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Verfahren zum Sintern von keramischem Gut in einer Wirbelschicht Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sintern von keramischem Gut in einer
Wirbelschicht, in der sich außer dem zu sinternden Gut noch ein anderer kornförmiger
Stoff befindet, der sich gegenüber jenem wie ein inerter Stoff verhält.
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Wie bekannt, werden keramische Gegenstände gewöhnlich dadurch hergestellt,
daß ein gegebenenfalls vorbehandeltes Ausgangsmaterial, dem ein Bindemittel zugefügt
ist, in die gewünschte Form gebracht wird und die so erhaltenen vorgebildete. Körper
in einem Ofen .erhitzt werden. Die Körper ruhen dann auf oder hängen an Erhitzungsplatten
bzw. Stützgliedern im Ofen. Es ist meistens nicht einfach, besonders bei Verwendung
verhältnismäßig großer Öfen, für eine derartige Temperaturhomogenität im Ofen zu
sorgen, daß die darin vorhandenen Körper alle gleich stark erhitzt werden. Auch
gibt es oft eine Streuung in der Wärmezuführung an verschiedenen Teilen der Oberfläche
ein und desselben Körpers, einerseits infolge von Gasströmungen im Ofen, andererseits
weil die Wärmezuführung an diejenigen Teile der Oberfläche der zu sinternden Körper,
die unmittelbar mit der Erhitzungsplatte oder dem Stützglied in Berührung sind,
auf etwas andere Weise erfolgt als an die übrige Oberfläche.
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Die obigen Nachteile sind bei der Herstellung vieler keramischer Gegenstände
nicht entscheidend. Anders ist dies jedoch, wenn es sich darum handelt, keramische
Gegenstände für elektrotechnische Anwendung, z. B. keramische Kondensatoren, Widerstände,
Magnetkerne und Magnete, herzustellen. Diese müssen meistens sehr genauen Anforderungen
genügen, während die gewünschten elektrotechnischen Eigenschaften in hohem Maße
reproduzierbar sein und innerhalb gewisser, oft sehr enger Toleranzgrenzen bleiben
müssen.
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Für die Herstellung keramischer Pulver durch Erhitzen bei Temperaturen
bis etwa 900 bis 1000° C eines granulierten Gemisches der Ausgangsstoffe hat man
das sogenannte »Wirbelschichtverfahren« angewendet. Dabei erhitzt man das Granulat
in Form einer welligen Schicht aus feinen Körnern auf einem Gitter, durch das in
Aufwärtsrichtung ein Gas, z. B. Luft, geblasen wird. Die Gaszuführungsgeschwindigkeit
liegt dabei zwischen genau zu wählenden Grenzen. Dieses Wirbelschichtverfahren gewährleistet
eine allseitig gleichmäßige Wärmezuführung an die zu erhitzenden Körner und auch
einen hohen Wärmewirkungsgrad. Versucht man jedoch, diese Verfahren zur Herstellung
keramischer Gegenstände aus vorgebildeten Körpern anzuwenden, zu welchem Zweck im
allgemeinen Temperaturen erforderlich sind, die beträchtlich höher als 1000° C,
z. B. 1200 bis 1500° C, sind, so erhält man den Nachteil, daß diese Körper eine
starke Neigung zum Zusammenbacken und/oder zum Festbacken an der Ofenwand aufweisen.
Dieser Nachteil ist derart, daß er bis jetzt die praktische Anwendung des Wirbelschichtverfahrens
zur Herstellung keramischer Gegenstände verhindert.
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Es ist ferner ein Verfahren eingangs erwähnter Art mit einem inerten
kornförmigen Zusatzstoff bekannt, mit dem aber nur ein aus ebenfalls sehr kleinen
Teilchen bestehendes Material gesintert wird. Während der Sinterung wachsen die
Pulverteilchen und behalten somit nicht ihre ursprüngliche Form und Abmessungen
bei.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art
dagegen das zu sinternde Gut in Form von vorgebildeten Körpern, die durch das Sintern
keine wesentliche Formveränderung erleiden sollen, in die Wirbelschicht eingegeben.
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Es war nicht zu erwarten gewesen, daß sich im Wirbelschichtverfahren
auch vorgebildete Körper in einwandfreier Weise sintern lassen, die erheblich größer
sind als die feinpulverigen Teilchen, welche bisher nach diesem Verfahren behandelt
wurden. Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, daß die auf diese Weise
behandelten vorgebildeten Körper ihre ursprüngliche Form beibehalten und nicht allzu
stark
schrumpfen; sie zerbrechen auch nicht, bekommen keine Risse und wachsen nicht an.
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Wie bereits ausgeführt, soll sich der kornförmige Stoff gegenüber
dem zu sinternden Gut wie ein inerter Stoff verhalten, d. h. nicht mit ihm zusammenbacken
und nicht mit ihm chemisch reagieren. Vorzugsweise besteht der kornförmige Stoff
aus insbesondere vorgesintertem Aluminium oder Zirkonoxyd.
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Das feuerbeständige, kornförmige Materialüiiü die zu sinternden Körper
können gewünschtenfalls zusammen dem Ofenraum zugeführt werden, aber man kann auch
zuerst eine gewisse Menge des kornförmigen Materials dem Ofenraum zuführen und erst
dann die zu sinternden Körper, gegebenenfalls zusammenmit einer anderen Menge des
obigen Materials, in die schon gebildete Wirbelschicht einbringen. Bei Anwendung
der Erfindung werden Zusammenbacken der zu sinternden Körper und Festbacken der
zu sinternden Körper an der Ofenwand ganz verhütet und kommen die obererwähnten
Vorteile des Wirbelschichtverfahrens (allseitig gleichmäßige Erhitzung;- und hoher
Wärmewirkungsgrad) voll zur Geltung.
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Das Verfahren nach der Erfindung-eignet sich insbesondere zur Herstellung
keramischer Körper von verhältnismäßig geringem Gewicht und verhältnismäßig geringen
Abmessungen, z. B. keramischen Platten mit einer Stärke von weniger als 100 Mikrtin
oder Ferritringen für sogenannte »Magnetspeicher«, welche meistens nicht schwerer
sind als einige Milligramm. Im Prinzip kann man selbstverständlich auch etwas größere
und schwerere keramische Gegenstände herstellen, wenn man nur die Geschwindigkeit
und Gaszuführung, die die Wirbelschicht' aufrechterhalten muß, und gegebenenfalls
die Teilchengröße des feuerbeständigen kornförmigen Materials einander :anpaßt.
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Gewünschtenfalls kann man die Wirbelschicht .in einem anderen Ofen
oder einem andern Reaktionsgefäß erzeugen, in dem eine aridere Temperatur herrscht
undjoder' iri dem die Gasatmosphäre eine andere Zusammensetzung- hat als im ersten
Ofen oder im ersten Reaktion@@gefäß. Diese Maßnahme kann selbstverständlichauchwiederholt
werden.
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Beis-pielI-Aus einem - Gemisch aus 43 Mdlproz, ent Fe2O3, 52 Molprozent-MnC03
und 5 Molprozent Cu0 wird durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 750° C (sögenanntes
»Vörbrennen«) ein Ferritmaterial hergestellt, das gemahlen und dann nach Zusatz
eines Bindemittels zu Ringen mit einem Außendurchmesser von 1;59 mm, einem Innendurchmesser
von 0,95 mm und einer Stärke von 0,37 mm gepreßt wird.
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In der schematischen Zeichnung stellt 1 einen Ofen dar, der mit einem
elektrischen Erhitzungskörper 2 versehen ist. Unten im Reaktionsgefäß 3 mit Wänden
aus hitzebeständigem Stahl wird Luft durch das Rohr 4 geblasen. Statt Luft kann
auch, je nach der Art der herzustellenden keramischen Gegenstände, ein stärker oder
weniger stark oxydierendes oder sogar reduzierendes Gasgemisch in .das Reaktionsgefäß
;geblasen werden; gewünschtenfalls kann auch die Zusammensetzung des Gasgemisches
beim Betrieb des Ofens geändert werden. Die untere Ab= teilung des Reaktionsgefäßes
ist durch eine zusätzliche Wand 5 ,aus feuerfestem Material und.durch- eia Gitter
6 begrenzt. Dieses Gitter besteht aus einer Anzahl mit Aussparungen versehtner gegeneinander
angeordneter Fliesen aus einem hitzebeständigen keramischen Material. In der unteren
Abteilung des Reaktionsgefäßes, die mit Kugeln 1 aus hitzebestäncligern keramischem
Material gefüllt ist, wird das durch das Rohr 4 zufließende Gas erhitzt und gleichmäßig
über die :ganze Oberfläche d es Gitters 6 verteilt.
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Nachdem die Temperatur im Reaktionsgefäß 3 über dem Gitter 6 auf etwa
1250° C eingestellt ist, streut man vorgesinterte Körner aus Aluminiumoxyd auf das
Gitter und regelt den Lufstrom derart, daß die Körner auf .dem Gitter -in wellenartiger
Bewegung bleiben, mit anderen Worten, auf ihm eine Wirbelschicht bilden. In diese
Wirbelschicht 8 streut man die obererwähnten Ferritringe, gegebenenfalls zusammen
mit einer weiteren Menge der obererwähnten Alumini#umoxydkörner.
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Nach einiger Zeit wird die Temperatur der Wirbel-Schicht von etwa
1250°C auf etwa 900°C herabgesetzt. Nach noch einigen Minuten gießt man dann den
heißen Ofeninhalt in einen Stahltrog aus, in dem man ihn weiter abkühlen läßt. Nachdem
die gesintert' ten Ferritringe ,auf Zimmertemperatur gekühlt sind; können siez mittels
eines Magnets leicht von Aluminiumoxyd getrennt werden. Sie haben eine im wesentlichen
rechteckige Hystereseschleife und sind zur Verwendung in Magnetspeichern geeignet.
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Beispiel 11 Aus einem durch Vörbrennen eines Gemisches aus 44,5 Molprozent
BaC03, 2,8 Molprozent CaS04, 43,1 Molprozent BaCO3, . 2,8 Molprozent ZrO und nach
folgendem Mahlen erhaltenen Produkt preßt man nach Zusatz - eines Bindemittels .
Platten -mit einem Durchmesser von 10 mm .und einer Stärke von 200 Mikron. ,Diese
Platten streut man zusammen mit einer Menge aus kornförmigen Aluminiumoxyd, wie
im Beispiel I erwähnt, auf das Gitter 6 -des -im Beispiel I beschriebenen Ofens.
Auf diesem Gitter -bildet sich unter Einfluß.eines aufwärts gerichteten Luftstromes
eine Wirbelschicht".deren Temperatur man auf etwa 1360° C einstellt. -, Nach einigen
Minuten wird der Ofeninhalt in einen Stahltrog gegossen. Die :gesinterten Platten
werden mittels eines Siebes von Aluminiumoxyd getrennt. Sie können als Dielektrikum
in-Kondensatoren verwen, det werden.