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Verfahren zum Verbinden von Metallen und keramischen Materialien
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beständig sind. Die Verbindung wird dadurch bewirkt, dass eine Berührung zwischen dem das schwer schmelzbare Oxyd als Füllstoff enthaltenden Bindemetall und dem keramischen Stoff zu einem Zeitpunkt erzielt wird, in dem das Metall wenigstens an der Zwischenfläche zwischen dem Metall und dem keramischen Stoff schmelzflüssig ist, worauf das Metall unter Aufrechterhaltung dieser Berührung zum Erstarren gebracht wird.
Die nach den soeben beschriebenen Verfahren erzeugten Gegenstände haben eine sehr hohe Kriech-, insbesondere Dauerstandfestigkeit und eine höhere Schlagfestigkeit als ähnliche Stoffzusammensetzungen, die kein derartiges dispergiertes, schwer schmelzbares Oxyd enthalten.
Bei der Beschreibung des Erfindungsgegenstandes werden verschiedene Ausdrücke und Abkürzungen verwendet. Die freie Bildungsenergie wird in Kilokalorien pro Grammatom Sauerstoff in dem Oxyd, be-
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ein Oxyd mit einem AF von 75 bis 105 haben, werden als Bindemetalle bezeichnet. Die spezifische
Oberfläche der schwer schmelzbaren Oxyde und der keramischen Stoffe wird in m/g und die Teilchen- grösse in Millimikron (mit) angegeben. Das feinteilige, schwer schmelzbare Oxyd wird manchmal auch als Füllstoff bezeichnet.
Der keramische Stoff.
Der Ausdruck "keramisch" wird hier in seiner üblichen, gewöhnlichen Bedeutung verwendet und um- fasst alle durch Wärmeeinwirkung hergestellten, anorganischen, nichtmetallischen Stoffe. Anders aus- gedrückt handelt es sich um durch Wärmeeinwirkung nicht zerstörbare Materialien.
E. P. McNamara sagt in seinem Buch "Ceramics", Band l, Pennsylvania State College, [1952], auf
Seite 2 des ersten Kapitels :"Man kann sagen, dass die keramische Industrie in der modernen Bedeutung dieser Bezeichnung die Herstellung folgender Produkte umfasst : Porzellan-und Steingutwaren, schwere
Tonprodukte, feuerfeste Massen, Schleifmittel, Glas, Emaille sowie Zement u. dgl. Bindemittel...".
Alle diese Produkte gehören zu den keramischen Stoffen, mit denen erfindungsgemäss eine Verbindung hergestellt werden kann.
In einer bevorzugten Anwendungsform der Erfindung werden keramische Stoffe verwendet, die bei ihrer Erhitzung mit dem aus Metall und dem schwer schmelzbaren Oxyd bestehenden Bindemittel nicht leicht sintern oder deformiert werden. Die Sintereigenschaften jedes beliebigen keramischen Stoffes werden durch seine spezifische Oberfläche bestimmt ; je kleiner die spezifische Oberfläche, desto geringer ist die Sinterneigung.
Von einer Teilchengrösse von 1 li an aufwärts verändern sich die Sintereigenschaften von keramischen Teilchen im allgemeinen nicht. Die Teilchengrösse kann zweckmässig durch die spezifische Oberfläche ausgedrückt werden. Im Rahmen der Erfindung werden keramische Stoffe verwendet, die eine spe-
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g/ml ist. Derartige keramische Stoffe haben eine Teilchengrösse von mehr als l jL und neigen daher bei dem Verbinden des keramischen Stoffes mit dem das dispergierte, schwer schmelzbare Oxyd enthaltenden Bindemetall nicht zum Sintern.
In jenen Anwendungsformen der Erfindung, in denen der keramische Stoff in Pulverform vorliegt, beispielsweise in der Metallkeramik, kommt die spezifische Oberfläche der keramischen Teilchen an
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es können auch Verbindungen mit grossen keramischen Gegenständen hergestellt werden. Zum Beispiel kann Fensterglas mit Metall verbunden werden. Dies ist besonders zweckmässig bei der Herstellung von Doppelscheibenfenstern mit einem dicht abgeschlossenen Luftraum zwischen den Scheiben. Der keramische Stoff kann in Form von gebrauchsfähigen Formkörpern vorliegen, beispielsweise von Elektronenröhren, in denen die Verbindungen zwischen den Drähten und dem Glasrohr erfindungsgemäss verbessert werden.
Chemisch betrachtet kann der keramische Stoff aus einem metallähnlichen Stoff, einem schwer schmelzbaren Metalloxyd oder einem Silikat bestehen. Der keramische Stoff kann daher chemisch ebenfalls aus-dem schwer schmelzbaren Oxyd bestehen, das in dem Bindemetall dispergiert ist. Der kerami-
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Zu den geeigneten metallähnlichen Stoffen gehören die Metallcarbide, beispielsweise die Carbide des Titans, Siliziums, Zirkons, Mangans, Bors, Vanadins oder Eisens, die Nitride beispielsweise des Vanadins, Titans, Magnesiums oder Aluminiums ; Silicide, beispielsweise die des Molybdäns, Mangans,
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Eisens, Nickels, Vanadins, Kobalts oder Magnesiums und die Boride von Metallen, wie Chrom, Eisen,
Kobalt oder Silizium.
Zu den oft als keramische Stoffe verwendeten massiven Metalloxyde gehören Silikamehl oder fein- verteilter Quarz, Zirkondioxyd, Zirkon, Thoriumdioxyd, Tonerde, Titandioxyd, Magnesiumoxyd und Calciumoxyd. Zu den keramischen Stoffen auf Silikatbasis gehören Asbest, Ton, Glimmer, aufgeblät- terter Vermiculit, Faserglas, Prozellan u. ähnl. synthetische oder natürlich vorkommende Materialien.
Das Bindemetall.
Das Bindemetall, mit dem das keramische Material in den erfindungsgemässen Verfahren und Gegen- ständen verbunden ist, ist ein Metall, das ein Oxyd mit einem AF von 75 bis 105 kcal pro Grammatom Sauerstoff in dem Oxyd bei 270 C hat. Dazu gehören Metalle, deren Oxyde mit Wasserstoff überhaupt nicht oder nur mit der grössten Schwierigkeit reduziert werden können.
Insbesondere sind die in der nachstehenden Tabelle angeführten Metalle als Bindemetalle verwend- bar :
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<tb>
<tb> Bindemetall <SEP> Oxyd <SEP> #F <SEP> des <SEP> Oxyds <SEP> bei <SEP> 27 C
<tb> Chrom <SEP> Cr2O3 <SEP> 83
<tb> Kalium <SEP> KO <SEP> 77
<tb> Mangan <SEP> MnO <SEP> 87
<tb> Natrium <SEP> Nazi <SEP> 93
<tb> Niob <SEP> NbO <SEP> 90
<tb> Silizium <SEP> SiO <SEP> 98
<tb> Tantal <SEP> Ta <SEP> 205 <SEP> 92 <SEP>
<tb> Titan <SEP> TiO <SEP> 103
<tb> Vanadin <SEP> VO <SEP> 99
<tb> Zink <SEP> ZnO <SEP> 76
<tb>
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Das schwer schmelzbare Metalloxyd kann selbst als Ausgangsmaterial verwendet oder während des
Verfahrens durch Erhitzen eines andern Metall und Sauerstoff enthaltenden Stoffes gebildet werden. Der
Metall und Sauerstoff enthaltende Stoff kann beispielsweise aus einem Oxyd, einem Carbonat, einem
Oxalat und allgemein aus einer Stoffzusammensetzung bestehen, die nach Erhitzung auf konstantes Ge- ! wicht bei 1500 C ein schwer schmelzbares Oxyd bildet.
Unabhängig von den Eigenschaften der derart erhitzten Stoffe kann das schwer schmelzbare Oxyd auf diese Weise in situ gebildet werden, sofern das schliesslich gebildete Metalloxyd die vorstehend angege- benen, erforderlichen Eigenschaften hat.
Der schwer schmelzbare Stoff kann ein Mischoxyd sein, insbesondere ein solches, in dem jedes Oxyd den erforderlichen Schmelzpunkt und das erforderliche AF hat. Beispielsweise ist Magnesiumsilikat, MgSiO, ein Mischoxyd aus MgO und SiO. Bei Bindemetallen, mit denen jedes dieser Oxyde allein ver- wendet werden kann, sind auch die Produkte ihrer Reaktion miteinander geeignet. Das schwer schmelz- bare Oxyd ist daher ein einziges Metalloxyd oder ein Reaktionsprodukt von zwei oder mehreren Metall- oxyden ; man kann auch zwei oder mehrere getrennte Oxyde verwenden.
Allgemein umfasst der Ausdruck "schwer schmelzbares Metalloxyd"auch Spinelle, beispielsweise MgAl2O4 und ZnAl2O4, Metallcarbo- nate, wie BaCO, Metallaluminate, Metallsilikate, wie Magnesiumsilikat und Zirkon, Metalltitanate,
Metallvanadate, Metallchromite und Metallzirkonate. Beispielsweise kann man Siliziumverbindungen komplexer Form verwenden, wie Natriumaluminiumsilikat, Calciumaluminiumsilikat, Calciumma-
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Einige typische Füllstoffe aus einem einzigen Oxyd sind Aluminiumoxyd, Zirkondioxyd, Magnesiumoxyd, Hafniumoxyd und die Oxyde der seltenen Erden, wie Didymiumoxyd und Thoriumdioxyd.
Eine Auswahl geeigneter Oxyde mit ihren freien Bildungsenergien ist nachstehend angegeben :
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<tb>
<tb> Oxyd <SEP> AF <SEP> bei <SEP> 270 <SEP> C
<tb> Y1 <SEP> ! <SEP> OS <SEP> 143 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 144
<tb> La, <SEP> 137
<tb> BeO <SEP> 140
<tb> ThO <SEP> 140
<tb> MgO <SEP> 136
<tb> HfO <SEP> 126
<tb> Alios <SEP> 126 <SEP>
<tb> ZrO <SEP> 123
<tb> BaO <SEP> 126
<tb>
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lichen diskreten Teilchen sollen eine durchschnittliche Abmessung im Bereich von 5 bis 500 mu, vorzugsweise von mindestens 10 m haben. (Teilchen von 250 mJ1. haben eine spezifische Oberfläche von 25/d, solche von 10 mu eine spezifische Oberfläche von 600/d.)
Zur Erzielung bester Ergebnisse sollen die Teilchen dicht und wasserfrei sein.
Man kann aber auch Aggregate kleinerer Teilchen verwenden, sofern die diskreten Teilchen der Aggregate die vorgenannten Abmessungen haben. Ferner werden Teilchen von im wesentlichen kugelähnlicher oder Würfelform bevorzug ; zur Erzielung besonderer Effekte kann man jedoch auch anisotrope Teilchen, wie Fasern oder Plättchen verwenden.
Als Grösse eines Teilchens wird seine durchschnittliche Abmessung angegeben. Bei kugelförmigen Teilchen sind alle drei Dimensionen sowie ihr Durchschnitt gleich gross. Bei anisotropen Teilchen wird als Grösse ein Wert angenommen, der einem Drittel der Summe der drei Dimensionen des Teilchens entspricht. Beispielsweise kann eine Asbestfaser 500 mg lang, jedoch nur 10 mJ1. breit und dick sein. Die
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------ =mäss angegebenen Grenzen.
Die schwer schmelzbaren Oxyde liegen in der gewünschten feinverteilten Form in besonders vorteil- hafter Weise in kolloiden Metalloxyd-Aquasolen vor, die daher bevorzugt werden. Beispielsweise sind
Silica-Aquasole, wie sie z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2,574, 902 (Bechtold u. a.), in der USA-Pa- tentschrift Nr. 2,750, 345 (Alexander) und in der USA-Patentschrift Nr. 2,577, 485 (Rule) beschrieben wer- den, als Ausgangsmaterialien verwendbar. Man kann auch die Zirkondioxyd-Sole verwenden, die in der
Technik bekannt sind. Ferner können Sole der beispielsweise von Weiser in"Inorganic Colloidal Che- mistry", Band 2 "Hydrous Oxides and Hydroxides" beschriebenen Art verwendet werden.
Aerogele und netzartig aufgebaute Pulver sind ebenfalls verwendbar, werden jedoch weniger bevor- zugt. Beispielsweise können Produkte der in der USA-Patentschrift Nr. 2,731, 326 (Alexander u. a.) be- schriebenen Art verwendet werden. In diesen Fällen müssen die Aggregate zu Teilchen in dem angege- benen Grössenbereich zerkleinert werden.
Man kann auch Pulver verwenden, die durch Verbrennung von Metallchloriden, beispielsweise von
Zirkontetrachlorid, zu dem entsprechenden Oxyd, erhalten wurden, wenn die Oxyde vorwiegend in Form von diskreten Einzelteilchen oder von Aggregaten erhalten werden, die zu solchen Teilchen dispergiert werden können.
Als schwer schmelzbares Oxyd wird insbesondere Calciumoxyd bevorzugt. Da es wasserlöslich, ge- nauer gesagt in Wasser reaktionsfähig ist, kann es nicht als wässerige Dispersion in kolloidalem Zustand erhalten werden. In diesem Fall kann man eine unlösliche Calciumverbindung verwenden, beispielsweise das Carbonat oder Oxalat, das bei Erhitzung zu dem Oxyd zersetzt wird. Beispielsweise können Teilchen aus feinverteiltem Calciumcarbonat mit einem Oxyd des Bindemetalls überzogen werden, in dem es dispergiert werden soll, beispielsweise mit Chromoxydhydrat, indem eine Dispersion von feinverteiltem Calciumcarbonat mit einer Base und einem Salz des Metalls, beispielsweise mit Chromnitrat und Na- triumcarbonat, behandelt wird. Durch Erhitzen des Fällproduktes und Reduktion erhält man eine Dispersion von Calciumoxyd in Chrom.
Auf ähnliche Weise kann man Dispersionen von Bariumoxyd, Strontiumoxyd oder Magnesiumoxyd in dem behandelten Metall erhalten,
Unabhängig davon, welches Metall zur Herstellung des schwer schmelzbaren Oxyds verwendet wird, soll das Verfahren ein Produkt ergeben, das schliesslich die oben angegebene Teilchengrösse und vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von 12/d bis 1200/d in m/g hat, wobei d die Dichte der Teilchen in g/ml ist. Beispielsweise haben Thoriumdioxydteilchen eine Dichte von 9,7 g/ml, so dass bei Verwendung von Thoriumdioxyd dieses eine spezifische Oberfläche von 1, 2 bis 124 m2 1 g haben soll.
Das schwer schmelzbare Oxyd muss in dem Bindemetall, in dem es verwendet werden soll, relativ unlöslich sein. Bei seiner Auflösung würde das Oxyd natürlich seine erforderlichen physikalischen Eigenschaften verlieren und für den beabsichtigten Zweck wertlos werden.
In einem gegebenen Bindemetall muss daher ein schwer schmelzbares Oxyd verwendet werden, das in diesem Metall unlöslich ist. Die Löslichkeit kann je nach dem verwendeten System etw-s variieren, soll im allgemeinen aber nicht höher sein als etwa 0,25 Gew. -0/0..
Die Dispersion des schwer schmelzbaren Oxyds in dem Bindemetall.
Bei der Beschreibung der erfindungsgemässen Verfahren wird das dispergierte, schwer schmelzbare Oxyd nachstehend als "Füllstoff" bezeichnet, obwohl es für die erfindungsgemässen Verfahren und Produkte wesentlich ist.
Bei der Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens werden nach der vorstehend beschriebenen Auswahl eines als Füllstoff verwendeten, schwer schmelzbaren Oxyds und eines Bindemetalls die Füllstoffteilchen mitdem Bindemetall umhüllt, wobei der Füllstoff in Form von voneinander getrennten Teilchen gehalten wird.
Diese Massnahme muss derart durchgeführt werden, dass kein Zusammenballen oder Wachsen der Teilchen zu einer Grösse ausserhalb des angegebenen Bereiches, d. hu über 1/2 i, erfolgt,
Bei Verwendung eines Bindemetalls mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und eines als Füllstoff dienenden, schwer schmelzbaren Oxyds mit einem relativ hohen AF bei 270 C kann die aus dem Füllstoff und dem Bindemetall bestehende Dispersion einfach dadurch hergestellt werden, dass der Füllstoff in das schmelzflüssige Metall eingerührt wird, wobei die Temperatur des Gemisches nur wenig über dem Schmelzpunkt des Metalls liegt.
Derartige Produkte sind zwar zur Herstellung von Verbindungen mit keramischen Stoffen geeignet, doch ist die Brauchbarkeit der keramischen Verbundkörper gewöhnlich ziemlich begrenzt, so dass meist andere Verfahren, die nachstehend beschrieben sind, bevorzugt werden.
Wenn das Bindemetall einen sehr hohen Schmelzpunkt besitzt oder ein Oxyd hat, dessen AF nur wenig kleiner ist als das des als Füllstoff verwendeten, schwer schmelzbaren Oxyds, müssen besondere Vor-
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kehrungen getroffen werden, um ein Zusammenballen der Füllstoffteilchen während ihrer Dispergierung in dem Bindemetall zu vermeiden. Daher werden Verfahren bevorzugt, in denen das Bindemetall tatsächlich um die vorgeformten Füllstoffteilchen herum gebildet wird. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise den Füllstoff in Form von diskreten Teilchen in dem gewünschten Grössenbereich zusammen mit einer Verbindung des Bindemetalls in oxydierter Form ausfällen und anschliessend die Bindemetallverbindung zu der metallischen Form reduzieren.
Produkte der beschriebenen Art werden durch Verfahren hergestellt, in denen um Teilchen des schwer
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stand gebildet wird, wobei das schwer schmelzbare Oxyd in Form von im wesentlichen diskreten Teilchen mit einer durchschnittlichen Dimension von 5 bis 500 mu vorliegt, worauf die mit der Verbindung über- zogenen, schwer schmelzbaren Oxydteilchen in einer Salzschmelze dispergiert werden, ein reduzierend wirkendes Alkali-oder Erdalkalimetall in einer Menge zugesetzt wird, die dem oxydierenden Element des Überzuges stöchiometrisch mindestens äquivalent ist, das Gemisch auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 12000 C erhitzt und dadurch der Überzug zu dem ursprünglich in Form einer Verbindung vor- liegenden Metall reduziert wird und die so erhaltenen metallüberzogenen,
schwer schmelzbaren Oxyd- teilchen in Pulverform von den andern Produkten der Reduktionsreaktion und von dem Salz getrennt wer- den.
Das vorstehend angegebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung auf Bindemetalle, deren Schmelzpunkt über 12000 C liegt und die ein Oxyd mit einer freien Bildungsenergie von 75 bis
105 kcal pro Grammatom Sauerstoff in dem Oxyd bei 270 C haben, wobei dieses Bindemetall zusammen mit einem Füllstoff aus einem schwer schmelzbaren Oxyd verwendet wird, das bis zu 1000 C beständig ist und einen Schmelzpunkt über 10000C und eine freie Bildungsenergie über etwa 100 kcal pro Grammatom Sauerstoff in dem Oxyd bei 10000 C hat. Derartige Produkte werden in den erfindungsgemässen Ver- fahren bevorzugt als Bindemittel für keramische Stoffe verwendet.
Wenn in den erfindungsgemässen Verfahren das Bindemetall ein Nichtbindemetall enthalten soll, dispergiert man den schwer schmelzbaren Füllstoff vorzugsweise erstin dem Nichtbindemetall oder inaktiven Metall, das dann mit dem Bindemetall gestreckt wird. Verfahren zur Herstellung derartiger Stoffzusammensetzungen und die erhaltenen Produkte sind in der USA-Patentschrift Nr. 2,972, 529 beschrieben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens nach der soeben erwähnten Patentschrift, die sich besonders zur Herstellung der erfindungsgemässen Bindemittel für keramische Stoffe eignet, wird eine kolloidale Dispersion der aus schwer schmelzbarem Metalloxyd bestehenden Füllstoffteilchen hergestellt, worauf die diskreten Füllstoffteilchen aus der kolloiden Dispersion ausgefällt werden und gleichzeitig um diese Teilchen herum eine unlösliche, hydratierte, sauerstoffhältige Verbindung des inaktiven Metalls ausgefällt wird, indem in eine kleine Wassermenge gleichzeitig, aber getrennt voneinander eine Lösung eines Salzes des inaktiven Metalls, die kolloidale Dispersion der Füllstoffteilchen und ein Alkali gegeben werden, das Fällprodukt entfernt und getrocknet wird und die hydratierte,
sauerstoffhaltige Verbindung des inaktiven Metalls durch Darüberleiten eines Wasserstoffstromes reduziert wird, worauf das inaktive Metall mit einem Bindemetall gestreckt wird.
Das Inberührungbringen des Bindemittels mit dem keramischen Stoff.
Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Produktes wird das Bindemetall, welches das dispergierte, schwer schmelzbare Oxyd als Füllstoff enthält, mit dem keramischen Stoff in Berührung gebracht, während sich das Bindemetall in schmelzflüssigem Zustand befindet. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen : a) der keramische Stoff und das Bindemittel können unter Druck zusammengebracht und dann erhitzt werden ; b) das Bindemittel kann geschmolzen und dann veranlasst werden, in den keramischen Stoff und um ihn herum zu fliessen ; c) der keramische Stoff und das Bindemittel können in Pulverform untereinander vermischt und dann warmgepresst werden ; oder d) der keramische Stoff kann gegen eine erhitzte Masse des Bindemittels gedrückt werden.
Es ist nicht notwendig, dass die ganze Masse des metallischen Bindemittels im schmelzflüssigen Zustand ist ; ein oberflächliches Schmelzen oder Sintern genügt. In derartigen Massnahmen zum Inberührungbringen wird das Gemisch von keramischem Stoff und Bindemittel gewöhnlich einem äusserst hohen Druck ausgesetzt und befindet sich das Bindemittel gewöhnlich in Pulverform. Bei der Herstellung von Metallkeramik kann der pulverförmige keramische Stoff daher mit dem das dispergierte, schwer schmelzbare Oxyd enthaltenden Metallpulver gemischt werden. Es ist nicht notwendig, dass das oberflächliche Schmelzen sichtbar ist, sondern es genügt, die Temperatur so weit zu erhöhen, dass unter dem angewendeten Druck ein plastisches Fliessen des Metalls erfolgt.
Herstellung der Verbindung,
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Stoff und dem Bindemittel hergestellt worden ist, erfolgt die Herstellung einer Verbindung mit dem ke- ramischen Stoff dadurch, dass das Bindemittel beispielsweise durch Abkühlung zum Erstarren gebracht wird. Natürlich ist es nicht notwendig, Kühlmittel anzuwenden, sondern man kann den keramischen Stoff und das Bindemittel einfach auf normale Temperaturen abkühlen lassen, wobei das Bindemetall unter
Bildung der Verbindung erstarrt.
Wie man die Erstarrung bewirkt, hängt teilweise von dem Mengenverhältnis des Bindemetalls zu dem keramischen Stoff ab. Wenn der Metallanteil relativ klein ist, sind keine Vorsichtsmassnahmen erforder- lich. Bei einem relativ grossen Metallanteil, d. h. bei Vorhandensein einer Bindemetallschmelze, die den schwer schmelzbaren Füllstoff und den keramischen Stoff enthält, kann es jedoch notwendig sein, wäh- rend der Abkühlung beispielsweise durch Bewegung der Schmelze für eine gleichmässige Beschaffenheit des Fertigproduktes zu sorgen.
Die Verbundkörper. 6 Die Verbundkörper bestehen aus dem keramischen Stoff mit einer spezifischen Oberfläche von-m /g, wobei d die Dichte des keramischen Stoffes in g/ml ist, der keramische Stoff mit dem Bindemetall ver- bunden ist, das als Füllstoff das dispergierte, schwer schmelzbare Oxyd in Form von im wesentlichen dis- kreten Teilchen in einer Grösse von 5 bis 500 mp. enthält. Wie aus der nachstehenden Besprechung der Anwendungen hervorgeht, können die Verbundkörper die verschiedenartigsten Formen haben.
Der Anteil des als Füllstoff verwendeten, schwer schmelzbaren Oxyds in dem Bindemetall kann 0,05 bis 20 Vol.-% betragen. Der Anteil des mit dem Füllstoff versehenen Bindemetalls in dem Produkt kann stark variieren und ist nur von der physikalischen Beschaffenheit des herzustellenden Gegenstandes abhängig. Wenn das mit dem Füllstoff versehene Bindemetall beispielsweise zum Befestigen von Fensterscheiben aus Glas an einem Metallrahmen verwendet wird, ist sein Anteil in dem Endprodukt äusserst gering, oft kleiner als 0, 1 Gel.-% des Verbundkörpers. Bei der Herstellung von Metallkeramik von erhöhter Schlagfestigkeit kann der Anteil des mit dem Füllstoff versehenen Bindemetalls dagegen relativ gross sein und liegt oft in einem Bereich von 30 bis 85 Vol. -%.
Verwendung der Verbundkörper.
Zusätzlich zu den bereits im Zusammenhang mit der Auswahl des keramischen Stoffes erwähnten Zwecken haben die erfindungsgemässen Verbundkörper noch weitere, grosse Anwendungsgebiete. Beispielsweise eignen sie sich zur Herstellung von neuen Arten von Metallkeramik hoher Festigkeit. Sie können zur Herstellung von dichten Verbindungen zwischen Metall und Glas dienen, beispielsweise in Vakuumröhren. Allgemein können sie auch zur Herstellung von Verbindungen bzw. Abdichtungen zwischen zwei verschiedenen keramischen Stoffen, beispielsweise zwischen Porzellan und Glas, ferner zwischen Metallen und keramischen Stoffen, z. B. zwischen Draht und Glas, oder zur Verbindung von massiven keramischen Gegenständen, beispielsweise von Glaskörpern miteinander, verwendet werden.
In speziellen Ausführungsformen kann das mit dem schwer schmelzbaren Oxyd als Füllstoff versehene Bindemetall beispielsweise zur Verbindung von Materialien, wie Faserglas oder Asbest, verwendet werden. Auf diese Weise können Schichtkörper hergestellt werden, wobei insbesondere Metalle geringer Dichte, wie Titanium oder Niobium, als Bindemetall verwendet werden können. Die Produkte können als Reibelemente, beispielsweise Bremsbeläge, verwendet werden, wobei die metallische Phase als Wärmeleiter zur Wärmeabfuhr aus dem Bremsbereich und das anorganische, oxydische Fasermaterial als Reibmittel dient. In solchen Fällen sollen die Wärmedehnzahlen des Füllstoffes und des Metalls soweit wie möglich übereinstimmen.
Dem besseren Verständnis der Erfindung dient das nachstehende Beispiel.
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Zum Ausfällen von Nickeloxyd-Chromoxyd-Thoriumoxyd-Hydrat wird Ammoniumcarbonatlösung mit Lösungen von Nickelnitrat und Chromnitrat und einem Sol aus kolloidem Thoriumoxyd gemischt.
Das Fällprodukt wurde gewaschen, getrocknet, pulverisiert und mit Wasserstoff erhitzt, um die Nickelund Chromoxydhydrate zu den entsprechenden Metallen zu reduzieren. Auf diese Weise erhielt man ein Pulver, das in dem Nickel-Chrom-Gemisch dispergierte Thoriumdioxydteilchen von 120 mu enthielt.
Durch Pressen und Erhitzen des Pulvers wurde ein Formkörper aus dem einen schwer schmelzbaren Füllstoff enthaltenden Bindemetall erhalten.
Dieses Bindemittel wurde zur Herstellung einer metallischen Verbindung mit einer Oberfläche eines aus Tonerde bestehenden keramischen Stoffes verwendet. Das aus Ni-Cr-ThO bestehende Bindemittel wurde in Form eines Rohlings von 13 mm Durchmesser auf eine Platte aus Tonerde gelegt, worauf beide in einen Ofen eingesetzt wurden. Durch diesen wurde trockener, reiner Wasserstoff geleitet. Gleich-
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zeitig wurde der Ofen auf über 14000 C erhitzt, worauf das Bindemittel schmolz und mit der Oberfläche der Tonerde eine feste Verbindung einging. Diese Verbindung war so fest, dass bei einem Versuch zur Trennung der Tonerde von dem Metall die Tonerdeplatte zerbrach und Bruchstücke davon mit dem Metall verschweisst blieben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren, zum Verbinden von Metallen und keramischen Materialien, dadurch gekenn- zeichnet, dass das geschmolzene Metall, das ein Oxyd mit einer freien Bildungsenergie von 75 bis 105 kcal pro Grammatom Sauerstoff in dem Oxyd bei 270 C hat und welches diskrete Teilchen mit einer Grösse von 5 bis 500 mg eines schwer schmelzbaren Metalloxyds in Mengen von 0,05 bis 20 Vol. -0/0. dispergiert enthält, welches Metalloxyd eine grössere freie Bildungsenergie hat als das genannte Oxyd des Metalls und einen höheren Schmelzpunkt als das Metall, mit dem keramischen Material, dessen spezi-
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Berührung gebracht und verfestigt wird.