AT212030B

AT212030B - Verfahren zur Herstellung eines hitzefesten Gegenstandes

Info

Publication number: AT212030B
Application number: AT312559A
Authority: AT
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1958-04-29
Filing date: 1959-04-24
Publication date: 1960-11-25

Description


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  Verfahren zur Herstellung eines hitzefesten Gegenstandes 
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   Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen, das darin besteht, dass ein Gemisch von 5 bis 25   Gew.-%   feinverteiltem Siliciumnitrid, und 95-75   Gew. -0/0 feinverteiltem   Molybdändisilicid hergestellt. zu einer gewünschten Form verformt und das geformte Gemisch erhitzt und dadurch gesintert wird. 



   Es hat sich gezeigt, dass die vorgenannten Nachteile des im wesentlichen reinen   Molybdandisilicids   am besten durch eine Modifikation des Molybdändisilicids durch Zusatz einer zweiten Substanz in der gewünschen Menge begrenzt werden können, wobei diese zweite Substanz zusammen mit dem Molybdändisilicid oder von ihm getrennt zu der gewünschten Teilchengrösse gemahlen und ihm beigemischt wird, worauf das Gemisch nach pulvermetallurgischen   Methoden, wie Warmpressen, Kaltpressen   oder Schlammgiessen und Sintern, zu brauchbaren Gegenständen verformt wird. 



   Es hat sich gezeigt, dass Siliciumnitrid,   SN4,   ein ausgezeichneter Zusatz zu Molybdändisilicid ist. 



  Bei geeigneter Vermischung dieser beiden Substanzen können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Verbundmateriales auf die gewünschten Werte gebracht werden. 0, 5, 10,15 und 30 Gew.-% 
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 oder Schlammgiessen und Sintern hergestellt. Der spezifische Widerstand dieser Prüflinge bei Raumtemperatur wurde gemessen und ist in der Tabelle I dargestellt. 



   Tabelle I 
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<tb> 
<tb> Nummer <SEP> des <SEP> Prüfling <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Nummer <SEP> des <SEP> Prüfling <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Gew.- <SEP> Siliciumnitrid <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 30
<tb> Spezifischer <SEP> Widerstand
<tb> Mikroohm <SEP> cm <SEP> 28 <SEP> 44 <SEP> 34 <SEP> 84 <SEP> 939
<tb> 
 
Die erhöhte Temperaturschockbeständigkeit des mit Siliciumnitrid modifizierten Molybdändisilicids geht aus der Tabelle   II   hervor. Die ersten vier Prüflinge enthielten kein Siliciumnitrid und zeigten nach zwei bis drei Zyklen Abbröckeln oder Rissbildung. Ein Temperaturschockzyklus bestand darin, dass die Elemente bis zur Rotglut erhitzt und dann in kaltem Wasser abgeschreckt wurden.

   Eine hohe Temperaturschockbeständigkeit ist besonders wichtig, wenn der Gegenstand häufig erhitzt und abgekühlt werden soll, wie dies in   Düsenmotoren   und in Öfen, beispielsweise Brennöfen, der Fall ist. Tabelle II 
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<tb> 
<tb> Nummer <SEP> des <SEP> Prüflings <SEP> Gew.-% <SEP> Siliciumnitrid <SEP> Temperaturschockzyklen <SEP> Wirkung
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> Abbröckeln
<tb> 2 <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> Bersten
<tb> 3 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> Abbröckeln
<tb> 4 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> Abbröckeln
<tb> 5 <SEP> 5 <SEP> 10+ <SEP> keine
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> 10+ <SEP> keine
<tb> 7 <SEP> 15 <SEP> 10+ <SEP> keine
<tb> 8 <SEP> 30 <SEP> 1 <SEP> Abbröckeln
<tb> 
 
Ausführungsbeispiel :
Ein aus   5%   Siliciumnitrid und   951o   Molybdändisilicid bestehendes Heizelement arbeitete in einem Prüfofen einwandfrei.

   Der Heizstab wurde durch Schlammguss von mikrongrossen Pulverteilchen und an- 

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 schliessendem halbstündigem Sintern bei 17000 C hergestellt. Er hatte eine Gesamtlänge von 375 mm, an den Enden einen Durchmesser von 12, 5 mm und eine Glühzone von 225 mm Länge und 9, 5 mm Durchmesser. Der spezifische Widerstand des Prüflings bei Raumtemperatur betrug vor der Prüfung   53, 4 Mikroohm cm,   der Gesamtwiderstand der Stange bei Raumtemperatur 1, 92 Milliohm. 



   Die Stange wurde insgesamt 5 1/2 Stunden lang in Betrieb genommen und hatte 4 1/2 Stunden lang eine Temperatur von   1600    C oder darüber. Beim Erhitzen des Stabes entwickelten sich Dämpfe aus 
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Beiderliche Leistungsaufnahme auf 3180 Watt. Diehöchste in dem Prüfling erreichte Temperatur   betrug 16400 C.   



   An der Oberfläche des Prüflings erfolgte eine beträchtliche Blasenbildung und auf der Glühzone bildete sich eine starke Glasur. Man nimmt an, dass die Blasenbildung auf die langsame Dissoziation des Siliciumnitrids zu Stickstoffgas und Silicium verursacht wird, das dann zu Siliciumdioxyd oxydiert. Diese Annahme wird teilweise dadurch bestätigt, dass der Widerstand des Heizstabes im Lauf der Zeit etwas abnimmt. Anscheinend begünstigt das Siliciumnitrid die rasche Bildung einer starken Schutzglasur aus Siliciumdioxyd, die viel stärker ist als bei nicht modifiziertem   Molybdändisilicid.   



   Der Zusatz von   5,gel.   Gew.-% Siliciumnitrid zu Molybdändisilicid bewirkt annähernd eine Verdopplung des elektrischen Widerstandes von   kaltgepressten, heissgepressten   oder im Schlammguss hergestellten Formstücken. Bei Verdoppelung des Widerstandswertes derartiger Heizstäbe wird die erforderliche Stromstärke bei gleicher Wärmeleistung um 30% herabgesetzt. 



   Zwar haben Heizelemente aus Molybdändisilicid mit bis zu 50% Siliciumnitrid eine mindestens ge-   ringe Leitfähigkeit, doch   hat es sich   gezeigt, dass der Anteil   des Siliciumnitrid vorzugsweise   5-25 Gew.-%   beträgt, weil bei besonders hohen Widerstandswerten Generatoren von besonders hoher Spannung zur Speisung der Heizelemente verwendet werden müssen. Ferner ist bei einem Siliciumnitridgehalt über etwa 25   Gew. -0/0   die Festigkeit der Gegenstände so gering, dass ihre Manipulation und Verformung schwierig ist. 



   In Versuchen hat es sich gezeigt, dass Siliciumnitridmengen unter 5 Gew.-% nur eine geringe Wirkung auf die endgültigen Eigenschaften des Gegenstandes haben. Daher wurde der Wert von 5   Gew.-%   als praktische Untergrenze des Siliziumnitridgehaltes des Gemisches vor der Erhitzung angegeben. 



   Aus   den Beispielen geht hervor, dass der Zusatz   von kleinen Mengen von   auf Mikrongrösse zerkleinertem   Siliciumnitrid zu auf Mikrongrösse zerkleinertem Molybdändisilicid in durch Schlammguss hergestellten Gegenständen die   Temperaturschockbeständigkeit   deutlich verbessert. Aus nicht modifiziertem   Molybdändisili-   cidimSchlammgusshergestellteStangenundStäbebröckeltenoderbarstennachzwei-oderdreimaligemAbschrecken im Wasser von   900 C.

   Stangen, die Siliciumnitrid und 95% Molybdändisilicid enthielten, zeig-   ten   selbst bei einer mehr als zehnmaligen Wiederholung dieser Behandlung kein Bersten oder Abbröckeln.   Da-   durch wird ein fürGegenstände   aus eine m Gemisch von Siliciumnitrid und Molybdändisilicid praktisches Anwendungsgebiet erschlossen. Die verschiedenartigen Anwendungsmöglichkeiten umfassen im Schlammguss 
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 len und Legierungen erhöhte Oxydationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen und Temperaturschockbeständigkeit erwünscht ist.

Claims

PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung eines hitzefeste Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus 5-25 Gew.-% feinverteiltem Siliciumnitrid und 95-75 Gew.-5 feinverteiltem Molybdändisilicid hergestellt, zu einer gewünschten Form verformt und das verformte Gemisch erhitzt und dadurch gesintert wird.