AT214660B - Verfahren zur Herstellung von keramischen Körpern, insbesondere für metallokeramische Zwecke aus Korundpulver durch Sinterung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von keramischen Körpern, insbesondere für metallokeramische Zwecke aus Korundpulver durch Sinterung

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AT214660B
AT214660B AT465157A AT465157A AT214660B AT 214660 B AT214660 B AT 214660B AT 465157 A AT465157 A AT 465157A AT 465157 A AT465157 A AT 465157A AT 214660 B AT214660 B AT 214660B
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sintering
ceramic
corundum
sintered
corundum powder
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AT465157A
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Istvan Dr Csordas
Bela Dr Lanyi
Zoltan Ing Veres
Laszlo Ing Visy
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Kabel Es Mueanyaggyar
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94Products characterised by their shape

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description


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  Verfahren zur Herstellung von keramischen   Körpern,   insbesondere für metallokeramische Zwecke aus
Korundpulver durch. Sinterung 
Korund-Formkörper können aus Korundpulver durch Sintern hergestellt werden. Beim Brennen dieser Formkörper werden hohe Temperaturen verwendet, so muss   z. B.   wenn man aus reinem Korundpulver, dessen Schmelzpunkt 20500C ist, porenfreie Formstücke mit gleichmässigem Gefüge herstellen will, die Sinterung bei etwa 15000C durchgeführt werden. Die Herstellung hoher Temperaturen in Industrieöfen erfordert kostspielige Lufterhitzungsanlagen und ist mit grossem Energiebedarf verbunden, da der Korund in   einer oxydierenden Atmosphäre   gebrannt werden   muss, was In   der Praxis nur in Gasheizungsanlagen ver-   wirklicht, Vierden   kann.

   Zur Verminderung der Sintertemperatur und zur Verfeinerung des Korngefüge wurden verschiedene Zutaten empfohlen. Diese Zutaten setzen meistens die Härte des gesinterten Körpers herab, weiters wird auch die Nassbeständigkeit derselben vermindert. 



   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von keramischen Körpern, insbesondere für die Metallbearbeitung geeignete Formstücke aus Korundpulver durch Sintern, wobei die Sin-   terung bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur als die bisher gebräuchliche vorgenommen wird.   Die Sinterung kann z. B. in den gebräuchlichen Magnesitindustrieöfen durchgeführt werden. 
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99 Gew.-lo AI, 0,14800C und während so kurzer Zeit durchgeführt, das in den gesinterten   Formstücken   mindestens 90 % des Sintergefüges eine   10 u   nicht übersteigende Korngrösse haben.   Dieses feine Korngefüge   kann erreicht werden, wenn man die Formstücke nicht länger als 15 Minuten der maximalen Sinterungstemperatur aussetzt. 



   Bei der Herstellung der Formkörper verfährt man vorzugsweise so, dass man aus dem Korundpulver in bekannter Weise nass gefertigte Formstücke trocknet, und dann unterhalb der Sintertemperatur einer verfestigenden Wärmebehandlung, vorteilhaft zwischen 1000 und 1400 C, unterwirft. Die so verfertigten Formstücke werden auf Mass bearbeitet, danach gesintert und gegebenenfalls geschlichtet,   z. B.   geläppt. 



   Durch die Kombination obiger Verfahrensmassnahmen wird erreicht, dass man bei verhältnismässig sehr niedrigen Sintertemperaturen Formkörper von grosser Härte und sehr gleichmässigem Sintergefüge erhält, wobei die Korngrösse des Sintergefüges unter einem Maximalwert bleibt. Es kann ein gesinterter Korundkörper hergestellt werden, dessen Dichte etwa 3, 85-3, 92 beträgt. Der Korundkörper besitzt keine Poren, die Oberfläche ist daher gänzlich geschlossen, sehr glatt und besitzt eine sehr hohe Härte, so dass er für Schneidewerkzeuge und Ziehringe vortrefflich geeignet ist. 



   Gemäss der brit. Patentschrift Nr. 688, 992 werden feuerfeste Formstücke hergestellt, die beim Brennen von keramischen Artikeln hauptsächlich als Muffel verwendet werden. Es wird eine kalzinierte Tonerde von etwa 60-80 Mikron Partikelgrösse verwendet, ohne auf den Reinheitsgrad besonderen Wert zu legen. Die Brenntemperatur wird zwischen 1300 und 15200C so hoch gewählt, dass eine genügende Verfestigung der Masse eintritt. Die Formstücke werden bei diesen Temperaturen dem Wesen nach nicht gesintert und können z. B. als Schneidewerkzeuge oder Ziehringe nicht verwendet werden. 



   In der brit. Patentschrift Nr. 382, 071 wird zwar vorgeschlagen, von hochreinem Aluminiumoxyd auszugehen, doch ist der Reinheitsgrad nicht angegeben. Die Sintertemperatur liegt auch wesentlich höher, 

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 als beim vorliegenden Verfahren. Es werden Sintertemperaturen über 1600 C, z. B. 17500C angewendet. 



  In dieser Patentschrift ist über die Grösse der Ausgangspartikel ebenfalls nichts ausgesagt. Durch die Anwendung der hohen Sintertemperaturen über 16000C wird ein keramischer Körper erhalten, dessen Sintergefüge aus grossen Tonerdekristallen besteht, so dass solche Sinterkörper wesentlich andere physikalische Eigenschaften besitzen, als diejenigen gemäss der vorliegenden Erfindung. 



   Zur Herstellung des oben angeführten feinen   a-Korundpulver   kann dasselbe in Kugelmühlen, vorteilhaft in Vibrationsmühlen gemahlen werden. Um die Verunreinigungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn man aus reinem Korund angefertigte Mahlkörper verwendet. Die inneren Wände der Mühlen werden mit einem organischen Stoff überzogen, welcher beim Ausbrennen der Korund-Formkörper ohne Hinterlassung von Asche verbrennt. 



   Bei der Herstellung von Formkörpern kann man bekannterweise so vorgehen, dass man aus Korundpulver und Wasser, oder aus Korundpulver und mit Wasser sich mischenden Flüssigkeiten, wie Alkohol und Glykol, hergestellten wässerigen Lösungen einen Schlicker bereitet und aus diesem z. B. durch Gie- ssen in Gipsformen die Formkörper herstellt, Die Formkörper können auch durch Pressen aus Massen von   pressbarer   Konsistenz hergestellt werden. 



   Die Dichte, die Gleichmässigkeit des Gefüges und die Festigkeit des gesinterten Formkörpers kann man noch dadurch erhöhen, dass man zu der Verformung wenig Flüssigkeit verwendet. Die Menge der bei der Verformung angewendeten Flüssigkeit kann vermindert werden, wenn man organische Netzmittel hinzufügt. Auf diese Weise kann man einen zum Giessen geeigneten Schlicker herstellen, welcher auf die Menge des Korundpulvers gerechnet mit weniger als   30%   Wasser oder mit Wasser mischbarer Flüssigkeit hergestellt wurde. Als Netzmittel können vorteilhaft Fettsäure-Derivate verwendet werden. Die Verwendung von Spermöl hat sich sehr gut bewährt. Der auf obige Weise angefertigte Schlicker wird von den Luftblasen vor dem Giessen durch Vakuumbehandlung befreit.

   Falls man zu solchen, zum Giessen geeigneten dünnflüssigen Schlickern organische Säuren, vorteilhaft Ameisensäure hinzufügt, wird die Konsistenz des Schlickers erhöht und man kann zu einer gut pressbaren Masse gelangen. Falls man diese verfestigte Masse mit Ammoniak neutralisiert bzw. schwach alkalisch macht, wird die Masse   dünnriüssig,   so dass dieselbe zum Giessen von Formkörpern neuerlich verwendet werden kann. 



    Beispiel l : Es wird ein < x-Korundpulver folgender Zusammensetzung verwendet : 99, 995 % AlPs 0, 001 % Ti02 0, 002 % Si02 0, 001 % Na20 0, 0005 % V2Og    und Mangan in Spuren. 90% der Korund-Partikel ist kleiner als 1 Mikron und 10% liegt zwischen 1 und 
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 Zusammensetzung innig vermischt : 
0, 8 kg Spermöl, gelöst in 3, 2 kg Äthylalkohol
6, 4 kg konz. Ammoniumhydroxyd
3, 7 kg Äthylalkohol
10, 6 kg Wasser 
Man erhält einen dünnflüssigen Schlicker, aus welchem man unter Vakuum die Luftblasen entfernt. 



  Es   werdenSchneidformstücke   der Abmessungen 16X16X 6 mm in Gipsformen gegossen. Die auf diese Weise gegossenen Formstücke werden aus der Gipsform herausgenommen und an der Luft und danach bei    1l00C   getrocknet. Die verfestigende Wärmebehandlung wird derart vorgenommen, dass die Formstücke binnen 2 Stunden auf 1100 C erhitzt und bei dieser Temperatur 10 Minuten lang gehalten werden. Danach werden sie langsam   abgekühlt.   Die Formstücke werden dann durch Schleifen auf das gewünschte Mass, unter Beachtung der bei der späteren Sinterung erfolgenden   Massänderung,   bearbeitet und sodann gesintert. Das 
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 kühlten Schneidformstücke werden fein bearbeitet und geläppt.

   Die Schneidkante der zum Spanen von Stahl benützten Formkörper wird mit einer Diamantenschleifscheibe geschliffen. Mit dem auf diese Weise angefertigten Schneidekörper konnte man ohne Schärfen 3, 6 Tonnen Stahl mit einer Zugfestigkeit von 80   kg/mm2   bearbeiten, wobei die Spanabhebung bei einem Vorschub, einer Spantiefe und Umlaufge-   schwindigkeit, bei   welchem die Späne dunkelblau anfallen, vorgenommen worden ist. 



   Auf dieselbe Weise wie oben   wurdenZiehringe gegossen, mit   einem äusseren Durchmesser von 24 mm und einem inneren Durchmesser von 6 mm. Diese Ziehringe zeigen nach dem Sintern und der Bearbeitung an dem äusseren Durchmesser und an dem inneren Durchmesser etwa   14-170 ; 0   Schwund. Durch diesen Zieh-   ringwurden 30 TonnenKupferdraht   mit einer Reduktion von 33% abgezogen, ohne dass an dem Ziehring ein Verschleiss bemerkt werden konnte. Mit einem Ziehring kleinerer Abmessung wurde Kupferdraht von 2, 5 mm Durchmesser auf 2, 0 mm bei einer Geschwindigkeit von 350 m/min abgezogen. Nach Abziehen von 15 Tonnen Kupferdraht konnte man an dem Ziehring'keine Massveränderung feststellen. 



     Beispiel 2 :   Der   nach Beispiel l   hergestellte und in Vakuum von Luftblasen befreite Schlicker wird mit   konzentrierter Ameisensäure neutralisiert'und   schwach   angesäuert. Der PH-Wert   war 4. Die Konsistenz des   dünnflüssigen   Schlickers erhöht sich in einem Masse, dass man ihn zum Pressen gut verwenden kann. 



  Auf diese Weise kann man auch Formlinge von gleichmässigem und dichtem Gefüge herstellen. Diese plastische Masse kann   z. B.   in Gipsformen gepresst werden. Auf diese Weise können z. B. Glühtiegel für Laboratoriumszwecke hergestellt werden, deren Durchmesser 20-70 mm, deren Höhe 25-90 mm und deren Wandstärke 1-3 mm beträgt. Nach dem Pressen werden die Formlinge aus der Gipsform nach 15 Minuten herausgenommen, an der Luft und dann bei   110 C   getrocknet und bei   11000C   verfestigt. Die Oberfläche der ausgekühlten Formlinge wird geschlichtet und bei 14800C 10 Minuten lang gesintert. 



   Aus der oben angeführten plastischen Masse mit   erhöhter   Konsistenz werden Röhren mit 1 mm äusserem und 0, 5 mm innerem Durchmesser gezogen und wie oben die Tiegel behandelt. Die auf diese Weise gesinterten Röhren besitzen eine Dichte von 3, 88 bis   3, 97 g/cm3,   und weisen genaue Abmessungen auf, sind gasfrei und wegen ihrer hohen Reinheit können dieselben bei Radioröhren besonders vorteilhaft verwendet werden, da sie z.   B.   das Wolfram bei hoher Temperatur nicht angreifen. 



   Beispiel 3 : Die im Beispiel 2 zum Pressen verwendete und als Abfall sich ergebende Pressmasse wird mittels gasförmigem Ammoniak oder konzentrierter Ammoniumhydroxyd-Lösung schwach alkalisch gemacht, wobei die Masse sich wieder in einen dünnflüssigen Schlicker verwandelt, welcher dann für Giesszwecke oder nach Ansäuern mit Ameisensäure für   Presszwecke   verwendet werden kann. 



   Beispiel 4 : 100 kg a-Korundpulver mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 1 Mikron wird mit 10-14 kg Wasser, 7 kg konzentriertem Ammoniumhydroxyd und 2 kg Spermöl gelöst, in 6 kg Alkohol zu dünnflüssigem Giessschlicker verarbeitet. Dieser Schlicker wird zu Formstücken nach Beispiel 1 oder 2 verarbeitet. Die Menge der Netzmittel muss im allgemeinen erhöht werden, je feineres Korundpulver angewendet wird. Falls die   Durchschnittskorngrösse   des verwendeten Korundpulvers 0, 1 Mikron be- 
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 und danach läppt, erhält man eine Oberflächenglätte der Feinheit von hq = 0,   02-0, 03.   



   Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung können nicht nur homogene keramische Formkörper hergestellt werden, sondern auch solche, welche in der gesinterten Korund-Grundmasse grössere Partikel eingebettet enthalten. So können in der Grundmasse Elektrokorundpartikel von beliebiger Grösse, oder Siliciumkarbid, oder sonstige Karbide eingebettet werden. So z. B. können in einem nach Beispiel 1 hergestellten Schlicker Elektrokorundkristalle von einer Durchschnittsgrösse von 1-2 mm eingebettet werden. 



  Die Menge dieser Elektrokorundkörnchen kann 50-200%, gerechnet auf die feine Grundmasse, betragen. 



  Auf diese Weise kann man   10-12'kg   Formlinge herstellen und in einem in der Industrie üblichen Magnesitofen mit einer Schrumpfung von 4-5% brennen. Die auf diese Weise hergestellten Gussschalen, Gussstöpsel,   Gusstopfausmauerungen   können in   derElektrostahlmetallurgie   vorteilhaft verwendet werden. 



   Auf diese Weise können auch Siliciumkarbid-Kristalle in dem gesinterten Grundkorundkörper feinen Gefüges einverleibt werden. Bei der angewendeten niedrigen Sintertemperatur kommt eine feste Verbindung zwischen den besagten Stoffen zustande. Die aus einem solchen Gemisch angefertigten Formstücke besitzen eine hohe Härte. Durch die einverleibten Siliciumkarbid-Kristalle wird die Wärmeleitfähigkeit derKorundgrundmasse noch erheblich erhöht. Man kann auch aus dieser Mischung durch Sintern Turbinenschaufeln herstellen. In ähnlicher Weise können auch andere stabile Karbide einverleibt und aus einem solchen Gemisch hervorragende Schleifstein und Poliersteine hergestellt werden. 



     Beispiel 5 : In   einem Schlicker gemäss Beispiel 1 wird Siliciumkarbid von 1 Mikron Durchschnittsgrösse in doppelter Menge, gerechnet auf den eingearbeiteten Korund, zugegeben. Es werden in Gipsform 

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 Stäbe von 5 bis 10 mm Durchmesser gegossen und ähnlich aufgearbeitet, wie in Beispiel 1 angeführt. Sodann werden die Stäbe getrocknet bei   1100 C,   einer verfestigenden Wärmebehandlung unterworfen und falls erwünscht, bearbeitet, z. B. Löcher von 2 mm Tiefe und 1 mm Durchmesser gebohrt und bei 14800C gesintert. Diese Stäbe können als elektrische Widerstandskörper verwendet werden. Aus der obigen Masse können auch Schleifsteine angefertigt werden. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Körpern insbesondere für   metallokeramische Zwecke.   wie Schneidewerkzeuge, Ziehringe aus Korundpulver durch Sinterung, dadurch gekennzeichnet, dass   Cl-Ko-   
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 ten Formstücken mindestens 90% desSintergefüges 10 Mikron nicht übersteigende   Korngrösse   besitzt, vorzugsweise die Formstücke der maximalen Sintertemperatur nicht länger als 15 Minuten ausgesetzt werden. 

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Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die aus dem mit Wasser angeteigten Korundpulver angefertigen Formstücke trocknet, danach unterhalb der Sintertemperatur zwischen 1000 und 14000C einer verfestigenden Wärmebehandlung unterwirft und die so verfestigten Formstücke auf Mass bearbeitet, danach sintert und die gesinterten Formstücke gegebenenfalls schlichtet, z. B. läppt. **WARNUNG** Ende CLMS Feld Kannt Anfang DESC uberlappen**.
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