WO2002018301A1 - Verfahren zur herstellung eines keramischen dämmstoffes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der keramischen Wärmedämmmaterialien und betrifft einen Dämmstoff, der im Ofen- und Feuerungsbau, in chemischen Reaktionsanlagen oder in der Raumfahrt eingesetzt werden kann.Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmedämmaterial herzustellen, das vergleichbare oder bessere Wärmedämmeigenschaften wie keramische Faserdämmstoffe aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem organische Kurzfasern in einer Flüssigkeit dispergiert werden, wobei die Flüssigkeit eine Suspension mit keramischen Partikeln und mindestens Bindemitteln ist, danach durch Koagulation die keramischen Partikel mit mindestens den Bindemitteln auf den organischen Kurzfasern abgeschieden werden, anschliessend die organischen Kurzfasern entfernt, und dabei oder anschliessend die keramischen Partikel gesintert werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der keramischen Wärmedämmmaterialien und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes, durch welches keramische Dämmstoffe hergestellt werden, die beispielsweise als Schutz für andere temperaturempfindliche Materialien im Ofen- und Feuerungsbau, in chemischen Reaktionsanlagen oder auch in der Raumfahrt eingesetzt werden können.

Stand der Technik Wärmedämmstoffe dienen sowohl dem Schutz anderer, temperaturempfindlicher Materialien vor hohen Temperaturen, als auch der Zurückhaltung von Wärme, dass heißt, der Isolation von heißen Materialien oder Räumen. Anorganische, insbesondere keramische Wärmedämmstoffe haben eine besondere Bedeutung in technischen Prozessen bei Temperaturen > 600 °C. Sie werden z.B. im Ofen- und Feuerungsbau, chemischen Reaktionsanlagen bis hin zu Wärmeschutzkacheln für Raumfahrzeuge eingesetzt.

Wärmedämmstoffe zeichnen sich durch eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aus. Da ruhende Luft eine äußerst niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, umschließen die meisten Wärmedämmstoffe Luft im mikroskopischen Maßstab in Form von Poren und besitzen demzufolge eine niedrige Dichte. Eine weite Verbreitung haben keramische Faserdämmstoffe erlangt, da sie neben einer sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeit auch leicht zu bearbeiten sind, sich bei mechanischer Belastung teilweise verformen lassen und relativ schadenstolerant und thermoschockstabil sind. Zur Herstellung der Faserdämmstoffe werden keramische Fasern hergestellt, entweder in Form von Wollen durch Verdüsung aus der Schmelze oder als Lang(Endlos)faser durch Umwandlung aus gelösten/dispergierten versponnenen Keramikvorstufen. Aus diesen Fasern werden Matten oder Formteile hergestellt, z.B. durch Saugverfahren auf Siebgewebe oder durch Textiltechniken (bei Langfasern).

Beim ersteren Verfahren werden die Fasern zumeist in eine Suspension überführt und das gewünschte Formteil aus dieser abgeschieden (US 3,935,060). Eine Bin- dung der Fasern wird zum Teil mit organischen Bindemitteln erreicht, die beim Einsatz verbrennen, oder es werden anorganische Bindemittel eingesetzt, die entweder kalt härten oder durch Hitzeeinwirkung eine keramische Bindung der Fasern untereinander bewirken (WO 98/37035). Ein noch besseres Wärmedämmaterial entsteht, wenn es sich bei den Fasern um Hohlfasern handelt, da diese eine noch höhere Porosität ermöglichen. Unter anderem ist in der WO 97/26225 die Herstellung einer keramischen Hohlfaser beschrieben, und deren Verwendung zur Herstellung eines Wärmedämmaterials erwähnt.

Ein wesentlicher Nachteil der Keramikfaserprodukte ist die in den letzten Jahren nachgewiesene Kanzerogen ität von mineralischen Feinstfasern, die über die Atemwege in die Lunge gelangen können. Das betrifft vor allem Fasern mit einem Durchmesser < 3 μm und einen Länge/Durchmesserverhältnis von> 5/3 (VDI/DIN- Handbuch Reinhaltung der Luft, Bd. 5 1998).

Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist es, dass aus der Schmelze erzeugte Fasern nur auf der Basis von schmelzbaren Substanzen hergestellt werden können, während nicht oder nur schwer schmelzbare oder leicht zersetzliche Materialien nach diesen Verfahren nicht als Faser hergestellt werden können und demzufolge nicht für die Herstellung eines Faserdämmstoffes zur Verfügung stehen. Das hat dazu geführt, dass im technischen Maßstab bisher schmelzverdüste Fasern nur im Stoffsystem AI₂O₃-SiO₂-(ZrO₂) mit unterschiedlichen Verhältnissen der Komponenten hergestellt werden, außerdem noch auf der Basis von synthetischen oder natürlichen silikatischen Gläsern.^"

In der US 5,094,906 ist ein Verfahren angegeben, bei dem miteinander verbundene Kohlenstofffasern in Form eines Filzes abgeschieden, die Fasern des Filzes mit einer keramischen Beschichtung versehen werden und anschließend der Kohlenstoff verbrannt wird. Auf diese Weise entsteht ein keramisches Filzmaterial aus hohlen Mi- krofilamenten. Nachteilig ist, dass dieses Verfahren sehr aufwendig und teuer ist, da die Beschichtung der Fasern mittels CVI (Chemical Vapour Infiltration) erfolgt und den ebenfalls mit einem aufwendigen Verfahren hergestellten Kohlenstofffilz als Ausgangsmaterial benötigt. Weiterhin ist es notwendig, erst einen Vorkörper herzustellen, der dann durch innere Beschichtung der Fasern und Ausbrennen des Koh- lenstoffs umgewandelt wird. Es ist weiterhin schwierig, den Kohlenstoff insbesondere bei größeren Formteilen gleichmäßig auszubrennen, da die keramische Beschichtung der Fasern schon erfolgt ist und die Verbrennungsvorgänge nur sehr langsam vor sich gehen können. Weiterhin ist auch das Verfahren des CVI auf Verbindungen beschränkt, die aus Trägergasen durch Reaktion der Komponenten abgeschieden werden können, wodurch auch hier eine Beschränkung der für die Wärmedämmmaterialien verfügbaren Substanzen eintritt.

Darlegung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches Verfahren anzugeben, bei dem die o.g. Nachteile nicht auftreten und ein Wärmedämmaterial hergestellt wird, das vergleichbare oder bessere Wärmedämmeigenschaften wie keramische Faserdämmstoffe aufweist und bei dem ein breites Spektrum an keramischen Materialien einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden organische Kurzfasern in einer Flüssigkeit dispergiert. Die Flüssigkeit ist eine Suspension, die keramische Partikel und Bindemittel enthält. Diese Suspension sollte über den Verfahrenszeitraum im wesentlichen stabil sein. Danach wird eine Koagulation (Flockung) durchgeführt, wobei ein Flockungsmittel zugegeben wird. Während der Koagulation scheiden sich die keramischen Partikel mit den Bindemitteln auf der Oberfläche der organischen Kurzfasern ab und können auch vorhandene Hohlräume und Fehlstellen in den Kurzfasern bedecken und/oder ausfüllen. Durch diese Abscheidung kommt es zu einer Umhüllung der organischen Kurzfasern, die vollständig oder im wesentlichen vollständig ist. Anschließend wird die Flüssigkeit ganz oder im wesentlichen ganz entfernt. Dies kann auf bekannte Art und Weise erfolgen. Üblich sind Absaugverfahren und auch eine Trocknung.

Bei diesem Schritt kann gleich noch eine teilweise oder vollständige Formgebung erfolgen. Beispielsweise kann bei den Absaugverfahren durch Druck- oder Vakuumfiltration die Abformung in eine Form durchgeführt werden. Oder durch Filterpressen wird die gewünschte Form erreicht. Nach der Entfernung der Flüssigkeit kann auch eine Formgebung durchgeführt werden.

Anschließend werden die organischen Kurzfasern entfernt. Dies kann durch eine Temperaturbehandlung oder durch Lösen oder Ätzen erfolgen. Bei der Temperaturbehandlung kann das Material der organischen Kurzfasern verbrennen, aufschmelzen oder verdampfen.

Nach dem Entfernen der organischen Kurzfasern erfolgt die Sinterung der keramischen Partikel. Dies kann unmittelbar nach der Temperaturbehandlung zur Entfernung der organischen Kurzfasern durch weitere Temperaturerhöhung erfolgen oder anschließend.

Durch die Auswahl des Volumenverhältnisses von Keramikpartikeln und organischen Kurzfasern in der Suspension kann die Dichte des keramischen Wärmedämmmaterials und damit seine mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit beeinflusst werden. Das Volumenverhältnis von Keramikpartikeln zu organischen Kurzfasern beträgt erfindungsgemäß 0,5 bis 4 Volumenanteile Keramikpartikel zu 1 Volumenanteil Kurzfasern, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Volumenanteile Keramikpartikel zu 1 Volumenanteil Kurzfasern.

Die keramischen Partikel sowie die zu beschichtenden organischen Kurzfasern werden in einer Flüssigkeit dispergiert und in einem möglichst fein verteilten Zustand stabilisiert. Zu dieser Suspension können Dispergierhilfsmittel, wie beispielsweise nichtionische Tenside (Alkylphenolethoxylate, Fettalkohol-ethoxylate, EO-PO- Blockpolymerisate), zugegeben werden. Die Suspension kann als stabil bezeichnet werden, wenn alle Partikel gleichgesinnte Oberflächenladungen besitzen und sich somit abstoßen. Die Koagulation wird üblicherweise durch die Zugabe von Flok- kungsmitteln initiiert, die die Stabilität der suspendierten Partikel in der Suspension so verändern, dass sie zu Flocken aggregieren (Römpp Chemie Lexikon Bd. 2, 9. Auflage, Stuttgart 1990). Diese bestehen entweder aus Makromolekülen (z.B. Po- lyelektrolyte auf der Basis von z.B. Polyamin, Polyacrylamid, Polyacrylat, Polyethy- lenimin, Polyethylenoxid, Glycerinester, Fettsäureester, Formaldehyden), die sich an den suspendierten Teilchen anlagern und deren Oberflächenladung ganz oder teilweise neutralisieren oder eine Brückenbindung zwischen den Partikeln bilden. Oder die Flockungsmittel bestehen aus Elektrolyten (z.B. Eisen- oder Aluminiumsalze, Carbonate, Sulfide, Chloride), die im dissoziierten Zustand ebenfalls die Oberflächenladung der suspendierten Partikel ganz oder teilweise neutralisieren. Es ist aber auch möglich, die Koagulation durch Konzentrationsveränderungen gelöster Stoffe, chemische Reaktionen, durch Temperatureinfluss oder elektrostatische Wechselwirkungen auszulösen.

Die Ermittlung der für den jeweiligen Anwendungsfall und die eingesetzten keramischen Partikel passenden Dispergierhilfsmittel und Flockungsmittel ist durch bekannte Methoden, wie beispielsweise ESA-Messungen, Sedimentationsuntersuchungen usw. ohne weiteres möglich.

Bei der Entfernung der Flüssigkeit entsteht ein Filterkuchen oder ein Formteil, das aus den mit keramischen Partikeln umhüllten organischen Kurzfasern besteht. Das Bindemittel bindet und verfestigt die keramischen Partikel.

Nach dem Entfernen der Flüssigkeit und der organischen Kurzfasern ist ein keramisches Formteil entstanden, dass nur noch aus keramischen Partikeln besteht, die in Form der ursprünglichen organischen Kurzfasern angeordnet sind und durch das Bindemittel verfestigt sind. Danach wird das Formteil gesintert, wobei das Bindemittel verdampft oder verbrennt oder selbst in einen anorganischen Bestandteil der sich bildenden Keramik umgewandelt wird. Das resultierende Formteil besteht aus polykristallinen und/oder teilweise glasigen Keramiken, die mikroskopisch die Form der organischen Kurzfasern angenommen haben. Wenn die keramischen Partikel die Fasern umhüllt haben, besitzt die Keramik mikroskopisch die Form von hohlen Fäden, wenn sie außerdem in die Fasern eingelagert worden ist, besitzt sie die Form von feinporösen oder dichten Fäden. An den Kontaktstellen der Fäden sind diese miteinander versintert, wodurch die Keramik ihre Festigkeit erhält. Es ist aber auch möglich, durch die Abscheidung spezieller Trennmittel, eine Versinterung der einzelnen Fäden zu vermeiden, wodurch das Material makroskopisch eine höhere Flexibilität besitzt.

Es ist auch möglich, das Formteil ohne vorherige Temperaturbehandlung zum Entfernen der organischen Kurzfasern und/oder zur Sinterung bei verschiedenen Anwendungsfällen einzusetzen, wenn bei der entsprechenden Anwendung dann aus- reichend hohe Temperaturen vorherrschen, die das Entfernen der organischen Kurzfasern und die Sinterung ermöglichen.

Die äußere Form des Formteiles, dass aus den versinterten Kurzfasern besteht, wird während der Abscheidung der umhüllten organischen Kurzfasern nach an sich bekannten Verfahren erzeugt, z.B. durch die Form des zur Abscheidung verwendeten Siebes. Die Wandstärke des Formteiles hängt dann von der Dauer der Flüssigkeitsentfernung oder vom Volumen des abzuscheidenden Materials ab. Weiterhin kann eine Form auch dadurch hergestellt werden, dass während der Flüssigkeitsentfernung Druck auf die Suspension ausgeübt wird oder das noch feuchte Formteil mechanisch ge- oder verpresst wird.

Weiterhin ist es auch möglich die makroskopische Form dadurch zu erzeugen, dass die Suspension in eine saugfähige Form, z.B. Gips, eingebracht wird, die der Suspension die Flüssigkeit entzieht und somit eine Entfernung der Flüssigkeit und eine Anlagerung der umhüllten organischen Kurzfasern an der Wand der Form erreicht, wobei das entstehende Formteil die Gestalt der Kavität der saugenden Form annimmt.

Als ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu nennen, dass eine große Breite an unterschiedlichen keramischen Materialien eingesetzt werden kann. Prinzipiell sind alle Keramiken einsetzbar, die durch druckloses Versintern aus Pulver hergestellt werden können. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, da aus der Schmelze erzeugte Fasern nur auf der Bas/s von schmelzbaren Substanzen hergestellt werden können, während nicht oder nur schwer schmelzbare oder leicht zersetzliche Materialien nicht als Faser hergestellt werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dies ohne weiteres möglich.

Als Keramiken können Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramiken eingesetzt werden. Als Silikate können beispielsweise Alkali- und Erdalkalisilikat-, Alumosilikat-, Zirkonsili- katkeramiken, wie CAS, Mullit, Cordierit eingesetzt werden. Es sind aber auch Mischkeramiken möglich, die aus einer Reihe verschiedener Aus- gangsstoffe gebildet werden, z.B. Porzellan oder Schamotte, die aus Ton hergestellt ist.

Als Oxidkeramiken lassen sich beispielsweise Aluminiumoxid-, Zirkonoxid-, Titanoxid-Keramiken einsetzen; als Nichtoxidkeramiken können Nitride, Carbide des Siliciums oder des Titans eingesetzt werden.

Als organische Kurzfasern kommen synthetische oder Naturfasern zum Einsatz, die einzeln oder als Faserbündel oder als Faserfilz oder als Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Geflecht eingesetzt werden können.

Als Naturfasern kommen beispielsweise Baumwolle, Flachs, Jute, Sisal, Kokos oder

Hanf in Frage.

Als synthetische Fasern werden Viskose, Polyamid, Polyester, Polypropylen und

Kohlenstoff eingesetzt.

Als organische Kurzfasern werden erfindungsgemäß Fasern einer Länge < 50 mm eingesetzt, vorzugsweise < 15 mm Länge. Die Faser- oder Faserbündellängen liegen dabei vorteilhafterweise im Bereich von 10 μm bis 15 mm, noch vorteilhafterweise bei 50 μm bis 10 mm.

Die Faser- oder Faserbündeldurchmesser liegen üblicherweise im Bereich von 5 μm bis 1 mm, vorteilhafterweise bei 20 bis 300 μm.

Solche Fasern werden industriell beispielsweise als Kurzschnittfasern hergestellt. Derartige erfindungsgemäß eingesetzte Fasern können Bestandteil eines Faserbündels oder eines Filzes oder eines Teiles eines Gewebes, Gewirkes, Gestrickes oder Geflechtes sein. Dabei ist die tatsächliche Länge einer Kurzfaser nicht von ausschlaggebender Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren, sondern ihre Fähigkeit, ein Gerüst für einen keramischen Dämmstoff abzugeben, der einerseits eine ausreichende Festigkeit für den jeweils gewünschten Anwendungsfalls aufweist und andererseits aber auch genügend Hohlräume und Poren aufweist, um die entsprechende Dämmaufgabe zu erfüllen. Die Fasern können auch vor dem Einbringen in die Suspension derart behandelt werden, dass ihre Oberfläche ganz oder teilweise modifiziert wird, wodurch die abzuscheidenden keramischen Partikel besser auf der Oberfläche haften. Derartige Haftvermittler können auch der Suspension zugegeben werden.

Andere an sich bekannte Stoffe, wie beispielsweise Stoffe zur Verringerung der Oberflächenspannung oder Sinterhilfsmittel, können der Dispersion oder Suspension zugegeben werden.

Der erfindungsgemäß hergestellte Dämmstoff besitzt eine Dichte im Bereich von 0,1 bis 1 g/cm³, vorteilhafterweise von 0,2 bis 0,5 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,03 bis 0,5 W/mK, vorteilhafterweise von 0,05 bis 0,1 W/mK (bei 80 °C).

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

36 g Flachsfaserkurzschnitt (Länge 4 mm) wurden unter Zusatz von 0,42 g eines Netzmittels (Zusolat der Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 250 ml entionisiertem Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, bestehend aus 54 g Ton, 48 g Kaolinschamotte, 12 g Calziumcarbonat, 6 g Feldspat und 6 g löslicher Stärke, wurde nach und nach unter Rühren der Dispersion beigefügt. Nach 15 minütiger Homogenisierungs- und Quellzeit erfolgte unter ständigem Rühren die Zugabe von 120 ml Silicasol und nach weiteren 30 min die Zugabe von 24 ml Natriumwasserglas. Nach anschließenden 10 min Rührzeit wurden die Feststoffpartikel der Suspension durch Eintropfen des Flockungsmittels (0,32 g Sedipur der Fa. BASF, Ludwigshafen) auf den Fasern abgeschieden.

Die Suspension wurde dann in einer rechteckigen Form 70 x 90 mm² zwischen zwei mit Baumwollgewebe überzogenen Metallsieben eingebracht und anschließend ein zweiseitiger Druck von ca. 5 MPa aufgebracht. Danach entstand ein Filterkuchen mit den Abmaßen 89 x 69 x 27 mm³ mit etwa 30 % Feuchtigkeit, der sich aus der Form entnehmen ließ und bei einer Temperatur von 80 °C 12 Stunden getrocknet wurde. Die Fasern wurden durch das sich anschließende Sintern bei 1200 °C (0,5 h Halte- zeit) mit einer Aufheizrate von 2 bis 5 K/min vollständig ausgebrannt und die keramischen Partikel gleichzeitig zu einer Ca-AI-silikatischen Keramik versintert.

Die gesinterte Platte weist eine Dichte von 0,3 g/cm³ auf und besteht mikroskopisch aus polykristallinen Ca-Al-Silikat-Keramikfäden, die an den Kontaktstellen miteinander verbunden sind. Die Fäden weisen einen Durchmesser zwischen 10 und 20 μm auf und sind durchschnittlich 1 mm lang. Das Material weist eine Biegebruchfestigkeit von 5 MPa und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,07 W/mK bei 80 °C auf.

Beispiel 2

36 g Polyamidfaserkurzschnitt (Faserlänge: 6 mm, Faserdurchmesser: 22 dtex/etwa 50 μm) wurden durch Auslagerung in verdünnter Schwefelsäure (pH-Wert: 2,5) an der Faseroberfläche modifiziert. Danach wurden die Fasern unter Zusatz von 0,42 g eines Netzmittels (Zusolat der Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 250 ml entionisiertes Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, bestehend aus 120 g AI₂O₃-Granulat (92 % AI₂O₃, Rest SiO₂, Na₂O, MgO, Fe₂O₃) sowie 6 g löslicher Stärke, wurde nach und nach der Dispersion beigemischt. Nach 15 minü- tiger Homogenisierungs- und Quellzeit erfolgte unter ständigem Rühren die Zugabe von 120 ml Silicasol und nach weiteren 30 min die Zugabe von 24 ml Natriumwasserglas. Nach weiteren 10 min Rührzeit wurden die Feststoffpartikel der Suspension durch das Eintropfen des Flockungsmittels (32 g Sedipur der Fa. BASF, Ludwigshafen) auf die Fasern abgeschieden.

Die Suspension wurde dann in einer zylindrische Metallform mit einem Durchmesser von 90 mm eingebracht, deren Boden mit einem Metallsieb der Maschenweite 1 mm versehen war. Unterhalb des Siebes war die Form geschlossen und mit einem Stutzen versehen. Durch Anlegen eines Unterdruckes von 10 Pa wurde die Flüssigkeit aus der Suspension abgesaugt und auf dem Siebgewebe die beschichteten Fasern abgeschieden. Nach kurzem Antrocknen (ca. 1 h) in der Form bei Raumtemperatur konnte ein zylindrisches Formteil mit den Abmaßen Durchmesser: 89 mm, Höhe: 31 mm entnommen werden, das eine Feuchtigkeit von ca. 35 % aufwies und bei einer Temperatur von 80 °C 12 Stunden getrocknet wurde. Die Fasern wurden durch das sich anschließende Sintern bei 1450 °C (0,5 h Haltezeit) mit einer Aufheizrate von 3 K/min vollständig ausgebrannt und die keramischen Partikel gleichzeitig zu einer 92 %igen AI₂O₃-Keramik versintert.

Die gesinterte zylindrische Platte weist eine Dichte von 0,5 g/cm³ auf und besteht mikroskopisch aus hohlen polykristallinen AI₂O₃-Keramikfäden, die an den Kontaktstellen miteinander verbunden sind. Die Fäden weisen einen Durchmesser zwischen 35 und 50 μm auf, bei einer Wandstärke von 2 μm und sind durchschnittlich 1 mm lang. Das Material weist eine Biegebruchfestigkeit von 5 MPa und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,01 W/mK bei 80 °C auf.

Beispiel 3

70 g Kokosfasergewebe geschnitten (Schnittlänge: 5 x 5 mm²) wird unter Zusatz von 0,8 g des Netzmittels Glydol (Fa. Zschimmer & Schwarz, Lahnstein) in 1,5 I entionisiertes Wasser mittels Flügelrührer 15 min dispergiert. Ein Pulvergemisch, bestehend aus 215 g SiC-Pulver, 25 g Ton, sowie 12 g löslicher Stärke (Merck), wurde nach und nach der Dispersion beigemischt. Nach 15 minütiger Homogenisierungs- und Quellzeit erfolgte unter ständigem Rühren die Zugabe von 2,4 g NaCO₃. Als ausreichende Verteilungszeit wurden 30 min ermittelt. Als temporäres Bindemittel wurden 2, 5 Ma.- % Ammoniumstearat- und 1 ,5 Ma.-% Acrylatdispersion (jeweils bezogen auf den

Feststoffgehalt) beigefügt. Die Ausflockung der keramischen Feststoffpartikel auf die Fasern erfolgte durch die Einstellung des pH-Wertes der Suspension auf 5,5 unter Zugabe von 44 ml 0,5mol/1-1n H₂SO₄.

Die Trennung des beschichteten Fasermaterials von der wässrigen Suspension wurde durch Eingießen der Dispersion in eine siebartige Vorform und anschließendes Zentrifugieren (4 s bei 200 U/min) vollzogen.

Der Trocknungsprozess war bei einer Temperatur von 80 °C nach 24 h abgeschlossen. Die Fasern wurden durch das sich anschließende Sintern bei 1200 °C (0,5 h Haltezeit) mit einer Aufheizrate von 5 K/min vollständig ausgebrannt und die Partikel zu einer glasgebundenen SiC-Keramik versintert. Die gesinterte Platte weist eine Dichte von 0,35 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,05 W/mK bei 80 °C auf.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dämmstoffes bei dem organische Kurzfasern in einer Flüssigkeit dispergiert werden, wobei die Flüssigkeit eine Suspension mit keramischen Partikeln und mindestens Bindemitteln ist, danach durch Koagulation die keramischen Partikel mit mindestens den Bindemitteln auf den organischen Kurzfasern abgeschieden werden, wobei die keramischen Partikel mit den Bindemitteln die organischen Kurzfasern ganz oder im wesentlichen umgeben, wobei die keramischen Partikel mit den Bindemitteln auch ganz oder teilweise in die organischen Kurzfasern eindringen können, anschließend die Flüssigkeit entfernt wird, danach die mit keramischen Partikeln und Bindemittel umgebenen Kurzfasern einer Behandlung unterzogen werden, bei der die organischen Kurzfasern entfernt, und dabei oder anschließend die keramischen Partikel gesintert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem organische synthetische oder Natur- Kurzfasern eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als organische synthetische Kurzfasern Viskose, Polyamid, Polyester, Polypropylen und Kohlenstoff eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als organische Naturfasern Bauwolle, Flachs, Jute, Sisal, Kokos und Hanf eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kurzfasern einzeln oder als Faserbündel, Filz, Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als Flüssigkeit der Suspension Wasser eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als keramische Partikel Partikel aus Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramiken oder aus Mischkeramiken eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Bindemittel Stärke, Glukose, Wasserglas, Kieselsol, Aluminiumphosphat, Methylzellulose eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Koagulation durch Zugabe von Polye- lektolyten oder Elektrolyten als Flockungsmittel durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem als Flockungsmittel Polyelektrolyte auf der Basis von Polyamin, Polyacrylamid, Polyacrylat, Polyethylenimin, Polyethylenoxid, Glycerinester, Fettsäureester Formaldehyden oder Eisen- oder Aluminiumsalze, Car- bonate, Sulfide, Chloride eingesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Kurzfasern umhüllt und Hohlräume und/oder Fehlstellen in den Fasern bedeckt und/oder ausgefüllt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Entfernung der Flüssigkeit durch Absaugen, Trocknen, Abtropfen, Pressen, Verdampfen, Schleudern durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Entfernen der organischen Kurzfasern durch Verbrennen, Aufschmelzen, Verdampfen, Lösen und Ätzen durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein Volumenverhältnis von keramischen Partikeln zu organischen Kurzfasern von (0,5 bis 4) Volumenanteile zu 1 Volumenanteil in einer Flüssigkeit dispergiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Volumenverhältnis von keramischen Partikeln zu organischen Kurzfasern von (0,8 bis 2,5) Volumenanteile zu 1 Volumenanteil in einer Flüssigkeit dispergiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem organische Kurzfasern mit einer Länge von < 50 mm Länge eingesetzt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem organische Kurzfasern mit Längen im Bereich von 5 μm bis 20 mm eingesetzt werden.