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Verfahren zur Herstellung gesinterter Filterkörper
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Filterkörpern aus reinen Metalloxyden. Die Filterkörper
weisen eine besonders wirksame Porengestaltung dadurch auf, daß die gewünschte Porosität
in zwei Arbeitsgängen herbeigeführt wird, wobei schon nach der ersten Stufe ein
poröses Korn anfällt, das für den Aufbau, des Filterkörpers herangezogen wird. In
vielen Fällen hat man bei der Herstellung von Filterkörpern beim Verformen bleibende
Bindemittel, wie z. B.
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Silizilumdioxyd oder Zement, benutzt; derartige Bindemittel werden
bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet.
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Es ist in der Technik nicht neu, poröse Filterkörper auls kieselsäulre-
oder silikathaltigem Material anzlu,fertigen, z. B. aus Quarz, Kieselgur, Syenit,
Bimsstein ul. a. m. Der Verwendung eines silikatbaltigen Filterkörpers sind bekanntlich
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schränkungen auferlegt, z. B. dadurch, daß derartige Filterkörper
gegen Laugen keineswegs als indifferent angesehen werden können.
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Es ist auch bekannt, poröse Körper aus Metalloxyden, unter anderem
auch aus den Oxyden von Aluminium, Beryllium, Thorium und Zirkon, herzustellen.
Bei einigen dieser Verfahren handelt es sich um poröse, feuerfeste Formlinge oder
Massen, die zwar eine gewisse Porosität im Innern oder, besonders gut ausgebildet,
auf der Oberfläche besitzen, bei deren Erzelung aber aluf die Herbeiführung der
für das Filtrieren erforderlichen Durchgangsporosität kein Wert gelegt wird.
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Das gleiche gilt für das bekannte Verfahren zur Herstellung von keramischen
Formkörpern und Überzügen od. dgl., insbesondere für den Aufbau von Entladungsröhren,
aus Oxyden des Aluminiums, Chroms, Beryllium oder Magnesiluims oder aus Gemischen
dieser Oxyde, bei dem als Bindemittel Aluminiumformiatlösung verwendet wird. Bei
anderen Verfahren dieser Art, bei denen die aus Metalloxyd gebildeten porösen Körper
Filterzwecken dienen, versucht man, den gewünschte ten Porositätsgrad dadurch zn
erreichen, daß man die Korngröße. des in Frage kommenden Oxydes variiert. Zur Herstellung
fester Filterhohlkörper hat man auch schon von Natur aus poröses Material verwendet.
In anderen Fällen wurde die erforder liche Porosität auch durch an sich bekannte
andere Maßnahmen herbeigeführt, z. B. durch Zusatz gasentwickelnder Stoffe usw.
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Auch - die,Anwendung des Sinterns bei der Herstellung - von Filterkörpern
aus Metalloxyden ist nicht neu. So ist z. B. ein Filter oder Diaphragma bekannt,
das im wesentlichen aus Chromoxyd besteht. Eine besondere Aunsführungsform dieses
Herstellungsverfahrens besteht darin, daß man Chromoxyd, eventuell unter Zugabe
von Chromtrioxyd, einem Sinterungsprozeß unterwirft. Es hat sich gezeigt, daß man
durch geeignete Höhe der Sinterungsbemperatulr und -dauer die Porosität innerhalb
gewisser Grenzen verändern kann.
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Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, wonach basenheständige Diaphragmen
oder Filter in einem Arbeitsgang durch Brennen von-aus Chrom- und Magnesiluhnoxyd.
bestehenden Mischungen erhalten werden. Dabei können an Stelle von Magnesiumoxyd
auch solche Magnesiiumverbindungen verwendet werden, die beim Brennen in das Oxyd
übergehen.
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Man hat auch schon Verfahren entwickelt, nach denen bei der Herstellung
gesinterter Filterkörper zwei Sintervorgänge nacheinander vorgenommen werden. Bei
dem bereits erwähnten Verfahren, bei dem das Filter im wesentlichen aus Chromoxyd
besteht, kann man das Oxyd auch vos der weiteren Behandlung, z. B. Pressen, bereits
einem Sinterungsvorgang unterwerfen. Der Zweck des Vorsinterns ist in diesem Fall
der, dem Chromoxyd die für die gewünschte Porosität des Filters maßgebende Korngröße
zw erteilen. Das dabei anfallende Korn ist in sich nicht porös, die Herbeiführung
der Porosität erfoIgt-erst i.m z-weiten Ar-beit§-gang, d. h. beim Pressen und anschließendem
Srhitzen bzw. bei der zweiten Sinterung. Es ist besonders zu erwähnen, daß für die
Hersbellung dieses Filters auch ein geeignetes Bindemittel, z. B.
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Zement, verwendet werden kann. Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung
von Diaphragmen bestehen die beiden Stufen darin, daß das Gemisch der Ausgangsstoffe
zusammen mit einem Bindtmittel zunächst nur teilweise zeulm Erhärten gebracht, dann
auf geeignete Korngröße zerkleinert und durch Pressen verformt und schließlich,
gegebenenfalls durch. Erhitzen, vollständig zum Erhärten gebracht wird. Als Ausgangsmaterial
dient z.-B; ein Gemisch von Aluminiumoxyd mit Erdalkali- und Tonerdsilikaten, als
Bindemittel z. B.
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Wasserglas. Auch in diesem Fall wird, wie bei vieles2 anderen Verfahren,
-der Porositätsgrad des fertigen Filterkörpers durch die Größe der für den Aufbau
des Filters maßgebenden Körner festgelegt, die nicht in sich porös gemacht sind.
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Gegenüber diesem Stand der Technik wurde nun ein Verfahren zur Herstellung
gesinterter Filterkörper aus hochschmelzenden reinen Metalloxyden gefunden, bei
dem ein Filterkörper mit besonders wirksamer Porengestaltung erhalten wird. Ein
bleibendes Bindemittel beim Verformen wird dabei nicht angewandt. Für das Verfahren
gemäß -.der Erfindung ist die zweifache Herkunft der Poren kennzeichnend. Das Oxyd
wird zuerst vorgesintert und ihm dabei nach einem der bekannten Verfahren der gewünschte
Porositätsgrad verliehen. Das so erhaltene Produkt wird dann zerkleinert, und anschließend
werden die durch das Zerkleinern erhaltenen, in sich porös gemachten Körner verformt
und bei Temperaturen oberhalb I7000 zusammengesintert.
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Die erfindmgsgemäß hergestellten Filterkörper bestehen in ihrer ganzen
Masse aus einheitlichen reinen Oxyden, z. B. Berylliumoxyd (BeO), Thoriumoxydl (Th
02), Zi4niu;moxyd (Zr Os), vorzugsweise aber Aluminium (Al2 03), oder auch aus Gemischen
derartiger Oxyde miteinander, die als Substanz, besonders in hochgeglühtem Zustand,
chemisch zu den widerstandsfähigsten Stoffen zählen, die es überhaupt gibt. Im einzelnen
ist-über die Herstellung noch folgendes zu; sagen: Die Oxyde werden bei hohen Temperaturen
vorgesintert und dabei auf einem der bekannten Wege porös gemacht Bei den dabei
erhaltenen Körpern sind offene und geschlossene Poren vorhanden. Die Anwesenheit
geschlossener Poren ist hier ohne Bedeutung, denn es kommt jetzt noch nicht auf
die D.urchgangsporosität an. Anschließend folgt die Zerkleinerung dieser porös gemachten
Körper, und die Bruchstellen werden in erster Linie an den Poren auftreten, gleichgültig,
ob diese-vorher offen oder geschlossen waren. An den Bruchstücken sind auf diesem
Wege offene Poren erhalten worden und vorhanden; nach der Zerkleinerung der porös
gemachten, vorgesinterten Körper ist das erste Sta-.diu,m der Porenbildung beendet.
Nun wird das so vorbereitete Material bei Temperaturen ober-halb 17000. zu dem endgültigen
Filterkörper versintert.
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Die Gestalt der nach der Vorsinterung und Zerkleinerung der angefallenen
einzelnen Körner bewirkt, daß ein lückenloses Aneinanderlegen von Körnern praktisch
vollständig ausgeschlossen ist, d. h., es entstehen Lücken zwischen diesen Körnern,
die Durchgangsporen für das Filter darstellen. Da mit ist das zweite Stadium der
Porenbildung charakterisiert.
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Die durch das Einhalten der beiden beschriebenen Stadien der Porenbildung
erhaltenen, gewissermaßen doppelt porösen Filterkörper weisen eine besonders wirksame
Porengestaltung auf, die zu einer unerwarteten Verbesserung der Filtrationseigenschaften
führt. Die Möglichkeit einer derart günstigen Ausgestaltung eines solchen Filters
ist um so überraschender, als angenommen werden mußte, daß durch die poröse Ausbildung
des das Filter aufbauenden Korns bei einer bloßen Verfestigung durch Sinterung ohne
bleibendes Bindemittel, also ohne Mitwirkung einer flüssigen Phase, die mechanischen
Eigenschaften des Filterkörpers weit hinter jenen zurückbleiben würden, die man
von einem Werkstoff von der Härte und Festigkeit des Alumininmoxydes erwarten kann.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß trotz der durch die Porosität des Korns bedingten,
unter Umständen wesentlichen Verringerung der Anzahl der Berührungspunkte bzw. der
Größe der Berührungsfläche zwischen den zu versinternden Körnern das Sintervermögen
eines verhältnismäßig reaktionsträgen Stoffes, wie z. B. Aluminiumoxyd, noch ausreicht,
um zu mechanisch festen Körpern mit hoher Porosität zu gelangen, die allen Anforderungen
genügen, die an derartige Filterkörper bei der Filtration von chemisch oder thermisch
angreifenden Stoffen und auch von Metallschmelzen gestellt werden.
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Die Erzeugung der Porosität des für die Vorsinterung einzusetzenden
Materials kann in bekannter Weise, z. B. durch Herau!sbrennen, -dampfen, -schmelzen
oder -lösen geeigneter fester, pulvriger oder körniger Zuschlagstoffe, wie Grieß,
biehl, Holz, Kunst- oder Naturharz, Wachs, Paraffin, Schwefel, Zucker, Kochsalz
u. ä., oder auch durch das sogenannte Gastreiben erfolgen, wozu man mit gutem Erfolg
z. B. sauerstoffabgebende Substanzen, wie Peroxide, Persalze u. dgl., vorzugsweise
aber Wasserstoffperoxyd, verwendet.
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Auch das Einmischen fertiger Schäume führt zum gewünschten Effekt.
Selbstverständlich muß in jedem Fall der Verfestigungsprozeß so geleitet werden,
daß Poren erhalten werden, die mitei,nwander in Verbindung stehen. Man erhält verschiedene
Porengrößen und auch verschiedene Poren charakteristiken, jle nachdem, ob man z.
B. gröbere oder feinere kalzinierte oder ob man geschmolzene Tonerde zum Aufbau
der Filterkörper verwendet.
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Ein bleibendes Bindemittel wird hier, wie bereits erwähnt, bei dem
Verformen des Filtermaterials nicht angewandt. Unter »bleibendem Bindemittel« versteht
man bekanntlich einen Stoff, der auch noch nach dem Sintern in unveränderter Zusammensetzung
vorliegt, z. B. Kieselsäure, Zement u. a. Der Anwendung anderer Bindemittel, die
hier lediglich den Zweck haben, die Formung bzw. Handhabung der Rohlinge zu ermöglichen
oder zu erleichtern und durch die die Eigenschaften des Filterkörpers nicht beeinträchtigt
werden, steht nichts im Wege.
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Es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bindemittel z.
B. Klebstoffe benutzt werden, die sich bei der Sinterung verflüchtigen, es können
mit gutem Erfolg aber auch Stoffe gewählt werden, die beim Erhitzen den gleichen
Stoff liefern, aus dem der Filterkörper selbst aufgebaut ist. So kann z. B.
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Alumimumoxyd mit Hilfe von Alulminiulmsalzlösungen verformt werden.
Beim späteren Brennen zerfallen diese Salze, ohne fremdstoffliche Verunreinigungen
zurückzulassen. Die Anwendung derartiger Bindemittel ist bekannt; sie stellen naturgemäß
leine »bleibenden« Bindemittel dar.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten künstlichen-Filterkörper
mit besonders gut ausgebildeter Porosität können verschiedene Gestalt erhalten,
und zuweilen können sie beispielsweise als Filterplatten, -steine, -tiegel, -ringe,
-zylinder u. dgl., gegebenenfalls aber auch als beliebig gestaltete Bruchstücke
zum Aufschütten von Filtrierschichten verwendet werden.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Filterkörper ist, wenn er aus Aluminiumoxyd
aufgebaut ist, sowohl gegen Säuren als auch gegen Laugen bei normalen und hohen
Temperaturen vollkommen indifferent. Selbst Flulßsaure kann bei erhöhten Temperaturen
einwandfrei filtriert werden, ohne daß durch gelöste Filtersubstanz Verunreinigungen
auftreten. Auch bei der Filtration geschmolzener Metalle haben sich die beschriebenen
Filterkörper ausgezeichnet bewährt. Sie halten Temperaturen bis weit über 12000
aus, ohne merklich an Festigkeit zn verlieren. Eine chemische Verunreinigung, die
bei der Filtration von geschmolzenem Aluminium bei Verwendung silikathaltiger Filtersteine
stets eintritt, ist bei den neuen Filterkörpern ausgeschlossen, da diese keine Stoffe
enthalten, die mit Aluminium chemisch reagieren könnten. Darüber hinaus ist die
Temperatufwechselbeständigkeit der Filter so groß, daß sie das Aufgießen des geschmolzenen
Metalls vertragen, ohne zu Zerspringen.