden Bindemittel. Bei dem letzteren handelt es sich nicht um einen organischen Klebstoff, der beim Brennen oxydiert wird und Poren hinterl.äßt, sondern um einen mineralischen Stoff, der, wenn auch in veränderter Form, im fertigen Erzeugnis erhalten bleibt.
• Als Bindemittel eignen sich k olloidreiche Aluminiumsilicate vom Typus des Montmorillonits, insbesondere Bentonit. Dabei wird die besondere Wirkung dieser Bindemittel oftmals weiter erhöht durch Beifügung kleiner Mengen Magnesiaoder :anderer Stoffe von ähnlicher Alkalinität.
• Eine geringe Menge von beispielsweise i o o, o der Masse an solchen Bindemitteln ist ausreichend, um Formbarkeit zu erzielen. Durch den hohen Gehalt dieser Bindemittel an kolloidfeinen, quellfähigen Teilchen können indessen insofern Verarbeitungsschwierigkeiten auftreten, als die Massen beim Trocknen zum Verziehen oder Rissigwerden neigen. Es ist deshalb häufig angezeigt, tonige Stoffe nach Art der gebräuchlichen keramischen Rohstoffe mit zu verwenden.
• Bei der Herstellung siliciumhaltiger Erzeugnisse, die neben hoher Leitfähigkeit noch besondere Beständigkeit gegen Temperaturwechsel besitzen sollen, ist es überdies vorteilhaft, der Masse Kieselsäure in nichtkristallisierter amorpher Form beizufügen, beispielsweise glasigen Gesteinsquarz, Kieselsinter, Diatomeenerde, Molererde oder künstlich gewonnene amorphe Kieselsäure bzw. in den glasigen Zustand übergeführten Quarz.
• Falls dichte, undurchlässige Produkte beabsichtigt sind, können der Masse bekannte Flußmittel beigefügt werden, um die Dichtsinterung zu fördern. Besonders ist der Zusatz von Magnesiumsilicaten, z. B. Talkum, zu erwähnen. Aus den Aluminiumsilicaten und dem Talkum bilden sich schon bei Temperaturen von etwa i 3oo Schmelzflüsse in der Masse, die ein völliges Dichtwerden des keramischen Anteils bewirken. Weitere verwendbare Fl.ußmittel sind Feldspat, Phosphate oder künstlich hergestellte leicht schmelzbare Fritten oder Gläser. Durch solche Zusätze wird es oftmals möglich, die Dichtsinterung schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen zu erzielen.
• Wenn siliciumhaltige Erzeugnisse hergestellt werden, die möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit besiLzen sollen, so empfiehlt es sich, die Formkörper so zu brennen, daß eine Brenntemperatur erreicht wird, die zwischen 125o° und der Schmelztemperatur des siliciumhaltigen Massebestandteiles liegt. Dabei soll :ein schädlicher Einfluß der Brennatmosphäre auf den metallischen Massebestandteil, wie er sich namentlich bei Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre geltend machen kann, vermieden werden. Es geschieht dies entweder dadurch, daß in praktisch sauerstofffreier Atmosphäre gebrannt wird ,oder dadurch, daß der Brand zwar in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, aber so rasch durchgeführt wird, daß eine schädliche Einwirkung der Brennatmosphäre auf den metallischen M.assebestandteil unmerklich wird. Sofern Materialien hergestellt werden, die nicht dichtsintern, so empfiehlt es sich, auch beim Abkühlen im Brennofen sauerstoffhaltige Gase auszuschließen, falls die Abkühlung längere Zeiträume in Anspruch nimmt. Eine rasche Durchführung des Brandes empfiehlt sich auch dann, wenn die Masse amorphe Kieselsäure enthält, um nämlich ihre Umwandlung in den kristallinen Zustand zu vermeiden. Eine Einwirkung von Luftsauerstoff in den Brenngasen kann auch dadurch vermieden werden, daß man die Formkörper in luftdichter Umhüllung oder in Kohleeinbettung brennt.
• Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Herstellung metallischer Formkörper nach keramischer Arbeitsweise. Die so erhaltenen Materialien zeichnen sich aus durch hohe Wärmeleitfähigkeit und gegebenenfalls auch elektrische Leitfähigkeit. Soweit sie mit Silicium oder Siliciumlegierungen von hohem Siliciumgehalt hergestellt werden, besitzen sie auch hohe Säurefestigkeit, was namentlich für Apparate oder Apparateteile für die chemische Industrie von Bedeutung ist.

Claims (3)

1. PATL-N-rAasrul;cür: i. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Silicium oder dessen Legierungen nach keramischer Arbeitsweise, dadurch gekennzeichnet, daß Massen aus großen Mengen von Silicium oder Siliciumlegierungen und geringen Mengen eines kolloidalen Aluminiumsilikats vom Typus des Montmorillonits, insbesondere Bentonit, als Bindemittel, gegebenenfalls neben anderen tonigen Stoffen und Flußmitteln, geformt und gebrannt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse Stoffe beigegeben werden, die Kieselsäure in amorpher Form enthalten.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß kleine Mengen Magnesia oder andere Stoffe ähnlicher Alkalinität zugegeben werden. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper zwischen 125o° und dem Schmelzpunkt des metallischen Massebestandteils gebrannt werden, unter Vermeidung einer schädlichen Einwirkung der Brennatmosphäre auf den metallischen Massebestandteil.