DE937697C

DE937697C - Brennkapsel und Brennverfahren fuer keramische Gegenstaende

Info

Publication number: DE937697C
Application number: DEM14031A
Authority: DE
Inventors: Walter Richter; Rudolf Schmucker
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1952-05-11
Filing date: 1952-05-11
Publication date: 1956-01-12

Description

Brennkapsel und Brennverfahren für keramische Gegenstände Die Erfindung betrifft eine Brennkapsel und ein Brennverfahren für keramische Gegenstände, die in einer reduzierenden oder neutralen Atmosphäre gebrannt werden. .
Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung harter, feuerbeständiger Tonwaren werden keramische Gegenstände in der Weise reduzierend gebrannt, daß sie in gemahlenem Koks eingebettet und in einer geschlossenen, ringsum durch Koks bis zur Weißglut erhitzten Kapsel gebrannt werden. Das Brenngut ist dabei in unmittelbarer Berührung mit den kohlenstoffhaltigen -Stoffen. Schon aus diesem Grunde eignet sich dieses Verfahren nicht für glasierte keramische Gegenstände, da die Koksteilchen an den glasierten Stellen ankleben bzw. anschmelzen würden. Außerdem läßt sich nach dem bekannten Verfahren der Brand nicht mit der Feinheit und Genauigkeit durchführen, wie es für die Erzeugung keramischer Werkstoffe mit besonders guten Festigkeitseigenschaften, die sie selbst für hochbeanspruchte Maschinenteile, wie z. B. Turbinenschaufeln, geeignet machen, erforderlich ist.
Um keramischen Werkstoffen z. B. eine hohe Temperaturwechselfestigkeit zu verleihen, setztman der Masse bekanntlich Karbide, Nitride, Boride od. dgl. zu, ,welche die Wärmeleitfähigkeit erhöhen. Die erwähnten Zusatzstoffe sind jedoch beim keramischen Brande, namentlich im Bereich höherer Temperaturen, mehr oder weniger empfindlich gegen Oxydation. Eine partielle oder totale Sauerstoffaufnahme führt innerhalb einer solchen Komponente zu Zerfallserscheinungen und setzt die angestrebten wärmetechnischen Vorteile erheblich herab. Andererseits ist aber auch ein stark reduzierendes Erhitzen des Brenngutes nachteilig, da hierbei eine übermäßige Reduktion der Oxyde der keramischen Grundmasse erfolgen kann. Diese kann unter Umständen sogar so weit fortschreiten, daß nicht nur eine Verflüchtigung der Alkalioxyde, sondern auch der bis zu den Metallen reduzierbaren übrigen Bestandteile des keramischen Systems stattfindet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Mittel und Wege aufzuzeigen, um keramische Massen mit solchen labilen Komponenten, die oxydationsempfindliche und bei zu starker Reduktion sublimierbare Stoffe enthalten, mit dem gewünschten Erfolg brennen zu können.
Erreicht wird dies mit einer Brennkapsel nach der Erfindung, deren Kapselwände mindestens eine Schicht aus kohlenstoffhaltigen Substanzen enthalten. Während des Brennens diffundiert die Sauerstoff enthaltende Luft der oxydierenden Ofenatmosphäre durch die kohlenstoffhaltige Schicht der Kapselwände in das Innere der Kapsel. Der in-der Verbrennungsluft enthaltene Sauerstoff wird bei Überschuß an reaktionsfähigem Kohlenstoff gemäß der chemischen Gleichung C +'/202 = C O in Kohlenmonoxyd verwandelt und fördert den Reduktionsprozeß beim Brennen. Durch Variation des reaktionsfähigen Kohlenstoffes hinsichtlich seiner Art, Quantität, Korngröße, Schichtstärke kann man die Menge an entstehendem Kohlenmonoxyd und damit die Reduktionsfähigkeit beeinflussen und steuern.
Ebenso ist es auch möglich, durch sinnvolle Abstimmung dieser chemischen Wechselwirkungen auf Grund der Wahl entsprechender kohlenstoffhaltiger Trägerschichten eine neutrale Brennatmosphäre im Kapselinneren in der Weise zu erzeugen, daß der eintretende Sauerstoff gemäß der Gleichung C+02=C02 vollkommen in das neutrale Kohlendioxyd überführt und eine Bildung von Kohlenmonoxyd verhindert wird. Man hat es dabei in der Hand, die Reduktion in den einzelnen, für das jeweilige keramische System erforderlichen Temperaturstadien einsetzen und in beliebiger Stärke auf das Brenngut einwirken zu lassen. Die einzelnen Schichten der erfindungsgemäßen Brennkapselwände, die eine selbsttätige Steuerung des Reduktionsgrades der Innenatmosphäre bewirken, bestehen im besonderen aus kohlenstoffhaltigen Substanzen verschiedener Zersetzungstemperaturen, wie z. B. aus Holz, Torf, Braunkohle, Steinkohle, Anthrazit, Koks, Graphit oderKarbiden. DieReduktion derBrennatmosphäre kann in einfacher Weise oder mehrfach fraktioniert durchgeführt werden; zu diesem Zwecke werden die reduzierend wirkenden Stoffe in einer Schicht angeordnet, oder es werden mehrere Schichten hintereinandergeschaltet. Zur weiteren Beeinflussung des Reduktionsgrades weisen die einzelnen Substanzen untereinander verschiedene Korngrößen auf; sie können entweder pulverförmig oder in Form. fester Platten zur Anwendung kommen. Werden für die einzelnen Reduktionsschichten pulverförmige Stoffe verwendet, so ist es zweckmäßig, die innere Schicht durch eine poröse Kapsel von dem Brenngut fernzuhalten. Die äußereHülledes Schutzmantels gegenüber der Atmosphäre bildet jeweils eine weniger poröse Außenkapsel. Durch entsprechende Wahl der Kapselporosität kann schließlich noch eine weitere Steuerung der inneren Brennzone in der gewünschten Richtung erfolgen.
Bei Verwendung der im vorhergehenden beschriebenen Brennkapsel ergibt sich somit ein Verfahren zum Brennen von Gegenständen aus keramischen Werkstoffen, bei dem der Brand hinsichtlich des Reduktionsgrades durch Auswahl der in den Kapselwänden enthaltenen Schichten aus Substanzen mit verschiedenem Kohlenstoffgehalt und verschiedenen Zersetzungstemperaturen selbsttätig in mehreren Fraktionen gesteuert wird.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Brennkapseln gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Brennkapsel im Schnitt für eine einfache Reduktion mit einer plattenförmigen Reduktionsschicht, Fig. 2 eine Brennkapsel im Schnitt für eine einfache Reduktion mit einer pulverförmigen Reduktionsschicht, Fig. 3 eine Brennkapsel im Schnitt für eine mehrfache Reduktion mit zwei plattenförmigen Reduktionsschichten, Fig. q. eine Brennkapsel im Schnitt für eine mehrfache Reduktion mit zwei pulverförmigen Reduktionsschichten.
Sollen, beispielsweise glasierte keramische Bauteile, welche ihr Kristallwasser bei 450 bis 800° C abgeben und deren Glasur bei etwa iooo° C zu erweichen beginnt, von etwa 6oo° C ab bei an sich oxydierender Ofenatmosphäre reduzierend gebrannt werden, so genügt hierfür die in Fig. i und 2 dargestellte einfache Reduktionsanordnung. In diesem Falle wird die reduzierende Ummantelung des Brenngutes i lediglich aus einem gegen höhere Hitzegrade beständigeren kohlenstoffhaltigen Material, wie Graphit usw., gebildet, welches je nachdem erforderlichen Reduktionsgrad fein- oder grobflinzig sein kann. Die Graphitsubstanz kann dabei entweder aus Platten 2 - wie in Fig. i dargestellt -oder aus Pulvern 3 (Fig. 2) bestehen. In Fig. i erkennt man auch die Außenkapsel q., welche aus wenig porösem keramischem Werkstoff hergestellt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die aus Graphikstaub bestehende Reduktionsschicht 3 von Kapseln 5 und 6 eingeschlossen. Die Innenkapsel 6 weist dabei eine stärkere Porosität auf als die Außenkapsel 5, welche die Graphitsubstanz gegen die äußere Ofenatmosphäre schützt.
Die in den Fig. 3 und q. dargestellte mehrfache fraktionierte Reduktionsanordnung kommt in vorteilhafter Weise beim Brennen von keramischen Körpern zur Anwendung, bei denen die Reduktion bereits in verhältnismäßig niederen Temperaturbereichen einzusetzen hat und dann beibehalten werden soll. Um eine derartige starke Reduktionsphase zu erzielen, wird die innerste Reduktionsschicht aus einer leichter verbrennbaren kohlenstoffhaltigen Substanz, wie z. B. Koks, Kohle usw., gebildet, während die äußere Schicht aus auch bei hohen Temperaturgraden beständigen, kohlenstoffhaltigen Substanzen, wie Graphiten,. Karbiden usw., besteht. Die reduzierenden Stoffe können wiederum in Form von Platten oder von Pulvern verwendet werden. In Fig. 3 sind die Graphitplatten mit 7 und die Kohleplatten mit 8 bezeichnet, in Fig. q. erkennt man diie Graphitstaubschicht 9 und die Kohlestaubschicht io. Während des Einfüllvorganges der beiden pulverförmigen Anteile (Graphit- und Kohlenstaub) werden diese zweckmäßigerweise durch eine Trennwand aus Papier, Pappe oder einem anderen geeigneten Material an einer gegenseitigen Vermischung gehindert. In beiden Fällen werden die Reduktionsmaterialien gegen die äußere Brennatmosphäre durch eine wenig poröse Außenkapsel i i bzw. 12 geschützt. Die innere pulverförmige Reduktionsschicht io der Schutzummantelung gemäß Fig. q. wird mittels der Innenkapsel 13 von dem Brenngut i fernhalten. Diese Innenkapsel 13 weist wiederum eine stärkerePorosität auf als dieAußenkapsel 12.
Die Brennkapseln sowie das Brennverfahren gemäß der Erfindung lassen sich, wie bereits erwähnt, sowohl für eine reduzierende als auch für eine neutrale Brennweise verwerten und können nicht nur bei rein keramischen Stoffen, sondern auch bei gemischtkeramischen Materialien oder anderem Brenngut, wie Metallkeramik, Sinterkeramik, mit Erfolg angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkapsel für keramische Gegenstände, die in einer reduzierenden oder neutralen Atmosphäre gebrannt werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselwände mindestens eine Schicht aus kohlenstoffhaltigen Substanzen enthalten. z. Brennkapsel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselwände Schichten aus kohlenstoffhaltigen Substanzen verschiedener Zersetzungstemperaturen und verschiedenen Kohlenstoffgehalts, z. B. Holz, Torf, Braunkohle, Anthrazit u. a., enthalten. 3. Brennkapsel nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Substanzen zur Steuerung des Reduktionsgrades verschiedene Korngrößen aufweisen. q.. Brennkapsel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Substanzen des Schutzmantels entweder pulverförmig sind oder die Form fester Platten haben. 5. Brennkapsel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene kohlenstoffhaltige Substanzen gleichzeitig in einer Schicht oder in mehreren Schichten hintereinandergeschaltet sind, um eine partielle oder totale Reduktion der Ofenatmosphäre zu erzielen. 6. Brennkapsel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an die kohlenstoffhaltigen Substanzen beiderseits anschließenden Wandteile aus keramischem Material gleicher oder verschiedener Porosität bestehen. 7. Verfahren zum Brennen von Gegenständen aus keramischen Werkstoffen mit einer Brennkapsel nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brand hinsichtlich des Reduktionsgrades durch Auswahl der in den Kapselwänden enthaltenen Schicht oder Schichten aus Substanzen mit verschiedenem Kohlenstoffgehalt und verschiedenen Zersetzungstemperaturen in mehreren Fraktionen durchgeführt und selbsttätig gesteuert wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 175 o55.