DE1056525B

DE1056525B - Verfahren zur Herstellung von hochhitzebestaendigen Koerpern

Info

Publication number: DE1056525B
Application number: DEW12087A
Authority: DE
Inventors: Dr Emanuel Ancot; Dr-Ing August Monath
Original assignee: Wiedes Carbidwerk Freyung M B
Current assignee: Wiedes Carbidwerk Freyung M B
Priority date: 1953-09-09
Filing date: 1953-09-09
Publication date: 1959-04-30

Description

Verfahren zur Herstellung von hochhitzebeständigen Körpern Die Erfindung bezieht sich auf ein. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus. .über 1500° C schmelzenden Metallen und über 1800° C schmelzenden Oxyden, insbesondere Tonerde und Wolfram oder Molybdän, durch Erhitzen auf .hohe Temperaturen. Die nach der Erfindung erhaltenen Körper sind hochhitzebeständig und besitzen eine hohe Beständigkeit gegen raschen Temperaturwechsel; sie weisen hohe elektrische Leitfähigkeit, Oxydationsibeständigkeit und Beständigkeit gegen chemische Einwirkungen, z. B. gegenüber Laugen und Säuren, auf.
Solche Körper werden gemäß der Erfindung erzielt dadurch, daß dem hochschmelzenden Oxyd bzw. dem hochschmelzenden Gemisch von. Oxyden ein. hochschmelzendes Metall oder mehrere zugemischt, aus dem Gemisch ein Körper geformt und der Körper rasch auf etwa die Schmelztemperatur des Oxyds erhitzt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemenge pulverförmiger Ausgangsstoffe zu. Vo-rformlingen unter hohem Druck gepreßt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungs.fo.rrn kann der Vorformling, insbesondere ein unter hühem Druck gepreßter Vo:rformling, durch Erhitzen auf eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von 800 bis 1800° C, je nach den Eigenschaften des Ausgangsgemenges und gegebenenfalls des angewendeten Preßdruckes, vorges-intert werden.
Die Erhitzung auf etwa die Schmelztemperatur wird mit Vorteil durch Induktionsheizung herbeigeführt. Sie kann auch durch Anlegen eines. elektrischen Stromes, an den Vorformling, insbeson.d@ere den gesinterten Vorforml-ing, erfolgen.
Nach einer anderen Ausführungsform erfolgt die Erhitzung mittels eines Flammbrenners, z. B. Knallgas oder Acetylen und Sauerstoff.
Als Ausgangsmaterial kommen z. B. Korund und Wolfram oder Molybdän in Pulverform in Frage, wobei vorzugsweise von einem Vorformling, der etwa die Form des endgültigen Gegenstandes besitzt, ausgegangen. wird und ihm möglichst rasch die zur Herbeiführung der Kristallisation notwendige Wärmemenge bzw. Energiemenge zugeführt wird; es kann auch die Vermengung im geschmolzenen Zustand, z. B. des Metalloxyds, geschehen.
Wind z. B. dem Gemenge der pulverförmigen. Ausgangsstoffe, z. B. Korundpulver und Wolframpulver, z. B. als, stabförmiger Vorformling, elektrische Energie zugeführt durch Anlegen eines Stromes. spezifisch hoher Amperezahl, so beginnt bei etwa 1000° C eine chemische Reaktion und bei höherer Temperatur eine physikalische Umwandlung. Die elektrische Leitfähigkeit erreicht einen hohen und konstant bleibenden Wert. Das erhaltene Stäbchen zeigt bei solchen Stoffen bisher unbekannt hohe mechanische Festigkeiten, ist außerordentlich bruchfest und hart. Die guten mechanischen Eigenschaften bleiben erhalten, auch wenn ein solches; Stäbchen von etwa der Reaktionstemperatur in Wasser abgeschreckt wird. Bei diesem Abschrecken findet kein Zerreißen oder Zerbrechen statt.
Das Stäbchen hat die, Leitfähigkeit eines guten metallischen Leiters. Mikroskopische und röntgenographische Untersuchungen erweisen die kristallinische Struktur.
Diese Kristallisation kann beispielsweise dadurch erklärt werden, daß Wolfram zum Teil oxydiert wird - vielleicht unter Verwendung des in dem Vorformling eingeschlossenen Sauerstoffs, vielleicht unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Aluminiumoxyd - und eine Umsetzung von Wolframoxyd mit Aluminiumoxyd zu dem als Doppelverbindung aufzufassenden Spinell unter Umkristallisation und nachfolgender Sammelkristallisation vor sich geht. Jedenfalls sind an untersuchten Proben röntgenographisch Spinell-Charakteristika festgestellt worden. .
Vorteilhaft ist es, ein gewisses Verhältnis von Metall zu Oxyd nicht zu unterschreiten; z. B. wurden gute Ergebnisse erhalten bei Mengenverhältnissen von 1 Volumteil pulverisiertem Wolfram zu 2 bis 1.0 Volumteilen pulverisiertem Korund.
Wesentlich für das Verfahren der Erfindung ist, daß die Aufheizung des Gemenges auf die Kristallisätionstemperatur (sie liegt unterhalb der Schmelztemperatur des Ko.runds) so rasch als möglich vor sich geht. Die Erhitzung muß so lange fortgesetzt werden, bis die Kristallisation in der gesamten Masse eingetreten ist.
Wird das Ausgangsprodukt dagegen langsam auf die Kristallisationstemperatur erhitzt, so verhindert die dann eintretende vollständige Oxydation des Metallteiles des Gemenges die Kristallisation gemäß der Erfindung.
Von großem Vorteil ist, daß das pulverförmige Ausgangsgemisch. unter einem möglichst hohen mechanischen Druck zu einem Vorformling verpreßt wird. Die angewendeten Drücke liegen zweckmäßig weit oberhalb der Drücke, die man üblicherweise zum Tablettieren von Pulvern verwendet, und liegen z. B. -zwischen 6 und 20 t/cm2.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein solcher durch Pressen mit verhältnismäßig hohem Druck erhaltener Vorformling einer Vorerwärmung unterworfen, die ebenfalls das raschere Herbeiführen der Kristallisation begünstigt. Gute Ergebnisse wurden beispielsweise erzielt durch Erhitzen des Vorformlings, auf etwa 1500° C. Bei dieser Vorerhitzung, bei der eine gewisse Sinterung eintritt, ändert sich das Volumen des Vorformlings in einem geringeren Maße. Entweder kann dieses Schrumpfen bei der Vorerhitzung bei der Bemessung der Vorform berücksichtigt werden, oder es kann, wenn es auf die Herstellung von Formkörpern genauerer Maße und Form ankommt, nach dem Vorerhitzen die endgültige Form durch Pressen (Kalibriesen) hergestellt werden. Diese endgültige Form bleibt dann bei der Erhitzung auf dieTemperatur, bei der die Kristallisation eintritt, erhalten.
Die Erhitzung kann auf beliebige Weise geschehen. Da das Vorprodukt, der Vorformkörper, insbesondere wenn er unter hohem mechanischem Druck hergestellt und einer VoreThitzung bei Temperaturen, bei denen eine Schrumpfung vor sich geht, unterworfen worden ist, also sehr dicht ist, den elektrischen Strom gut leitet, so wird diese Eigenschaft vorzugsweise für das Aufheizen benutzt und dieses Aufheizen entweder durch Anlegen eines elektrischen Stromes an den Vorformkörper, z. B. die beiden Enden eines stabförmigen Vorformkörpers, oder durch Erzeugen von Wirbelströmen in dem Vorformkörper selbst, z. B. in einem Induktionsofen durchgeführt. Es kann die Erhitzung auch mittels Flammbrenner, z. B. Knallgas-oder Acetylen-S-auerstoff-Gebläse, erfolgen.
Die Wirbelstromerhitzung ist von besonderem Vorteil, wenn es sich um verhältnismäßig komplizierte Formkörper handelt, z. B. um Schaufeln für Explosionsturbinen. Durch die Erhitzung im Induktionsofen ist nicht nur ein rasches Herbeiführen der Reaktion und der Kristallisation möglich, sondern auch eine gleichzeitige und gleichmäßige Kristallisation in allen Teilen des Formkörpers, unabhängig von dessen Gestalt und dessen Dicke, Diese gleichzeitige und gleichmäßigeErhitzung ist wichtig für dieErreichung der gewünschten Eigenschaften des Endproduktes. seine Wärmebeständigkeit und vor allem die Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel, dem derartige Turbinenschaufeln, Brennkammern usw. ausgesetzt sind.
Bei Verhältnismengen von oberhalb 10 Volumteilen Aluminiumoxyd zu 1 Volumteil Wolfram nimmt die Leitfähigkeit ab. Die Verwendung eines Schutzgases, z. B. Wasserstoff, kann bei dem Verfahren der Erfindung unterbleiben.
Statt Aluminiumoxyd können auch Gemenge von Aluminiumoxyd mit anderen Oxyden oder Doppeloxyden Anwendung finden, sofern die Gemenge ebenfalls einen hohen Schmelzpunkt besitzen, z. B. können Gemenge von Aluminiumoxyd und Magnesiumoxyd angewendet werden.
Es ist vorgeschlagen worden, Keramik-Metall-Produkte zu erhalten durch ein Sinterverfahren, bei dem eine Kristallisation wie bei dem Verfahren der Erfindung nicht vor sich geht und ein Produkt erhalten wird, das das typische poröse Gefüge von gesinterten Keramik-Metall-Produkten aufweist und andere Eigenschaften, z. B. geringe Schleiffestigkeit, wobei Gemenge von Aluminiumoxyd und Metallen auf eine Temperatur erhitzt werden, die unterhalb des Schmelzpunktes des Aluminiumoxyds liegen, gegebenenfalls unter Zugegensein von verhältnismäßig leicht schmelzenden Metallen, wie Chrom, die bei dem Erhitzen schmelzen und bei dem Erkalten die Aluminiumoxydteile miteinander verkleben. Weiter ist vorgeschlagen worden, Sinterkörper aus Gemischen, die Zirkonoxyd enthalten, herzustellen durch Erhitzen auf Temperaturen, die unterhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Oxyds liegen.
Alle diese Sinterprodukte besitzen nicht im entfern testen die Vorteile, die die gemäß der Erfindung durch Erhitzen eines Gemenges von über 1500° C schmel -zenden Metallen und über 1800° C schmelzenden Oxyden durch rasches Erhitzen eines aus dem Gemisch geformten Körpers auf etwa die Schmelztemperatur des Oxyds erzeugten Körper aufweisen.
Diese guten Eigenschaften der gemäß der Erfindung erzeugten Körper machen Verwendungen möglich, für die die Sinterprodukte gemäß den bekannten Vorschlägen ungeeignet sind. Es können die gemäß der Erfindung erhaltenen Körper, gegebenenfalls nach nachheriger Bearbeitung, wie Schneiden, Schleifen und Polieren, mit Vorteil verwendet werden als Teile von Verbrennungsturbinen und Brennkammern, insbesondere, Turbinenschaufeln, Brenndüsen und Rohre. sowie Kontaktplättchen, Lager, Lagerringe, Lagerfutter, Lagersteine. Ferner eignet sich das Produkt gemäß der Erfindung .als Material. für die Umwandlung von Wärme in elektromotorische Kraft, wie sie an sich bekannt ist. Auf dem Wege der Erfindung wird die Herstellung von thermoelektrischen Batterien auf wirtschaftliche Weise ermöglicht. In ihrer Verwendung als Energieumsetzer sind die Produkte gemäß der Erfindung von besonderem Wert.

Claims

PA1 EN TRNSPRUCHE. 1. - Verfahren zur Herstellung von Körpern aus über 1500° C schmelzenden Metallen und über 1800° C schmelzenden Oxyden, insbesondere Tonerde und Wolfram oder Molybdän, durch Erhitzen auf hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß :dem hochschmelzenden Oxyd bzw. dem hoch=-schmelzenden Gemisch von Oxyden ein hochschmelzendes Metall oder mehrere zugemischt, aus dem Gemisch ein Körper geformt und der Körper rasch auf etwa die Schmelztemperatur des Oxyds erhitzt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge pulverförmiger Ausgangsstoffe zu Vorformlingen unter hohem Druck gepreßt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorformling, insbesondere ein unterhohem Druck gepreßter Vorformling, vorgesintert wird durch Erhitzen auf eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von 800 bis 1800° C, je nach den Eigenschaften des Ausgangsgemenges und gegebenenfalls des angewendeten Preßdruckes.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch Induktionsheizung erfolgt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch Anlegen eines elektrischen Stromes an den Vorformling, insbesondere den gesinterten Vorformling, erfolgt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung mittels eines Flammbrennners, z. B. Knallgas oder Acetylen und Sauerstoff, erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften. Nr. 668 682, 834 362; französische Patentschriften Nr. 1010 727, 1035 941; schweizerische Patentschrift Nr. 128 404; Am. Cer. Soc. Bull., 1952, S. 208; N i g g 1 i, Lehrb. der Mineralog. u. Kristallchem., 1941, Teil 1, S.402.