DD238965A1

DD238965A1 - Verfahren zum herstellen von schichten und formkoerpern und pulvergemisch zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DD238965A1
Application number: DD27819785A
Authority: DD
Inventors: Lothar Beyerlein; Peter Dobras; Siegfried May
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1985-07-03
Publication date: 1986-09-10

Abstract

Korrosions- und verschleissfeste Schutzschichten und Formkoerper koennen aus Al2O3 und TiO2 bestehen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die Technologie zur Herstellung solcher Schichten und Formkoerper so zu gestalten, dass sie eine hohe Dichte und mechanische Festigkeit mit einer guten Temperaturbelastbarkeit sowie einer ausgezeichneten Haftfestigkeit bei Vermeidung von seltenen Materialien miteinander verbindet. Derartige Schichten und Formkoerper kommen vor allen Dingen im Maschinenbau, in der Elektrotechnik und im Ofenbau zur Anwendung. Hierzu werden 50 bis 90 Vol.-% Al2O3 mit 50 bis 10 Vol.-% metallischem Ti in Pulverform mit einer Korngroesse von 20 bis 80 mm miteinander gemischt und danach verspritzt, gepresst oder vergossen. Die Schicht oder der Formkoerper wird dann in oxidierender Atmosphaere thermisch behandelt, so dass das Ti in TiO2 umgewandelt wird, mit Al2O3 durch Diffusion reagiert und sich Spinell bildet.

Description

In der Verbindungsfläche zwischen Substrat und Spritzschicht findet gleichzeitig eine Diffusion zwischen dem Ti und Substrat statt bevor der Sauerstoff (O₂) der Behandlungsatmosphäre von außen durch die Spritzschicht gedrungen ist und seinerseits die Diffusion zwischen AI₂O₃ und TiO₂ vollzogen hat.

Das gleiche Verfahren läßt sich auch bei der Verarbeitung von Preßlingen und Gußkörpern anwenden.

An Stelle von N₂ kann als Plasmagas auch Argon (Ar) oder anderes Edelgas ohne Zusatz von H₂ verwendet werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zum Herstellen von Schichten und Formkörpern aus АІ₂Оз und T1O2, gekennzeichnet dadurch, daß das AI2O3 mit Ti in Pulverform gemischt und danach verspritzt, gepreßt oder vergossen wird und die Schicht oder der Formkörper in oxidierender Atmosphäre thermisch behandelt wird.
2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verspritzen mit einem Plasmatron erfolgt.
3. Verfahren gemäß Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schicht oder der Formkörper bei 1100⁰C bis 1 500⁰C gesintert wird.
4. Verfahren gemäß Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die thermische Behandlung für die Dauer von 3 bis 10 Stunden pro 0,1 mm Schichtdicke unter Normaldruck erfolgt.
5. Pulvergemisch zur Durchführung des Verfahrens gemäß Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß es aus 50 bis 90, vorzgusweise 60Vol.-% AI2O3 und aus 50 bis 10, vorzugsweise 40 Vol.-% Ti besteht und eine Korngröße von 20 bis 80, vorzugsweise 32 μηη für AI₂O₃ und 45 pm für Ti aufweist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schichten und Formkörpern (Preßlingen, Gußkörpern) aus Aluminiumoxid (AI₂O₃) und Titandioxid (TiO₂) und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Pulvergemisch. Erfindungsgemäß hergestellte Schichten und Formkörper werden als Korrosions- und Verschleißschutzschichten bzw. korrosions- und verschleißfeste Formkörper in der Industrie, im Maschinenbau, in der Elektrotechnik, im Ofenbau verwendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits bekannt, Schichten aus AI₂O₃ und TiO₂ herzustellen, die verschleißfest und temperaturbelastbar sind, wobei die Belastungstemperatur in der Größenordnung von 500⁰C liegt. Allerdings sind derartige Schichten relativ thermoschockempfindlich sowie für manche Anwendungsfälle von zu geringer Dichte und Haftfestigkeit. Man hat schon versucht, die Thermoschockempfindlichkeit und damit das Ausbrechen von Schichten aus AI₂O₃ + TiO₂ durch Zusätze von Lanthanoxid und/oder Nioboxid zu verringern, mußte aber trotzdem eine nicht in allen Fällen ausreichende Haftfestigkeit und Dichte der Schichten in Kauf nehmen und war außerdem an die Zuführung weiterer, relativ seltener Materialien gebunden. Außerdem werden Formkörper aus reinem AI₂O₃ mit Sinterhilfen, insbesondere Tonen versetzt, damit sie in einfachen Sinteröfen nach herkömmlichen Technologien genügend dicht hergestellt werden können. Für bestimmte Anwendungszwecke, z. B. in der Elektrotechnik und dem Ofenbau, ist aber der Zusatz von Ton unerwünscht.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mängel beseitigt und ein wenig aufwendiges Verfahren zur Herstellung dichter, haft- und verschleißfester und temperaturbeständiger AI₂O₃- und TiO₂-Schichten und -Formkörper aufgezeigt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Technologie der Herstellung so zu gestalten, daß es keiner Zusätze von Ton oder anderer seltener Materialien bedarf, daß aber die mechanische Beständigkeit und Dichte der AI₂O₃ + TiO₂-Schichten gleichzeitig verbessert wird.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das AI₂O₃ und metallische Ti in Pulverform gemischt und danach verspritzt, gepreßt oder vergossen wird und daß die Schichten oder Formkörper in oxidierender Atmosphäre thermisch behandelt werden. Vorteilhaft wird das Pulvergemisch mit Hilfe eines Plasmatrons thermisch verspritzt. Die thermische Behandlung der Schicht oder der Formkörper geschieht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Sintern bei 1100⁰C bis 1 500X in sauerstoffhaltiger Atmosphäre oder Luft für die Dauer von 3 bis 10 Stunden pro 0,1 mm unter Normaldruck und führt zur Spinellbildung. Zur Herstellung der Formkörper werden diese auf einem Dorn gespritzt. Dabei wandelt sich das Ti exotherm TiO₂ um, das mit dem AI₂O₃ durch Diffusion Spinell bildet und den Werkstoff verdichtet. Ein Pulvergemisch zur Durchführung des Verfahrens besteht vorteilhaft aus 50 bis 90 Vol.-% AI₂O₃, 50 bis 10Vol.-%Ti und weist eine Korngröße von 20 bis 80 pm für jeden Gemischbestandteil auf. Die Haftfestigkeit einer erfindungsgemäß hergestellten Schicht ist sogroß, daß bei sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat bei Erwärmung um ca. 1000⁰C die Schicht nicht vom Substrat abreißt, sondern in sich aufreißt und mit einigen hundertstel Millimeter am Substrat haften bleibt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ein Pulvergemisch aus 60Vol.-⁰AAI₂O₃ und 40Vol.-% metallischem Ti mit den entsprechenden Korngrößen 32 bis 45μιη wird in geeigneterweise einem Plasmatron zugeführt und thermisch verspritzt. Die gespritzte Schicht besteht aus AI₂O₃ + Ti, weil dem Plasmagas Stickstoff (N₂) bis zu 20 Vol.-% Wasserstoff (H₂) zugeführt werden. Die Zuführung von H₂ zur Erhöhung der Enthalpie muß so gering gehalten werden, daß kein T H₄ entsteht. Wird die gespritzte Schicht in Luft geglüht, so wandelt sich das Ti in einem exothermen Vorgang in TiO₂ um. Das geschieht bei einer Sintertemperatur von 1 500⁰C. Bei der exothermen Reaktion Ti + O₂ = TiO₂ steigt die Temperatur im Inneren der Schicht an; es kommt zur Diffusion zwischen AI₂O₃ und TiO₂, zur Verdichtung des Schichtwerkstoffes und somit Spinellbildung.