Producto refractario cerámico cocido.

Producto refractario cerámico cocido, cuya estructura consiste en >90 % en masa de por lo menos uno de los siguientes grupos de materiales:



a) ZrSiO4

b) ZrSiO4 + ZrO2

c) Al2O3

d) Al2O3 + ZrO2 y

e) posee una porosidad abierta del 2 al 30 % en volumen, en el que f) más de la mitad de la porosidad abierta consiste en poros, cuyo diámetro 1 !m y cuyo diámetro máximo es de 15 !m y estos poros están en un intervalo de tamaño de poro, cuyo valor máximo es menor o igual a 10 veces el valor mínimo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/002622.

Solicitante: REFRACTORY INTELLECTUAL PROPERTY GMBH & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: TWIN TOWER, 11, WIENERBERGSTRASSE 1100 WIEN AUSTRIA.

Inventor/es: BUCHBERGER, BERND, DJURICIC,BORO, SANTOWSKI,Klaus, KOECK,Franz.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C04B35/10 QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 35/00 Productos cerámicos modelados, caracterizados por su composición; Composiciones cerámicas (que contienen un metal libre, de forma distinta que como agente de refuerzo macroscópico, unido a los carburos, diamante, óxidos, boruros, nitruros, siliciuros, p. ej. cermets, u otros compuestos de metal, p. ej. oxinitruros o sulfuros, distintos de agentes macroscópicos reforzantes C22C ); Tratamiento de polvos de compuestos inorgánicos previamente a la fabricación de productos cerámicos. › a base de óxido de aluminio.
  • C04B35/106 C04B 35/00 […] › que contienen óxido de circonio o circón (Zr SiO 4 ).
  • C04B35/12 C04B 35/00 […] › a base de cromo (C04B 35/047, C04B 35/105 tienen prioridad).
  • C04B35/66 C04B 35/00 […] › Refractorios monolíticos o morteros refractarios, incluyendo los que contienen arcilla.
  • C04B38/00 C04B […] › Morteros, hormigón, piedra artificial o artículos de cerámica porosos; Su preparación (tratamiento de escorias por gases o por compuestos que producen gases C04B 5/06).

PDF original: ES-2377879_T3.pdf

 

Producto refractario cerámico cocido.

Fragmento de la descripción:

Producto refractario cerámico cocido.

La presente invención se refiere a un producto refractario cerámico. Entre ellos, se cuentan productos que se fabrican con silicato de zirconio de pureza distinta, por ejemplo, de silicato de zirconio (ZrSiO4) natural. Se conocen, por ejemplo, los siguientes procedimientos de fabricación:

Aksel et al. describen en "Journal of the European Ceramic Society, Noviembre de 2003, páginas 2083-2088, XP

004428446 ISSN: 0955-2219" la influencia de los compuestos de circonio para una mezcla básica sobre la base de óxido de aluminio. El producto cocido presenta una porosidad total del 25 al 35 %. Según un ejemplo de forma de realización aproximadamente un 4, 5 % de los poros está en un intervalo de diámetro < 20 !m.

El documento JP-A-08290958 se refiere a cerámica refractaria oxídica con una gran resistencia al choque de calor como revestimiento refractario en un recipiente para metal fundido. La porosidad aparente del material es del 5 al 50 %, presentando º 80 % de la porosidad total un diámetro º 1 !m.

El silicato de circonio es sinterizado, molido a continuación y el producto molido, previamente cocido, es formado después, con la adición de un aglutinante, y vuelve a ser cocido. La fabricación en varias etapas y, con ello, que lleva mucho tiempo y resulta costosa es desventajosa. Estos productos no son suficientemente densos y resistentes a la corrosión para utilizaciones en la industria del vidrio (revestimiento de artesas de horno) .

Las piezas conformadas se cuelan a partir de suspensiones de ZrSiO4. Los productos de este tipo no presentan propiedades de producto satisfactorias. En especial las propiedades mecánicas, como la 25 resistencia al choque térmico, no son con frecuencia suficientes.

Los productos cocidos a base de silicato de circonio se utilizan, en especial, para el revestimiento de hornos de fusión de vidrio. Presentan, por regla general, una reducida resistencia al cambio de temperatura y una gran resistencia a la corrosión frente a la masa fundida de vidrio. Los productos de circonio se fabrican con la densidad aparente más grande posible (> 4 g/cm3) .

Los mejores ladrillos sobre la base de silicato de zirconio que se encuentran en la actualidad en el mercado presentan una densidad aparente de aprox. 4, 4 g/cm3 y una porosidad abierta < 1 % en vol. Contienen además de silicato de zirconio: componentes secundarios como Al2O3, TiO2, HfO2 e Y2O3.

Si bien cabe esperar que los productos de silicato de zirconio ultrapuros de alta densidad presenten ventajas especiales para la utilización en artesas de fusión de vidrio.

Sin embargo, surgen dificultades durante la fabricación a causa de las altas temperaturas de sinterización, que son necesarias para productos de este tipo. Se determinó que a temperaturas superiores a 1.650 º C, parcialmente ya por debajo de ellas, tiene lugar una descomposición térmica del silicato de zirconio en ZrO2 y SiO2.

Para la consecución de una densidad aparente lo más alta posible, se mezclaron por ello diferentes medios auxiliares de sinterización a la materia prima de silicato de zirconio, por ejemplo MgO, ZnO, Al2O3 y TiO2.

45 Las exigencias impuestas actualmente a los productos de zirconio, que son adecuados para el revestimiento de artesas de fusión de vidrio, se pueden resumir como sigue: una porosidad lo más pequeña posible, una proporción de porosidad abierta lo menor posible, una densidad aparente elevada ( = bulk density) .

50 Estas propiedades las cumple el producto de zirconio, mencionado con anterioridad, que es el mejor que se ofrece en la actualidad en el mercado, el cual se presenta con mayor detalle al final de la presente descripción. A temperaturas más altas de la masa fundida de vidrio (> 1.600 º C) se produce en estos productos una exudación de fase fundida del producto. Esto conduce a que la matriz de ladrillo conste en parte únicamente de granos de silicato dispuestos a modo de esqueleto, con lo cual puede infiltrarse masa fundida de vidrio y conducir a la destrucción del 55 material refractario. Al mismo tiempo, se produce la contaminación de la masa fundida de vidrio por componentes disueltos y no disueltos del material refractario. Esto no se puede aceptar en general, en especial para masas fundidas de vidrio, para la fabricación de vidrios de gran calidad, en particular, vidrios ópticos.

Otro inconveniente de los productos de zirconio conocidos es su poca resistencia al choque térmico. Si se produce 60 la formación de una fisura en el ladrillo, esta se propaga rápidamente y destruye la estructura del ladrillo. En general los ladrillos conocidos deben ser calificados como extremadamente frágiles. De ello, resulta un desgaste prematuro a causa de desprendimientos o formación de fisuras. Con ello, están relacionadas pérdidas de producción y costes.

Para la utilización mencionada en artesas de fusión de vidrio se utilizan también productos cerámicos refractario a 65 base de óxido de aluminio (Al2O3) o combinaciones de Al2O3 y ZrO2.

La invención se plantea el problema de ofrecer un producto cerámico refractario, el cual pueda ser utilizado para la mampostería de artesas de fusión de vidrio, en especial de artesas de fusión de vidrio para la fabricación de vidrios de gran calidad. A estos pertenecen, entre otros: vidrios ópticos, vidrios resistentes a altas temperaturas, tipos de vidrio especialmente puros. En este contexto el producto debe presentar, de manera acumulativa, muchas de las propiedades siguientes: una gran resistencia a la temperatura, una buena resistencia a los choques térmicos, un comportamiento a la corrosión favorable, una cierta elasticidad de la estructura. Además, deben evitarse lo mas ampliamente posible contaminaciones de la masa fundida de vidrio en la zona de contacto material de fuego/masa fundida de vidrio.

Para la solución de estos problemas se llevaron a cabo ensayos extensos. En su transcurso se obtuvieron los conocimientos siguientes:

Además de la composición química, juega sobre todo la microestructura del producto cocido un papel determinante. Se intentó, correspondientemente, optimizar la porosidad y el tamaño de los poros así como la distribución de tamaños de poro. Las materias primas para la fabricación de un producto según la invención se reacondicionan en partículas finas y se llevan, a continuación, a la forma de granallas. Durante la cocción (piroporceso) , se produce la formación de una estructura, en la cual desaparecen sin embargo las diferentes granallas; la estructura de granallas original se puede reconocer todavía sin embargo en el producto cocido. Al mismo tiempo, se estableció que la composición estructural, en especial las zonas entre las granallas (originales) , pueden tener una influencia especial sobre las propiedades del producto (en especial la propiedades del producto de productos moldeados, como ladrillos (bricks) ) .

Según esto, la invención se refiere en su forma de realización más general a un producto refractario, cerámico, cocido con las características de la reivindicación 1.

Una característica esencial la representan, de acuerdo con esto, el tamaño de poro y la distribución de tamaños de poro. La parte mayoritaria de los poros (> 50 % de la totalidad del volumen de poros abiertos) debe estar en un intervalo de tamaños de poro ("banda de poros") estrecho. Dentro del intervalo de poros mencionado de 1 !m hasta 15 !m son posibles valores límite superiores a 10 !m, 8 !m, 7 !m ó 5 !m. El valor límite inferior puede ser también de 2 o 3 !m. En la medida en que el límite superior esté por encima de 5 !m, se puede elegir el límite inferior para 5 !m. Típicamente, una gran parte de los poros está en el intervalo de 1 a 5 !m o 1-10 !m.

Según la definición, los poros relevantes según la invención se refieren a un intervalo de poros/banda de poros, en el cual los poros más grandes registrados tienen un tamaño que es a 10 veces el tamaño del poro más pequeño en este intervalo, es decir, por ejemplo, está en los siguientes intervalos de poro: 1 a 10 !m o 4-14 !m.

La proporción de los poros de este tipo en la porosidad abierta total es, según diferentes formas de realización, superior al 60 %, superior al 70 %, aunque también superior al 80 %.

Los tamaños de poro y la distribución de poros fuera de la proporción definida según la invención (designada en lo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Producto refractario cerámico cocido, cuya estructura consiste en > 90 % en masa de por lo menos uno de los siguientes grupos de materiales:

a) ZrSiO4 b) ZrSiO4 + ZrO2 c) Al2O3 d) Al2O3 + ZrO2 y e) posee una porosidad abierta del 2 al 30 % en volumen, en el que f) más de la mitad de la porosidad abierta consiste en poros, cuyo diámetro 1 !m y cuyo diámetro máximo es de 15 !m y estos poros están en un intervalo de tamaño de poro, cuyo valor máximo es menor o igual a 10 veces el valor mínimo. 15

2. Producto según la reivindicación 1, en el que más de la mitad de la porosidad abierta consiste en poros con un diámetro 10 !m.

3. Producto según la reivindicación 1, en el que más de la mitad de la porosidad abierta consiste en poros con un 20 diámetro 5 !m.

4. Producto según la reivindicación 1, en el que más del 60 % de la porosidad abierta consiste en poros con un diámetro 10 !m.

5. Producto según la reivindicación 1, en el que los poros están en un intervalo de tamaño de poro, cuyo valor máximo es menor o igual que 7 veces el valor mínimo.

6. Producto según la reivindicación 1, cuya porosidad abierta es del 2 al 25 % en volumen, en particular del 5 al 18

% en volumen. 30

7. Producto según la reivindicación 1, cuya estructura presenta granos de ZrO2 formados in situ durante la cocción.

8. Producto según la reivindicación 1, cuya estructura contiene ZrO2 en estructura cristalina monoclínica.

9. Producto según la reivindicación 1, con una densidad aparente > 3, 2 g/cm3, en particular > 3, 8 g/cm3.


 

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