DE1471032A1

DE1471032A1 - Keramische Fasererzeugnisse und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1471032A1
Application number: DE19591471032
Authority: DE
Inventors: Walworth Claire B; Price Clair Edwin
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax I LLC
Priority date: 1958-02-03
Filing date: 1959-01-30
Publication date: 1969-02-27
Also published as: DE1471032B2; BE575312A; DE1471032C3; GB894056A

Description

Keramische Fasererzeugnisse und Verfahren zu ihrer Herstellung·

asssssssssssasnasnssassssssssssssssssssssa

Die Erfindung bezieht sich auf eine zu Formkörpern gießbare anorganische Stoffzusammensetzung zur Verwendung als Belag, als Zement oder als Bindemittel zum Binden anderer Materialien, beispielsweise von lamellenförmig zusammengesetzten Körpern·

Keramische Materialien mit hoher Feuerfestigkeit sind bekannt in Form von Fasern, Papier, Isolationsteilen, Platten und Geweben. Eine Verwendung bei hohen Temperaturen war dabei in vielen Fällen begrenzt, weil ein zufriedenstellendes Bindemittel fehlte, was die keramischen Materialien in ihrer Form hält. Organische Bindemittel sind ungeeignet für hohe Temperaturen, weil sie leicht karbonisieren, sich verflüchtigen oder verbrennen. Zufriedenstellende anorganische Bindemittel standen bisher nicht zur Verfügung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein billiges hochfestes anorganisches Bindemittel für keramische Fasern und auf eine anorganische keramische Zusammensetzung, die beispielsweise gegossen, aufgespritzt, aufgepinselt oder aufgespachtelt werden kann und leicht zu hochfesten Körpern beliebiger Formgröße erhärtet.

Die Erfindung verfolgt weiterhin den Zweck, einen anorganischen Zement zu schaffen, der auf Oberflächen aller Art, auch bei hohen Temperaturen, sehr gut haftet.

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— ρ —

Die Erfindung ermöglicht es auoh, einen gemäß ihren Merkmalen hergestellten anorganischen feuerfesten Körper in Verbindung mit geschmolzenem Aluminium zu verwenden, wobei dieser Körper leichter als Aluminium ist, ohne von dem Aluminium benetzt zu sein·

Ebenfalls kann ein nach der Erfindung hergestellter anorganischer Zement einen wesentlichen Anteil keramisoher Fasern haben und zur Verbindung aus dem gleiohen keramischen Material hergestellter Teile benutzt werden ^ derart, daß alle Teile des verbundenen Materials im ^ wesentlichen die gleiche Wärmeausdehnung haben.

Eine gemäß der Erfindung hergestellte formbare anorganische Zusammensetzung hat auoh sehr gute Isoliereigensohaften und widersteht starken Temperaturänderungen. Die Zusammensetzung kann zu Formkörpern mit hoher Bruohfestigkeit gegossen werden. Die Zusammensetzung kann auch pulverisierte und faserige Metallteilohen enthalten.

Gemäss der Erfindung enthält die zementartige Zusammensetzung eine Mischung keramischer Fasern, deren Faserlänge etwa das Zehn- bis Fünfzigfache ihres Durchmessers beträgt, und soviel wässriges kolloidales Siliziumdioxyd,daß ψ alle Fasern angefeuchtet sind. Unter kerandsohem Matemal wird dabei verstanden ein anorganisches Material, beispielsweise Siliziumdioxyd, Glas, Mineralwolle, Asbest, Quarz sowie Silikate,beispielsweise Aluminiumsilikat und dergl. Eine dieser zementartigen Zusammensetzungen hat ganz besondere physikalische Eigenschaften, sie kann beispielsweise zu Kugeln gewalzt werden,die sehr elastisoh sind· Belässt man die Zusammensetzung in einem Behälter, so steigt das wässerige kolloidale Siliziumdioxyd an die Oberfläche, so daß der Zement ein glänzendes Aussehen bekommt. Die Zusammensetzung bricht unter geringem Soherdruok, der Bruch ist unregelmässig, sieht aus wie Ton und ist anscheinend trocken. Der Zement haftet gut auf

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_ 3 —

praktisch allen bekannten Stoffen, er kann langsam bei Zimmertemperatur, und auch bei geringen Temperaturen in einem Ofen getrocknet werden, um das Wasser zu entfernen und den Zement in Form von Körpern, Schichten, Belägen oder auoh komplizierteren Formen auszuhärten.

Zur Herstellung der Zusammensetzung wird das keramische Fasermaterial so lange gemahlen, bis die Faserläiigen stark vermindert sind, vorwiegend auf etwa das Zehn- bia Fünfzigfache ihres Durchmessers- Nachdem werden die Fasern mit einer konzentrierten wässerigen Dispersion amorpher Siliziumdioxydteile vermisoht. Die Misohung kann dann als Oberfläohenbelag oder als ein gießbares Haftmittel verwendet werden, oder es kann auch zwecks Verwendung als Bindemittel mit anderen Materialien gemischt werden. Nach Trocknung ist die Zusammensetzung hart und sehr fest.

Die getrockneten und ausgehärteten Zusammensetzungen bilden homogene monolithe Körper oder Beläge, die sich deutlich vin gebundenen Massen langer Fasern, von verstärkten Kunststoffen und dergl. unterscheiden, da ihre physikalischen Eigenschaften , ihre Feuerfestigkeit und ihr Aussehen anders sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, der naedifolgenden Beispiele und der Erläuterung ihrer Verwendungsmöglichkeiten beschrieben.

In der Zeichnung ist schematisoh das Verfahren der Erfindung dargestellt, das darin besteht,daß anorganische, Siliziumdioxyd enthaltende Fasern auf die gewünschte Länge zermahlea, und daß die zermahlenen Fasern mit kolloidalem Siliziumdioxyd gemisoht und dann in Form gebracht und ausgehärtet werden.

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Beispiel 1 t

Gießbare Zusammensetzungen aus faserigem Aluminiumsilikat und kolloidalem Siliziumdioxyd.

Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt mit folgenden zwei Bestandteilen! gemahlene Aluminiumsilikat fasern und eine konzentrierte wässerige Dispersion eines amorphen Siliziumdioxyde. Das Fasermaterial wurde in einer Kugelmühle zu kurzen Stapelfasern zerkleinert. Das keramische Fasermaterial war weiß und ähnelte in seinem Aussehen gesponnenem Glas. Chemisch bestand das Material aus ungefähr gleichen Teilen Aluminiumdioxyd und Siliziumdioxyd mit kleinen Prozentsätzen Boroxyd, Zirkoniumoxyd oder anderen Flußmitteln. Das Material wird durch Verfahren hergestellt, wie sie ähnlich bei der Herstellung von Mineralwolle oder Stapelglasfasern benutzt werden mit der Ausnahme, das« die Schmelztemperatur mit 175O⁰C so hoch ist, dass ein elektrischer Lichtbogenofen benutzt werden muse. Die geschmolzene Mischung wird durch Blasen mit Dampf oder Luft oder durch Spinnen zu Fasern verwandelt.

Die Faserlänge beträgt ungefähr 25-4-0 mm und die Faserdurchmesser liegen zwischen Untermikrongröße bis etwa 10 Mikron. Der durchschnittliche Durchmesser betrog etwa 2 1/2 uiiikron. Das spezifische Gewicht der Fasern war etwa 2,73. Gewöhnlich sind maximal etwa 35-42 Gewicht s-j6 der kurzen Stapelfaser, «abgeblasen oder gesponnen, in faseriger Form. Der Eest sind nichtverfaserte Teilchen, die eng mit den Fasern vermischt sind und wie kleine Sandkörnohen aussehen, aber die gleiche Zusammensetzung wie die Fasern haben. Diese Teilchen haften oft an den einzelnen Fasern an. Etwa 45 kg solcher kurzen keramischen Stapelfasern wurden zusammen mit Porzellankügelchen in eine Kugelmühle getan, und diese Kugelmühle wurde etwa für 10 Minuten in Betrieb gesetzt, um das Fasermaterial in der Mühle zu ver-

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verteilen. Dann wurde die Mühle weitere 10 Minuten in Betrieb gesetzt und die gemahlenen Fasern wurden entfernt· Eine Siebanalyse dieses aus der Kugelmühle entfernten Faeermateriale war wie folgts

Art des auf dem Sieb ver ble ib enden

Materials

reine Paser

Siebgröße	Gewichteanteile auf dem Sieb angesammelten Materials
2 mm Masohen- weite 1 mm ⁿ	0,1 Teile 4,2 ·
0,3 mm ^M	21,4 «
0,15mm ^H	19,3 "

größtenteils nichtverfasertes Material

Gesammelt in einem Behälter unter dem

Sieb der Masohengröße 0,15mm 55,2 Teile Kugelchen (nicht-

verfasert)

Aus der Siebanalyse geht hervor, daß durch Sieben des aus der Kugelmühle entfernten Materials in einem Sieb mit der Haschengrößw 0,3 mm das ganze nichtverfaserte Material von den Pasern getrennt werden kann, so daß man ein im wesentlichen reines Fasermaterial erhält» Die Analyse zeigt, daß bei diesem apeziellen Muster 26# reine Fasern waren, der Rest nicht verfasert· Der Best des zermahlenen Fasermaterials aus der Kugelmühle wurde dann mit einem Stahldrahtsieb mit einer Maschenweite von O₉15 mm gesiebt, wobei die Sieböffnungen zwischen * 0,254 mm und 0,305 mm betrugen. Die auf dem Sieb verbleibenden Fasern wurden abgenommen und das nichtverfaserte Material fiel durch das Sieb durch·

Die auf dem Sieb verbleibenden kurzen Fasern wurden abgenommen und mit einer wässrigen Dispersion von amorphen Siliziumdioxydpartikeln gemischt, so daß eine Zusammensetzung sich ergab, die, auf Trockengewichtbasis, etwa 10 Gewiohts-jt Siliziumdioxyd enthielt, welches aus der wässrigen Dispersion herrührte. Das benutzte kolloidale Siliziumdioxyd enthielt etwa 30 Gewichts-% der Dispersion von kolloidalem Siliziumdioxyd, und der ungefähre Partikeldurchmesser der kolloidalen Siliziumdioxydpartikel war etwa 15 Millimikron. Die Dispersion hatte bei 25°q _eine viskosität von 909809/0398 _₆_

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3,6 ops und einen pH-Wert, bei 25° C_t von 9,8· Weitere Eigenschaften des kolloidalen Siliziumdioxyde sind behandelt in Veröffentlichungen des Grasselli Chemioal Dpt. der Firma E.I.duPont de Nemoure & Co·, und in einer Anzahl von US-Patenten, beispielsweise 2 527 und 2 597 871.

Im allgemeinen werden die wässerigen kolloidalen Siliziumdioxyd-Dispersionen gemäß dem US - Patent 2 244 325 hergestellt, d.h. eine Natriumsilikatlösung wird durch ein säureregeneriertes Ionenharz geleitet, um die Natrium-Ionen von dem Silikat zu entfernen und sie durch Wasserstoff-Ionen zu ersetzen. Der Abfluß aus dem Ionen-Austauscher kann verdampft werden, um den gewünschten Anteil an Siliziumdioxyd zu erhalten. Die Eigenschaften mehrerer stabiler wässriger Dispersionen kolloidalen Siliziumdioxyds sind beschrieben in

"The Colloidal Chemistry of Silica and Silioates¹¹ von Ralph K.Her, Cornell University Press, Ithaoa, New York» 1955

Ein Teil der nassen Mischung kolloidalen Siliziumdioxyds mit in einer Kugelmühle zermahlenen und gesiebten Aluminiumsilikatfasern wurde zu einer großen im wesentlichen zylindrischen Walze gegossen. Das Gußstück wurde bei etwa 93° ® in einem Ofen getrocknet.Diesβ Walze war bestimmt zum Absohluß von zwei Glasscheiben eines doppelscheibigen Fensters, in dem ihre duroh Wärme

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erweichten Kanten aneinandergepresst werden. Mr diesen Zweck ist diese Walze besonders geeignet, weil sie feuerfest ist. Sa die Walze aus Aluminiumsilikat und Siliziumdioxyd besteht, widersteht sie für kurze Zeit einer Temperatur Ton 1260° C und für längere Zeit einer Temperatur von 1100° 0. Bei Temperaturen über 1100° 0 geht die amorphe glasartige Struktur des Aluminiumsilikates allmählich über in eine kristalline Struktur, und die Wirkung dieser Kristallisation oder Verglasung ist, daß die Struktur spröder wird. Unter 980° C wird das Material auch über lange Zeitspannen im wesentlichen nicht angegriffen.

Diese Walze sollte u.a. die Aufgabe lösen, das Yerkratzen von Glaswalzen aus anderen Materialien zu verhindern. Sie Walze hat eine glatte regelmäasige Oberfläche und ist wesentlich verbessert gegenüber bisherigen Walzen sowohl hinsichtlich der Oberflächenglattheit als auch Feuerfestigkeit.

Ein anderer Teil der gleichen Zusammensetzung wurde zu vierundzwanzig Spitzen von Raketengeschossen gegossen.

Diese Spitzen hatten sehr gute Eigenschaften mit Ausnahme,

daß ihre Oberflächen etwas rauh waren. Aus diesem Grunde wurden deese Spitzen, wie nachfolgend beschrieben, noch

weiter behandelt. ä

Beispiel 2 ι

Zusammensetzung aus zermahlenen Aluminiumsilikatfasem und nicht fasrigen Partikeln sowie kolloidalem Siliziumdioxyd.

Es wurde eine andere Menge kurzer Aluminiumsilikatfasern in einer Kugelmühle von 1,25 χ 1,25 m zermahlen. Diese Kugelmühle enthielt 270 kg Porzellankugeln mit einem Durchmesser von etwa 75 mm. Die Mühle wurde 10 Minuten lang in Betrieb gesetzt, um die Fasern gleichiuässig zu Verteilen. Danach wurde die Lühle für etwa 25 Minuten in Betrieb gesetzt.

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Die gemahlenen Fasern wurden dann herausgenommen, und «in wesentlicher Teil bestand aus nichjfasrigen Partikeln,die sich währens des Mahlens von den Pasern gelöet hatten« Di· zermahlenen Fasern wurden nicht gesiebt, sondern in einer Mischvorrichtung mit soviel kolloidalem Silieiumdioxyd gemischt, daß die Mischung, auf Trockengewiohtsbaeie, ungefähr 10 Gewichtsprozent von dem kolloidalen Silieiumdioxyd abgetrennten Siliziumdioxyd enthielt.

Aus der Mischung konnten feste Beläge mit sehr glatten Oberflächen hergestellt werden. Ein kleiner Teil der Menge wurde benutzt, um die im Beispiel 1 erwähnten Gesohosespitzen zu belegen. Diese Spitzen wurden dann unter naohgeahmten Flugbedingungen geprüft, und die Prüfung ergab, daß die Spitzen während des Fluges allmähloh und gleiohmässig erodierten. Die Spitzen waren sehr gute Isolatoren und hatten zur Folge, daß das Kühlhalten des ganzen Gesohosses verbessert war.

Beispiel 3 t Belegte feuerfeste Steine.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Platten auskeramischen Fasern, beispielsweise Aluminiumsilikatfasern und kolloidalem Siliziumdioxyd herzustellen und diese Platten in beliebige Längen zu zerschneiden. Die bei dem Zersägen in der Nähe des Sägeblattes sich ansammelnden Sägespäne sind fasxLger Art, und ein größerer Anteil hat Fasern,die 10 bis etwa 50 mal so lang sind wie ihr Durohmesser.

Eine gewisse Menge dieser nassen Späne wurde mit soviel kolloidalem Siliziumdioxyd gemischt, daß die Mischung,auf Trookengewichtsbasis, etwa zehn Gewichtsprozent von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührendea Siliziumdioxyd enthielt. Die Mischung war zementartig und hatte eine hohe Haftfähigkeit an jeder Oberfläche, mit der sie in Berührung

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gebracht wurde. Die Mischung wurde in einen großen Glasbeoher gebraoht, und beim Entfernen aus dem Glaebeoher verblieb ein dünner TiIm der Mischung an der Beoherwand. Vor dem ^Trpoknen konnte der PiIm leicht mit Wasser abgewaschen werden, naoh dem Trooknen nur durch Abkratzen.

Die Mischung wurde auf die Oberfläche eines feuerfesten Steines aufgespaohtelt, und dieser Belag hatte naoh Trocknung eine sehr glatte Oberfläche. Da der trookene Belag hauptsäohlioh aus Aluminiumsilikat mit etwa zehn Gewiohtsprozent Siliziumdioxyd bestand, ist der Belag feuerfest und für den genannten Zweok sehr gut brauchbar. Der Belag " war mit der Steinoberfläche fest gebunden, die Art dieser Bindung sowie die Feuerfestigkeit machen den Belag sehr geeignet als Mörtel zwisohen feuerfesten Steinen sowie als Ofenauskleidungen mit glatten feuerfesten Oberflächen.

Beispiel 4 *

Zusammensetzungen aus kolloidalem Siliziumdioxyd, Aluminiumailikatfasern sowie verschiedenen Anteilen niohtfasrigen Aluminiumsilikats und kurzer Stapelfasern.

Eine andere Menge kurzer keramischer Fasern wurde in einer Kugelmühle mit Porzellankugeln 10 Minuten lan «ξ zermahlen, um die Fasern in der Mühle zu verteilen. Danach wurde die Mühle für weitere 10 Minuten in Betrieb gesetzt, und da- ⁽ naoh wurden die zermahlenen Fasern herausgenommen. Die zermahlnen Fasern wurden auf einem 52XXX-Seidensieb gesiebt. Die Fasern verfilzten sich dabei auf dem Sieb,d.h. es verblieben auf dem Sieb Fasern mit viel kleineren Faserlängen als die Sieböffnungen· Das auf dem Sieb verbleibende Material hatte hauptsächlich Faser-Charakter mit Faserlängen, die etwa zehn bis fünfzig mal so lang waren wie die Faserdurohmesser. Das durch das Sieb hindurohgetretene Material war nichtfasrig. Das auf dem Sieb verbleibende Fasermaterial wurde für spätere Verwendung entfernt. Dieses Material wird in der weiter folgenden

909809/0398 " ¹⁰ "

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Beschreibung dieser Anmeldung mit "SBM" bezeiohnet werden_f und damit soll also ein in einer Kugelmühle zermahlenee und gesiebtes Fasermaterial bezeiohnet werden, welohes infolge der Siebung im wesentlichen aus reinen Pasern besteht.

Dann wurde eine weitere Menge des kurzen Jasermaterials in eine Kugelmühle eingebracht, und die Mühle wurde 10 Minuten lang zwecks Verteilung des Fasermaterials in Betrieb gesetzt. Dann wurde die Mühle weitere 25 Minuten in Betrieb gesetzt, und der Inhalt wurde aus der Mühle herausgenommen. k Dieses Material enthielt fünfzehn bis zwanzig Gewichts- Prozent Fasern, der Best war nichtfasrig, d.h.pulverisiert oder kugelförmig. Dieses Material wird in der nachfolgenden Beschreibung mit"FBM" bezeichnet, womit also ein Material definiert sein soll, das aus feinen in einer Kugelmühle zermahlenen keramischen Fasern besteht und kurze Fasern mit enthält sowie auch einen wesentlichen Anteil in pulverisierter oder kleinkörniger Form· Die kurzen Fasern des FBM-Materials haben vorwiegend eine Länge, die zehn bis fünfzig mal größer ist als der Faserdurchmesser.

Es stellte sich heraus, daü das Zermanlen des FBM-Materials und des SBM-Materials den Durohmesser der Originalfasern nioht verändert, d.h. also, daß nach dem Mahlen das kurze keramische Fasermaterial den gleichen Faserdurohmesser hatte wie das in die Kugelmühle eingebrachte Fasermaterial, d.h. einen mittleren Durohmesser von etwa 2.1/2 Mikron bei einem Durohmesserbereich von Unter-Mikrongröße bis etwa 10 Mikron.

Ss wurden dann mehrere Probekörper aus Mischungen mit verschiedenen Anteilen von FBM- und SBM-Material mit wässrigen Dispersionen von kolloidalem Siliziumdioxyd gegossen. In die Mischungen wurden auch kurze Fasern eingebettet. Einige dieser Probekörper wurden naoh Aushärtung durch Ofentrooknung

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nooh weiter behandelt,indem man die getrockneten Probekörper in kolloidales Siliziumdioxyd tauchte, mit dem Zweck einer noch größeren Aufnahme von kolloidalem Siliziumdioxyd. Das Eintauohen erfolgte duroh Untertauchen des getrookneten ProbekÖrpere in einer wässrigen Dispersion von kolloidalem Siliziumdioxyd. Naoh Aufhören der Blasenbildung wurde dann der Probekörper aus dem kolloidalen Silieiumdioxyd herausgenommen und in einem Ofen getrocknet. Dann wurden die physikalischen Eigenschaften der Probekörper bestimmt, die in nachfolgender Tabelle I aufgeführt sind.

Beim Gießen dieser Zusammensetzungen bildet sioh ein Film oder eine Kruste von Siliziumdioxyd auf der Gußoberfläche. Diese Kruste hat eine Zerreisefestigkeit, die gewöhnlich wesentlich höher ist als die Zerreissfestigkeit des Körpers selbst. In Tabelle I ist bei den Angaben über die Zerreisefestigkeit die genannte Kruste gemeint.

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Tabelle I

Probe- Materialstück Mischung

Art

	1	100$ FBM	ge gossen
8606	2	100$ FBM	einmal einge taucht
ο co •Ν-	3	90$ FBM 1096 SBM	ge gossen
'039*	4 ,	90?δ PBM lOfo SBM	einnä. einge taucht
	VJl	75$ FBM 25?6 SBM	ge gossen
	6	75$ FBM 25$ SBM	einmal einge taucht
	7	5096 FBM 5Ο96 SBM	ge gossen

auf

Zer-¹"

wichts
basis

19,9

Zer- Zerreiß- Zer- Zer- Proreiß- festig- reiß- reiß- zentfestigkeit festig-festig- satz

keit (psi)bei keit keit d.lib.Raumtemp. (psi) Raumtemp.(psi}b.(psi)b. nearen „_««. . η.-, η.einem 1000 C 1000⁰C Schrum-

Temper.- Größe B nach
Schock

GrößeB vonlOOO C
Größe B

Dichte,in lbs/ft⁵

Größe A

Kruste Kruste oben unten

pfung Temp.- Größe C Schock

Größe B

536 ' 756 310

1029 1308 400

9,4 527 1098 380

13,5 1182 1722 670

13,2 576 951 440

16,4 930 1668 730

15,4 290 576 310

510 910 760

670 1150 940

600 650 740

850 1160 950

330 820 360

870 1240 880

350 600 350

2,95 117,7 124,0

3,00 95,4 99,5

3,14

3,41

93,4 96,4

86,3

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Q CO 1S2

Tabelle I Portsetzung

Probe- Material
Stück Mischung
Nr.

Art

auf Trok-

basis

Zer- Zer- Zerreißreiß- reiß- festigfestig- festig- keit keit Tpsi) keit (psi) bei Raumtemp. (psi) bei Größe A bei Haum-

Zer- Zer- Proreiß- reiß- zentfestigfestig- s_atz keit keit d.li-(Psi) (psi) nearen bei 1000 Cbei _Λ Schrum-

Dichte in

Kruste Kruste oben unten Baum- temp.nach Größe B

Größe B einem Temp.-Schock von 1000°C Größe B

1000 C pfung nach Größe C Temp.-

Schock

Größe B

909!	8	5096	PBM SBM	einmal einge taucht	23,0	828	1758
O CO	9	18	PBM SS	ge gossen	13,0	337	595
O CJ CO	10	9096	PBM SS	einmal einge taucht	24,2	950	1055
OO	11	IU	PBM SS	ge gossen	22,2	157	212
	12	2596	PBM SS	einmal einge taucht	36,0	804	793
	13	5096	PBM SS	ge gossen	38,2	100	94
	14	5096	PBM SS	einmal einge taucht	64,3	314	45$

750

560

300 300

310 29Ο

300 300

1220

3,50

4,49

93,4

87,3

3,79 49,7 62,9

38,5 52,8

Ein Probestück hatte eine besonders hohe Zerreisefestigkeit·

Größe A t 12,69 mm ζ 25,39 mm χ 101,3 mm " B » 6,34 mm χ 12,69 mm χ 76,1 mm " C : 25,39 mm χ 12,69 mm χ 152,3 mm

SS ist die Abkürzung für kurze Fasern.

In den Fällen, wo unbestimmte Werte angegeben sind, versagten ein oder mehrere Probestücke. Alle Ergebnisse der Zerreissfestigkeitsuntersuohungen bei Probestücken mit kurzfaserigen ^ Fasern sind wegen der geringen Größe der Probestüoke nicht ™ genau wegen der schwierigen Ablesunf^uaer Skala der Versuohsmaschinen bei kleinen Körpern.

Aus den Daten der Tabelle geht hervor, daß ein Eintauchen des Körpers in kolloidale^ Siliziumdioxyd die Festigkeit des Körpers beachtlich verbessert·

Die beträchtlichhöhere Dichte der Körper aus FBM-Material gegenüber denen aus SBM-Material scheint auf das Vorhandensein nichtfasrigen Materials in den FBM-Mischlingen zurückzuführen zu sein. Mischungen aus FBM- und SBM-Material ergaben überlegene Eigenschaften der Körper gegenüber solchen aus nur FBM-Material, wahrscheinlich weil das SBM-Material hauptsächlich aus reinen Fasern besteht und somit eine festere Bindung ergibt.

Die Probestücke 9 bis 14 zeigen die Eigenschaften von Mischungen aus zermahlenen keramischen Fasern (einschließlich nichtfasriger Partikel) mit kolloidalem Siliziumdioxyd und kurzen keramischen Stapelfasern. Bei Anwendung von mehr als 50Jf kurzer Stapelfasern (Gewichtsprozent bezogen auf die Trookenmischung) ist die Entwässerung schwierig, weil zwecks Erreichung eines guten Gusses eine große Menge wässrigen kolloidalen Siliziumdioxyds benutzt werden muß, und die Gußstücke haben eine verringerte Festigkeit.

Die Herstellung der Probestücke der Tabelle I erfolgte für alle Stücke gleiohmässig wie folgt. Das trockene Fasermaterial

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wurde in einen Behälter getan und gut durchgemischt, und dann wurde die wässrige Dispersion kolloidale^Siliziumdioxyds zugefügt und mit dem Trookenmaterial vermischt. Nach dem Durohmisohen wurde die Mischung in Formen 102 mm χ 102 mm χ 12,6 mm gefüllt. Die gegossenen Stücke wurden dann in einem Ofen bei ▼e» 93° C getrocknet. Die Oberflächen wurden dann geschliffen zweoks Verminderung der Dicke der Probekörper auf 6,34 mm sowie !zwecks Erreichung zweier paralleler Oberflächen. Dann wurden die geschliffenen Stücke mit einer Bandsäge auf die für die Versuche gewünschte Größe zugeschnitten.

Der Thermalsohook-Versuoh wurde so ausgeführt, daß der Probekörper in einer Haltevorrichtung befestigt wurde und damit in einen Ofen bei 1000° C gebraoht wurde. Das Probestüok verblieb etwa 2 Minuten in dem Ofen und wurde dann kalt geblasen. Das Probestück kam dann schnell auf Raumtemperatur. In jedem falle wurde dies dreissig mal wiederholt. Keines der Probestücke zerbrach bei diesem Thermaischock.

Bei dem Zerreissversuch wurde der Versuchsstab quer über zwei Stützen gelegt, und es wurde die Belastung am Bruchpunkt gemessen. Der Zerreismodul wurde dann in üblicher Weise berechnet. Vie aus der Tabelle I hervorgeht, wurde der Zerreissmodul beim Baumtemperatur sowie bei 1000° C bestimmt sowie auch nach dem Thermalschock-Versuch bei Baumtemperatur und bei 1000° C. Im allgemeinen ist der Zerreissmodeul bei 1000° C beträchtlich höher als bei Raumtemperatur. Der Thermalschock bewirkte anscheinend eine gewisse Verbesserung der Festigkeitseigenschaften·

Jede Angabe in Tabelle I ist ein Durchschnittswert von Versuchen an vier Probekörpern.

Beispiel 5 :

Pressplatten aus kurzen keramischen Stapelfasern und einem zementartigen Bindemittel aus zermahlenen Fasern und kolloidalem Siliziumdioxyd.

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Aus verschiedenen Zusammensetzungen des SBM-Materials und aus Mischungen von SBM-Material und kurzen keramischen Stapelfasern wurden mehrere Platten hergestellt. Jede Platte wurde nach folgendem Verfahren hergestellt. Der Gesamtbetrag an fasrigem Material war 100 gr, auf Trockengewiohtsbasis, und bei der Errechnung des gesamten fasrigen Anteils wurde das SBM-Material aishundertprozentig fasriges Material, und die keramischen Stapelfasern als fünfundsiebzigprozentigee Fasermaterial betrachtet. Das trockene fasrige Material wurde homogen vermischt, und dann wurde kolloidales Siliziumdioxyd P hinzugefügt, bis sich eine dicke pastenartige Mischung ergab. Die Mischung wurde dann in eine Form von 152 ι 152 mm eingebraoht, fast trocken geblasen und dann auf eine minimale Dicke zusammengepresst. Beim Pressen konnte das überflüssige wässrige kolloidale Siliziumdioxyd und Wasser frei aus der Mischung entweichen. Nach dem Pressen wurde das Material in einem Ofen bei 93° C getrocknet.

Durch Versuche ergaben sich die in !Tabelle II angegebenen . Eigenschaften dieser Platten.

Tabelle II

Platte SBM- Kurzfaseri- Trok- Plat- Tat- Eafcer- Zerreiß-

Nr. Material ge kerami- kenes ten- säoh- dichte festig-

Gramm sehe Stapel-Plat- stärke liehe in * keit in

fasern tenge- in ZollDichte lbs/ft^ pei Gramm wioht in lbs/ft

Die Daten in Tabelle II ergeben mehrere Schlußfolgerungen. Wenn eich der Anteil an gesiebten zermahlenen Fasern in der Mischung vergrößert, verringerte sich die Plattendicke, und die Dichte vergrößerte sich. Man braucht weniger Bindematerial, die Menge an Siliziumdioxyd verringert sich, und der Zerreissmodul vergrößert sich.

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50	50
75	25
90	10

147	,0	0,	347	44,	7	11	,4	308
129	,9	o,	290	47,	0	31	,6	308
111	,3	0,	217	54,	4	46	i3	325

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Alle Plattenmuster wurden einem Thermalsohock bis zu 1093° C ausgesetzt und unmittelbar danaoh in kaltem Wasser abge-βöhreokt. An keinem Muster zeigten sioh Schäden .

Beispiel 6 ι
Zement.

Es wurde eine zementartige Zusammensetzung hergestellt durch Mischung von FBM-Material mit soviel kolloidalem Siliziumdioxyd, daß eine Mischung entstand, die, auf irockengewiohtsbasis, ungefähr zehn Gewichtsprozent aus dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührendes Siliziumdioxyd enthielt.

Dieser Zement wurde duroh Spritzen als dünner Außenbelag auf ein Graphitrohr aufgebracht. Der Zement bildete einen harten feuerfesten Belag mit einer sehr guten Bindung auf dem Graphitrohr. Derartige Graphitrohre werden beispielsweise gebraucht, um Chlorgas in geschmolzenes Aluminium einzuleiten. Gewöhnlich tritt dabei an der Oberfläche dee geschmolzenen Aluminiums, wo das Graphit der Luft ausgesetzt ist, eine beträchtliche Oxydation des Graphitrohres auf,und zwar an der Stelle, wo das Chlorgas in das geschmolzene Aluminium eintritt, da dort eine exothermische Reaktion auftritt. Graphitrohre mit einem ausgehärteten, durch Spritzen, Eintauchen ο.dgl. aufgebrachten Belag haben eine längere Lebensdauer, da der Belag das Graphitrohr isoliert und schützt. Der Belag wird duroh das geschmolzene Aluminium nicht benetzt und ist bedeutend leichter als das geschmolzene Aluminium, sodaß bei Abbreohen von Belagteilchen diese nicht das Aluminium verunreinigen, sondern auf der Oberfläche schwimmen.

Dieser Zement wurde auoh zur Verbindung von Teilen von Hoohtemperatur-Filtera benutzt. Die Konstruktionteile und die PiIt er teile des !Filters waren ganz aus Platten bzw. Papier aus Aluminiumsilikatfasera hergestellt. Mit dem Zement wurden die Filterteile mit den Konstruktionsteilen verbunden.

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Der Zement wurde durch, trocknung in einem Ofen bei etwa 93°C ausgehärtet. Das Filter war außerordentlich zufriedenstellend bei sehr hohen Temperaturen wegen seiner für alle Filterteile im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnung.

Papier aus Aluminiumailikatfasern wird auch für feuerfeste Zwecke verwendet, z.B. für einen Tiegel, oder als Deelierauskleidung eines Tiegels. Normale Papiergrößen können mittels des Zements miteinander verbunden werden,und die Bindung hat höhere Festigkeit als das Papier selbst. Außerdem können solche Papiere verstärkt werden durch Anstrich mit dieser zementartigen Zusammensetzung in Form von Streifen oder anderen begrenzten Flächenteilen. Nach Aushärtung der Zusammensetzung hält der Zement das Papier in einer gewünschten Form und verstärkt es. Der Zement kann auch dazu benutzt werden, keramisches Faserpapier an anderen Flächen festzuhalten, beispielsweise zur Befestigung einer Scheibe aus Aluminiumsilikatpapier an den Arbeitsflächen eines Zylinders, um die Arbeitsfläche des Zylinders mit einem feuerfesten Belag zu versehen. Ebenso kann man mit dem Zement keramisches Faserpapier auf einen Zylinder aus Bornitrid aufbringen, woduroh ein Körper mit außergewöhnlich guten feuerfesten Eigenschaften entsteht.

Weiterhin kann man den Zement sehr gut als Füllmaterial zum Ausfüllen von Rissen bei keramischen Gußstücken benutzen. Wenn man auf diese Weise die Bisse großer Gußstücke alt keramischem feuerfesten Material ausfüllt, tritt bei naohfolgenden Brennvorgängen keine Erosion auf.

Eine vorzügliche Dichtung ergibt sich, wenn man keramisches Fasertuch mit diesem Zement auf Stahl aufbringt.

Weiterhin wurde ein Papier aus Aluminiumsilikatfaser mit einer sehr nassen Zusammensetzung der beschriebenen Art belegt,und dann wurde Schleifkorn in im wesentlichen einer einzigen Sohioht auf den nassen Zement aufgebracht. Dann wurde das

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Papier durch Erwärmung auf etwa 93° O bis zur Trocknung ausgehärtet. Die Bindung zwischen dem Schleifkorn und dem Papier war sehr gut, und das Schleifpapier hatte sehr hohen Widerstand gegen Hitze und konnte bei sehr hohen Temperaturen zur Oberflächenbehandlung verwendet werden.

Beispiel 7 :

Sondergußkörper aus gießbaren Zusammensetzungen.

Gußkörper können aus Mischungen von in Kugelmühlen zermahlenen anorganischen siliziumhaltigen Fasern und einer wässrigen λ Dispersion kolloidalen Siliziumdioxyds hergestellt werden, und auch von Mischungen dieses Materials mit gewöhnlichen

keramischen Fasern.

Nasse Zusammensetzungen aus nur FBM-Material und kolloidalem Siliziumdioxyd können leioht zu verschiedenen Formkörpern

mit einem gegossen werden. Beispielsweise wurde ein Rohr -as Flansohende gegossen aus PBM-Material mit soviel kolloidalem Siliziumdioxyds, daß sich eine pastenartige fließbare Masse ergab. Die Masse wurde in eine Form eingebracht, und die Form wurde derart vibriert, daß die Zusammensetzung die Form vollständig und gleichmässig ausfüllte. Dann wurde das Gußstück in einem Ofen mehrere Stunden lang bei 93° C getrocknet. Das Gußstück wurde als Ersätzetüok für einen keramischen Isolator in einem elektrischen Ofen benutzt.

Ähnlich wurden komplizierte Formkörper für Leitungsabspannungen hergestellt.

Zwecks Herstellung von Körpern mit verschiedenen Eigenschaften kann der luisohung zwecks Streckung auch gewöhnliches keramisches Fasermaterial beigegeben werden. So wurde beispielsweise eine Mischung von fünfzig Gewichtsteilen FBM-Material, fünfzig Gewichtsteilen keramischer kurzer Stapelfaser und mit soviel kolloidalem Siliziumdioxyd hergestellt,

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daß das aus dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührende Siliziumdioxyd dreiunddreißig Gewichtsprozent der Zemtnmischung, auf Trockenbasis, eaiftlfc§l%. Das Material wurde auf einem ausgestanzten Metallblech ausgegossen und ausgehärtet. Die äußeren Flächen des Gußkörpere wurden dann mit einem Belag von 1,6 mm eines Zements versehen, der nur PBM-Material und kolloidales Siliziumdioxyd enthielt, zweoke Erreichen einer glatten Oberfläche. Die so hergestellten Platten eigneten sich sehr gut für die Nachbrenner bei Strahltriebwerken. Das Metall in den Platten ergibt die bauliohe Festigkeit, und der keramische Gußteil ergibt Widerstandefähigkeit gegen Erosion durch die Flammen bei hohen Temperaturen und auch Widerstandsfähigkeit gegen Temperatursohooks sowie eine gute Isolierung. Xhnliohe Teile wurden hergestellt, bei denen statt eines ausgestanzten Bleohes ein Metallsieb mit 2,5 mm Maschenweite benutzt wurde. Auch diese Teile hatten bei der gleichen Schockanwendung sehr gute Eigenschaften.

Ss wurde auch eine Abdeckung für einen Induktionsofen in den Abmessungen 508 χ 483 χ 25 mm hergestellt mit einem Loch in der Mitte von 50 mm Durohmesser. Die Gußmisohung enthielt fünfzig Gewichtsteile FBM-Material, fünfzig Gewiohtsteile kurze keramische Stapelfasern und soviel kolloidalem Siliziumdioxyd, daß die getrocknete und ausgehärtete Abdeckung ungefähr dreiunddreißig Gewichtsprozent Siliziumdioxyd enthielt. Diese Abdeckung war sehr leicht und außergewöhnlich feuerfest.

Aus der gleichen Gußzusammensetzung wurden Schwimmer für das Schmelzen von Aluminium hergestellt, und diese Schwimmer waren so leicht, daß sie auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums schwammen und durch letzteres nicht benetzt wurden.

Aus der gleichen Zusammensetzung wurden große Platten gegossen, die als Boden elektrischer öfen dienten. Der Guß

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hatte eine Diohte von 201,6 kg/m , und naoh Trocknung und Aushärten bestand die Platte aus 1/3 kurzen keramischen Stapelfasern, l/3 FBM-Material und 1/3 Siliziumdioxyd, die alle fest zu einer monolythen Struktur vereinigt waren. Vor dem Gießen war diese Mischung eine nasse dünne Masse, und obwohl das wässrige kolloidale Siliziumdioxyd beim Stehenlassen der Masse zur Oberfläche drängte, tropfte die Masse nicht. Zwecks Formung der Platte braohte man die Masse in eine Form ein und stampfte sie leioht, um Porenrisse zu beseitigen. Trotzdem ein verhältnismässig großer Anteil wässrigen kolloidalen Siliziumdioxyds benutzt wurde, trat d außerordentlich wenig Flüssigkeit aus* Da sich das kolloidale Siliziumdioxyd schwer von der Masse trennte, konnte die Masse ohne weitere Behandlungsstufen in der Form gegossen und ausgehärtet werden.

Ein anderes wiohtlges Anwendungsgebiet für dieses Material ist die Herstellung von Rohren und Fittings für die Aluminium-Industrie. Obgleich von Mischungen kurzer keramischer Stapelfasern und kolloidalem Siliziumdioxyd keramische i-ohre gegossen werden können, ist das Trocknen schwierig und damit die Herstellung von Fittings oder komplizierter Formkörper. Ein aus obengenannter Zusammensetzung hergestelltes Rohr hat leichtes Gewicht, isoliert und wird von Aluminium nicht benetzt. Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen gestatten leioht ein Gießen von Hohrfittings, und diese können mit den Zementen der Erfindung belegt werden, wodurih sich im wesentlichen gleichartige Auskleidungen ergeben trotz verschiedener Herstellung und Zusammensetzung. Derartig zementierte Verbindungsstücke und gegossene Fittings haben einen guten Erosionswiderstand und sind gute Wärmeisolatoren.

Gußstücke aus diesen Mischungen sind auch für andere Konstruktionsteile geeignet, beispielsweise wurden mehrere Raketenspitzen aus einer Misohung gegossen,die gleiche Gewichtsteile von FBM- und SBM-Material enthielt mit soviel

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kolloidalem Siliziumdioxyd, daß sich eine pastenartige Hasse ergab. Nach Aushärtung in einem Ofen wurden die äußeren Fläohen der Spitzen mit einem Belag aus FBM und kolloidalem Siliziumdioxyd belegt. Die so hergestellten Eaketenspitzen hatten guten Erosionswiderstand und waren seh.r gute Isolatoren.

Beispiel 8 :

Feuerfeste Zusammensetzungen.

Weitere feuerfeste Zusammensetzungen für Beläge, Gußstücke u.dgl. werden erreicht durch Zugabe von Zirkoniumoxyd in die Rohmischungen. Derartige Körper und Beläge sind, ähnlich wie die obenbesohriebenen, sehr hart, erosionsfest, gute Wärmeisolatoren, und können am besten mit Diamanteoheiben geschnitten werden.

In der nachfolgenden Tabelle werden mehrere Zusammensetzungen mit zugegebenem Zirkoniumoxyd beschrieben im Vergleich zu anderen Zusammensetzungen. Das Zirkoniumoxyd war körnig. Beim Mustersttiok Nr.2 passierten die Zirkoniumoxydkörner ein Sieb von 0,075 mm Masohenweite, bei den Musterstücken 3 und 4 0,042 mm Maschenweite.

Tabelle III # Gewicht - Trookenbasis

Probe- I¹BM- SBM- Zirkonium- Silizium- Dichte In stüok Nr. Material Material oxyd dioxyd,her- /*

rührend von dem kolloidalen Siliziumdioxyd

1	91	43,2	22,4	9,0	121
2	68	81,6	44,8	9,6	122
3	44,8		43,2	10,4	136
4			13,6	112
5		18,4	87

Diese Probestücke wurden einer groben Untersuchung hinsichtlich

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Feuerfestigkeit unterzogen, indem man sie 15 Sekunden lang bei ungefähr 2800° C der Flamme eines Azethylenbrenners aussetzte. Die Probestücke 3 und 4 hatten bessere Eigenschaften als die anderen. Venn aber die Probestücke 3 Minuten lang der Flamme ausgesetzt wurden, zeigten die Probestücke etwa gleiohe Eigenschaften·

Beispiel 9 ι

Zusammensetzungen aus anderen anorganischen Fasern.

Gegenwärtig ist es noch nicht ganz klar, worauf die hohe ä Haftfähigkeit, die guten physikalischen Eigenschaften nach dem Aushärten, und andere Eigenschaften dieser zementartigen Zusammensetzungen beruhen. Wahrscheinlich ergeben die zermahlenen Fasern gewisse Oberfläohenkräfte. Diese Oberflächenkräfte sollten nun bei allen keramischen Fasern vorhanden sein, oder wenigstens doch bei allen anorganischen siliziumhaltigen keramischen Fasern, wie beispielsweise Kieselsäurefasern, Asbestfasern, (riasfasern, Mineralwolle und Quarzfasern, und die vorhandenen Erkenntnisse bestätigen dies auch.

Beispielsweise stellte man ein Glas bei 650° C in Form eines im wesentlichen zusammenhängenden einfadigen Materials her mit einem Burohmesser von etwa 10 bis 30 Mikron. Dieses Material wurde in einer Kugelmühle mermahlen^. <«« kurzen Fasern mit Faserlängen, die vorwiegend zwischen dem Zehn- und dem Fünfzigfaohen der Faserdurohmesser lagen. Den kurzen Fasern wurde soviel kolloidales Siliziumdioxyd zugefügt, daß die Zusammensetzung, auf Trockenbasis, zehn bis fünfzehn Gewichtsprozent Siliziumdioxyd enthielt, das von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührte. Die Eigenschaften dieser Zusammensetzung sind den bereits beschriebenen sehr ähnlich. Die Zusammensetzungen können als Belagmaterial, als Gußmaterial u.dgl. benutzt werden. Die Feuerfestigkeit so hergestellter Körper ist nicht so groß wie bei Zusammensetzungen, die Aluminiumsilikatfasern enthalten. Es steht im wesentlichen

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reines Kieselsäurefaser-Material zur Verfügung, das sehr feuerfest ist und ein guter Wärmeisolator. Fasermaterial mit 96 - 98 Gewichtsprozent reiner Kieselsäure erhält man durch Auslaugen von Glasfasern. Es wurde eine zementartige gießfähige Zusammensetzung hergestellt durch Mischung von kolloidalem -Siliziumdioxyd mit zermahlenen Kieselsäurefasern der genannten Art,wobei soviel kolloidales Siliziumdioxyd zugesetzt wurde, daß die Zusammensetzung, auf Trockengewichtsbasis, zwischen zehn und fünfzehn Gewichtsprozent Siliziumdioxyd enthielt, welches von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührte. Derart gegossene Körper hatten verhältnismässig geringe Festigkeit, weil die Pasern selbst nicht fest waren. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß die Fasern in einem Auslauge-Prozess gewonnen wurden.

Auf im wesentlichen ähnliche Weise wurden zermahlene Asbestfasern mit Faserlängen zwisohen dem Zehn- und Fünfzigfaohen des Faserdurohmessers gemischt mit kolloidalem Siliziumdioxyd, um so gießbare Zusammensetzungen zu erhalten. Die Eigenschaften dieser Zusammensetzung waren sehr gut, aber hinsichtlich Feuerfestigkeit und mechanischer Festigkeit etwas schlechter als die aus zermahlenem Aluminiumsilikatfaser-Material hergestellte» Körper.

Beispiel 10 :

Metallanteile enthaltende Körper.

Es kann auch fasriges oder pulverisiertes Metall diesen Zusammensetzungen beigegeben werden.

Es wurden mehrere Probestücke hergestellt mit einem Anteil an pulverisiertem Aluminium von mindestens 98,55^ Reinheit. Das Aluminiumpulver war so fein, daß fünfundaohtzig bis fünfundneunzig Gewichtsprozent des Pulvers durch ein Sieb mit 0,042 mm Maschenweite hindurchgingen. Zur Herstellung

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der Probestüoke wurden das Faeermaterial und das Aluminiumpulver zu einer homogenen trockenen Mischung in einer mischtrommel behandelt. Dann wurde soviel kolloidales Siliziumdioxyd hinzugefügt, daß eine pastenartige Masse sioh ergab, die leioht in* eine Form einzugießen war«

Sie naohfolgende Tabelle IV erläutert die Probestücke.

	Tabelle IV	5 10 20	Schrumpfung in Prozent	Flamm— versuch
Probe stück Hr ·	Gewichtsteile FBH Aluminiumpulver		1,58 .77 .311	ausgezeichnet Il It
1 2 3	95 90 80

Die Körper waren ihrem Charakter naoh keramisoh. Ihre Eigenschaften machen diese Zusammensetzungen gut verwendbar zur Herstellung von Formen für geschmolzene eisenhaltige oder auch nioht eisenhaltige Materialien. Das Aluminiumpulver vergößert den K-Faktor der Zusammensetzungen, und zusammen mit den anderen Eigenschaften der Zusammensetzungen, wie beispielsweise geringe Schrumpfung und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschutz, sind diese also geeignet für Setztiegel zum Brennen von Schleifscheiben in einem Tunnelofen.

Die obenbesohriebenen Ausführungsarten und erläuterten Anwendungsgebiete sind nur Beispiele und sollen den Sohutzumfang der Erfindung nicht beschränken. Den Faohleuten ist es ohne weiteres möglioh, in den Zusammensetzungen Materialteile durch andere zu ersetzen oder andersartige Beigaben zuzusetzen·

Im Grundsatz dürften die vorteilhaften Eigenschaften der Zusammensetzungen zurüokzuführen sein auf ein Zusammenwirken der von den zermahlenen anorganischen Fasern herrührenden Oberflächenkräfte mit von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührenden Oberflächenkräften. Solche Kräfte

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wirken sich bei derartigen Körpern aus,die, auf Trookengewichtsbasis, wenigstens drei Gewichtsprozent Siliziumdioxyd enthalten, welches von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührt. Bei Körpern, die weniger als drei Gewiohtsprozent von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührende* Siliziumdioxyd enthalten, ist der Anteil Siliziumdioxyd zu gering, und die Körper haben infolgedessen keinen genügenden Zusammenhalt. Wird eine genügende Menge kolloidalen Siliziumdioxyds angewendet zwecks Erzielung der pastenförmigen Masse, dann ist gewöhnlich der Anteil an Siliziumdioxyd, auf Trookeng-:wiohtsbasis, in dem ausgehärteten Körper in der Größenordnung von 10 bis 15?ί. Die besten Ergebnisse und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften ergaben sich, wenn der Siliziumdioxydanteil, auf Trockenbasis, der aus dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührt, etwa 10# beträgt. Gewöhnlich werden die physikalischen Eigenschaften verbessert, wenn der Körper in kolloidales Siliziumdioxyd eingetaucht wird, und zwar ein oder mehrere mal, sodaü ein Minimalbetrag von 2 bis 3$, vom Trockenkörpergewicht, zusätzliches Siliziumdioxyd aus dem kolloidalen Siliziumdioxyd aufgenommen wird. Es können auch größere Beträge Siliziumdioxyd vorhanden sein. Pur Körper mit hoher Dichte kann beispielsweise, wenn notwendig durch Eintauchen der Körper, der Anteil an Siliziumdioxyd, welches von dem kolloidalen Siliziumdioxyd herrührt, 50$ und mehr betragen·

Das bisher erwähnte kolloidale Siliziumdioxyd kann beispielsweise eine Type sein, wie sie in den Vereinigten Staaten unter der Bezeichnung "LUDOX" HS zur Verfügung steht. Dieses Material ist hochkonzentriert. Eine andere Type ist "LUD0X^H LS, die ebenfalls hochkonzentriert ist, aber etwas weniger alkalisch. Eine andere Type ¹¹LUDOX" SM ist ein kolloidalee Siliziumdioxyd, welohee fünfzehn Gewiohtsprozent Siliziumdioxyd als SiO₂ enthält und einen pH-Wert von 8,5 bei 25° C hat. Auch dieses ergibt eine sehr gute Bindung. Auch ein unter der Bezeichnung "Syton" in den Vereinigten Staaten

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hergestelltes kolloidales Siliziumdioxyd ist, in versohiedenen Konzentrationen, sehr wirkungsvoll.

Auch, wässrige Dispersionen kolloidalen Siliziumdioxyds mit einem Siliziumdioxydanteil von ein bis dreißig Gewichtsprozent können mit guten Wirkungen benutzt werden. Jedoch sind konzentrierte Dispersionen vorzuziehen, weil dann beim Aushärten weniger Wasser zu entfernen ist. Gewöhnlich wird das Siliziumdioxyd in Wasser dispersiert. Man kann aber auoh teilweise flüchtige Zusätze als Dispersions-Medium verwenden. Statt des kolloidalen Siliziumdioxyds können auch andere Kolloidale Verwendung finden, die ähnliche Oberflächenkräfte i ergeben· Beispielsweise ist kolloidales Zirkoniumoxyd verwendet worden, welohes ebenfalls starke Oberflächenkräfte und damit wünschenswerte Eigenschaften der Körper ergibt« Gußkörper aus Mischungen von Zirkoniumoxyd und einer Bindung aus kolloidalem Zirkoniumoxyd haben hochfeuerfeste Eigenschaften. Kolloidales Aluminiumoxyd in richtiger Partikelgröße hat ebenfalls gute Eigenschaften. Auch kolloidale Dispersionen gewisser anderer Metalloxyde in Wasser ergeben Oberflächenkräfte ähnlich denen,wie bei kolloidalem Siliriumdioxyd·

Bei dem vorerwähnten Zermahlen von kurzen keramischen Stapelfasern kann ein Material Verwendung finden, das in den Vereinigten Staaten unter der Bezeichnung "FIBERFRaX" bekannt ist. Dieses Material steht überall zur Verfügung und hat gute Wärmeeigenschaften und Feuerfestigkeit. Es können auoh die langstapeligen Fiberfraxfasern zermahlen und erfindungsgemäß benutzt werden. Diese langstapeligen fasern enthalten 51,356 Aluminiumoxyd·, etwa 45, 3# Siliziumdioxyd und etwa 3,4.9t Zirkoniumoxyd. Für gewisse Anwendungen ist diese chemische Zusammensetzung besser gegenüber kurzstapeligem Fasermaterial, weil die langen Stapelfasern kein Bor enthalten. Die langstapeligen Fasern sind in zwei Qualitäten erhältlich, fein und mittel. Die feinen Fasern haben einen mittleren

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Durchmesser von ungs f ähr 4 Mikron (vorwiegend zwischen 4 und 8 Mikron), der kleinste Durchmesser ist ungefähr 2 Mikron und der größte ungefähr 40 Mikron· Die Mittel-Qualität der langstapeligen Fasern hat einen mittleren Durohmesser von 10 Mikron, und die Durchmesser sind vorwiegend zwisohen 8 und etwa 14 Mikron, bei einem geringsten Durohmesser von ungefähr 3 Mikron und einem größten Durohmesser von etwa 40 Mikron. Es gibt auch grobe Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 20 Mikron, wobei der kleinste Durchmesser etwa 4 Mikron und der größte Durohmesser etwa 80 Mikron ist.

Solche Fasern, und andere anorganische siliziumhaltige keramische Fasern können naoh Zermahlung in einer Kugelmühle zwecks Verringerung ihrer Längen auf das Zehn- bis Fünfzigfaohe ihres Durchmessers kombiniert werden mit kolloidalem Siliziumdioxyd oder kolloidalem Zirkonoxyd oder mit anderen kolloidalen anorganischen Oxyden und bilden dann Zusammensetzungen für Beläge oder Gußkörper gemäß der Erfindung. Es können auch Fasern mit Durchmessern größer als 80 Mikron verwendet werden,aber das kurzetapelige Fiber— fraxmaterial ist vorzuziehen. Wenn vorhergehend bei Faeerdimensionen das Wort "vorwiegend·· gebraucht wurde,so soll das bedeuten, daß ein größesr Anteil der Fasern die entsprechende Dimension hat.

Nur einige der möglichen Zusätze und Ersatzstoffe sind beschrieben worden. Da die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zementartig sind, können sie auch zur Bindung vieler anderer Materialien benutzt werden. Viele Faserarten und Partikel können in die Mischungen der Körper eingefügt werden. Im Beispiel 9 wurden zementartige Zusammensetzungen beschrieben, in denen die zermahlenen Fasern Quarzfasern, Glasfasern, Asbestfasern, Siliziumdioxydfasern und Mineralwolle waren. Diese Faserarten werden so in die zementartigen Zusammensetzungen eingefügt, wie sie im Handel

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erhältlioh sind. Für einige .Anwendungsgebiete bei niedrigen Temperaturen» beispielsweise für die Wärme-Isolierung, können auch organische Fasern in die zementartigen Zusammensetzungen eingefügt «erden. Solche organischen Fasern sind beispielsweise Fttden, Hanf, Roßhaar usw.

Bezüglioh des Zusatzes von Metallpulvern und Metallfasern wurde oben Aluminiumpulver erwähnt. Dies ist nur ein Beispiel, auoh andere Metallpulver ergeben besondere Wirkungen und Eigenschaften. Für gewisse Zwecke kann beispielsweise gepulvertes Magnesium und Platin verwendet werden. Es kön- ä nen auoh anorganische nichtmetallische Zusammensetzungen beigegeben werden, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, Bornitrid, Siliziumkarbid u.dgl. Bur Herstellung von Hoohtemperatur-Katalysatoren können auch katalytische Materialien den Zusammensetzungen zugefügt werden. Auch Füllstoffe können Verwendung finden, wie beispielsweise Graphitmehl, ganz feiner Glimmer, Asbestpulver, gepulverter Ton, Fortlandzement, Glaskörner, Korund, Quarz u.dgl.

Bei der Aushärtung der Zusammensetzungen wird vorzugsweise das Wasser durch Erhitzung in einem Ofen bei etwa 93° C bewirkt. Die Aushärtung erfolgt dann sohneil, während sie bei Raumtemperatur sehr viel langer dauert. Eine nooh schnellere Austreibung des Wassers soll man vermeiden,da sonst eine poröse Struktur sich ergeben kann. Für einige Anwendungsgebiete ist allerdings die Porösität nicht von Bedeutung, und dann kann die Aushärtetemperatur bis zu 1093 betragen. Manohmal kann dann das Aushärten unter hohen Temperaturen unter Flammenbögen erfolgen.

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Claims

Patentansprüche : 1471032

1) Monolithkörper, bestehend aus einer im wesentlichen homogenen gehärteten Mischung keramischer Pasern,deren Faserlänge etwa das Zehn- bis Fünfzigfache ihres Durohmessers beträgt, und aus einer Dispersion eines kolloidalen anorganischen Oxyds in solcher Menge, daß das Oxyd, auf Trockenbasis, wenigstens etwa 3 Gew.# der Mischung ausmacht.

2) Monolithkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyd kolloidales Siliziumdioxyd ist.

3) Monolithkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Aluminiumsilikatfasern sind.

4) Monolithkörper nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyd kolloidales Siliziumdioxyd ist, und daß der von diesem kolloidalen Siliziumdioxyd abgeleitete Siliziumdioxyd-Anteil der Mischung, auf Trockenbasis, wenigstens etwa 3 Gew.ft ausmacht«

5) Monolithkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß das Oxyd kolloidales Zirkoniumoxyd ist, und daß der von diesem kolloidalen Zirkoniumoxyd abgeleitete Zirkoniumoxyd-Anteil, auf Trookenbasie, wenigstens etwa 3 Gew.?t der Mischung ausmaoht.

6) Monolithkörper naoh einem der Ansprüche 1-5» dach roh gekennzeichnet, daß. die Faserlängen vorwiegend unter

_r 80 Mikron sind.

7) Monolithkörper, bestehend aus Faeematerial mit Faserlängen, die mehr als hundert mal so lang sind wie ihr Durchmesser, wobei dieses Faeermaterial durch eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1-4 und 6 gebunden ist.

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8) Monolithkörper, bestehend aus einem Metallpulver, das duroh eine Zusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 1-4 gebunden ist.

9) Monolithkörper, bestehend aus Zirkoniumoxydteilchen, die durch eine Zusammensetzung gemäss Anspruch 1 gebunden sind,

10) Monolithkörper, bestehend aus nichtfaserigem Aluminiumsilikat in Pulverform, das duroh eine Zusammensetzung gemäss Ansprüchen 3» 4 und 6 gebunden ist.

11) Monolithkörper naoh Anspruch 7, versehen mit einem Oberflächenbelag naoh Anspruch 6.

12) Monolithkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, deren Faserlänge mehr als das Hundertfache ihres Durchmessers betragen, Aluminiumsilikatfasern sind.

13) Monolithkörper naoh Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der bindenden Zusammensetzung Aluminiumsilikatfasern sind·

14) Monolithkörper nach Anspruoh 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Oberfläohenbelages Aluminiumsilikatfasern sind.

15) Monolithkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,daß das anorganische kolloidale Oxyd in der bindenden Zusammensetzung und in dem Oberflächenbelag kolloidales Siliziumdioxyd ist.

16) Monolithkörper, bestehend aus Aluminiumsilikatfasern mit Faserlängen mehr als _^undert mal^größer als ihr Durchmesser, die durch eine Zusammensetzung nach Ansprüchen 3, 4 und 6, mit Faserdurchmessern vorwiegend unter 10 Mikron, gebunden sind,wobei der Körper mit einem Oberflächenbelag gemäss Anspruch 7,mit Faserdurchmessern vorwiegend unter 10 Mikron, versehen ist.

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1.7· Verfahren zur Herstellung einer zementartigen Zusammensetzung, gekennzeichnet durch im wesentlichen homogene· Mischen von keramischen Fasern mit Faserlängen, die das Zehn- bis Fünfzigfache des Faserdurchmesserβ betragen, mit einer Dispersion eines kolloidalen,anorganischen Oxy ds.

18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Benutzung der Stoffe nach Anspruch 4 sowie 3» 6 "und 7» wobei das Oxyd, auf Trockenbasis, wenigstens etwa 3 Gew.ji der Mischung ausmacht.

19· Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlängen der keramischen Fasern durch Mahlen auf das Zehn- bis Fünfzigfache ihres Durohmesser» verkürzt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Benutzung faserigen Aluminiumsilikats gemäse Ansprüchen 6 und 7.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, , das· aus der Mischung ein Formkörper hergeetellt und dieser getrocknet wird·

22. Verfahren nach Anspruch 20 und 2t, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen bei etwa 93⁰G erfolgt.

23. Verfahren zur Behandlung keramischen Fasermaterials, wie beispielsweise matten, Verschalungen, Bänder, Streifen, Taue, Papier, Gespinste, Stoff oder dergl·, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf Teilflächen des Fasermaterials eine Mischung gemäss einem der Ansprüche 1-3 und 6 aufgebracht und dann durch Trocknung ausgehärtet wird,

24· Feuerfeste Materialzusammensetzung bestehend aus einer im wesentlichen homogenen Mischung von Zirkoniumoxydteilen mit einen gemäss Anspruch t zusammengesetzten Binder.

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Du

25· Feuerfeste Materialzusammensetzung bestehend aus einer im wesentlichen homogenen Mischung von Zirkoniumoxydteilen mit einem gemäse Ansprüchen 3 und 7 zusammengesetzten Binder.

26· !feuerfeste Materialzusammensetzung bestehend aus einer im wesentlichen homogenen Mischung nicht fas er igen, fein-, Verteilten keramischen Materials mit einem gemäsa Anspruch 1 oder 3 und 6 zusammengesetzten Binder mit in wässriger Lösung befindlichem Oxyd.

27. Gegenstand aus einer zusammenhängenden verfilzten Masse keramischer Fasern, die wenigstens teilweise mit einem - " Belag eines ausgehärteten Zements in der Zusammensetzung

nach Anspruch 1 versehen ist.

28. Gegenstand nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag gemäse Anspruch 2 oder 3 und 6 zusammengesetzt ist und auf einor Sippe aufgebracht ist, die ihrerseits den Gegenstand verstärkt·

29· Mehrteiliger Gegenstand aus keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Teile durch einen Zement in der Zusammensetzung nach Anspruoh 1 miteinander verbunden sind·

30· Gegenstand nach Anspruoh 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Zements aus dem gleichen keramischen Material sind wie die zu verbindenden Teile des Gegenstandes.

31. Gegenstand nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus Aluminiumsilikat besteht und dass auoh die Fasern in der Zvmentverbindung Aluminiumsilikat -fasern sind mit Faserlängen gemäsa Anspruoh 6·

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