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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Silicium oder dessen
Legierungen Es ist bekannt, aus Gemischen von gebräuchlichen keramischen Rohstoffen
und körnigem ioder pulverisiertem Silicium ioder Siliciumlegierungen Formkörper
nach keramischer Arbeitsweise herzustellen. Silicium besitzt einige metallische
Eigenschaften, wie beispielsweise Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit.
Der metallische Charakter siliciumhaltiger keramischer Materialien wird nun aber
stark beeinüußt durch den Gehalt der Masse an Silicium oder Siliciuml:egierung.
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Nach bekannten Vorschlägen treten Silicium oder Siliciumlegierungen
an die Stelle von Magerungsmitteln üblicher keramischer Massen, wie Porzellan, Steinzeug
oder Steatit. Dabei ist der metallische Charakter der Erzeugnisse begrenzt durch
den verhältnismäßig geringen Gehalt der Masse an Silicium oder Siliciumlegierung.
Durch Erhöhung des metallischen Anteils gelangt man nämlich zu Massen, die nicht
mehr genügende Formbarkeit besitzen, uin sie in üblicher Weise zu Gegenständen,
namentlich zu solchen von größeren Dimensionen, zu verarbeiten.
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Es macht sich nun, namentlich in der chemischen Industrie, ein starkes
Bedürfnis geltend nach möglichst hochwärmeleitenden und gleichzeitig unangreifbaren
Apparaturen, wie sie nur aus einem Material mit hohem Gehalt an Silicium oder Siliciumlegierung
hergestellt werden können. Es ergab sich somit die Aufgabe, derartige Massen nicht
nur zu Platten, sondern auch zu Rohren, Gefäßen u. dgl. zu verformen. Die Lösung
dieses Problems gelingt durch die Anwendung biesonderer Bindemittel, durch deren
Zusatz formbare Massen erhalten werden.
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Das neue Verfahren besteht darin, daß die zu verformende Masse aus
großen Mengen Silicium oder Siliciumlegierung und gegebenenfalls weiteren urplastischen
Stoffen gebildet wird. Um gleichwohl genügende Formbarkeit zu erreichen, werden
als Bindemittel besondere Stoffe verwendet, die der Masse Bildsamkeit verleihen.
Es handelt sich also nicht um eine keramische Masse bekannter Art, die an Stelle
sonstiger urplastischer Stoffe metallische Stoffe enthält, sondern um Massen aus
Silicium oder Siliciumlegierung mit einem besonderen, die Formbarkeit fördernden
Bindemittel. Bei dem letzteren handelt es sich nicht um einen organischen Klebstoff,
der beim Brennen oxydiert wird und Poren hinterl.äßt, sondern um einen mineralischen
Stoff, der, wenn auch in veränderter Form, im fertigen Erzeugnis erhalten bleibt.
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Als Bindemittel eignen sich k olloidreiche Aluminiumsilicate vom Typus
des Montmorillonits, insbesondere Bentonit. Dabei wird
die besondere
Wirkung dieser Bindemittel oftmals weiter erhöht durch Beifügung kleiner Mengen
Magnesiaoder :anderer Stoffe von ähnlicher Alkalinität.
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Eine geringe Menge von beispielsweise i o o, o der Masse an solchen
Bindemitteln ist ausreichend, um Formbarkeit zu erzielen. Durch den hohen Gehalt
dieser Bindemittel an kolloidfeinen, quellfähigen Teilchen können indessen insofern
Verarbeitungsschwierigkeiten auftreten, als die Massen beim Trocknen zum Verziehen
oder Rissigwerden neigen. Es ist deshalb häufig angezeigt, tonige Stoffe nach Art
der gebräuchlichen keramischen Rohstoffe mit zu verwenden.
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Bei der Herstellung siliciumhaltiger Erzeugnisse, die neben hoher
Leitfähigkeit noch besondere Beständigkeit gegen Temperaturwechsel besitzen sollen,
ist es überdies vorteilhaft, der Masse Kieselsäure in nichtkristallisierter amorpher
Form beizufügen, beispielsweise glasigen Gesteinsquarz, Kieselsinter, Diatomeenerde,
Molererde oder künstlich gewonnene amorphe Kieselsäure bzw. in den glasigen Zustand
übergeführten Quarz.
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Falls dichte, undurchlässige Produkte beabsichtigt sind, können der
Masse bekannte Flußmittel beigefügt werden, um die Dichtsinterung zu fördern. Besonders
ist der Zusatz von Magnesiumsilicaten, z. B. Talkum, zu erwähnen. Aus den Aluminiumsilicaten
und dem Talkum bilden sich schon bei Temperaturen von etwa i 3oo Schmelzflüsse in
der Masse, die ein völliges Dichtwerden des keramischen Anteils bewirken. Weitere
verwendbare Fl.ußmittel sind Feldspat, Phosphate oder künstlich hergestellte leicht
schmelzbare Fritten oder Gläser. Durch solche Zusätze wird es oftmals möglich, die
Dichtsinterung schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen zu erzielen.
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Wenn siliciumhaltige Erzeugnisse hergestellt werden, die möglichst
hohe Wärmeleitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit besiLzen sollen, so empfiehlt
es sich, die Formkörper so zu brennen, daß eine Brenntemperatur erreicht wird, die
zwischen 125o° und der Schmelztemperatur des siliciumhaltigen Massebestandteiles
liegt. Dabei soll :ein schädlicher Einfluß der Brennatmosphäre auf den metallischen
Massebestandteil, wie er sich namentlich bei Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre
geltend machen kann, vermieden werden. Es geschieht dies entweder dadurch, daß in
praktisch sauerstofffreier Atmosphäre gebrannt wird ,oder dadurch, daß der Brand
zwar in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, aber so rasch durchgeführt wird, daß eine
schädliche Einwirkung der Brennatmosphäre auf den metallischen M.assebestandteil
unmerklich wird. Sofern Materialien hergestellt werden, die nicht dichtsintern,
so empfiehlt es sich, auch beim Abkühlen im Brennofen sauerstoffhaltige Gase auszuschließen,
falls die Abkühlung längere Zeiträume in Anspruch nimmt. Eine rasche Durchführung
des Brandes empfiehlt sich auch dann, wenn die Masse amorphe Kieselsäure enthält,
um nämlich ihre Umwandlung in den kristallinen Zustand zu vermeiden. Eine Einwirkung
von Luftsauerstoff in den Brenngasen kann auch dadurch vermieden werden, daß man
die Formkörper in luftdichter Umhüllung oder in Kohleeinbettung brennt.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Herstellung metallischer
Formkörper nach keramischer Arbeitsweise. Die so erhaltenen Materialien zeichnen
sich aus durch hohe Wärmeleitfähigkeit und gegebenenfalls auch elektrische Leitfähigkeit.
Soweit sie mit Silicium oder Siliciumlegierungen von hohem Siliciumgehalt hergestellt
werden, besitzen sie auch hohe Säurefestigkeit, was namentlich für Apparate oder
Apparateteile für die chemische Industrie von Bedeutung ist.