DE1282539B - Verfahren zum Herstellen eines temperaturwechselbestaendigen, saeurefesten, keramischen Materials - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche KI.: 80 b -12/10

Nummer: 1282 539

Aktenzeichen: P 12 82 539.7-45 (T 23151)

Anmeldetag: 7. Dezember 1962

Auslegetag: 7. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines temperaturwechselbeständigen, säurefesten keramischen Materials mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, dichtem Scherben und hoher mechanischer Festigkeit auf der Basis von Berylliumverbindungen.

Die Erfindung knüpft an folgenden Stand der Technik an: Die hohe Säurebeständigkeit der Minerals Beryll 3 BeO · AL₂O₃ · 6 SiO₂ ist allgemein bekannt. Es ist ferner bekannt, daß Beryll eine sehr niedrige Wärmeausdehnung (20 bis 20O⁰C) von etwa 1,5 bis 2,0 · 10~⁶ aufweist.

Es sind weiterhin Sinterprodukte auf der Basis MgO-BeO—AI₂O₃ mit sehr geringem Glasgehalt bekannt, die gelegentlich als »temperaturbeständiges Porzellan« Verwendung finden. Diese Sinterprodukte enthalten aber kein Beryll, da die Kieselsäure fehlt. Außerdem ist noch eine hohe Wärmeausdehnung vorhanden.

Ebenso ist es bekannt, Porzellan mit hoher Wärmeausdehnung vorzugsweise für Zündkerzen mit einem als vorteilhaft empfohlenen BeO-Bestandteil von 30 bis 40% herzustellen. Dieser hohe BeO-Gehalt ist aber nachteilig. Die bekannte Masse kann auch beim Brand keinen Beryll entwickeln.

Ferner ist es bekanntgeworden, Beryll in Mengen bis zu 16°/₀ als Flußmittel in Massen zu verwenden, die in überwiegendem Maße Talk enthalten. Die zu dichten Cordieritkörpern gebrannten Massen dieser Art werden in der Hochfrequenztechnik eingesetzt. Beryll wird bei diesen Massen ausschließlich als Flußmittel verwendet, so daß in dem gebrannten Scherben Beryll als solcher nicht mehr enthalten ist.

Es ist auch bereits versucht worden, in keramischen Massen auf MgO—AI₂O₃—SiO_?-Basis, die noch Alkalimineralien, z. B. Feldspat, als Flußmittel enthalten, das Magnesiumoxyd durch Berylliumoxyd zu ersetzen. Die dabei angegebenen MgO-Gehalte liegen jedoch so hoch (bis 30 %X daß infolge von Enstatitbildung keine niedrige Wärmeausdehnung zu erzielen ist. Dasselbe gilt für den Fall, daß das Magnesiumoxyd durch Berylliumoxyd ersetzt wird.

Ein anderes bekanntes Verfahren beschäftigt sich mit der Herstellung von keramischen Gegenständen durch Formen und Brennen von Gemischen aus tonigen Stoffen und Berylliumverbindungen. Als Formmasse sollen quarz- und feldspatfreie Gemenge aus Ton, Kaolin od. dgl. und Berylliumsilikaten verwendet werden. Hier erfordert die Abwesenheit von Alkalien den Zusatz eines Flußmittels. Als solche werden Erdalkaliverbindungen sowie Schwermetalloxyde vorgeschlagen.

Verfahren zum Herstellen eines
temperaturwechselbeständigen, säurefesten,
keramischen Materials

Anmelder:

Dipl.-Ing. Enno Tergau,
8500 Nürnberg, Schmausenbuckstr. 51

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Dr. Ernst Gugel, 8633 Oeslau;
*5 Hansheinz Vogel, 6800 Mannheim-Friedrichsfeld

ao Schließlich ist noch ein elektrischer Isolierkörper bekanntgeworden, der in der Hauptsache aus den Silikaten des Berylliums besteht. Dieser Isolierkörper soll gegebenenfalls neben Berylliumsilikat noch freies Berylliumoxyd enthalten. Alle diese Bestandteile haben eine sehr hohe Wärmeausdehnung. Im übrigen soll auf diese Weise in erster Linie eine gute elektrische Isolation und geringe dielektrische Verluste angestrebt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, keramisches Material mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit, guter Säurebeständigkeit und dichtem Scherben hoher Festigkeit herzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das keramische Material aus einer Masse hergestellt wird, die aus bis zu 90 Gewichtsprozent Beryll, mindestens 8 Gewichtsprozent frühsinterndem Ton und bis zu 2 Gewichtsprozent MgO oder entsprechenden Mengen Magnesiumverbindungen besteht, unter Zusatz von Wasser zu Körpern geformt, dann getrocknet und bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1350⁰C gebrannt wird.

Im Sinne der Erfindung liegt es, den Beryll ganz oder teilweise durch synthetischen Beryll zu ersetzen, der beim Brennen einer Mischung von BeO, Quarz und Ton in einem dem Beryll entsprechenden Verhältnis unter Zusatz von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent MgO gebildet wird. Hierbei soll der Gehalt an BeO und MgO nicht höher als 14 Gewichtsprozent sein.
Ferner ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dem Rohversatz zusätzlich ein lithiumhaltiges Material in einer weniger als 1% Lithiumoxyd entsprechenden Menge zuzusetzen.

809 630/1004

Claims (1)

1. 3 4

   Der Beryll wird erfindungsgemäß zweckmäßig in Aluminium-Silikate auskristallisiert bzw. in den Beryll

   einer Körnung von weniger als 2 mm der Versatzmasse eingebaut werden,

   zugegeben. Es ist selbstverständlich auch möglich, statt nur

   Die gemäß der Erfindung hergestellte Masse ent- Beryll oder nur Berylliumoxyd und/oder berylliumhält als neue kristalline Komponente Beryll. Das 5 salzhaltige Stoffe auch Beryll und Berylliumoxyd

   Material selbst hat steinzeug- oder porzellanähnlichen und/oder berylliumsalzhaltige Stoffe anteilig· gemein-

   Charakter. sam zu verwenden. Die Körnung bei lediglich anteilig

   Wird kein natürlicher Beryll verwendet, so kann zugesetztem Beryll richtet sich nach dem Verformungs-

   erfindungsgemäß dieser aus einem berylliumoxyd- verfahren für die Masse und ihrer erforderlichen haltigen Versatz im keramischen Brand' synthetisiert io Standfestigkeit im Brand. Ein Teil des Berylls kann

   werden. Dies wird durch einen Zusatz von 0,5 bis auch bei einer anteiligen Verwendung als »Schamotte«

   3 % Magnesiumoxyd oder einer entsprechenden Menge zugegeben werden.

   eines Magnesiumoxyd enthaltenden Materials, wie Eine weitere Verringerung der Wärmeausdehnung

   z. B. Talkum, als Mineralisator zu der Berylliumoxyd der erfindungsgemäßen Masse, wenn sie einen höheren enthaltenden Masse erreicht. 15 Tonanteil am Versatz enthält, ist zu erreichen, wenn

   Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist der dem Rohversatz eine 0 bis 1 % Lithiumoxyd entVersatz aus tonigen Rohstoffen, die zur Formgebung sprechende Menge eines Lithiumsalzes oder -minerals, der Masse notwendig sind, sowie aus Beryll aufgebaut. z. B. Spodumen, Petalit, usw. zugesetzt wird. Statt des Berylls können gemäß der Erfindung jedoch Die keramischen Massen gemäß der Erfindung sind auch Berylliumoxyd und/oder Berylliumsalze verwen- ao noch säurebeständiger als mullitisches Steinzeug und det werden, wobei der Bestandteil an Ton im Versatz .. Porzellan, und ihre Wärmeausdehnung (20 bis 200⁰C) jedoch gegenüber der mit Beryll aufgebauten Masse liegt bei einem Beryllgehalt von 80 % bei 1,5 · 10~⁶ und höher ist. Einem solchen Versatz wird dann, wie bei 50 % Beryll immer noch bei 2,5 · 10~^e. Die Tempevorerwähnt, der Mineralisator zugegeben. Je nach raturwechselbeständigkeit dieser Massen ist über-Art und Zusammenstellung des Versatzes erfolgt der as raschend gut. Die Herstellung und Formung von anschließende keramische Brand zwischen 1200 und Gegenständen aus der Masse gemäß der Erfindung 1350⁰C. kann nach jeder beliebigen, in der Keramik gebräuch-

   Der Beryllanteil am Versatz kann bis zu 90 Ge- liehen Methode, z. B. Strangpressen, plastisches Einwichtsprozent betragen. Von der Höhe des Anteils formen, Gießen usw., erfolgen, hängen aber die Höhe der Wärmeausdehnung des ge- 30 Im folgenden werden Beispiele für das gemäß der brannten Erzeugnisses sowie die Art des Verformungs- Erfindung hergestellte temperaturwechselbeständige Verfahrens ab. Die Körnung richtet sich ebenfalls keramische Material angegeben. . nach dem Verformungsverfahren und der erforderlichen Standfestigkeit im Brand. Ein Teil des Berylls B e i s ρ i e 1 1 kann auch als »Schamotte« zugegeben werden. 35

   Die Verwendung von Berylliumoxyd oder Beryllium- . 50 bis 60% Beryll mit Körnung 0 bis 0,5 mm, 0 bis

   salzen statt Beryll hat den Vorteil, daß trotz der not- 3% Talkum und 37 bis 50% Ton werden gemischt,

   wendigen Erhöhung des Bestandteils an Tonversatz mit entsprechender Wassermenge versetzt und plastisch

   in der Masse das Endprodukt einen extrem hohen oder durch Pressen in Formen verarbeitet, getrocknet

   Beryllgehalt aufweist. Bei Beryll beträgt der theore- 40 und bei Temperaturen zwischen 1250 und 1400⁰C, je

   tische Berylliumoxydgehalt etwa 14%· Massen mit nach Art des verwendeten Tones, z. B. 5 Stunden

   höchstem Beryllgehalt, die entsprechend optimale gebrannt.
   Eigenschaften besitzen, werden demnach gemäß der

   Erfindung mit einem Versatz hergestellt, der Stoffe Beispiel 2 entsprechend einem Gesamtgehalt von 12 bis 14% 45

   Berylliumoxyd enthält. Ein geringer Teil davon kann 7 bis 10% Berylliumoxyd oder ein dieser Menge durch die Mineralisatormenge (MgO) ersetzt werden. entsprechender Prozentsatz eines oder mehrerer beMehr als 14% Berylliumoxyd darf die Masse jeden- rylliumoxydhaltiger Stoffe, Beryll jedoch nur in einer falls nicht enthalten, da das überschüssige Beryllium- Menge von nicht mehr als 20 bis 40%, und 5 bis 10% oxyd sich zu anderen Berylliumverbindungen umsetzt, 50 Talkum werden mit der Restmenge auf 100% an gut die wegen ihrer hohen Wärmeausdehnung uner- . sinternden Ton entweder trocken vermählen und nach wünscht sind. entsprechender Wasserzugabe plastisch verformt oder

   Es hat sich gezeigt, daß bei der Zugabe von geringen naß vermählen, zu einem Schlicker verarbeitet und in

   Mengen eines magnesiumoxydhaltigen Rohstoffes bis Formen gegossen. Die getrockneten Gegenstände

   zu 2 % Magnesiumoxyd als Mineralisator zu den 55 werden bei Temperaturen zwischen 1250 und 1400° C

   Massen deren Säurelöslichkeit nicht ansteigt, wie es gebrannt,
   durch die Cordieritbildung zu erwarten wäre. Beryll

   ist offensichtlich unter guten Brennbedingungen in der Patentansprüche: Lage, das MgO der Zusammensetzung des Cordierits

   entsprechend bis zu einem gewissen Grade in fester 60 1. Verfahren zur Herstellung eines temperatur-

   Lösung in sein Gitter aufzunehmen. Dadurch wird wechselbeständigen, säurefesten keramischen Ma-

   sogar noch eine festere Bindung zwischen Matrix terials mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten,

   und Beryllkorn erreicht. dichtem Scherben und hoher mechanischer Festig-

   Die Zugabe eines magnesiumoxydhaltigen Minerals keit auf der Basis von Berylliumverbindungen,

   in so geringer Menge wirkt zudem zunächst als Fluß- 65 dadurch gekennzeichnet, daß eine

   mittel, was für die Verdichtung förderlich ist, ohne Masse, bestehend aus bis zu 90 Gewichtsprozent

   deshalb den Gehalt an Glasphase des fertig gebrannten Beryll, mindestens 8 Gewichtsprozent frühsintern-

   Materials wesentlich zu erhöhen, da Magnesium- dem Ton und bis zu 2 Gewichtsprozent MgO oder

   entsprechenden Mengen Magnesiumverbindungen, unter Zusatz von Wasser hergestellt und zu Körpern geformt wird, diese getrocknet und bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1350⁰C gebrannt werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beryll ganz oder teilweise durch synthetischen Beryll ersetzt wird, der beim Brennen einer Mischung von BeO, Quarz und Ton in einem dem Beryll entsprechenden Verhältnis unter Zusatz von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent MgO gebildet wird, wobei der Gehalt an BeO und MgO nicht höher als 14 Gewichtsprozent ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohversatz zusätzlich ein lithiumhaltiges Material in einer weniger als 1% Lithiumoxyd entsprechenden Menge zugesetzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beryll in einer Körnung von weniger als 2 mm der Versatzmasse zugegeben wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 653 581, 646 923,
   ίο 739 420,608 949;

   Niederleuthner, »Unbildsame Rohstoffe keramischer Massen«, 1928, S. 524;

   »Glas-Email-Keramo-Technik«, 1959, S. 337 bis 340;

   »Sprechsaal für Keramik«, 1957, S. 90/91 und 111 bis 115.

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