DE2210291C3 - Geformter und gebrannter fester hitzebeständiger nichtglasiger Gegenstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Geformter und gebrannter fester hitzebeständiger nichtglasiger Gegenstand und ein Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen geformten und gebrannten festen hitzebeständigen nichtglasigen Gegenstand,
der Aluminiumborat oder Aluminiumborsilikat enthält transparent ist und die in Anspruch 1
angegebene Zusammensetzung aufweist und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Diese Gegenstände
sind z.B. Fasern bzw. fäden, Mikrokugeln, Flocken, Textilien und Verbundstoffe, wie z. B. endlose, transparente,
starke, flexible, runde, glatte und glänzende feuerfeste Fäden, die von innen her stark gefärbt
werden können und als Verstärkung für Verbundwerkstoffe oder zur Herstellung anderer feuerfester
ι ο Gegenstände, wie Stoffen, geeignet sind.
Aus der US-PS 21 18 143 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Boraluminatkristalle enthaltendes Feuerfestmaterial
durch Schmelzen von 10 bis 35% B2O3 und
65-90% Al2O3 in einem Elektroofen hergestellt wird.
Die danach erhaltenen Feuerfestmaterialien sind nicht transparent Hitzebeständige Werkstoffe in Form von
Fasern, Endlosfäden oder Mikrokugeln oder amorphen Gegenständen werden nicht vorgeschlagen. In der
• US-PS 26 95 849 werden aus der Schmelze gegossene Feuerfestgegenstände beschrieben, die 75-98V2%
Al2O3, 1 bis 15% SiO2 und 1/2 bis 10% B2O3 enthalten
und ungebrannt sind. Ein Verfahren zur Herstellung feuerfester polykristalliner Fasern aus Metalloxiden ist
aus der GB-PS 10 30 232 bekannt wobei eine konzentrierte, feuerfestes Metalloxid enthaltende Lösung
zu Fasern geformt und durch Brennen bei hohen Temperaturen alle anderen Bestandteile außer dem
Metalloxid eliminiert werden. Aluminiumborat- oder Aluminiumborsilikatmaterialien werden hierbei nicht
eingesetzt
Das feuerfeste Material der Erfindung ist vorzugsweise im wesentlichen frei von kristallinem Aluminiumoxid,
d. h., die Röntgenbeugungsbilder zeigen keine wahrnehmbaren
freien Aluminiumoxidkristallite. Die feuerfesten Materialien der Erfindung sind transparent,
haben bei einer binokularen mikroskopischen Prüfung (z. B. mit 48facher Vergrößerung) keine wahrnehmbare
Körnigkeit und die daraus geformten Gegenstände haben eine glatte Oberfläche. Aus diesem feuerfesten
Material können Fäden hergestellt werden, die endlos lang, stark und glänzend sind, hohe Elastizitätsmoduln
haben und wie andere geformte Gegenstände von innen her stark gefärbt werden können.
Das feuerfeste Material der Erfindung kann in einer amorphen Form hergestellt und zum Verdichten,
Verstärken und Umwandeln in ein homogenes Gemisch aus amorphen und kristallinen Fasern oder in eine
vollständig kristalline Form unter Beibehaltung der gewünschten Gestalt, Integrität und Transparenz einer
so höheren Temperatur unterworfen werden.
Diese feuerfesten Fäden können in ihrer »grünen« oder ungebrannten Form durch Formen und Gelieren
unter Entwässern oder Verdampfen, wie z. B. durch Strangpressen, Ziehen, Spinnen oder Verblasen oder
durch Kombinationen davon, eines viskosen Konzentrats eines wäßrigen Gemischs, das Aluminiumoxid- und
Boroxidvorläufer und gegebenenfalls Kieselsäurevorläufer, wie z. B. kolloide Kieselsäure, enthält, hergestellt
werden. Nach einem alternativen Weg kann das
bo genannte wäßrige Gemisch durch Verdampfen des
Wassers aus einem aus dem Gemisch hergestellten Film oder durch Gelieren von Tröpfchen aus einem solchen
wäßrigen Gemisch in einem entwässernden Alkohol unter Bildung von Kugeln oder Blasen oder durch
bi Sprühtrocknen des wäßrigen Gemischs in Luft unter
Bildung von Perlen, Kugeln, Blasen oder kleinen Teilchen zum Gelieren gebracht werden. Die geformten
grünen Gegenstände werden dann erwärmt,
weiteres Wasser und andere flüchtige Bestandteile zu entfernen, organisches Material zu zersetzen und
Kohlenstoff abzubrennen und den Gegenstand in einen monolithischen feuerfesten Gegenstand umzuwandeln,
der die oben beschriebenen Zusammensetzungen aus Aluminiumborat oder Aluminiumborsilikat aufweist
Der Ausdruck »endloser Faden«, wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf einen Faden (oder eine
Einzelfaser), der im Vergleich zu seinem Durchmesser eine praktisch unendliche Länge hat Diese endlosen
Fäden der Erfindung können in der grünen oder feuerfesten Form 3 bis 6 m oder länger sein. Fäden mit
einer kürzeren Länge als dieser ergeben sich nur durch gelegentliche Risse, die auf kleinste Inhomogenitäten,
wie z. B. Fremdteilchen oder Blasen, zurückzuführen sind, die bereit, in dem viskosen Konzentrat von den
Vorläufern vorhanden waren, oder durch ein versehentliches mechanisches Zerreißen. Durch Zusammenbringen
vieler Fäden in Form eines kontinuierlichen Strangs, Taus, Garns oder andere- mehrfädiger
Gegenstände wirkt sich das gelegentliche Brechen oder Reißen eines endlosen Fadens nicht auf die praktische
Verwendbarkeit des mehrfädigen Gegenstands aus, der einen Faden enthält dessen Länge relativ kurz ist Auf
jeden Fall können die Fäden der Erfindung, auch wenn sie aus den vorstehend angegebenen Gründen gebrochen
oder zerrissen sind, in Längen hergestellt werden, die wesentlich länger sind als die Länge einer
Stapelfaser.
In der Zeichnung stellt die F i g. 1 ein ternäres Diagramm der Zusammensetzung eines Systems aus
Aluminiumoxid, Boroxid und Kieselsäure dar, in dem die Aluminiumborat- und Aluminiumborsilikatmaterialien
der Erfindung angegeben sind. Die Fig.2 und 3 sind Federzeichnungen, die nach Mikrophotographien in
dem gleichen Maßstab (75fache Vergrößerung) gezeichnet worden sind, die jeweils mit einem Lichtmikroskop
unter Anwendung von durchfallendem und flach auftreffendeni Licht aufgenommen worden sind, wobei
die Fig.2 Fäden der Erfindung aus transparentem Aluminiumborat 3 AIA : 1 B2O3, mit einem Durchmesser
von etwa 15 μπι wiedergibt die durch Brennen bei
900°C erhalten worden sind, und die Fig.3 undurchsichtige
Aluminiumboratfäden, 3 AbO3 :1 B2O3, mit
einem Durchmesser von etwa 10 bis 15 μηι wiedergibt,
die durch Brennen bei 14000C erhalten worden sind.
In der F i g. 1 fallen bevorzugte feuerfeste Materialien der Erfindung in den Bereich oder liegen entlang der
Grenze, die b?rw. der durch A, B, C und D definiert ist. Aluminiumboratmaterialien, die nur auf Aluminiumoxid
und Boroxid basieren (d.h. nicht auf Kieselsäure basieren), verlaufen entlang der Grenzlinie A-B, wobei
die Metalloxide entlang dieser Linie zwischen
9 Al2O3:2 B2O3 (Punkt A)und
3Al2O3:l,5B2O3(Punktß;
3Al2O3:l,5B2O3(Punktß;
liegen. Die Aluminiumborsilikatmaterialien, die auf Aluminiumoxid, Boroxid und Kieselsäure basieren,
liegen innerhalb des Bereichs A, B, Cund Z?oder entlang der Grenzlinien ß-Cund D-A, wobei die Siliziumdioxidkomponente
bis zu 65 Gew.-% reicht, und die Metalloxide entlang der Grenzlinie C-D liegen zwischen
3 Al2O3:1,5 B2O3:12,7 SiO2(Punkt Qund
9 Al2O3: 2 B2O3 :32,7 SiO2 (Punkt D).
9 Al2O3: 2 B2O3 :32,7 SiO2 (Punkt D).
Das Material, aus dem das feuerfeste Material der Erfindung gebildet werden kann, kann eine wäßrige
Lösung von wasserlöslichen Aluminium- und Borverbindungen sein. Das Material l.ann ein zweiphasiges
System sein, das ein wäßriges Gemisch von einer kolloidalen Dispersion von Kieselsäure und von
wasserlöslichen oder dispergierbaren Aluminiumverbindungen und Borverbindungen enthält Diese löslichen
Aluminiumverbindungen und Borverbindungen sind Verbindungen, die zu den entsprechenden Metalloxiden,
Aluminiumoxid und Boroxid, kalziniert werden können. Im allgemeinen sind die Aluminium- und
Borverbindungen in der Lösung oder dem Zweiphasensystem in Anteilen vorhanden, die ausreichen, bezüglich
Al2O3: B2O3 Molverhältnisse in dem Bereich von 9 :2
bis 3 :1,5, vorzugsweise von etwa 9 :2 bis 3 :1,33 und
insbesondere von 3 :1 zu ergeben. Die Materialien mit Zusammensetzungen an oder nahe der Grenzlinie B-C
von der F i g. 1 neigen mehr zu einer Nichtmischbarkeit oder zu einem Niederschlag, und die feuerfesten
Gegenstände, die aus diesen Materialien hergestellt worden sind, neigen im allgemeinen zu Fehlern oder
Brüchen. Der Gehalt an der Kieselsäurekomponente des genannten Zweiphasensystems kann schwanken
und sogar 65 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht der vorhandenen Metalloxide, ausmachen,
doch ist die Kieselsäure vorzugsweise in einem Anteil von etwa 20 bis 50 Gew.-% vorhanden. Die aus dem
Zweiphasensystem hergestellten grünen Gegenstände, die hohe Anteile, z. B. etwa 20 Gew.-%, von der
Kieselsäurekomponente enthalten, können schneller und dementsprechend wirtschaftlicher gebrannt werden,
um die gewünschten physikalischen Eigenschaften, einschließlich der physikalischen Festigkeit unversehrten
Beschaffenheit und Transparenz, zu erzielen; derartige Gegenstände sind außerdem beim Gebrauch
gegenüber höheren Temperaturen widerstandsfähig. Materialien mit Zusammensetzungen an der Grenzlinie
A-B von der Fig. 1 oder nahe dieser Linie führen zu
feuerfesten Produkten, die relativ poröser sind und stärker hochkristallin und daher zerbrechlicher sind:
Die zur Herstellung der feuerfesten Materialien verwendete wäßrige Lösung, die Aluminiumborat (d. h.
auf der Linie A-B von der Fig. 1 liegt) enthält, kann
durch gemeinsames Vermischen von wasserlöslichen oder dispergierbaren Aluminium- und Borverbindungen
in Wasser hergestellt werden. Zu geeigneten Aluminiumverbindungen, die benutzt werden können, gehören
als typische Vertreter.
Aluminiumchloridhexahydrat, AlCl3 · 6 H2O,
Aluminiumformiatacetat,
AI(OH)(OOCHXOOCCh3), und
Aluminiumnitrat, Al(NO3J3 · 9 H2O.
Aluminiumformiatacetat,
AI(OH)(OOCHXOOCCh3), und
Aluminiumnitrat, Al(NO3J3 · 9 H2O.
Geeignete Borverbindungen, die verwendet werden können, sind Borsäure und Boroxid. Ein besonders
geeignetes Ausgangsmaterial, das zur Herstellung einer wäßrigen Lösung verwendet werden kann, ist ein im
Handel erhältliches basisches Aluminiumacetat, Al(OH)2(OOCCH3) · V3 H3BO3, das ein borsaures stabilisiertes
Aluminiumacetatpulver und ein Äquivalentmolverhältnis von Al2O3 : B2Oa wie 3 :1 aufweist. Der
pH-Wert einer wäßrigen Lösung dieses Pulvers liegt bo von Natur aus auf der sauren Seite, z. B. unter 5, und
Konzentrationen von etwa 30 bis 40 Gew.-% können im allgemeinen angewendet werden. Eine solche wäßrige
basische Aluminiumacetatlösung wird bei der Herstellung der feuerfesten Fäden bevorzugt, weil solche
b5 Faden eine bessere unversehrte Beschaffenheit und ein
besseres Aussehen haben als Fäden, die z. B. unter Verwendung von wäßrigem borsaurem Aluminiumformiatacetat
hergestellt worden sind. Borsaure Alumini-
umchloridlösungen führen im allgemeinen, obwohl sie verwendet werden können, zu Fäden mit mehr Rissen
und einer geringeren Unversehrtheit.
Das zur Herstellung der feuerfesten Aluminiumborsilikatmaterialien der Erfindung verwendete Zweiphasensystem kann durch Vermischen einer wäßrigen kolloidalen Kieselsäure ispersion mit der oben beschriebenen
wäßrigen Lösung von Aluminium- und Borverbindungen hergestellt werden, wobei die genannte basische
Aluminiumacetatlösung wiederum als Quelle für die Aluminiumverbindung bevorzugt wird. Die Zweiphasendispersion kann durch Zugabe der Kieselsäuredispersion zu der wäßrigen Acetat-Boroxidlösung unter
Vermischen, um eine einheitliche Dispersion ohne Gel-, Flöckchen- oder Niederschlagsbildung zu erhalten,
hergestellt werden. Der pH-Wert der erhaltenen Dispersion liegt von sich aus auf der sauren Seite, z. B.
unter 6. Der pH-Wert beträgt vorzugsweise 3 bis 5. Gewünschtenfalls kann eine in der Wärme flüchtige
Säure, wie z. B. Salz-, Salpeter- oder Essigsäure, zum Ansäuern der kolloidalen Kieselsäuredispersion zugegeben werden, und zwar vor der Verwendung, um ein
vorzeitiges Gelieren oder Erstarren zu verhüten. Gemäß der Erfindung können außerdem in die
Dispersion aus dem Zweiphasensystem in der Wärme flüchtige organische Mittel eingearbeitet werden, um
die Lebensdauer des anschließend konzentrierten Systems zu verlängern oder die Viskosität zu erhöhen
und so die fadenbildende Natur der letzteren zu verbessern. Zu Beispielen für solche organische Mittel
gehören Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Dimethylformamid und Glucose (z. B. Maissirup), wobei diese
Zusätze während des Brennens der aus solchen Systemen hergestellten grünen Gegenstände oxidiert
und entfernt werden.
Das Kieselsäureaquasol oder die wäßrige Dispersion
von kolloidaler Kieselsäure kann mit SiO2-Konzentrationen von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 15 bis 35
Gew.-%, benutzt werden, wobei die letzteren konzentrierten Dispersionen bevorzugt werden, und zwar weil
sie im Handel erhältlich sind und weil, wenn sie verwendet werden, die von dem erhaltenen Gemisch zu
entfernende Wassermenge, um dieses Gemisch viskos zu machen, geringer ist, als wenn eine verdünntere
Dispersion verwendet wird. Die kolloidale Kieselsäure kann jedoch auch in der Form eines Organosols benutzt
werden, wobei die Kieselsäure in solchen mit Wasser mischbaren, polaren organischen Lösungsmitteln, wie
sie normalerweise verwendet werden, oder in Isopropylalkohol, Äthylenglykol, Dimethylformamid und verschiedenen Äthylenglykoläther, wie z. B. Äthylenglykolmonomethyläther (2-Methoxyäthanol). kolloidal dispergiert ist Die Größe der kolloidalen Kieselsäureteilchen
in den Aquasolen oder Organosolen kann schwanken, z. B. von 1 bis 100 Γημητ, liegt aber im allgemeinen in der
Größenordnung von 5 bis 30πιμπι und vorzugsweise
von etwa 10 bis 16 μητ.
In der nachfolgenden Tabelle I werden die Eigenschaften von verschiedenen technischen Graden von
wäßrigen kolloidalen Kieselsäuredispersionen, die verwendet werden können, aufgeführt. Solche Ausgangsmaterialien können Verunreinigungen oder Stabilisatoren, wie z. B. Natriumverbindungen, enthalten, obwohl
die Gesamtmenge davon im allgemeinen weniger als 03 Gew.-% ausmacht In manchen Fällen kann es
erwünscht sein, die Kieselsäuredispersion zu filtrieren, um fremde Festsubstanzen, ein Bakterienwachstum und
andere Stoffe zu entfernen.
Produkt
Teilchengröße,
mum
SiO2,
Gew.-%
pH-Wert
(bei 25 C)
13-14
13-14
15-16
7- 9
7- 8
22-25
13-14
13-14
11-16
16-22
16
40,1
30,1
30,1
15,0
29-31
49,0
30,1
30,1
30,0
34,5
25-0
30,1
9,54
9,8
8,3
8,5
9-10
8,5
9,4
8,8
10,2
3,1
10
9,1
Die wäßrigen Lösungen oder Dispersionen, die zur Bildung der feuerfesten Materialien der Erfindung
benutzt werden, können außerdem verschiedene andere sauerstoffhaltige, wasserlösliche Metallverbindungen
enthalten, die eine tiefe oder intensive innere Färbung des endgültigen feuerfesten Materials bewirken, nachdem diese Verbindungen in die entsprechenden
Metalloxide umgewandelt oder zu den entsprechenden Metalloxiden oxidiert worden sind, ohne die Klarheit zu
beeinträchtigen. Zum Beispiel kann Eisen-lII-nitrat zugegeben werden, um eine rote bis orange bis goldene
Farbe zu erzielen, Chromdiformiat, -trioxid oder -chlorid zugegeben werden, um eine blaue oder
lavendelartige Farbe zu erzielen, Calciumformiat zugegeben werden, um eine gelbe Farbe zu erzielen,
Nickelacetat zugegeben werden, um eine hellgelbe oder goldene Farbe zu erzielen und Kupferchlorid zugegeben werden, um eine hellgrüne Farbe zu erzielen. Das
Eisen-III-oxid-haltige feuerfeste Material kann in einer Wasserstoffatmosphäre reduziert werden, wobei reduziertes Eisenoxid oder Eisen erhalten wird, das dem
feuerfesten Material eine schwarze Farbe verleiht und bewirkt, daß das Material von einem Magneten
angezogen, aber nicht elektrisch leitend wird. (Ein solches feuerfestes Material kann benutzt werden, um
Verbundkeramiken herzustellen, die für elektrische Geräteteile, wie z.B. Spulen, Platten, Laufräder,
magnetische Schaltungsteile usw. geeignet sind.) Der Anteil an einem solchen farbgebenden Zusatz schwankt
je nach dem gewünschten Farbton oder der gewünschten Färbung, liegt aber im allgemeinen in dem Bereich
von 03 bis 10 oder bis 25 Gew.-% oder höher,
vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, ausgedrückt als Metalloxid, z. B. Fe2O3, bezogen auf das
gemeinsame Gesamtgewicht von dem Aluminiumoxid, dem Boroxid, der Kieselsäure und dem Metalloxidzusatz in dem feuerfesten Gegenstand. Hohe Anteile an
einigen färbenden Zusätzen können bei den feuerfesten Gegenständen zu einer geringeren Transparenz und
einer geringeren Zugfestigkeit führen, aber auch eine solche geringere Zugfestigkeit ist beträchtlich hoch und
beträgt ζ. B. 703 N/mm2 oder mehr. Metalloxidvorläufer
können ebenfalls zugegeben werden, um die Brechungszahl einzustellen.
Die wäßrige Lösung oder Dispersion ist in dem zunächst hergestellten Zustand eine relativ dünne
Flüssigkeit und enthält im allgemeinen Festsubstanzen entsprechende Mengen von etwa 10 bis 40 Gew.-°/o. Zur
Herstellung von geformten Gegenständen, wie z. B. Fäden, ist es erforderlich, diese dünne Flüssigkeit zu
konzentrieren oder viskos zu machen, um sie in ein viskoses oder sirupartiges Konzentrat zu verwandeln,
das leicht fest wird oder geliert, wenn aus dem Konzentrat ein geformter Gegenstand gebildet und
dieser Gegenstand entwässert wird, z. B. wenn das Konzentrat in Luft stranggepreßt und gezogen wird.
Die Konzentrierungsstufe kann nach an sich üblichen Verfahrensweisen vorgenommen werden, zu denen im
allgemeinen ein Verdampfen gehört, um so große Mengen von Wasser oder flüchtigen Gasen zu
entfernen. Ein solches Verdampfen kann bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdrücken ausgeführt
werden, wird aber vorzugsweise unter Vakuum vorgenommen oder beendet, wie es z. B. mit einer
Wasserstrahlpumpe erzeugt wird. Ein solches Verdampfen kann in einem Kolben vorgenommen werden, der
ganz oder teilweise in ein Wasserbad mit einer Temperatur von z.B. 30 bis 500C eintaucht; die
Flüssigkeit, die unter Vakuum in dem Kolben konzentriert wird, ist natürlich etwas kühler als diese
Temperatur, z.B. 0 bis 10°C. Eine geeignete Vorrichtung zum Konzentrieren der Flüssigkeit ist ein Kolben,
der teilweise in ein Wasserbad eintaucht und mit einer Wasserstrahlpumpe verbunden ist, wie z. B. der Kolben
eines Rotationsverdampfers. Eine geeignete Konzentration wird erhalten, wenn der Gehalt an Festsubstanzen im allgemeinen in dem Bereich von 30 bis 55
Gew.-% liegt und die Viskosität (Brookfield, bei Umgebungstemperatur) in dem Bereich von 15 000 bis
1 000 000 mPa · s, vorzugsweise von 45 000 bis 500 000 mPa · s liegen, und zwar je nach der Art der
zum Gelieren oder Festwerden unter Wasserentzug angewendeten Arbeitsweise und der benutzten Vorrichtung sowie der gewünschten Form des fest oder gelartig
gewordenen Gegenstands. Eine zu hohe Viskosität kann für die zum Strangpressen des Konzentrats benutzte
besondere Vorrichtung ungeeignet sein. Es wird natürlich nicht bis zu dem Ausmaß konzentriert, bei dem
die Löslichkeit der Vorläufer für die Metalloxidverbindungen den Punkt überschreitet, bei dem Makrokristalle
gebildet werden. Die viskosen Konzentrate sind relativ beständig, doch kann eine niedrige Lagertemperatur
vorteilhaft sein, wenn das Konzentrat nicht kurz nach der Herstellung, z. B. innerhalb von 24 Stunden,
verwendet werden soll. Vor dem unter Wasseraustritt stattfindenden Gelieren kann das Konzentrat zentrifugiert werden, um Luftblasen zu entfernen, und/oder
filtriert werden, um fremdes festes Material, wie Bakterienwachstum usw, zu entfernen. Der spezielle
Gehalt an Festsubstanzen oder die Viskosität, die bzw. der bei dem unter Wasserentzug stattfindender!
Gelieren benutzt wird, hängt von der speziellen Vorrichtung und den Bedingungen ab, die zur Bildung
geformter Gegenstände aus dem viskosen Konzentrat benutzt werden. Wenn z. B. das viskose Konzentrat
unter Druck von z. B. 3,4 bis 70 bar unter Anwendung einer üblichen Spinndüse aus korrosionsfestem Stahl
mit mehreren öffnungen, z. B. mit 15 bis 100 oder mehr
Offnungen mit Durchmessern von 0,4 bis 23 mm, wie sie
in der Kunstseideindustrie benutzt wird, stranggepreßt
wird, sollte die Viskosität des Konzentrats so sein, daß
die Fäden zusammenhängend bzw. endlos gebildet werden, und zwar ohne Brechen des durch Strangpressen gebildeten Fadens.
Das viskose Konzentrat kann durch öffnungen stranggepreßt werden und dann durch die Schwerkraft
in Luft fallen oder in Luft mittels Walzen oder einer Trommel oder einer Spulvorrichtung, die sich mit einer
Geschwindigkeit schneller als die Strangpreßgeschwindigkeit dreht, mechanisch gezogen werden. Das
s Konzentrat kann auch durch öffnungen eines stationären oder rotierenden Kopfstücks stranggepreßt und
durch parallele, schräg verlaufende oder tangentiale Luftströme, wie z. B. bei der Herstellung von Baumwollkandis, verblasen werden, wonach die verblasenen
ίο Fäden auf einem Sieb oder dergleichen in der Form
eines Gewirrs aufgefangen werden. Diese Kräfte, die auf die stranggepreßten Fäden ausgeübt werden, wie
z. B. die Schwerkraft, das Ziehen oder die Luftströme, bewirken ein Dehnen oder Strecken der Fäden,
wodurch der Querschnittsbereich der Fäden um etwa 50 bis 90% verkleinert und die Länge der Fäden um etwa
iOO bis 1000% vergrößert wird, und dienen dazu, das Trocknen der Fäden zu beschleunigen oder zu
unterstützen. Gemäß der Erfindung ist es auch möglich,
das Konzentrat auf eine nichthaftende, ebene Unterlage
aufzugießen oder auf dieser Unterlage zu verteilen und den erhaltenen Film mit z. B. einer Dicke von 0,05 bis
0,25 mm in der umgebenden Luft trocknen zu lassen. Andere Verfahrensweisen zum unter Wasserentzug
stattfindenden Festwerden oder Gelieren sind dem Fachmann geläufig.
Das Festwerden oder Gelieren des Gegenstands durch Wasserentzug wird in der umgebenden Luft oder
in erwärmter Luft, falls es erwünscht oder erforderlich
ist, ein schnelles Trocknen zu bewirken, durchgeführt.
Die relative Feuchtigkeit einer solchen Luft sollte nicht so hoch sein, weil große Feuchtigkeitsmengen bewirken,
daß die festgewordenen oder geformten grünen Gegenstände aneinander kleben. Im allgemeinen ist
eine relative Feuchtigkeit von 20 bis 60% bei Temperaturen von 15 bis 300C möglich. Wenn die
Feuchtigkeit hoch ist und hingenommen werden muß, können Ausgleiche durch Verwendung eines Konzentrats mit einer höheren Viskosität, Anwendung einer
langsameren Strangpreßgeschwindigkeit, einer langsameren Ziehgeschwindigkeit, einer kleineren Strangpreßöffnung, durch Aussetzen der grünen Gegenstände
in dem gerade gebildeten Zustand erwärmter Luft und/oder durch Erhöhen des Abstands zwischen der
Strangpreßöffnung und dem Punkt, an dem die einzelnen stranggepreßten Gegenstände miteinander in
Berührung kommen, geschaffen werden. Die grünen Fäden können miteinander in Berührung gebracht
werden, um einen Strang aus vielen Fäden zu bilden, und
der Strang kann geschlichtet werden, um die Fäden ohne Verkleben zusammenzuhalten. Wenn eine Schlichte benutzt wird, kann der Strang (oder können die
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tung zum Auftragen der Schlichte gezogen werden, und
zwar einer Vorrichtung, wie sie in der Textilindustrie benutzt wird, und eine herkömmliche in der Wärme
flüchtige Schlichte oder ein Schmiermittel, wie z. B. ÖL
kann aufgetragen werden. Heizlampen können benutzt werden, um die Schlichte zu verdampfen und dadurch
ein Verbrennen zu vermeiden, das zu einer Überhitzung
der Gegenstände führen könnte (d. h. die Temperatur und die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung, die
aufgrund der Verbrennung erhalten werden, können höher sein, als es erwünscht ist). Die Schlichte kann
außerdem ein längeres Brennen erforderlich machen, um sie von dem gebrannten Gegenstand vollständig zu
entfernen. Wenn andererseits die relative Feuchtigkeit zu gering ist, z. B. 10 bis 15% oder weniger beträgt,
können die grünen Gegenstände zu schnell trocknen und während des Verspinnens oder während der
Handhabung, bevor sie gebrannt werden können, zum Reißen oder Brechen neigen. Niedrige Feuchtigkeitsbedingungen
können durch Strangpressen mit einer größeren Geschwindigkeit, Ziehen des stranggepreßten
Gegenstands mit einer größeren Geschwindigkeit, Verwendung größerer Strangpreßöffnungen, Verkleinerung
des Abstands zwischen den öffnungen und dem Punkt, an dem die Gegenstände miteinander in ι ο
Berührung kommen und/oder durch Verwendung von Konzentraten mit einem entsprechend geringeren
Gehalt an Feststoffen oder geringeren Viskositäten kompensiert werden. Luftströme sollten auf einem
Mindestmaß gehalten werden, weil sie bewirken können, daß sich die einzelnen stranggepreßten
Gegenstände berühren, bevor sie genügend trocken sind, oder bewirken können, daß die Fäden brechen. In
jedem Fall sollten die stranggepreßten oder in anderer Weise zum Gelieren gebrachten Gegenstände unter
Bedingungen hergestellt oder gehandhabt werden, unter denen die Berührung der Gegenstände miteinander
verhütet oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird, bevor sie genügend trocken sind (obwohl in
manchen Fällen, wie z. B. bei der Herstellung von Flocken oder Aggregaten, ein gemeinsames Verkleben
der grünen Gegenstände nicht von Bedeutung ist wenn deren Verwendung oder Anwendung, wie z. B. als
Grundierungspigment, nicht getrennte Gegenstände oder Teilchen erfordert).
Die Fäden in der grünen oder ungebrannten Gelform, sowie auch anders geformte gelierte Gegenstände, die
aus dem viskosen Konzentrat hergestellt worden sind, enthalten im allgemeinen Festsubstanzen, die etwa 40
bis 80 Gew.-% entsprechen, und sind in dem Sinne 3=5
trocken, daß sie nicht aneinander oder an anderen Substanzen haften oder kleben und sich bei Berührung
trocken anfühlen. Die »trockenen« Fäden enthalten jedoch noch erhebliche Wassermengen und organische
Stoffe, z. B. 20 bis 60 Gew.-%, und es ist erforderlich, die Gegenstände zu erwärmen oder zu brennen, um
weiteres Wasser und organisches Material zu entfernen und die Gegenstände in feuerfeste Gegenstände
umzuwandeln. Die hier verwendeten Ausdrücke »Gelieren unter Wasserentzug« oder »Gelieren unter
Verdampfen« bedeuten nicht, daß das gesamte Wasser in dem geformten Gegenstand entfernt \*ird und
bedeutet auch nicht, daß Makrokristalle gebildet werden. Daher ist diese Stufe als Gelieren unter
teilweisem Entwässern zu verstehen. An diesem Punkt soll darauf hingewiesen werden, daß die geformten
Gegenstände in ihrer grünen Form unter dem Lichtmikroskop transparent und klar sind, und wenn
nicht färbende Zusätze in dem viskosen Konzentrat enthalten sind, scheinen die Gegenstände wie farblose
Glasfäden auszusehen. Diese grünen Fäden, wie auch
andere Gegenstände aus dem verfestigten Gel (wie z. B. Mikrokugeln und Flocken) gemäß der Erfindung sind in
ihrer grünen Form amorph.
Um den Rest von Wasser und organischem Material von den grünen oder verfestigten Gelgegenständen zu
entfernen und diese in feuerfeste Gegenstände umzuwandeln, werden sie in einem elektrischen Ofen,
Schachtofen od. dgl. in Luft, Sauerstoff oder einer anderen oxidierenden Atmosphäre bei mäßig hohen
Temperaturen von etwa 6000C oder auch 10000C oder
gewünschtenfalls noch höher erhitzt Das Erhitzen kann auf verschiedenen Wegen vorgenommen werden,
beispielsweise durch Erhitzen in einer einzigen Stufe bei der gewünschten Temperatur oder durch Erhitzen in
einer Reihe von Stufen bei fortschreitend höheren Temperaturen, und zwar mit oder ohne Kühlen oder
Lagern zwischen den Stufen. Die grünen Fäden können in der Form einzelner Fäden oder in gesammelter Form
in ungleichmäßiger oder willkürlicher Ausrichtung oder in der Form von Strängen (einer Mehrzahl von
nichtgedrehten, parallel ausgerichteten Fäden) oder in Form von Strähnen (eines Bündels von Fäden oder
Strängen) erhitzt werden oder können zu Stapelfasern zerschnitzelt und in dieser Form gebrannt werden. Die
grünen Stränge oder Fäden können auch zu Garn zusammengedreht und als solches erhitzt werden oder
zu einem Stoff verwoben und in der letzteren Form erhitzt werden. Das Brennen der grünen Gegenstände
muß sorgfältig ausgeführt werden, um ein Entzünden von brennbarem Material in den Gegenständen oder
das sich aus den Gegenständen entwickelt hat, zu vermeiden, z. B. indem bei niedriger Temperatur, wie
z. B. Raumtemperatur, begonnen wird und die Temperatur mit einer geringen Geschwindigkeit erhöht wird,
weil ein solches Entzünden die Bildung von undurchsichtigen oder trüben, zerbrechlichen Gegenständen bewirken
kann. Wenn die grünen Gegenstände in einem Arbeitsgang nicht vollständig gebrannt werden sollen
oder nicht unmittelbar nach ihrer Herstellung gebrannt werden sollen, kann es erwünscht oder erforderlich sein,
die Gegenstände in einer relativ trocknen oder schützenden Atmosphäre aufzubewahren, um zu verhindern,
daß die Gegenstände Feuchtigkeit oder Verunreinigungen aufnehmen und geringwertiger werden oder
aneinander kleben.
Wie es bei thermogravimetrischen und Differentialthermoanalysen angegeben ist, werden bei dem
Erhitzen die Wasserreste verdampft organische Materialien zersetzt und verdampft und wird der Kohlenstoff
verbrannt wobei der erhaltene Gegenstand ein im wesentlichen kohlenstofffreies, monolithisches, homogenes
feuerfestes Material ist. Dieses Erhitzen führt auch zum Schrumpfen des Gegenstands, und der Anteil
des linearen Schrumpfens macht im allgemeinen 50% oder mehr aus, und die Volumenschrumpfung beträgt im
allgemeinen 50% oder mehr. Die Form der Gegenstände bleibt jedoch während des Brennens erhalten, z. B.
weisen Fäden, wenn sie so gebrannt worden sind, noch eine im wesentlichen endlose Länge auf. Anstelle eines
Brennens der grünen Gegenstände in Luft zur Entfernung von Wasser und organischem Material
können diese Gegenstände auch in einem Autoklaven in einer inerten Atmosphäre, z. B. in Helium, Argon oder
Stickstoff unter einem Druck von 6,9 bis 138 bar, bei Temperaturen von z. B. 300 bis 5000C erhitzt werden,
um die Porosität der Gegenstände zu steigern. Dann können sie erneut zum Entfernen von Kohlenstoff in
Luft gebrannt werden, z. B. bei 500 bis 9000C, um sie so
in ein feuerfestes und im wesentlichen kohlenstofffreies Material umzuwandeln.
Das durch Brennen der grünen Gegenstände bei etwa 6000C erhaltene feuerfeste Material ist amorph (d. h. bei
der Röntgenbeugungsanalyse ist kein kristallines Material wahrnehmbar). Solche amorphen Gegenstände sind
transparent klar, glänzend, glatt porös und farblos (wenn nicht vorsätzlich färbende Stoffe dem als
Vorläufer verwendeten flüssigen Konzentrat zugegeben worden sind). Sie haben eine geeignete Festigkeit
und können, ohne zu zerbrechen, gehandhabt werden. Wenn die amorphen feuerfesten Gegenstände in der
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Form von Fäden hergestellt worden sind, sind diese endlos, rund, glatt und flexibel. Alle diese Eigenschaften
(mit Ausnahme der Porosität) können beim Brennen bei höheren Temperaturen, um kristalline feuerfeste Gegenstände
zu bilden, wie es nachfolgend erläutert wird, erhalten oder erhöht werden. Die amorphen Fäden
können verwebt werden, um Stoff zu bilden. Wegen der Porosität der amorphen feuerfesten Gegenstände
können Lösungen von löslichen Metallverbindungen von diesen Gegenständen absorbiert werden und
letztere nach dem Trocknen gebrannt werden, um die Verbindungen in Metall- oder Metalloxidablagerungen
umzuwandeln, die die Farbe, die Brechungszahl, den Elastizitätsmodul und die magnetischen und elektrischen
Eigenschaften der Gegenstände erhöhen oder ändern; unter Anwendung dieser Arbeitsweise kann der
gebrannte Gegenstand als Träger für katalytische Metalle oder Metalloxide dienen. Die vorstehend
erwähnten amorphen Stoffe liegen auf der Grenzlinie A-B von der F i g. 1, wenn sie feuerfeste Stoffe auf Basis
von Aluminiumborat sind, oder liegen innerhalb des Bereichs A, B1 C, D bzw. auf den Grenzlinien B-C, C-D
und D-A, wenn sie feuerfeste Stoffe auf Basis auf Aluminiumborsilikat sind.
Physikalische Eigenschaften der feuerfesten amorphen Aluminiumboratmaterialien, wie z. B. die Dichte,
die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul, können durch weiteres Brennen bei höheren Temperaturen,
z. B. bis hinauf zu 1000° C, ohne Verlust der Transparenz,
der Klarheit, des Glanzes oder der unversehrten Oberflächenbeschaffenheit, gesteigert werden. Eine
solche Steigerung der Dichte führt zu Gegenständen, die beständiger sind und weniger zu Verunreinigungen
neigen. Wenn die feuerfesten amorphen Aluminiumboratgegenstände bei diesen hohen Temperaturen erhitzt
werden, wird kristallines 9 AI2O3 · 2 B2O3 gebildet, das
bei der Röntgenbeugungsanalyse wahrnehmbar ist, wobei die relativen Intensitäten der 5,4- und 3,4-Beugungslinien
100 und 40 betragen und die relativen Intensitäten der 4,35-Beugungslinie sich je nach der
Brenntemperatur und der Glühzeit bei dieser Temperatur ändern. Bei 10000C werden diese feuerfesten
Aluminiumboratmaterialien hochkristallin. Wenn das genannte kristalline 9 Al2O3 · 2 B2O3 gebildet wird, ist
dieses die einzige kristalline Art, die bei der Röntgenanalyse in den feuerfesten Aluminiumboratmaterialien
der Erfindung nachweisbar ist, d.h. es ist kein freies
Aluminiumoxid in diesen Materialien vorhanden oder wahrnehmbar. Die feuerfesten Aluminiumboratmaterialien,
die in der Nähe der Mitte der Grenzlinie A-B liegen und die kristalline 9 Al2O3 · 2 B2O3-An enthalten,
können schneller bei Brenntemperaturen ohne Bruch und unter vollständigerem Entfernen von Kohlenstoff
als die Arten erhalten werden, die bei den Punkten oder in der Nähe der Punkte A und B liegen. Feuerfeste
Aluminiumboratmaterialien mit einer Gesamtzusammensetzung von etwa 3 Al2O3 ■ 1 B2O3 werden daher
bevorzugt Wenn feuerfeste Aluminiumboratmaterialien bei etwa 1200° C oder darüber erhitzt oder gebrannt
werden, verlieren sie ihre Transparenz und werden undurchsichtig, wie durch Vergleich der F i g. 2 und 3 zu
ersehen ist Diese Umwandlung fällt mit einer Zerbrechlichkeit und einem Verlust an Festigkeit
zusammen, wodurch die Fäden leicht brechen. Bei 14000C zeigt die Röntgenanalyse die Bildung von
alpha-Aluminiumoxid. In der Fig.2 ist zu bemerken,
daß, wo ein Faden einen anderen Faden kreuzt oder überlagert, die gebeugte Außenlinie des unteren Fadens
scharf durch den oberen Faden hindurch gesehen werden kann, wie z. B. bei den Ziffern 1 bis 5 angezeigt
ist. In der F i g. 3 wird eine solche Außenlinie durch die Undurchsichtigkeit der Fäden abgedeckt.
Bei der Angabe, daß die feuerfesten Produkte der Erfindung »transparent« sind, ist unter diesem Ausdruck
zu verstehen, daß der betreffende einzelne Gegenstand, wenn er unter einem Mikroskop betrachtet wird, die
Fähigkeit hat, Lichtstrahlen durchzulassen, so daß unter dem Gegenstand befindliche Körper, wie z. B. ein
Körper von der gleichen Art wie der transparente Gegenstand, klar durch den transparenten Gegenstand
hindurch gesehen werden kann, wobei der Umriß, der Rand oder die Kanten der unten befindlichen Körper
genau wahrnehmbar sind. »Undurchsichtige« Gegenstände sind andererseits solche, die für Licht undurchlässig
sind, und darunter befindliche Körper werden von dem undurchsichtigen Gegenstand verdunkelt und
können nicht durch den letzteren hindurch gesehen werden. »Durchscheinende« Gegenstände sind solche,
die zwischen den transparenten und den undurchsichtigen liegen, und weil durchscheinende Gegenstände das
Licht in einem gewissen Grade durchlassen können und daher etwas oder teilweise transparent sind, können
darunter befindliche Körper unscharf und nicht klar unterscheidbar oder scharf gesehen werden. Manchmal
kann ein Gegenstand oder ein Produkt aufgrund unberechenbarer Ereignisse beim Brennen ein Gemisch
von diesen verschiedenen als Produkte erhaltenen
jo Arten sein, obwohl im allgemeinen eine Art in einem
vorherrschenden Anteil vorhanden sein wird und für die wahre Natur des Gemischs bestimmend ist, wobei die
anderen in kleineren Anteilen vorhandenen Produkte ihr besonderes Aussehen haben, was auf ein unvollständiges
Brennen bei der gewünschten Temperatur oder auf ein Überhitzen durch heiße Stellen in dem Ofen
zurückzuführen ist.
Im allgemeinen können die Eigenschaften von feuerfesten amorphen Aluminiumborsilikatmaterialien,
wie z. B. die Dichte, die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul, auch durch Brennen bei höheren
Temperaturen, z. B. bis hinauf zu 1000 bis 12000C ohne
Einbuße an Transparenz, Klarheit, Glanz oder unversehrter
Oberflächenbeschaffenheit erhöht werden.
Wenn feuerfeste amorphe Aluminiumborsilikatmaterialien über 6000C erhitzt werden, zeigt die Differentialthermoanalyse
solcher Materialien, z. B. 3 Al2O3 :1 B2O3: 3 SiO2, eine deutliche Wärmeabgabe
bei etwa 850 bis 870° C, und die Röntgenbeugungsanalyse zeigt damit übereinstimmend die Bildung einer neuen
kristallinen Art bei dieser Temperatur. Der kennzeichnende Teil des Röntgenbeugungsbildes ist in der
nachfolgenden Tabelle angegeben, und zwar zum Vergleich zusammen mit den entsprechenden Teilen der
Bilder von Mullit (3 Al2O3 · 2 SiO2) und
9 Al2O3 ■ 2 B2O3.
Neues Aluminium- | Mullit | 'rel | 9 Al2O3 | ■2B | -.0, |
borsilikat | |||||
dhkl hei | dhk, | dhk. | Ire | ||
5,4 60-100 5,4 40 5,4 100
4.35 0- 50 4,35 0 4,35 60
3,4 40- 80 3,4 100 3,4 40
Es ist zu ersehen, daß die relativen Intensitäten der
5,4- und 3,4-Beugungslinien von den neuen Aluminiumborsilikaten
wesentlich höber bzw. niedriger sind als die entsprechenden Beug-jngslinien von Mullit; daher
können die genannten Aluminiumborsilikate in der
Weise charakterisiert werden, daß sie ein »umgekehrtes Mullit«-Beugungsbild haben. Die Werte in der Tabelle II
zeigen auch, daß die kristalline Aluminiumborsilikatart eine feste Lösung von Mullit und kristallinem Aluminiumborat,
9 AI2O3 · 2 B2O3, sein kann. Keine anderen
kristallinen Arten, wie z. B. freies Aluminiumoxid, wird
in den neuen feuerfesten Aluminiumborsilikatmaterialien der Erfindung gebildet oder ist in diesen mittels
Röntgenanalyse nachweisbar.
Die feuerfesten Aluminiumborsilikate der Erfindung, die die neue kristalline Art enthalten, sind transparent,
klar, glänzend glatt und farblos (wenn nicht färbende Stoffe in das als Vorläufer verwendete flüssige
Konzentrat eingearbeitet worden sind). In der Form endloser Fäden haben sie eine hohe Zugfestigkeit, z. B.
im allgemeinen von 560 bis 2500 N/mm2 und sogar von 4200N/mm2 und einen hohen Elastizitätsmodul, z.B.
von 50 000 bis 170 000 N/mm2. Im allgemeinen werden
in dem Maße, in dem die SiO2-Komponente der
Aluminiumborsilikatmaterialien erhöht wird, während der AI2O3- und B2O3-GeIIaIt konstant bleiben, der
Elastizitätsmodul, die Dichte und die Brechungszahl kleinen Wenn die Aluminiumborsilikatgegenstände auf
über etwa 1200° C erhitzt werden, beginnen sich deren
mechanische Eigenschaften im allgemeinen zu verschlechtem und können diese Gegenstände leichter
brechen. Im allgemeinen werden solche feuerfesten Aluminiumborsilikatmaterialien für universelle Zwecke
bevorzugt, d.h. solche Materialien, bei denen ein Gleichgewicht an physikalischen Eigenschaften und
eine leichte Herstellung gegeben sind, die einen hohen Kieselsäuregehalt haben, z. B. 20 bis 50 Gew.-%, ein
Molverhältnis von Al2O3 zu B2O3 von etwa 9 :2 bis 9 :4
aufweisen und bei Brenntemperaturen von etwa 900 bis 1000° C hergestellt worden sind.
Die feuerfesten kugelförmigen Teilchen oder Mikrokugeln,
entweder massiv oder hohl, können aus den gleichen Vorläuferflüssigkeiten, aus denen die Fäden
hergestellt werden, zubereitet werden, wobei eine kolloidale Dispersion von Kieselsäure in die wäßrige
Lösung von Aluminium- und Borverbindungen eingearbeitet werden kann oder nicht, und zwar unter
Benutzung bekannter Formgebungs- und unter Wasserentzug stattfindender Gelierungstechniken und bekannter
Vorrichtungen (vgl. z. B. US-Patentschriften 33 29 745, 33 31 783,33 31 785, 33 40 567 und 33 80 8S4).
(Diese Art der unter Wasserentzug stattfindenden Gelierung kann als eine Art Lösungsmittelextraktion
angesehen werden.) Dafür ist es nicht erforderlich, den flüssigen Vorläufer zu konzentrieren und kann dieser
einen wechselnden Gehalt an den entsprechenden Feststoffen, z. B. 15 bis 40 Gew.-%, sowie eine Viskosität
von z. B. 20 bis 4G mPa · s haben. Natürlich kann der Vorläufer auch in der Form kleiner Tröpfchen in einer
organischen wasserentziehenden Flüssigkeit mit geringer Wasserlöslichkeit (z. B. von 1 bis 30 Vol.-%), wie
z. B. C4- bis Cio-Alkanolen, beispielsweise in Butanol,
Hexanol, Äthylbutanol und Äthylhexanol, dispergiert werden. Einige dieser Alkohole können nahezu mit
Wasser gesättigt werden, wie z. B. Butanol, oder b5 teilweise mit Wasser gemischt werden, wie z. B.
Hexanol im Gemisch mit 3 bis 6 Gew.-% Wasser, oder in wasserfreier Form benutzt werden, wie z. B.
2-Äthyl-l-hexanoL Diese teilweise mit Wasser nichtmischbaren Alkohole sind bevorzugte entwässernde
Flüssigkeiten, die nach der Erfindung verwendet werden, und derartige Alkohole haben eine genügend
geringe Löslichkeit für Wasser, daß das Wasser aus den dispergierten Tröpfchen mit einer Geschwindigkeit
extrahiert wird, die klein genug ist, um den Tröpfchen zu
ermöglichen, daß sie unter Wasserentzug zu Mikrokugeln
mit gleichmäßiger Oberfläche und innerer Struktur gelieren. Die Menge der verwendeten entwässernden
oder wasserentziehenden Flüssigkeit sollte so ausreichend sein, daß ein Aneinanderkleben der gebildeten
Tröpfchen oder kugelförmigen Teilchen verhindert wird Bei Verwendung von 2-Äthyl-l-hesanol wird die
Wassermenge in der wasserentziehenden Flüssigkeit unter 2 VoL-% gehalten. Andererseits kann ein Öl, wie
z. B. ein Mineralöl, als wasserentziehendes Mittel verwendet werden, wobei ein derartiges öl erwärmt
wird, z. B. auf 60 bis 90° C, um die in dem erwärmten öl
dispergierten Tröpfchen zu entwässern.
Die Zugabe der Dispersion zu der entwässernden Flüssigkeit kann durch Einblasen oder Einspritzen eines
Stroms aus der Dispersion in die entwässernde Flüssigkeitsmasse entweder über oder unter deren
Oberfläche, z. B. rütteis einer Injektionskanüle, bewirkt werden. Die entwässernde Flüssigkeit wird während der
Zugabe der Dispersion vorteilhafterweise gerührt oder durchwirbelt Nach Zugabe der gesamten Dispersion zu
dem entwässernden Mittel kann das Gemisch weiter gerührt werden, z.B. 20 bis 30 Minuten, bis die
erhaltenen kugelförmigen Teilchen der Dispersion in ausreichender Weise entwässert worden und fest sind.
Die kugelförmigen Teilchen können von der entwässernden Flüssigkeit getrennt werden, wie z. B. durch
Filtrieren oder Zentrifugieren, und werden dann in Luft
getrocknet (wie die oben beschriebenen grünen Fäden) bei den umgebenden Raumtemperaturen oder bei
höheren Temperaturen, z. B. bei 60 bis 80° C, und zwar
bis zu einem Gehalt an Festsubstanzen von 40 bis 80 Gew.-%. Die Teilchen können dann gebrannt werden,
um sie in harte feuerfeste Teilchen umzuwandeln. Dieses geschieht auf die gleiche Weise, in der die oben
beschriebenen feuerfesten Fäden gebildet werden, z. B. durch Brennen in Luft bei 600 bis 900° C oder höher,
d. h, bei 900 bis 1200° C. Die Teilchen sind in ihrer
grünen und in ihrer gebrannten Form im allgemeinen unter einem Lichtmikroskop wasserklar, transparent
und kugelförmig, und sie können außerdem von innen her auf die gleiche Weise, wie sie für die gefärbten
Fäden beschrieben worden ist, durch Zugabe verschiedener wasserlöslicher Metallsalze zu der anfänglichen
Vorläuferflüssigkeit, mit und ohne Zugabe der Kieselsäuredispersion,
gefärbt werden. Im allgemeinen haben die grünen und die gebrannten kugelförmigen Teilchen
Durchmesser in dem Bereich von 1 bis 200 μηι und gewöhnlich in dem Bereich von 20 bis 100 μΐη je nach
dem Maß der angewendeten Bewegung bzw. des Rührens bei der Bildung der Teilchen, wobei durch
heftigeres Rühren kleinere Kugeln erhalten werden. Die Kugeln sind im allgemeinen massiv, und in einem
kleineren Anteil können außerdem Hohlkugeln gleichzeitig erzeugt werden. Die Mikrokugeln können mittels
Luft oder mit Sieben klassifiziert werden, um so Fraktionen mit den gewünschten Durchmessern zu
erhalten, und können ferner Flotationsverfahren unterworfen werden, um die massiven Mikrokugeln abzutrennen.
Die kristallographische Einheit der Mikrokugeln ist die gleiche, wie sie oben für die Fäden
beschrieben worden ist, die unter den gleichen Bedingungen gebrannt worden sind.
Eine andere Arbeitsweise zur Herstellung grüner Kugeiteüchen besteht in dem Sprühtrocknen der
Vorläuferflüssigkeit in einer dünnen oder konzentrierten, nichtviskosen Form. Das Zerstäuben der Vorläuferflüssigkeit
kann z. B. mit Druckdüsen bei 14,8 bis 19,8 bar
bewerkstelligt werden, wobei die Tröpfchen oder Kugeln, sobald sie entstanden sind, in einem Gegenstrom
aus trockner Luft bei der umgebenden Raumtemperatur oder in einem Warmluftstrom herabsinken.
Die feuerfesten Produkte in der Form von Flocken oder Filmen können ebenfalls aus der Vorläuferflüssigkeit
mit oder ohne Zugabe der Dispersion aus kolloidaler Kieselsäure hergestellt werden. Hierbei ist
es wiederum nicht notwendig, die Vorläuferflüssigkeit zu konzentrieren. Die Vorläuferflüssigkeit kann in Form
eines Blatts oder eines Films auf einen geeigneten nichthaftenden, glatten, inerten Träger, wie z. B. einem
Polyesterfilm, einen Film aus Polytetrafluoräthylen und Glas, gegossen, mit einer Rakel aufgetragen oder
aufgestrichen werden. Gewünschtenfalls kann der Vorläufigerflüssigkeit ein geeignetes Netzmittel zugegeben
werden, um das Benetzen des Trägers durch die aufgetragene Vorläuferflüssigkeit zu verstärken, wobei
ein solches verstärktes Benetzen die Bildung eines einheitlichen Films oder einheitlicher Flocken fördert
Der aufgetragene Film, der z.B. 0,025 bis 1,25mm, normalerweise 0,08 bis 0,125 mm dick ist, wird dann in
Luft bei umgebender Raumtemperatur oder bei einer höheren Temperatur getrocknet, wie es oben für die
grünen Fäden und Mikrokugeln beschrieben worden ist. Im Verlaufe dieses Trocknens kann der Film je nach
seiner Dicke und dem Grad, mit dem er den Träger benetzt, zum Springen und zur Bildung von Flocken
neigen. Nachdem der Film hinreichend in Luft getrocknet ist, kann er von dem Träger entfernt werden,
z. B. durch Abheben oder Abschaben von dem Träger. Der entfernte Film kann zu unregelmäßig geformten
Teilchen, Flocken oder Aggregaten, z. B. rrit einer Größe von 0,2 bis 2,5 cm und einer Dicke von 1 bis
25 μηι, zerkleinert oder unter Bildung von Pulvern zu
einer sehr kleinen Teilchengröße zermahlen werden. Auf jeden Fall wird der trockne Film, werden die
Flocken oder wird das Pulver dann erhitzt, um dieses Material in feuerfestes Material umzuwandeln, wobei
Brenntemperaturen angewendet werden, wie sie oben in Verbindung mit dem Brennen von Fäden erläutert
worden sind. Das gebrannte feuerfeste Material ist im allgemeinen unter einem Lichtmikroskop klar und
transparent Wasserlösliche Salze von Metallverbindungen können auch hier wiederum der Vorläuferflüssigkeit
zugegeben werden, um ein von innen her gefärbtes feuerfestes Material zu bilden. Dieses feuerfeste
Material hat ebenfalls dieselbe kristallographische Beschaffenheit wie die Fäden, die aus der gleichen
Zusammensetzung und unter den gleichen Bedingungen gebildet worden sind.
Das feuerfeste Material oder Produkt der Erfindung ist im allgemeinen brauchbar, wenn eine hohe
Temperaturbeständigkeit oder Feuerfestigkeit gewünscht wird oder erforderlich ist, z. B. bis zu etwa 1000
bis 14000C, je nach dem besonderen benutzten
feuerfesten Material und der Beanspruchungsdauer bei solch hohen Temperaturen. Über solchen Temperaturen
beginnen die feuerfesten Produkte der Erfindung im allgemeinen ihre Festigkeit und Flexibilität zu verlieren,
und zwar zusammen mit der Bildung und dem Kristallwachstum von Mullit und mit dem Verdampfen
von Boroxid oder einem übermäßigen Kristallwachstum von 9 Al2O3 · 2 B2O3. Wenn jedoch solche Einbußen an
diesen Eigenschaften für die besondere Anwendung dieser feuerfesten Produkte nicht von Bedeutung sind,
können sie auf solchen Anwendungsgebieten verwendet werden, weil sie ihren festen Zustand bis zu Temperaturen
über 1400°C beibehalten. Die feuerfesten Produkte der Erfindung können allein (oder als solche) auf
verschiedenen Gebieten in der Form, in der sie im gebrannten Zustand erhalten werden, angewendet
werden, oder es kann die physikalische Form dieser Produkte modifiziert werden, z. B. können die Produkte
zerkleinert oder unter Bildung von Pulvern pulverisiert werden oder können diese Produkte in der hergestellten
oder modifizierten Form mit anderen Materialien, z. B. mit Verbundgrundmaterialien, gemischt oder geschlichtet
oder gebunden werden.
Gegenstände der Erfindung sind transparent obwohl für einige besondere Anwendungen, z.B. wenn das Produkt als Verstärkung für Verbundstoffe benutzt wird, eine Transparenz nicht von Bedeutung ist Bei einigen Anwendungen der feuerfesten Produkte der Erfindung, z. B. wenn ein Faden oder ein Bündel von Fäden für die Fadenoptik verwendet wird, oder wenn Mikrokugeln als reflektierende Zeichenflächen benutzt werden, ist die Transparenz von besonderer Bedeutung. Die feuerfesten Fäden der Erfindung sind insbesondere geeignet zur Herstellung von gewebten, als Filz ausgebildeten, gewirkten und anderer. Textilarten, wie z. B. Borten. Solche Textilien haben im allgemeinen die gleichen Eigenschaften, wie z. B. eine hohe Festigkeit, eine hohe Flexibilität, Feuerbeständigkeit und eine chemische Widerstandsfähigkeit, wie die Fäden, aus denen sie hergestellt worden sind. Die von innen her gefärbten feuerfesten Fäden finden eine besonders brauchbare Anwendung für dekorative Gewebe, wie sie z. B. für Bekleidung, als Möbelbezugsstoff, als Wandbekleidung usw. verwendet werden. Fäden oder Garne der Erfindung mit verschiedenen Farben und/oder mit verschiedener Zusammensetzung können gemeinsam zur Herstellung von Stoffen mit dekorativen Mustern benutzt werden. Die Fäden oder Garne der Erfindung können Fäden aus anderen Materialien zugesetzt oder gewünschtenfalls mit Fäden aus anderen Materialien verwebt werden, wie z. B. Metallfäden, Kieselsäurefäden, Glasfäden, Kohlenstoff, Graphit oder Polytetrafluoräthylen. Aus den feuerfesten Fäden der Erfindung hergestellte gewebte Stoffe können in Form einer
Gegenstände der Erfindung sind transparent obwohl für einige besondere Anwendungen, z.B. wenn das Produkt als Verstärkung für Verbundstoffe benutzt wird, eine Transparenz nicht von Bedeutung ist Bei einigen Anwendungen der feuerfesten Produkte der Erfindung, z. B. wenn ein Faden oder ein Bündel von Fäden für die Fadenoptik verwendet wird, oder wenn Mikrokugeln als reflektierende Zeichenflächen benutzt werden, ist die Transparenz von besonderer Bedeutung. Die feuerfesten Fäden der Erfindung sind insbesondere geeignet zur Herstellung von gewebten, als Filz ausgebildeten, gewirkten und anderer. Textilarten, wie z. B. Borten. Solche Textilien haben im allgemeinen die gleichen Eigenschaften, wie z. B. eine hohe Festigkeit, eine hohe Flexibilität, Feuerbeständigkeit und eine chemische Widerstandsfähigkeit, wie die Fäden, aus denen sie hergestellt worden sind. Die von innen her gefärbten feuerfesten Fäden finden eine besonders brauchbare Anwendung für dekorative Gewebe, wie sie z. B. für Bekleidung, als Möbelbezugsstoff, als Wandbekleidung usw. verwendet werden. Fäden oder Garne der Erfindung mit verschiedenen Farben und/oder mit verschiedener Zusammensetzung können gemeinsam zur Herstellung von Stoffen mit dekorativen Mustern benutzt werden. Die Fäden oder Garne der Erfindung können Fäden aus anderen Materialien zugesetzt oder gewünschtenfalls mit Fäden aus anderen Materialien verwebt werden, wie z. B. Metallfäden, Kieselsäurefäden, Glasfäden, Kohlenstoff, Graphit oder Polytetrafluoräthylen. Aus den feuerfesten Fäden der Erfindung hergestellte gewebte Stoffe können in Form einer
so Wandbekleidung an verschiedenen Unterlagen fest
gebunden werden. Zum Beispiel können solche Stoffe mit geschmolzenem Glas oder feuerfesten Bindemitteln,
wie z. B. Zirkon, Aluminiumoxid, Phosphaten und Silikaten, an Aluminium oder andere Metallunterlagen
gebunden und als Innenwandungen von Flugzeugen benutzt werden. Die gewebten Stoffe (oder Gewirre)
können auch als Auflagen für Kunststoff-, Metall- oder Keramikschichten verwendet werden. Die Fäden
können auch mit derartigen Bindemitteln sowie auch mit kolloidaler Kieselsäure unter Bildung flexibler
Keramikpapiere oder -gewirre gebunden werden, die als Wärmeisolierung oder als vorgebildete Teile für
verstärkte Harzverbundstoffe geeignet sind.
Die feuerfesten Fäden der Erfindung können in der
b5 Form von Stoffen, Gewirren und Latten als akustische
Isolierung oder Wärmeisolierung mit geringem Gewicht für Hochtemperaturvorrichtungen, wie z. B.
Widerstands- und Reduktionsofen, und für Hitzeschild-
oder Wärmereflektionszwecke, wie ζ. B. als Heizmäntel
und Wärmewände, verwendet werden.
In ihrer porösen Form sind die feuerfesten Fäden der Erfindung für Filter- oder Adsorptionszwecke geeignet,
wie z.B. als Filter zur Entfernung fester Stoffe aus heißen Gasen, als Füllstoff für chromatographische
Säulen, um Flüssigkeiten oder Gase selektiv zu trennen oder wieder zu lösen, oder als Katalysatoren oder
Katalysatorträger.
Eine andere besonders geeignete Anwendung für die feuerfesten Produkte der Erfindung liegt auf dem
Gebiet der Verstärkung für Kunststoff-, Elastomer-, Metall- oder Keramikverbundbaustoffe, insbesondere
für solche Verbundstoffe, die bei hohen Temperaturumweltbedingungen oder übermäßigen Wärmebedingungen,
die in der Raumfahrtindustrie angetroffen werden, oder bei ablativen bzw. zur Abtragung führenden
Umweltbedingungen verwendet werden. Als Verbundstoffverstärkung werden die feuerfesten Produkte der
Erfindung vorzugsweise in der Form von Fäden (entweder in kontinuierlicher Form oder in Stapelform)
verwendet, obwohl andere teilchenförmigen Formen, wie z. B. Mikrokugeln, Aggregate, Pulver und Flocken,
auch für solche Zwecke benutzt werden können. Zu den Grundstoffen, die so verstärkt werden können, gehören
solche, die bisher zur Herstellung solcher Verbundstoffe benutzt worden sind. Die Kunststoffe können entweder
wärmehärtende und thermoplastische Arten sein. Zu Kunststoffen, die verwendet werden können, gehören
beispielsweise Epoxyharze, Polyesterharze, Acetalharze, Acrylverbindungen, insbesondere Methylmethacrylatpolymere,
Aminoharze, insbesondere Harnstofformaldehydharze und Melaminformaldehydharze, Alkydyerbindungen,
Celluloseverbindungen, insbesondere Äthylcellulose, Celluloseacetat und Cellulosepropionat,
Fluorkohlenstoffe, Furane, Polyurethane, Phenolverbindungen, Polyamide, Polycarbonate, vinylaromatische
Verbindungen, wie z. B. Styrol, Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und dergleichen. Die feuerfesten
Produkte der Erfindung können mit einem breiten geeigneten Bereich für die Brechungszahlen hergestellt
werden, wie z. B. von etwa 1,50 bis 1,63, wobei diese Brechungszahlen die Brechungszahlen der genannten
Kunststoffe ergänzen und mit ihnen vereinbar sind, wenn die genannten feuerfesten Produkte als Verstärkung
dafür genommen werden. Zum Beispiel können die feuerfesten Produkte der Erfindung als Verstärkungsmittel
für Kunststoffe verwendet werden, die als Zahnfüllmaterialien, wie es in der US-Patentschrift
30 66 112 beschrieben ist, benutzt werden. In der Form
von teilchenförmigen Materialien können die feuerfesten Produkte als Füllstoffe und/oder Farbstoffe oder
Pigmente für Farben und Emaillen, wie z. B. als Farben auf Wasserbasis oder als Alkylharzfarben, benutzt
werden.
Verbundstoffe auf Metallgrundlage haben bisher im allgemeinen nur eine begrenzte Anwendung gefunden.
Ein Grund dafür war der Mangel an Verstärkungsmaterialien, die den erhöhten Temperaturen standhalten, den
man bei der Be- oder Verarbeitung begegnet, wie z. B. den Gieß- und Sintertemperaturen. Die feuerfesten
Produkte der Erfindung sind aufgrund ihrer Wärmebeständigkeit, Festigkeit, Flexibilität und anderer Eigenschaften
als Verstärkungsmittel, insbesondere in ihrer Fadenform, für geformte Gegenstände oder Gußgegenstände,
die aus Aluminium, Kupfer, Magnesium oder Nickel hergestellt worden sind, geeignet. Hierbei
können ebenfalls die bekannten Methoden zum Einarbeiten von verstärkenden Stoffen in die Verbundstoffe
aus Metallgrundmaterialien angewendet werden. Die feuerfesten Produkte der Erfindung können auch
als Verstärkung für keramische Materialien, wie z. B.
Kieselsäure, Glas, Aluminiumsilikat und andere anorganische Materialien, verwendet werden, wobei solche
verstärkten Keramikmaterialien in der Form von Blöcken, Papier oder anderen geformten Ggegenständen,
die bei Hochtemperaturumweltsbedingungen be-
!o nutzt werden, vorliegen.
Die feuerfesten Produkte der Erfindung können auch als scheuerfeste und/oder verstärkende Mittel (insbesondere
als Fäden oder in teilchenförmiger Form) für elastomere Stoffe, wie Kautschuk, beispielsweise
is Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Acrylnitrilbutadienkautschuk
und Neopren, verwendet werden, z.B. wenn solche Kautschuke zur Herstellung von
Personenwagen- oder Lastwagenreifen verwendet werden.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert In diesen Beispielen entsprechen die
verschiedenen genannten und verwendeten kolloidalen Kieselsäureprodukte den oben definierten und erläuterten
Produkten. Die angegebenen Viskositäten sind Brookfield-Viskositäten, die bei Umgebungstemperatur
gemessen worden sind. Die Werte für die Gewichtsprozente an Festsubstanzen werden durch Trocknen und
Brennen einer Probe von der Dispersion in Luft bei etwa 900 bis 10000C erhalten. In den Beispielen wurden
das Brennen der grünen Gegenstände und das Brennen von amorphen feuerfesten Gegenständen bei höheren
Temperaturen jeweils durch Brennen in Luft in einem Ofen vorgenommen. Die Werte für die Zugfestigkeit
von Fäden wurden durch senkrechtes Aufhängen eines einzelnen Fadens zwischen zwei Halterungsblöcken und
Zusetzen von Gewichten bekannter Größe zu dem unteren Block, bis der Faden bricht, ermittelt Die
angegebenen Röntgenwerte wurden bei Raumtemperatur mit einem Röntgenbeugungsinstrument bei 40 kV
und 20 tnA unter Anwendung einer Pulverbeugungskamera (Debye-Scherrer) mit einem effektiven Filmdurchmesser
von 14,32 cm erhalten. Wenn es nicht anders angegeben ist, waren die Proben gepulverte Proben; die
0,5 bis 2 Stunden lang einer Kupfer-K-alpha-Strahlung
mit einer Wellenlänge von 1,5405 A, gefiltert durch ein
Nickelfilter, bestrahlt worden waren.
Konzentrierte HCl (4,8 ml) wurde einer wäßrigen so Dispersion von kolloidaler Kieselsäure H (2,4 g)
zugegeben, so daß eine Dispersion mit einem pH-Wert von 1 erhalten wurde. Weißer Maissirup (86 g) wurde
der Dispersion zugegeben, um die Viskosität zu erhöhen, und das erhaltene Gemisch wurde filtriert.
Basisches Aluminiumacetatpulver (300 g) wurde in 400 ml Wasser gelöst, so daß eine wäßrige Lösung mit
einem pH-Wert von etwa 5 erhalten wurde, und die Lösung wurde filtriert. Die letztere Lösung wurde der
siruphaltigen wäßrigen Dispersion von der kolloidalen bo Kieselsäure zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde
in einem rotierenden Kolben, der teilweise in ein Wasserbad eintauchte, konzentriert, wobei die Temperatur
des Wasserbads allmählich auf 35° C erhöht wurde. Die Viskosität des erhaltenen flüssigen Konzentrats
betrug etwa 75 000 mPa · s. Fäden wurden durch Strangpressen dieses Konzentrats durch eine Spinndüse
mit 30 Löchern, jedes mit einem Durchmesser von 0,1 mm, mit einem Druck von 10,3 bis 12,8 bar und
Ziehen der erhaltenen stranggepreßten Fäden mit einer Geschwindigkeit von 32£ bis 42,6 m/Minute auf einer
Drehtrommel mit einem Durchmesser von 61 cm und mit einer zylindrischen Polyesterfilm verkleidung gebildet
Die erhaltenen endlosen grünen Fäden waren in Luft bei Raumtemperatur trocken, sobald sie 1,8 m von
der Spinndüse senkrecht nach unten zu der Trommel gezogen worden waren. Die Fäden wurden geschnitten
und von der Trommel in 1,8 m langen Bündeln entfernt und in eben elektrischen Ofen mit Luftatmosphäre
angeordnet, von Raumtemperatur auf 950° C erhitzt und bei 95O0C 1 Stunde gehalten. Einige der erhaltenen
Fadenbündel wurden weiter auf 11500C und einige auf
14000C erhitzt Die bei 9500C und 1150°C gebrannten
Fäden waren endlos, transparent, farblos, klar und stark.
Die bei 14000C gebrannten Fäden waren transparent bis durchscheinend bis undurchsichtig und waren
schwach und zerbrechlich. Die endgültige gesamte berechnete Zusammensetzung dieser gebrannten AIuminiumborsilikatfäden
war
3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2.
Brenntemperatur,
C
C
Relative Intensitäten von
wesentlichen Beugungslinien
wesentlichen Beugungslinien
5,4 3,4
100
100
40
60
100
10
20
Die Dichte der gebrannten Fäden lag zwischen 2,65 und 2,80 g/cm3. Der Elastizitätsmodul für die bei 950° C
gebrannten Fäden lag zwischen 1,4 bis 1,8 χ 105 N/mm2.
Die bei 11500C gebrannten Fäden hatten einen Elastizitätsmodul von UxKPN/mm2. Die bei 1400°C
gebrannten Fäden hatten einen Elastizitätsmodul von 1,2 bis 1,3 χ 105 N/mm2. Röntgenbeugungsbilder wurden
von den verschiedenen gebrannten Fäden aufgenommen, und die geeigneten unterschiedlichen Teile der
Beugungsbilder waren, wie festgestellt wurde, wie folgt:
Es ist festzustellen, daß die relativen Intensitäten der 5,4- und 3,4-Beugungslinien von den bei 9500C und
11500C gebrannten Fäden sich wesentlich von denen
des charakteristischen Mullit-Beugungsbildes unterscheiden. Diese Unterschiede hinsichtlich der relativen
Intensitäten sind so, daß die bei 950° C und 11500C
gebrannten Fäden dadurch charakterisiert werden können, daß sie ein »umgekehrtes Mullit«-Röntgenbeugungsbild
haben, während die entsprechenden relativen Intensitäten der bei 14000C gebrannten Fäden mit
denen des Mullits übereinstimmen. Bei den Röntgenbeugungsbildern der drei Proben waren keine Reugungslinien
bei 4,35 oder von freiem Aluminiumoxid wahrnehmbar.
Dimethylformamid (102 g) wurde in eine wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion C (510 g) eingerührt.
Das erhaltene Gemisch wurde in eine Lösung von 720 g basischem Aluminiumacetat, das in 960 ml Wasser
gelöst war, unter starkem Rühren dieser Lösung gegossen. Die erhaltenen Gemische wurden filtriert und
in einem Kolben, der während des Konzentrierens zum b5
Teil in ein Wasserbad von 27 bis 300C eintauchte, konzentriert. Das erhaltene viskose Konzentrat wurde
zentrifugiert und hatte einen äquivalenten Gehalt an
festen anorganischen Oxiden von 30 Gew.-% und eine Viskosität von 60 000 mPa · s. Aus diesem Konzentrat
wurden unter Anwendung einer Spinndüse mit 30 Löchern, jedes mit einem Durchmesser von 0,1 mm, mit
einem Druck von 83 bis 103 bar Fäden gesponnea Die
Aufnahme der entstandenen endlosen Fäden auf einer Trommel betrug 55 m/Minute. Die erhaltenen grünen
Fäden wurden in Strängen von Raumtemperatur bis 6000C innerhalb von 2 Stunden vorerhitzt und dann 1
Stunde bei 600° C gehalten. Weitere Stränge der bei 600° C gebrannten Fäden wurden anschließend 1 Stunde
lang bei 8000C und einige der bei 8000C gebrannten
Fäden noch 1 weitere Stunde bei 12000C und andere Fäden 1 Stunde bei 1400°C gebrannt. Die endgültige
gesamte berechnete Zusammensetzung dieser Aluminiumborsilikatfäden war
3 AI2O3 :1 B2O3 : 3 SiO2.
Die bei 600°C,800°C, 1000°Cund 120O3Cgebrannten
Fäden waren endlos, transparent, farblos und glänzend. Die bei 14000C gebrannten Fäden hatten einen
bläulichen Schein, erwiesen sich aber bei der mikroskopischen Prüfung als transparent Der Durchmesser der
verschiedenen Fäden betrug 10 bis 20 μπι.
Die Zugfestigkeit der bei 10000C gebrannten Fäden
lag zwischen 413 und 1722 N/mm2. Die bei 1200° C
gebrannten Fäden hatten Zugfestigkeiten von 1148 bis
2170 N/mm2.
Die Röntgenbeugungsanalyse der bei den höheren Temperaturen gebrannten Fäden war wie folgt:
Brenntemperatur,
C
C
35 Relative Intensitäten von
Beugungslinien
Beugungslinien
5,4 3,4
100
100
100
40 Es ist wiederum festzustellen, daß ein »umgekehrtes Mullit«-Beugungsbild bei diesen Fäden erhalten wurde.
Ferner wurde in diesen Röntgenbeugungsbildern kein freies Aluminiumoxid oder eine Beugungslinie bei 4,35
wahrgenommen, noch wurden die charakteristischen relativen Intensitäten der 5,4- und 3,4-Beugungslinien
eines Mullitbeugungsbildes wahrgenommen, und zwar sogar bei 1400° C.
Aluminiumborsilikatfäden mit einer gesamten berechneten Zusammensetzung von
3 Al2O3 :1 B2O3 : 3 SiO2
wurden in drei Versuchsfolgen unter Verwendung unterschiedlicher wäßriger kolloidaler Kieselsäurematerialien
hergestellt. Bei jeder Versuchsfolge wurden die Fäden nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Stufe 1 — Konzentrierte Salpetersäure wurde einer wäßrigen kolloidalen Kieselsäuredispersion unter schnellem Rühren zugegeben.
Stufe 2 — Maissirup wurde in die angesäuerte kolloidale Kieselsäuredispersion eingerührt.
Sijfe 3 — Basisches Aluminiumacetat wurde in Wasser gelöst, und die siruphaltige Kieselsäuredispersion wurde in die Lösung eingerührt, und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde festgestellt.
Stufe 1 — Konzentrierte Salpetersäure wurde einer wäßrigen kolloidalen Kieselsäuredispersion unter schnellem Rühren zugegeben.
Stufe 2 — Maissirup wurde in die angesäuerte kolloidale Kieselsäuredispersion eingerührt.
Sijfe 3 — Basisches Aluminiumacetat wurde in Wasser gelöst, und die siruphaltige Kieselsäuredispersion wurde in die Lösung eingerührt, und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde festgestellt.
Stufe 4 — das in der Stufe 3 gebildete Gemisch wurde filtriert.
Stufe 5 — Das filtrierte Gemisch wurde in einem Rotationsverdampfer konzentriert, und die
Viskosität des Konzentrats wurde festgestellt.
Stufe 6 — Das Konzentrat wurde 10 Minuten lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von
2500 Umdrehungen je Minute zentrifugiert.
Stufe 7 — Das zentrifugierte Konzentrat wurde zu Fäden versponnen, und die gesponnenen
grünen Fäden wurden auf einer Trommel aufgenommen.
Stufe 8 — Die Fäden wurden von der Trommel entfernt und durch Erhitzen von Raumtemperatur
bis 10000C gebrannt
Die Werte von den drei Versuchsfolgen werden nachfolgend tabellarisch wiedergegeben.
Die Werte von den drei Versuchsfolgen werden nachfolgend tabellarisch wiedergegeben.
Versuchsfolgen
1 2
1 2
Verwendete HNO3-Menge, ml
Verwendete wäßrige kolloidale Kieselsäure: Typ (H)
Aufnahmegeschwindigkeit, m/Minute
(C)
(D) oder (E)
Menge, g | 214 | 142 | 142 |
Verwendete Sirupmenge, g | 50 | 33 | 33 |
Verwendete basische Aluminiumacetat- Lösung: Menge, g Konzentration, Gew.-% pH |
700 43 3,5 |
515 39 5 |
500 40 5 |
Viskosität des Konzentrats, mPa · s | 140 000 | 180 000 | 160 |
Benutzte Spinndüse: Anzahl der Löcher Lochdurchmesser, mm |
30 0,07 |
30 0,1 |
30 0,1 |
*) Bei dieser Versuchsfolge wurden die Fäden durch ihr eigenes Gewicht 2,1 m gezogen.
Alle gebrannten Fäden waren glänzend, transparent, endlos, klar und farblos. Röntgenbeugungsbilder wurden
mit den gebrannten Fäden der Versuchsfolge 1 aufgenommen, und es wurde festgestellt, daß diese
Beugungsbiider denen von den bei 9500C gebrannten
Fäden des Beispiels 1 entsprachen. Eine der Versuchsfolge 1 entsprechende gebrannte Probe wurde nach
chemischen Methoden analysiert, und es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
Gefunden
Berechnet für
3 Al2O3 : 1 B2O3 : 3 SiO2
40
45
50
29.4 Gew.-%
3,89 Gew.-%
15,2Gew.-%
3,89 Gew.-%
15,2Gew.-%
29.1 Gew.-%
3,89 Gew.-%
3,89 Gew.-%
15.2 Gew.-%
Aluminiumformiatacetatpulver (88,8 g) wurde in 150 ml Wasser, das auf 70° C erwärmt worden war,
gelöst Borsäure (12,4 g) wurde in 50 ml warmem Wasser gelöst und diese Lösung wurde in die
Formiatacetatlösung unter Rühren gegossen. Wäßrige kolloidale Kieselsäure K (51,6 g) wurde in die Lösung
eingerührt und das erhaltene Gemisch, das einen pH-Wert von 4 hatte, wurde filtriert Die Dispersion
wurde in einem Kolben in einem Wasserbad von 400C konzentriert Die Temperatur des Wasserbades wurde
auf 70 bis 800C erhöht um ein Kristallisieren zu verhüten. Endlose Fäden wurden aus dem viskosen
Konzentrat das in einer mit heißem Leitungswasser erwärmten Kammer war, durch eine Spinndüse mit 6
Löchern, wobei jede öffnung einen Durchmesser von 0,07 mm hatte, mit einem Druck von 12,4 bar gesponnen
und von einer Trommel mit einer Geschwindigkeit von 41 m/Minute aufgenommen. Die Fäden wurden in Luft
durch Erhitzen von Raumtemperatur bis 6000C gebrannt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten.
Die Fäden waren stark, transparent und klar. Die Zugfestigkeit lag zwischen 812 und 1190 N/mm2. Die
Fäden hatten eine berechnete Zusammensetzung von
3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2.
Konzentrierte Salpetersäure (2£ ml) wurde in wäßrige
kolloidale Kieselsäure C (428 g) eingegossen Basisches Aluminiumacetatpulver (600 g) wurde in 800 g
deionisiertes Wasser gelöst Dann wurde die angesäuerte kolloidale Kieselsäuredispersion in die wäßrige
Lösung unter Rühren gegossen. Das erhaltene Gemisch wurde filtriert konzentriert, zentrifugiert, versponnen
und gebrannt wie es in dem Beispiel 1 beschrieben ist Stränge aus den erhaltenen endlosen grünen Fäden
wurden durch Erhitzen von Raumtemperatur bis 6000C
in 1 Stunde gebrannt Teile von den bei 6000C gebrannten Fäden wurden bei verschiedenen höherer
Temperaturen 1 Stunde lang gebrannt nämlich bei 800. 900,1000 und 1400-C
Die berechnete Zusammensetzung der Aluminiumborsilikatfäden war
3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2.
Der Durchmesser der gebrannten Fäden betrug 10 bis
17,5 μπι. Die Eigenschaften der gebrannten Fäden
n werden in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Brenn temperatur, C |
Dichte, g/cnr1 |
Elastizitätsmodul, N/mm2 x 104 |
Zugfestigkeit, N/mm2 |
Relative Intensitäten von Röntgen- beugungslinien |
5,4 3,4 | ||||
600 | 2,19 | 5,3 bis 5,9 | _ | — _ |
800 | 2,48 | 5,3 bis 8,8 | 1036 | |
900 | 2,60 | 8,8 bis 11,9 | 1260 | |
1000 | 2,60 | 9,9 bis 12,5 | 1127 | 100 60 |
1400 | _ | _ | _ | 100 90 |
40 100 |
Kein freies Aluminiumoxid wurde in den Röntgenbeugungsbildern
festgestellt. Die Prüfung mit einem Elektronenmikroskop ergab eine Größe für die
Kristallite der bei 100° C gebrannten Fäden zwischen etwa 500 A und 1000 A.
Konzentrierte HNO3 (3,3 ml) wurde in wäßrige
kolloidale Kieselsäure H (71,3 g) eingerührt, und Maissirup (16,6 g) wurde der angesäuerten Kieselsäuredispersion
zugegeben. Eine Lösung von 4,5 g CrO3 in 25 ml H2O wurde in die siruphaltige Kieselsäuredispersion
eingerührt, und das erhaltene Gemisch (mit einem pH-Wert von 4,5) wurde einer Lösung von basischem
Aluminiumacetat (100 g) in 125 ml H2O zugegeben. Das erhaltene Gemisch hatte eine dunkelgrüne Farbe und
wurde filtriert und in einem Kolben konzentriert. Das erhaltene filtrierte Konzentrat hatte eine Viskosität von
48 000 mPa · s und wurde durch eine Spinndüse mit 30 Löchern (mit einem Durchmesser von 0,07 mm) mit
einem Druck von 8,7 bar und mit einer Geschwindigkeit von 82,5 m/Minute versponnen und auf einer Trommel
aufgewunden. Die erhaltenen endlosen grünen Fäden wurden von der Trommel entfernt und von Raumtemperatur
bis 500° C in einer Stunde gebrannt. Die gebrannten Fäden waren klar, stark und hatten eine
pastellgrüne Farbe und einen Durchmesser von etwa 15 μπι. Einige der bei 500° C gebrannten Fäden wurden
bei 7000C noch 3/4 Stunde und andere Fäden bei 900° C
3A Stunde weiter gebrannt Die erhaltenen bei 700° C
und 900° C gebrannten Fäden hatten eine grüne Farbe und waren transparent, klar und sehr fest Die
Aluminiumborsilikatfäden hatten eine berechnete Zusammensetzung von
95 Gew.-% 3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2 und
3 Gew.-% Cr2O3.
3 Gew.-% Cr2O3.
Basisches Aluminiumacetatpulver (240 g) wurde in 400 ml destilliertem Wasser gelöst Die Lösung wurde
filtriert und in einem Kolben unter Anwendung eines Wasserbades von 32 bis 36° C konzentriert Das klare,
viskose Konzentrat wurde zur Entfernung von eingeschlossener Luft oder eingeschlossenem Gas zentrifugiert
Das erhaltene zentrifugierte Konzentrat enthielt 28,5 Gew.-% Feststoffe und hatte eine Viskosität von
100 000 bis 150 000 mPa - s. Fäden wurden durch Strangpressen dieser Lösung durch eine Spinndüse mit
30 Löchern mit einem Durchmesser von 0.1 mm mit Drücken von 8,3 bis 9,6 bar stranggepreßt Die
2(i erhaltenen endlosen grünen Fäden wurden bei etwa
50° C in Luft getrocknet, und verschiedene Proben wurden durch Erhitzen von Raumtemperatur bis 600,
800 und 1000° C gebrannt, und einige der bei 1000° C
gebrannten Fäden wurden noch weiter bei 1200° C gebrannt. Die bis und einschließlich 1000° C gebrannten
Fäden waren glänzend, klartransparent und farblos. Die bis 1200° C gebrannten Fäden waren undurchsichtig,
schwach und zerbrechlich. Die berechnete Zusammensetzung der Aluminiumboratfäden war
3 Al2O3 :1 B2O3.
Die 1/2 Stunde bei 1000° C und bei 1200° C gebrannten
Fäden zeigten ein Röntgenbeugungsbild, das mit der 9 AbO3 · 2 B2O3-Struktur übereinstimmte. Die Zugfestigkeit
der bei 1000° C gebrannten Fäden betrug 1050 N/mm2, und der Elastizitätsmodul betrug
15,8 χ 104 N/mm2. Der Fadendurchmesser betrug im
Durchschnitt etwa 12 μπι, und die Dichte war 2,90
g/cm3. Das Brennen von bei 1000° C gebrannten Fäden für '/2 Stunde bei 1400°C führte zu einem Verlust an
Boroxid, da das Röntgenbeugungsbild 9 Al2O3 · 2 B2O3
als Hauptstruktur und 3IpIIa-Al2O3 als kleineren Strukturanteil
erkennen ließ.
Wässerige kolloidale Kieselsäuredispersion K (24,6 g) wurde in basischem Aluminiumacetat (241 g) eingerührt,
das in 360 ml H2O gelöst worden war. Das Gemisch wurde filtriert und in einem Kolben bei einer
so Badtemperatur von 32 bis 37° C konzentriert, bis es
viskos genug war, daß aus ihm Fäden mit einem Glasstab gezogen werden konnten. Das Konzentrat
wurde zur Entfernung von Blasen zentrifugiert. Die Viskosität des klaren zentrifugierten Gemischs war
72 000 mPa · s, und das Gemisch hatte einen Gehalt an Feststoffen von 30,8 Gew.-%. Fäden wurden, wie in dem
Beispiel 7 beschrieben ist unter Anwendung eines Drucks von 12,4 bis 13,8 bar und einer Spinngeschwindigkeit
von 63 bis 87 m/Minute gesponnen. Drei Chargen von den Fäden wurden von Raumtemperatur
bis 600, 800 oder 1000°C gebrannt Ein Teil der bei 1000° C gebrannten Fäden wurde noch weiter 1 Stunde
bei 1200°C und ein anderer Teil noch 1 Stunde bei 1400°C gebrannt
Die bei 600,800 und 1000° C gebrannten Fäden waren
transparent, klar und farblos, und die bei 1200 und 1400° C gebrannten Fäden waren etwas durchscheinend.
Die Aluminhimborsilikatfäden hatten Durchmesser von
10 bis 20 μτη und hatten eine berechnete Zusammensetzung von
3 Al2O3:1 B2O3:0,5 SiO2.
Die Prüfung der Fäden mittels Röntgenstrahlen ergab folgendes:
Brenntemperatur,
C
Relative Intensitäten von Beugungslinien 5,4 4,35 3,4
1000 | 100 | 0 | 50 |
1200 | 100 | 5 | 50 |
1400 | 100 | 15 | 75 |
Die bei 1000° C gebrannten Fäden hatten einen Elastizitätsmodul von etwa 16,3 χ 104 N/mm2, eine
Zugfestigkeit von etwa 1176 N/mm2 und eine Dichte
von 2,9 g/cm3.
Die in diesem Beispiel verwendete Formulierung führte zu feuerfesten Aluminiumborsilikatfäden aus
3 Al2O3:1 B2O3:1,5 SiO2. Basisches Aluminiumacetat
(211 g) wurde in 400 ml H2O gelöst, und in die Lösung
wurde eine wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion K (64,5 g) unter Rühren gegossen. Das erhaltene Gemisch
wurde in einem Kolben konzentriert und zentrigugiert
und führte zu einem Konzentrat mit einer Viskosität von 74 000 mPa ■ s und einem Gehalt an Festsubstanzen
entsprechend etwa 33,8 Gew.-%. Die Fäden wurden aus diesem klaren viskosen Konzentrat durch eine Spinndü
se mit 30 Löchern mit einem Durchmesser von 0,1 mm
mit einem Druck von etwa 8,2 bar gesponnen und auf einer Garnwinde gezogen, und zwar mit einer
Geschwindigkeit von 46,5 m/Minute. Die endlosen grünen Fäden wurden durch Erhitzen von Raumtempe
ratur auf 800° C oder 1000° C gebrannt und bei dieser
Temperatur 1 Stunde gehalten. Eine Probe der bei 1000° C gebrannten Fäden wurde auf 145O0C erhitzt.
Die Dichte der bei 1000° C gebrannten Fäden betrug
2,70 g/cm3. Die Röntgenbeugungsanalyse und der
Brenntemperatur,
C
2«
Relative Intensitäten von
Beugungslinien
5,4 4,35 3,4
Elastizitätsmodul,
N/mm2 x 10"
800
1000
1450
100
60
■ amorph
0
60
100
14,6
23,8
25
Bei der Röntgenanalyse wurden keine freien Aluminiumoxidkristallite festgestellt. Die gebrannten Fäden
hatten einen Durchmesser von 10 bis 15 μπι und waren
klar, transparent und farblos.
35
40
Aluminiumborsilikatfäden mit der berechneten Zusammensetzung
3 Al2O3 :1 B2O3 :2 SiO2
wurden aus der folgenden Formulierung hergestellt:
211 g basisches Aluminiumacetat in 400 ml H2O
86 g wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion K
Die kolloidale Kieselsäuredispersion wurde in die Lösung eingerührt. Das erhaltene Gemisch (pH 5)
wurde Filtriert und in einen Kolben unter Anwendung eines Wasserbades von 40° C konzentriert. Dieses
Verfahren führte zu einem klären bis leicht schleierartigen, viskosen Gemisch, das zur Entfernung von Gasen
und Blasen zentrifugiert wurde. Das endgültige viskose Konzentrat hatte eine Viskosität von 40 000 mPa · s. so
Das viskose Konzentrat wurde durch eine Spinndüse mii 30 Löchern fliii einem Durchmesser von 0,1 mm mit
einem Druck von 103 bar mit einer Abgabegeschwindigkeit von 523 m/Minute versponnen. Stränge aus den
erhaltenen endlosen grünen Fäden wurden innerhalb von 4 bis 5 Stunden von Raumtemperatur bis 1000° C
gebrannt Die gebrannten endlosen Fäden waren
glänzend, endlos, farblos und transparent Sie hatten
eine Zugfestigkeit von etwa 830,2 N/mm2 und einen Elastizitätsmodul von etwa 11,6 χ 104 N/mm2, eine
Dichte von 2,68 g/cm3 und ergaben ein Röntgenbeugungsbild mit den relativen Intensitäten der 5,3- und
3,4-Beugungslinien von 100 und 40, und es wurde weder freies Aluminiumoxid noch wurden andere kristalline
Arten festgestellt.
Bei einem entsprechenden Versuch wurden 105 g basisches Aluminiumacetat in 200 ml Wasser und 50 g
kolloidale Kieselsäuredispersion zur Herstellung des Konzentrats mit einer berechneten äquivalenten Zusammensetzung von
3 Al2O3 :1 B2O3 :2 SiO2
verwendet Die aus dem Konzentrat gesponnenen Fäden wurden bei 900° C und einige der Fäden wurden
noch weiter bei 1000°C gebrannt Die bei 900°C gebrannten Fäden waren endlos, transparent und hatten
eine Zugfestigkeit von etwa 1330 N/mm2. Die bei 1000° C gebrannten Fäden waren endlos, transparent
und hatten eine Brechungszahl von 1,572 bis 1,580 und
wiesen eine Zugfestigkeit von etwa 1400 N/mm2 auf.
Bei jedem von drei Versuchen unter Verwendung verschiedener Äquivalentmolverhältnisse von Metalloxiden wurde kolloidale Kieselsäuredispersion K in eine
wäßrige Lösung von basischem Aluminiumacetat eingerührt und die entstandene Dispersion wurde
filtriert und konzentriert und zentrifugiert Die Viskosität und der Gehalt an Feststoffen von dem Konzentrat
wurden gemessen. Das Konzentrat wurde durch eine Spinndüse mit 30 Löchern mit einem Durchmesser von
0,01 versponnen. Diese Versuche werden nachfolgend zusammengefaßt wiedergegeben:
Versuche 1
Verwendete Menge Kieselsäuredispersion K, g
Verwendete wäßrige basische Aluminiumacetat-Lösung:
Menge, g
Konzentration, Gew.-%
Konzentrat:
Viskosität, mPa · s
Feststoffe, Gew.-%
Viskosität, mPa · s
Feststoffe, Gew.-%
Strangpreßdruck, bar
Abgabegeschwindigkeit, m/Minute
Abgabegeschwindigkeit, m/Minute
Berechnetes Mol-Verhältnis von Fäden
Al2O3: B2O3: SiO2
Al2O3: B2O3: SiO2
Bei jedem Versuch wurden die Fäden durch Erhitzen von Raumtemperatur auf 6000C innerhalb von 3 bis 4
Stunden gebrannt, und die Fäden wurden bei den Versuchen 2 und 3 bei 6000C xh bis 1 Stunde gehalten.
Chargen von den bei 6000C gebrannten Fäden wurden
anschließend ohne Abkühlen durch Erhitzen auf 8000C
innerhalb 1 Stunde gebrannt, und die Fäden wurden bei den Versuchen 2 und 3 1 Stunde bei 800° C gehalten.
Einige der bei 8000C gebrannten Fäden wurden durch Erhitzen auf 10000C innerhalb von 2 Stunden gebrannt,
und diese Fäden wurden bei den Versuchen 2 und 3 etwa 1 Stunde bei 1000° C gehalten. Einige der bei 1000° C
gebrannten Fäden wurden anschließend V2 Stur.de bei 12000C und '/2 Stunde bei 14000C gebrannt Die
gebrannten Fäden waren transparent, klar, glänzend und im wesentlichen endlos. Die Eigenschaften der
Fäden werden in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Brenn | he,*) | 3,4 | 50 | Zug | Elastizitäts | Dichte, |
tempe | 100 | festig | modul, | g/cm-' | ||
ratur, | 5,4 | >3:4 | 100 | keit, | N/mm2 x 104 | |
C | amorph | N/mm2 | ||||
3 Al2O3 | :1B2O | 100 | SiO3-Fäden: | |||
800 | 100 | - | - | - | ||
1000 | 90 | 742 | 10,9 | 2,6 | ||
1200 | 1120 | 9,8 | 2,7 | |||
1400 | 658 | 10,9 | _ |
3 Al2O3: 1 B2O3: 6 SiO2-Fäden:
1000 100 70 875 9,8
1200 100 100 665 10,9
1400 50 100 - 9,4
2,5
2,6
2,6
50 611
34,5
34,5
112 000
40,2
40,2
ILl
52,5
3:1:4
52,5
3:1:4
206
469
36,0
36,0
80 000
287
340
41,2
41,2
206 000
48,2
48,2
6,9 bis 13,8 4,1
10,5 22,4
10,5 22,4
3:1:6 3 : 1 : 10
Brenn | ι,,ή | 3.4 | Zug | Elastizitäts | Dichte. |
tempe | festig | modul, | g/cm' | ||
ratur. | 5.4 | keit. | N/mnr χ ΙΟ4 | ||
C | N/mrvr | ||||
3 Al2O3: 1 B2O3: 10 SiO2-Fäden:
1000 100 70 784
1200 90 100 672
1400 35 100
1000 100 70 784
1200 90 100 672
1400 35 100
8,4
8,4
8,4
2,4
2,6
2,6
*! Weder freies Aluminiumoxid noch andere kristalline Arten wurden bei der Röntgenanalyse der nach einem
der Versuche erhaltenen Produkte festgestellt.
Beispiel 12
In einer Versuchsreihe wurden Fäden mit einer berechneten Zusammensetzung
3 Al2O3: 1,5BjOi:* SiO2.
worin χ zwischen 0 und 3 geändert wurde, hergestellt. Bei diesen Versuchen wurde Borsäure in warmem
Wasser gelöst und mit einer wäßrigen Lösung von basischem Aluminiumacetat (mit oder ohne Aluminiumchloridzusatz)
vermischt Wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion wurde der Lösung (bei allen Versuchen
mit Ausnahme des Versuchs 1) zugegeben, und das Gemisch wurde filtriert Die filtrierte, klare Dispersion
wurde in einem Kolben konzentriert Das viskose Konzentrat wurde zentrifugiert, und Fäden wurden
unter Anwendung einer Spinndüse mit 30 Löchern mit einem Durchmesser von 0,1 mm, mit Ausnahme der
Versuche 3 und 4, bei denen eine Spinndüse mit 6 Löchern mit einem Durchmesser von 0,07 mm verwendet
wurde, gesponnen. Diese Versuche werden nachfolgend zusammengefaßt wiedergegeben.
Versuche 1 3*)
Berechnetes Molverhältnis von Fäden
Al2O3 : B2O3: SiO2
Al2O3 : B2O3: SiO2
Verwendete Menge kolloidale Kieselsäuredispersion K, g
3:1,5:0 3:1,5:0,5 3:1,5:2 3:1,5:3
17,2 34,4 51.6
Fortsetzung
Versuche
1
1
3*)
Verwendete wäßrige basische Aluminiumacetat-Lösung
Menge, g
Konzentration, Gew.-%
Verwendete wäßrige Borsäurelösung
Menge, g
Konzentration, Gew.-%
Menge, g
Konzentration, Gew.-%
Viskosität des Konzentrats, mPa ■ s
Strangpreßdruck, bar
Abgabegeschwindigkeit, m/Minute
Strangpreßdruck, bar
Abgabegeschwindigkeit, m/Minute
*) Die Aluminiumacetat-Lösung wurde bei diesem Versuch außerdem mit einer Lösung von 16 g AICl3-OH2O in 20 ml
Wasser vermischt.
561 37,6 |
469 36,0 |
204 36,3 |
214 39,4 |
90 17,1 |
62 20 |
38 20 |
46 13,4 |
- | 124 000 | - | - |
12,4-13,8 | 16,6 | 12,4 | 10,3 |
15 | 45 | 12 |
Die Fäden von den verschiedenen Versuchen wurden getrocknet und bei 6000C etwa 1 Stunde gebrannt, und
die erhaltenen gebrannten Fäden waren transparent und ziemlich stark, mit Ausnahme der Fäden des
Versuchs 1, die etwas schwach waren. Die bei 600° C gebrannten Fäden von den Versuchen 1,2 und 4 wurden
noch bis zu 1 Stunde bei 8000C weiter gebrannt, und die
bei 8000C gebrannten Fäden wurden etwa 1 Stunde noch bei 10000C weiter gebrannt, wobei die bei 8000C
und 10000C gebrannten Fäden im wesentlichen die gleichen Eigenschaften zeigten wie die bei 6000C
gebrannten Fäden. Die bei 6000C und 8000C gebrannten
Fäden des Versuchs 3 waren ebenfalls transparent und ziemlich fest, und die bei 10000C gebrannten Fäden
dieses Versuchs waren transparent bis durchscheinend und wiesen eine gewisse Einbuße an der strukturellen
einheitlichen Beschaffenheit auf. Röntgenbeugungsbilder der bei 10000C gebrannten Fäden von dem Versuch
1,3 AI2O3:1,5 B2O3, zeigten relative Intensitäten für die
5,4- und 3,4-Beugungslinien von 100 und 30. Die bei
10000C gebrannten Fäden von dem Versuch 4, 3 Al2O3:1,5 B2O3:3 SiO2, zeigten relative Intensitäten
für die 5,4-, 4,35- und 3,4-Beugungslinien von 100,3 und
40. Weder freies Aluminiumoxid noch andere kristalline Arten wurden bei diesen Röntgenanalysen festgestellt.
Beispiel 13
In einer Versuchsreihe wurden Fäden mit der berechneten Zusammensetzung
9 Al2O3:2 B2O3:* SiO2,
worin χ zwischen 0 und 6 geändert wurde, hergestellt Die zur Herstellung des viskosen Konzentrats, beim
Spinnen und Brennen benutzten Techniken waren die gleichen, wie sie in dem Beispiel 12 benutzt wurden.
Werte über die Herstellung und die Eigenschaften der Fäden werden nachfolgend angegeben:
Versuche | 2 | 3 | |
1 | 9:2: 0,33 | 9:2:6 | |
Berechnetes Molverhältnis von Fäden Al2O3: B2O3: SiO2 |
9:2:0 | 0 | 115 |
Verwendete kolloidale Kieselsäure dispersion K, g |
0 | 3,3 | 0 |
Verwendete kolloidale Kieselsäure dispersion C, g |
0 | 240*) 35*) |
487 39,3 |
Verwendete wäßrige basirche Aluminium acetat-Lösung: Menge, g Konzentration, Gew.-% |
469 36,0 |
0 | 0 |
Verwendete wäßrige Aluminiumformiat- acetat-Lösung: Menge, g Konzentration, Gew.-% |
289 30,8 |
161*) 45*) |
361 44,6 |
Verwendetes wäßriges AlCl3 · 6 H2O: Menge, g Konzentration, Gew.-% |
0 0 |
||
Fortsetzung
Versuche
1
1
Konzentrat:
Viskosität, mPa · s
Feststoffe, Gew.-%
Viskosität, mPa · s
Feststoffe, Gew.-%
Strangpreßdruck, bar
Aufnahmegeschwindigkeit, m/Minute
Durchmesser der gebrannten Fäden, μηι
Aufnahmegeschwindigkeit, m/Minute
Durchmesser der gebrannten Fäden, μηι
·) Geschätzte Werte.
Die Fäden von verschiedenen Versuchen wurden bei Versuchen 1 und 3 werden in zusammengefaßter Form
verschiedenen Temperaturen gebrannt, und die ermit- nachfolgend wiedergegeben,
leiten Eigenschaften der gebrannten Fäden von den 20
136 000 | 108 000 | 87 000 32,8 |
22,2 | 8,3 | 8,3-22,2 |
57 | 45 | 52,5-75 |
12-20 | _ | 11-16 |
Versuch | Brenn- /„;* | 5,4 |
temperatur, | SiO2-Fäden: | |
C | - | |
9 Al2O3 | : 2 B2O3: 0 | 100 |
IA | 600 | - |
IB | 800 | 100 |
IC | 900 | 100 |
ID**) | 1000 | SiO2-Fäden: |
1 E***) | 1000 | .100 |
9 Al2O3 | : 2 B2O3: 6 | - |
2A | 800 | 100 |
2B | 900 | 100 |
2C | 1000 | 40 |
2D | 1200 | |
2E | 1450 |
4,35
Zugfestigkeit,
N/mm2
N/mm2
Elastizitätsmodul,
N/mm2 x 104
N/mm2 x 104
Dichte, g/cm3
0
20
20
diffus
diffus
diffus
8,4
11,9
11,9
16,1
10 850
11970
11970
10,5
2,35
2,73
2,73
2,77
2,66
2,68
2,70
2,70
*) Es wurden weder freies Aluminiumoxid noch andere kristalline Arten bei irgendeiner dieser Analysen festgestellt.
**) Die Fäden wurden bei diesem Versuch auf lOOOT erhitzt.
***) Die Fäden wurden bei diesem Versuch auf 1000 C erhitzt und 3M Stunde bei 1000"C gehalten.
***) Die Fäden wurden bei diesem Versuch auf 1000 C erhitzt und 3M Stunde bei 1000"C gehalten.
Die gebrannten Fäden von den Versuchen 1 und 3 waren endlos, klar, transparent und stark, während die
Fäden von dem Versuch 2 transparent bis durchscheinend bis undurchsichtig und schwächer waren.
Wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion C (470 g) wurde mit 4 ml HNO* vermischt, und die erhaltene
Dispersion wurde mit einem hochtourigen Schermischer in eine Lösung von 660 g basischem Aluminiumacetat
in 440 ml Wasser und 346 g Methanol eingerührt. 0,25 bis 0,1 g Polyoxäthylen wurde dem Gemisch
zugegeben, um die Fadenbildung zu unterstützen. Das erhaltene Gemisch wurde filtriert, in einem Kolben
konzentriert und unter Bildung eines klaren viskosen Konzentrats mit einer Viskosität von 750 000 mPa · s
und einem Gehalt an Feststoffen von 36,8 Gew.-% zentrifugiert. Dieses Konzentrat wurde unter Anwendung
einer Spinndüse mit 40 Löchern mit einem Durchmesser von 0,07 mm und einem Strangpreßdruck
von 55 bar versponnen. Die Fäden wurden gemeinsam mit einer Geschwindigkeit von 60 m/Minute gezogen
und mit Fluorkohlenstoff geschlichtet. Der Fadenstrang konnte zu einer willkürlichen »8«-Form auf ein
Aluminiumband fallen und wurde durch Leiten durch einen Ofen bei 454°C für 10 Minuten vorgebrannt. Der
Fadenstrang wurde nach dem Verbrennen mit 5 Gew.-% Schlichtemittel in Methanol geschlichtet und
auf konische Kreuzspulen zur Aufbewahrung gewunden. Die Garnspulen wurden bei 10000C 1 Stunde
gebrannt. Die berechnete Zusammensetzung dieser endlosen Fäden nach dem Brennen war
3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2,
und die Fäden hatten eine Dichte von 2,65 g/cm3 und einen Durchmesser von 12 bis 15μπι. Das gebrannte
Garn wurde erneut mit 5% Schlichtemittel in Methanol eingeschmiert und dann zu einem Stoffstück von
8,75 cm χ 27,5 cm auf einem 38-Kettenstuhl verwebt. Der erhaltene Stoff war weiß, glänzend, stark, flexibel
und konnte Temperaturen über 1000°C widerstehen. Die einzelnen Fäden des Garns, das zur Herstellung
dieses Stoffs benutzt worden war, waren klar, transparent, glänzend, flexibel, stark und endlos.
Fäden mit einer berechneten Zusammensetzung von 3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2
wurden, wie es in dem Beispiel 2 beschrieben ist,
hergestellt Die Fäden wurden zu einem Strang geformt, so wie es in dem Beispiel 14 beschrieben ist, und 10
Minuten lang bei 550 bis 600° C vorgebrannt 10 vorgebrannte Stränge wurden unter Bildung von Garn ι ο
zusammengewunden, und das Garn wurde gebrannt indem es kontinuierlich durch einen Ofen mit Luftatmosphäre
mit einer 1,2 m langen heißen Zone von 980° C mit einer Geschwindigkeit von 0,6 m/Min, gezogen
wurde. Dieses Garn wurde geschlichtet und siebenmal unter Bildung eines Verbundwerkstoffs unter Verwendung
von wärmehärtbarem Epoxynovolakharz zurückgelegt so daß jede Lage aus einer Garnschicht und einer
Harzschicht bestand. Der Verbundstoff wurde bei 160°C und einem Druck von 33,4 bar 1 Stunde gehärtet
Der Anteil an gehärtetem Verbundwerkstoff machte 68,9 Vol.-% der Fasern aus. Der mit dem Biegeversuch
bestimmte Elastizitätsmodul war 9,8 χ 104 N/mm2. Es ist
bekannt, daß das Harz ohne die Fäden einen Elastizitätsmodul, der auf die gleiche Weise bestimmt
worden ist, von etwa 3,5 χ ΙΟ3 N/mm2 hat
Basisches Aluminiumacetat (815 g) wurde in 1090 g Wasser gelöst. Eine wäßrige Dispersion von kolloidaler
Kieselsäure C (576 g) wurde mit Dimethylformamid (116 g) vermischt, und das erhaltene Gemisch wurde
dann mit der Lösung vermischt. Die erhaltene Formulierung wurde in einem Kolben in einem
Wasserbad mit einer Temperatur von 27 bis 32° C 3s innerhalb von 4 Stunden konzentriert, und es wurden ■
1518g eines flüssigen Konzentrats erhalten. Das Konzentrat wurde zur Entfernung von Luftblasen
zentrifugiert und mit einem Druck von 4,1 bar aus einem Kessel zu einer Pumpe gepumpt. Das aus der Pumpe
abgezogene Material wurde einer Spinndüse mit 40 Löchern mit einem Durchmesser von 0,07 mm zugeführt
und aus dieser mit einem Druck von 13,8 bis 34,5 bar
stranggepreßt. Die erhaltenen stranggepreßten Fäden wurden senkrecht nach unten durch die Mitte eines
Trockenschachts mit einer Länge von 1,2 m und einem Durchmesser von 23 cm gezogen, und zwar in einem
gleichlaufenden trockenen Luftstrom, der in das obere Ende des Schachts mit etwa 38° C eingeführt und am
unteren Ende des Schachts mit etwa 29°C abgezogen wurde. Die aus dem unteren Schachtteil abgezogenen
grünen Fäden wurden durch eine Führungsleiste zusammengeführt, um einen kompakten Strang zu
bilden, und der Strang wurde zu einer im allgemeinen waagerechten Ebene herumgeführt und unter einem
Docht, der mit dem Fluorkohlenstoffschmiermittel getränkt war, entlanggeführt. Der mit Schmiermittel
versehene Strang wurde über ein Paar von gegenläufig rotierenden Godet-Walzen geführt, von denen jede
einen Durchmesser von 15 cm hatte, um die Fäden mit bo
einer Geschwindigkeit von 60 m/Minute zu ziehen, und die Fäden konnten dann in der Form des Strangs 0,6 m
durch die Schwerkraft fallen und wurden dann in einem entspannten Zustand auf einem sich waagerecht
bewegenden, endlosen Band gesammelt. Das Laufband (,5
bestand aus 0,3 m breitem weitmaschigem leichtem Nylonstoff. In dem Maße, in dem das Band bewegt
wurde, fiel der Strang fortlaufend auf dieses herunter, wobei sich das untere Ende des Strangs zurückbewegte
und dann seitlich auf dem Band bewegte und sich darauf in der Form von übereinanderliegenden Schleifen in
einer »8« ansammelte. Das Band lief endlos um einen perforierten festangeordneten Zylinder an dem einen
Ende und um eine Antriebswalze an dem anderen Ende. Sobald der sich angesammelte Stapel aus dem Strang
auf dem Band das äußere Ende seines Weges nahe dem festangeordneten Zylinder erreichte, wurde der Strang
auf dem Band durch ein leichtes Vakuum gehalten, das durch Führen von Luft durch das Band in den Zylinder
erzielt wurde, wodurch der Stapel auf dem Band gehalten wurde, bis der Stapel den niedrigsten Punkt des
Wegs erreicht hatte. Der Stapel fiel dann kontinuierlich von dem Band durch die Schwerkraft herunter und traf
auf ein waagerechtes Laufband auf, das aus einem korrosionsfesten Stahlblech bestand und sich in einer
Richtung bewegte, die der Richtung des oberen Teils des Stoffbands, in der sich dieses bewegte, wenn der
Strang zunächst gesammelt wurde, entgegengesetzt war. Ein stationärer Abscheidestab war neben der
äußeren Oberfläche des Zylinders bei einem Punkt direkt über dem Punkt, an dem der Stapel von dem
Stoffband herabfiel, angeordnet Der Stapel auf dem Band aus korrosionsfestem Stahl behielt seine entspannte
Anordnung bei, mit der Ausnahme, daß diese umgekehrt vorlag. Das korrosionsfeste Stahlband trug
den Stapel durch einen aus drei Zonen bestehenden Globar-Ofen. Die erste Zone des Ofens war etwa 1,8 m
lang und hatte eine Eintrittstemperatur von etwa 100° C und einen heißesten Punkt von etwa 550°C. In dieser
Zone wurde der Garnstapel vorgebrannt, um Wasser und anderes flüchtiges Material, wie z. B. Lösungsmittel,
zu entfernen, organisches Material zu zersetzen und ein Sintern der Fadenstränge einzuleiten, wobei der Strang
erst braun, dann schwarz und schließlich wiederum weiß wurde, und zwar in dem Maße, in dem das
kohlenstoffhaltige Material oxidiert und aus diesem entfernt wurde. In den zweiten und dritten Zonen des
Ofens wurden die Temperaturen allmählich auf etwa 870° C erhöht, wodurch restliches flüchtiges Material
entfernt und der Strang in feuerfestes Material umgewandelt wurde, wobei eine lineare Vor- und
Grobschrumpfung stattfand. Der vorgebrannte Fadenstrang, der den Vorbrennofen verließ, wurde von dem
korrosionsfesten Stahlband durch eine Reihe veränderlicher Spannrollen fortgezogen und in Form eines
geraden Strangs durch einen 1,8-m-Röhrenofen, der bei etwa 1000° C gehalten wurde, geführt. Der Strang
bewegte sich durch den Röhrenofen mit einer Geschwindigkeit von etwa 37,5 m/Minute. In dem
Maße, in dem sich der Strang durch den Röhrenofen bewegte, wurden Knickstellen von dem Strang entfernt
und wurde der Strang weiter verdichtet. Am Austragsende des Röhrenofens wurde der Strang mit einer
Schlichte besprüht und auf eine Spule aufgewunden. Die Fäden in dem gebrannten Strang waren endlos, klar,
farblos, glänzend, rund, stark und hatten eine berechnete Zusammensetzung von
3 Al2O3: 1 B2O3: 3 SiO2.
Die genannten Fäden hatten einen Durchmesser von 11
bis 12 μηι, eine Zugfestigkeit von etwa 1582 N/mm2 und
einen Elastizitätsmodul von etwa 15,8XlO4 N/mm2.
Beispiel 17
In diesem Beispiel wurden feuerfeste Fäden nach einem Verfahren hergestellt, das dem in dem Beispiel 16
beschriebenen Verfahren entspricht, jedoch mit den
nachstehend angegebenen Ausnahmen.
Das Konzentrat, das zum Spinnen der Fäden benutzt wurde, wurde aus 2160 g basischem Aluminiumacetat in
2880 ml Wasser, 1530 g kolloidaler Kiesehäuredispersion C, gemischt mit 306 g Dimethylformamid, und aus
123 g CrOi das den gesamten vorstehenden Materialien,
nachdem diese nach der in dem Beispiel 16 beschriebenen Art und Weise vermischt worden waren,
zugegeben wurde. Das Konzentrat hatte eine Viskosität von 120 000 TiPa ■ s und wurde nach der in dem Beispiel
16 beschriebenen Weise versponnen, mit der Ausnahme jedoch, daß der Schacht, in dem die Fäden herabgezogen
wurden, mit trockner Luft im Gegenstrom arbeitete, die mit etwa 35° C am unteren Ende des Schachts
eingeführt und am oberen Ende desselben mit einer Temperatur von etwa 29° C abgezogen wurde. Die
höchste Temperatur in dem Vorbrennofen betrug etwa 880° C, und das korrosionsfeste Stahlband hatte eine
Geschwindigkeit von 37,5 m/Minute. Der Strang, der
von dem Stapel abgezogen worden war und das Ende
des Vorbrennofens verlassen hatte, wurde, nachdem er die Spannrollen passiert hatte, einer weiteren Spannung
unterworfen, indem er durch einen umgekehrten Saugapparat geführt wurde, der direkt oberhalb des
Röhrenofens angeordnet war. Die Fäden in dem Strang waren endlos, transparent, von grüner Farbe, glänzend,
rund und stark und hatten eine berechnete Zusammensetzung von
95 Gew.-o/o 3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2 und
5Gew.-% Cr2O3.
Die Fäden hatten einen Durchmesser von etwa 12 μΐη,
eine Zugfestigkeit von etwa 1540 N/mm2 und einen Elastizitätsmodul von etwa 16,9 χ 104 N/mm2.
Einer Lösung aus 6,18 g Borsäure in 150 g Wasser wurden 84,3 g basisches Aluminiumacetat zugegeben
und in der Lösung gelöst 2 g konzentrierte Salzsäure wurden 254 g der wäßrigen kolloidalen Kieselsäuredispersion
C zugegeben, um den pH-Wert unter 2 zu senken, und diese Dispersion wurde der wäßrigen
Lösung zugegeben. Ein Teil (473 g) des erhaltenen Gemischs wurde in einem Kolben mit einer Badtemperatur
von 30 bis 350C konzentriert. Die Badtemperatur wurde auf 60°C erhöht, um einige Kristallite, die sich
gebildet hatten, wieder aufzulösen. Das erhaltene viskose Konzentrat (206 g) wurde mit 150 ml Wasser
und 40 g Maissirup (mit einer Viskosität von 108 00OmPa-S und einer Dichte von 1,43 g/cm3)
vermischt, und das erhaltene Gemisch wurde durch Rühren in einem Wasserbad von 400C für 20 Minuten
homogenisiert. Das erhaltene Gemisch wurde dann bei einer Badtemperatur von 35 bis 500C konzentriert, so
daß ein viskoses Konzentrat erhalten wurde, das durch eine Spinndüse mit 6 Löchern mit einem Durchmesser
von 0,01 mm mit einem Druck von 13,8 bar stranggepreßt wurde. Die erhaltenen Fäden wurden mit einer
Geschwindigkeit von 30 m/Minute gezogen und auf einer Drehtrommel mit einem Durchmesser von 15 cm,
die 0,45 m unter der Spinndüse angeordnet war, gesammelt. Die erhaltenen grünen Fäden waren endlos,
rund, glänzend, klar und transparent. Ein Teil dieser Fäden wurde in einem Ofen von Raumtemperatur auf
1000°C in 2 Stunden erhitzt und 20 Minuten bei 10000C gehalten. Die gebrannten Fäden waren endlos, klar,
transparent, glänzend, rund und hatten die berechnete
Zusammensetzung von
3 Al2O3 :1,5 B2O3 :12,7 SiO2.
Sie hatten eine Brechungszahl von 1,500, einen mittleren
Durchmesser von 153 μπι und eine Zugfestigkeit von
1302 N/mm2. Die Röntgenbeugungsanalyse der Fäden zeigte, daß sie zu einem großen Teil aus amorphem
Material bestanden und Kristallite mit einem unscharfen
Beugungsbild (was eine schwache Kristallinität anzeigt) für Mullit enthielten, und zwar mit relativen Intensitäten
für die 5,4- und 3,4-Beugungslinien von 40 bis 50 und 100.
Bei einem anderen Versuch wurden 328 g wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion C, die mit 2 g konzentrierter
Salzsäure angesäuert worden war, um den pH-Wert unter 2 zu senken, langsam unter Rühren einer
Lösung aus 44,4 g Aluminiumformiatacetat und 84,3 g basischem Aluminiumacetat in 200 ml Wasser zugegeben.
Ein Teil (151 g) des erhaltenen Gemischs wurde in einem Kolben bei einer Badtemperatur von 46 bis 340C
konzentriert Das erhaltene viskose klare Konzentrat (70 g) wurde durch eine Spinndüse mit 6 Löchern mit
einem Durchmesser von 0,07 mm mit einem Druck von 10,3 bis 13,8 bar versponnen und mit einer Geschwindigkeit
von 30 m/Minute auf die gleiche Weise wie bei dem obigen Versuch gezogen. Die erhaltenen grünen Fäden
waren rund, klar, transparent und farblos. Sie wurden durch Erhitzen von Raumtemperatur auf 10000C
innerhalb von 2 Stunden gebrannt und dann bei 10000C noch 20 Minuten gehalten. Die gebrannten Fäden hatten
einen mittleren Durchmesser von etwa 20,5 μπι, eine Zugfestigkeit von etwa 931 N/mm2, eine Brechungszahl
von 1,508 und eine berechnete Zusammensetzung von
9 Al2O3 : 2 B2O3 :32,7 SiO2.
Die Röntgenanalyse dieser Fäden stimmte mit der oben für den ersten Versuch beschriebenen überein.
Beispiel 19
40 Wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion H wurde in eine Lösung von basischem Aluminiumacetat (316 g in
300 g Wasser) gegossen. Das Gemisch wurde filtriert und innerhalb von 20 Minuten gleichmäßig in ein
379-Liter-Gefäß, das 303 Liter 2-Äthylhexanol enthielt,
eingetragen und mit einem Hochleistungsschermischer gerührt. Nachdem das gesamte Gemisch eingetragen
worden war, wurden die Lösung und die gebildeten festen Kugeln etwa 15 Minuten mit dem Mischer
gerührt. Die Kugeln wurden von dem Lösungsmittel durch Dekantieren und Zentrifugieren des Gemischs
getrennt.
Die abgetrennten Kugeln wurden bei 9O0C im Ofen
getrocknet, um Lösungsmittelspuren von der Oberfläehe
zu entfernen. Die trocknen Kugeln hatten einen Durchmesser von 1 bis 10 μηι. Die Kugeln wurden
innerhalb von 3 Stunden von Raumtemperatur auf 3000C erhitzt, 2 Stunden bei 3000C gehalten, um ein
Entweichen von flüchtigen Stoffen zu ermöglichen,
μ dann innerhalb von 3 Stunden auf 10000C erhitzt und V2
Stunde bei 1000° C gehalten. Die gebrannten Kugeln hatten die berechnete Zusammensetzung
3 AI2O3: 1 B2O3 :4 SiO2.
Die bei 10000C gebrannten Kugeln waren farblos, im
Durchmesser kleiner als ΙΟμηι, transparent, klar und
hatten eine Brechungszahl von 1,552 bis 1,562. Die nachfolgenden relativen Intensitäten für die betreffen-
den Teile der Röntgenbeugungsbilder von diesen gebrannten Kugeln wurden ermittelt:
Brenntemperatur,
C
C
Relative Intensitäten von
Beugungslinien
Beugungslinien
5,4 3,4
100
100
100
90
100
100
Weder freies Aluminiumoxid noch andere kristalline Arten wurden festgestellt.
Diese Kugeln können als Füllstoffe in ein Harz, wie z. B. ein Methylacrylatharz, eingearbeitet werden, und
die zusammengesetzte Masse kann als Zahnfüilmateriai,
wie es z. B. in der US-Patentschrift 30 06 112 beschrieben ist, verwendet werden.
Aluminiumformiatacetat (8,9 g), gelöst in 20 ml warmem Wasser, wurde in 16,9 g basisches Aluminiumacetat,
gelöst in 30 ml Wasser, eingetragen. Das Gemisch wurde schwach konzentriert, und Äthanol
(10 ml) wurde zugegeben, um die Benetzung zu verstärken, und die erhaltene Lösung wurde mit einer
Rakel mit einer Naßdicke von etwa 0,13 mm auf einen Polyesterfilm aufgetragen. Der dünne Film wurde bei
Raumtemperatur getrocknet, und die erhaltenen grünen Flocken wurden durch Erhitzen von Raumtemperatur
auf 1000° C gebrannt Klare, transparente Aluminiumboratflocken
mit der berechneten Zusammensetzung von
9 Al2O3:2 B2O3
wurden erhalten.
Basisches Aluminiumacetat (8,44 g) wurde einer Lösung von Borsäure (0,62 g) in 20 ml Wasser
zugegeben. Wäßrige kolloidale Kieselsäure K (6,03 g) und ein Tropfen Benetzungsmittel wurden der Lösung
zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde mit einer Rakel auf einem Polyesterfilm mit einer Naßdicke von
etwa 0,2 mm aufgetragen und bei Raumtemperatur getrocknet Die erhaltenen grünen Flocken wurden in
einen Porzellantiegel gebracht und durch Erhitzen von Raumtemperatur auf 830° C gebrannt, und einige der bei
830cC gebrannten Flocken wurden bei 1000° C gebrannt
Die erhaltenen gebrannten Flocken mit einer berechneten Zusammensetzung von
3 Al2O3: U B2O3 :33 SiO2
waren transparent, und die bei 1000° C gebrannten
Flocken hatten eine Brechungszahl von 1,540 bis 1,544.
Wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion K (1033 g) wurde einer Lösung von 8,44 g basischem Aluminiumacetat
in 15 ml H2O zugegeben. Ein Tropfen Netzmittel wurde dem entstandenen Gemisch zugesetzt Das
Gemisch wurde mit einer Rakel mit einer Naßdicke von etwa 0,2 mm auf einen Polyesterfilm aufgetragen unc
bei Raumtemperatur in Luft mehrere Minuten lang getrocknet. Die erhaltenen grünen Flocken wurden 1
Stunde bei 800° C gebrannt Die erhaltenen feuerfester Aluminiumborsilikatflocken mit einer berechneten Zusammensetzung
von
3 Al2O3 :1 B2O3 :6 SiO2,
waren klar, transparent und farblos und hatten eine ίο Brechungszahl von 1,528 bis 1,532.
Wäßrige kolloidale Kieselsäure H (5 g), die mil Eisessig zur Einstellung eines pH-Werts von 4,C
angesäuert worden war, wurde 24,5 g einer 28,6°/oigen wäßrigen Lösung von basischem Aiuminiumacetai
zugegeben. Eine wäßrige Fe(NO3)3-Lösung (enthaltend
das Äquivalent von 0,231 g Fe2O3) wurde dem Gemisch
zugesetzt, um ihm eine gelbe Farbe zu verleihen.
Etwa die Hälfte dieses Gemischs wurde mit einei Rakel auf ein Polyesterband mit einer Naßdicke von
0,076 mm aufgetragen. Die aufgetragene Schicht wurde bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet Nach dem
Trocknen wurde die Schicht zu Teilen zerbrochen, die eine Größe von etwa 33 cm2 bis zu relativ kleiner
Abmessungen hatten. Die Flocken wurden von dem Band leicht entfernt und in einen Porzellantiege]
gebracht und durch Erhitzen von Raumtemperatur aui 700° C gebrannt und dann noch etwa 20 Minuten bei
700° C gehalten. Die berechnete Zusammensetzung dei Aluminiumborsilikatflocken entsprach
95,3 Gew.-% 3 Al2O3 :1 B2O3 :3 SiO2 und
4,7Gew.-% Fe2O3-
4,7Gew.-% Fe2O3-
Die gebrannten Flocken waren goldfarben, transparent klar, glänzend und glatt
Die andere Hälfte des obigen Gemischs wurde benutzt, um Kugeln durch Einspritzen des Gemischs
(mit einer Injektionskanüle mit einer Nadel mit dei
Stärke 18) in 600 ml 2-Äthylhexanol, das schnell gerührt
wurde, herzustellen. Das Rühren wurde 20 Minuten lang fortgeführt, und das Gemisch wurde filtriert, um die
entstandenen festen ungebrannten Kugeln abzutrennen Die Kugeln, die eine hellgoldene Farbe hatten, wurden
in einem Ofen angeordnet und '/2 Stunde lang zur
Entfernung des restlichen 2-Äthylhexanols gebrannt Die Kugeln wurden dann in einen Porzellantiege!
gebracht und durch Erhitzen von Raumtemperatur auf 700° C gebrannt und dann noch 20 Minuten bei 700° C
gehalten. Die erhaltenen gebrannten Kugeln warer transparent klar, hellgoldfarben, glatt, glänzend und
hatten Durchmesser, die zwischen 15 und 200 μπι lagen.
Bei einem anderen Versuch wurde die gleiche Menge
der Ausgangsstoffe bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren benutzt mit der Ausnahme jedoch, daß
anstelle der Eisen-III-nitratlösung 0,898 g
Ni(NO3J2 ■ 6 H2O zugegeben wurde. Die Flocken und
Kugeln wurden, wie vorstehend beschrieben worden ist hergestellt Die gebrannten Flocken- und Kugelprodukte
waren hellgoldfarben, klar, transparent, glatt und glänzend.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Geformter und gebrannter, fester hitzebeständiger
nichtglasiger Gegenstand, enthaltend Aluminiumborat oder Aluminiumborsilikat, dadurch
gekennzeichnet, daß er transparent ist und ein Molverhältnis von Aluminiumoxid zu Boroxid
zwischen 9 :2 und 3 :1,5 aufweist und gegebenenfalls
bis zu 65 Gew.-% Siliziumdioxid, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oxide, enthält v
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen frei von kristallinem
Aluminiumoxid ist
3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Aluminiumoxid
zu Boroxid zwischen 9:2 und 3:1 1/3 beträgt und der Werkstoff gegebenenfalls 20 bis 50
Gew.-% Siliziumdioxid enthälu
4. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß er kristallines 9 Al2O3 · 2 B2O3
enthält
5. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß er kristallines Aluminiumborsilikat
enthält.
6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß er Kristalle mit
Röntgenbeugungslinien bei 5,4; 4,35 und 3,4 mit entsprechenden relativen Intensitäten von 60 bis
100; 0 bis 50 und 40 bis 80 enthält.
7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß er in Form kontinuierlicher
Fasern vorliegt.
8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß er in Form von
Miki'okugeln vorliegt.
9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er in amorpher Form
vorliegt
10. Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 unter Formen und
Gelieren durch Verdampfen einer viskosen wäßrigen Lösung oder Dispersion von Metallverbindungen
und Brennen des erhaltenen grünen Gegenstandes unter Beibehaltung seiner Form, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Lösung oder Dispersion organischer Aluminiumverbindungen und Borverbindungen
eingesetzt werden, worin die relativen Molverhältnisse von Aluminiumoxid zu Boroxid 9 :2
bis 3 :1,5 betragen und das Brennen bei Temperaturen
bis zu etwa 10000C bis 12000C durchgeführt.
11. Verfahren nach Anspruch i0, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Dispersion eingesetzt wird, die kolloidale Kieselsäure in einer Menge
enthält, welche den Siliziumdioxid-Anteil des Werkstoffes auf bis zu 65 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Oxide, einstellt.
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