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Werkstücke für hohe Temperaturen
Die Silizium verbindungen der Übergangsmetalle der 4.-6. Gruppe des Periodensystems und vor allem das Molybdändisilizid sind als Werkstoffe für hohe und höchste Temperaturen in oxydierender Atmosphäre mehrfach vorgeschlagen worden. So kann dieses Disilizid in Verbindung mit Silizium oder andern Hartstoffen bzw. Oxyden als Sinterwerkstoff verwendet werden oder aber als Schutzschichte auf Molybdänteilen.
Die verblüffende Oxydationsbeständigkeit bis 17000C wird auf die Ausbildung einer SiO-haltigen glasartigen Deckschichte beim Glühen an Luft zurückgeführt. Diese Schutzschichte bildet sich unter störendem Abrauchen von Molybdäntrioxyd, welches z. B. keramische Ofenbauteile angreift, und es empfiehlt sich deshalb im Falle der Verwendung von Molybdän-Silizium-Legierungen als Heizelement den bei hohen Temperaturen zu verwendenden Werkstückteil schon vor Inbetriebnahme in oxydierender Atmosphäre zwecks Ausbildung der Schutzschicht zu erhitzen. Die Schutzwirkung der Glasschichte soll anderseits z.
B. auch ermöglichen, dass die nach pulvermetallurgischen Methoden geformten Heizleiter nach einer Vorsinterung in reduzierender Atmosphäre bereits in oxydierender Atmosphäre durch direkte Widerstandserhitzung hochgesintert werden können.
Es wurde nun gefunden, dass die Ausbildung einer zunderbeständigen Deckschichte nur dann gewährleistet ist, wenn die Oxydation des Molybdändisilizids oberhalb 7000C stattfindet. Die Zeit bis zur Ausbildung dieser Deckschichte ist abhängig von der Zundertemperatur. Bei 7500C ist die Deckschichte etwa nach 20 - 50 h aufgebaut, bei 10000C bereits nach 5 - 10 h, bei 14000C nach wenigen min. Zwischen 300 und 700 C, besonders zwischen 500 und 650 C, kommt es überraschenderweise zur sehr raschen Zer-
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teilchen. Die Zerstörung wird nicht beeinflusst durch einen höheren Siliziumgehalt, welche Massnahme bekanntlich die Zunderbeständigkeit des Molybdändisilizids bei hohen und höchsten Temperaturen verbessert.
Dieser unerwartete Angriff des Molybdändisilizids in dem bezeichneten Temperaturbereich tritt in gleicher Weise bei in Wasserstoff- oder in Inertgasatmosphäre hochgesinterten Körpern auf. Er hat zur Folge, dass Werkstücke mit unterschiedlichen Arbeitstemperaturen, z. B. Heizleiter, eben in den Zonen von 350 bis 7000C einen sehr schnellen Zerfall erleiden. So konnte z. B. an Heizleitern beobachtet werden, dass sich im Hochtemperaturteil, also zwischen 1400 und 1700 C nach kurzer Zeit eine glasige schöne Deckschichte ausbildete, während die Temperaturzone zwischen 300 und 7000C nach etwa 20 bis 50 h einem verstärkten Angriff unterliegt und durch die dadurch bedingte Querschnittsverengung und in der Folge auftretende Überhitzung sehr rasch abbricht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nun Werkstücke für hohe Temperaturen, die aus Molybdän- - Silizium-Legierungen bestehen bzw. Molybdändisilizid als zunderfeste Komponente an ihrer mit der oxydierenden Atmosphäre in Berührung kommenden Oberfläche enthalten und mit wenn auch nur begrenzten Teilen ständigen Arbeitstemperaturen von 300 bis 700 C, vornehmlich 500 bis 6500C ausgesetzt sind.
Erfindungsgemäss weisen die in diesen Temperaturzonen befindlichen Werkstückteile eine vor Verwendung des Werkstückes aufgebrachte Schutzschichte auf, die den Zutritt von gasförmigem Sauerstoff zu diesen Teilen der Molybdändisilizidoberfläche verhindert.
Erfindungsgemäss könnenMoSi -Oberflächen in der kritischen Temperaturzone dadurch geschützt werden, dass sie mit einer gasundurchlässigen, mindestens zum Teil aus Oxyden bestehenden Schutzschichte
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abgedeckt werden. Ein sehr einfacher und wirkungsvoller Schutz ist die Ausbildung der glasigen SiO-hal- tigen Deckschichte auf MoSi-Werkstoffen. Diese kann in an sich bekannter Weise durch Glühen der kri- tischen Temperaturzone vor der Verwendung zwischen 300 und 7000C bei Glühtemperaturen oberhalb
1300 C vorzugsweise oberhalb 13500C in Sauerstoff enthaltender Atmosphäre ausgebildet werden.
Es hat sich auch bewährt, die MoSi-Oberflächen der kritischen Temperaturzonen mit nach an sich bekannten Verfahren aufgebrachten metallischen Schutzschichten abzudecken. So konnten z. B. gute Er- folge mit einer elektrolytisch aufgebrachten Chromschicht erzielt werden. Auch der bekannterweise oxy- dationsbeständige HartstoffTitandisilizid bewährt sich als Schutz auf Molybdän-Silizium-Legierungen. Der
Schutz ist ausreichend, wenn die Titandisilizidschichten auf Molybdändisilizid aufgesintert sind.
Elektrische Widerstandselemente, deren Anschlusszonen - die allein aus Moisi, bestehen und durch
Sintern in zwei Schritten hergestellt wurden, wobei das erste Sintern in einer Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur unterhalb 1420 C und das zweite Sintern unter Ausbildung einer Schutzhaut aus Quarz- glas an der Luft bei einer Temperatur zwischen 1500 und 17000C vorgenommen wurde-gegenüber der
Glühzone einen so niedrigen spezifischen Widerstand und/oder einen so grossen Querschnitt besitzen, dass der Temperaturabfall von der heissen Glühzone zu den kalten Anschlusszonen deren Anschluss an die Strom- quelle ohne besondere Kühlvorrichtung ermöglicht, sind bereits Gegenstand der österr. Patentschrift
Nr. 213073.
PATENTANSPRÜCHE,
1. Werkstücke für hohe Temperaturen, die aus Molybdän-Silizium-Legierungen bestehen bzw. Mo- lybdändisilizid als zunderfeste Komponente zumindest in ihrer mit der oxydierenden Atmosphäre in Berührung kommenden Oberfläche enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Werkstückteile, die ständigen Arbeitstemperaturen zwischen 300 und 700 C, vornehmlich zwischen 500 und 6500C ausgesetzt sind, eine vor Verwendung des Werkstückes aufgebrachte Schutzschichte aufweisen, die den Zutritt von gasförmigem Sauerstoff zu diesen Teilen der Molybdändisilizidoberfläche verhindert, ausgenommen elektrische Widerstandselemente, deren Anschlusszonen - die allein aus moisi bestehen und durch Sintern in zwei Schritten hergestellt wurden,
wobei das erste Sintern in einer Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur unterhalb 14200C und das zweite Sintern unter Ausbildung einer Schutzhaut aus Quarzglas an der Luft bei einer Temperatur zwischen 1500 und 1700 C vorgenommen wurde-gegenüber der Glühzone einen so niedrigen spezifischen Widerstand und/oder einen so grossen Querschnitt besitzen, dass der Temperaturabfall von der heissen Glühzone zu den kalten Anschlusszonen deren Anschluss an die Stromquelle ohne besondere Kühlvorrichtung ermöglicht.