專利名稱：SiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶多孔的開孔SiO2成型體、其制造方法及其用途。
背景技術(shù)：
非晶多孔的開孔SiO2成型體用于許多技術(shù)領(lǐng)域，例如過濾材料、絕熱材料或擋熱板。所有類型的石英制品均可利用燒結(jié)和/或熔融法由非晶多孔的開孔SiO2成型體制得。在此情況下，高純度的SiO2成型體例如可用作玻璃纖維或光導(dǎo)纖維的“預(yù)制件”。此外，也可以該方式制造用于拉制硅單晶的坩堝。
原則上，非晶多孔的開孔SiO2成型體可通過壓縮相應(yīng)的SiO2粉末或由濕化學(xué)方法制造。在陶瓷領(lǐng)域中用于壓縮粉末的已知方法，如冷靜壓法或熱靜壓法中，通常必須加入有機(jī)粘結(jié)劑以獲得穩(wěn)定的成型體。這些粘結(jié)劑必須在分離的步驟中被再次溶解或燒掉。這在技術(shù)上是復(fù)雜且成本高的，并導(dǎo)致非期望的污染，這尤其在制造用于拉制硅單晶的坩堝時(shí)是必須要避免的。
因此，制造多孔SiO2成型體的優(yōu)選的方式是濕化學(xué)法。在所謂的溶膠凝膠加工流程中非晶多孔的開孔SiO2成型體是通過有機(jī)硅化合物在溶劑中的水解和縮合作用制得的，在膠體溶膠凝膠加工流程中額外添加SiO2顆粒至該系統(tǒng)中，而在所謂的粉漿加工流程中使SiO2顆粒在溶劑中分散并隨后成型，在此情況下，將這些路線加以區(qū)分。溶膠凝膠加工流程的主要缺點(diǎn)是成型體中產(chǎn)生的固體含量低。在幾何尺寸更大的情況下，這直接導(dǎo)致非常嚴(yán)重的裂縫和斷裂的問題。在膠體溶膠凝膠加工流程中，通過添加SiO2顆粒而達(dá)到更高的分散體填充度，從而使成型體中產(chǎn)生的固體含量更高。第705 797及318 100號(hào)歐洲專利描述了該方法。這里，產(chǎn)生的固體含量僅在40至60重量％之間，因而無法解決裂縫和斷裂的問題。
WO 01/17902描述了一種通過使用不同尺寸的顆粒可達(dá)到超過80重量％的固體含量的方法。這導(dǎo)致顯著更高強(qiáng)度的SiO2成型體，但該分散體的制造非常復(fù)雜。
第653 381號(hào)歐洲專利和DE-OS 22 18 766公開了一種粉漿澆注法，其中制造石英玻璃顆粒在水中的分散體，并通過在多孔模具中實(shí)施緩慢脫水而形成SiO2成型體。由此還達(dá)到超過80重量％的固體含量。但由于擴(kuò)散作用取決于脫水的情況，該粉漿澆注法非常耗時(shí)，并且僅可用于薄壁的成型組件。該缺點(diǎn)可通過采用壓力澆注法而加以避免。
如第1 245 703號(hào)歐洲專利或EP 0 196 717 B1所述，將含有SiO2顆粒的分散體注入壓力澆注機(jī)的壓力澆注模具中，并經(jīng)多孔塑料膜脫水而形成SiO2成型體。
所有已知的非晶多孔的開孔SiO2成型體具有以下嚴(yán)重的缺點(diǎn)，在潮濕或干燥狀態(tài)，即未經(jīng)熱處理加固的狀態(tài)下，非常易碎、易出現(xiàn)裂縫和斷裂。在陶瓷制造過程中，已知的形成微裂縫的問題，例如在SiO2成型體的脫模、干燥或處理期間，經(jīng)常額外導(dǎo)致成型體的斷裂或破碎。若為大的SiO2成型體，如管件、桿件或坩堝，特別是制造硅單晶的坩堝，則這是特別嚴(yán)重的問題。
因?yàn)樵谥圃鞈?yīng)用于光纖或半導(dǎo)體領(lǐng)域的高純度SiO2成型體時(shí)經(jīng)常必須避免添加粘結(jié)劑，所以裂縫的問題更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是提供具有改進(jìn)的裂縫形成特性的非晶多孔的開孔SiO2成型體。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制造根據(jù)本發(fā)明的非晶多孔的開孔SiO2成型體的方法。
所述第一個(gè)目的通過非晶多孔的開孔SiO2成型體實(shí)現(xiàn)，其特征在于，該SiO2成型體由兩層組成，這些層具有相同的結(jié)構(gòu)和組成。
該SiO2成型體是通過以下步驟制造的將含有SiO2顆粒的分散體泵入壓力澆注機(jī)的壓力澆注模具中，其中該分散體經(jīng)內(nèi)部多孔塑料膜和外部多孔塑料膜脫水，從而形成SiO2成型體。
在此情況下，該分散體中非晶SiO2顆粒的填充度優(yōu)選為10至80重量％，更優(yōu)選為50至80重量％，特別優(yōu)選為65至75重量％。
極性或非極性的有機(jī)溶劑，如醇、醚、酯、有機(jī)酸、飽和或不飽和烴類、水或它們的混合物，可作為分散劑。
醇優(yōu)選例如為甲醇、乙醇、丙醇，或丙酮、水或它們的混合物。更優(yōu)選為丙酮和水或它們的混合物，特別優(yōu)選為水。
特別優(yōu)選使用高純度的上述分散劑，例如可由文獻(xiàn)中已知的方法獲得，或可購得。
當(dāng)使用水時(shí)，優(yōu)選使用電阻≥18MΩ·cm的特殊純化水。
優(yōu)選將無機(jī)酸，如HCl、HF、H3PO4、H2SO4或硅酸，或產(chǎn)生離子的添加劑，如氟鹽，加入水中。在此情況下，特別優(yōu)選添加HCl或HF，最優(yōu)選添加HF。還可使用所述化合物的混合物。在此情況下，應(yīng)將分散體中的pH值調(diào)節(jié)為2至7，更優(yōu)選為3至6。
選擇性地，同樣優(yōu)選可將無機(jī)堿加入水中，如NH3、NaOH或KOH。特別優(yōu)選為NH3和NaOH，最優(yōu)選為NH3。還可使用所述化合物的混合物。在此情況下，應(yīng)將pH值調(diào)節(jié)為7至11，更優(yōu)選為9至10。
在形成坯料期間，pH值的降低或升高使粒料更結(jié)實(shí)，從而形成更穩(wěn)定的SiO2成型體。
SiO2顆粒的比重應(yīng)優(yōu)選為1.0至2.2克/立方厘米，更優(yōu)選為1.8至2.2克/立方厘米，特別優(yōu)選為2.0至2.2克/立方厘米。
此外，SiO2顆粒在其外表面上優(yōu)選具有≤3個(gè)OH基/平方納米，特別優(yōu)選具有≤2個(gè)OH基/平方納米，最優(yōu)選具有≤1個(gè)OH基/平方納米。
SiO2顆粒的粒徑分布應(yīng)具有1至200微米之間，優(yōu)選為1至100微米之間，更優(yōu)選為10至50微米之間，特別優(yōu)選為10至30微米之間的D50值。此外，盡可能窄的粒徑分布是有利的。
SiO2顆粒的BET比表面積優(yōu)選為0.001至50平方米/克，更優(yōu)選為0.001至5平方米/克，特別優(yōu)選為0.01至0.5平方米/克。
SiO2顆粒的晶體含量優(yōu)選應(yīng)為最多1％。此外，其與分散劑的相互作用應(yīng)盡可能小。
不同來源的非晶SiO2顆粒，如后燒結(jié)二氧化硅(熔凝硅石)及各種類型的非晶燒結(jié)或壓制的SiO2，均具有這些特性。因此，它們優(yōu)選適合于制造根據(jù)本發(fā)明的分散體。
對(duì)應(yīng)的材料可以已知的方式和方法在氫氧焰中制得。也可商購，例如商品名為Excelica，Tokuyama，日本。
若滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，還可使用其他來源的顆粒，如天然石英、石英玻璃砂、玻璃態(tài)二氧化硅、粉碎的石英玻璃或經(jīng)研磨的石英玻璃廢料，以及化學(xué)法制造的二氧化硅玻璃，如沉積二氧化硅、高度分散的二氧化硅(利用火焰熱解法制造的火成二氧化硅)、干凝膠或氣凝膠。
非晶SiO2顆粒優(yōu)選為沉積二氧化硅、高度分散的二氧化硅、熔凝硅石或壓制的SiO2顆粒，更優(yōu)選為高度分散的二氧化硅或熔凝硅石，最優(yōu)選為熔凝硅石。同樣可為所述不同SiO2顆粒的混合物，并且是優(yōu)選的。
此外，優(yōu)選使用具有不同粒徑分布的非晶SiO2顆粒。這些SiO2顆粒是通過將諸如熔凝硅石或火成硅石的SiO2顆粒混入所述非晶SiO2顆粒而制得的，這些熔凝硅石或火成硅石具有1至100納米，優(yōu)選為10至50納米的粒徑以及0.1至50重量％，特別優(yōu)選為1至30重量％，最優(yōu)選為1至10重量％的含量。
在此情況下，納米級(jí)SiO2顆粒用作明顯更大的SiO2顆粒之間的一類無機(jī)粘結(jié)劑，但不用作填充材料以達(dá)到更高的填充度。因此，SiO2顆粒在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，上述顆粒具有高純度，即雜質(zhì)原子含量，尤其是金屬含量≤300重量ppm，優(yōu)選為≤100重量ppm，特別優(yōu)選為≤10重量ppm，最優(yōu)選為≤1重量ppm。
在另一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，分散體可額外含有金屬顆粒、金屬化合物或金屬鹽。在此情況下，優(yōu)選為可溶于分散劑的化合物，更優(yōu)選為水溶性金屬鹽。
添加劑，如金屬顆粒、金屬化合物或金屬鹽，可在制造分散體期間和/或之后添加。
在制造分散體時(shí)，預(yù)先裝入分散劑，并緩慢地，優(yōu)選連續(xù)地加入SiO2顆粒緩。但SiO2顆粒也可在更多步驟中(分批式)加入。
由分散體制造的SiO2成型體的孔徑和分布可通過選擇SiO2粒度和粒徑針對(duì)性地加以調(diào)節(jié)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有設(shè)備和裝置均可作為分散裝置使用。優(yōu)選為可與分散體接觸且不含金屬組件的裝置，以避免由于刮傷而導(dǎo)致的金屬污染。
應(yīng)在0℃至50℃，優(yōu)選為5℃至30℃的溫度下進(jìn)行分散。
分散體中可能含有的氣體，如空氣，可利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，如真空法，在實(shí)施分散之前和/或期間和/或之后加以除去。優(yōu)選在完成分散期間和/或之后進(jìn)行。
在如此制造的均勻分散體中，至少5分鐘，優(yōu)選為至少30分鐘未產(chǎn)生顆粒的沉降現(xiàn)象。
隨后將分散體轉(zhuǎn)移至壓力澆注機(jī)的壓力澆注模具中，其中分散體在壓力下經(jīng)內(nèi)部多孔膜和外部多孔膜脫水而形成SiO2成型體。
以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式和方法，如利用泵，以分散體填充壓力澆注模具。
在此情況下，可以任意的壓力進(jìn)行填充，但優(yōu)選為0.5至100巴，特別優(yōu)選為5至30巴，最優(yōu)選為5至10巴的壓力。
優(yōu)選在0.5至100巴，特別優(yōu)選為5至30巴，最優(yōu)選為5至10巴的壓力下形成坯料。
取決于所期望的成型體，形成的坯料厚度為1至50毫米，優(yōu)選為5至30毫米。
根據(jù)坯料厚度、多孔膜及施加的壓力，形成體狀穩(wěn)定的坯料需要5至90分鐘。
可在從0℃至分散劑沸點(diǎn)的溫度下轉(zhuǎn)化分散體并形成坯料。優(yōu)選為20℃至30℃的溫度。
壓力澆注模具由兩個(gè)多孔膜組件組成，它們形成了符合預(yù)期的成型體形狀的封閉中間空間。在膜中的一個(gè)或更多個(gè)位置上具有對(duì)應(yīng)的入口，其可用于填充封閉的壓力澆注模具。
兩個(gè)壓力澆注模具組件以合適的合模壓力固定在一起，從而可在上述壓力下填充并形成坯料。作為多孔膜，優(yōu)選使用開口孔隙率為5至60體積％，更優(yōu)選為10至30體積％的膜。膜的孔徑可大于、小于或等于所用SiO2顆粒的尺寸。優(yōu)選使用孔徑為10納米至100微米，特別優(yōu)選為100納米至50微米，最優(yōu)選為100納米至30微米的膜。
多孔膜優(yōu)選可由分散體的溶劑，優(yōu)選為水，完全加以潤濕，從而可形成均勻的坯料。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有具有化學(xué)穩(wěn)定性且不含游離的殘留物，特別是不含金屬殘留物的塑料，均適合作為薄膜的材料。優(yōu)選為已用于商業(yè)壓力粉漿澆注的塑料。特別優(yōu)選為聚甲基丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。
多孔膜的厚度取決于待制造的成型體的形狀。
使水從分散體向兩側(cè)進(jìn)入壓力澆注膜組件中，從而實(shí)施脫水。在此情況下，從兩個(gè)側(cè)面由外向內(nèi)形成坯料。兩層生接合在一起，直至結(jié)束形成坯料。如此形成的坯料總是由兩層組成。這些層具有相同的結(jié)構(gòu)和組成。所謂層的邊界僅在坯料的斷裂邊緣上可用肉眼看到(圖1)。在高倍放大(如用掃描電子顯微鏡)的情況下，可以看到局部有限的最小密度變化(所謂的組織，圖2)。
在形成坯料之后，將兩個(gè)壓力澆注模具組件相互分離，同時(shí)將壓縮空氣和/或水供應(yīng)至多孔膜，從而實(shí)施SiO2成型體的脫模。將已透入多孔膜中的水以相反方向壓至坯料，并在坯料和膜之間形成薄的水膜，由此壓縮空氣和/或水使坯料與多孔膜分離。
如此形成的坯料具有80至95重量％的固體含量。
利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，如真空烘干、利用諸如氮或空氣的熱氣烘干、接觸烘干或微波烘干，以烘干已脫模的SiO2成型體。還可采用各種烘干方法的組合。優(yōu)選為利用微波實(shí)施烘干。
在成型體中的溫度為25℃至成型體的孔中的分散劑沸點(diǎn)的情況下進(jìn)行烘干。
烘干時(shí)間取決于待烘干的成型體的體積、最大層厚度、分散劑和成型體的孔結(jié)構(gòu)。
在烘干成型體時(shí)發(fā)生小幅收縮。收縮率取決于濕成型體的填充度。在填充度為80重量％時(shí)，體收縮率≤2.5％，而線收縮率≤1.0％。在填充度更高時(shí)，收縮率相應(yīng)地更少。
根據(jù)本發(fā)明的成型體的密度為1.4至1.8克/立方厘米。
由具有雙峰粒度分布的分散體制造的根據(jù)本發(fā)明的成型體，比由具有單峰粒度分布的分散體制造的生坯的強(qiáng)度更高。
在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，在所有步驟中均使用高純度材料，成型體的雜質(zhì)原子含量，尤其是金屬含量≤300重量ppm，優(yōu)選為≤100重量ppm，特別優(yōu)選為≤10重量ppm，最優(yōu)選為≤1重量ppm。
以此方式得到的成型體為任意尺寸和形狀的非晶開孔的SiO2成型體，其是由具有相同結(jié)構(gòu)和組成的兩層組成的。
令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，若例如在脫模、烘干或處理時(shí)，在成型體的內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)產(chǎn)生微裂紋，則這些裂縫僅延伸至成型體兩層邊界相接觸的平面。因此成型體保持穩(wěn)定并保持幾何形狀(圖3)。
由于其特殊的性質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的成型體的用途廣泛，例如作為過濾材料、絕熱材料、擋熱板、催化劑載體材料以及作為玻璃纖維、光導(dǎo)纖維、光學(xué)玻璃或所有類型的石英制品的“預(yù)制件”。
在另一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，將各種不同的分子、材料或物質(zhì)完全或部份地?fù)饺攵嗫壮尚腕w中。優(yōu)選為具有催化活性的分子、材料及物質(zhì)。在此情況下，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的所有方法，如美國專利5,655,046所述。
在一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，如此得到的成型體還可實(shí)施燒結(jié)。在此情況下，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的所有方法，如真空燒結(jié)、局部燒結(jié)、電弧燒結(jié)、利用等離子或激光燒結(jié)、感應(yīng)燒結(jié)或在氣氛或氣流中的燒結(jié)。
在另一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，如此得到的成型體還可利用CO2激光玻璃化，如US-A-2003-0104920、DE-A-102 60 320和DE-A-103 24440所述。
非晶多孔的開孔成型體的層結(jié)構(gòu)在燒結(jié)時(shí)消失。若進(jìn)行完全燒結(jié)，則成型體中不再存在層結(jié)構(gòu)。此外，在完全燒結(jié)的二氧化硅玻璃區(qū)域中不再能檢測出組織(圖4及圖5)。
以此方式可制造100％非晶(不含方英石)、透明、非透氣、經(jīng)燒結(jié)的二氧化硅玻璃成型體，其密度為至少2.15克/平方厘米，優(yōu)選為2.2克/平方厘米。在一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，經(jīng)燒結(jié)的二氧化硅玻璃成型體不含氣體雜質(zhì)，且OH基濃度優(yōu)選≤1ppm。在一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，所有步驟中均使用高純度材料，經(jīng)燒結(jié)的成型體的雜質(zhì)原子含量，尤其是金屬含量≤300重量ppm，優(yōu)選為≤100重量ppm，特別優(yōu)選為≤10重量ppm，最優(yōu)選為≤1重量ppm。如此制造的二氧化硅玻璃成型體原則上適合于所有使用二氧化硅玻璃的應(yīng)用場合。優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗蓄愋偷氖⒅破?、玻璃纖維、光導(dǎo)纖維和光學(xué)玻璃。拉制硅單晶的高純度二氧化硅玻璃坩堝是特別優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域。
在另一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，可將使各種成型體具有額外特性的分子、材料和物質(zhì)摻入分散體和/或多孔成型體和/或經(jīng)燒結(jié)的二氧化硅玻璃成型體。
在另一個(gè)特殊的具體實(shí)施方案中，將促進(jìn)或?qū)е路接⑹男纬傻幕衔锿耆虿糠莸負(fù)饺敕稚Ⅲw和/或多孔成型體中。在此情況下，可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有促進(jìn)和/或?qū)е路接⑹男纬傻幕衔?，如歐洲專利0 753 605、美國專利5,053,359或英國專利1428788所述。優(yōu)選為BaOH和/或鋁化合物。
在燒結(jié)這些成型體之后，尤其是得到用于拉制Si單晶的坩堝，其在內(nèi)部和/或外部具有方英石層，或完全由方英石組成。這些坩堝特別適合于拉晶，這是因?yàn)樗鼈兙哂袩岱€(wěn)定性，并且對(duì)例如硅熔體造成較少的污染。因此可在拉晶期間實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的SiO2成型體斷裂邊緣的層邊界。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的SiO2成型體層邊界處的組織的掃描電子顯微圖像。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的SiO2成型體中產(chǎn)生的裂縫，其結(jié)束于層邊界處。
圖4所示為部份燒結(jié)的坯料。仍可看到邊界層(組織)。
圖5所示為完全燒結(jié)的坯料的截面。不再能檢測到邊界層(組織)。
圖6所示為14″坩堝幾何形狀的成型體的制造(圖5)，如實(shí)施例3和4所述。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1SiO2分散體的制造將3800克再蒸餾H2O預(yù)裝入10升的塑料燒杯中。首先在30分鐘內(nèi)用包覆塑料的螺旋槳式攪拌器攪入712克火成硅石(高度分散的二氧化硅，BET比表面積為200平方米/克，商品名為Wacker HDKN20，Wacker化學(xué)有限公司，慕尼黑)。然后在30分鐘內(nèi)分批加入8188克熔凝硅石(平均粒度為30微米的二氧化硅，商品名為ExcelicaSE-30，Tokuyama公司)并加以分散。
完全分散之后，對(duì)分散體施加略低的壓力(0.8巴)10分鐘，以除去可能包含的氣泡。
如此制造的分散體含有8900克固體，對(duì)應(yīng)于70重量％的固體含量(其中92％的熔凝硅石及8％的火成硅石)。
實(shí)施例2SiO2分散體的制造將2190克再蒸餾H2O預(yù)裝入10升的塑料燒杯中。首先在30分鐘內(nèi)用包覆塑料的螺旋槳式攪拌器攪入187.8克火成硅石(高度分散的二氧化硅，BET比表面積為200平方米/克，商品名為Wacker HDKN20，Wacker化學(xué)有限公司，慕尼黑)。然后在30分鐘內(nèi)分批加入4931.2克SiO2粉末(三菱公司的MKC 100粉末，研磨至D50值為12微米)并加以分散。
完全分散之后，對(duì)分散體施加略低的壓力(0.8巴)10分鐘，以除去可能包含的氣泡。
如此制造的分散體含有5119克固體，對(duì)應(yīng)于70重量％的固體含量(基于固體含量，火成硅石的含量為3.5％)。
實(shí)施例314″坩堝幾何形狀的成型體的制造(圖6)將來自實(shí)施例1(1)的部分SiO2分散體從具有10巴壓力的容器(2)經(jīng)兩個(gè)由甲基丙烯酸甲酯(4+5)制成的開孔塑料膜之間的管線系統(tǒng)(3)壓出。這些膜的孔隙率為30體積％，平均孔半徑為20微米。兩膜之間的距離允許形成8毫米厚的坯料。對(duì)兩膜施加200巴的合模壓力。
通過對(duì)分散體施加壓力而將分散體的絕大部分水壓入膜中。形成SiO2坯料。坯料從這些膜的兩個(gè)側(cè)面向中間生長，直至兩部分坯料在中間接合。
在形成坯料持續(xù)45分鐘之后，使容器中的壓力下降至0巴的過壓。特別置于膜中的空氣和水的管線(6)可將空氣或水經(jīng)過多孔膜供應(yīng)至形成的成型體(7)，從而進(jìn)行脫模。在此情況下，成型體與膜分離。
成型體首先與外部膜(5)分離。在此情況下，內(nèi)部膜(4)向上移動(dòng)?，F(xiàn)在成型體掛在內(nèi)部膜(4)上。將與形狀相符的支撐體(8)定位在成型體下方。然后將成型體下降至支撐體上，并與內(nèi)部膜(4)分離。在此情況下，使內(nèi)部膜(4)向上移動(dòng)。
制造的非晶多孔的開孔成型體具有89重量％的固體含量及11重量％的殘留水含量。在90℃下烘干3小時(shí)之后，成型體被完全烘干。
實(shí)施例414″坩堝幾何形狀的成型體的制造(圖6)將來自實(shí)施例2(1)的部分SiO2分散體從具有5巴壓力的容器(2)經(jīng)兩個(gè)由甲基丙烯酸甲酯(4+5)制成的開孔塑料膜之間的管線系統(tǒng)(3)壓出。這些膜的孔隙率為30體積％，平均孔半徑為20微米。兩膜之間的距離允許形成8毫米厚的坯料。
對(duì)兩膜施加60巴的合模壓力。
通過對(duì)分散體施加壓力而將分散體的絕大部分水壓入膜中。形成SiO2坯料。坯料從這些膜的兩個(gè)側(cè)面向中間生長，直至兩部分坯料在中間接合。
在形成坯料持續(xù)30分鐘之后，使容器中的壓力下降至0巴的過壓。特別置于膜中的空氣和水的管線(6)可將空氣或水經(jīng)過多孔膜供應(yīng)至形成的成型體(7)，從而進(jìn)行脫模。在此情況下，成型體與膜分離。
成型體首先與外部膜(5)分離。在此情況下，內(nèi)部膜(4)向上移動(dòng)?，F(xiàn)在成型體掛在內(nèi)部膜(4)上。將與形狀相符的支撐體(8)定位在成型體下方。然后將成型體下降至支撐體上，并與內(nèi)部膜(4)分離。在此情況下，使內(nèi)部膜(4)向上移動(dòng)。
制造的非晶多孔的開孔成型體具有78重量％的固體含量及22重量％的殘留水含量。在90℃下烘干3小時(shí)之后，成型體被完全烘干。
符號(hào)說明1 SiO2分散體2容器3管線系統(tǒng)4內(nèi)部膜5外部膜6管線7成型體8支撐體
權(quán)利要求
1.非晶多孔的開孔SiO2成型體，其特征在于，該SiO2成型體由兩層組成，這些層具有相同結(jié)構(gòu)和組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiO2成型體，其特征在于，該SiO2成型體的固體含量為80至95重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的SiO2成型體，其特征在于，該SiO2成型體的密度為1.4至1.8克/立方厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的SiO2成型體，其特征在于，該SiO2成型體的坯料厚度為1至50毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的SiO2成型體，其特征在于，該SiO2成型體的雜質(zhì)原子含量，尤其是金屬含量≤300重量ppm，優(yōu)選為≤100重量ppm，特別優(yōu)選為≤10重量ppm，最優(yōu)選為≤1重量ppm。
6.制造根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的SiO2成型體的方法，其特征在于，將含有SiO2顆粒的分散體泵入壓力澆注機(jī)的壓力澆注模具中，其中所述分散體經(jīng)內(nèi)部多孔塑料膜和外部多孔塑料膜脫水，從而形成所述SiO2成型體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用泵以所述分散體填充所述壓力澆注模具。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，以0.5至100巴的壓力進(jìn)行填充。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，在0.5至100巴的壓力下形成坯料。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，該方法實(shí)施5至90分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10之一所述的方法，其特征在于，在20℃至30℃的溫度下轉(zhuǎn)化分散體并形成坯料。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11之一所述的方法，其特征在于，所述壓力澆注模具由兩個(gè)多孔膜組件組成，這些多孔膜組件形成了符合所述成型體預(yù)期形狀的封閉的中間空間。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12之一所述的方法，其特征在于，作為多孔膜使用開口孔隙率為5至60體積％，優(yōu)選為10至30體積％的膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，使用孔徑為10納米至100微米的膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14之一所述的方法，其特征在于，所述分散體中非晶SiO2顆粒的填充度為65至75重量％。
16.根據(jù)權(quán)利要求6至15之一所述的方法，其特征在于，作為分散劑使用醇，如甲醇、乙醇、丙醇，或丙酮、水或它們的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，作為分散劑使用電阻≥18MΩ·cm的水。
18.根據(jù)權(quán)利要求6至17之一所述的方法，其特征在于，所述SiO2顆粒的粒徑分布具有10至50微米之間的D50值。
19.根據(jù)權(quán)利要求6至18之一所述的方法，其特征在于，所述SiO2顆粒的晶體含量最多為1％。
20.根據(jù)權(quán)利要求6至19之一所述的方法，其特征在于，所述分散體中的SiO2顆粒具有雙峰粒度分布。
21.根據(jù)權(quán)利要求6至20之一所述的方法，其特征在于，將所述的兩個(gè)壓力澆注模具組件相互分離，同時(shí)將壓縮空氣和/或水供應(yīng)至所述多孔膜，從而實(shí)施所述SiO2成型體的脫模。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，利用真空烘干、利用諸如氮或空氣的熱氣烘干、接觸烘干或微波烘干，以烘干已脫模的SiO2成型體。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的成型體的用途，其是作為過濾材料、絕熱材料、擋熱板、催化劑載體材料以及作為玻璃纖維、光導(dǎo)纖維、光學(xué)玻璃或石英制品的“預(yù)制件”。
全文摘要
本發(fā)明涉及非晶多孔的開孔SiO
文檔編號(hào)C03B19/06GK1835894SQ200480023525
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者弗里茨·施韋特費(fèi)格 申請(qǐng)人:瓦克化學(xué)股份公司