DE1227372B

DE1227372B - Verglaste feuerfeste Zusammensetzung

Info

Publication number: DE1227372B
Application number: DEA43099A
Authority: DE
Inventors: Luther Morris Foster; George Long
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1962-05-14
Filing date: 1963-05-13
Publication date: 1966-10-20
Also published as: GB982494A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b - S/Oß

Nummer: 1227 372

Aktenzeichen: A 43099 VI b/80 h

Anmeldetag: 13. Mai 1963

Auslegetag: ' 20. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine verglaste feuerfeste Zusammensetzung, die Tonerde (AIuyioffid) und Aluminiumnitrid aufweist.

Durch Sintern oder. Erschmelzen der Partikeln YgS Tonerde und Aluminiumnitrid gemäß der Erfindung entsteht eine verglaste, dichte und harte (mechanisch feste) feuerfeste Masse oder Werkstoff mit wesentlichen isotropen Eigenschaften; sie besitzt im besonderen hohe Hitzeschockbeständigkeit, d. h. lioh^e Widjerstandsfestigkeit gegenüber schroffem, plötzlichem und ungestümem Temperaturwechsel, wj,e diese z. B. als sehr wichtige Qüteeigenschaft füx Zündkerzenisolatoren erwünscht ist. Für. diese benutzt man gewöhnlich, die Tonerde als a-Tqnerde. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der genannten Hauptbestandteile ist im gesinterten Zustand im Vergleich zu üblichen Keramikmaterialien relativ hoch. Dieses Merkmal ist sehr ausschlaggebend, da man gerade bei Zündkerzenisolatoren ein Isoliermaterial mit hoher Wärmeausdehnung als gewöhnlich verwenden muß, da nämlich Isolatoren in Verbindung mit Metallteilen benutzt werden, deren Wärmeausdehnung höher als diejenige der üblichen Keramikmaterialien ist.

Ein Material mit einer kubischen Kristallstruktur (isotropisch) wird sich beim Aussetzen Dauerzyklen eines Erhitzens und Kühlens im allgemeinen entlang der Kristallachsen in allen Richtungen ausdehnen und zusammenziehen. So würde eine feuerfeste Zusammensetzung mit hoher mechanischer Festigkeit und kubischer Kristallstruktur einen feuerfesten Körper erstellen, der hochwiderstandsfähig gegenüber Rißbildung infolge von Hitzeschock ist, und zwar auf Grund relativ gleicher Ausdehnung der Kristalle in allen Richtungen.

Bekannt ist unter anderem die Herstellung feuerfester Massen mit einem hohen Prozentsatz Bornitrid, Rest Siliciumnitrid bzw. aus Bornitrid, gepulvertem Aluminium oder Bornitrid plus Siliciumcarbid plus Silicium, wobei das Aluminiumnitrid erst gebildet wird. Bei anderen ähnlichen Massen ist der Hauptbestandteil Bornitrid durch eine gebildete, an sich kubisch-kristalline Siliciumcarbidmatrix gebunden.

Auch wurden Erzeugnisse aus im wesentlichen Bornitrid unter Ausgehen von Borsäure oder Boroxid unter geringer Zugabe von Tricalciumphosphat und auch aus einem Gemisch aus Natriumnitrid und einem Metall, gegebenenfalls in Form einer Legierung, ohne Angabe einer Gesamtkristallstruktur gefertigt.

Für weitere bekannte feuerfeste Produkte wurden

Verglaste feuerfeste Zusammensetzung

Anmelder:

Aluminum Company of America,

Pittsburgh, Pa. (V- St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H- Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,

Patentanwälte,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Luther Morris Foster, New Kensington, Pa.;

George Long, West Chicago, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 14. Mai 1962 (194 657)

Gemische aus Tonerde und 15 bis 50% Aluminiumnitrid erschmolzen. Erfahrungsgemäß wird aber beim Arbeiten mit diesen Bereichen nicht eine im wesentlichen völlig (zu 90% oder darüber) kubisch-kristalline, für Verwendung in Zündkerzenisolatoren gegen Hitzeschock unbedingt erforderliche Widerstandsfähigkeit und mechanisch feste Struktur des Enderzeugnisses durch Sintern oder Erschmelzen erstellt. Über diese Eigenschaften, wie sie entsprechend erzielt werden können, und über Hitzeschockverhalten wurde nichts ausgesagt. Und gerade die Menge an Aluminiumnitrid ist, wie später eingehender erläutert, kritisch.

Gegenstand der Erfindung ist eine verglaste feuerfeste Zusammensetzung aus Tonerde und Aluminiumnitrid, die hohe mechanische Festigkeit und relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu bisherigen Materialien und außerdem hervorragende Beständigkeit gegen Rißbildung beim Aussetzen plötzlicher Temperaturwechsel (Hitzeschock) aufweist; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 12 Gewichtsprozent von dem Aluminiumnitrid enthält und daß praktisch das ganze Gefüge in kubischer Kristallform vorliegt.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung erzeugt man durch Sintern oder Erschmelzen (Erweichen) eines Gemisches von Partikeln von Aluminium-

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nitrid und Tonerde. Kristalle von beiden haben hexagonale Strukturen. Jedoch 'wurde herausgefunden, daß beim Sintern oder Schmelzen des Gemisches nur dann, wenn dieses eben Aluminiumnitrid in Mengen von 10 bis 12 Gewichtsprozent enthält, die Kristallstruktur aus einer hexagonälen in eine kubische übergeht. Dem Gemisch können', falls gewünscht, andere Materialien, vorausgesetzt, daß sie die .praktisch völlige Umwandlung in die erstrebte kubische Kristallstruktur nicht nachteilig beeinflussen, hinzugefügt werden.

Geht man von einem Gemisch aus, das nicht die erfindungsgemäß vorgeschriebenen Anteile an Aluminiumnitrid zu 10 bis 12 Gewichtsprozent und an Tonerde zu 90 bis 88 Gewichtsprozent aufweist, dann erhält man nach Verglasen nicht beträchtliche oder praktisch vollkommene Überführung in die erwünschte — analytisch z. B. durch Röntgenstrahlenpulverdiagramm bestimmbare — kubische Kristallstruktur. Diese völlige Umwandlung wird erfindungsgemäß auch erzielt, wenn die verglaste Zusammensetzung 3,9% Stickstoff enthält, was äquivalent 11,4 Gewichtsprozent von Aluminiumnitrid ist.

Wie oben angeführt, kann man die feuerfeste Zusammensetzung oder Körper durch Schmelzen oder vorzugsweise durch ,Sintern aus einem Gemisch von Partikeln von Aluminiumnitrid und Tonerde in den erwähnten Anteilverhältnissen erzeugen. Diese Verglasung läßt sich nach jedwedem hierfür geeigneten Sinterungs- oder Schmelzverfahren für derartige, gegebenenfalls zu irgendwelchen gewünschten Formkörpern ausgebildete Gemische, in einer Inertatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500⁰C durchführen. Es muß so lange erhitzt werden, bis die hexägonale Kristallstruktur in eine kubische umgewandelt ist. Im allgemeinen ist diehierfür benötigte Zeit für die Umwandlung bei Anwendung der höheren Temperatur kürzer. Ein Sintern über 2000⁰C ist gewöhnlich unerwünscht, da nämlich das AIuminiumnitrid dann zum Zersetzen in seine Elemente neigt. Allgemein erhält man kubische Kristalle durch 30- bis 90minutiges Sintern des Gemisches bei einer Temperatür zwischen 1500 und 2000° C. Wird jedoch ein Schmelzen oder Erweichen des Gemisches

ίο gewünscht, dann soll die Arbeitstemperatur mindestens 2000° C betragen. Für diesen Vorgang ist aber eine Temperatur über 2300° C auf Grund des hohen Ausmaßes an Zersetzung des Aluminiumnitrids unerwünscht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verglaste feuerfeste Zusammensetzung, die Tonerde und Aluminiumnitrid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zusammensetzung 10 bis 12 Gewichtsprozent von dem Aluminiumnitrid enthält und daß praktisch das ganze Gefüge in kubischer Kristallform vorliegt.

2. Feuerfeste Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Sintern oder Schmelzen eines Gemisches von Tonerde- und Aluminiumnitridpartikeln .hergestellt ist, wobei das Gemisch 10 bis 12 Gewichtsprozent von dem Aluminiumnitrid enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2672426, 2480475;
britische Patentschriften Nr. 785 814, 742 324,
742325, 742326. -. . '

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