DE628575C

DE628575C - Baustoff zur Herstellung von Turbinenschaufeln und solchen Bauteilen, welche aehnlichen mechanischen und Waermebeanspruchungen unterworfen sind

Info

Publication number: DE628575C
Application number: DEG82736D
Authority: DE
Original assignee: Ton & Steinzeug Werke AG
Current assignee: Ton & Steinzeug Werke AG
Priority date: 1932-05-20
Filing date: 1932-05-20
Publication date: 1936-04-07

Description

Baustoff zur Herstellung von Turbinenschaufeln und solchen Bauteilen, welche ähnlichen mechanischen und Wärmebeanspruchungen unterworfen sind -An Baustoffe für die Herstellung von Turbinenschaufeln und solchen Bauteilen, welche ähnlichen mechanischen und Wärmebeanspruchungen unterworfen sind, werden folgende Anforderungen gestellt: Die Baustoffe sollen chemisch widerstandsfähig, vor allem vollkommen säurekorrosionsbeständig sein und auch den korrodierenden Angriffen von Wasser und Wasserdampf widerstehen. Sie müssen vollkommen oxydationsbeständig sein. Sie müssen insbesondere bei Anwendung in Gas- und Kohlenstaubturbinen einem häufigen Erhitzen und Wiederabkühlen standhalten und müssen schließlich bei hohen Temperaturen eine große mechanische Festigkeit besitzen. Bisher wurde als Baustoff für Turbinenschaufeln und ähnlich beanspruchte Bauteile im wesentlichen nur Metall benutzt. Die gelegentlich auch aufgetauchten Vorschläge, die ausgezeichnete Säurebeständigkeit und Oxydationsbeständigkeit keramischer Massen für diesen Zweck zu verwerten, haben sich bisher nicht in die Praxis einzuführen vermocht, weil die bisherigen keramischen Baustoffe, die auch für Metalle ungewöhnlich hohe Summe aller Beanspruchungen, besonders des raschen Erhitzens und Wiederabkühlens, nicht ausgehalten haben und häufig auch die verlangte mechanische Festigkeit nicht besaßen. Aus diesem Grunde haben sich keramische Werkstoffe bis jetzt für diese Zwecke nicht bewährt. Ähnlich hohe Ansprüche an Baustoffe wie für die Herstellung von Gasturbinenschaufeliz werden an Verbrennungskammern für Gasturbinen, Zündkerzen, Glühköpfen, Kolbendeckeln für Dieselmotoren, Brenndüsen für Treibraketen und auch an Pyrometerrohre gestellt. Für diese Zwecke fanden bisher in einem gewissen Umfange keramische Baustoffe Anwendung, wie beispielsweise Steinzeug, Magnesiumsilicatmassen, Porzellan u. dgl. 'Infolge nicht genügender mechanischer und thermischer Widerstandsfähigkeit, denen diese Stoffe bei hoher Beanspruchung entsprechen müssen, wurden Schaufeln für Gas-und Dampfturbinen aus rein keramischen Massen nicht hergestellt. Zwar hat man hierfür Schon Quarzglas, also geschmolzenen Quarz, zu benutzen versucht. Dieser hat sich aber in der Praxis nicht bewährt, da er außerordentlich spröde ist und daher eine genügende mechanische Festigkeit nicht aufweist. Um diesem Mangel abzuhelfen, wurde er in vielen Fällen mit hochfeuerfesten Fremdstoffen; -wie Metalloxyden, vermischt. Diese Zuschläge sollten auch die chemische Beständigkeit in Form von Überzügen erhöhen, da Gläser allein, insbesondere aber gerade Quarzglas, von heißem Wasser, stark überhitztem Wasserdampf sowie allen alkalischen Chemikalien rasch zerstört wird.
Die vorliegende Erfindung zeigt keramische Baustoffe, welche den geschilderten Ansprüchen genügen. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß die Massen vom Spinelltyp Mg O - Ah 0g als Werkstoffe für die Herstellung von Turbinenschaufeln und solchen Bauteilen, welche ähnlichen mechanischen und Wärmebeanspruchungen unterworfen sind, gut geeignet sind, wenn diese bei der Herstellung .bis zur Sinterung erhitzt worden sind. Normalerweise sintert der Typ des Spinells Mg O - Ah O3 bei Temperaturen, die nur wenig unter dem Schmelzpunkt von 2135' liegen. Jedoch ist der Sinterungspunkt durch an sich bekannte Mittel der kolloiden Zerkleinerung mit an sich bekannten Mitteln und in an sich bekannter Weise wesentlich herunterzusetzen. Die vorliegende Erfindung benutzt diese an sich bekannten Mittel und Arbeitsmethoden, geht hierüber jedoch wesentlich hinaus. Sie schildert die Auswahl des Baustoffes zur Herstellung von Turbinenschaufeln nicht nur nach der genauen Zusammensetzung des Spinells, sondern es wurden in umfangreichen Versuchen auch die zweckmäßigen Grenzen von Massen dieses Typs gefunden. Dieselben liegen etwa zwischen und Mg O - 3 A12 03.
Die Erfindung besteht also darin, daß Spinellmassen in gesinterter Form zur Anwendung kommen, deren Zusammensetzung in den Grenzen zwischen 3 Mg O - A12 O3 und M90-3A1.0, gewählt wird. Besonders , günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn das Mg0 im Spinell ganz oder teilweise durch andere Monoxyde, beispielsweise Ca 0, Sr 0, Ba O, Zn O, Fe O, Be O, Ni O, Co 0, ersetzt wird.
Die Erfindung besteht weiterhin in dem Ersatz des A1203 durch andere Sesquioxyde, beispielsweise Chromoxyd oder Ceroxyd.
Der Sinterungspunkt des Materials kann dabei durch Einführung von einem oder mehreren Mineralisatoren, wie z. B. Verbindungen des Berylliums; Calciums, Baryums oder Bors, . herabgesetztwerden. Für einenSpinell beispielsweise der Zusammensetzung BeO @0'9 A12 O3 o,1 Cr2 0, kommen als Kristallisatoren Verbindungen von Calcium, Baryum, Bor, Magnesium, seltene Erden in Betracht. Für eine Zusammensetzung von 3 Ni O - Cr203 wählt man am besten als Kristallisatoren Verbindungen von Eisen, Cobalt, Wolfram, Molybdän, Uran. Nach der Erfindung soll auch die Erhitzungstemperatur und Erhitzungsdauer den genannten Zusammensetzungen so angepaßt werden, daß bis zur mikroskopisch nachweisbaren Glasfreiheit, also bis zur völligen kristallinischen Struktur der Masse, erhitzt wird.
Die Wahl der Mineralisatoren . erfolgt zweckmäßig so, daß die Größe der entstehenden Spinellkristalle zo@u nicht wesentlich überschreitet.
Die Baustoffe nach der Erfindung sind auch vorzüglich geeignet für die Anwendung von Zündkerzen, von Glühköpfen, Kolbendeckeln für Dieselmotoren, Verbrennungskammern von Gasturbinen, Brenndüsen für Treibraketen, Pyrometerrohren usw.

Claims

YATLNTANSPRÜCHE: i. Baustoff zur Herstellung von Turbinenschaufeln und solchen Bauteilen, welche ähnlichen medhanischen und Wärmebeanspruchungen unterworfen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Spinellmassen in gesinterter Form zur Anwendung gelangen, deren Zusammensetzung in den Grenzen zwischen 3 Mg O -A12 03 und Mg O # 3A12 03 gewählt wird. z. Baustoff nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Mg 0 ganz oder teilweise durch andere Monoxyde, wie Ca0, S'r0, Ba0, Zn0, Fe0; Be0, Ni0, Co0, ersetzt wird. 3. Baustoff nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Al; 0, ganz oder teilweise durch andere Sesquioxyde, wie Cr203, Ce203, ersetzt wird. q.. Baustoff nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch die Benutzung von an sich bekannten Mineralisatoren als Zuschlag zur Massemischung. 5. Baustoff nach Anspruch i bis q., gekennzeichnet durch eine bis zur völligen Kristallisation, also bis zur völligen Glasfreiheit betriebenen Sinterung.