WO2004106262A1 - Oxidkeramischer werkstoff auf der basis von aluminiumoxid - Google Patents

Oxidkeramischer werkstoff auf der basis von aluminiumoxid Download PDF

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Carmen Hesch
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Dietmar Klotz
Simon Heinzmann
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Definitions

  • the invention relates to an oxide-ceramic material based on aluminum oxide (Al 2 O 3 ), its production and molded articles made from this material.
  • ZPTA materials Zirconia-Platelet-Toughened Alumina
  • GGV cast materials
  • the wear is not yet satisfactory.
  • the size and number of pores in the material is an important factor.
  • pores in the surface of foils have a negative impact on the life of the screens, especially when calcium carbonate is used as a filler.
  • the object is achieved according to the invention by an oxide ceramic material with the following structure:
  • the material consists of two main components.
  • the one main component, the wear phase consists of a polycrystalline ⁇ -Al 2 ⁇ 3 -based oxide ceramic with a very small grain size, such as the so-called sol-gel grain known from the abrasive industry, for example Cubitron 321® from 3M, or a single-crystalline corundum , oxidic fibers or whiskers.
  • the size of these particles is in the range from 2 ⁇ m to 40 ⁇ m, which is why the wear phase can also be referred to as microceramic.
  • the listed components of the wear phase are embedded individually or as a mixture of two or more of these components in any quantity ratio in a second main component, a binding phase for the wear phase.
  • This binding phase is brought into a liquid state compared to the first phase and encloses the first, non-liquefied wear phase after it has solidified.
  • the binding phase which should not react with the wear phase, can be: a eutectic mixture, for example Al 2 ⁇ 3 -Zr ⁇ 2 or Al 2 ⁇ 3 -Zr ⁇ 2 -Ti ⁇ 2 , or other low-melting eutectics such as alkaline earth metal or rare earth titanate, inorganic glass or a mixture of the materials suitable as the binding phase.
  • the binding phase has the same meaning in the composition of the overall material as, for example, cobalt in hard metal materials.
  • Nanoscale powders are preferably used for the inorganic binding phase which is formed from the eutectic mixture.
  • Components Al 2 ⁇ 3 -Zr ⁇ 2 or Al 2 ⁇ 3 -Zr ⁇ 2 -Ti ⁇ 2 is preferably between 50 nm and 250 nm.
  • the eutectic mixture has a volume fraction of 5% to 40% in
  • the eutectic composition according to the phase diagram, see FIG. 1 is 57.4 wt% aluminum oxide and 42.6 wt% zirconium oxide.
  • Cerium oxide is added in a concentration of 3 wt% to 25 wt%.
  • Aluminum oxide is preferably made from an aluminum salt or a
  • the nanoscale zirconium oxide is preferably obtained from a gas phase process, for example by a reaction of
  • the nanoscale eutectic mixture of the individual components Al 2 O 3 and ZrO 2 or Al O 3 , ZrO and TiO 2 as the binding phase is produced by mixed grinding, preferably in a continuous attritor mill.
  • An alumina-zirconia mixture in the eutectic range in a composition of Al 2 O 3 from 54 wt% to 61 wt% and Z D2 from 39 wt% to 46 is used as the binding phase wt% used.
  • the eutectic composition itself is preferably chosen: Al 2 O 3 with 57.4 wt% and ZrO 2 with 42.6 wt%.
  • Glass and the low-melting eutectics for example the alkaline earth metals or rare earth titanates, have a similar behavior.
  • these materials have the advantage that a change in the microstructure of the microceramic used in the wear phase, in particular the grain growth in the sol-gel grain or reactions of the sol-gel grain with the binding phase, can be almost excluded.
  • Materials with a low eutectic temperature include, for example, alkaline earth metal or rare earth titanates of the following compositions with their melting temperature in the eutectic: MgNb 2 O 6 -Nb 2 O 5 (1430 ° C), CaNb 2 O 6 - Nb 2 O 5 (1370 ° C), Sr 2 Nb 10 O 27 -Nb 2 ⁇ 5 (1290 ° C), La 4 Ti 9 O 24 (1445 ° C), Nd 4 Ti 9 O 24 (1440 ° C).
  • the composition of the glass binding phase is chosen so that its components or the glass powder melt during sintering, but the components of the wear phase do not. It is also possible to use glass powders of the appropriate composition in nanoscale particle size.
  • the temperatures range from about 500 ° C (soda-potash-lime glasses) to about 1250 ° C (boron-alumina glasses).
  • the proportion of the glass phase or the low melting eutectics with 5% to 40% by volume corresponds to the proportion of the binding phase from the eutectic mixture. Due to the sintering temperatures, which correspond to the processing temperatures in the glass industry, their processes are also suitable for shaping. The shaping can take place, for example, in the viscous state of the binding phase by pressing in conventional glass molds. This enables the production of shaped bodies with complex geometries.
  • composition of a glass suitable for the binding phase is listed below: 0.06 wt% MgO, 0.01 wt% Fe 2 O 3 , 0.02 wt% Na 2 O, 0.09 wt% ZrO 2 , 0.01 wt % SrO, 0.02 wt% CeO 2 , 6 wt% AI 2 O 3 , 64 wt% SiO 2 , ⁇ 0.01 wt% TiO 2 , 25 to 30 wt% CaO, 0.01 wt% K 2 O, 0.1 wt% Ba 2 O.
  • the binding phase can also be formed from a mixture of eutectic mixture and glass in the form of its components or glass powder or materials with a low eutectic temperature.
  • the softening and melting temperatures of the glass or the materials with a low eutectic temperature and the eutectic mixture should correspond within narrow limits.
  • sol-gel grain as the wear phase is particularly advantageous. It is extremely tough and very wear-resistant. These properties are based on the one hand on the microstructure and on the other hand on the chemical composition.
  • the grain With regard to the microstructure, the grain consists of extremely fine primary particles that are sintered into the corresponding agglomerates of different sizes. The extremely fine primary particles are generated by the sol-gel technology and justify the high wear resistance.
  • the sol-gel grains In their chemical composition, the sol-gel grains have other accompanying elements in addition to aluminum oxide. The accompanying elements form ternary phases with the aluminum oxide, which make them tough.
  • the chemical composition of these so-called microceramics is very complex, for example from:
  • the grain has a complex polycrystalline microstructure, composed of crystallites of alpha alumina, spinel (MgA ⁇ O ⁇ and hexagonal rare earth aluminates.
  • the material according to the invention is produced in the following steps: in the binding phase from a eutectic mixture or from components of a glass or from glass powder or materials with a low eutectic temperature, so-called low-melting eutectics, or a mixture of eutectic mixture and glass or glass powder or low-melting Eutectics are added to the wear phase an amount of commercially available sol-gel grain or corundum, fibers, or whiskers or a mixture of two or more of these components, which is tailored to the intended use.
  • the binding phase is usually in the form of slip.
  • the binder phase and the added components of the wear phase are homogenized by mechanical mixing, preferably by means of rotary grinding, but can also be carried out in a vibratory mill. Furthermore, the mixture can also be produced in so-called microreactors.
  • Fibers or whiskers or a mixture of two or more of these If wear components are present in a homogeneous state, this mixture is constantly stirred to avoid sedimentation. It may also be necessary to add dispersing agents to the suspension in order to avoid sedimentation of the microceramics.
  • binders are added to the suspension, for example polyacrylate or polyvinyl alcohol. This suspension is then dried in a spray drying process. The spray grain is then pressed into a shaped body. Alternatively, the slip can also be processed further using other shaping processes, for example the slip casting process.
  • a particularly advantageous method is the so-called DCC method.
  • the slurry being coagulated by an enzyme-catalyzed chemical reaction, it is possible in particular to produce components close to the final shape.
  • the gel casting process is also suitable for shaping close to the final shape.
  • monomeric chemical compounds are added to the slip, which are polymerized by thermal or catalytic reactions.
  • Sintering is understood here to mean any suitable heat treatment at a temperature at which the binding phase is converted into a liquid state. After cooling, it is in the status di .
  • the eutectic temperature is decisive. If an over- or under-eutectic binding phase is used, the sintering temperature must be adjusted accordingly in order to achieve a liquid binding phase for the already sintered microceramics.
  • the temperature to be set depends on the Melting temperature of the glass-forming components or the melting temperature of the glass powder. If necessary, chemical solid-state reactions are initiated deliberately during sintering between the glass phase and microceramic. The softening and melting temperatures of the glass or the eutectic mixture should correspond within narrow limits. The same procedure should be followed if other materials with a low eutectic temperature are used.
  • Pore-free surfaces of wear parts are particularly advantageous in the paper industry, for example, because added pores in the components used there have a negative impact on paper quality and accelerate component wear.
  • the pore-free nature of foil segments prevents the fillers from getting stuck in the pores and thus significantly reduces screen wear.
  • Hot isostatic post-compression is a possible option for further compression.
  • the shaped body obtained after sintering can be given its predetermined contour and surface by hard machining with diamond tools, by grinding or lapping. Such processing takes place when the molded body is to be designed as a high-precision component.
  • Typical applications for such shaped sintered bodies are, in particular, indexable inserts for the machining of cast and steel materials. Furthermore, these materials can also be used in a wide variety of wear applications, for example as thread guiding devices, texturing disks or thread brakes in the textile industry, as welding rollers or as wear parts in the Paper industry such as foils and drainage technology components.

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Abstract

Gemäß dem Stand der Technik sind ZPTA-Werkstoffe (Ziconia-Platelet-Toughened Alumina) derzeit die härtesten, zähesten und festesten oxidkeramischen Werkstoffe. Diese Werkstoffe werden bei der Metallbearbeitung, vorzugsweise bei der spangebenden Bearbeitung, oder als Verschleißteile eingesetzt. Verschleißverhalten und Porosität sind allerdings noch nicht zufriedenstellend. Erfindungsgemäß wird deshalb ein oxidkeramischer Werkstoff auf der Basis einer Verschleißphase aus dicht gesintertem Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern, oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Komponenten eingesetzt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verschleißphase in einer anorganischen Bindephase eingelagert ist und dass die Schmelztemperatur der Bindephase unter der Schmelztemperatur der Verschleißphase liegt.

Description

Oxϊdkeramischer Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxid
Die Erfindung betrifft einen oxidkeramischen Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxid (AI2O3), seine Herstellung sowie aus diesem Werkstoff hergestellte Formkörper.
Gemäß dem Stand der Technik sind ZPTA-Werkstoffe (Zirconia-Platelet-Toughened Alumina) derzeit die härtesten, zähesten und festesten oxidkeramischen Werkstoffe. Werden diese Werkstoffe in der Metallbearbeitung eingesetzt, insbesondere bei der spanabhebenden Bearbeitung von gehärteten Stählen und Gusswerkstoffen wie GGV, ist der Verschleiß allerdings noch nicht zufriedenstellend. Bei anderen Anwendungsfälien ist die Größe und die Anzahl der Poren im Werkstoff eine wichtige Einflussgröße. So haben beispielsweise in der Papierindustrie Poren in der Oberfläche von Foils einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer der Siebe, insbesondere, wenn Calciumcarbonat als Füllstoff eingesetzt wird.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemaß durch einen oxidkeramischen Werkstoff mit folgendem Aufbau: Der Werkstoff besteht aus zwei Hauptkomponenten. Die eine Hauptkomponente, die Verschleißphase, besteht aus einer polykristallinen α- Al2θ3-basierten Oxidkeramik mit einer sehr geringen Korngröße, wie das aus der Schleifmittelindustrie bekannte sogenannte Sol-Gel-Korn, beispielsweise Cubitron 321® von 3M, oder einem einkristallinen Korund, oxidischen Fasern oder Whisker. Die Größe dieser Partikel liegt im Bereich von 2 μm bis 40 μm, weshalb die Verschleißphase auch als Mikrokeramik bezeichnet werden kann. Die aufgeführten Komponenten der Verschleißphase werden einzeln oder als eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Komponenten in beliebigen Mengenverhältnissen in eine zweite Haüptkomponente, eine Bindephase für die Verschleißphase, eingebettet. Diese Bindephase wird gegenüber der ersten Phase in einen flüssigen Zustand versetzt und umschließt die erste, nicht verflüssigte Verschleißphase nach ihrer Erstarrung. Die Bindephase, die nicht mit der Verschleißphase reagieren soll, kann sein: ein eutektisches Gemisch, beispielsweise Al2θ3-Zrθ2 oder Al2θ3-Zrθ2-Tiθ2, oder andere niedrig schmelzende Eutektika wie beispielsweise Erdalkaliniobat oder Seltenerdetitanat, anorganisches Glas oder eine Mischung aus den als Bindephase geeigneten Werkstoffen. Die Bindephase hat in der Zusammensetzung des Gesamtwerkstoffs die gleiche Bedeutung wie etwa Kobalt in Hartmetallwerkstoffen.
Für die anorganische Bindephase, die aus dem eutektischen Gemisch gebildet wird, werden vorzugsweise nanoskalige Pulver verwendet. Die Primärteilchengröße der
Komponenten Al2θ3-Zrθ2 oder Al2θ3-Zrθ2-Tiθ2 liegt vorzugsweise zwischen 50 nm und 250 nm. Das eutektische Gemisch hat einen Volumenanteil von 5 % bis 40 % im
Sinterkörper. Im Falle der Verwendung des zweiphasigen Eutektikums AI2θ3-ZrO2 liegt die eutektische Zusammensetzung gemäß dem Phasendiagramm, siehe Figur 1 , bei 57,4 wt% Aluminiumoxid und 42,6 wt% Zirkonoxid. Die Zähigkeit des eutektischen
Gemisches kann wesentlich verbessert werden, wenn als weitere Komponente
Ceroxid in einer Konzentration von 3 wt% bis 25 wt% hinzugefügt wird. Das
Aluminiumoxid wird vorzugsweise aus einem Aluminiumsalz beziehungsweise einem
AI-Alkoxid, gewonnen. Das nanoskalige Zirkonoxid wird vorzugsweise aus einem Gasphasenprozess gewonnen, beispielsweise durch eine Reaktion von
Zirkontetrachlorid mit Wasser bei erhöhten Temperaturen.
Die Herstellung der nanoskaligen eutektischen Mischung der Einzelkomponenten AI2O3 und Zrθ2 oder AI O3, ZrO und TiO2 als Bindephase erfolgt durch Mischmahlung, vorzugsweise in einer kontinuierlichen Attritormühle. Als Bindephase wird eine Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Mischung im eutektischen Bereich in einer Zusammensetzung aus AI2O3 von 54 wt% bis 61 wt% und Z D2 von 39 wt% bis 46 wt% verwendet. Vorzugsweise wird jedoch die eutektische Zusammensetzung selbst gewählt: AI2O3 mit 57,4 wt% und ZrO2 mit 42,6 wt%.
Im Falle des eutektischen Gemischs im System Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Titanoxid werden jene Mischungen eingesetzt, welche gemäß den beiliegenden Phasendiagrammen, Fig. 1 und 2, eine Schmelztemperatur von 1610 °C, 1590 °C, 1580 °C und weniger aufweisen. Diese Temperaturen kennzeichnen die eutektischen Punkte des temären Systems und liegen auf den Schnittpunkten der Liquidusschnittlinien, wie aus Fig.1 ersichtlich.
Glas und die niedrig schmelzenden Eutektika, beispielsweise der Erdalkaliniobate oder Seltenerdetitanate, haben ein ähnliches Verhalten. Als Bindephase haben diese Werkstoffe den Vorteil, dass eine Veränderung der Mikrostruktur der eingesetzten Mikrokeramik der Verschleißphase, insbesondere das Kornwachstum im Sol-Gel- Korn oder Reaktionen des Sol-Gel-Koms mit der Bindephase nahezu ausgeschlossen werden kann.
Zu den Werkstoffen mit niedriger eutektischer Temperatur gehören beispielsweise Erdalkaliniobate beziehungsweise Seltenerdetitanate folgender Zusammensetzungen mit ihrer Schmelztemperatur im Eutektikum: MgNb2O6-Nb2O5 (1430 °C), CaNb2O6- Nb2O5 (1370 °C), Sr2Nb10O27-Nb2θ5 (1290 °C), La4Ti9O24 (1445 °C), Nd4Ti9O24 (1440 °C).
Die Zusammensetzungen der Bindephase Glas wird so gewählt, dass seine Komponenten oder das Glaspulver beim Sintern schmelzen, die Komponenten der Verschleißphase aber nicht. Es können auch Glaspulver entsprechender Zusammensetzung in nanoskaliger Teilchengröße eingesetzt werden. Die Temperaturen liegen in einem Bereich von etwa 500°C (Natron-Kali-Kalk-Gläser) bis etwa 1250°C (Bor-Tonerde-Gläser). Der Anteil der Glasphase oder der niedrig schmelzenden Eutektika entspricht mit 5% bis 40% Volumenanteil dem Anteil der Bindephase aus dem eutektischen Gemisch. Aufgrund der Sintertemperaturen, die den Verarbeitungstemperaturen in der Glasindustrie entsprechen, bieten sich zur Formgebung auch deren Verfahren an. Die Formgebung kann beispielsweise im zähflüssigen Zustand der Bindephase durch Pressen in üblichen Glasformen erfolgen. Dadurch wird die Herstellung von Formkörpern komplexer Geometrien möglich.
Nachfolgend ist die Zusammensetzung eines für die Bindephase geeigneten Glases aufgeführt: 0,06 wt% MgO, 0,01 wt% Fe2O3, 0,02 wt% Na2O, 0,09 wt% ZrO2, 0,01 wt% SrO, 0,02 wt% CeO2, 6 wt% AI2O3, 64 wt% SiO2, <0,01 wt% TiO2, 25 bis 30 wt% CaO, 0,01 wt% K2O, ca. 0,1 wt% Ba2O.
Die Bindephase kann auch aus einem Gemisch von eutektischem Gemisch und Glas in Form seiner Komponenten oder Glaspulver oder Werkstoffen mit niedriger eutektischer Temperatur gebildet werden. Die Erweichungs- und Schmelztemperaturen des Glases bzw. der Werkstoffe mit niedriger eutektischer Temperatur und des eutektischen Gemischs sollten in engen Grenzen übereinstimmen.
Der Einsatz von Sol-Gel-Korn als Verschleißphase ist besonders vorteilhaft. Es ist äußerst zäh und sehr verschleißfest. Diese Eigenschaften basieren einerseits auf der Mikrostrukur und andererseits auf der chemischen Zusammensetzung. Hinsichtlich der Mikrostruktur besteht das Korn aus extrem feinen Primärpartikeln, die zu den entsprechenden Agglomeraten unterschiedlicher Größe versintert sind. Die extrem feinen Primärpartikel werden durch die Sol-Gel-Technik erzeugt und begründen den hohen Verschleißwiderstand. In ihrer chemischen Zusammensetzung weisen die Sol- Gel-Körner neben Aluminiumoxid weitere Begleitelemente auf. Die Begleitelemente bilden mit dem Aluminiumoxid ternäre Phasen, welche die große Zähigkeit bedingen. In ihrer chemischen Zusammensetzung sind diese sogenannten Mikrokeramiken sehr komplex aufgebaut, beispielsweise aus:
α-AI2O3 94,00 bis 97,00 wt%
MgO 0,75 bis 1 ,50 wt% Y2O3 0,75 bis 1 ,50 wt%
La2θ3 + Nd2θ3 1 ,50 bis 3,00 wt% sowie Spuren von Tiθ2, Siθ2, CaO und CoO.
Das Korn hat eine komplexe polykristalline MikroStruktur, zusammengesetzt aus Kristalliten von Alpha-Aluminiumoxid, Spinell (MgA^O^ und hexagonalen Aluminaten der seltenen Erden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffs erfolgt in folgenden Schritten: In die Bindephase aus einem eutektischen Gemisch oder aus Komponenten eines Glases oder aus Glaspulver oder Werkstoffen mit niedriger eutektischer Temperatur, sogenannte niedrig schmelzende Eutektika, oder einer Mischung aus eutektischem Gemisch und Glas oder Glaspulver oder niedrig schmelzenden Eutektika wird eine auf den vorgesehenen Verwendungszweck abgestimmte Menge an handelsüblichem Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern, oder Whisker oder eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Komponenten der Verschleißphase zugegeben. Die Bindephase liegt in der Regel in Form von Schlicker vor. Die Homogenisierung der Bindephase und der zugegebenen Komponenten der Verschleißphase erfolgt durch mechanische Mischung, vorzugsweise mittels Rotationsmahlung, kann aber auch in einer Schwingmühle erfolgen. Weiterhin kann die Mischung auch in sogenannten Mikroreaktoren hergestellt werden.
Wenn die Mischung aus einer Bindephase der oben angegebenen Zusammensetzungen und der Verschleißphase aus Sol-Gel-Korn oder Korund,
Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Verschleißkomponenten im homogenen Zustand vorliegt, wird diese Mischung ständig gerührt, um eine Sedimentation zu vermeiden. Weiterhin kann es erforderlich sein, dass zur Suspension Dispergierhilfsmittel hinzufügt werden, um die Sedimentation der Mikrokeramiken zu vermeiden. Im weiteren Prozessverlauf wird der Suspension Binder hinzugefügt, beispielsweise Polyacrylat oder Polyvinylalkohol. Anschließend wird diese Suspension in einem Sprühtrocknungsprozess getrocknet. Das Sprühkorn wird anschließend zu einem Formkörper verpresst. Alternativ dazu kann auch der Schlicker über andere Formgebungsverfahren, beispielsweise das Schlickergußverfahren, weiter verarbeitet werden.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren ist das sogenannte DCC-Verfahren. Mit diesem Verfahren, wobei durch eine enzymkatalysierte chemische Reaktion der Schlicker koaguliert wird, gelingt insbesondere die Herstellung von endkontumahen Bauteilen. Auch das Gel-Casting-Verfahren eignet sich zur endkontumahen Formgebung. Um dieses Verfahren anzuwenden, werden dem Schlicker monomere chemische Verbindungen hinzugefügt, welche durch thermische oder katalytische Reaktionen polymerisiert werden.
Im Prozessschritt Sintern findet die Verdichtung statt. Unter Sintern soll hier jede geeignete Wärmebehandlung bei einer Temperatur verstanden werden, bei der die Bindephase in einen flüssigen Zustand überführt wird. Nach dem Erkalten liegt dann im Zustandsdi.agramm des erfindungsgemäßen Werkstoffs ein heterogenes Zweiphasenfeld vor, bestehend aus einer erstarrten Bindephase und darin eingelagert die nicht aufgeschmolzenen Komponenten der Verschleißphase. Bei einer Bindephase aus einem eutektischen Gemisch ist die eutektische Temperatur maßgebend. Im Falle des Einsatzes von über- oder untereutektischer Bindephase ist die Sintertemperatur entsprechend anzupassen, um auch damit eine flüssige Bindephase für die bereits gesinterten Mikrokeramiken zu realisieren. Bei einem Glas als Bindephase richtet sich die einzustellende Temperatur nach der Schmelztemperatur der glasbildenden Komponenten oder der Schmelztemperatur des Glaspulvers. Gegebenenfalls werden ganz bewusst chemische Festkörperreaktionen während des Sinterns zwischen Glasphase und Mikrokeramik initiiert. Die Erweichungs- und Schmelztemperaturen des Glases bzw. des eutektischen Gemischs sollten in engen Grenzen übereinstimmen. Ebenso ist zu verfahren, wenn andere Werkstoffe mit einer niedrigen eutektischen Temperatur eingesetzt werden.
Mit einem Glas als Bindephase können Formkörper mit weitestgehend porenfreier Oberfläche erzeugt werden. Porenfreie Oberflächen von Verschleißteilen sind beispielsweise besonders in der Papierindustrie von Vorteil, weil zugesetzte Poren der dort eingesetzten Bauteile einen negativen Einfluss auf die Papierqualität haben und den Verschleiß der Bauteile beschleunigen. Die Porenfreiheit von Foilsegmenten beispielsweise verhindert das Festsetzen der Füllstoffe in den Poren und reduziert dadurch den Siebverschleiß deutlich.
Als Möglichkeit der weiteren Verdichtung bietet sich die heißisostatische Nachverdichtung an.
Je nach Verwendungszweck kann der nach dem Sintern vorliegende Formkörper durch eine Hartbearbeitung mit Diamantwerkzeugen, durch Schleifen oder Läppen, seine vorgegebene Kontur und Oberfläche erhalten. Eine solche Bearbeitung erfolgt dann, wenn der Formkörper als hochpräzises Bauteil ausgeführt sein soll.
Typische Anwendungen für derartige Sinterformkörper sind insbesondere Wendeschneidplatten für die Zerspanung von Guss- und Stahlwerkstoffen. Weiterhin können diese Werkstoffe auch in den verschiedensten Verschleißanwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Fadenleitorgane, Texturierscheiben oder Fadenbremsen in der Textilindustrie, als Schweißrollen oder als Verschleißteile in der Papierindustrie wie beispielsweise Foils und Komponenten der Entwässerungstechnik.

Claims

Patentansprüche
1. Oxidkeramischer Werkstoff auf der Basis einer Verschleißphase aus dicht gesintertem Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern, oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißphase in einer anorganischen Bindephase eingelagert ist und dass die Schmelztemperatur der Bindephase unter der Schmelztemperatur der Verschleißphase liegt.
2. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Bindephase aus einem nanoskaligen eutektischen Gemisch aus AI2O3-ZrO2 oder AI2θ3-ZrO2-Tiθ2 besteht.
3. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch der Bindephase aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid im eutektischen Bereich aus 54 wt% bis 61 wt% AI2O und 39 wt% bis 46 wt% ZrO2 zusammengesetzt ist.
4. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eutektische Zusammensetzung der Bindephase aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid aus 57,4 wt% AI2O3 und 42,6 wt% ZrO2 besteht.
5. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ternäre Mischung aus Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Titandioxid der Zusammensetzung 12,7 wt% TiO2, 41 ,8 wt% AI2O3 und 45,5 wt% ZrO2 eine
Schmelztemperatur von 1525 °C oder weniger aufweist.
6. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ternäre Mischung aus Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Titandioxid der Zusammensetzung 53,6 wt% TiO2, 27,9 wt% AI2O3 und 18,5 wt% Zr2O3 eine Schmelztemperatur von 1435 °C oder weniger aufweist.
7. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem eutektischen Gemisch der Bindephase Ceroxid in einer Konzentration von 3 wt% bis 25 wt% hinzugefügt wird.
8. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Bindephase aus einem niedrig schmelzenden Eutektikum, aus einem Werkstoff mit niedriger eutektischer Temperatur, besteht.
9. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit einem niedrig schmelzenden Eutektikum ein Erdalkaliniobat oder
Seltenerdetitanat ist.
10. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkaliniobat folgende Zusammensetzungen aufweist: MgNb2θ6-Nb2θ5, CaNb2O6-Nb2O5, Sr2Nb10O27-Nb2O5.
11. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdetitanat folgende Zusammensetzungen aufweist: La4Tigθ24, Nd4Tigθ24-
12. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Bindephase aus einem Glas besteht.
13. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindephase aus einem Glas folgender Zusammensetzung besteht: 0,06wt%
MgO, 0,01wt% Fe2O3, 0,02wt% Na2O, 0,09wt% ZrO2, 0,01wt% SrO, 0,02wt% CeO2, 6wt% AI2O3, 64wt% SiO2, <0,01wt% TiO2, 25 bis 30wt% CaO, 0,01wt% K2O, ca. 0,1 wt% Ba2O.
14. Oxidkeramischer Werkstoff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindephase aus Glaspulver besteht.
15. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Glas bildenden Bindephase sowie das Glaspulver eine Schmelztemperatur zwischen etwa 500°C und etwa 1000°C haben.
16. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in Kombination mit einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausgangszusammensetzung der anorganischen Bindephase besteht aus einem Gemisch aus einem nanoskaligen eutektischen Gemisch und den Komponenten eines Glases oder Glaspulver.
17. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 11 in Kombination mit einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausgangszusammensetzung der anorganischen Bindephase besteht aus einem Gemisch aus einem niedrig schmelzenden Eutektikum und den Komponenten eines Glases oder Glaspulver.
18. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindephase einen Volumenanteil von 5 % bis 40 % im
Sinterkörper hat.
19. Oxidkeramischer Werkstoff nach nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangskorngröße der Bindephase zwischen 50 nm und 250 nm liegt.
20. Oxidkeramischer Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der in die Bindephase einzubettenden
Verschleißphase in Form des Sol-Gel-Korns, Korunds, der Fasern oder Whisker im Bereich von 2 μm bis 40 μm liegt.
21. Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen Werkstoffs mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Bindephase, hergestellt aus einer nanoskaligen eutektischen Mischung der
Einzelkomponenten AI2O3 und Zrθ2 oder AI2O3, ZrO2 und TiO2 durch Mischmahlung, zubereitet als Schlicker, der Zugabe von Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Verschleißkomponenten zu der als Schlicker vorliegenden Bindephase, die Homogenisierung von Bindephase und der jeweils zugegebenen
Verschleißphase, vorzugsweise durch eine weitere Mischmahlung, gegebenenfalls Zugabe von Dispergierhilfsmitteln und Binder, Formgebung und Sintern bei einer Temperatur zur Überführung der jeweiligen Bindephase in die flüssige Form und gegebenenfalls Formgebung aus diesem Zustand.
22. Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen Werkstoffs mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , gekennzeichnet durch eine Bindephase, hergestellt aus einem niedrig schmelzenden Eutektikum, einem Werkstoff mit niedriger eutektischer Temperatur, gegebenenfalls durch Mischmahlung, zubereitet als Schlicker, der Zugabe von Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser
Verschleißkomponenten zu der als Schlicker vorliegenden Bindephase, die Homogenisierung von Bindephase und der jeweils zugegebenen Verschleißphase, vorzugsweise durch eine weitere Mischmahlung, gegebenenfalls Zugabe von Dispergierhilfsmitteln und Binder, Formgebung und Sintern bei einer Temperatur zur Überführung der jeweiligen Bindephase in die flüssige Form und gegebenenfalls Formgebung aus diesem Zustand.
23. Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen Werkstoffs mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Bindephase, hergestellt aus Komponenten eines Glases durch Mischmahlung oder aus Glaspulver, zubereitet als Schlicker, der Zugabe von Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser
Verschleißkomponenten zu der als Schlicker vorliegenden Bindephase, die Homogenisierung von Bindephase und der jeweils zugegebenen Verschleißphase, vorzugsweise durch eine weitere Mischmahlung, gegebenenfalls Zugabe von Dispergierhilfsmitteln und Binder, Formgebung und Sintern bei einer Temperatur zur Überführung der jeweiligen Bindephase in die flüssige Form und gegebenenfalls Formgebung aus diesem Zustand.
24. Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen Werkstoffs mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in Kombination mit einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Bindephase, hergestellt aus einer Mischung aus einer nanoskaligen eutektischen Mischung der Einzelkomponenten AI2O3 und Zrθ2 oder A^Os, ZrÜ2 und TiO2 und aus Komponenten eines Glases oder aus Glas, jeweils durch Mischmahlung, zubereitet als Schlicker, der Zugabe von Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Verschleißkomponenten zu der als Schlicker vorliegenden Bindephase, die Homogenisierung von Bindephase und der jeweils zugegebenen Verschleißphase, vorzugsweise durch eine weitere Mischmahlung, gegebenenfalls Zugabe von Dispergierhilfsmitteln und Binder, Formgebung und Sintern bei einer Temperatur zur Überführung der jeweiligen Bindephase in die flüssige Form und gegebenenfalls Formgebung aus diesem Zustand.
25. Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen Werkstoffs mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 8 bis 11 in Kombination mit einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Bindephase, hergestellt aus einem Gemisch aus einem niedrig schmelzenden Eutektikum und den Komponenten eines Glases oder Glaspulver, gegebenenfalls durch Mischmahlung, zubereitet als Schlicker, der Zugabe von Sol-Gel-Korn oder Korund, Fasern oder Whisker oder einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Verschleißkomponenten zu der als Schlicker vorliegenden Bindephase, die Homogenisierung von Bindephase und der jeweils zugegebenen Verschleißphase, vorzugsweise durch eine weitere Mischmahlung, gegebenenfalls Zugabe von Dispergierhilfsmitteln und Binder, Formgebung und Sintern bei einer Temperatur zur Überführung der jeweiligen Bindephase in die flüssige Form und gegebenenfalls Formgebung aus diesem Zustand.
26. Formkörper aus einem oxidkeramischen Werkstoff mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 , 22, 23, 24 oder 25 als Schneidplatte.
27. Formkörper aus einem oxidkeramischen Werkstoff mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 21 , 22, 23, 24 oder 25 als Schweißrolle.
28. Formkörper aus einem oxidkeramischen Werkstoff mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 , 22, 23, 24 oder 25 als Verschleißteil in der Textilindustrie in Form eines Fadenleitorgans oder einer Texturierscheibe oder einer Fadenbremse.
9. Formkörper aus einem oxidkeramischen Werkstoff mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 , 22, 23, 24 oder 25 als Verschleißteil in der Papierindustrie in Form eines Foils oder als Komponente der Entwässerungstechnik.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543107A (en) * 1984-08-08 1985-09-24 Norton Company Vitrified bonded grinding wheels containing sintered gel aluminous abrasive grits
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
WO2001056947A1 (en) * 2000-02-02 2001-08-09 3M Innovative Properties Company FUSED Al203-Y203 EUTECTIC ABRASIVE PARTICLES, ABRASIVE ARTICLES, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
US5143522B1 (en) * 1979-11-09 1998-01-06 Washington Mills Electro Miner Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
US4543107A (en) * 1984-08-08 1985-09-24 Norton Company Vitrified bonded grinding wheels containing sintered gel aluminous abrasive grits
WO2001056947A1 (en) * 2000-02-02 2001-08-09 3M Innovative Properties Company FUSED Al203-Y203 EUTECTIC ABRASIVE PARTICLES, ABRASIVE ARTICLES, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME

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