CZ2023152A3 - Pěnová keramika, filtr z pěnové keramiky, způsob jeho výroby a jeho použití - Google Patents

Abstract

Předkládané řešení se týká pěnové keramiky, filtru, zahrnujícího takovou pěnovou keramiku nebo z takové pěnové keramiky vyrobeného, jakož i způsobu výroby takové pěnové keramiky. Tato pěnová keramika zahrnuje: základní materiál obsahující Al2O3 a přednostně Li2O; a matrici obsahující SiO2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo Li2O a/nebo CaO, přičemž se přednostně koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu liší od koeficientů tepelné roztažnosti matrice o nejvýše 6*10-6/K, přednostně o nejvýše 5*10-6/K, obzvláště přednostně o nejvýše 4*10-6/K, zcela obzvláště přednostně o nejvýše 3*10-6/K, a nanejvýš obzvláště přednostně o nejvýše 2*10-6/K.

Description

Pěnová keramika, filtr z pěnové keramiky, způsob jeho výroby a jeho použití

Oblast vynálezu

Předkládaný popis vynálezu se obecně týká pěnových keramik a filtrů zahrnujících takovou pěnovou keramiku, jakož i způsobu výroby pěnové keramiky a filtrů zahrnujících takovou pěnovou keramiku nebo z takové pěnové keramiky. Další podoby vynálezu se týkají použití pěnové keramiky, jakož i filtru zahrnujícího pěnovou keramiku nebo z takové pěnové keramiky.

Dosavadní stav techniky

Pěnové keramiky se používají například jako filtrační materiály pro filtrování roztaveného kovu. Zejména je dlouho známo, že se pěnové keramiky zahrnující AI2O3 používají k filtrování tavenin neželezných kovů jako například hliníku nebo hliníkových slitin.

V rámci předkládaného popisu vynálezu se obecně pod termínem keramika rozumí anorganický, nekovový, polykrystalický materiál. Keramika je získatelná nebo vyrobitelná typicky způsobem zahrnujícím kroky předložení směsi surovin zahrnující práškovitý anorganický materiál, vytváření zpravidla vodné břečky (Schlicker) (nebo rozplaveniny (Aufschwemmung) nebo suspenze), vytváření nevypáleného tělesa a vypalování tohoto nevypáleného tělesa. Vypalování ještě nevypáleného tělesa za vytváření keramického materiálu zahrnuje zpravidla krok slinování. Keramiky mohu být přitom takového složení, že zahrnují základní materiál, který tvoří podstatný podíl, tedy nejméně 50 hmota. %, zejména nejméně 60 hmota. %, keramiky a zpravidla se sestává ze zrn nebo zahrnuje zrna, jako například zrna krystalů nebo krystality nebo krystaly nebo agregáty krystalů nebo krystalitů, například AI2O3, jako například a-AbO;. korund. Vedle základního materiálu mohou keramiky zahrnovat ještě další fázi, která jednotlivá zrna základního materiálu nejméně zčásti obklopuje a spolu spojuje. Tato další fáze, ve které jsou uloženy zrna základního materiálu keramiky, se v rámci předkládaného popisu vynálezu označuje jako matrice. Matrice může zejména obsahovat prostředek tvořící pojivo nebo pojivo nebo může být vytvořena jako prostředek tvořící pojivo nebo pojivo. Tato matrice zahrnuje obecně nejméně jeden prostředek tvořící pojivo. Obecně je ale také možné, aby matrice zahrnovala směs prostředků tvořících pojivo. Matrice může přitom také být vytvořena jako prostředek tvořící pojivo nebo dokonce sestávat z prostředku tvořícího pojivo. Je ale také možné, aby matrice vedle prostředku tvořícího pojivo ještě zahrnovala složky základního materiálu, například ve formě částečně nataveného základního materiálu, který je pojat do matrice.

Pod prostředkem tvořícím pojivo nebo pojivém se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí látka v látkové směsi, která na ploše hraničící s jinými podíly látkové směsi, zde tedy například na fázovém rozhraní nebo rozhraní mezi zrny a základním materiálem, vytváří vazby k těmto podílům, a tím je ve stavu, ve kterém tyto podíly, zde tudíž zrna základního materiálu, spolu spojuje a/nebo zasíťuje, např. adhezí a/nebo kohezí.

Pod pěnovou keramikou se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí keramika s pěnovou strukturou. Zejména může být pěnová keramika vytvářena tak, že zahrnuje otevřenou průchozí porozitu, takže je možný prostup tekoucího materiálu z první strany tělesa nebo to zahrnuje, že u takové pěnové keramiky je možný prostup skrz póry pěnové keramiky ke druhé straně tělesa, což je přednostně vůči první straně tělesa protilehlá strana tělesa. Taková pěnová keramika, a také taková pěna, se také označují jako keramika „s otevřenými póry“. Takové pěnové keramiky se mohou definovat svojí hustotou, která je zpravidla uváděna jako relativní hustota, jakož i velikostí pórů. Relativní hustota je přitom udávána poměrem změřené hustoty pěnové keramiky k teoretické hustotě co do pevných látek totožně složené keramiky bez porozity. Typické naměřené hustoty pěnových keramik mohou být od 0,25 do 0,50 g/cm³. Velikost pórů pěnové keramiky se zpravidla

- 1 CZ 2023 - 152 A3 uvádí jako počet pórů vztažený k nějaké délce, tedy například jako počet pórů na centimetr nebo ppi (pores per inch, tj. pórů na palec). Čím je tato hodnota větší, tím menší jsou póry.

Pro filtraci roztaveného hliníku nebo hliníkových slitin se již dlouho používají pěnové keramiky, které jako složky zahrnují oxid hlinitý, jakož i fosforečnan hlinitý. Přitom působí fosforečnan hlinitý jako prostředek tvořící pojivo, který nejméně zčásti obklopuje a spolu spojuje částice oxidu hlinitého základního materiálu, takže se taková pěnová keramika dá také popsat jako zahrnující jádrový resp. základní materiál, který zahrnuje krystalický oxid hlinitý, často ve formě a-AFO;. například ve formě kalcinovaného a-AbCf. jakož i matrice zahrnující prostředek tvořící pojivo zahrnující fosforečnan nebo pojivo zahrnující fosforečnan, přičemž matrice, tedy zde matrice zahrnující fosforečnan, nejméně zčásti obklopuje a spojuje materiál tvořící jádro nebo základní materiál, resp. jádra tvořící tento materiál nebo obklopená tímto materiálem. Matrice zde tedy zahrnuje nejméně jeden prostředek tvořící pojivo zahrnující fosforečnan (fosfát). Takové pěnové keramiky se také označují jako pěnové keramiky spojené fosforečnanem nebo jako pěnové keramiky na bázi oxidu hlinitého, spojené fosforečnanem. Zpravidla se u fosforečnanem spojených pěnových keramik k břečce přidává dihydrogenfosforečnan hlinitý AKITPOA. který se při vypalování keramiky mění na fosforečnan hlinitý AIPO4.

Takové pěnové keramiky a filtry z takových fosforečnanem spojených pěnových keramik, neboje zahrnující, jsou sice již řadu let zavedeny na trhu, vykazují ovšem řadu nevýhod. Nevýhodný je například zpravidla opravdu vysoký koeficient tepelné roztažnosti tohoto keramického materiálu, který leží nebo může ležet mezi zhruba 8,5*10⁶/K a 8,9*10⁶/K, ve spojení s vysokým modulem pružnosti a jen malou tepelnou vodivostí a z toho vyplývající jen malou odolností vůči tepelným šokům. Tepelná vodivost materiálu filtru je na základě porézní, zčásti amorfní a/nebo polykrystalické struktury filtračního materiálu jen velmi těžko měřitelná. Během děje filtrace může také docházet k napadání fosforečnanové matrice taveninou, takže se dále sníží mechanická pevnost pěnové keramiky. Kromě toho dochází nebo může docházet u takových pěnových keramik po použití jako filtračního materiálu také k tomu, že vzniká monofosfin, cožje jedovatý plyn, který je problematický zejména pro likvidaci použitých filtrů. Také dochází u běžných pěnových keramik často k vynášení částic, což se také označuje jako „sníh“ nebo „křída“ nebo obvykle jako sněžení. Podle druhu použitého prostředku, tvořícího pojivo, může u 17“ filtru, který má hmotnost mezi cca. 3,3 kg a 4,0 kg, docházet k vynášení částic až do 1,2 g, což odpovídá ztrátě materiálu sněžením nebo křídováním o 0,36 %o. I když to je na první pohled jen drobná ztráta materiálu filtru, je to přesto velmi nevýhodné, protož tyto vynesené částice například také mohou přecházet do odlitku, a tam ho mohou svými vlastnostmi nevýhodně ovlivňovat.

Dalším častým problémem při odlévání lehkých kovů, například při výrobě odlitků z hliníku, je zejména výskyt pórů v dílu odlitém z hliníku. Póry jsou zpravidla způsobovány vodíkem, který představuje jediný plyn rozpustný v roztaveném hliníku. Zkoumání ukázala, že volba filtračního materiálu ovlivňuje vytváření pórů a jejich vytváření se dá cíleně minimalizovat. Fankhánel a kol. (Erzmetall 71 (2019), strana 32 a další) například popisuje, že vytváření pórů se dá snížit použitím filtru z keramiky obsahující směs oxidů, která zahrnuje 15 hmota. % spodumenu, cožje LÍAISÍ2O6 a 85 hmota. % AI2O3, ve srovnání s použitím filtračního materiálu z čistého AI2O3. To má být způsobováno vytvářením L1AIH4, takže je při nej menším zredukováno vytváření plynného vodíku, což vedlo k vytváření pórů.

Filtrační materiál obsahující minerál spodumen, který navrhuje Fankhánel a kol., není ovšem výhodný, protože použije-li se spodumen, dochází při výrobě velkoformátové pěnové keramiky k fázové přeměně. Následkem je vytváření trhlin po vypálení pěnové keramiky. Spodumen vykazuje ve srovnání s AI2O3 nižší koeficient tepelné roztažnosti. Z důvodu rozdílů v koeficientech tepelné roztažnosti mezi touto fází s nízkou roztažnosti a AI2O3 dochází v materiálu k výskytu termomechanických napětí, které nakonec může vést k mechanickému selhání takového filtru jeho prasknutím.

-2CZ 2023 - 152 A3

Dále byly navrženy různé pěnové keramiky jako náhrada za známé, na fosforečnan vázané pěnové keramiky. Například americký patentový spis US 8 518 528 B2 popisuje pěnovou keramiku pro použití jako filtrační materiál, například pro odlévání hliníku, přičemž pěnová keramika zahrnuje jádro nebo základní materiál, obsahující křemičitan hlinitý, totiž AI2SÍO5, zejména kyanit, jakož i sklovitý, oxid bóru obsahující materiál, který obklopuje jádrový nebo základní materiál. Sklovitý materiál obklopuje zrna základního materiálu nejméně zčásti a spojuje je spolu, a sice zejména ve formě průchozího, souvisejícího materiálu. Problém vytváření pórů, způsobovaný vodíkem, není zmiňován, tímto způsobem se ovšem může u tohoto filtračního materiálu dosahovat snazší vyhovění požadavkům na ochranu životního prostředí, protože se upouští od fosforečnanu, který má nepříznivější dopady z hlediska likvidace odpadů a ochrany životného prostředí. Také u těchto filtračních materiálů ovšem dochází k výraznému křídování nebo sněžení. Při srovnání pěnových keramik podle US 8 518 528 B2 a běžných fosforečnanem vázaných pěnových keramik se ukazuje zejména, že ty mají výrazně větší vynášení částic. Při pokusu se dalo ukázat, že u filtru o velikosti 17“z pěnové keramiky podle US 8 518 528 B2 se obdrželo vynášení částic činící 1,2 g. U filtru o velikosti 17“ z fosforečnanem vázané pěnové keramiky se naproti tomu ztratilo pouze 0,03 g. Vynášení částic z filtračního materiálu, resp. z pěnové keramiky, je nejen rušivé, protože se tímto způsobem znečišťuje odlitek částicemi, a z toho důvodu se tím mohou nepříznivě ovlivnit výsledné vlastnosti odlitku. Vynášení částic souvisí totiž také přímo s pevností pěnové keramiky. Čím menší je sněžení, tím větší je také pevnost pěnové keramiky. Problém vyvíjení vodíku se v praxi řeší například odplyňovacími jednotkami, které jsou například spolu srovnávány ve zkoumání, které provedl Chesonis a kol., Metal Quality Comparison of Alcan Compact Degasser and SNIF at Alcoa Mount Holly Casthouse (Srovnání kvality kovu z odplyňovacho zařízení Alcan Compact Degasser a zařízení ve slévárně firmy SNIF v lokalitě Alcoa Mount Holly). Koncentrace vodíku se přitom stanovují jednou před odplyňovacím zařízením a jednou za odplyňovacím zařízením.

Rychlost odlévání je zde kolem 36 kg/hodinu. Obsahy vodíku, stanovené při výše uvedeném zkoumání v místě nápichu (taphole) jsou mezi 0,24 a 0,35 ml/100 g. Po odplyňovacím zařízení se obdrží hodnoty jen mezi 0,14 a 0,18 ml/100 g. Tento způsob odlévání je nevýhodný v tom, že je nezbytně potřeba další část konstrukce, tj. odplyňovací zařízení. Obdržené hodnoty obsahu vodíku v roztaveném hliníku jsou přesto nadále relativně vysoké, takže by celkově bylo žádoucí ještě více zredukovat obsah vodíku.

Spis EP 3 508 461 AI popisuje pěnovou keramiku zahrnující AI2O3 jako základní materiál a koloidní S1O2 jako prostředek tvořící pojivo. Pěnová keramika může zahrnovat jako další prostředek tvořící pojivo také borité sklo a/nebo oxid boritý. Tímto způsobem se obdrží filtrační materiál, který má menší obsah přijatého hořčíku po filtraci slitin obsahujících hořčík. Podle EP 3 508 461 AI má mít tam popsaný materiál z pěnové keramiky také menší sklon k vynášení částic ve srovnání s filtry s křemičitany hlinitými jako součástí základního materiálu. Také tento spis se ovšem netýká problému vytváření pórů v odlitku z důvodu vodíku. Dále je z důvodu křemičitanového prostředku tvořícího pojivo také třeba vycházet z toho, že chování co do sněžení, které se popisuje v EP 3 508 461 AI ohledně pěnové keramiky, je horší, než jak to je známo u pěnové keramiky vázané na fosforečnany.

Proto existuje potřeba pěnové keramiky použitelné jako filtrační materiál při odlévání kovů, zejména při odlévání lehkých kovů, například při odlévání hliníku nebo slitin zahrnujících hliník a/nebo hořčík, jakož i potřeba způsobu výroby takové pěnové keramiky, která při nejmenším redukuje vytváření pórů v odlitých dílech z kovu a/nebo s menším vynášením částic a/nebo se zlepšenou mechanickou pevností a/nebo zlepšeným vlivem na životní prostředí, jakož i potřeba způsobu výroby takové pěnové keramiky. Rovněž existuje potřeba filtru pro odlévání neželezných kovů, které zahrnují takovou pěnovou keramiku.

CZ 2023 - 152 A3

Podstata vynálezu

Úkol vynálezu spočívá v poskytnutí pěnové keramiky, která nejméně zčásti překonává problémy ze stavu techniky. Další podoby vynálezu se týkají poskytování filtru zahrnujícího takovou pěnovou keramiku, jakož i způsobu výroby takové pěnové keramiky, jakož i obecně použití pěnové keramiky.

Tento úkol se řeší předmětem nezávislých nároků. Speciální nebo přednostní formy provedení jsou předmětem závislých nároků a jsou dále uvedeny také v jeho popisu.

Vynález se tudíž týká pěnové keramiky zahrnující základní materiál obsahující AI2O3 a přednostně L12O, jakož i matrici zahrnující S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo L12O a/nebo CaO, přičemž se přednostně koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice od sebe liší o nejvýše 6* 10^-6/K, přednostně o nejvýše 5* 10^-6/K, obzvláště přednostně o nejvýše 4* 10^-6/K, zcela obzvláště přednostně o nejvýše 3* 10^-6/K, a nanejvýš obzvláště přednostně o nejvýše 2* 10^-6/K.

Takové uspořádání je nadmíru výhodné, neboť základní materiál, zahrnující AI2O3, má zpravidla velmi dobrou chemickou stabilitu, zejména pro případ, že má být pěnová keramika vhodná pro použití jako filtrační materiál při odlévání kovů, například při odlévání lehkých kovů, jako je odlévání hliníkových tavenin nebo tavenin obsahujících hliník, neboť je známo, že AI2O3, například ve formě kalcinovaného AI2O3, má dobrou odolnost při styku s hliníkovými taveninami. Základní materiál je přednostně k dispozici jako fáze skládající se z částic.

Pěnová keramika obsahuje dále matrici, která zahrnuje S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo L12O a/nebo CaO. Matrice může například jako prostředek tvořící pojivo obsahovat kyselinu křemičitou, například ve formě pyrogenní kyseliny křemičité. Je ale také možné, a může to dokonce být upřednostňováno, aby matrice obsahovala jako prostředek tvořící pojivo koloidní silikasol. V tomto případě může totiž břečka vyrábět obzvláště jednoduše, zejména za použití takového silikasolu, který se například distribuuje pod názvem Levasil, ale také za použití nějakého jiného komerčně dostupného silikasolu. Takové uspořádání matrice, jaké bylo popsáno výše, může být výhodné zejména k redukci vypalovací teploty, a tím může být výhodné z hlediska nákladů a ochrany životního prostředí. K snížení teploty tavení a slinování se může použít například B2O3 jako tavidlo. B2O3 je tudíž další případná součást matrice. Tato matrice může ale také být uspořádána tak, že alternativně nebo navíc k P2O5 zahrnuje (tzv. matrici zahrnující fosforečnan (fosfát)). P2O5 je známá součást prostředků tvořících pojivá pro keramiky, jako jsou pěnové keramiky, zejména jako součást fosforečnanu hlinitého. Takové pěnové keramiky s matricí, které nejméně zčásti obsahují fosforečnan, vykazují jen velmi malé vynášení částic, takže mají vysokou pevnost. Protože ovšem keramiky pojené fosforečnany mají nepříznivý vliv na životní prostředí a bezpečnost práce, je výhodné, když se pěnová keramika podle jedné formy provedení vytvoří tak, že matrice zahrnuje vedle P2O5 také další podíly, zejména S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo L12O a/nebo CaO. Obzvláště přednostně může být součástí matrice L12O. Další obzvláště přednostní součástí matrice může být CaO.

Jinými slovy se podle jedné formy provedení poskytuje pěnová keramika zahrnující základní materiál, který poskytuje AI2O3, jakož i matrici, přičemž tato pěnová keramika obsahuje L12O. Přitom může být L12O přítomen jak jako složka základního materiálu, tak jako složka matrice nebo některé fáze, která tvoří matrici. Ukázalo se, že takové uspořádání pěnové keramiky překvapivě podstatně zlepšuje pevnost pěnové keramiky. Tím se může zejména dále snížit vynášení částic dokonce vůči standardním pěnovým keramikám, tedy pěnovým keramikám spojeným fosforečnany.

Není jasné, proč dochází k tomuto zlepšení pevnosti. Mohlo by tomu být tak, že L12O vede jako složka matrice k lepšímu spojení mezi částicemi základního materiálu, tedy že se zlepšuje koheze materiálu pomocí pevnějšího spojení pojivém.

-4CZ 2023 - 152 A3

Podle další formy provedení se poskytuje pěnová keramika, která zahrnuje základní materiál obsahující AI2O3, jakož i matrici, přičemž tato pěnová keramika obsahuje CaO, přičemž toto CaO obsahuje zejména matrice. Ukázalo se, že také u takového uspořádání se může dosahovat obzvláště dobrá pevnost pěnové keramiky. Zejména se toho může dosahovat, když pěnová keramika obsahuje vedle CaO zejména ještě B2O3 a/nebo S1O2, přednostně B2O3 a SÍO2.

Dále se ukázalo, že s uspořádáním pěnové keramiky, zahrnujícím základní materiál, který zahrnuje AI2O3 a přednostně L12O, jakož i matrici zahrnující S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo L12O a/nebo CaO, se dá dosáhnout obzvláště homogenního koeficientu tepelné roztažnosti. Zejména se jeví jako možné, umožnit takové uspořádání pomocí jistého obsahu CaO v matrici.

Koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice se přednostně od sebe liší o nejvýše 6* 10^_(7K, přednostně o nejvýše 5* 10^-6/K, obzvláště přednostně o nejvýše 4* 10^-6/K, zcela obzvláště přednostně o nejvýše 3*10^-6/K, a nanejvýš obzvláště přednostně o nejvýše 2*10^-6/K. To má za následek, že na ploše, kde spolu hraničí základní materiál resp. na ploše mezi zmy, které tvoří základní materiál nebo kde jsou jím obklopeny, a matricí, se při teplotním přetížení pěnové keramiky, které například nastává při ohřevu filtru pro odlévání kovu, který zahrnuje pěnovou keramiku, vytvářejí menší termomechanická napětí. Jinými slovy se může tímto jednoduchým způsobem překvapivě jednoduše dále snížit známé a rušivé vynášení částic, které je známo u jiných filtračních materiálů. To má také za následek to, že se tímto způsobem mohou obdržet kovové odlitky, zejména odlitky z lehkých kovů, jako například odlitky z hliníku nebo z hliníkových slitin, s menším vynášením částic, a následně se zlepšenou kvalitou, když se taková pěnová keramika používá jako filtrační materiál.

Jinými slovy se podle jedné formy provedení poskytuje pěnová keramika, u které jsou vzájemně sladěny koeficient tepelné roztažnosti základního materiálu a koeficient tepelné roztažnosti matrice, a sice v takové formě, že se tyto koeficienty od sebe liší jen velmi málo. Pěnová keramika má tedy tímto způsobem výsledný koeficient tepelné roztažnosti, který je velmi homogenní.

V rámci předkládaného popisu vynálezu se pod koeficientem tepelné roztažnosti označovaným a rozumí lineární koeficient tepelné roztažnosti. Ten se přitom udává jako střední hodnota v rozsahu teplot od 20 °C do 700 °C, není-li výslovně uvedeno něco jiného. Označení a a 020-700, jakož i koeficient tepelné roztažnosti a lineární koeficient tepelné roztažnosti se v rámci tohoto popisu vynálezu používají jako synonyma. U uvedené hodnoty se jedná o nominální střední koeficienty délkové tepelné roztažnosti. Pokud se tento koeficient stanovuje v rámci předkládaného popisu vynálezu pro sklo, provádí se jeho stanovení podle ISO 7991. Pro keramiku, resp. pro pěnovou keramiku nastává toto stanovení pomocí PU pásků, které se v odpovídající břečce namočí a potom se vypálí. Po vypálení se provede proměření keramických pásků ke stanovení lineárního koeficientu tepelné roztažnosti.

Aby se obdržel obzvláště homogenní výsledný koeficient tepelné roztažnosti pěnové keramiky, může být výhodné, když se koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice pokud možno od sebe málo odlišují. Zejména je možné, aby byly koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice v rámci přesnosti měření stejné.

Vynálezci se domnívají, že by pozorovaný, velmi homogenní koeficient tepelné roztažnosti pěnové keramiky mohl být podle jedné formy provedení způsobován možná výhodným složením pěnové keramiky. Zejména by zde mohl být výhodný obsah LÍ2O a/nebo CaO.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika tudíž L12O, přičemž obsah L12O v pěnové keramice je přednostně nejméně 0,3 hmota. % a zejména přednostně nejvýše 5 hmota. %, obzvláště přednostně nejvýše 0,5 hmota. %. Jednak se ukázalo tak, jak to je výše uvedeno, že obsahem L12O v pěnové keramice se může minimalizovat výskyt pórů, resp. bublin v odlitcích, například v odlitcích z hliníku, resp. v odlitcích z hliníkových slitin nebo ze slitin obsahujících hliník. Tím činí

-5CZ 2023 - 152 A3 obsah L12O v pěnové keramice nejméně 0,3 hmota. %, neboť tímto způsobem je zabezpečeno, že tím může dojít k citelné redukci bublin v odlitcích a tím k dostatečnému getrování vodíku z taveniny neželezného kovu. Obsah L12O v pěnové keramice by ovšem neměl být příliš vysoký, protože se u L12O jedná o drahou surovinu. Také je známo, že jako oxid alkalického kovu snižuje L12O tepelnou stabilita materiálů. Tím činí podle jedné formy provedení obsah L12O v pěnové keramice nejvýše 5 hmota. %, přednostně dokonce nejvýše 0,5 hmota. %. Překvapivě se však ukázalo, že s obsahem LÍ2O v pěnové keramice se může snižovat nejen vznikání bublinek v odlitku, ale daleko více se tím také nanejvýš překvapivým způsobem dále zlepšuje pevnost pěnové keramiky. To se ukazuje na ještě více sníženém křídování/sněžení pěnových keramik obsahujících L12O dokonce oproti známým pevným pěnovým keramikám, jako jsou fosforečnanem pojené pěnové keramiky. Tím je dokonce možné obdržet velmi pevnou pěnovou keramiku, která neobsahuje žádný P2O5. Při nejmenším se však může obsah P2O5 v pěnové keramice snižovat přidáním LÍ2O do pěnové keramiky. To je překvapivé zejména také proto, že sice bylo známo, že pěnové keramiky, které zahrnují minerál spodumen obsahující LÍ2O, jako součást mohu snižovat vytváření bublin v odlitku, ale současně nebyly takové pěnové keramiky dostatečně mechanicky stabilní, což se vysvětlovalo fázovou přeměnou spodumenu v teplotní oblasti použití pěnové keramiky.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika nejméně 0,1 hmota. % CaO a přednostně nejvýše 20 hmota. % CaO, přednostně nejvýše 10 hmota. % CaO a obzvláště přednostně nejvýše 2 hmota. % CaO. To je obzvláště výhodné pro vytváření velmi pevné pěnové keramiky.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika nejméně 67 hmota. % AI2O3 a přednostně nejvýše 95 hmota. % AI2O3. Přednostně zahrnuje pěnová keramika nejméně 72 hmota. % AI2O3. Další forma provedení předpokládá, že pěnová keramika zahrnuje nejméně 75 hmota. % a nejvýše 95 hmota. % AI2O3. AI2O3 je podstatná složka pěnové keramiky podle předkládaného popisu vynálezu, zejména podstatná složka základního materiálu, neboť AI2O3 disponuje tak, jak to bylo již výše rozvedeno, velmi dobrou odolností v typických případech použití pěnové keramiky, například pro filtraci roztaveného kovu, jakým je například roztavený hliník. Podíl AI2O3 však také nesmí být příliš vysoký. Zejména je nutné k zajištění dostatečné mechanické pevnosti pěnové keramiky přidat nejméně jeden prostředek tvořící pojivo, který je obklopen matricí a který je uzpůsoben k tomu, aby při vypalování spolu spojoval zma základního materiálu. Tento nejméně jeden prostředek tvořící pojivo zahrnuje obvykle látku, která je při teplotách vypalování schopna vytvářet vazby k jádrům základního materiálu, a může zejména zahrnovat nejméně jedno tavidlo, tedy prostředek, který snižuje teplotu tavení nebo teplotu slinování. Z důvodu vysoké teploty tavení ale není AI2O3 vhodný jako tavidlo, takže je příliš vysoký obsah AI2O3 u pěnové keramiky nevýhodný. Je sice možné u velmi vysokých teplot vypalování získat keramiku téměř čistě z AI2O3, ekonomicky to ale je jen těžko představitelné, protože z důvodu vysokých teplot při vypalování jsou výsledkem také vysoké výrobní náklady. Tím je obsah AI2O3 v pěnové keramice přednostně ohraničen, a činí přednostně ne více než 95 hmota. %.

Pokud se v rámci předkládaného popisu vynálezu pojednává o složení pěnové keramiky a/nebo o obsahu nějaké konkrétní složky v pěnové keramice a/nebo o určité její součásti, vztahuje se to vždy k obsahu pevné látky v pěnové keramice. Póry se tedy při udávání chemického a/nebo mineralogického nebo krystalografického složení v hmota. % resp. obj. % tedy nikdy nezohledňují.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika mezi nejméně 5 hmota. % S1O2 a přednostně nejvýše 25 hmota. % S1O2, například nejvýše 20 hmota. % S1O2.

S1O2 je složka, která má velmi vysokou stabilitu za vysokých teplot. S1O2 může zejména existovat jako prostředek tvořící pojivo nebo složka prostředku tvořícího pojivo, například když se přidává k břečce, resp. rozplavenině ve formě kyseliny křemičité. Aby se zabezpečila dostačující mechanická pevnost pěnové keramiky prostřednictvím dostatečného spojení nebo stmelení jader základního materiálu, neměl by být obsah S1O2 v pěnové keramice příliš malý, a činí přednostně nejméně 5, přednostně nejméně 10 hmota. %. Příliš vysoký obsah S1O2V pěnové keramice může

-6CZ 2023 - 152 A3 ovšem být rovněž nevýhodný. Zejména je možné to, že bude S1O2 v kontaktu s taveninami neželezných kovů těmito kovy a nejméně zčásti napadán nebo rozpouštěn. To může vést k znečištění například tavenin neželezných kovů, a je to tudíž nepříznivé. Proto je přednostně obsah S1O2 v pěnové keramice ohraničen a činí podle jedné formy provedení nejvýše 25 hmota. %, například zhruba 20 hmota. %.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika více než 15 hmota. % S1O2, zejména více než 18 hmota. % S1O2, přednostně více než 19 hmota. % S1O2 a obzvláště přednostně více než 20 hmota. % S1O2.

Předkládaný popis vynálezu se tudíž týká také pěnové keramiky zahrnující základní materiál, který zahrnuje AI2O3, jakož i matricí, která zahrnuje S1O2, zejména pěnovou keramiku podle forem provedení předkládaného popisu vynálezu, přičemž pěnová keramika obsahuje více než 15 hmota. % S1O2, zejména více než 18 hmota. % S1O2, přednostně více než 19 hmota. % S1O2 a obzvláště přednostně více než 20 hmota. % S1O2 a přednostně nejvýše 25 hmota. % S1O2.

Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika mezi nejméně 0,1 hmota. % B2O3 a přednostně nejvýše 5 hmota. % B2O3. Přednostní oblast pro obsah B2O3 může být nejméně 0,3 hmota. % a přednostně nejvýše 1,5 hmota. %. B2O3 je známé tavidlo, a tudíž je výhodné pro snižování teploty slinování. Tudíž se může snížit teplota, při které se pěnová keramika vypaluje, když tato pěnová keramika obsahuje B2O3. Může být výhodné, když je obsah B2O3 v pěnové keramice nejméně 0,1 hmota. % B2O3 přednostně nejméně 0,3 hmota. % a obzvláště přednostně nejméně 0,5 hmota. %. Obsah B2O3 by ovšem také neměl být příliš vysoký, neboť by tím byla příliš silně ovlivněna pevnost pěnové keramiky za vysoké teploty. Proto je obsah B2O3 v pěnové keramice přednostně ohraničen a činí podle jedné formy provedení přednostně nejvýše 5 hmota. %, ještě přednostněji nejvýše 1,5 hmota. %.

Je ovšem také možné a může tomu tak být podle jedné formy provedení dokonce obzvláště přednostně, když je pěnová keramika v podstatě bez obsahu bóru. Pod v podstatě bór neobsahujícím uspořádání se podle tohoto popisu vynálezu rozumí to, že je obsah B2O3 v pěnové keramice nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost, (0,05 hmota. %), přednostně méně, například nejvýše 300 ppm (0,03 hmota. %), nebo nejvýše 200 ppm (0,02 hmota. %) nebo nejvýše 100 ppm (0,01 hmota. %). V tomto případě se B2O3 vyskytuje jen stopově.

Takové uspořádání pěnové keramiky je například možné prostřednictvím břečky, která neobsahuje žádné výchozí látky obsahující B2O3, například přidané borité sklo, oxid boritý a/nebo kyselinu boritá. Pod výchozími látkami obsahujícím B2O3 se přitom rozumí i obecně takové výchozí látky, ve kterých je bór, resp. B2O3 zahrnut jako podstatná součást, tedy ne pouze jako stopa a/nebo jako nevyhnutelné znečištění. Za výchozí látku obsahující B2O3 se bude považovat taková, u které je obsah B2O3 se výchozí látce více než 1 hmota. %.

B2O3 není jen tavidlo, které se může používat ke snižování teploty slinování. Spíše může případně se vyskytující S1O2 také chránit matrici před roztaveným hliníkem, takže obsah B2O3 v pěnové keramice je výhodou zejména tehdy, když také pěnová keramika zahrnuje S1O2. Alternativně může být výhodné, aby břečka pro výrobu pěnové keramiky obsahovala B2O3, zejména právě u uspořádání pěnové keramiky ve formě, aby obsahovala S1O2, aniž by nutně musela také výsledná pěnová keramika obsahovat B2O3.

B2O3 se může například přidávat do keramického prášku pro výrobu břečky, resp. rozplaveniny jako oxid boritý nebo jako kyselina boritá. To však může být nevýhodné, protože například oxid boritý B2O3 může vést ke gelovatění silikasolu, takže je pak nepříznivá reologie břečky. Proto může být výhodné, když se namísto oxidu boritého nebo kyseliny borité používají jako výchozí materiály jiné látky obsahující bór, které na rozdíl od výše zmíněných sloučenin bóru nevyvolávají výše zmíněné nežádoucí reakce v břečce, nebo když už vyvolávají, tak v podstatně menší míře.

-7 CZ 2023 - 152 A3

B2O3, který působí jako tavidlo, a tudíž může snížit teplotu pro slinování nebo vypalování keramiky, je výhodný z hlediska výrobních nákladů. Proto by zpravidla měl být složkou matrice. Překvapivě se však ukázalo, že je také možné, aby břečka obsahovala B2O3, avšak už ne pěnová keramika, která byla obdržena z břečky zahrnující B2O3. Vynálezci se domnívají, že by to mohlo záležet na tom, že B2O3 v tomto případě působí jako tavidlo, a tudíž pozitivně ovlivňuje slinování keramiky, v dalším průběhu procesu slinování však vyprchá. Zejména to může nastat také v souvislosti s reakcí s dalšími složkami nebo podíly břečky, resp. pěnové keramiky, například v případě břečky zahrnující LÍ2O a B2O3, jak tomu je při vytváření snadno vyprchávajících nebo snadno rozpustných borátů.

Předkládaný popis vynálezu se týká tudíž také pěnové keramiky zahrnující základní materiál, který obsahuje AI2O3, jakož i matrici zahrnující S1O2, zejména pěnovou keramiku podle forem provedení předkládaného popisu vynálezu, přičemž obsah B2O3 pěnové keramiky v pěnové keramice je nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost.

Podle další formy provedení je pěnová keramika až na nevyhnutelné stopy bez P2O5. Jinými slovy se jedná podle jedné formy provedení o pěnovou keramiku nevázanou fosfátem. Pod nevyhnutelnými stopami se přitom v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí obsah P2O5 v pěnové keramice, který je nejvýše 500 ppm P2O5.

Sice jsou tak, jak to bylo výše uvedeno, pěnové keramiky vázané fosforečnanem, na bázi AI2O3 jako základním materiálu a na fosforečnanu hlinitém, například monoortofosforečnanu hlinitém, jako prostředek tvořícím pojivo, zcela zavedené materiály, například pro filtraci tavenin obsahujících hliník, a s nimi se může také docílit vysoká pevnost pěnové keramiky. Přesto může při filtraci takových slitin docházet k tomu, že se vytváří fosfid hlinitý a/nebo - v případě tavenin ze slitin, které obsahují hořčík, - fosfid hořečnatý, který může vždy po použití reagovat například s vodou na monofosfin PH3. Aby se zabránilo vytváření této nebezpečné látky, zejména také s ohledem na zjednodušenou likvidaci filtračních materiálů, může být tudíž výhodné uspořádání pěnové keramiky jako pěnové keramiky nevázané fosforečnanem.

Podle další formy provedení je pěnová keramika vytvořena jako fosforečnanem vázaná pěnová keramika, přičemž obsah P2O5 v pěnové keramice je nejvýše 10 hmota. %, a přednostně nejméně 5 hmota. %. Podle jedné formy provedení je obsah P2O5 nejvýše 7 hmota. % a přednostně nejméně 5 hmota. %. Tímto způsobem se může obdržet pěnová keramika, která má dobrou pevnost, ale u této pěnové keramiky je obsah P2O5 ve srovnání s běžnými pěnovými keramikami snížen, takže se tímto způsobem mohou nejméně zmenšovat problémy s likvidací z důvodu vytváření monofosfinu.

Výhodné zde může být, když pěnová keramika obsahuje ještě LÍ2O, zejména jako součást matrice.

Podle jedné formy provedení je pěnová keramika vytvořena tak, že základní materiál obsahuje aAI2O3. Korund, tj. a-AhCb, má vysokou tepelnou stálost a je to ta nej stabilnější modifikace AI2O3. Navíc je k dispozici ve velkém množství, a tudíž je upřednostňován s ohledem na hlediska nákladů, jakož i z důvodu dobré dostupnosti. Přednostně může být a-AbO; k dispozici jako kalcinovaný aAI2O3.

Jak to je uvedeno výše, je obsah složky LÍ2O u pěnové keramiky výhodný pro ten případ, že se pěnová keramika používá jako filtrační materiál pro odlévání z neželezných kovů. Proto byla například navržena pěnová keramika zahrnující spodumen.

Fankhánel a kol. vycházejí z toho, že getrování vodíku v pěnových keramikách obsahujících spodumen probíhá podle následující rovnice:

LiAlSi₂O₆ + 4 AI + 4 H L1AIH4 + 2 AI2O3 + 2 Si

-8CZ 2023 - 152 A3

Jinými slovy mohou tedy být čistě výpočetně pro jednotku ve vzorci LÍAISÍ2O6, což je spodumen, getrovány čtyři atomy vodíku. L1AIH4 je přitom pevný reakční produkt a nepřispívá ničím k vytváření pórů v odlitku.

Přes tento příznivý vliv na vytváření pórů v odlitcích, přičemž Fankhánel a kol. nejen popisují, že celkově dochází k redukci podílu pórů, nýbrž také, že zůstávající póry jsou také jemnější a jsou lépe rozděleny, se při dalších zkoumání ukázalo, že se pěnové keramiky zahrnující spodumen nemohou v praxi použít. Spodumen totiž vykazuje při slinování keramiky fázovou změnu. Tím není možná výroba velkoformátových filtrů. Zde totiž dochází při fázové změně ke skoku co do objemu z 3,2 g/cm³ na 2,4g/cm³.

Překvapivě se ukázalo, že se lze vyhnout tomuto negativnímu účinku, když se použijí jiné výchozí látky obsahující lithium, totiž zejména výchozí látky obsahující lithium, které při výrobních teplotách, tedy během slinování pěnové keramiky, nevykazují žádný fázový skok, a/nebo výchozí látky obsahující lithium, které nejsou vytvořeny jako řetězový křemičitan (silikát) obsahující lithium.

Vhodné výchozí látky obsahující lithium zahrnují například ostrůvkové křemičitany obsahující lithium, jako je eukryptit, nebo vrstvové křemičitany obsahující lithium, jako je petalit, nebo přednostně anorganické lithiové sloučeniny, které nejsou na bázi křemičitanů, jako jsou například směsné oxidy zahrnující oxid lithný, jakož i nejméně jeden další oxid kovu, například lithiumaluminium-spinel, nebo lithium obsahující soli, například uhličitan lithný. Je ale také možné, aby výchozí látka obsahující lithium existovala jako amorfní materiál, například jako tavidlo zahrnující lithium, například jako skleněná tavenina obsahující lithium nebo jako skleněná frita obsahující lithium, přičemž sklo může být vytvořeno jako silikátové sklo, například také jako borosilikátové sklo. Přednostně jsou přitom výchozí látky obsahující lithium vytvořeny tak, že jsou až na nevyhnutelné stopy, tedy obsahy nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost, přednostně méně, bez fluoru.

To je překvapující, protože tyto materiály, například vrstvové silikáty obsahující lithium, jako například lepidolit K(Li,Al)3[(F,OH)2](Si,Al)40io, nebo petalit LÍAISÍ4O10, vykazují vrstvovou strukturu a jsou známy tím, že se mohou ukládat mezi jednotlivými, z rohového spojení tetraedrů S1O4⁴· vystupujícími vrstvami křemičitanových aniontových molekul a mají velmi dobrou bobtnavost. Proto se vycházelo z toho, že použití takových vrstvových silikátů, obsahujících lithium, by bylo nevýhodné pro stabilitu pěnových keramik, zejména, že by mohlo při vypalování pěnové keramiky docházet k lámání této keramiky, způsobovanému vypuzováním vody.

Kromě toho je rovnice reakce ke getrování vodíku za použití například petalitu jako zdroje lithia méně příznivá ve srovnání s reakcí uvedenou pro spodumen. Pro petalit je tato reakce výpočetně dána rovnicí:

L1AISÍ4O10 + 20 AI + 12 H 3 LÍA1H₄ + 10 AI2O3 + 12 Si.

Cistě výpočetně se tedy mohou také zde pro vzorcovou jednotku minerálu obsahujícího lithium, zde petalitu, getrovat 4 ve vzorci uvedené jednotky vodíku. Tato reakční rovnice je ovšem s ohledem na vznikající vedlejší produkty méně výhodná, protože z reakční rovnice vyplývá, že při této reakci se na jednu jednotku petalitu z tohoto vzorce spotřebovává v tomto vzorci více než 6 jednotek kovového hliníku - oproti pouze 4 jednotkám u odpovídající reakce se spodumenem. Také se uvolňuje dvakrát tolik kovového křemíku.

Odpovídající reakce s lepidolitem se jeví při prvním odhadu ještě kritičtější, neboť zde se může při reakci popřípadě dostat do taveniny ještě draslík a znečistit ji. Zde je také nevýhodný zejména obsah fluoru v lepidolitu.

-9CZ 2023 - 152 A3

Při praktických pokusech se ovšem překvapivě ukázalo, že přes použití vrstvových silikátů obsahujících lithium jako výchozího materiálu při výrobě pěnové keramiky a jako součásti základního materiálu se ve skutečnosti nevyskytují žádné z výše uvedených těžkostí. Vynálezci jsou toho mínění, že to spočívá v tom, že je jen malá část lithia k dispozici pro getrovací reakci, totiž zejména ta, která je umístěna na hraniční ploše pěnové keramiky. Zejména je možné, že má pro mechanizmus vytváření L1AIH4 menší význam přesný druh použité fáze obsahující lithium, zejména přesný druh použité krystalické fáze nebo použitého minerálu. Vynálezci se domnívají, že by to mohlo souviset s tím, že během děje hoření nejméně část relativně mobilního lithia přechází do matrice z krystalické fáze základního materiálu.

Výhodně mohou tudíž být použity vedle vrstvových silikátů obsahujících lithium, jako je zejména petalit, také jiné výchozí látky obsahující lithium, které nejsou vytvořeny jako řetězový silikát obsahující lithium, například materiály, které mohou působit jako tavidlo, jako například soli obsahující oxid lithný, nebo směsné oxidy, například lithiumaluminát. Výhodné se zde totiž rovněž netvoří žádná krystalická fáze obsahující lithium, resp. není jako taková prokazatelná žádná krystalická fáze obsahující lithium. Spíše se v tomto případě lithium jeví jako zejména složka matrice, která nejméně zčásti obklopuje částice základního materiálu. Je ale také možné, aby bylo lithium nejméně zčásti v podobě směsného krystalu, a tím také mohlo být složkou základního materiálu.

Podle jedné formy provedení je matrice nejméně zčásti vytvořena jako sklovitá.

Pod sklovitým vytvořením matrice se rozumí to, že je matrice vytvořena jako amorfní, a přednostně se získává tím, že proběhne nejméně částečné natavení.

Takové vytvoření matrice jako nejméně zčásti sklovité může být obzvláště výhodné. Jednak se může při nejméně částečném natavení nejméně jedné fáze pojivá dosáhnout obzvláště dobrého ze síťování jader základního materiálu, a také sklo obvykle nevykazuje žádné vnitřní struktury, jako například rozhraní se zmy, na kterých by mohlo docházet k vnikání například korozivních látek. Jinými slovy vede nejméně zčásti sklovité vytváření matrice k tomu, že je pěnová keramika jako celek stabilnější, protože jednak vede nejméně zčásti sklovité vytváření matrice k lepšímu spojení základního materiálu, a tedy se zvyšuje jejich koheze, a ale také se snižuje korozivní napadání vytvářením nejméně zčásti sklovité matrice, která je přednostně vytvořena jako inertní vůči materiálům, které jsou s ní ve styku, jako například vůči tekutým neželezným kovům a dalším podílům nebo složkám takových tavenin, jako například vůči korozivním plynům, takže chybějícími hraničními plochami snižuje pronikání korozivních médií k základnímu materiálu.

Podle přednostní formy provedení zahrnuje matrice L12O. Takové uspořádání je výhodné, neboť tímto způsobem se na hraniční ploše mezi pěnovou keramikou a taveninou kovu, přednostně neželezného kovu, zejména taveninou z hliníku nebo slitiny hliníku, která s ní přichází do styku, vyskytuje lithium, které je potřeba pro getrování vodíku.

Podle jedné formy provedení zahrnuje matrice křemičité (silikátové) sklo obsahující lithium a/nebo lithium obsahující borité sklo, přednostně lithium obsahující borosilikátové sklo. Takové uspořádání může být zcela obzvláště výhodné, neboť tímto způsobem se zajišťují nejen výhody sklovitého vytváření matrice a dostupnost lithia na ploše rozhraní pěnové keramiky, na které se lithium dostává do styku s taveninou kovu, která může obsahovat vodík, nýbrž především může být takové uspořádání také obzvláště výhodné, co se týče vytváření pěnové keramiky s navzájem sladěnými koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice. Tak se může koeficient tepelné roztažnosti křemičitého skla a/nebo boritého skla, jakož i borokřemičitých skel měnit obsahem alkalických příměsí, například obsahem oxidu lithného ve sklu, a může činit až více než 10*10⁶/K. Tím je ale také možné zvolit takové složení skleněné fáze, které vykazuje koeficienty tepelné roztažnosti, které jsou přizpůsobeny ke koeficientům tepelné roztažnosti základního materiálu, resp. ke koeficientům tepelné roztažnosti materiálu, který je obklopen základním materiálem, což je zde tedy zejména AI2O3, resp. s ním sladěny. Protože binární alkalická silikátová

-10 CZ 2023 - 152 A3 skla, jako například čisté lithium-silikátové sklo, vykazují zpravidla jen velmi špatnou chemickou stálost, může být výhodné k tomuto sklu přidávat ke zvýšení chemické stability jako další složky oxid boritý B2O3. Také může být výhodné tímto způsobem snížit teplotu vypalování keramiky.

Podle další formy provedení zahrnuje pěnová keramika následující složky v hmota. %, vztaženo na bázi oxidů:

AI2O3 67 až 95, zejména 75 až 95,

Li₂O 0 až 5, přednostně 0,3-5, přednostně 0,3 až 0,5,

S1O2 0 až 25, přednostně 5 až 25, přednostně 10 až 25,

B2O3 0 až 5, přednostně 0,1 až 5, přednostně 0,3 až 1,5 a/nebo přičemž obsah B2O3 je nejvýše

500 ppm, vztaženo na hmotnost,

CaO 0 až 20, přednostně 0,1 až 20, přednostně 0,1 až 10, obzvláště přednostně 0,1 až 2,

P2O5 0 až 10, přednostně nejvýše 10 hmota. %, obzvláště přednostně nejvýše 7 hmota. %, zcela obzvláště přednostně nejvýše 5 hmota. %.

Podle další formy provedení zahrnuje pěnová keramika následující složky v hmota. %, vztaženo na bázi oxidů:

AI2O3 75 až 95,

Li₂O 0 až 5, přednostně 0,3 až 5, přednostně 0,3 až 0,5,

S1O2 0 až 25, přednostně 5 až 25, přednostně 10 až 25,

B2O3 0 až 5, přednostně 0,1 až 5, přednostně 0,3 až 1,5, přičemž obsah B2O3 je nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost a/nebo

CaO 0 až 20, přednostně 0,1 až 20, přednostně 0,1 až 10, obzvláště přednostně 0,1 až 2,

P2O5 0 až 10, přednostně nejvýše 10 hmota. %, obzvláště přednostně nejvýše 7 hmota. % a zcela obzvláště přednostně nejvýše 5 hmota. %.

Údaj o složkách se tím týká v rámci předkládaného popisu vynálezu chemického složení materiálu. Pokud tudíž v rámci předkládaného popisu vynálezu pěnová keramika zahrnuje například 90 hmota. % AI2O3, tak se tomu rozumí tak, že se to týká celkového obsahu oxidu hlinitého v pěnové keramice. Přitom se může v pěnové keramice nacházet AI2O3 jak ve formě AI2O3, tak také ve formě jiných sloučenin, například ve formě křemičitanu hlinitého.

Podle ještě další formy provedení zahrnují pěnové keramiky následující podíly v obj. %, vztaženo na pevné látky:

a-AbO; (korund) křemen kristobalit až 95, 0,8 až 2, 0 až 2.

Pěnová keramika může vedle těchto zmíněných podílů zahrnovat ještě další krystalické fáze, například AIPO4. Podle jedné formy provedení zahrnuje pěnová keramika AIPO4 v krystalické formě, přičemž obsah krystalického AIPO4 v pěnové keramice je přednostně nejméně 3,5 obj. %, a přednostně ne více než 9 obj. %, obzvláště přednostně ne více než 8 obj. %, zcela obzvláště přednostně ne více než 7,5 obj. %.

Ukázalo se, že je takové uspořádání velmi výhodné.

Korund je podle této formy provedení hlavní součástí pěnové keramiky, takže jím je dána velmi dobrá chemická stálost takové pěnové keramiky právě pro použití jako filtrační materiál při odlévání hliníku.

Pěnová keramika zahrnuje dále podle této formy provedení křemen, zejména nízkoteplotní křemen, v obsazích od 0,8 obj. % až do nejvýše 2 obj. %, jakož i případně kristobalit, přičemž obsah

-11 CZ 2023 - 152 A3 kristobalitu v pěnové keramice je ohraničen a přednostně činí nejvýše 2 obj. %. To je výhodné, protože koeficient tepelné roztažnosti kristobalitu je znovu výrazně větší, než krystalického křemene, a u kristobalitu dochází právě v oblasti mezi 200 °C a 300 °C k výraznému nárůstu tepelné roztažnosti. Tepelná roztažnost je v této teplotní oblasti u křemene menší, ovšem výrazně větší, než například u amorfního S1O2 (kyseliny křemičité). U koeficientu tepelné roztažnosti křemene se přitom obvykle udává, že je větší než 10* 10^-6/K, například že je mezi 12 a 16* 10^-6/K. To je již výrazně více, než u koeficientu tepelné roztažnosti korundu, která je kolem zhruba 8* 10' ⁶/K. Vynálezci se domnívají, že koeficient tepelné roztažnosti kristobalitu, který je ve srovnání s křemenem ještě vyšší, může vést k tomu, že se koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu a matrice příliš odlišují, což vede ke snížené pevnosti pěnové keramiky, která se například ukazuje v tzv. křídování/sněžení.

Například se ukázalo, jak to bude také níže ještě jednou objasněno pomocí difraktogramů vybraných pěnových keramik na obr. 1 až 3, že v obvyklých fosforečnanem vázaných pěnových keramikách je k dispozici více kristobalitu, než křemenu. Jinými slovy, převažuje tam v matrici materiál, který se více roztahuje. Běžné pěnové keramiky jsou sice již opravdu pevné, vykazují ale přesto určité vynášení částic. To se může pěnovými keramikami podle forem provedení dle předkládaného popisu vynálezu nejméně snížit.

Křemičitanově vázaná pěnová keramika, mající obsah jednotlivých fází, který je například zobrazen na obr. 2, vykazuje sice ve srovnání s kristobalitem výrazně vyšší podíl křemene, ale tato pěnová keramika zahrnuje ovšem jen velmi málo korundu, a zejména kyanit a boromulit jako dominující krystalové fáze. To je vzhledem k chemické stálosti pěnové keramiky vůči například taveninám hliníku nevýhodné. Z důvodu použití kyseliny křemičité jako suroviny, jakož i při zohlednění vysokých amorfních podílů (viditelných jako zvýšený podklad při nízkých 2Θ hodnotách, také označovaný jako „amorfní hrbol“) je dále nutno také vycházet z toho, že by zde měl existovat vysoký podíl amorfního SÍO2. Tento materiál vykazuje velmi nízké koeficienty tepelné roztažnosti. Tyto silikátově vázané pěnové keramiky vykazují vysoké vynášení částic, a tedy jen malou pevnost. Máše zato, že to způsobuje nebo by mohl způsobovat zejména nepříznivý poměr koeficientů tepelné roztažnosti základního materiálu (zhruba 7* 10^_6/K) a matrice (která by mohla vykazovat vysoký obsah podílů s nízkou tepelnou roztažnosti, jako amorfního SÍO2).

Pod součástí pěnové keramiky se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí pěnovou keramikou obklopená pevná fáze, například sklovitá fáze nebo krystalická fáze.

Podle další formy provedení vykazuje pěnová keramika výsledný lineární koeficient tepelné roztažnosti nejméně 7*10^-6/K, přednostně nejméně 7,5*10^-6/K, a ještě přednostněji nejvýše 9*10’ ⁶/K, zcela nejvíce přednostně nejvýše 8,5* 10^-6/K.

Předkládaný popis vynálezu se týká také způsobu výroby pěnové keramiky, přednostně pěnové keramiky podle forem provedení dle předkládaného popisu vynálezu, který zahrnuje kroky:

poskytování přednostně vodné břečky, zahrnující AI2O3, zahrnující výchozí materiál a S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo LÍ2O a/nebo CaO zahrnující výchozí materiál, nasakování břečky do pěny s otevřenými póry, zejména polymemí pěny s otevřenými póry, takže se obdrží pěna pokrytá vrstvou břečky. To může nastávat přednostně způsobem impregnování ve válcovací stolici, například s profilovanými válci. To je obzvláště výhodné, protože tímto způsobem se umožňuje obzvláště rovnoměrné impregnování pěny účinným způsobem. Rovnoměrné impregnování pěny materiály, které vytvářejí keramiku, přispívá přitom výhodným způsobem k vzniku mechanicky stabilní pěnové keramiky, sušení pěny, takže se obdrží polotovar tělesa z pěnové keramiky. Toto sušení může nastávat při zvýšených teplotách, například o 100 °C, neboť tímto způsobem je možné

-12 CZ 2023 - 152 A3 rychlé vypaření vody obsažené v břečce. Rovněž se mohou zvolit vyšší teploty než 100 °C, neměly by ale být příliš vysoké, aby se zabránilo degeneraci pěny ze syntetické hmoty. Zde jsou výhodné zejména teploty sušení, které jsou nižší, než 140°C, přednostně vytváření povlaku na usušeném polotovaru filtru, tj. stříkání viskózní, stříkatelné břečky na usušený polotovar filtru, přednostně vypalování polymemí pěny, jakož i slinování polotovaru tělesa za obdržení pěnové keramiky, což může nastávat výhodně při teplotách mezi 850 °C a 1300 °C po dobu trvání přednostně od nejméně jedné hodiny až do přednostně nejvýše čtyř hodin. Doby ohřevu a doby ochlazování při vypalování mohou pokaždé být přednostně nejméně 10 minut a až 100 minut.

Pod břečkou se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí směs zahrnující práškovitý výchozí materiál nebo materiály, jakož i kapalná fáze, zejména vodná fáze, pro výrobu keramiky. Tato břečka se může také nazývat kaše nebo rozplavenina nebo suspenze.

Pod polotovarem (Grůnkórper) se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí nevypálený polotovar. Zejména se může pod polotovarem rozumět polotovar, který byl zhotoven z břečky jejím odlitím, a který je slepen prostředkem tvořícím pojivo, přičemž prostředkem tvořícím pojivo může být zejména také organický prostředek tvořící pojivo.

Pod silikátovým (křemičitým) sklem se rozumí amorfní materiál získaný procesem tavení, který jako prostředek tvořící síť zahrnuje S1O2.

Pod boritým sklem se rozumí amorfní, tavným procesem obdržený materiál, který jako prostředek tvořící síť zahrnuje B2O3.

Skla, která jako prostředek tvořící síť zahrnují S1O2 a B2O3, se často nazývají borosilikátová skla.

Pojem prostředku tvořícího síť se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí ve smyslu podle fýzika Zachariasena.

Podle další formy provedení zahrnuje břečka frity ze silikátového skla nebo frity z boritého skla, přednostně frity z borosilikátového skla.

To je výhodné zejména také proto, že tímto způsobem B2O3 jako složka pěnové keramiky tak, jak to bylo výše uvedeno, dokonce snižuje vypalovací teplotu, ale je třeba se vyhnout použití těch výchozích materiálů, které mohou vést ke gelovatění břečky, a tím k nepříznivé reologii, například k silnému zvýšení viskozity břečky.

Pod skleněnou fritou (Glasfritte) se v rámci předkládaného popisu vynálezu rozumí zejména práškovitý, sklovitý materiál, který byl obdržen procesem tavení se závěrečným prudkým zchlazením tekuté taveniny, jakož i s návazným procesem zdrobňování, například s mletím. Takové skleněné prášky se mohou používat zejména jako prostředky tvořící pojivo, například pro emailové barvy nebo jako letovací sklo pro výrobu spojů mezi složkami, které se mají spojit.

Použití frit jako výchozího materiálu pro matrici keramiky může být výhodné také proto, že procesem, který předtím proběhl u výroby frit, již proběhlo intenzivní promíchání složek frit na molekulární úrovni, totiž natavením výchozích materiálů roztaveného skla s následným čiřením a homogenizováním taveniny. Jinými slovy se použitím frit, například skleněné frity, při nejmenším zmenší výskyt větších nehomogenit v pěnové keramice, například v matrici pěnové keramiky, neboť ve skleněné tavenině dochází během děje tavení již k homogenizování a rovnoměrnému rozdělování jednotlivých složek směsi použité k výrobě skla.

-13 CZ 2023 - 152 A3

Podle další formy provedení zahrnuje břečka výchozí materiál obsahující lithium, přednostně výchozí materiál obsahující lithium, který není řetězový silikát obsahující lithium nebo který ho zahrnuje, zejména ostrůvkové silikáty obsahující lithium, jako je eukryptit, nebo vrstvové silikáty obsahující lithium, jako je petalit, nebo zejména anorganické nesilikátové lithiové sloučeniny, jako například směsné oxidy zahrnující oxid lithný, jakož i nejméně jeden další kovový oxid, například lithiohlinitý spinel, nebo soli obsahující lithium, například uhličitan lithný, nebo tavidlo zahrnující lithium, například skelné tavidlo obsahující lithium nebo skleněné frity obsahující lithium, přičemž sklo může být vytvořeno jako silikátové sklo, například také jako borosilikátové sklo, přičemž přednostně jsou přitom výchozí látky obsahující lithium vytvořeny tak, že jsou až na nevyhnutelné stopy, tedy obsahy nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost, přednostně méně, bez fluoru, obzvláště přednostně lithium obsahující vrstvový silikát a/nebo lithium obsahující sklo.

To je obzvláště výhodné pro výrobu pěnové keramiky obsahující lithium. Přednostně je výchozí materiál obsahující lithium vytvořen jako vrstvový silikát a/nebo jako sklo obsahující lithium. Jinými slovy je také možné a může tomu dokonce přednostně tak být, když břečka obsahuje více než jeden výchozí materiál obsahující lithium.

Přídavek výchozího materiálu obsahujícího lithium je zejména výhodný pro výrobu pěnové keramiky, která je vhodná pro snížení výskytu bublin v odlitcích z neželezných tavenin kovů.

Přitom je použití vrstvového silikátu obsahujícího lithium a/nebo skla obsahujícího lithium výhodné, protože tímto způsobem se zabraňuje vytváření fází s nepříznivými koeficienty tepelné roztažnosti a/nebo s fázovými změnami v oblasti teploty při používání, jako je například vytváření spodumenu. Zejména je tímto způsobem možné snížit vytváření krystalické fáze obsahující lithium. Pod tím se rozumí to, že se v rentgenovém difraktogramu nedá identifikovat žádná krystalická fáze obsahující lithium. Není ale vyloučeno, aby lithium vytvářelo nejméně zčásti směsné krystaly s dalšími krystalickými fázemi obklopenými pěnovou keramikou. To ale v difraktogramu patrné není. Vynálezci se ovšem domnívají, že by se lithium mělo převážně vyskytovat jako součást amorfní matrice. To naznačují nejméně rentgenografická šetření, u kterých byly zkoumány a spolu srovnávány pěnové keramiky různého složení, zejména co se týče matrice. Zatímco například běžná, fosforečnanem vázaná pěnová keramika má velmi nízký amorfní obsah, je například amorfní obsah pěnové keramiky zahrnující L12O zvýšen. Odpovídající rentgenové difraktogramy jsou znázorněny v následujících obrázcích.

Podle další formy provedení nezahrnuje břečka žádnou výchozí látku obsahující B2O3, například žádné borité sklo, žádný oxid boritý a/nebo žádnou kyselinu boritou. Pod výchozími látkami obsahujícími B2O3 se přitom obecně rozumí takové výchozí látky, ve kterých je bór, resp. B2O3 obsažen jako podstatná součást, tedy ne pouze stopově a/nebo jako nevyhnutelné znečištění. Výchozí látka obsahující B2O3 se bude vyskytovat u obsahu výchozí látky B2O3 více než 1 hmota. 0/ /0.

Břečka může zahrnovat ještě další výchozí látky.

K cílenému nastavení reologie břečky může tato břečka například obsahovat jednu nebo více dalších látek. Břečka může například k nastavení reologie obsahovat zejména jílový minerál, jako například bentonit. Také se mohou ke zlepšení zpracovatelnosti břečky přidávat přísady, jako například ztekucovací přísady. Takové přísady jsou odborníkovi v oboru známá. Často jsou organická a při vypalování se rozpadají.

K zajištění dostatečné mechanické stability základního tělesa je dále možné, aby břečka zahrnovala další výchozí látky, například organické a/nebo polymemí pojivá, která dbají na dostatečnou pevnost nevypálených polotovarů.

-14 CZ 2023 - 152 A3

Břečka může také zahrnovat přísady pro zlepšení zpracovatelských vlastností břečky, například přísadu pro odpěnění a/nebo odvzdušnění a/nebo přísady, která zlepšují zesíťování pevné látky.

Předkládaný popis vynálezu se týká dále také filtru pro filtraci tavenin z neželezných kovů, 5 zejména tavenin lehkých kovů, přednostně tavenin obsahujících hliník, zahrnujícím pěnovou keramiku podle výše popsaných forem provedení a/nebo vyrobených nebo vyrobitelných způsobem podle některého z předchozích forem provedení.

Příklady

Vynález se v následujícím dále objasňuje pomocí příkladů.

Příklad 1

Příkladné složení břečky pro výrobu křemičitanem spojené pěnové keramiky je uvedeno v následující tabulce v hmota. %:

anorganické pojivo	20 %	koloidní S1O2 (silikasol)
rheologická přísada	3 %	bentonit
organické pojivo	1,5 %	butyl-methakrylátový kopolymer, např. luhydran
hlavní materiál	40 %	kalcinováná jílová hlinka (AI2O3)
vedlejší materiál	15 %	petalit
anorganické pojivo	c 0/ J /0	frita boritého skla
anorganické pojivo	CO/ J /0	kyselina boritá (H3BO3)
ztekucovací přísada	0,1 %
voda	10,4 %

Frita boritého skla může přitom mít přednostně následující složení, v hmota. %, vztaženo na bázi 20 oxidů:

SiO2	53
AI2O3	14,4
FC2O3	0,2
25 MgO	0,5
B2O3	7,5
Na20	0,3
CaO	23
K2O	0,4
30 ostatní	0,7

Jsou ale také možná jiná složení frit. Například se mohou také použít frity, které neobsahují žádný SÍO2. Ovšem takové frity, které například zahrnují pouze CaO, AI2O2 a B2O3 jako složky, jsou často velmi agresivní a mohou se tudíž dobře zpracovávat. Výhodné je tudíž, když je frita boritého 35 skla vytvořena jako silikátová frita boritého skla. To zlepšuje také zpracovatelnost břečky.

-15 CZ 2023 - 152 A3

S takovou břečkou se může obdržet pěnová keramika s následujícím složením (údaje jsou v hmota. %):

hlavní materiál	54 %	kalcinovaná hlinka (AI2O3)
vedlejší materiál	20 %	petalit
pojivo	9%	SiO2
pojivo	7%	borité sklo
pojivo	6%	B2O3
reologická přísada	4%	bentonit

Kalcinovaná hlinka je k dispozici chemicky jako AI2O3, a sice v modifikaci korund (a-AbOfi. Petalit jako takový již překvapivě není prokazatelný v rentgenovém difraktometrickém měření. Vynálezci se domnívají, že petalit při vypalování mění svoji formu tak, že vytváří část amorfní matrice. Například se může tedy tímto způsobem vytvářet matrice zahrnující lithium. Také bentonit při vypalování reaguje a stane se součástí matrice.

Příkladné chemické složení, uvedené v hmota. %, vztaženo na bázi oxidů, u fosforečnanem nevázané pěnové keramiky, která byla obdržena s břečkou podle předchozího složení, je následující:

složka	obsah v hmota. %
AI2O3	77,9
SiO2	20,4
TiO2	0,07
FC2O3	0,14
CaO	0,16
K2O	0,12
MgO	0,09
MnO	0,01
Na2O	0,44
B2O3	0,01
Li2O	0,48
Cr2O3	0,01
P2O5	0,07
V2O5	<0,01
ZnO	<0,01
ZrO2	0,06
součet	100
ztráta při vyžíhání	0,09

Složení bylo přitom stanoveno výpočtem pomocí RFA a analýzy ICP, vztaženo na vyžíhaný materiál. Obsahy podílů B2O3 a L12O byly přitom stanoveny pomocí ICP-OES.

Přitom se v příkladu 1 jedná o pěnovou keramiku, která byla obdržena z břečky s výchozí látkou obsahující B2O3, která ovšem obsahuje jen stopy B2O3. Vynálezci vycházejí z toho, že pěnová keramika takového složení se dá také obdržet z břečky, která nezahrnuje žádné výchozí látky obsahující B2O3. Mohlo by tomu ale být tak, že právě v použití výchozí látky obsahující B2O3 budou spočívat výhody co do struktury výsledné pěnové keramiky a/nebo způsobu výroby.

Příklad 2

Další příkladné složení břečky k výrobě fosforečnanem vázané pěnové keramiky je dán v předkládané tabulce:

-16 CZ 2023 - 152 A3

pojivo	13 %	monofosforečnan hlinitý (AIPO4)
zkapalňovací systém	0,1 %
voda	12%
hlavní složka	61 %	kalcinovaná hlinka (AI2O3)
vedlejší složka	11 %	petalit
reologická přísada	1,3 %	bentonit
pevnost zvyšující přísada	1,6 %	bóhmit (A100H)

S takovou břečkou se může obdržet pěnová keramika s následujícím složením:

pojivo	7%	mono dihydrogenfosforečnan hlinitý AIH2PO4
hlavní složka	76%	kalcinovaná hlinka AI2O3
vedlejší složka	13,5 %	petalit
reologická přísada	1,7 %	bentonit
pevnost zvyšující přísada	1,8 %	bóhmit A100H

Bentonit se přitom při vypalování mění a reaguje s fosforečnanem, čímž se vytváří fosforečnan hlinitý. Také zde již není petalit jako takový prokazatelný v měření pomocí XRD.

Příkladné chemické složení pěnové keramiky, uvedené v hmoto. %, vztaženo na bázi oxidů, které bylo získáno z břečky tak, jak to bylo uvedeno výše, je následující:

složka	obsah v hmota. %
AI2O3	81,0
SiO2	10,9
TiO2	0,01
FC2O3	0,14
CaO	0,14
K2O	0,15
MgO	0,02
MnO	<0,01
Na2O	0,48
Li2O	0,54
Cr2O3	<0,01
P2O5	6,54
SO3	<0,01
ZnO	0,01
ZrO2	<0,01
součet	100
ztráta žíháním	0,14

Složení bylo přitom stanoveno výpočtem pomocí RFA, a vztaženo na vyžíhaný materiál.

Příklad 3

Příklad břečky pro další pěnovou keramiku podle jedné formy provedení, zde zahrnující B2O3, L12O a S1O2, je uveden v následující tabulce:

- 17 CZ 2023 - 152 A3

anorganické pojivo	17%	koloidní S1O2 (silika sol)
reologická přísada	3 %	bentonit
organické pojivo	1,3 %	butylmetakrylátový kopolymer
hlavní materiál	52%	kalcinovaná hlinka (AI2O3)
vedlejší materiál	10%	petalit
anorganické pojivo	7%	bórové sklo
anorganické pojivo	0,6 %	kyselina
zkapalňovač	0,1 %
voda	9,0 %

S filtry podle forem provedení dle předkládaného popisu vynálezu byly provedeny různé odlévací pokusy, u kterých se také stanovoval obsah vodíku v roztaveném hliníku a za filtrem. Zejména to bylo provedeno u filtrů zahrnujících lithium, tedy uzpůsobených pro getrování vodíku. Výsledky tohoto getrování jsou krátce shrnuty níže:

Na začátku odlévání byl obsah vodíku před filtrem 0,502 ml/100 g hliníku, za boxem s filtrem 0,321 ml/100 g hliníku. Ke konci odlévání byl obsah před boxem s filtrem 0,474 ml/100 g hliníku, za boxem s filtrem 0,343 ml/100 g hliníku. Doba odlévání byla cca. 130 minut při průtoku 26 kg/minutu. Odlévala se slitina 5083 (Mg 4,5).

Snížení obsahu vodíku filtrem opatřeným lithiem jsou tedy řádově stejná, jako ta, který byla obdržena pomocí odplyňovače (viz také výše uvedenou diskusi kolem výsledků autorů Chenisola a kol.).

Objasnění výkresů

V následujícím se vynález dále objasňuje pomocí obrázků, na kterých znázorňují:

obr. 1 až 3 snímky XRD pro různé pěnové keramiky, jakož i obr. 4 křivky z dilatometru pro různé pěnové keramiky, obr. 5 schematické znázornění příčného průřezu pěnovou keramikou.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 znázorňuje první snímek XRD, znázorňující první běžnou pěnovou keramiku vázanou fosforečnanem. Kvantitativní vyhodnocení tohoto difraktogramu poskytuje následující obsahy jednotlivých fází: 90,5 obj. % a-AbO; (korund), 6,4 obj. % S1O2 (kristobalit) 2,8 obj. % AIPO4 a 0,2 obj. % S1O2 (křemen). Obsah fáze amorfního materiálu, který se odhaduje podle vytváření zvýšeného množství rentgenového záření, které se odráží v oblasti úhlů od 2Θ až zhruba do 30°, je zde velmi malý.

Na obr. 2 je snímek XRD znázorňující na trhu prodávaný filtrační materiál vázaný pomocí SÍO2. Z vyhodnocení vyplývá, že tento materiál zahrnuje pouze 5,8 obj. % AI2O3 ve formě korundu a 0,4 obj. % S1O2 jako kristobalit. Protože se jedná o filtrační materiál, který není vázaný fosforečnanem, nemůže se také stanovit žádný AIPO4. Obsah S1O2 ve formě křemene je zde 6,7 obj. %, a je tedy ve srovnání s fosfátem vázanou pěnovou keramikou vyšší. Pěnová keramika dále zahrnuje 34,2 obj. % AI2S1O5 jako kyanit, jakož i 52,9 obj. % boromulitu s předpokládaným složením Afi.sSio.gBo.óOg^· Ve srovnání s běžnou pěnovou keramikou vázanou fosforečnanem je dále nápadný vedle velmi rozdílného obsahu fází a výskytu fází, které v pěnové keramice vázané fosforečnanem nejsou vůbec obsaženy, výrazně zvýšený obsah amorfního materiálu (který je viditelný jako „amorfní hrb“ zejména v úhlové oblasti mezi 16° a 30° 2Θ).

-18 CZ 2023 - 152 A3

Obr. 3 znázorňuje snímek XRD pěnové keramiky podle formy provedení, která odpovídá příkladu 2 podle předkládané přihlášky. Jedná se přitom o pěnovou keramiku, která zahrnuje P2O5, jakož i také LÍ2O. Vyhodnocení difraktogramu udává následující obsah fází: 90,4 obj. % AI2O3, 1,6 obj. % S1O2 (kristobalit), jakož i 6,9 obj. % AIPO4 a 1,1 obj. % S1O2 (křemen). Podklad difraktogramu v úhlové oblasti až 30° 2Θ je lehce zvýšen ve srovnání s difraktogramem dle obr. 1, a proto je obsah amorfní fáze zde trochu vyšší, než jak tomu je u běžné pěnové keramiky vázané fosforečnanem. Posuvy v oblastech fází se ovšem ukazují v takové formě, že materiál podle formy provedení dle předkládaného popisu vynálezu vykazuje méně kristobalitu, za to trochu více křemene a výrazně více krystalického AIPO4. Překvapivě není v difraktogramu prokazatelná žádná krystalická fáze zahrnující LÍ2O. Vynálezci se domnívají, že L12O existuje ve srovnání s běžnými pěnovými keramikami vázanými fosforečnanem jako součást zvýšené amorfní fáze. Takový filtrační materiál vykazuje obzvláště dobrou pevnost, zejména je například ještě více zredukováno sněžení ve srovnání s běžnými pěnovými keramikami vázanými fosforečnanem.

Také je překvapivé, že tento materiál vykazuje přes krystalograficky prokazatelný vyšší obsah fáze AIPO4 přesto menší objemový skok při výrobě, než jak tomu je u běžného filtračního materiálu vázaného fosforečnanem. To je překvapivé zejména proto, že se tento objemový skok, který činí obvykle zhruba 2 až 3 %, se odůvodňuje změnou berlinitu, resp. AIPO4, která nastává při zhruba 200 °C. Jak je to patrné z obr. 4, na kterém jsou křivky z dilatometru (získané podle DIN 510451:2005-08 a DIN 51045-2:2009-04, přičemž zde rychlost ohřevu byla odchylně od normy 10 K/min) pro běžnou pěnovou keramiku vázanou fosforečnanem (odpovídající pěnové keramice charakterizované na obr. 1), která se zde označuje číslicí 1.), jakož i pro pěnovou keramiku podle formy provedení, která odpovídá co se týče obsahu fází pěnové keramice, která je charakterizována na obr. 3, která se zde označuje číslicí 2.), je objemový skok při zhruba 200 °C, který ukazuje na fázovou přeměnu při 200 °C, u pěnové keramiky 2.) podle formy provedení vynálezu, výrazně snížen.

Příčina toho není zcela pochopena, vynálezci se však domnívají, že by to možná mohlo souviset s chemickým složením zejména matrice, možná také s tím, že matrice pro pěnové keramiky podle předkládaného vynálezu vykazuje vyšší obsah amorfní fáze, než běžná fosforečnanem vázaná pěnová keramika. Přitom se ale zdá, že samotná existence amorfní fáze významná není, nýbrž že jde také o vhodné chemické složení, neboť malý objemový skok pro pěnovou keramiku podle forem provedení vede k zlepšené pevnosti, která se mimo jiné projevuje ve sníženém křídování pěnové keramiky. Pěnová keramika nevázaná fosforečnanem, znázorněná na obr. 2, sice vykazuje také amorfní fázi, zejména také s větším podílem než pěnová keramika podle formy provedení na obr. 3, resp. charakterizovaná křivkou 2 na obr. 4. Právě taková pěnová keramika se ovšem vyznačuje spíše malou pevností, která se také ukazuje na značném vynášení částic. Právě v souhře vhodného složení pěnové keramiky, zejména také matrice, a ve vytváření vhodných krystalických fází, se tím dosahují výhodné vlastnosti pěnových keramik podle forem provedení podle vynálezu. Obr. 5 znázorňuje v příčném řezu schematicky pěnovou keramiku 3 podle jednoho příkladu provedení. Tato pěnová keramika 3 zahrnuje pevnou fázi 4, jakož i póry 5.

Claims (22)

1. Pěnová keramika (3) zahrnuj ící:

- základní materiál obsahující AI2O3 a přednostně LÍ2O, jakož i

- matrici obsahující S1O2 a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo LÍ2O a/nebo CaO, přičemž se přednostně koeficienty tepelné roztažnosti základního materiálu liší od koeficientů tepelné roztažnosti matrice o nejvýše 6* 10^-6/K, přednostně o nejvýše 5* 10^-6/K, obzvláště přednostně o nejvýše 4* 10^-6/K, zcela obzvláště přednostně o nejvýše 3* 10^-6/K, a nanejvýš obzvláště přednostně o nejvýše 2* 10^-6/K.

2. Pěnová keramika (3) zahrnující:

- základní materiál obsahující AI2O3, jakož i

- matrici obsahující S1O2, zejména pěnovou keramiku (3) podle nároku 1, přičemž pěnová keramika (3) obsahuje více než 15 hmota. % S1O2, zejména více než 18 hmota. % S1O2, přednostně více než 19 hmota. % S1O2 a obzvláště přednostně více než 20 hmota. % S1O2 a přednostně nejvýše 25 hmota. % S1O2.

3. Pěnová keramika (3) zahrnuj ící:

- základní materiál obsahující AI2O3, jakož i

- matrici obsahující S1O2, zejména pěnovou keramiku (3) podle nároku 1 nebo nároku 2, přičemž obsah B2O3 v pěnové keramice (3) je nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost.

4. Pěnová keramika podle některého z nároků 1 až 3, přičemž pěnová keramika (3) obsahuje L12O, přičemž obsah LÍ2O v pěnové keramice je přednostně nejméně 0,3 hmota. % a zejména přednostně nejvýše 5 hmota. %, obzvláště přednostně nejvýše 0,5 hmota. %.

5. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 4, zahrnující nejméně 0,1 hmota. % CaO a přednostně nejvýše 20 hmota. % CaO.

6. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 5, zahrnující nejméně 67 hmota. % AI2O3 a přednostně nejvýše 95 hmota. % AI2O3.

7. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 6, zahrnující nejméně 75 hmota. % AI2O3 a přednostně nejvýše 95 hmota. % AI2O3.

8. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 7, zahrnující nejméně 5 hmota. % S1O2, přednostně nejméně 10 hmota. % S1O2, a přednostně nejvýše 25 hmota. % S1O2.

9. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 8, zahrnující mezi nejméně 0,1 hmota. % B2O3 a přednostně nejvýše 5 hmota. % B2O3.

10. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 9, přičemž pěnová keramika (3) je až na nevyhnutelné stopy bez P2O5. nebo přičemž je pěnová keramika (3) vytvořena jako fosforečnanem vázaná pěnová keramika (3), přičemž obsah P2O5 v pěnové keramice (3) je nejvýše 10 hmota. % a přednostně nejméně 5 hmota. %, a přičemž přednostně pěnová keramika (3) obsahuje LÍ2O, zejména jako součást matrice.

11. Pěnová keramika podle některého z nároků 1 až 10, přičemž pěnová keramika (3) obsahuje nejméně 0,1 hmota. % CaO a přednostně nejvýše 20 hmota. % CaO.

12. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 11, přičemž základní materiál zahrnuje aAI2O3.

-20CZ 2023 - 152 A3

13. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 12, přičemž matrice je nejméně zčásti vytvořena jako sklovitá.

14. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 13, přičemž základní materiál je v částicové formě.

15. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 14, přičemž matrice obsahuje LÍ2O, přednostně křemičité sklo obsahující lithium, a/nebo borité sklo obsahující lithium, obzvláště přednostně borokřemičité sklo obsahující lithium.

16. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 15, zahrnující následující složky v hmota. 0/ .

/0.

AI2O3 67 až 95, přednostně 75 až 95, lí₂o 0 až 5, přednostně 0,3-5, přednostně 0,3 až 0,5,

S1O2 0 až 25, přednostně 5 až 25, přednostně 10 až 25,

B2O3 0 až 5, přednostně 0,1 až 5, přednostně 0,3 až 1,5, přičemž obsah B2O3 je nejvýše 500 ppm, vztaženo na hmotnost, a/nebo

CaO 0 až 20, přednostně 0,1 až 20, přednostně 0,1 až 10, obzvláště přednostně 0,1 až 2

P2O5 0 až 10, přednostně nejvýše 10 hmota. %, přednostně nejvýše 7 hmota. %, obzvláště přednostně nejvýše 5 hmota. %.

17. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 15, zahrnující následující podíly v obj. %, vztaženo na podíl pevných látek:

a-AbO; (korund) 85 až 95 křemen 0,8 až 2 kristobalit 0 až 2

18. Pěnová keramika (3) podle některého z nároků 1 až 17 s lineárním koeficientem tepelné roztažnosti nejméně 7*10^-6/K, přednostně nejméně 7,5*10^-6/K, a ještě přednostněji nejvýše 9*10’ ⁶/K, zcela nejvíce přednostně nejvýše 8,5* 10^-6/K.

19. Způsob výroby pěnové keramiky (3), zejména pěnové keramiky (3) podle některého z nároků 1 až 18, zahrnující kroky:

- poskytování přednostně vodné břečky zahrnující AI2O3, který zahrnuje výchozí materiál a SÍO2a/nebo B2O3 a/nebo P2O5 a/nebo LÍ2O a/nebo CaO, který zahrnuje výchozí materiál,

- nasakování břečky do pěny s otevřenými póry, zejména do polymemí pěny s otevřenými póry, takže se obdrží pěna opatřená vrstvou břečky,

- sušení pěny, takže se obdrží těleso, které je polotovarem pro pěnovou keramiku,

- přednostně opatřování usušeného polotovaru filtru vrstvou, tj. postřikování usušeného polotovaru filtru viskózní, stříkatelnou břečkou, - přednostně vypalování polymemí pěny, jakož i

- slinování tělesa, které je polotovarem za získávání pěnové keramiky (3).

20. Způsob podle nároku 19, přičemž, břečka obsahuje skleněnou frita, přednostně frita z křemičitého skla nebo frita z boritého skla, obzvláště přednostně frita z boritokřemičitého skla, přičemž skleněná frita obsahuje přednostně jako složku LÍ2O.

21. Způsob podle některého z nároků 19 nebo 20, přičemž břečka obsahuje výchozí materiál, který obsahuje lithium, přednostně výchozí materiál obsahující lithium, který není nebo neobsahuje řetězový silikát obsahující lithium, zejména lithium obsahující ostrůvkové silikáty, jako eukryptit, nebo lithium obsahující vrstvové silikáty, jako je petalit, nebo zejména anorganické nesilikátové lithiové sloučeniny, jako například směsné oxidy zahrnující oxid lithný, jakož i nejméně jeden další oxid kovu, například lithium-hliníkový spinel, nebo lithium obsahující soli, například uhličitan lithný nebo lithium zahrnující taveními, například lithium obsahující skleněnou taveninu nebo lithium obsahující skleněné frity, přičemž sklo může být vytvořeno jako křemičité sklo, například také jako borokřemičité sklo, přičemž přednostně jsou lithium obsahující výchozí látky přitom vytvořeny tak, že jsou až na nevyhnutelné stopy, tedy obsahy nejvýše 500 ppm, vztaženo na

-21 CZ 2023 - 152 A3 hmotnost, přednostně méně, bez fluoru, obzvláště přednostně lithium obsahující vrstvový silikát a/nebo lithium obsahující sklo.

22. Filtr pro filtraci tavenin z neželezných kovů, zejména tavenin z lehkých kovů, přednostně tavenin obsahujících hliník, zahrnujících pěnovou keramiku podle některého z nároků 1 až 18 a/nebo 5 vyrobených nebo vyrobíteIných způsobem podle některého z nároků 19 až 21.