CH328987A - Bei hohen Temperaturen verwendbares Erzeugnis, das Molybdän-Disilizid und ein hitzebeständiges Oxyd enthält, und Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses - Google Patents

Description

  Bei hohen Temperaturen verwendbares     Erzeugnis,    das     Molybdän-Disilizid     und ein hitzebeständiges Oxyd enthält, und Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses    Die Erfindung bezieht sich auf ein bei  hohen Temperaturen verwendbares Erzeug  nis, das     Molybdän-Disilizid    und ein hitze  beständiges Oxyd enthält, und ein Verfahren  zur Herstellung des     Erzeugnisses.     



  Das erfindungsgemässe Erzeugnis ist da  durch gekennzeichnet, dass das Oxyd Alumi  niumoxyd ist.  



  Das Verfahren zur Herstellung des Erzeug  nisses gemäss der Erfindung ist dadurch ge  kennzeichnet, dass man einen Teilkörper aus  einer Mischung von     Molybdän-Disilizid    und  Aluminiumoxyd herstellt und diesen Teil  körper mit. einem     Material    aus den gleichen  Komponenten, jedoch von anderem Mischungs  verhältnis, unter     Pressdruck        zusammensintert.     



  Zur Herstellung des neuen Erzeugnisses  verwendet man zweckmässig ein     Molybdän-          Disilizid,    das aus     Molybdän    und Silizium in  folgender Weise hergestellt worden ist: Mo  lybdän in Pulverform bei einer Korngrösse von  0 bis 5     Mikron    und von 99,8% Reinheit sowie  pulverisiertes Silizium von 98% Reinheit, nach  dem es durch ein     300-Maschen-Sieb    passiert  worden. ist, werden in einer     Kugelmühle    innig  vermischt.

   Das Gemisch wird hierauf in einen  wassergekühlten geschlossenen Zylinder ge  packt, der mit einem neutralen Gas gefüllt  wird, worauf die Reaktion mittels eines elek  trisch erhitzten     Molybdändrahtes    eingeleitet    wird und als     exothermischer    Prozess verläuft.  Das durch den Prozess gewonnene     Molybdän-          Disilizid    besitzt eine kalkartige Struktur. Es  wird aus dem Zylinder herausgenommen, zer  schlagen und in einer Kugelmühle     feinkörnig     gemahlen, wobei noch weitere Materialien bei  gefügt werden können, die die Eigenschaft der  Oberflächenbeschaffenheit der Partikel zu       beeinflussen    vermögen.

   Beispielsweise kann  ein Zusatz von Kupfer die thermische Schlag  charakteristik verbessern und die nachfolgende  Bildung eines Überzuges erleichtern.  



  Als Aluminiumoxyd kann reine oder nahe  zu reine Tonerde verwendet werden. Reine  oder nahezu reine Tonerde hat den Nachteil  einer hohen     Sintertemperatur    von 2000 bis       ?050     C. Diese     Sintertemperatur    lässt sich  durch einen Zusatz von etwa 3 % Kieselerde  oder Magnesia herabsetzen. Es kann aber auch  ein im Handel unter der Bezeichnung      Mor-          gan        Triangle    R  erhältlich Material verwen  det werden, das eine     Sintertemperatur    von  etwa     1750     C besitzt.  



  Die Art und Weise, wie das     l@Tolybdän-          Disilizid    lind die Tonerde vorbehandelt wer  den, ist abhängig von der Natur des aus den  beiden Komponenten herzustellenden Körpers.  Als spezielles Beispiel     ist    im nachfolgenden  die Herstellung eines homogenen zylindrischen  Körpers vorausgesetzt, wobei angenommen ist,      dass sich dessen Homogenität. auf die physi  kalischen oder mechanischen, nicht aber auf  die chemischen Eigenschaften bezieht.  



  Es werden beispielsweise 90%     Molybdän-          Disilizid    und 10% Tonerde in einer Kugel  mühle innig gemischt und das Gemisch in eine  Form gebracht, in der es sowohl erhitzt als  auch unter Druck gesetzt werden kann.  



  In der Zeichnung wird eine zur Durchfüh  rung dieser Arbeitsweise geeignete Vorrich  tung beschrieben. Die Vorrichtung weist einen  zylindrischen     Graphitkörper    10 mit einer  axialen, zylindrischen Bohrung auf. Der     Gra-          phitkörper    10 ist von einem Körper 11 aus  Tonerde umschlossen, der seinerseits innerhalb  einer Hülse 12 aus feuerfestem Material an  geordnet ist. Die Hülse 12     wirkt    als Wärme  isolator und verhindert weitgehend eine Oxy  dation der Form.

   Der     Graphitkörper    10, der       Tonerdekörper    11 und die     Hülse    12 sind durch  ein feuerfestes Formstück 13 abgestützt, das  auf eine mit dem Kolben einer Presse verbun  dene Platte 14 aufgesetzt ist. Zur     Beheizunz     der Form ist eine um die Hülse 12 gelegte       Hochfrequenzspule    15 vorgesehen, die wasser  gekühlt sein kann.  



  In die axiale Bohrung der Form 10 ragen  zwei     Graphitstangen    16 und 17 ein, von wel  chen die untere     Graphitstange    16 auf dem  feuerfesten Formstück 13 aufliegt, während  die obere     Graphitstange    17 mit dem Widder  18 der Presse unter Zwischenschaltung eines  feuerfesten Formstückes 19 in Wirkungsver  bindung steht. Die Hülse 12 ist mit einer Boh  rung versehen, in deren Verlängerung sich  eine     Durchbrechung    durch den Körper 11 be  findet, um die Anordnung eines keramischen  Rohrstückes 20 zwecks Einführung eines zu  Temperaturmessungen bestimmten optischen       Pyrometers    zu ermöglichen.  



  Das aus den beiden Komponenten ge  mischte Material wird in den durch die beiden       Graphitstangen    16 und 17 und die Wand  der Bohrung     begrenzten    Raum des Körpers 10  eingebracht. Handelt es sich um die Herstel  lung eines einfachen zylindrischen Körpers,  kann das mit der Tonerde vermischte     Molyb-          dän-Disilizid    in lockerer Form eingelegt wer-    den. In andern Fällen ist es     notwendig,    das  Gemisch     vorgängig    durch     Vorpressen    in kal  tem Zustand in die passende kompakte Form  eines     Presslings    überzuführen.  



  Mittels der Presse wird auf das Material  ein Anfangsdruck von etwa 77,5     kg/em2    aus  geübt und der Stromkreis über die Hoch  frequenzspule 15 geschlossen. Der Druck wird  in der genannten Grössenordnung bis zur Er  reichung der     Sintertemperatur    aufrechterhal  ten. Ist letztere erreicht, beginnt das Material  zu fliessen und gleichzeitig zu schrumpfen. Der  Druck auf das Material wird verdoppelt, so  bald ein Temperaturbereich zwischen 1300 und  1800  C erreicht ist bzw. wenn im Falle der  Herstellung eines zylindrischen Körpers die  Temperatur auf 1650  C angestiegen ist.  



  Die Wärmezufuhr wird während der  Dauer, die zur Bildung eines homogenen Kör  pers durch     Sinterung    und Zusammenbacken  erforderlich ist, aufrechterhalten. Bei kleinen  Körpern mit Abmessungen von wenigen Zenti  metern kommt man, wie Versuche ergeben  haben, mit einer Heizdauer bis zu 10 Minuten  aus. Nach Beendigung der Heizdauer lässt  man die Temperatur auf etwa 1200  C zu  rückgehen, bei der der Körper aus der Form  herausgenommen und an der Luft vollständig  abgekühlt werden kann.  



  Tonerde hat sich als hochschmelzendes  Oxyd als das beste feuerfeste Material er  wiesen. Es weist einen     Wärmeausdehnungs-          koeffizienten    auf, der nahe demjenigen des       Molybdän-Disilizides    über einem ausserordent  lich grossen Temperaturbereich liegt. Der  Schrumpfkoeffizient der Tonerde ist merklich  von demjenigen des     Molybdän-Disilizides    ver  schieden, wobei aber der auf das Material  ausgeübte Druck dazu verwendet wird, die  Verbindung zwischen den Teilchen der beiden  Materialkomponenten zu erzeugen.  



  Sollen hingegen Körper mit ungleichartig  auszubildenden Teilen herzustellen sein, wer  den vorzugsweise     Formlinge    durch Kaltpressen  des pulverförmigen     Ausgangsmaterialgemi-          sches    erzeugt. Handelt es sich     beispielsweise     um Körper mit einem Zylinder aus Tonerde  und einem den Zylinder umschliessenden Man-           tel    aus     Molybdän-Disilizid,    lassen sich Zylin  der und Mantel als     Presslinge    getrennt pres  sen und nachher vereinigt in die Form ein  bringen, wobei loses     pulverförmiges    Material  als Füllung verwendet werden kann, falls       erwünscht.     



  Es ist auch möglich, einen zusammengesetz  ten Körper in einer Mehrzahl von Stufen her  zustellen, das heisst mehrere Teile mittels des       Heisspressverfahrens    anzufertigen und dann  diese Teile durch ein weiteres     Heisspressver-          fahren    in einem     Sintervorgang    zu vereinigen  oder aber Teile mittels des     Heisspressverfah-          rens    zusammenzubringen, von denen solche  v     orgängig    durch das     Heisspressverfahren    vor  gebildet worden sind, während andere Teile  keine solche     Vorbehandlung    aufweisen.

   Auf  diese Weise lassen sich grössere, insbesondere       langgestreckte    Körper herstellen, ohne dass  die Notwendigkeit der Verwendung einer  den vollständigen Körpern angepassten Form  besteht. Ein weiterer Vorteil dieses Verfah  rens liegt darin, dass bei     langgestreckten    Kör  pern Abschnitte angefertigt werden können,  die am fertigen Körper mit den benachbarten  Abschnitten, in der Längsrichtung gesehen,  einen Winkel einschliessen.  



  Wenn die herzustellenden Körper Vertie  fungen, Aussparungen, Löcher,     Durehbrechun-          gen    oder dergleichen aufweisen müssen, kön  nen bei ihrer Herstellung entsprechend ge  formte Kerne verwendet werden. Diese Kerne  werden aus einem Material hergestellt, das mit  dem Material, aus dem der Körper herzustel  len ist, nicht in Reaktion tritt und sich mit  dem letzteren nicht verbindet sowie nach Be  endigung des     Heisspressverfahrens    entfernt  werden kann.  



       C7raphit        beispielsweise    eignet sich sehr  gut als Material zur Herstellung von Kernen,  da es weder mit dem feuerfesten Material noch  mit dem     Molybdän-Disilizid    bei den während  des     Pressens    herrschenden Temperaturen in       Reaktion    tritt. Graphit lässt sich zudem leicht  bearbeiten, so dass     Graphitkerne    ohne Schwie  rigkeiten mechanisch entfernt werden können.  Solche Kerne lassen sich aber auch durch Er-    Kitzen entfernen. Die letztgenannte Methode  ist anwendbar, da     Molybdän-Disilizid    eine  gute Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation  aufweist.  



  Das Entfernen von Kernen durch Erhitzen  hat den weiteren Vorteil, dass gleichzeitig eine  Mehrzahl von Kernen aus einem Körper her  ausgenommen werden kann und dass mehrere  Körper gleichzeitig in einem Ofen erhitzt wer  den können, aus denen die Kerne sich gleich  zeitig entfernen lassen, mit dem Ergebnis, dass  die Herstellungskosten und die Herstellungs  zeit reduziert werden können.  



  Die Nachbearbeitung der gesinterten Kör  per, deren metallische und keramische Teilchen  unter der Einwirkung der Hitze und des  Druckes     zusammengebacken    sind, ist mit be  kannten Mitteln möglich. Schneiden und Boh  ren lassen sich mit Hilfe von mit     Ultraschall     erzeugten Vibrationen durchführen. Das Boh  ren kann auch nach dem     Funkenerosionsver-          fahren    ausgeführt werden. Diese beiden Be  arbeitungsverfahren lassen     sich    zusätzlich mit  andern bekannten Bearbeitungsmethoden an  wenden.         Molybdän-Disilizid    weist eine verhältnis  mässig hohe elektrische Leitfähigkeit auf, wäh  rend Tonerde ein elektrischer Nichtleiter  ist.

   Aus beiden Komponenten hergestellte  Körper     weisen    daher elektrische Leitfähig  keiten auf, die vom Verhältnis der Menge des       Molybdän-Disilizides    zur Menge der Tonerde  abhängig ist. Durch die Wahl der Mengen  verhältnisse der beiden Komponenten lassen  sich daher Körper mit der jeweils gewünschten  elektrischen Leitfähigkeit     undloder    mechani  schen     Eigenschaft    herstellen.

   Die herzustel  lenden Stücke lassen sich so formen, dass sie  ein feinporiges Gefüge aufweisen und dass die  Dichte angenähert den     Höchstwert,    der mit  dem verwendeten Material erreichbar ist, an  nimmt, wobei die Eigenschaften eines     kerami-          sehen        Werkstoffes    gewahrt bleiben.  



  Das erfindungsgemässe Erzeugnis kann  auch in Form eines Körpers aus Tonerde mit  einem oder mehreren Einsätzen aus     Molybdän-          Disilizid    hergestellt werden,      Wird beispielsweise ein zylindrischer Kör  per aus Tonerde     angefertigt,    welcher durch  gehende Längsbohrungen mit je einem Ein  satz aus     Molybdän-Disilizid    aufweist, werden  die zylindrischen Körper und die Einsätze je  getrennt angefertigt, wobei beispielsweise der  zylindrische     Körper    mit den Längsbohrungen  dadurch gebildet wird,

   dass man Tonerde in  Pulverform in eine passende Form einbringt  und bei Raumtemperatur zwecks Bildung eines       Presslings    einem Druck von etwa 300     kg/cm2     aussetzt. Die aus     Molybdän-Disilicid    herge  stellten Einsatzstücke werden alsdann in die  Bohrungen eingesetzt und die beiden offenen  Enden der letzteren mittels     Graphitstöpsel     verschlossen, die sich so weit in die Bohrungen  hinein erstrecken, dass sie die Enden der Ein  satzstücke berühren.    Der auf diese Weise vorgebildete Gegen  stand     wird    in eine geeignete Form aus Graphit  eingebracht und bei einer Temperatur von  1650  C sowie einem Druck von etwa 300     kg/cm2     während 10 Minuten gesintert.

   Während der  Dauer des Pressens dienen die     Graphitstöpsel     dazu, die Abmessungen der Bohrungen auf  recht und die Einsätze in Stellung zu halten.  Nach der Abkühlung werden die Gegenstände  aus der Form herausgenommen und die     Gra-          phitstöpsel    entweder durch Erwärmung oder  durch Ausbohren entfernt.  



  Die Nachbearbeitung der Stücke, wie das  Zuschneiden der Kanten der Metalleinsätze, lässt  sich bei Anwendung eines passenden     Schneid-          werkzeuges        bewerkstelligen,    das mittels durch  Ultraschall erzeugter Vibrationen betätigt  wird.  



  Es konnte festgestellt werden, dass der  Durchmesser der Bohrungen beim Gebrauch  von     Graphitstöpseln    als Füllmaterial mit gro  sser Genauigkeit erhalten bleibt. Es konnten  nur Abweichungen von     weniger    als 0,1 mm fest  gestellt werden.  



  Es können auf diese Weise Erzeugnisse  aller Art hergestellt werden, beispielsweise  elektrische Widerstände, Verbinder, sog. ge  drückte Stromkreise in     elektrischen    Appa  raten, Zündkerzen     usw.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Bei hohen Temperaturen verwendbares ge sintertes Erzeugnis, das Molybdän-Disilizid und ein hitzebeständiges Oxyd enthält, da durch gekennzeichnet, dass das Oxyd Alumi niumoxyd ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Erzeugnis nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass es aus einer ge sinterten Mischung von mindestens angenähert. 90% Molybdän-Disilizid und mindestens an genähert 10% Tonerde besteht. 2. Erzeugnis nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass es kupferhaltiges Molybdän-Disilizid enthält. 3. Erzeugnis nach Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an Molybdän-Disilizid an verschiedenen Stellen verschieden ist. 4.

   Erzeugnis nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an Mo lybdän-Disilizid an einzelnen Stellen grösser als der Gehalt an Tonerde ist. 5. Erzeugnis nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an Tonerde an einzelnen Stellen grösser als der Gehalt an Molybdän-Disilizid ist.

   PATENTANSPRUCHII Verfahren zur Herstellung eines Erzeug nisses nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man einen Teilkörper aus einer Mischung von Molybdän-Disilizid und Aluminiumoxyd herstellt und diesen Teil körper mit einem Material aus den gleichen Komponenten, jedoch von anderem Mischungs verhältnis, unter Pressdruek zusammensintert. UNTERANSPRÜCHE 6. Verfahren nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass man aus dem mit dem genannten Teilkörper zu verbindenden Material ebenfalls einen Teilkörper bildet und dass man wenigstens einen der Teilkörper durch Pressen ohne Sinterung herstellt.

   7. Verfahren nach Unteranspruch 6 zur Herstellung von Sinterkörpern mit Ausspa- rungen, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Sinterung unter Pressdruck einen der Aus sparung entsprechenden Kern aus einer gegen die Sinterhitze und den Pressdruck Wider- s standsfähigen Masse verwendet und letztere nach dem Sintern entfernt. $. Verfahren nach 'Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass man einen Kern aus Graphit verwendet. 9.

   Verfahren nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass man den Kern durch Ausbrennen entfernt.