CH622230A5

CH622230A5 - Porous ceramic foam, process for its manufacture and its use

Info

Publication number: CH622230A5
Application number: CH369376A
Authority: CH
Inventors: John C Yarwood; James E Dore; Robert K Preuss; Thomas J Gray; Michael J Pryor
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1975-03-28
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1981-03-31
Also published as: JPS51142162A; BR7601848A; ATA225376A; NL182289C; NO761038L; IT1060714B; YU37100B; NO150165B; JPS6017563B2; DE2613023C2; FR2305407A1; FR2305407B1; CA1059535A; NL7603208A; DE2660717C2; DE2613023A1; YU78276A; NO148381B; NO148381C; AT365088B

Description

Die Erfindung betrifft einen porösen keramischen Schaum, insbesondere ein poröser Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur und regelmässiger Durchlässigkeit.

Poröse Keramikfilter sind in den US-PSen 3 090 094 und 3 097 930 beschrieben. Insbesondere sind derartige poröse Keramikfilter brauchbar zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, wie es in der älteren aber nicht vorveröffentlichten US-PS 3 893 917 ausgeführt worden ist.

Geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenes Aluminium, enthalten in der Praxis für gewöhnlich mitgeschleppte Feststoffe, die beim Gussmetallendprodukt qualitätsmin-dernd wirken können. Diese mitgeschleppten Feststoffe treten als Einschlüsse im Gussmetallenprodukt auf, nachdem sich das geschmolzene Metall verfestigt hat, und verursachen beim Endprodukt, dass es weniger duktil ist oder schlechtere Glanz-und Eioxierungseigenschaften zeigt. Die Einschlüsse können aus verschiedenen Quellen stammen. Z.B. können diese Einschlüsse aus oberflächlichen Oxidfilmen entstehen, die vom Metall abbrechen und in das geschmolzene Metall mitgeschleppt werden. Ausserdem können die Einschlüsse aus unlöslichen Verunreinigungen, wie Carbiden, Bonden und anderen Substanzen oder abgebröckelten Ofen- und Wannenbaustoffen, herstammen.

Es ist natürlich in hohem Masse erwünscht, ein verbessertes Filter zu entwickeln, das zum Entfernen oder zumindest Vermindern der mitgeschleppten Feststoffe beim Gussmetallendprodukt verwendbar ist, insbesondere im Hinblick auf geschmolzenes Aluminium und ganz besonders z.B. dann, wenn das betreffende Metall bei einem Dekorationsstück, wie einer dekorativen Ausstattung oder bei Blechen verwendet werden soll, die aus Aluminiumlegierungen der Reihe 5000 (AlMg), wie den Legierungen 5252 (AlMg 2,5) und 5657 (AlMg 0,8, hergestellt werden. Andere Aluminiumlegierungen, bei denen ein verbessertes Filtrieren von Vorteil ist, sind Kondensatorblechstreifen aus Aluminium aus der Reihe 1000 der Aluminiumlegierungen (handelsübliches Aluminium), wie die Aluminiumlegierungen 1145 und 1188, um Schweissbla-senfehler bei Dünnblechschweisserzeugnissen zu vermindern und die Leistungsfähigkeit beim Walzen auf Höchstwerte zu steigern, ferner strangpressbare hochfeste Legierungen, wie die Aluminiumlegierungen 2024 (AICuMg 2) und 7075 (AlZnMgCu 1,5), um eine hohe Ultraschallqualität zu erzielen, und ferner strangpressbare Legierungen der Reihe 6000 (AlMgSi) von Aluminiumlegierungen, wie die Aluminiumlegierung 6061 (AlMgSilCu), um eine höhere Leistungsfähigkeit beim Strangpressen zu erhalten.

Die vorgenannten Einschlüsse verursachen einen Verlust der Eigenschaften bei der endgültig verfestigten Legierung und führen zu einer Verschlechterung des Bearbeitungsnutzwertes und zum Verlust von Eigenschaften beim Fertigprodukt. Z.B. ist ein Typ eines Risses beim Endprodukt, der besonders auffällig bei dekorativen Ausstattungen oder Blechen aus der Aluminiumlegierung 5252 (AlMg 2,5) ist, ein Fehler, der durch in Bearbeitungsrichtung in die Länge gezogene, in kleinsten Abmessungen vorhandene Fremdbestandteile verursacht ist und als «linearer Fehler» («linear defect») bekannt ist.

Scharfe Schmelzbehandlungsverfahren, wie mit Gas als Flussmittel, setzen zwar das Auftreten derartiger Fehler herab, sind jedoch nicht als erfolgversprechend anzusehen, wenn für Anwendungsbereiche mit kritischen Bedingungen bestimmte Werte erreicht werden müssen. Üblicherweise wird ein Filtrieren der Schmelze angewendet, um den grössten Teil derartiger Fehler und auch anderer zu verringern, die durch das Vorliegen von Einschlüssen in der Schmelze verursacht werden. Die gebräuchlichste Form einer Schmelzfiltrierung umfasst die Anwendung von in Transport- oder Giessrinnen oder im noch flüssigen Metall am oberen Teil eines sich verfestigenden Blockes angeordneten grobmaschigen Glasgewebesieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Filter nur zum Teil wirksam sind, da sie nur grössere Einschlüsse aussondern. Ein anderer üblicherweise angewendeter Typ eines Filters ist ein Schichtfilter, das beispielsweise aus tafelförmigem Aluminiumoxid hergestellt ist. Derartige Filter haben jedoch zahlreiche Nachteile, von denen die vielleicht wohl am bedeutenste die grosse Schwierigkeit ist, welche das Einstellen und Aufrechterhalten der für eine wirksame Filtration erforderlichen Porengrösse bietet. Eine andere Schwierigkeit bei derartigen Filtern besteht in ihrer Neigung, eine anfangliche Menge von Metall mit einer schlechten Qualität zu erzeugen, was sich bei jedem nachfolgenden Giessansatz wiederholt. Dieses Verhalten resultiert aus einem sogenannten Blockendeneffekt bei den Blöcken, d.h., dass die Blöcke untere Enden von verhältnismässig schlechter Qualität besitzen, die verschrottet und im Kreislauf geführt werden müssen. Des weiteren müssen die Metalle in den Schichtfiltern im schmelzflüssigen Zustand gehalten bleiben, sogar wenn die Filter nicht in Benützung sind.

Im Vergleich hierzu scheinen poröse Keramikfilter in hohem Masse erwünscht zu sein. Eine erfolgreiche Anwendung derartiger Filter bei Arbeitsweisen, die hohe Anforderungen stellen, wie das Filtrieren von geschmolzenen Metallen, erfordert jedoch, dass die Filter besondere physikalische und chemische Eigenschaften besitzen. Insbesondere erfordern die porösen keramischen Filter mit Schaumstruktur eine bestimmte Durchlässigkeit und strukturelle Gleichförmigkeit, um das geschmolzene Metall in wirtschaftlich annehmbaren Geschwindigkeiten und Reinheitsgraden wirksam zu filtrieren. Infolgedessen muss das poröse Material einem chemischen Angriff des geschmolzenen Metalls widerstehen, um einen langdauernden und wiederholten Gebrauch des Materials als Filter zu gewährleisten.

Zur Herstellung von porösen keramischen Materialien mit Schaumstruktur sind bereits früher zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Insbesondere wird in der US-PS 3 111 396 angeregt, dass ein organischer Schaumstoff mit einem feuerfesten Material imprägniert wird und dann zusammengepresst

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werden kann, indem er durch Presswalzen geleitet wird, um ein Entfernen von überschüssigem feuerfesten Material zu bewirken. Diese Technik, die mit einer grossen Anzahl von üblichen auf diesem Gebiet angewendeten Austreibtechniken vergleichbar ist, leidet an dem untrennbar damit verbundenem Nachteil, dass die Aufschlämmung nicht vollständig gleichmässig durch die Masse des Gegenstands verteilbar ist. Demzufolge kann es vorkommen, dass der äussere Bereich des Gegenstands mit der Aufschlämmung dünner als der näher zur Mitte gelegene Bereich überzogen wird. Derartige Nachteile treten besonders an den äussersten Grenzen desjenigen Durchlässigkeitsbereichs auf, der zur An Wendung bei der Herstellung von Filtern für geschmolzene Metalle als geeignet gefunden worden ist. Somit können Körper mit hoher Durchlässigkeit in unerwünschter Weise schwache Oberflächen und Kanten aufweisen, wohingegen Körper mit verhältnismässig niedriger Durchlässigkeit in unerwünschter Weise eine Blok-kierungslinie im Inneren des Körpers zeigen können. Beide der vorgenannten Nachteile machen die erhaltenen porösen Filter ungeeignet zum Filtrieren von geschmolzenem Metall.

Die Hauptaufgabe bei vorliegender Erfindung bestand nun darin, einen porösen Keramikfilter zu konstruieren, der eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, so dass er bei einer Vielzahl von geschmolzenen Metallen verwendbar ist, "und der eine solche Struktur aufweist, dass sie einer Verschlechterung unter harten Anwendungsbedingungen, die mit dem Filtrieren von geschmolzenem Metall verbunden sind, widersteht.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein hochtemperaturbeständiges poröses Keramikfilter der vorgenannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise und mit vernünftigen Kosten herstellbar ist.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hochtemperaturbeständiges poröses Keramikfilter der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, das die vorgenannten Nachteile ausschliesst, die Schmelze nicht verunreinigt und^ keine Verschlechterung der wünschenswerten Eigenschaften beim metallischen Endprodukt ergibt.

Eine weitere Aufgabe bei vorliegender Erfindung besteht in der zur Verfügungstellung eines Verfahrens zur Herstellung von porösen keramischen Gegenständen mit Schaumstruktur, das sowohl genau als auch in vorteilhafter Weise durchführbar ist. Des weiteren soll das Verfahren Produkte liefern, die Durchlässigkeiten innerhalb eines engen Bereichs besitzen. Ausserdem sollen die porösen keramischen Gegenstände eine strukturelle Gleichförmigkeit zeigen und fehlerfrei sein, also keine Blockierung in der Mitte und keine Schwächung an der äusseren Oberfläche aufweisen. Schliesslich soll sich das Verfahren selbst für eine rasche Erzeugung im wirtschaftlichen Massstab eignen.

Weitere Aufgaben und Vorteile sind aus einem sorgfaltigen Studium der nachstehenden Beschreibung ersichtlich. Erfindungsgemäss werden die Aufgaben nach einem Produkt gemäss Anspruch 11 und nach einem Verfahren gemäss Anspruch 2 gelöst.

Die vorliegende Erfindung stellt ein hochwirksames poröses keramisches Material mit Schaumstruktur zum Gebrauch beim Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere geschmolzenem Aluminium, zur Verfügung.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, das durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen gekennzeichnet ist, die mit einem Netzwerk aus Keramik umgeben sind, wobei das Filter eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 8000 X 10-7 cm2, eine Porosität von 0,80 bis 0,95, eine Porenanzahl von 2 bis 20 Poren auf 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

Es ist gefunden worden, dass die vorstehend gekennzeichneten Filter gemäss der Erfindimg besonders wertvoll zum Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere geschmolzenem Aluminium sind. Zahlreiche Vorteile werden bei Ver-5 wendung der Filter vorliegender Erfindung erreicht, von de-,nen einige vorstehend genannt sind und nachstehend ausfuhrlicher besprochen werden.

Im Normalfall verwendet man einen verhältnismässig feinporigen Filternach vorliegender Erfindung mit einer Lüft-io durchlässigkeit von 400 bis 2500 X IO-7 cm2, einer Porosität oder einem Hohlraumanteil von 0,80 bis 0,95 und einer Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge, und zwar ins-. besondere, wenn man Aluminiumlegierungen der Reihe 5000 filtriert. Wenn jedoch das zugeführte Metall besonders verun-15 reinigt ist, muss man das Metall zuvor durch ein verhältnismässig grobporiges keramisches Filter mit einer Porengrösse zwischen 2 und 8 Poren je cm, einer Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 X IO-7 cm2 und Porositäten oder Hohlraumanteilen zwischen 0,90 und 0,95 filtrieren. Hierfür kann man 20 ein einziges keramisches Filter mit abgestuften Eigenschaften vorsehen oder man verwendet eine Reihe von Filtern unterschiedlicher Porosität an.

Zusätzlich zu Vorstehendem ist deshalb Gegenstand vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Filtrieren von ge-25 schmolzenem Metall durch ein poröses Keramikfilter, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein geschmolzenes Metall verwendet und dieses durch das Filter mit einer Fliessgeschwindigkeit von 1,27 bis 12,7 dm3/ dm2 der Filterfläche je Minute leitet. Gemäss einer anderen Ausfuhrungsform des 30 Verfahrens vorliegender Erfindung kann das geschmolzene Metall zuerst durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter nach vorliegender Erfindung und anschliessend durch ein verhältnismässig feinporiges Filter, wie es nach vorliegender Erfindung bevorzugt ist, filtriert werden. In dieser 35 vorgeschaltenen Filtrationsstufe kann man eine Reihe von porösen Keramikfiltern mit abnehmender Porosität verwenden, und sie ist besonders vorteilhaft bei besonders verunreinigten Schmelzen.

Wie bereits vorstehend ausgeführt worden ist, sind die 40 beschriebenen porösen Keramikfilter besonders vorteilhaft zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere von geschmolzenem Aluminium. Das poröse Keramikfilter mit Schaumstruktur nach vorliegender Erfindung besteht aus einem preisgünstigen Material, das in geeigneter Weise frei 45 ausgewählt werden kann.

Wie weiterhin vorstehend angegeben worden ist, besteht ein Kennzeichen bei dem porösen Keramikfilter vorliegender Erfindimg in seiner offenzelligen Struktur mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit so einem Netzwerk aus dem keramischen Material umgeben sind. Es ist gefunden worden, dass diese Merkmale des Filters vorliegender Erfindung ein Filter definieren, das beim Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere Aluminium, bei niedrigen Kosten überraschend hochwirksam ist und über-55 raschenderweise eine Filtrationswirksamkeit mit einer bisher nicht zur Verfügung stehenden Flexibilität erreicht.

Die Kombination von Eigenschaften des Filters vorliegender Erfindung ist kritisch, um die gewünschten Ergebnisse vorliegender Erfindung zu erhalten, wie eingangs dargelegt co worden ist, weisen die porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 400 bis 8000 X IO-7 cm2 und im üblicherweise bevorzugten Fall im Bereich von 400 bis 2500 X IO-7 cm2 auf. Die Luftdurchlässigkeit wird mittels Blasen von Luft durch das poröse keramische 65 Schaummaterial bei einer gemessenen Geschwindigkeit bestimmt. Gemäss diesem Verfahren wird der Druckabfall durch Messen des Druckunterschieds zwischen der in das poröse Material eintretenden Luft und der aus dem porösen Material

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austretenden Luft bei einem definierten Oberflächenbereich und einer definierten Dicke des porösen keramischen Materials bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit wird dann nach der folgenden Gleichung berechnet:

K =

[*QL AAP

in der K die Luftdurchlässigkeit, p. die absolute Viskosität der Luft, Q die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Masse, L die Länge, d.h. die Dicke des keramischen Filtermaterials, A der Bereich, d.h. der definierte Bereich des porösen Materials und AP der Druckabfall ist.

Gemäss vorliegender Erfindung wendet man eine Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,857 m3 je Minute und einen Bereich von 73 cm2 an. Die vorstehend genannte Bestimmung der Durchlässigkeit kann dem Buch «Micromeritics» von J.M. Dallavalle, Verlag Pitman 1948, Seite 263 entnommen werden. Es ist deshalb ersichtlich, dass die Luftdurchlässigkeit eine Funktion von mehreren Variablen ist, z.B. vom Raumgewicht, von der Porengrösse, vom Oberflächenbereich und von der Gewundenheit der Fliesswege. Gemäss vorliegender Erfindung hat man gefunden, dass Durchlässigkeiten von über 2500 X IO-7 cm2 eine unzulängliche Filtration ergeben, wenn die Schmelze nicht besonders verunreinigt ist, wobei in diesem Falle Durchlässigkeiten bis zu 8000 X IO-7 cm2 angewendet werden können, während Durchlässigkeiten von unter 400 X IO-7 cm2 unbrauchbare hohe Materialstauungen und einen Druckaufbau ergeben. Der besonders bevorzugte Bereich der Durchlässigkeit liegt bei 1000 bis 1500 X 10~7 cm2, bei denen ein Höchstmass an Filtration und ein niedriger Druckaufbau erhalten werden.

Zusätzlich zu den vorstehenden Ausfuhrungen müssen die Keramikfilter nach vorliegender Erfindung eine Porosität oder einen Hohlraumanteil von 0,80 bis 0,95 haben. Diese Variable bezeichnet die Menge an Poren oder Hohlräumen in der keramischen Masse und kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden:

f = — i _

dt dt

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in der fp die Gesamtporosität oder der Hohlraumanteil, dt die wahre Dichte der festen keramischen Masse und db das Raumgewicht gemäss dem Buch «Introduction to Ceramics» von W. D. Kingery, Verlag John Wiley 1960, Seite 416 ist. Man hat gefunden, dass die besten Ergebnisse mit Porositätswerten von 0,85 bis 0,90 erhalten werden. Selbstverständlich hängt der spezifische Wert ftir dt von der speziell verwendeten keramischen Masse ab, z.B. von keramischen Massen auf Basis von Aluminiumoxid und Chromoxid. Die vorstehend genannten Porositätswerte entsprechen Raumgewichten von 0,65 bis 0,25 g/cm3 und die besten Werte entsprechen den Raumgewichten von 0,35 bis 0,45 g/cm3. Wie vorstehend angegeben, muss das verhältnismässig grobporöse Vorfilter eine Porosität zwischen 0,90 und 0,95 aufweisen.

Des weiteren müssen die Keramikfilter nach vorliegender Erfindung, wie vorstehend ausgeführt worden ist, einen wirksamen Bereich der Porengrösse oder Porendichte in Form einer Anzahl von Poren auf 1 cm Länge, nämlich von 2 bis 20 Poren auf 1 cm Länge, insbesondere 8 bis 18 Poren je cm Länge und im am meisten bevorzugten Falle 10 bis 14 Poren auf 1 cm Länge aufweisen.

Die vorstehend genannten drei Variablen, nämlich die Durchlässigkeit, die Porosität und die Porengrösse, sind kritisch, um die ausserordentlich verbesserten Eigenschaften nach vorliegender Erfindung zu erreichen. Diese Variablen beeinflussen nämlich einander beim Erzielen der überraschenden Wirkung des Filters vorliegender Erfindung. Sie legen tatsächlich fest, wieviele Poren oder Hohlräume im Filter vorhanden sind, wie sie miteinander verbunden sind und wie gross sie sind, sie definieren weiterhin die Oberflächenaus-5 dehnung des keramischen Netzwerkes, und schliesslich sind .sie die Hauptursache für die überraschende Wirkung des porösen Keramikfilters mit Schaumstruktur.

Des weiteren müssen die porösen Keramikfilter nach vorliegender Erfindung einen wirksamen Bereich hinsichtlich der io Filterdicke von 10 bis 100 mm haben, d.h. eine Dicke in der Richtung des Metallflusses. Der günstigste Bereich der Filter-jdicke beträgt 35 bis 65 mm. Es ist gefunden worden, dass iFilter unter 10 mm Dicke zum Entfernen von nichtmetalli-'schen Stoffen aus dem geschmolzenen Metall unwirksam sind, 15 wohingegen Dickenwerte über 100 mm die Filtrationsgeschwindigkeiten stark verringern, so dass der wirksamste Bereich des Filters die ersten 25 mm bis 35 mm der Dicke sind. Ein zusätzliches und bemerkenswertes Merkmal bei wirksamen Filtern vorliegender Erfindung besteht darin, dass 20 sie eine im wesentlichen strukturelle Gleichförmigkeit aufweisen. Um ein wirksames Filter für geschmolzenes Metall zu schaffen, muss die poröse Keramikmasse einen hohen Grad struktureller Gleichförmigkeit aufweisen. Obwohl einige Prozent blockierter Poren hilfreich und wünschenswert insofern 25 sind, als sie die Gewundenheit des Fliessweges erhöhen, müssen diese Blockierungen möglichst gleichmässig durch die keramische Masse verteilt und nicht miteinander zu Gruppen angeordnet vorliegen. Eine Gruppierung von Blockierungen führt nur zur Kanalbildung und damit zur unwirksamen Fil-30 tration.

Eine grosse Anzahl von Materialien kann zur Herstellung der porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung eingesetzt werden. Es ist ein Vorteil bei vorliegender Erfindung, dass geringe Kosten und die Leichtigkeit bei der Herstellung der 35 Filter vorliegender Erfindung diese sehr bequem für einen Einsatz auf Wegwerf basis machen.

Der Hauptbestandteil des porösen Keramikmaterials nach vorliegender Erfindung ist vorzugsweise A1203 in einer Menge von 40 bis 95% und insbesondere von 45 bis 55%. A1203 ist « besonders erwünscht zum Einsatz als Keramikfilter, da es beispielsweise nicht durch geschmolzenes Aluminium oder geschmolzenes Kupfer angegriffen wird, wohingegen Silicium-dioxid von diesen Metallen angegriffen wird. Weiterhin weist Aluminiumoxid eine brauchbare Festigkeit auf, um sowohl 45 chemischen Angriffen als auch strukturellen und/oder mechanischen Beanspruchungen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, standzuhalten. Ausserdem können die keramischen Materialien vorliegender Erfindung 1 bis 25% Cr203, vorzugsweise 10 bis 17 % Cr203, enthalten. Dieser Bestandteil so ist besonders bedeutungsvoll, da gefunden worden ist, dass er in auffalliger Weise eine bessere Hochtemperaturbeständigkeit verleiht, d.h. einen Widerstand gegen einen Angriff der geschmolzenen Metalle bei erhöhten Temperaturen.

Des weiteren enthalten die porösen keramischen Mate-55 rialien im allgemeinen Erzeugnisse einer thermischen Zersetzung und 0,1 bis 12% Kaolin und/oder Bentonit und 2,5 bis 25% eines Abbindemittels in Luft, das im wesentlichen nicht mit dem geschmolzenen Material reagiert und vorzugsweise Aluminiumphosphat ist.

60 Nach vorliegender Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben gelöst und die Vorteile in einfacher Weise nach dem folgenden Herstellungsverfahren erhalten.

Keramische Schäume mit einer definierten Durchlässigkeit und strukturellen Gleichförmigkeit werden nach einem Veras fahren hergestellt, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Schaum mit schwammartiger Gerüststruktur aus einem hydrophoben organischen Polymerisat mit einer vorbestimmten Durchlässigkeit und Rück-

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prallelastizität mit einer wässrigen Aufschlämmung einer thi- ■ in wässriger Umgebung erleiden. Dieser Verlust an Rückprall-

xotropen keramischen Zusammensetzung mit einer Viskosität elastizität macht sich im Auftreten des früher genannten im Bereich von 1 X 103 bis 80 X 103 Centipoise in einer Nachteils einer Blockierung in der Mitte des Schaumstoffes höchstmöglichen zur Imprägnierung und vollständigen Sätti- bemerkbar.

gung des Schaumstoffes ausreichenden Menge imprägniert, 5 Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Krite-währenddessen man die Aufschlämmung einer Einwirkung rien umfassen die erfindungsgemäss anwendbaren organi-von Scherkräften unterwirft, danach überschüssige Auf- sehen polymeren Schaumstoffe eine Vielzahl hochelastischer, schlämmung von dem Schaumstoff abstreift, indem man den hydrophober Substanzen "mit schwammartiger Gerüststruktur, imprägnierten Schaumstoff mindestens zweimal durch festein- wie auf Basis von Polyestern und Polyäthern aufgebaute Polygestellte Walzen führt und dabei eine zeitweilige Zusammen- 10 urethane, hochelastische oder kaltgehärtete Urethane, bei drückung um 50 bis 90% bei einem Durchgang und 70 bis 90% deren Herstellung polymere Isocyanate eingesetzt worden beim anderen Durchgang ausübt und schliesslich den Schaum- sind, Polyvinylsehaumstoffe, wie Polyvinylchlorid und Poly-stoff trocknet und zum Entfernen der organischen Substanz vinylacetat, ferner Polyvinylsehaumstoffe von verschiedenen daraus erhitzt. Mischpolymerisaten, weiterhin mit Polyäthylen oder Poly-

Der erhaltene Gegenstand ist dann gebrauchsfertig und 15 siloxanen oder deren Mischpolymerisaten beschichtete Poly-

kann gegebenenfalls noch weiter erhitzt werden, um das kera- urethane und schliesslich Schaumstoffe, die aus geeigneten mische Material zu sintern. natürlichen Harzen, wie Cellulosederivaten, hergestellt wor-

Nach vorliegender Erfindung ist gefunden worden, dass den sind. Die Schaumstoffe müssen unterhalb der Brenntem-

die Luftdurchlässigkeit der erhaltenen keramischen Gegen- peratur des keramischen Materials, mit dem sie imprägniert stände von der Durchlässigkeit des zu seiner Herstellung ver- 20 sind, verbrennen oder sich verflüchtigen. Wie bereits weiter wendeten organischen Schaumstoffes abhängt. Beispielsweise oben ausgeführt worden ist, müssen die Abmessungen des sind keramische Schäume mit Durchlässigkeiten im Bereich Schaumstoffes grob den Abmessungen des gewünschten kera-

von etwa 800 bis etwa 2200 X 10~T cm2 aus Polyurethan- mischen Gegenstands entsprechen. So wird beispielsweise ein schaumstoffen mit Luftdurchlässigkeiten von 4500 bis 5400 X Schaumstoff mit einer Dicke von etwa 10 bis 100 mm einge-10-7 cm2 hergestellt worden. Weiterhin erleichtert die Auswahl 25 setzt, wenn der erhaltene keramische Schaum als Filter für einer hohen Schaumdurchlässigkeit mit einer Genauigkeit im geschmolzenes Metall eingesetzt werden soll.

Bereich von ± 2% die Herstellung der keramischen Schäume Ausser den Eigenschaften von Durchlässigkeit und Gleich-

mit einer innerhalb eines Bereichs von ± 5 % vorbestimmten förmigkeit müssen die vorstehend genannten Polymerisate

Durchlässigkeit. auch eine Porengrösse innerhalb definierter Grenzen aufwei-

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung sollen die 30 sen, um sie für die Herstellung von Filtern für geschmolzene verwendeten Kunststoffschäume eine strukturelle Gleich- Metalle brauchbar zu machen. Die Poren- oder Zellengrösse förmigkeit und einen bestimmten Zellgrössenbereich besitzen. ist bedeutsam für die strukturelle Gleichförmigkeit des kera-

Wie gefunden wurde, steht die strukturelle Gleichförmigkeit mischen Schaumstoffes und sollte innerhalb eines Bereichs mit der Rückprallelastizität des eingesetzten organischen von 2 bis 20 Poren je cm Länge variieren.

Schaumstoffes in Beziehung. Insbesondere kann die Rück- 35 Die bewusste Regelung der vorgenannten Variablen trägt prallelastizität unter Bezugnahme auf bestimmte Standard- zur strukturellen Gleichförmigkeit und Durchlässigkeit der Vorschriften errechnet werden, wie sie in der Vorschrift erhaltenen Filter bei und beeinflusst unmittelbar durch die ASTM-D-1564-71 aufgestellt sind, die sich auf die Eigenschaf- Gewundenheit des Fliessweges die Metallfliessgeschwindig-ten der Zusammendrückbarkeit und die Rückprallelastizität keit und die Wirksamkeit. Obwohl diese Faktoren bedeutbeziehen, wie sie nach der Kugelrückprallmethode gemessen 40 sam sind, werden nachstehend zusätzliche Faktoren bespro-werden. Die Zusammendrückbarkeit, die nach der Durch- chen, die im Verein mit den anderen Faktoren eine weitere biegeprüfung durch Druckbelastung bestimmt wird, misst das Kontrolle der porösen keramischen Endprodukte ermögli-

Ausmass, bis zu dem der Schaum zu seiner ursprünglichen chen.

Grösse oder Dicke nach einem Druck auf eine genau be- Die unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführun-stimmte Verkleinerung, wie beispielsweise um 50%, zurück- 45 gen ausgewählten organischen Schaumstoffe werden dann mit kehrt. Schäume, die als erfindungsgemäss geeignet gefunden einer Aufschlämmung eines thixotropen keramischen Ma-worden sind, zeigen eine Zusammendrückbarkeit (bleibende terials imprägniert. Die Eigenschaft der Thixotropie ist be-Verformung) von unter 30 % bei 50prozentiger Stauchung und deutsam bei vorliegender Erfindung, da sie die Gleichförmigkehren daher zu mindestens 70% ihrer ursprünglichen Dicke keit der Struktur und die Festigkeit des porösen keramischen nach Aufhebung der Stauchung zurück. Die Rückprallelasti- g,, Endproduktes beeinflusst. Thixotrope Substanzen sind solche, zität, die nach der Kugelrückprallprüfung bestimmt wird, die einen hohen Widerstand gegen ein Fliessen unter einer misst die Festigkeit des Materials gegenüber Druck, die mittels geringen Schereinwirkung und dementsprechend einen niedri-der Rückprallhöhe einer Stahlkugel gemessen wird, die von gen widerstand gegen ein Fliessen unter einer verhältnis-einer vorgegebenen Höhe auf die Schaumprobe herabfallt. massig starken Schereinwirkung zeigen. Infolgedessen muss Hierbei wird die Rückprallhöhe der Kugel in Prozenten, be- 55 die keramische Aufschlämmung eine geeignete Fliessfahigkeit zogen auf die ursprüngliche Höhe, vermerkt, und es ist gefun- besitzen, um rasch einzudringen und die Hohlräume bzw. den worden, dass für vorliegende Erfindung geeignete Schäu- Poren des organischen Schaumstoffes zu füllen und dadurch me einen Kugelrückprall von über 25 % besitzen. das umgebende Netzwerk des Polymerisats zu überziehen,

Die vorgenannten Eigenschaften sind bei Prüfungen ge- wobei diese Aufschlämmung aber eine ausreichende Visko-

messen worden, die unter trockenen Bedingungen stattgefun- so sität besitzen muss, um ein Ablaufen oder Abtropfen von dem den haben, jedoch müssen solche Eigenschaften im wesent- Schaumstoff zu verhindern, wenn die Imprägnierung erst ein-

lichen auch in wässriger Umgebung beibehalten werden, mal vollendet ist. Gemäss vorliegender Erfindung ist gefun-

beispielsweise während der Imprägnierung mit einer wäss- den worden, dass bestimmte keramische Materialien, die mit rigen keramischen Aufschlämmung gemäss vorliegender Er- besonderen Mitteln, die in Luft abbinden, und mit zeitweili-

findung. Demgemäss ist gefunden worden, dass hydrophobe 65 gen Bindemitteln kombiniert worden sind, die erwünschte

Schäume bessere Leistungen gegenüber hydrophilen Schäu- thixotrope Eigenschaft für eine erfolgversprechende Durch-men, erbringen und deshalb bevoizugt angewendet werden da führung der Imprägnierung ?pigpn die letzteren einen erheblichen Verlust an Rückprallelastizität Weil die hier verwendete keramische Aufschlämmung

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entsprechend dem Anwendungszweck des Schaums variiert, kann man eine grosse Zahl von keramischen Materialien unterschiedlicher Feuerfestigkeit einsetzen. Es können insbesondere solche Materialien, wie Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und deren Gemische vorliegen. Derartige Substanzen sind wegen ihrer verhältnismässig hohen Feuerbeständigkeit oder Fähigkeit, bei hohen Temperaturen von Nutzen zu sein, bekannt. Jedoch können auch andere Materialien von geringerer Feuerfestigkeit, wie Mullit, gebrannter Ton oder zahlreiche Gläser hoher Erweichungstemperatur entweder allein oder in Kombination untereinander oder mit feuerbeständigeren Substanzen, eingesetzt werden, z.B. in einer Menge bis zu 15%, um die porösen Endprodukte herzustellen. Soweit die Verwendbarkeit des erhaltenen Gegenstands als Filter für geschmolzene Metalle betrachtet wird, ist das einzige Erfordernis bei der Auswahl der besonderen keramischen Materialien darin zu sehen, dass diese Materialien die Herstellung eines Gegenstands mit einer ausreichenden Beständigkeit gegen einen chemischen Angriff der geschmolzenen Legierungen während der Filtrierzeiten ermöglichen. Eine besondere Zusammenzetzung, die sich erfindungsgemäss mit Erfolg einsetzen lässt, besteht aus einem Gemisch von Aluminiumoxid und Chromoxid.

Die vorgenannte Zusammensetzung enthält auch ein bei Raumtemperatur wirkendes Bindemittel oder ein Mittel, das in Luft abbindet, und der Aufschlämmung eine Grünfestigkeit insbesondere während des Verglühens und gegebenenfalls des Sinterns verleiht, wobei der Schaumstoff einer thermischen Beanspruchung unterworfen wird.

Nach der Erfindung verwendet man 2,5 bis 25% eines in Luft abbindenden Mittels, das gegenüber dem geschmolzenen Metall im wesentlichen indifferent ist. Das in Luft abbindende Mittel oder das Bindemittel befördert das Ansetzen der oder härtet die keramische Aufschlämmung ohne Notwendigkeit eines Erhitzens, sondern vorzugsweise durch Trocknen, gewöhnlich mittels einer chemischen Reaktion, wobei auf massige Temperaturen erwärmt wird. Das bevorzugte in Luft abbindende Mittel ist Aluminiumorthophosphat, vorzugsweise in Form einer 50prozentigen wässrigen Lösung. Andere an Luft abbindende Mittel, die verwendbar sind, sind beispielsweise Magnesiumorthoborat, Aluminiumhydroxychlorid und dgl. Mindestens zum Teil können Aluminiummetallsilicate, wie Natriumsilicate, mitverwendet werden, jedoch sind sie weniger empfehlenswert, da bereits bei Temperaturen um 800°C ein Schmelzen und demzufolge ein Haftungsverlust auftritt. Weiterhin kann Silicium und vielleicht auch Natrium gelöst in die Schmelze gelangen. In ähnlicher Weise können Äthylsili-cat und andere Phosphate eingesetzt werden, doch sind sie weniger empfehlenswert. Aluminiumorthophosphat ist besonders wegen seiner sehr erwünschten Kombination von Eigenschaften bevorzugt, d.h. wegen seiner Unempfindlichkeit, seiner Stabilität über einen weiten Temperaturbereich und seiner Abbindeeigenschaften.

Wie bereits ausgeführt worden ist, wird das in Luft abbindende Mittel vorzugsweise als wässrige Suspension zugesetzt, die insbesondere im Falle von Aluminiumorthophosphat gleiche Mengen von Bindemittel und Wasser enthält. Das Bindemittel erzeugt eine Grünfestigkeit vor der Bildung einer keramischen Bindung, d.h. nach dem Brennen und Verflüchtigen des Netzwerkes des elastischen Schaumstoffes. Das Bindemittel schafft eine ausreichende Festigkeit, um das Gemisch für eine Bildung des Fertigproduktes zusammenzuhalten. In der Tat ist die durch das bevorzugte, in Luft abbindende Mittel hervorgerufene Stabilität und Festigkeit der chemischen Bindung für zahlreiche Anwendungsgebiete ausreichend, um einen Gebrauch des Erzeugnisses in diesem Zustand ohne ein Hochtemperatursintern zu gewährleisten. Diese Festigkeit ist sehr ausgeprägt und besteht über einen weiten Temperaturbereich. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden 12 bis 17% Aluminiumorthophosphat verwendet.

Ausser den vorgenannten Bindemitteln können des weiteren bestimmte Mittel mitverwendet werden, die als rheolo-5 gische Mittel bezeichnet werden und zur Beschleunigung der erwünschten Thixotropie der Aufschlämmung dienen. Es sind zahlreiche Substanzen bekannt, die als Theologische Mittel dienen können, unter ihnen bestimmte organische Verbindungen, wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyäthylcellulose, io sowie bestimmte anorganische Verbindungen, wie Bentonit und Kaolin. Von diesen Substanzen wird erfindungsgemäss in bezug auf die Verfügbarkeit Bentonit besonders bevorzugt. Bentonit ist ein natürlich vorkommender Ton, der hauptsächlich Aluminium und zahlreiche Silicate enthält sowie gewöhn-15 lieh Magnesium und Eisen. Ausser zur Förderung der Thixotropie der Aufschlämmung besitzt Bentonit eine schwache Bindemittelfunktion, da bestimmte Glasphasen beim Brennen des Gegenstands erzeugt werden, die eine erhöhte Festigkeit bei der porösen Endstruktur liefern. Ausser Bentonit kann 20 ebenfalls eine geringe Menge Kaolin mitverwendet werden, das sowohl eine Verbesserung beim Abbinden als auch eine Theologische Verbesserung bei der fertigen Aufschlämmung hervorruft. Kaolin ist ein hauptsächlich aus Aluminium- und Siliciumoxid bestehender Ton. Natürlich kann man zu diesen 25 vorgenannten Substanzen chemisch äquivalente Substanzen einsetzen, um sich diesen Zusammensetzungen anzupassen. Der übliche Bereich des Theologischen Zusatzmittels nach vorliegender Erfindung liegt innerhalb etwa 0,1 bis etwa 12 Gewichtsprozent, bezogen auf die Aufschlämmung. Bei einer 30 bevorzugten Ausführungsform werden die Theologischen Mittel in einer Menge von etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt.

Obwohl nach den vorstehenden Ausführungen das thixotrope keramische Material in einer grossen Mannigfaltigkeit 35 von Rezepturen hergestellt werden kann, ist eine besondere Zusammensetzung gefunden worden, die ganz ausserordentlich vorteilhaft ist und aus Aluminiumoxid in einer Menge von etwa 40 bis 80%, vorzugsweise etwa 45 bis 50%, Chromoxid in einer Menge bis etwa 20%, vorzugsweise von etwa 10 40 bis 15%, Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10%, vorzugsweise von etwa 2 bis 5%, Bentonit in einer Menge von etwa 0,1 bis 10% und vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2%, kolloidalem Aluminiumorthophosphat (50prozentige Lösung) in einer Menge von etwa 5 bis 50% und vorzugsweise von etwa 25 bis 35% be-45 steht. Zusätzliches Wasser kann der vorgenannten Rezeptur in Mengen bis zu etwa 20% und vorzugsweise von etwa 5 bis 10% zum Zwecke der Einstellung der Viskosität, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, zugegeben werden. Gewöhnlich liegen 10 bis 40% Wasser in der Aufschlämmung vor. Obwohl so die vorgenannte Rezeptur in ihren bevorzugten Bereichen angegeben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Grenzen beschränkt, sondern es können andere Rezepturen mit den früher erwähnten Bestandteilen hergestellt werden.

Ausser der Thixotropie muss die keramische Aufschläm-55 mung vorliegender Erfindung eine sorgfältig eingestellte Viskosität bei und während der Imprägnierungszeit aufweisen. Die Viskosität hat eine bedeutsame Wirkung in bezug auf die Herstellung eines reproduzierbar gleichmässigen keramischen Gegenstandes. Der wünschenswerte Viskositätsbereich liegt bei so 1 X 103 bis 80 X 103 Centipoise und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10 X 103 bis 40 X 103 Centipoise. Die Viskosität wird während der Bildung der Aufschlämmung eingestellt und muss innerhalb des vorstehend genannten Bereichs gehalten werden, während der organische Schaumstoff 65 mit der Aufschlämmung imprägniert wird. Wie vorstehend angegeben, ist der übliche Weg zur Einstellung und dadurch Regelung der Viskosität eine Änderung des Wassergehalts innerhalb des vorgenannten besonderen Bereichs. Für die Be

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lange vorliegender Erfindung wird die Viskosität bei 25°C mittels eines Brookfield RVT-Viskosimeters bei 20 UpM nach 20 Minuten Drehen bei 25 °C gemessen. Die Aufschlämmung ist vorher 30 Minuten lang mit 60 UpM in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Mischer durchgemischt worden.

Wenn die keramische Aufschlämmung innerhalb der vorgenannten Viskositätsgrenzen hergestellt worden ist, kann die Imprägnierung des Schaumstoffs durchgeführt werden. Somit werden Platten von Polyurethanschaum mit schwammartiger Gerüststruktur und mitPorengrössen zwischen 2 und 20 Poren je 1 cm Länge in die Aufschlämmung getaucht, bis die Hohlräume des Schaums vollständig mit der Aufschlämmung gesättigt sind. Die Imprägnierung kann nach einer von zahlreichen Techniken durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Schaumplatte vollständig in die Aufschlämmung eingetaucht und dann durch ein Walzenpaar geführt werden, das in gleicher Weise eingetaucht ist, um die Luft aus den Poren des Schaums beim Zusammenpressen auszutreiben, wodurch der aus den Walzen austretende und sich wieder ausdehnende , Schaumstoff die Aufschlämmung in sich hineinzieht und dadurch mit der Aufschlämmung gefüllt wird. Bei einer anderen anwendbaren Technik ordnet man den Schaumstoff über dem Aufschlämmungsbad in einem geschlossenen Gefass an, setzt das Gefäss unter verminderten Druck, taucht den Schaumstoff in das Aufschlämmungsbad und belüftet das Gefäss wieder. Dieses Verfahren, das eine Modifikation der Vakuumimprägnierung darstellen würde, ermöglicht in gleicher Weise eine vollständige Sättigung des Schaumstoffes mit der Aufschlämmung. Natürlich sind auch andere Imprägnierungsformen, einschliesslich der normalenVakuumimprägnierungstechnik, wobei lediglich ein Unterdruck auf einer Seite des Schaumstoffes ausgeübt wird, während die Aufschlämmung durch die gegenüberliegende Seite eingesogen wird, anwendbar, daher ist die Erfindung nicht auf eine besondere Technik per se beschränkt.

Das bevorzugte Imprägnierungsverfahren, das erfindungsgemäss angewendet wird, besteht in einem vollständigen Eintauchen des Schaumstoffes in das Aufschlämmungsbad und in einem wiederholten Zusammendrücken und Ausdehnenlassen des Schaumstoffs mittels einer mechanisch betriebenen Kol-benpumpenvorrichtung, die aus perforiertem Stahlblech hergestellt ist. Dieses Verfahren wird während 30 bis 60 Sekunden durchgeführt oder natürlich so lange, bis die Hohlräume des Schaumstoffes vollständig angefüllt sind. Im Hinblick auf die bereits früher besprochene thixotrope Natur der Aufschlämmung muss die Aufschlämmung während der Imprägnierung kontinuierlich der Einwirkung von Scherkräften unterworfen werden, um die gewünschte Fliessgeschwindigkeit in den Schaumstoff hinein beizubehalten. Diese Einwirkung von Scherkräften kann auf zahlreichen Wegen erfolgen, wie einem kontinuierlichen Bewegen der Aufschlämmung mit hoher Geschwindigkeit. Das erfindungsgemäss bevorzugt angewendete Verfahren besteht in einem kontinuierlichen Vibrieren der Aufschlämmung während des Imprägnierens. Es ist an dieser Stelle zu betonen, dass alle vorstehend besprochenen Imprägnierungstechniken erfordern würden, dass die Aufschlämmung in ihrem in höchsten Masse fliessfahigen Zustand durch eine bestimmte Form von Scherkrafteinwirkung, wie der Vibration oder dgl. verbleibt. Wenn die Imprägnierung des Schaumstoffs vollständig ist, wird die Einwirkung der Scherkräfte unterbunden. Die innerhalb des Schaumstoffs befindliche Aufschlämmung wird gegen ein Fliessen beständig und verbleibt im wesentlichen vollständig darin, höchstens mit einem ganz geringen Verlust infolge Abtropfens während des anschliessenden Überführens des Schaumstoffs aus dem Imprägnierungsbereich.

Wenn die Imprägnierung des Schaumstoffs mit der Aufschlämmung abgeschlossen ist, folgt eine Behandlung, um

überschüssige Aufschlämmung aus dem Schaumstoff zu entfernen. Diese Entfernen oder Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung muss sehr sorgfältig kontrolliert und gleich-mässig im ganzen Schaumkörper durchgeführt werden, um einen gleichmässigen keramischen Gegenstand zu erhalten. 5 Wie bereits früher ausgeführt worden ist, sind zahlreiche übliche Verfahren zum Entfernen von Aufschlämmung aus imprägnierten Schaumstoffen bekannt, jedoch liefern Verfahren, einschliesslich Abquetschen, Ausblasen mit Druckluft, Zentri-. fugieren und sogar Durchleiten durch Walzen, in dieser Hin-10 sieht keine befriedigenden Ergebnisse. Gewöhnlich besitzen in dem Falle, in dem die erhaltenen Gegenstände durch Walzen geführt werden, diese entweder den Nachteil einer Blockierung in der Mitte, in der überschüssige Aufschlämmung verbleibt und innerhalb der Mitte des Gegenstands agglomeriert, 15 oder sie zeigen eine äussere Oberflächenschwäche, wobei eine ungenügende Menge an keramischem Material nach dem Austreiben an der Oberfläche verbleibt und dadurch den Gegenstand mechanisch schwächt.

Gemäss vorliegender Erfindung ist gefunden worden, dass 20 ein Austreiben vorteilhafter unter Erzielung gleichförmiger poröser Keramikwerkstücke durchgeführt wird, indem ein Verfahren angewendet wird, nach dem der imprägnierte Schaumstoff mindestens zweimal durch fest eingestellte Walzen geführt wird, um ein Zusammenpressen dieses Schaüm-25 stoffs in einem Bereich von 50 bis 90% seiner Dicke beim ersten Durchgang und 70 bis 90% der Dicke beim zweiten

Durchgang zu bewirken. So führt ein mehrmaliger Walzendurchgang, der bei gleichen oder erhöhten prozentualen Stauchungen durchgeführt wird, zu keramischen Werkstücken, die 30 eine erhöhte Festigkeit besitzen und frei von einer Blockierung in der Mitte des Schaumstoffes sind. Weiterhin bietet die Anwendung eines mehrfachen Walzendurchgangs eine sorgfaltige Kontrolle der Durchlässigkeit des keramischen Fertigprodukts, was besonders kritisch ist, wenn derartige Werk-35 stücke zur Verwendung als Filter für geschmolzene Metalle hergestellt werden.

Ein weiterer bedeutsamer Gesichtspunkt bei der Austreibtechnik nach vorliegender Erfindung besteht darin, von der thixotropen Art der Aufschlämmung bei der Walzenbehand-40 lung Gebrauch zu machen. Da die Aufschlämmimg unter hohen Schergeschwindigkeiten frei fliesst, jedoch tatsächlich statisch bleibt, wenn der Einfluss der Scherwirkung aufhört, steht eine genaue Kontrollmöglichkeit über das Entfernen der Aufschlämmung zur Verfugung, nämlich durch eine Steuerung 45 des Walzenspalts (prozentuale Verminderung), der Walzengeschwindigkeit und/oder des Walzendurchmessers. Insbesondere bestimmen die Steuerung des Walzenspalts und der Walzengeschwindigkeit das Ausmass der Einwirkung der Scherkräfte auf die Aufschlämmung und somit das Ausmass 50 des Entfernens der Aufschlämmung und die Geometrie seiner Neuverteilung auf das Netzwerk des durch die Walzen geführten Schaumstoffs.

Die bevorzugte Walzentechnik vorliegender Erfindung s5 verwendet das Zweigangschema, obwohl ein Mehrgangschema in bestimmten Fällen wünschenswert sein kann, nämlich wenn die Schaumstoffe eine Dicke über 5 cm besitzen.

Es ist bereits früher vermerkt worden, dass die jeweiligen prozentualen Zusammendrückungen, die mittels des Zwei-gangschemas bestimmt worden sind, 50 bis 90% für den ersten Durchgang und 70 bis 90% für den zweiten Durchgang betragen. Die bevorzugten prozentualen Zusammendrückungen innerhalb der vorgenannten Bereiche sind 70 bis 80% für den ersten Durchgang und 70 bis 90% für den zweiten Durchgang.

65 D as Austreiben kann mit üblichen Walzgerüstapparaturen durchgeführt werden, die aus zwei zusammenwirkenden Walzen bestehen. Somit wird der Schaumstoff ein erstes Mal durch das Walzgerüst geführt werden und danach für den zweiten

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Durchgang rückgeführt werden. In demjenigen Falle, wo der zweite Durchgang bei einer unterschiedlichen prozentualen Zusammendrückung durchgeführt werden muss, könnten zwei Walzgerüste zweckmässig sein, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und von dem Schaumstoff durch die jeweiligen Einstellungen in aufeinanderfolgender Weise durchlaufen werden. Eine weitere Möglichkeit, aufeinanderfolgende Walzenspalteinstellungen zu schaffen, besteht darin, einen einzigen Durchgang durch einen Walzenstuhl mit drei Walzen mit den jeweiligen aufeinanderfolgenden Walzenspalteinstellungen vorzusehen. Diese Technik liefert die Vorteile eines Zweigangschemas in einer einzigen Arbeitsstufe unter Verwendung lediglich eines einzigen Walzgerüstes.

Die verwendeten Walzen können vorteilhaft mit Substanzen, wie Sand, Kies oder dgl., beschichtet sein, um die Reibung zwischen dem Schaumstoff und den Walzen zu erhöhen und dadurch einen Schlupf beim Walzen zu verhindern oder auf ein möglichst geringes Mass herabzusetzen. Ein weiteres Merkmal der bei der Austreibung der Aufschlämmung angewendeten Vorrichtung besteht in einem am Austritt an den Walzgerüsten angeordneten beweglichen Rolltisch, um den frischgewalzten Schaumstoff, wie er herauskommt, abzustützen und weiter zu fordern. Insgesamt kann die Anwendung von beschichteten Walzen und eines beweglichen Rolltisches dazu dienen, die Unversehrtheit und die Gleichförmigkeit der Struktur und Gestalt des gewalzten Produkts zu fördern, da sie unerwünschte VerformungsWirkungen verringern und eine unnötige Handhabung des porösen Gegenstands auf ein Mindestmass herabsetzen, was die Verteilung der Aufschlämmung beeinträchtigen könnte.

Wie bereits ausgeführt worden ist, hat ein mehrfacher Walzendurchgang den Vorteil eines unerwarteten Anstiegs der Durchlässigkeit beim porösen Endprodukt. In dem Falle, wo zwei Durchgänge durch die Walzen bei gleicher prozentualer Zusammendrückung durchgeführt werden, ist die Durchlässigkeit des Endproduktes um 30 bis 50% erhöht. Dieser Anstieg ist bemerkenswert insofern, als das Durchgangsschema zu einer gleichmässigeren Verteilung der Ausschlämmung und schliesslich zu festeren und gleichförmigeren Gegenständen führt, als sie mittels vergleichbarer Zusammendrückungen bei einem einzigen Durchgang erhältlich wären. Weiterhin ergeben die durchgeführten Durchgangsschemata, bei denen der zweite und der nachfolgende Walzendurchgang von einer prozentual höheren Zusammendrückung sind als der erste Durchgang einen Durchlässigkeitsanstieg von mehr als 100% gegenüber einem Zusammendrückungsschema mit nur einem einzigen Durchgang.

Sobald die Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung beendet ist, können die erhaltenen Schaumgefüge getrocknet und gegebenenfalls gebrannt werden, um gesinterte poröse Keramikgegenstände zu schaffen. Die Trockenstufe wird primär dazu angewendet, um den organischen Schaumstoff aus dem Gegenstand zu entfernen. Im allgemeinen können übliche Trocknungsverfahren angewendet werden, jedoch ist zu berücksichtigen, dass eine zweckmässige Erhitzungsgeschwindigkeit die durch die Oxydation des Schaumes selbst hervorgerufene Wärme berücksichtigen muss. Die Wirkung dieser Erscheinung ist besonders bemerkenswert beim Erhitzen umfangreicher Schaummassen, wo ein bedeutendes Volumen des Erhitzungsraumes vom Gegenstand selbst ausgefüllt sein kann. In derartigen Fällen kann es erforderlich sein, das Material auf einer Temperatur im Bereich von 200 bis 370°C zu halten, um ein übermässiges Aufheizen zu vermeiden, das sich aus der chemischen Reaktion ergibt, was ein Brechen der keramischen Fasern unter thermischer Beanspruchung verursachen kann. Die genaue Temperatur wird durch den verwendeten besonderen organischen Schaumstoff bestimmt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.

Wie schon ausgeführt worden ist, kann der keramische Schaum gegebenenfalls weiterhin wärmebehandelt oder gebrannt werden, um die keramischen Teilchen zu einem in hohem Masse feuerfesten Gefüge zu sintern. Wie weiter vorne 5 angegeben ist, ist diese Massnahme fakultativ, beispielsweise bei der Anwendung der porösen Gegenstände vorliegender Erfindung als Filter für geschmolzenes Aluminium. In diesem Falle ist gefunden worden, dass das geschäumte Material lediglich eines Erhitzens auf eine Temperatur von 540 bis 600°C io bedarf, um die organische Komponente zu entfernen. Der erhaltene Gegenstand ist als solcher geeignet zum Einsatz bei Schmelzen von Aluminiumlegierungen bei Temperaturen bis 760°C. In einem solchen Falle würde schon ein in Luft abbindendes Mittel oder ein Bindemittel die erforderliche Fe-15 stigkeit bei dem Gegenstand schaffen, und es würde keine vollständige Sinterbehandlung erforderlich sein.

Bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann man poröse keramische Gegenstände mit einer Dicke von 6 bis 100 mm und einer Oberflächenausdehnung bis zu 20 etwa 1 m2 oder sogar noch darüber herstellen. Die porösen Gegenstände besitzen, bezogen auf den eingesetzten rohen Schaum, eine Porenzahl von etwa 2 bis 20 Poren je 1 cm Länge, Durchlässigkeiten im Bereich von etwa 100 X 10-7 cm2 bis 10000 X IO-7 cm2 und Raumgewichte von 0,2 g/cm3 bis 25 1 g/cm3.

In dem Falle, in dem die porösen Gegenstände vorliegender Erfindung als Filter für geschmolzene Metalle eingesetzt werden, können die Luftdurchlässigkeit Werte von etwa 400 bis 8000 X 10-7 cm2 und die Porenanzahl Werte von etwa 30 2 bis 18 Poren je 1 cm Länge erreichen. Natürlich können sowohl die Durchlässigkeiten als auch die Porengrössen variiert werden, um sich der jeweiligen besonderen Art des beabsichtigten Verwendungszwecks des Gegenstands anzupassen. So können beispielsweise verhältnismässig feinporige 35 Filter hergestellt werden, die eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X IO-7 cm2 und eine Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge besitzen. Derartige Gegenstände sind vorteilhaft beim Filtrieren von Aluminiumlegierungen der Reihe 5000. Wenn jedoch im Falle des Filtrierens von geschmolze-40 nen Metallen das eingebrachte Metall besonders stark verunreinigt ist, würde man zuerst das Metall durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter mit einer Porenanzahl (zwischen 2 und 8 Poren je 1 cm Länge und einer Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 X IQ-7 cm2 filtrieren. Dies kann 45 man durch Verwendung eines einzigen Filters mit einer Abstufung der Eigenschaften oder durch Verwendung einer Reihe von Filtern unterschiedlicher Porosität erreichen. ' Das Verfahren vorliegender Erfindung ermöglicht die genaue Kontrolle der Durchlässigkeit des erhaltenen porösen so Keramikgegenstandes. Weiterhin zeigen nach vorliegender Erfindung hergestellte keramische Schäume eine strukturelle Gleichförmigkeit, da weder eine Blockierung in der Mitte des keramischen Körpers noch eine Schwächung an den äusseren Oberflächen zu verzeichnen ist. Wenn die Gegenstände vor-55 liegender Erfindung bei der Filtrierung von geschmolzenem Metall eingesetzt werden, ist gefunden worden, dass sie erfolgreich der Beanspruchung durch einen Metallfluss ohne Verstopfungen (Blockierungen) oder Brüchen widerstehen und dass die erhaltenen Metallfiltrate eine unerwartet verbesserte eo Reinheit besitzen.

Das erhaltene Endprodukt ist ein verbundenes poröses keramisches Material mit einer offenzelligen Struktur, die durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen und durch ein keramisches Netzwerk umgebenen Hohlräumen charak-65 terisiert ist, wobei das poröse Material die vorstehend angegebenen Eigenschaften besitzt. Wenn man ein einziges poröses Filter mit einer Abstufung der Eigenschaften von grob zu fein durch die Dicke des Filtermaterials hindurch wünscht, kann

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man zwei oder mehrere Platten Polyurethanschaum mit in j geeigneter Weise unterschiedlichen Porengrössen kombinieren. Selbstverständlich kann der poröse Keramikgegenstand jede gewünschte Konfiguration aufweisende nach der Konfiguration, die für das Filtrieren des jeweiligen geschmolzenen Metalls erforderlich ist. Obwohl natürlich diese Konfigurationen vielfach und zahlreich sein können, können einzelne Kon-' figurationen zum Filtrieren in der Transportrinne zwischen einem Ofen und Giessformen beim Filtrieren von geschmolzenem Aluminium bevorzugt sein. Eine grosse Anzahl von ge- ; eigneten Konfigurationen kann in einfacher und üblicher Weise im Hinblick auf die durch das hier angewendete Herstellungsverfahren sich bietende Flexibilität hergestellt werden. Es ist ein besonderer Vorteil bei dem porösen keramischen Material vorliegender Erfindung, dass der keramische Schaum eine befriedigende Festigkeit aufweist, um einem Angriff durch geschmolzenes Metall zu widerstehen, und ebenfalls ist es vorteilhaft, dass keine übermässigen Giessköpfe von geschmolzenem Metall erforderlich sind, um das Filtrationsverfahren in Gang zu setzen.

Wie vorstehend angegeben worden ist, stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Filtrieren von ge- | schmolzenem Metall durch ein verfügbares Keramikfilter zur j Verfügung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ge- I schmolzenes Metall durch das keramische Material mit einer Geschwindigkeit von 12,5 bis 125 dm3 je dm2 Filterfläche je Minute und vorzugsweise von 25 bis 75 dm3 je dm2 Filterfläche je Minute für Aluminium giesst. Die Metallfliess-geschwindigkeiten bei normalen Aluminiumgiessverfahren variieren von einem Minimum bei etwa 90 kg je Minute bis zu einem Maximum über 900 kg Metall je Minute mit einer typischen Fliessgeschwindigkeit einer Metallmenge von etwa 225 kg je Minute. Gemäss vorliegender Erfindung sind die keramischen Materialien vorliegender Erfindung sehr gut geeignet, unter Anwendung der vorbeschriebenen Fliessgeschwindigkeit der Metallmassen erfolgreich zu arbeiten. Gewöhnlich sollte die besonders spezifische Fliessgeschwindigkeit für Aluminium innerhalb des Filters 35 kg Metall je dm2 des Filterquerschnitts je Minute nicht übersteigen und vorzugsweise sollte sie unter 21 kg je dm2 je Minute betragen. Höhere Fliessgeschwindigkeiten durch das Filter als vorstehend angegeben, ergeben bei den Filterdurchläufen zuviele unerwünschte nichtmetallische Anteile bei einer Erzeugung von hochwertigem Blech. Die untere Grenze wird durch die praktischen Grössenerwägungen bestimmt und würde unpraktisch grosse Filter erfordern, um Fliessgeschwindigkeiten von Metallmassen über 450 kg je Minute zu handhaben, d.h. dass das keramische Filter 114 cm im Quadrat oder 130 dm2 erfordern würde. Ein typisches Filter vorliegender Erfindung kann deshalb derart definiert werden, dass es 40 cm im Quadrat oder etwa 16 dm2 aufweist und für einen Durchsatz von 225 kg Metall je Minute bei einer spezifischen Fliessgeschwindigkeit von 14 kg je dm2 je Minute angelegt ist.

Zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungen ist die Qualität des eingegebenen Metalls eine bedeutsame Variable. Wenn das eingegebene Metall besonders stark verunreinigt ist und wenn ein bevorzugtes, verhältnismässig feinporiges Filter verwendet wird, verstopft dieses Metall sehr rasch das Keramikfilter vorliegender Erfindung. Die Qualität des Austrags, d.h. das erhaltene filtrierte Metall, ist eine Funktion der Qualität der zugeführten Menge. Somit sollte eine Mindest-Ein-speisungsqualität zur Verfügung gestellt werden, um eine gute Qualität des Austrags zu sichern. Um eine gute Austragsqua-lität zu gewährleisten kann man nach vorliegender Erfindimg das geschmolzene Metall zuerst durch ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter und optimal eine Reihe von porösen Filtern mit abnehmender Porosität verwenden. Somit würde, wie eingangs angegeben, gemäss vorliegender Erfindung eine typische Erstfütrationsstufe ein verhältnismässig grobporiges Keramikfilter mit einer Porengrösse zwischen 2 und 8 Poren je 1 cm Länge, mit Luftdurchlässigkeiten von 2500 bis 8000 X IO7 cm2, Porositäten oder Hohlraumanteilen 5 zwischen 0,90 und 0,95, Raumgewichten zwischen 0,20 und 0,35 und Dicken von 10 bis 100 mm umfassen. Eine Reihe derartiger Filter mit abnehmender Durchlässigkeit ist besonders geeignet. Gegebenenfalls kann ein einziges Vorfilter oder ein einziges Filter vorliegender Erfindung mit einer Ab-io stufung der Eigenschaften von grob (hohe Durchlässigkeit) bis fein (niedrige Durchlässigkeit) durch seine Dicke hindurch verwendet werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

15 Beispiel 1

Es wird ein Polyurethanschaum mit einer Dicke von etwa 5 cm vorgesehen. Dann wird eine wässrige keramische Aufschlämmung mit folgender Zusammensetzung zubereitet: 47% A120, 13% Cr203,3,5% Kaolin, 1% Bentonit und, als wässrige 20 Lösung mit einer gleichen Menge Wasser zugegeben, 14,5% kolloidales Aluminiumorthophosphat. Die Aufschlämmung bzw. der Schlicker enthält 82% Feststoffe und 18% Wasser. Der Schaumstoff wird in die Aufschlämmung getaucht und darin geknetet, um die Luft zu entfernen und praktisch alle 25 Hohlräume mit der Aufschlämmung zu füllen und auch das Netzwerk des Schaums mit der Aufschlämmung zu überziehen. Der erhaltene imprägnierte Schaumstoff wird aus der Aufschlämmung entnommen und einem Druck durch fest eingestellte Waken unterworfen, um etwa 80% der Auf-30 schlämmung aus dem Schaumstoff abzuquetschen, indem der imprägnierte Schaumstoff durch die vorher eingestellten Walzen geführt wird. Der Schaumstoff springt in seine ursprüngliche Dimension zurück, nachdem er die Walzen passiert hat, und weist nunmehr ein Polyurethannetzwerk auf, das mit einem im 35 wesentlichen gleichmässigen Rückstand der keramischen Aufschlämmung beschichtet ist. Das Material wird eine Stunde bei 125 °C in einem Öfen getrocknet, dann langsam bei einer Wärmeaufnahmegeschwindigkeit von 0,5°C j e Min. auf500°C erhitzt, um das Wasser auszutreiben und die Polyurethanfasern zu ver-40 flüchtigen u./od. zu verbrennen, ohne dass das keramische Material zusammenfällt und ohne dass die keramische netzartige Konfiguration zerstört wird. Der Schaum wird eine Stunde bei 500°C gehalten und anschliessend auf 1350°C mit einer Geschwindigkeit von 1 °C je Minute erhitzt, dann 5 Stunden bei 45 1350°C gehalten, um die keramischen Teilchen sintern zu lassen und dadurch ein offenzelliges poröses Keramikmaterial mit einer Konfiguration des ursprünglichen Polyurethanschaums zu erzeugen. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaums sind wie folgt:

50

Durchlässigkeit 1425 X 10-T cm2

55

60

Porosität

Porengrösse

Dicke strukturelle Gleichförmigkeit

0,87

12 Poren je 1 cm Länge 5 cm ausgezeichnet r. Beispiel 2

2250Û kg einer Charge einer Aluminiumlegierung 5252, die 2,3% Magnesium, 0,04% Silicium, 0,05% Eisen und 0,06% Kupfer enthält, wird in einem mit Gas beheizten Siemens-65 Martin-Ofen erschmolzen, durch den in üblicher Weise Chlor als Schmelzmittel durchgeleitet wird. Dieses unfiltrierte Metall wird dann in drei Walzbarren mit jeweils 4500 kg Gewicht und einem Querschnitt von 50 X 135 cm gegossen.

11

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Eine zweite Charge der gleichen Zusammensetzung wird erschmolzen und zum Giessen nach der gleichen Praxis vorbereitet, jedoch mit der Ausnahme, dass das Metall mit einer Geschwindigkeit von 14 kg/dmz/Minute durch das gemäss Beispiel 1 hergestellte und in einem Eingiessbehälter angeordnete Keramikfilter geleitet wird, bevor das Metall in - Walzbarren gegossen wird. Es ist lediglich eine Metallsäule von 15 cm erforderlich, um das Filter in Betrieb zu setzen und während des Giessens baut sich eine laufende Verlusthöhe von 0,3 bis 2,5 cm auf, nachdem 13 500 kg Metall durch das Filter filtriert worden sind.

Druckfllterpriifungen beziehen sich auf das Metall, das einmal vom Eingang und Ausgang des Filters während des Giessens des filtrierten Metalls und zum anderen von Eingiessbehälter während des Giessens des unfiltrierten Metalls entnommen worden ist. Die Filtrierwirkung des porösen Keramikfilters aus dem Schaum nach vorliegender Erfindung erweist sich als ausgezeichnet. Querschnitte der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall werden mit Querschnitten der Druckfilterplatte aus dem filtrierten Metall verglichen. Diese Querschnitte zeigen in eindeutiger Weise, dass kein oder nur ein sehr geringer Rückstand in dem mit dem erfindungs-gemässen porösen keramischen Filter filtrierten Metall vorhanden ist. Demgegenüber liegen beträchtliche Rückstandsmengen in dem Querschnitt der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall vor. In gleicher Weise wird eine Druckfilterplatte am Eingang des porösen Keramikfilters erhalten, die das Vorliegen eines beträchtlichen Filterrückstands zeigt. Dies zeigt deutlich die Wirksamkeit des porösen Keramikfilters vorliegender Erfindung.

Die vorstehend beschriebene Druckfilterprüfung stellt ein Verfahren zum Konzentrieren und Prüfen der nichtmetallischen Teilchen in einer Probe von 9 bis 11,3 kg geschmolzenem Aluminium dar. Das geschmolzene Aluminium bei dieser Prüfung wird vorsichtig in einen vorerhitzten 11,3 kg fassenden Ton-Grafit-Tiegel geschöpft, in dessen Unterteil ein 30 mm im Durchmesser messender, 3 mm dicker aus porösem Siliciumdioxid bestehender scheibenförmiger Boden eingesetzt ist. 90% des Metalls wird unter Anwendung von Druckluft durch die Scheibe gepresst, und das restliche Metall verfestigt sich in situ. Dann werden die Scheibe und das angrenzende Metall zerschnitten, poliert und mittels üblicher metallographischer Techniken geprüft, um die Menge der ausgefilterten nichtmetallischen Anteile sichtbar werden zu lassen.

jfolge Verwendung des erfindungsgemässen Keramikfilters (keine Metallverunreinigungen im Endprodukt befinden.

Beispiel 4

5 Wie in Beispiel 2 wird eine weitere Schmelze von 22 500 kg der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. In diesem Falle wird das Metall durch ein tafelförmiges Bett von Aluminiumoxid nach der üblichen Praxis filtriert, bevor es zu Vergleichszwecken in Walzbarren gegossen wird. Die derart gegossenen io Barren werden auf eine Blechdicke von 0,75 mm heruntergewalzt, und es werden Proben aus denjenigen Stellen bei der erhaltenen Rolle entnommen, die dem Barrenfuss, einer 50 cm vom Barrenfuss entfernten Stelle und dem Barrënkopf entsprechen. Diese Proben werden geprüft, um Anzeichen von 15 linearen Fehlern aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle I zusammen mit denjenigen Daten angegeben, die mit unfiltriertem Metall und mit dem durch ein Keramikfilter filtrierten Metall nach Beispiel 2 erhalten worden sind. Die Ergebnisse in dieser Tabelle 20 sind als Prozentzahlen angegeben worden, wobei als Bezugs-grösse zu Vergleichszwecken das unfiltrierte Metall verwendet worden ist.

TABELLE I

25

Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

35

Art des Metalls

Fuss

50 cm vom Fuss entfernt

Kopf unfiltriertes Metall

100%

durch ein Bett filtriertes Metall

150%

25%

10%

durch poröses Keramikfilter filtriertes Metall

10%

Beispiel 3

Die nach dem Beispiel 2 hergestellten Barren werden auf 0,75 mm Dicke heruntergewalzt, und dann werden Blechproben im aufgerollten Band von den Stellen entsprechend den Kopf- und Fussabschnitten der Barren geprüft, um ein Anzeichen von linearen Fehlern je Flächeneinheit des Bleches aufzuzeigen. Bei dem aus dem filtrierten Metall hergestellten Blech ist gefunden worden, dass es etwa zehnmal weniger lineare Fehler enthält als das aus dem unfiltrierten Metall hergestellte Blech, wie aus der nachstehenden Tabelle I hervorgeht. Dies ist ein weiteres starkes Anzeichen für die Wirksamkeit des porösen Keramikfilters vorliegender Erfindimg.

Darüber hinaus wird das gemäss Beispiel 2 verwendete erschöpfte poröse Keramikfilter metallographisch untersucht. Es ist gefunden worden, dass in dem Netzwerk des Filters beträchtliche Oxidschilfer und feine nichtmetallische Teilchen eingefangen worden sind, was einen weiteren Beweis der Filtrierleistung des Filters vorliegender Erfindung darstellt.

Ausserdem werden mechanische Eigenschaften und die Zusammensetzung bei dem filtrierten Metall gemäss vorliegender Erfindung geprüft. Es werden gute mechanische Eigenschaften erhalten, und es ist gefunden worden, dass sich in-

40 Die Ergebnisse zeigen deutlich die verminderte Güte der Fussregion des durch Filtrieren mit einem üblichen Bettfilter erzeugten Barrens im Vergleich zu der Güte eines Barrens, der mit einem Filter vorliegender Erfindung erzeugt worden ist.

45 Beispiel 5

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine weitere 22 500 kg Charge der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall durchläuft das nach Beispiel 1 hergestellte poröse Keramikfilter, das in gleicher Weise wie in Beispiel 2 beschrieben in so dem Eingiessbehälter befestigt ist. Das verwendete Filter ist identisch mit dem des Beispiels 1, jedoch mit der Ausnahme, dass der zur Verfügung stehende Filterbereich um zwei Drittel verkleinert worden ist, mit dem Ergebnis, dass die spezifische Fliessgeschwindigkeit des Metalls innerhalb des Filters 42 55 kg/dm2/Minute beträgt, was höher als die spezifische Höchst-fliessgeschwindigkeit vorliegender Erfindung ist.

Die erhaltenen Barren werden dann auf eine Dicke von 0,75 mm heruntergewalzt. Es werden Proben entnommen und geprüft, um Anzeichen von linearen Fehlern in der Weise wie ao in Beispiel 4 angegeben aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle II angegeben und werden mit den entsprechenden Untersuchungen verglichen, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch ein Keramikfilter des Beispiels 65 2 bei einer Fliessgeschwindigkeit von 14 kg/dmz/Minute filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich das unfiltrierte Metall angenommen worden ist.

622230 _

12

TABELLE II Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

Art des Metalls Fuss Kopf unfiltriertes Metall 100% 100% 100%

durch poröses Keramikfilter filtriertes Metall

(14 kg/dm2/Min.) 10% 10% 10%

durch poröses Keramikfilter filtriertes Metall

(42 kg/dm2/Min.) 150% 50% 150%

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen deutlich die verminderte Güte beim erhaltenen Produkt, wenn man den spezifischen Fliessgeschwindigkeitsbereich vorliegender Erfindung erhöht.

Beispiel 6

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine weitere Charge von 22 500 kg Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall wird durch ein poröses Keramikfilter filtriert, das gemäss Beispiel 1 hergestellt und wie in Beispiel 2 beschrieben in einen Eingiessbehälter eingebaut worden ist. Dieses Filter ist ähnlich wie das des Beispiels 1 hinsichtlich Zusammensetzung, Dicke und struktureller Gleichförmigkeit doch unterschiedlich in folgenden Eigenschaften:

Durchlässigkeit 2140 X 10~7 cm2

Porosität 0,92

Porengrösse 8 Poren je 1 cm Länge

Ferner beträgt die spezifische Metallfliessgeschwindigkeit bei dem Filter etwa 28 kg/dm2/Minute. Somit liegen die physikalischen Eigenschaften des Filters und die Metallfliessgeschwindigkeit innerhalb der Werte vorliegender Erfindimg, jedoch ausserhalb des bevorzugten Bereichs hinsichtlich Durchlässigkeit, Porosität, Porengrösse und spezifischer Metallfliessgeschwindigkeit bei dem Filter.

Die derart hergestellten Barren werden auf eine Dicke von 0,75 mm heruntergewalzt. Dann werden Proben aus den Rollen an Stellen entnommen, die den Köpfen und Füssen der Barren entsprechen. Diese Proben werden untersucht, um das Auftreten von linearen Fehlern in gleicher Weise wie in Beispiel 4 beschrieben aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben und werden mit den Ergebnissen entsprechender Untersuchungen verglichen, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch das bevorzugte poröse Keramikfilter des Beispiels 1 filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich die Werte des unfiltrierten Metalls verwendet worden sind.

TABELLE III

Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

Art des Metalls

Fuss

Kopf .

unfiltriertes Metall

100%

durch poröses Keramikfilter filtriertes Metall

(14 kg/dm2 /Min.)

10%

durch poröses Keramikfilter filtriertes Metall

(28 kg/dm2 /Min)

40%

60%

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist deutlich ersichtlich, dass die Verwendung eines Filters innerhalb der breiten spezifischen Werte vorliegender Erfindung eine etwa 50prozentige Abnahme hinsichtlich des Auftretens von linearen Fehlern gegenüber einer etwa 90prozentigen Abnahme ergibt, wenn man nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung arbeitet.

Gemäss vorliegender Erfindung sind weitere Vorteile und Merkmale des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung von Keramikfiltern bei Betrachtung der nachstehenden Ausführungsbeispiele ohne weiteres verständlich.

Beispiel 7

Es wird ein Polyurethanschaumstoff auf Polyesterbasis mit einer Dicke von 5 cm hergestellt, der 12 Poren je 1 cm Länge und eine Luftdurchlässigkeit von 4600 x 10-7 cm2 aufweist. Danach wird eine wässrige keramische Aufschlämmung mit 47% Aluminiumoxid, 13% Chromoxid, 3,5% Kaolin, 1% Bentonit und 29% einer 50prozentigen wässrigen Lösung von Aluminiumorthophosphat (= 14,5% Aluminiumorthophosphat) durch 1 stündiges Mischen mit 60 UpM in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Mischer zubereitet. Nach 30 Minuten Mischen wird eine Probe zur Viskositätsuntersuchung entnommen. Diese Probe zeigt, dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 25,5 X 103 Centipoise bei 25 °C besitzt, gemessen nach einer 20 Minuten dauernden Prüfung bei 20 UpM in einem «Brookfield-RVT-Viskosimeter» mit einer Spindel Nr. 6.Eine Probe des Schaumstoffs wird in die Aufschlämmung getaucht und etwa 30 Sekunden wiederholt mittels einer Kolbenvorrichtung zusammengepresst und wieder ausdehnen gelassen, währenddessen die Aufschlämmung mit 50 Zyklen je Sekunde vibrieren gelassen wird, um die Hohlräume bzw. Poren mit der Aufschlämmung zu füllen. Die derart imprägnierte Schaumprobe wird aus der Aufschlämmung entnommen und durch fest eingestellte Walzen, die mit Sand beschichtet sind, geführt, wobei eine 70prozentige Zusammendrückung hinsichtlich der Dicke erfolgt, um überschüssige Aufschlämmung auszutreiben. Die Walzen besitzen einen Durchmesser von 76 mm und werden mit einer Geschwindigkeit von 12,5 UpM angetrieben. Die Probe zeigt ein praktisch vollständiges Zurückspringen in den Ausgangszustand nach Beendigung des Walzens.

Die Probe wird dann 1 Stunde bei 65°C und 2 Stunden bei 95°C in einem Ofen getrocknet. Die getrocknete Probe wird dann von 95°C auf260°C mit einer stündlichen Erwärmung um 56°C, danach auf eine Temperatur von 315°C mit einer stündlichen Erwärmung um 11 °C und schliesslich auf eine Temperatur von 345°C mit einer stündlichen Erwärmung um 56°C erhitzt und danach vier Stunden auf dieser Temperatur gehalten, um die Polyurethanfasern zu entfernen, ohne dass das keramische Netzwerk zusammenfällt. Die niedrige Erhitzungsgeschwindigkeit von 260 auf 315°C ist erforderlich, um s

io

15

<20

25

30

35

40

45

!

50

55

60

65

13

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einen plötzlichen Temperaturanstieg zu vermeiden, der aus der Oxydation des Polyurethans herrührt.

Die erhaltene Probe wird dann in einem Brennofen gebrannt, wobei Erhitzungsgeschwindigkeiten von stündlich um 56°C auf eine Temperatur von 540°C und danach stündlich um 224°C auf eine Temperatur von 1315°C angewendet werden. Danach wird die Probe in dem Ofen abkühlen gelassen.

Die gebrannte Probe ist fehlerfrei und zeigt Festigkeit der Oberflächen gegen Abblättern. Die Durchlässigkeit der Probe wird mit 400 X 10~7 cm2 und das Raumgewicht mit 0,74 g/ cm3 gemessen. Die Masse weist eine gute physikalische Festigkeit auf und zeigt einen Bruchmodul von 17,6 g/mm2. Ein Zerteilen der Masse zeigt jedoch, dass sie keine gleichförmige i Struktur besitzt, da sie eine Blockierungslinie in der Mitte aufweist, was die Verwendung der Masse bei zahlreichen Anwendungsgebieten, wie ein Filtrieren von geschmolzenem Metall, ausschliesst.

Beispiel 8

Es wird nach der in Beispiel 7 angewendeten Praxis eine weitere Probe hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass eine Änderung hinsichtliches des Prozentwertes bei der Zusammendrückung beim Walzen gemacht wird. In diesem Beispiel wird ein Walzenspalt eingestellt, der eine 86prozentige Zusammendrückung gestattet, was eine bedeutsame Erhöhung gegenüber der des Beispiels 7 bedeutet.

Die gebrannte Probe scheint fehlerfrei zu sein, jedoch besitzt sie ziemlich schwache Oberflächen und Kanten, was sie bei einer rohen Handhabung gegen ein Abblättern anfallig ; macht. Die Durchlässigkeit der Probe wird mit 1600 X 10~7 cm2 und das Raumgewicht mit 0,39 g/cm3 gemessen. Die Masse besitzt eine adäquate physikalische Festigkeit und einen Bruchmodul von 12,7 g/mm2. Beim Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ganz gleichförmig ist, obwohl die äusseren Fasern etwas feiner als die der Masse sind, was die charakteri-; stischen schwachen Oberflächen erklären würden. Diese grundsätzlich gleichförmige Masse würde für Anwendungsgebiete brauchbar sein, wo eine Oberflächenfestigkeit weniger wichtig im Vergleich zu einer Gesamtgleichförmigkeit ist und keine Nachteile darstellt. Die Zerbrechlichkeit der Masse würde sie jedoch weniger geeignet zur Verwendung als Filter, insbesondere für geschmolzenes Aluminium, machen.

Beispiel 9

Nach der in Beispiel 7 beschriebenen Praxis wird eine weitere Probe hergestellt, die einem zweimaligen Walzendurchgang unterworfen wird, wobei ein Schema angewendet wird, wobei beim ersten Durchgang eine Zusammendrückung um 75% und beim zweiten Durchgang um 86% erfolgt. Dieser doppelte Durchgang liegt innerhalb des Bereichs vorliegender Erfindung.

Die gebrannte Probe ist fehlerfrei und besitzt feste Oberflächen und Kanten. Es wird eine Durchlässigkeit von 1700 X IO-7 cm2 und ein Raumgewicht von 0,41 g/cm3 gemessen. Die Masse besitzt eine ausgezeichnete Festigkeit und einen Bruchmodul von 19 g/mm2. Beim Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ausgezeichnet gleichförmig ist und nur eine mässige Anzahl von verstopften Poren aufweist, die sich gleichmässig durch die Masse verteilen. Diese gleichförmige feste Probe würde für kritische Anwendungsgebiete, wie ein Filtrieren von geschmolzenem Metall, brauchbar sein.

Beispiel 10

Es wird eine weitere Probe aus einem Polyurethanschaum-stoff auf Polyesterbasis hergestellt, der eine Dicke von 5 cm und eine Porenanzahl von 12 Poren je 1 cm Länge sowie eine Durchlässigkeit 6000 X 10-7 cm2 besitzt. Die angewendete keramische Aufschlämmung ist die gleiche wie in Beispiel 7,

besitzt jedoch eine Viskosität von 31 X 103 Centipoise infolge des Zusatzes von etwas Wasser.

Die Schaumstoffprobe wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben imprägniert. Es wird ein Austreiben der 5 Aufschlämmung mittels eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen durchgeführt, wobei der erste Durchgang mit einer Zusammendrückung um 50% und der zweite Durchgang mit einer Zusammendrückung um 86% erfolgt.

Die erhaltene Probe wird getrocknet und gebrannt. Bei der io Untersuchung wird beobachtet, dass sie eine Luftdurchlässigkeit von 1700 X IO-7 cm2 besitzt. Der weiteren weist die Probe eine gleichförmige Struktur auf, was auf eine Freiheit von ; Oberflächenzerbrechlichkeit und Blockierung in der Mitte hinweist, so dass sie zum Einsatz als Filter für geschmolzenes 15 Metall geeignet ist.

Beispiel II

Es wird nach dem in Beispiel 7 angegebenen Verfahren eine weitere Probe hergestellt, um die vorliegende Erfindimg näher zu erläutern. Es wird ein Polyurethanschaumstoff auf 20 Polyesterbasis verwendet, der sich von den zuvor verwendeten jProben dadurch unterscheidet, dass er eine Luftdurchlässigkeit von 4700 X 10-7 cm2 besitzt. Auch die keramische Aufschlämmung ist die gleiche, jedoch mit der Ausnahme, dass die Viskosität 25 x 103 Centipoise beträgt.

25" Wie angegeben, ist die Bearbeitung identisch mit der des Beispiels 7, jedoch mit dem Unterschied, dass Austreiben mittels eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen erfolgt, wobei beim ersten Durchgang eine Zusammendrückung um 84% erfolgt, während beim zweiten Durchgang eine Zusammen-30 drückung von 86% erfolgt.

Nach dem Trocknen und Brennen ist die erhaltene Probe ebenfalls fehlerfrei und gleichförmig und frei von Oberflächenschwächen und Blockierungen in der Mitte. Die Probe besitzt eine Durchlässigkeit von 2650 x IO-7 cm2 und wird als 35 brauchbar zum Einsatz als Filter für geschmolzenes Metall betrachtet.

Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von ke-40 ramischen Schäumen kann in anderen Ausführungsformen realisiert oder auf anderen Wegen durchgeführt werden, ohne sich vom Geist oder wesentlichen Merkmalen der Erfindung zu entfernen. Die vorliegende Ausführungsform muss deshalb in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend 45 angesehen werden, wobei der Umfang der Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche angegeben ist und alle Änderungen mitumfasst sind, die bedeutungsmässig und umfangs-mässig äquivalent sind.

Wie vorstehend ausgeführt worden ist, liefert die vorlie-50 gende Erfindung zahlreiche Vorteile beim Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere Aluminium. Somit ermöglicht es beispielsweise die Erfindung, dass man geschmolzenes Metall mittels einer in üblicher Weise entfernbaren Filterplatte filtriert, die in Filtrierapparate in einfacher Weise und rasch 55 eingesetzt und darauf auch glatt und in üblicher Weise entfernt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung werden, wenn eine poröse keramische Filterplatte verwendet wird, ausserordentlich hohe Filtrationswirksamkeiten erhalten, und diese Wirksamkeiten wer-60 den bei Verwendung einer zur Verfügung stehenden Filter-platte erreicht, die glatt und in üblicherweise eingesetzt und aus der Filtriervorrichtung entfernt werden kann, wie es aus den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich ist, die als Beispiele verschiedene Anwendungsformen der porösen Keramikfilter und es der Gestaltungen dieser Filter zeigen.

Fig. 1 ist eine Aufsicht einer Filterkammer einschliesslich einer darin im wesentlichen waagerecht angeordneten Filterplatte;

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14

Fig. 2 ist eine Ansicht im Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Filterplatte, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist;

Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Filterplatte ähnlich der in Fig. 3A gezeigten Filterplatte;

Fig. 4 ist in einer weiteren Ausführungsform eine Aufsicht auf eine Filterkammer mit einer darin im wesentlichen senkrecht angeordneten Filterplatte;

Fig. 5 ist eine Ansicht im Schnitt längs der Linie Y-V in Fig. 4;

Fig. 6.ist eine perspektivische Ansicht einer Filterplatte, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist; und

Fig. 7 ist eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform, bei der die Filterplatte oberhalb einer einzelnen Giesstülle angeordnet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Filterkammer gezeigt, wie sie in Umguss-Systemen für geschmolzenes Metall, Giesstiegeln, Giessbehältern, Transportrinnen, Metallbearbeitungsabteilen und dgl. verwendet werden. Die Filtervorrichtung 2 kann gegebenenfalls aus zwei Abschnitten 2A und 2B aufgebaut sein, die miteinander durch geeignete Mittel, wie (nicht gezeigte) Flansche am Rand verschraubt sind. Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte einzelne Filtervorrichtung ist eine Transportrinne, die eine in der Mitte angeordnete Filterkammer 3 aufweist, durch die das beim Einlass 4 eingespeiste Metall geleitet wird und aus dem Auslass 5 austritt. Das geschmolzene Metall kann beim Einlass 4 durch geeignete Mittel, wie eine Giesstülle 6, eingespeist werden. Die Filterkammer 3 weist eine schalenförmige Kammer auf, deren Boden unter die Höhe des Einlasses 4 abgesenkt ist, so dass das in die Filterkammer 3 eingespeiste geschmolzene Metall nach unten ! durch die gemäss vorliegender Erfindung in der Filterkammer angeordnete Filterplatte treten kann. Somit ist die Filterkammer 3 gekennzeichnet durch eine Aussenumrandung 7, die vollständig um den oberen Teil der Filterkammer umläuft. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umgibt der Filterkammerrand 7 die Filterkammer an allen Seiten, mit Ausnahme des an den Einlass 4 angrenzenden Bereichs. Die Filterkammerumrandung 7 steht in Verbindung mit der Seitenwand 8, die sich abwärts zum Filterkammerboden 9 erstreckt, der einen rund-umlaufenden abgeschrägten Teil oder eine Öffnung 10 (Fig. 2) besitzt, die sich um den Rand herum erstreckt und mit der abgeschrägten Wandoberfläche der Filterplatte in Eingriff steht. Die Filterplatte 11 weist eine entsprechend angepasste abgeschrägte Randfläche 12 auf, die mit der abgeschrägten Wandfläche 10 der Filterkammer in Eingriff steht.

Die abgeschrägte Randfläche des Filters 12 ist mit elastischen Dichtungsmitteln 13 versehen, die gegenüber dem geschmolzenen Metall widerstandsfähig sind. Die Filterplatte 11 und die Dichtungsmittel 13 sind in die Filterkammer 3 derart eingesetzt, dass sich der Aufbau der Filterplatte-Dichtungsmittel in die abgeschrägte Wandfläche der Filterkammer einfugt.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist somit die Filterplatte 11 im wesentlichen waagerecht in dem Behälter angeordnet. Die Filterplatte weist, wie ersichtlich ist, eine quadratische Form auf, jedoch können für die Filterplatte ohne weiteres beliebige übliche Formen angewendet werden, wie runde, hexagonale oder andere Formen. Die Filterplatte 11 ist im geneigten Teil der Filterkammer oder der Filterschale 3 angeordnet, wie in ihrem Bodenteil 9. Das geschmolzene Metall wird der Filterplatte 11 über den Einlass 4 in die Filterkammer 3 zugeführt. Das geschmolzene Metall läuft nach unten durch die Filterplatte 11 in die Kammer 14 unter der Filterplatte 11. Die Filterplatte 11 ist an der richtigen Stelle mittels Dichtungsmittel 13 derart abgedichtet, dass die Filterplatte in einfacher Weise durch einen senkrecht abwärts gerichteten

Druck eingesetzt und durch einen senkrecht nach oben ausgeübten Druck leicht entfernt werden kann. Gegebenenfalls kann die Filterkammer-wie vorstehend ausgeführt worden ist - geteilt und seitlich zum Einbau der abgedichteten Filter-5 platte in der Filterkammer bewegt werden, wobei die Filter-platte mit einer Art Zwinge gehalten wird. Vorzugsweise ist die abgeschrägte Randfläche der Filterkammer 10 unter einem Winkel von 2 bis 20° abgeschrägt und die Filterplatte ist vorzugsweise mit einer abgeschrägten Fläche 12 mit einem io entsprechenden Winkel von 2 bis 20° versehen. Die Filter-platte 11 ist vorzugsweise im wesentlichen waagerecht und unter einem Winkel von etwa 1 bis 5° abwärts gegen den Metall-auslass 5 geneigt angeordnet, um einen Lufteinschluss gegen die Unterseite des Filters zu verhindern. Ausserdem ist der 15 Boden 15 der Kammer 14 unterhalb der Filterplatte 11 vorzugsweise abwärts mit einem Winkel von etwa 1 bis 5 0 gegen den Auslass 5 geneigt, um das Ablaufen des Metalls während des Betriebs und bei der Beendigung des Giessens oder des Transports zu erleichtern.

20 Gegebenenfalls kann die Filterkammer waagerecht, wie längs der waagerechten Ebene unter dem Boden 9 oder unter einem Winkel unter dem Boden 9 geteilt sein, um insbesondere ein Reinigen der Kammer 14 in einfacher Weise zu ermöglichen. Es kann erwünscht sein, die Richtung der Schräge 25 des abgeschrägten Teils 10 umzukehren, so dass eine einwandfreie Dichtung mittels des Wandteils bei der Kammer bewirkt wird.

Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, weist die Filterplatte 11 der 30 vorliegenden Erfindung eine angepasste abgeschrägte Rand-fläche 12 auf, mit der die abgeschrägte Fläche 10 der Filterkammer in Eingriff steht. Selbstverständlich werden Änderungen bei der Zeichnung als innerhalb des Umfangs vorliegender Erfindung liegend betrachtet, wie in der Fig. 3B zu 35 sehen ist, in der eine entsprechende ebene Oberfläche tun den gesamten Umfang der Filterplatte 11 vorgesehen ist, an die dann die abgeschrägte Fläche 12 angrenzt. Die Fig. 3A und 3B zeigen Filterplatten, bei denen die abgeschrägte Fläche sich um den gesamten Umfang der Platte erstreckt, jedoch ist es 40 zweckmässiger vorzusehen, dass sich die abgeschrägte Fläche nicht ganz um die gesamte Fläche ausdehnt, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, bei der sich die abgeschrägte Fläche an zwei Flächen der Platte erstreckt.

Somit ist ersichtlich, dass die Filterplatte vorliegender Er-45 findung in üblicher Weise bei einer Vielzahl von Änordnun-gen, einschliesslich Giesstiegeln, Giessbehältern, Transportrinnen, Giesstüllen und Metallbehandlungsabteilen, angewendet werden kann. Die Filterplatte darf nicht in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem in Turbulenz befindlichen Fluss des ge-50 schmolzenen Metalls angeordnet werden, insbesondere wenn eine solche Turbulenz eine Oxidbildung und ein Mitreissen fördert. Dies tritt auf im Falle einer Turbulenz sowohl in aufsteigender als auch in absteigender Richtung des Filters. Die Turbulenz in aufsteigender Richtung verbunden mit einem 55 Mitreissen von Oxid begünstigt eine Kanalbildung beim Filter, eine unwirksame Filtrierung und in schweren Fällen eine vorzeitige Blockierung des Filters. Eine Turbulenz in abwärtsgerichteter Richtung kann den durch das Filter erreichten Nutzen zunichte machen und das geschmolzene Metall wieso derum mit Oxid oder anderen nichtmetallischen Anteilen beladen, die an der Oberfläche des Metalls vorliegen oder gebildet werden. Häufig auftretende Turbulenzquellen sind Ofenabstichlöcher, Giesstüllen und andere Vorrichtungen, die rasche Änderungen im Fliessquerschnitt und demzufolge 65 einen hohen Geschwindigkeitsgradienten verursachen. Selbstverständlich muss eine besondere Filtereinrichtung sorgfältig ausgewählt werden, um zu gewährleisten, dass auch daraus keine andere Quelle für Turbulenz entsteht. Die vorstehenden

15

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Betrachtungen hinsichtlich der Turbulenz sind besonders Es ist gefunden worden, dass die vorstehend genannten zweckdienlich bei chemisch reaktionsfähigen Metallen, wie Schwierigkeiten bei waagerecht angeordneten Filterplatten' Aluminium und Magnesium und ihren Legierungen, die leicht grösstenteils auf ein Mindestmass herabgesetzt werden kön-bei Berührung mit Luft oxidieren. Jedoch sind diese Betrach- nen, wobei im wesentlichen alle Vorteile einer waagerecht tungen auch bedeutsam bei weniger reaktionsfähigen Me- 5 angeordneten Filterplatte beibehalten werden, indem man die tallen, wie Kupfer und seinen Legierungen. Selbstverständlich .Filterplatte in einem geringen Winkel von 1 bis 5° zur Waagestehen auf diesem Gebiet Vorrichtungen zur Verfügung, eine rechten neigt. Eine solche Lage lässt die Luft während der Turbulenz zu mildern, wie z.B. durch in geeigneter Weise an- anfänglichen Inbetriebnahme der Filterplatte entweichen, geordnete Flügel. ohne dass die gleichmässige o'der im wesentlichen gleichmäs-Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass 10 sige Eintauchtiefe des Filterkörpers aufgegeben wird, wie sie die Filterplatte vorliegender Erfindung üblicherweise im we- aus einer waagerechten Anordnung resultiert. Wie aus der sentlichen waagerecht angeordnet sein kann. Ausserdem kann Fig. 2 ersichtlich ist, sollte vorzugsweise der höchste Punkt der die Filterplatte gegebenenfalls im wesentlichen senkrecht oder Oberfläche bei einer waagerecht angeordneten Filterplatte je nach dem Fluss des geschmolzenen Metalls unter einem beim äussersten Abwärtsstromende der Filterplatte derart Zwischenwinkel anbringbar sein. Die senkrechte Anordnung 15 liegen, dass das Entweichen der Luft durch die Ausbreitwir-der Filterplatte vorliegender Erfindung wird nachstehend in kung des Metallstromes zunimmt. Es ist ersichtlich, dass das einer besonderen Ausfuhrungsform beschrieben. Die waage- Merkmal einer im wesentlichen waagerecht angeordneten, abrecht angeordnete Filterplatte jedoch hat zwei wesentliche wärtsgeneigten Filterplatte in hohem Masse vorteilhaft ist, so Vorteile gegenüber einer senkrecht angeordneten Filterplatte. dass ausgezeichnete Ergebnisse bei der Anwendung dieses Als erstes kann durch Anwendung einer bedeutsamen Länge 20 Merkmals erhalten werden können, ohne die Verwendung des Giessbehälters oder Länge und Breite eines Giesstiegels einer abgeschrägten Umrandungsfläche, wie beispielsweise un-ein grosser Filterbereich in einfacher und üblicher Weise an- ter Verwendung einer geteilten Filterkammer und Zusammen-gepasst werden. Um andererseits einen grossen Filterbereich halten des Filters darin mit einer Art Zwinge. Selbstverständ-bei einer senkrechten Anordnung anzupassen, muss man ge- lieh muss auch ein geeignetes Dichtungsmittel verwendet wer-wöhnlich zu einem tiefen Behälter, Tiegel oder einer tiefen 25 den, und es muss auch der Boden 15 der Kammer 14 unter-Giesswanne greifen. Solche geometrischen Schrägungen sind halb der Filterplatte 11 wie vorstehend beschrieben vorzugshäufig von grosser praktischer Bedeutung, insbesondere wenn weise geneigt sein.

eine Anpassung bestehender Giesserleichterungen in Betracht Die Fig. 4 und 5 zeigen eine senkrecht angeordnete Fil-gezogen wird. Der zweite Vorteil bei der waagerechten Filter- teranordnung in einer Transportrinne. Bei der Ausführungsplatte besteht in der Tatsache, dass sie gewährleistet, dass alle 30 form nach den Fig. 4 und 5 wird eine Filterplatte 20 mittels Teile des Filters unter im wesentlichen der gleichen statischen einer Eindämmung 21 aus feuerfestem Material an der richti-Druckhöhe des Metalls betrieben werden, wohingegen eine gen Stelle gehalten und in einen Schlitz 22 in der Filterkam-senkrecht angeordnete Filterplatte selbstverständlich unter mer 23 in die richtige Stellung gebracht. Der Filterkammer 23 einer von oben nach unten variierenden Druckhöhe betrieben wird über den Einlassbehälter 24 geschmolzenes Metall zuge-wird. Aus diesem Grunde wird natürlich eine senkrecht ange- 35 führt, das waagerecht in den Filterkammerschacht 25 und von ordnete Filterplatte in ungleichförmiger Weise betrieben. dort aus durch die Filterplatte 20 in den Auslassbehälter 26 Durch die oberen Teile einer senkrecht angeordneten Filter- läuft. Die Filterplatte 20 ist in dem Schlitz 22 mittels einer platte strömt nicht soviel Metall wie durch die unteren Teile, keramischen Filterdichtung 27 abgedichtet, die vollständig die und in der Tat können sie nicht überall in Betrieb genommen Filterplatte 20 umgibt. Die vorabgedichtete Filterplatte 20 werden. Darüber hinaus haben Änderungen der Druckhöhe « und die Eindämmung 21 sind in dem Schlitz 22 angeordnet im Aufwärtsstrom des Filters eine stärkere Wirkung bei der und an der richtigen Stelle mittels Keilen 28 versiegelt. Es ist senkrecht angeordneten Filterplatte als bei einer waagerecht ein Abflussloch 29 vorgesehen, um den Schacht 25 des Metalls angeordneten Filterplatte, und dadurch kann sich ein vor- nach Beendigung des Giess- oder Transportvorgangs abflies-übergehender und bemerkenswerter Anfangsverlust bei den sen zu lassen. Das Abflussloch kann in Betrieb mittels einer oberen Teilen der Filterplatte und sogar deren Erstarren er- 45 Stopfenstange oder anderer üblicher Verschlussmittel, die geben. Um beim Betrieb einen Verlust des Anfangsbereichs nicht gezeigt sind, verschlossen werden.

auf ein möglichst geringes Mass zu senken, muss die Filter- Die Filterplatte vorliegender Erfindung, als Filterplatte 20, platte unter einer möglichst geringen Druckhöhe des ge- ist ein Kegelstumpf oder ein Segment eines festen Gebildes schmolzenen Metalls untergetaucht bleiben. Dies ist einfacher mit abgeschrägten Seiten, so dass die Randfläche eine abge-mit einer waagerecht angeordneten Filterplatte als mit einer 50 schrägte Gestaltung aufweist. Der Filterkammerschacht 25 hat senkrecht angeordneten zu erreichen. Auch kann das Ausset- eine entsprechende abgeschrägte Wandoberfläche 30 (Fig. 4), zen von nicht in Betrieb gesetzten Bereichen bei einer senk- die mit der abgeschrägten Wandfläche 31 der Filterplatte recht angeordneten Filterplatte oberhalb der Metallinie zu (Fig. 6) in Eingriff steht. Es können Filter bis zu mehreren einem Brechen der Filterplatte infolge thermischer Bean- Zentimeter Dicke und mehreren Quadratzentimeter Fläche in spruchung durch den unter derartigen Bedingungen erhalte- 55 üblicher Weise in Behältern nach der vorstehend genannten nen hohen Temperaturgradienten führen. Aus den vorgenann- Art angeordnet werden. Die Eindämmung 21 und die Filterten Gründen wird bei vorliegender Erfindung eine waagerecht kammer 23 können aus üblichen Baumaterialien hergestellt oder im wesentlichen waagerecht angeordnete Filterplatte sein. Der Filterschacht 25 und die entsprechenden Behälterbevorzugt. auskleidungen können in üblicher Weise aus giessbaren feuer-

60 festen oder keramischen Platten hergestellt werden. Die Ein-Eine Schwierigkeit bei den waagerecht angeordneten Fil- dämmung 21 und die Keile 28 können aus feuerfesten Press-terplatten besteht jedoch darin, dass die Luft nur unterhalb lingen, wie aus «Marinite», hergestellt sein, wenn das zu dieser Filterplatten entweichen kann. Dies kann in der Folge filtrierende Metall Aluminium oder eine andere niedrig zu einer Oxidbildung im Aufwärtsstrom im Filter und zu einer schmelzende Legierung ist. Selbstverständlich grenzt das Kanalbildung des Flusses durch die Filterplatte und somit zu 65 Dichtungsmittel 27 vorzugsweise an die abgeschrägte Filtereiner unter dem Optimum liegenden Filtration führen. Diese plattenfläche 31 an. Wie aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich ist, wo Art von Schwierigkeit wird durch die senkrechte Anordnung die Filterplatte nur an zwei Randflächen abgeschrägt ist, der Filterplatte vermieden. grenzt das Dichtungsmittel vorzugsweise an alle Randflächen

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der Filterplatte einschliesslich der nicht abgeschrägten Rand- • führt. Die Filterplatte ist mit einer abgeschrägten Randfläche flächen an. 46 versehen, die mit einer entsprechenden abgeschrägten Flä-

Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer waagerecht che 47 in der Aufweitung 41 in Eingriff steht. Zwischen den gelagerten, kegelstumpfartigen Filterplattenanordnung, um entsprechenden abgeschrägten Flächen ist ein elastisches Sieeine einzige Beschickung der Giesstülle zuzuführen. Bei dieser 5 gelmittel 48 vorgesehen, so dass das vorher abgedichtete Filter Einheit ist die Filterplatte 40 in einer Aufweitung 41 in der 40 festgelegt ist und durch Druck von oben in ähnlicher Weise feuerfesten Grundmasse 42 eines Giesstiegels oder einer • wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen an der Giesswanne 43 angeordnet. Während des Giessens fliesst das richtigen Stelle abgedichtet wird. Vorzugsweise sollten beMetall aus dem Tiegel 43 senkrecht durch die Filterplatte 40 in stimmte Mittel vorgesehen sein, um Luftblasen aus dem Fil-den Kanal 44 unter der Filterplatte 40 und somit in die Giess- io terboden entweichen zu lassen.

tülle 45, die zu einem Barren oder einem Gussstück darunter-

v

2 Blätter Zeichnungen

Claims

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2

PATENTANSPRÜCHE

1. Poröser keramischer Schaum, insbesondere poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur und regelmässiger Durchlässigkeit, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit einem Netzwerk aus Keramik umgeben sind, wobei das Filter eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 8000 X 10~7 cm2, eine Porosität von 0,80 bis 0,95, eine Porenanzahl von 2 bis 20 Poren je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.
2. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Schaums, insbesondere eines porösen Keramikfilters mit offenzelliger Schaum-Struktur und regelmässiger Durchlässigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Schaum mit schwammartiger durchlässiger Gerüststruktur aus einem hydrophoben, organischen Polymerisat mit einer wässrigen Aufschlämmung einer thixotropen keramischen Zusammensetzung mit einer Viskosität im Bereich von 1 X 103 bis 80 X 103 Centipoise in einer zur höchstmöglichen Imprägnierung und vollständigen Sättigung des Schaumstoffes ausreichenden Menge imprägniert, währenddessen man die Aufschlämmung einer Einwirkung von Scherkräften unterwirft, danach überschüssige Aufschlämmung von dem Schaumstoff abstreift, indem man den imprägnierten Schaumstoff mindestens zweimal durch fest eingestellte Walzen führt und dabei eine zeitweilige Zusammendrückung um 50 bis 90% 25 bei einem Durchgang und 70 bis 90% beim anderen Durchgang ausübt und schliesslich den Schaumstoff trocknet und zum Entfernen der organischen Substanz erhitzt.
3. Verwendung des porösen keramischen Schaumes, insbesondere des porösen Keramikfilters mit offenzelliger Schaumstruktur nach Anspruch 1 zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen, insbesondere von geschmolzenem Aluminium.
4. Keramikfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X IO-7 cm2, vorzugsweise von 1000 bis 1500 X IO-7 cm2, eine Porosität von 0,80 bis 0,95, vorzugsweise von 0,85 bis 0,90, eine Porenanzahl von 8 bis 18, vorzugsweise 10 bis 14 Poren je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm, vorzugsweise 35 bis 65 mm.
5. Keramikfilter nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Abstufung der Eigenschaften von grob bis fein durch die gesamte Dicke hindurch aufweist.
6. Keramikfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstufung der Eigenschaften über die gesamte Dicke hindurch derart ist, dass auf einer Seite des Filters eine Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 X IO-7 cm2, eine Porosität von 0,90 bis 0,95 und eine Porenanzahl von 2 bis 18 Poren je 1 cm Länge und auf der gegenüberliegenden Seite eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X IO-7 cm2, eine Porosität von 0,80 bis 0,95 und eine Porenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge gegeben ist.
7. Keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Dichte von weniger als 30% der theoretischen Dichte des kompakten keramischen Materials gleicher Grösse hat und folgende Zusammensetzung aufweist: 40 - 95 %, vorzugsweise 45 - 55 % A1203, bis zu 25 %, vorzugsweise 10- 17%Cr203,0,l - 12%, vorzugsweise0,5 - 5%Glüh-produkte von Bentonit und/oder Kaolin sowie 2,5 - 25% Glühprodukte eines in Luft abbindenden Mittels, das im wesentlichen indifferent gegenüber geschmolzenem Metall ist, vorzugsweise Aluminiumorthophosphat.
8. Keramikfilter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 12 bis 17% Aluminiumorthophosphat.
9. Keramikfilter nach Anspruch 1 in Form einer Platte mit einer abgeschrägten Randfläche, die mit der entsprechenden Randfläche bei einer Filterkammer so im Einklang angepasst ist, dass die Platte entfernbar ist.
10. Keramikfilter nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die abgeschrägte Randfläche ein elastisches Dichtungsmittel geklebt ist.
11. Keramikfilter nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Randfläche in einem Winkel von 2 bis

5 20° abgeschrägt ist.
12. Keramikfilter nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die abgeschrägte Fläche um den gesamten Umfang der Platte erstreckt.
13. Keramikfilter nach Anspruch! undT, dadurch gè-

10 kennzeichnet, dass sich die abgeschrägte Fläche über zwei Seiten der Platte erstreckt.
14. Keramikfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatte eine ebene Fläche um den gesamten Umfang aufweist, an die die abgeschrägte Randfläche an-

15 grenzt.
15. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 10 X 103 bis 40 X 103 Centipoise aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

20 dass man einen organischen Schaumstoff verwendet, der eine mittels der Kugelrückprallpriifung gemessene Rückprallelastizität von über 25%, eine bleibende Zusammendrückbarkeit von weniger als 30% bei 50% Zusammendrückung und eine Porenanzahl von 2 bis 20 Poren je 1 cm Länge besitzt.
17. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Schaumstoff Polyurethane, insbesondere auf Polyester-, bzw. Polyäther-Basis, Polyvinylschaumstoffe und Schäume aus Cellulosederivaten verwendet.
18. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

30 dass man eine wässrige Aufschlämmung verwendet, die a) keramische Stoffe aus der Gruppe: Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid, Mullit, gebrannter Ton, bei hohen Temperaturen erweichende Gläser und/oder deren Gemische

35 sowie b) im gesamten 2,5 - 25 Gew.-% kolloidales Aluminiumorthophosphat, Alkalimetallsilicate, Äthylsilicat, Aluminiumhydroxychlorid und/oder Magnesiumorthoborat als Bindemittel und

40 c) im gesamten 0,1 bis 12 Gew.-% organische Cellulosederi-vate, Bentonit und/oder Kaolin als Theologisches Mittel enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Aufschlämmung verwendet, die 40 bis

45 80% vorzugsweise 45 - 50% Aluminiumoxid, bis zu 20%, vorzugsweise 10 - 15 % Chromoxid, 2,5 - 25 %, vorzugsweise 12,5 bis 17,5 % Aluminiumorthophosphat, bis zu 10%, vorzugsweise 2- 5% Kaolin und 0,1 - 10%, vorzugsweise 0,5 -2%Bentonit enthält.

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20. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Imprägnierung derart durchführt, dass man den Schaumstoff unter Druck in die Aufschlämmung eintaucht und anschliessend den Druck aufhebt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

55 dass man den Druck mittels eines Walzenpaares ausübt, das innerhalb der Aufschlämmung angeordnet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass man das Imprägnieren durch wiederholtes Drücken und Ausdehnenlassen des Schaums während einer

60 Zeitdauer von 30 bis 60 Sekunden durchführt. .
23. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schaumstoff dadurch imprägniert, dass man auf den Schaum einen Unterdrück ausübt, während der Schaum auf der gegenüberliegenden Seite mit der Aufschlämmung in

65 Berührung steht.
24. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufschlämmung mittels mechanischer Bewegung, vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitsrühren oder

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durch Hochgeschwindigkeitsvibrieren der Einwirkung von Scherkräften unterwirft.
25. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auspressen der überschüssigen Aufschlämmung man den imprägnierten Schaumstoff beim ersten Durchgang zwischen zwei Walzen um 70 bis 80% zusammendrückt.
26. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den imprägnierten Schaumstoff nach Entfernung der überschüssigen Aufschlämmung und Trocknen auf eine Temperatur bis zu 600°C, vorzugsweise von 200 bis 370°C, erhitzt.
27. Verfahren nach Anspruch 2 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass man den getrockneten Schaumstoff aufTemperaturen von 1100 bis 1400°C, vorzugsweise 1300 bis 1400°C weiter erhitzt, und dabei die keramische Zusammensetzung sintert.
28. Verwendung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Hintereinanderanordnung mehrerer keramischer Filter mit allmählicher Abnahme der Porosität.
29. Verwendung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Einsatz eines einzigen keramischen Filters mit einer allmählichen Abnahme der Porosität durch die Dicke der Platte hindurch.
30. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatte in einer Filtriervorrichtung leicht steigend mit einem Winkel von 1 ° bis 5° zur Horizontalen in Richtung auf die Metallausflussseite angeordnet ist.