CH651780A5 - Verfahren zur herstellung keramischer oder oxidkeramischer, bindemittelfreier hohlkoerper. - Google Patents
Verfahren zur herstellung keramischer oder oxidkeramischer, bindemittelfreier hohlkoerper. Download PDFInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von keramischen oder oxidkeramischen, bindemittelfreien Hohlkörpern, bei denen das keramische oder oxidkeramische Material auf eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Formfläche im thermischen Spritzverfahren aufgetragen und danach der geformte Hohlkörper von der Formfläche getrennt wird.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der US-PS 3 917 782 zu entnehmen. Dabei wird das keramische Material in einem thermischen Spritzverfahren auf die Innenfläche einer hohlen Form ohne äussere oder innere Kühlung aufgetragen. Hieraus ergibt sich, dass bei dem bekannten Verfahren der Wärmeausdehnungskoeffizient der Form kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des keramischen Produktes, da sonst nach der Abkühlung beide Teile nicht getrennt werden könnten. Als Material für die Form kann daher nur ein relativ seltenes und teures Metall, wie z.B. Wolfram, verwendet werden. Ferner muss bei der Herstellung darauf geachtet werden, dass insbesondere bei hohen Temperaturen eine im wesentlichen inerte Atmosphäre oder ein Vakuum aufrechterhalten wird.
Mit diesem bekannten Verfahren sind keine dickwandigen Hohlkörper herstellbar, da mehrere keramische Lagen beim Plasmaspritzen bisher nicht direkt übereinander aufgetragen werden können. Wegen der besonderen Materialauswahl und der hohen Reinheit der Atmosphäre ist das bekannte Verfahren zur grosstechnischen Herstellung von dickwandigen Hohlkörpern nicht geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder oxidkeramischen, bindemittelfreien Hohlkörpers der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen geringeren Aufwand hinsichtlich des Trennens des geformten Hohlkörpers von der Formfläche aufweist und mit dem auch verhältnismässig dickwandige Hohlkörper herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe, im Patentanspruch 1 definierte Verfahren gelöst.
Es ist vorteilhaft, wenn das keramische oder oxidkeramische Material in mehreren Lagen auf den Formkern aufgebracht wird, wobei die einzelnen Lagen eine Dicke von 0,05 bis 0,15 mm haben, und wenn der Temperaturgradient während des Auftragens von der Spritzzone bis zur Kühlzone nicht mehr als 1 °C/mm beträgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede aufgebrachte Lage des keramischen oder oxidkeramischen Materials unmittelbar vor dem Auftragen einer weiteren Lage mit einem Druckgas bestrahlt wird.
Ferner hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen dem Formkern und dem zu formenden Hohlkörper eine temperaturbeständige, nichthaftende Zwischenschicht, insbesondere aus Wasserglas, einem fluorkohlenstoffhaltigen Polymer, wie Polytetrafluoräthylen oder aus temperaturbeständigen Textilbändern, verwendet wird.
Das Wesen der Erfindung besteht in der quasi isothermen Herstellung eines homogenen, rein keramischen oder oxidkeramischen Hohlkörpers. Dabei bedeutet quasi isotherm, dass während des Auftrags der keramischen oder oxidkeramischen Schichten der Temperaturgradient von der Flammspritzzone bis zur Kühlungszone des Formkerns 1 bis 2 °C/mm nicht überschreitet. Ein besonders günstiges Gefüge mit hoher Festigkeit wird bei einer Flüssigkeitskühlung mit einem Temperaturgradienten von 1 °C/mm Schicht erreicht.
Der erfindungsgemäss hergestellte keramische oder oxidkeramische Hohlkörper ist homogen und hoch temperaturfest und unmittelbar nach seiner Herstellung vom Formkern abtrennbar. Seine mechanische Festigkeit ist auch bei langgestreckten Rohren ausreichend für den sofortigen Einsatz und Transport, zur Erzielung höherer Festigkeitswerte kann jedoch noch eine besondere Sinterung nachgeschaltet werden.
Die Struktur des erzeugten Hohlkörpers ist homogen. Bei der Herstellung von Hohlkörpern mit sehr dicker Wandstärke von mehr als 20 mm wird zweckmässig in einem mehrstufigen Verfahren gearbeitet, wobei die neu zu beschichtende Fläche vorher mit einem starken Druckgasstrahl, dem auch die Aufgabe einer Kühlung zukommt, gesäubert wird. Dieses dient zur Entfernung lose anhaftender keramischer oder oxidkeramischer Partikel, die bei der vorhergehenden Beschichtung nicht vollständig eingeschmolzen sind wie auch zur Kühlung von aussen. Als Ergebnis erhält man auch bei dicken Wandstärken einen homogenen, tem-peraturwechselbeständigen Hohlkörper.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind langgestreckte Rohre grossen Durchmessers. Das keramische oder oxidkeramische Rohr wird bevorzugt in einem thermischen Pulver-Spritzverfahren hergestellt. Solche thermischen Spritzverfahren sind beispielsweise in der DE-PS 1 646 667 beschrieben. Bei der Erfindung haftet das auf den hohlen Kern gespritzte Material aber nicht auf ihm, es verklammert nicht mit ihm; vielmehr bleibt das Rohr infolge der Innenkühlung des Kerns, die durch Gas oder Wasser erfolgen kann, abnehmbar. Die Abnehmbarkeit kann durch entsprechende Wahl des Ausdehnungskoeffizienten des Kerns, bezogen auf denjenigen der Keramik- oder Oxidkeramikschicht, noch verbessert werden. Der Kern ist immer wieder für die Herstellung weiterer Rohre verwendbar. Länge, Durchmesser und Wandstärke der hergestellten Rohre
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sind wählbar. Es können die unterschiedlichsten keramischen oder oxidkeramischen Materialien für die Herstellung verwendet werden, die sich in einem thermischen Spritzverfahren verarbeiten lassen. Zusätze von Bindemittel werden nicht verwendet. Ein erfmdungsgemäss hergestelltes mikroporöses Rohr ist schockunempfindlich und feuerfest. Es eignet sich insbesondere als Calcinationsrohr, für die Verwendung in Abfallcontainern für radioaktive und hochgiftige Materialien, als feuerfestes Futter, Isolationsrohr oder Prozessrohr im Hochtemperaturbereich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer verkleinerter Darstellung ein erfmdungsgemäss hergestelltes Rohr aus keramischem oder oxidkeramischem Material,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur erfindungsgemässen Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Rohrs.
Das in Fig. 1 dargestellte Rohr 1 besteht allein aus keramischem oder oxidkeramischem Material. Es enthält keine Bindemittel und bevorzugt keine mechanische Stützen in Form von Innen- oder eingelagerten Rohren oder Querverbindungen. Die Wahl des keramischen oder oxidkeramischen Materials ist frei. Sie richtet sich einmal nach dem Verwendungszweck, zum anderen danach, dass das Material in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht wird. Das Rohr ist porös, seine Länge, sein Durchmesser und seine Wandstärke sind in Grenzen frei wählbar.
Hergestellt wird das Rohr 1 beispielsweise auf einer in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung. Die Vorrichtung ist nach Art einer Drehbank aufgebaut: Auf einem Bett 2 ist ein Schlitten 3 in Längsrichtung verfahrbar. Der Schlitten 3 trägt an einer vertikalen Stirnwand ein drehbares Spannfutter 4, welches einen hohlen Metallkern 5 hält. Der Metallkern 5 ist von innen gekühlt. In Radialrichtung und in Axialrichtung verstellbar ist an den Kern eine thermische Spritzvorrichtung 6 angestellt. Die Vorrichtung kann sowohl so ausgebildet sein, dass die thermische Spritzvorrichtung 6 nicht nur radial zu dem Metallkern 5, sondern auch axial verfahrbar ist, so dass der Kern 5 nur gedreht zu werden braucht. Es kann aber auch der Kern 5 nicht nur drehbar, sondern mit dem Schlitten 3 auch in Axialrichtung verfahrbar sein, so dass die Spritzvorrichtung 6 nur in Radialrichtung bewegt zu werden braucht.
Nachdem das Rohr 1 vollständig auf den Metallkern 5 durch die Spritzvorrichtung 6 aufgebracht ist, wird es von dem Kern gelöst, was durch Schrumpfen des Kerns 5 erfolgt. Auf den Metallkern 5 kann dann das nächste Rohr gespritzt werden.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder oxidkeramischen, bindemittelfreien Hohlkörpers, bei dem das keramische oder oxidkeramische Material auf eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Formfläche im thermischen Spritzverfahren aufgetragen und danach der geformte Hohlkörper von der Formfläche getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Formfläche ein von innen gekühlter Formkern (5) verwendet wird, um die Abnehmbarkeit des geformten Hohlkörpers zu gewährleisten, und dass das Trennen des geformten Hohlkörpers (1) vom Formkern durch Schrumpfung des Formkerns erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische oder oxidkeramische Material in mehreren Lagen auf den Formkern (5) aufgebracht wird, wobei die einzelnen Lagen eine Dicke von 0,05 bis 0,15 mm haben, und dass der Temperaturgradient während des Auftrags von der Spritzzone bis zur Kühlzone nicht mehr als l°C/mm beträgt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede aufgebrachte Lage des keramischen oder oxidkeramischen Materials unmittelbar vor dem Auftragen einer weiteren Lage mit einem Druckgas bestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Formkern (5) und dem zu formenden Hohlkörper (1) eine temperaturbeständige, nichthaftende Zwischenschicht verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine Schicht aus Wasserglas, einem fluorkohlenstoffhaltigen Polymer, wie Polytetrafluoräthylen, oder aus temperaturbeständigen Textilbändern verwendet wird.
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| PL | Patent ceased | ||
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