DE1458349A1

DE1458349A1 - Werkstoff auf der Grundlage von Teilchen aus Glas und Metall

Info

Publication number: DE1458349A1
Application number: DE19631458349
Authority: DE
Inventors: Michel Bre
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1962-01-12
Filing date: 1963-01-11
Publication date: 1968-11-07
Also published as: FR1318800A; GB1031474A; US3295934A; BE626880A; DE1458349B2

Description

Gompagnie de Saint-Gobain, 62 Boulevard Victor Hugo,

Neuilly-sur-Seine / Frankreich

"Werkstoff auf der Grundlage von Teilchen aus Glas und

Metall"

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff auf der Grundlage von Teilchen aus Glas und Metall, wie Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung und richtet sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Werkstoffes.

CM OO CM O

O CO cn O OO

Der Werkstoff nach der Erfindung zeichnet sich durch eine derartige Zusammensetzung des zur Herstellung verwendeten Glases aus, daß eine ebene Oberfläche dieses Glases nach 72 Stunden langem In-Berührung-Bringen mit einer Schmelze der verwendeten Metallteilchen bei einer Temperatur von 75O⁰O und einer langsamen Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100° C/Std. bis auf Umgebungs-

Neue Unterlagen {Art 7 § Τ Ab*. 2 Nr. 1 Sate 3 des Änderungsges. ν. 4.9. T967|

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Bankkonto: Dresdner Bank A3 Hern· 202 «| · PortdiecKtoolo: Dortmund 5ββ Sf · Tetogremmanechrltt: Bahrpatent· He

etfalen / Babetzpat München

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temperatur eine korrodierte Schicht von 1 bis 3 nun Dicke aufweist.

Dies entspricht einer Zusammensetzung, bei der die Grasteilchen nur wenig von den Aluminiumteilchen und/oder oder mindestens eine der verwendeten Aluminium! egierungen angegriffen werden. Dieser massige Angriff wird durch folgenden Versuch definiert:

Es wird hierfür ein Gflasplättchen von Quaderform verwendet, dessen grosse !lachen eine G-rösse von etwa 20 χ 20 mm haben und dessen Dicke wenigstens 7 mm beträgt. Dieses Glasplättchen wird auf die Oberfläche eines Bades aus geschmolzenen Aluminium oder einer geschmolzenen Aluminiumlegierung so aufgelegt, dass sich eine seiner grossen Flächen in Kontakt mit dem Bad befindet, dessen Temperatur 750° C beträgt. Das Plättchen wird unter diesen Bedingungen drei Tage lang der Einwirkung des Bades ausgesetzt, dann abgenommen und langsam, um etwa 100° stündlich, bis auf Aussentemperatur abgekühlt. Das untei? diesen Bedingungen erhaltene G-lasplättchen muss, um den Voraussetzungen für das Verfahren gemäss der Erfindung zu genügen, auf derjenigen seiner Flächen, die sich in Kontakt mit dem Metallbad befand, eine korrodierte Schicht von im allgemeinen

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dunkler Parbe, deren mittlere Dicke grosser als 1 mm und kleiner als 3 mm ist, aufweisen.

Dieser emprisehe Versuch wird durch Druck- und Erhitzungsversuche von Mischungen von Glasteilchen mit Aluminiumoder Aluminium!egierungsteilchen, die unter den Bedingungen des Verfahrens gemäss der Erfindung durchgeführt werden, bestätigt. Es ergibt sich im Inneren des Körpers einer an Aluminium reichen Matrize eine Dispersion einer unlöslichen Phase, welche eine grosse Zahl von Glasteilchen enthält, die an ihrer Aussenfläche eine korrodierte Zone aufweisen, welche die Oxyde, die durch die Reaktion des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit dem Glas entstanden sind, insbesondere Aluminiumoxyd, enthält, whährend in der an Aluminium reichen Matrix die durch diese Reaktion freigewordenen Elemente, insbesondere das Silizium, enthalten sind. Die Struktur des derart hergestellten Erzeugnisses ist völlig dicht. Sie weist insbesondere keine Risse auf, wie sie praktisch unvermeidbar bei der Verwendung von Gläsern sind, die zu schnell korrodieren und deshalb hierbei örtlichen Erhähungen der Temperatur ausgesetzt sind.

Wesentlich ist also, dass erfindungsgemäss Gläser ve2>-

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wendet werden, die durch Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung mäsßig korrodiert werden.

Der erfindungsgemässe Werkstoff weist überraschend interessante mechanische Sigenschaften auf, insbesondere im Bereich zwischen Zimmertempereatur und 400° C etwa

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einen erhöhten spezifischen Widerstand (Verhältnis des Widerstandes zum spezifischen Gewicht) gegen Scherung und Quetschen. Auch die "bei Zimmertemperatur gemessene Brinell-Härte ist ebenfalls hoch und liegt in der Größenordnung eines sehr guten Werkzeugstahls.

Das im Handel,in Porm feinsten Pulvers erhältliche Aluminium oder die Aluminiumlegierung weisen im allgemeinen in der Oberflächenschicht ihrer Teilchen einen gewissen Gehalt an Aluminiumoxyd auf. Sie werden gegen stärkere Oxydation durch einen Überzug aus Fetten, wie aus Stearin oder Stearinsäure geschützt. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, von entfetteten Teilchen auszugehen. Die Entfettung kann durch Erhitzung an freier Luft oder in einer leicht oxydierenden Atmosphäre erfolgen, wodurch der Gehalt der Teilchen an Aluminiunoxyd gesteigert wird. Der Gehalt der eingesetzten Teilchen an Aluminiumoxyd kann im allgemeinen zwischen 0,5 und 20 £, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Produktes, liegen. Es ist jedoch von Vorteil, Teilchen zu verwenden, deren Gehalt an Aluminiumoxyd, auf das Gtwioht d·· fffctfreien Produktes bezogen, zwischen 5 und 20 %, voriugsweise !wischen 7 und 12 ^ liegt.

Falls eine Aluminiumlegierung verwendet wird, «al diese einen hohen Gehalt an Aluminium, vorzugsweise von mehr

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ζ c

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als 75 Gew.$, besitzen. Insbesondere eignen sich Aluminiumlegierungen mit" 13 io Silizium, wie sie in der französischen Nomenklatur unter der Bezeichnung AS 13 bekannt sind, ferner die Legierungen von Aluminium und Magnesium, die in der gleichen Nomenklatur mit AG-3 und AG 5 bezeichnet werden.

Ein zur Herstellung des erfindungsgemässen Werkstoffes, besonders vorteilhaftes Verfahren besteht darin,

die innige Mischung der Glasteilchen und der Teilchen aus Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung in der Kälte zu verpressen und dadurch einen Vorformling herzustellen,

diesen Vorformling dann auf eine Temperatur zwischen 600 und 800° C , vorzugsweise zwischen 650 und 750° C, zu erhitzen, und den erhaltenen Vorformling nach ErErwärmung heias zu yerpresse, derart, dass sich ein Werkstück mit den genau gewünschten Abmessungen ergibt.

Nach einer anderen Ausführungsform kann man aber auch so verfahren: ,_;,..

809807/0^8^2

Die innige Mischimg der Teilchen aus Glas und Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung wird zu einem Torformling kalt verpresst,

der Vorformling wird unter gleichzeitigen Pressen auf eine Temperatur zwischen 600 und 800° C erhitzt.

Das' Aussehen der nach dem neuen Verfahren hergestellten Körper, ihre Dichte und die chemischen Eigenschaften des Stoffes, aus dem sie bestehen, sind wenig von denen des AiiiTni-ninntfl oder der Ai^mini^mT! eg-f ftTimgj die für ihre Herstellung verwendet wurden, verschieden.

Ihre an Probestäbchen, die aus den Körpern gezogen werden, gemessener Zugfestigkeit liegt im allgemeinen zwischen den nachstehend angegebenen Grenzen, je nach der Temperatur, bei welcher der Versuch durchgeführt wirdi

28 bis 35 kg/mm² bei 20° C 14 bis 20 kg/mm² bei 350° C 5 bie 8 kg/mm² bei 500° C.

Diese Ergebnisse eind sehr günstig und besondere bemerkenswert bei Temperaturen, die bis zu 400° 0 gehen.

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Die ebenfalls an aus den hergestellten Körpern gewonnnenen Probe Stäbchen gemessene Druckfestigkeit ist im allgemeinen

höher als 60 kg/mm . Dieser Wert entspricht dem eines guten Baumaterials (z.B. Weichstahle).

Die Brinellhärte der hergestellten Körper ist je nach dem anteiligen Verhältnis von Glas und Metall, das für ihre Herstellung gewählt wurde, verschieden. Als Beispiel sei erwähnt, dass für Erzeugnisse, die aus zwei Gewichtsteilen Metall und einem Gewichtsteil Glas bestehen, die Brinellhärte im allgemeinen über 150 kg/mm liegt. Die Brinellhälfte ist besondere hoch, wenn das für die Durchführung des neuen Verfahrens. verwendete Glas Borsäureanhydrid enthält. Pur Gläser, welche mehr als 10 Gew.# Borsäureanhydrid enthalten, ergeben sich Brinellhärte-

werte, die 300 kg/mm erreichen können.

Die erfindungsgemässen Werkstoffe können bearbeitet werden. Infolge ihrer Härte und ihrer schleifenden Eigenschaften sind hierfür im allgemeinen Werkzeuge aus Wolframkarbid erforderlich. Mitunter ist es sogar notwendig, mit diamantbesetzten Werkezugen zu arbeiten. Die Bearbeitung kann durch Drehen, Fräsen, allgemein gesagt durch alle für die Verarbeitung von Metallen üblichen Methoden erfolgen.

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Wie sich bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung gezeigt hat, entsprechen nur gewisse besondere Zusammensetzungen von G-läeern der oben angeführten Eigenschaft, dass sie in massigem Grade durch das

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Aluminium oder die Aluminiumlegierung korrodiert werden.

Eine erste wesentliche Bedingung insoweit ist, daß das verwendete Glas -vorzugsweise höchstens 6 Gew.# an Alkalimetalloxyden enthält. Sie Gläser mit einem höheren Gehalt an Alkalimetalloxyden, insbesondere die Spiegelgläser und Fenstergläser, werden in der Regel zu stark durch das bzw. durch die Aluminiumlegierung angegriffen

und schwitzen in Wasser lösliche Reaktionsprodukte aus. Der Korrosionswiderstand der hergestellten Gegenstände wird dadurch ungünstig beeinflußt.

unter den Gläsern, die sich in der Praxis als besonders geeignet erwiesen haben, sind insbesondere die Gläser zu nennen, die wenigstens 80 Gew.# Kieselsäure, Magnesia und Xonerde enthalten, wobei diese wesentlichen Bestandteile in den folgenden anteiligen Gewichtsprozenten vorhanden sind:

SiO₂ = 45 bis 57 $ MgO .= 15 bis 28 # A120₃ = 20 bis 30 <f>.

Außer Kieselsäure, Magnesia und Tonerde können die Gläser noch sekundäre Bestandteile, wie Oxyde von zweiwertigen Metallen (insbesondere ZnO, BaO, PbO, CaO) und von Alkalimetallen, sowie Eisenoxyd enthalten. Diese Oxyde werden

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entweder absichtlich zugesetzt oder sind Verunreinigungen, die aus den Ausgangsstoffen, die für die Herstellung der Gläser verwendet werden, stammen, oder es sind Stoffe, die durch den Angriff der feuerfesten Materialien, aus welchen die Schmelbehälter bestehen, in welchen die Gläser hergestellt wurden, durch die Schmelzen entstanden sind. Es ist im allgemeinen zweekmässig, den Anteil der sekundären Bestandteile niedrig zu halten, um die Konstanz der Bedingungen des Angriffs dieser Gläser durch das Metall zu sichern und die Bildung von schädlichen Verbindungen (flüchtigen, hygroskopischen Verbindungen oder solchen, deren Struktur für ein gutes mechanisches Verhalten ungünstig ist), zu verhindern. Dieser Hinweis bezieht sich insbesondere auf Kalk. Der anteilige Gehalt des Glases an Kalk muss im allgemeinen unterhalb von 2 Gew.# bleiben.

Gute Erzeugnisse werden auch mit Gläsern erhalten, die aus wenigstens 82 Gew.$> Kieselsäure und Borsäureanhydrid bestehen, wobei diese Komponenten in dem folgenden anteiligen Verhältnis nach Gewichtsprozenten vorhanden sind:

SiO₂ - 72 bis 82 B₂O₃ β 10 bis 18

Auch diese Gläser können ausser der Kieselsäure und dem Borsäureanhydrid, wie die oben bereits erwähnten Gläser,

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sekundäre Bestandteile, wie Oxyde von zweiwertigen Metallen (ZnO, BaO, PbO, CaO) und von Alkalimetallen, sowie fonerde und Eisenoxyd enthalten, die entweder absichtlich zugesetzt werden oder Verunreinigungen darstellen. Ebenso wie im Falle der bereits beschriebenen G-läser wird jedoch der Gehalt an diesen sekundären Bestandteilen zweckmäßig niedrig gehalten, wobei aber darauf hinzuweisen ist, daß im Falle der letztgenannten G-läser der Kalkgehalt, ohne daß hierdurch ernste Kachteile entstehen, bis auf etwa 4 Gew.56 gesteigert werden kann.

Besonders gute Ergebnisse werden mit Gläsern der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew.^ erzielt:

SiO₂	= 72	bis	82 ^
B₂O₃	■ 10	bis	18 t
CaO	= 0,5	bis	35
	j ^{s 1}	bis	5 *
	.imetalloxyde	3 bis 6

Es wurde ferner festgestellt, daß es in der Praxis in zahlreichen Fällen vorteilhaft ist, bei der Durchführung des Verfahrens die nachstehenden Bedingungen für sich oder in Kombination miteinander innezuhalten;

a) Verwendung des Glases in fe.in-pulverfSrmigem Zustande,

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vorzugsweise in ]?orm eines Glaspulvers, dessen Teilchen -völlig durch, ein Sieb von 100.μ Maschengrösse hindurchgehen und das weniger als 10 Gew.$ an Teilchen * "· kleiner als 5 ja. enthält. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Glaspulver eine solche Teilchengrösse besitzt, dass es völlig ein Sieb von 60ja. Maschenweite passiert und weniger als 10 Gew.$ an Teilchen unterhalb von 10 μ Komgrösse nethält. Um zu erreichen, dass das erhaltene Erzeugnis die gitetmöglichen Eigenschaften hinsichtlich der Homogenität, Isotropie und Stetigkeit bei der Herstellung besitzt, ist die Verwendung eines Glaspulvers zweckmässig, welches keine Teilchen von weniger als 10 j/i Korngrösse enthält?

b) Verwendung des A1iim1.ni.umB oder der Aluminiumlegierung in Porm von Schüppchen, die sämtlich ein Sieb von 15Ou Maschenweite, vorzugsweise ein solches von 50 η Maschenweite passieren;

c) Verwendung einer Mischung, die aus 50 bis 75 Gew.jS

ο<ΐβτ ΑΐΏΏ>1/π1ιττη~ι egiffremg; "linfi 50 bis 25 Gew.^

Ölae besteht.

Bei der Durchfthrung dea Verfahrens gemäss der Erfindung in der vorstehend erläuterten besonderen Weise wird vor-* zugsweise wie folgt gearbeitet!

809807/^:282.

a) Pressen der innigen Mischung aus Glasteilchen und Aluminium oder Alumiiiiumlegierungsteilchen in der Kälte.

Dieses Pressen erfolgt unter verhältnismäßig hohem Druck von z.B. zwischen 2 und 10 t/cm². Wie in einigen Fällen gefunden wurde, führt die Anwendung von Drücken, die niedriger sind als 2 t/cm zu Erzeugnissen von nur mittelmäßiger Qualität und einer geringen Dichte, während Drücke, die höher sind als 10 t/cm eine Streifen- bzw. Schichtbildung rechtwinklig zu der Einwirkungsrichtung des Druckes zur Folge haben, die nachteilig für die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes ist. Diesem in der Kälte durchgeführten Vorpreßvorgang kann die innige Mischung der Glas- und der Aluminium- oder Aluminium! egierungsteilchen unmittelbar unterworfen werden. Es kann aber auch ein Vorpressen der innigen Mischung der !Teilchen unter einem verhältnismäßig geringen Druck von 200 bis kg/cm erfolgen, um hierdurch geformte, z.B. zylinder- oder pastillenförmige Vorpresslinge zu erhalten, welche zu einem groben Pulver gemahlen werden, welches dann auf einem Sieb von 0,5 bis 1 mm Maschenweite abgesiebt wird, um die größen feilchen auszuscheiden. Hierauf wird das erhaltene Erzeugnis einer zweiten Pressung mit dem endgültigen oben angegebenen Preß-'druck von 2 bis 10 t/cm unterworfen. Die im Zuge

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dieses in zwei Stufen durchgeführten Pressvorganges erhaltenen Pormjlinge sind im allgemeinen homogener als die durch einen einstufigen Pressvorgang erzeugten und insbesondere frei von Streifen- bzw. Schichtenbildungen.

b) Erhitzung auf eine Temperatur von zwischen 650 und 750° c. Diese Erhitzung erfolgt im allgemeinen dadurch, dass der in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen Vorformling in einen Ofen, in welchem eine Temperatur von ■ etwa 500° 0 herrscht, eingesetzt und die Temperatur fortschreitend .3e Minute um 5 bis 10° G ansteigend soweit erhitzt wird, bis die Farbe des Yorformlings plötzlich heller erscheint. Bann wird die Ofentemperatur stabilisiert, worauf der Vorformling in dem Ofen während einer Zeitdauer verbleibt, die je nach der Art der Gläser, der Grosse des Yorformlings und den genauen Eigenschaften des Erzeugnisses, die erhalten werden sollen, verschieden ist und im allgemeinen zwischen 5 und 40 Minuten liegt.

c) Warmpressen des Vorformlings nach der Erhitzung.

Der Vorformling wird nach dem Erhitzen in eine Warmpressform eingesetzt, die vorher auf eine Temperatur von

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zwischen 400 und 600 ° C erhitzt wurde. Das Pressen erfolgt unter einem Druck, der so hoch als irgend möglich bemessen wird und im allgemeinen mehr als 3 t/cm beträgt« Es sind zwar.schon Sinterwerkstoffe bekannt {Auszüge aus den Patentanmeldungen Band 19, Seite 75), bei denen Metallpulver mit bis zu 50 $> Glaspulver vermischt, geformt und pulvermetallurgisch bearbeitet werden. Von diesen Sinterwerkstoffen unterscheidet sich der erfindungsgemässe Werkstoff vor allen Dingen jedoch dadurch, dass das Glas eine derartige chemische Zusammensetzung besitzt, daß es in massigen Grade durch das Aluminium oder die Aluminiumlegierung angegriffen wird. Zudem sind die erfindungsgemässen günstigen Eigenschaften nur bei Aluminium und Aluminiumlegierungen, nicht bei einem beliebigen bekannten Metallpulver zu erhalten.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu begrenzen.

Beispiel 1

In einem Messermischer wird eine innige Mischung der folgenden Stoffe hergestellt:

100 g Aluminiumschüppchen mit einem Gehalt von 15 56 an Aluminitunoxyd, auf das Gewicht des fettfreien Ma-

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terials bezogen. Diese Aluniiniumschttppchen wurden vorher durch ein Sieb von 75 Ψ- Hasohenweite hindurch* gesiebt.

50 g Glaspulver mit der folgenden chemischen Zusammen-

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Setzung nach Gewichtsprozenten: t

SiO₂ s 50 $

Al₂O₃ -m 25,5 *

MgO a 24,5 i» ■■■■-.. ■ ^;

Das Glaspulver besteht aus !Teilchen von 10 Ms 60ja. Korngrösse.

Die derart hergestellte Mischung wird in eine zylindrische Form gegeben, deren Deckel als Kolben ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der Form beträgt 60 mm. Sobald die Form gefüllt ist, wird der Kolben eingesetzt und durch ihn ein Druck von 5 t/cm zur Einwirkung gebracht. Dann wird der in dieser Weise erhaltene Vorformling entformt und in einen elektrischen Ofen, in welchem eine Temperatur von 500° G herrscht, eingesetzt. Darauf wird die Temperatur des Ofens um etwa 5° O/Min, gesteigert, bis sie 700° C erreicht hat, was durch unmittelbare Beobachtung festzustellen ist. Bei Erreichen dieser Temperatur des Ofens zeigt sich, daß die Temperatur des Yorformlings um einige Zehnergrade über die Ofentemperatur angestiegen ist. Fach weiteren 3 bis 5 Minuten ist ferner festzustellen, daß die Temperatur des Vorformlings abzusinken beginnt. Darauf läßt man den Vorformling 20 Minuten lang in dem Ofen, und setzt ihn dann in eine zweite ähnlich wie die

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erste ausgebildete Form ein, die jedoch für eine Erhitzung auf 500° 0 durch eine sie kreisförmig umschließende G-asbrenneEtampe eingerichtet ist. Darauf wird der Kolben in die Form eingesetzt und durch ihn ein Druck von der gleichen Höhe wie in der ersten Phase, nämlich von 5 t/cm , ausgeübt. Dann wird der Körper aus der Form herausgenommen und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen bis auf Außentemperatur abkühlen gelassen. Der hergestellte Formkörper ist eine Pastille von etwa 60 mm Durchmesser und 20 mm Dicke. Hit dieser Pastille werden die folgenden mechanischen Untersuchungen durchgeführt:

Brinellhärte: Es ergeben sich Werte, die im Mittel bis zu 200 kg/mm gehen.

Biegefestigkeit:

Mittels einer mit Diamanten besetzten Säge werden aus dieser Pastille quaderförmig® Körper von den Abmessungen 50 ι 10 σ 10 mm ausgeschnitten. Bei der Untersuchung dieser Quader auf Biegefestigkeit mittels einer üblichen für solche Untersuchungen verwendeten Maschine (z.B. nach Trayvou oder Amsler) ergeben sich Biegefestigkeitswerte von etwa 45 kg/mm .

Beispiel 2

In der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben wird eine innige Mischung der folgenden Stoffe hergestellt:

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400 g Aluminiumschüppchen mit IO5& Aluminiumoxydgehalt, berechnet auf das Gewicht des fettfreien Stoffes. Diese Aluminiumschüppchen wurden vorher durch ein Sieb von 50 u Maschenweite hindurchgesiebt.

200 g Glaspulver von der folgenden chemischen Zusammensetzung nach Gewichtsprozenten:

SiO₂ 74 #

B₅O, 16 fo

Ha₉O 4 %

PbO 6 S*.

Das Glaspulver besteht aus einer Mischung, die 3 Gew.fS an Teilchen unterhalb von 5 U und 97 Gew.j6 an Teilchen von 5 bis 100 ψ enthält.

In eine Kaltpressform der oben im Beispiel 1 beschriebenen Art werden etwa 100 g der erhaltenen Mischung gegeben.

Dann wird der Kolben eingesetzt und ein Druck von 500 kg/

2
cm zur Einwirkung gebracht, worauf die erhaltene Pastille entformt wird. Darauf werden von neuem etwa 100 g der Mischung in die Form gegeben und unter dem gleichen Druck gepresst. Hierdurch wird eine weitere Pastille hergestellt. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis die hergestellte

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Mischung verbraucht ist. Darauf wird in einem Mörser die Gesamtheit der !Pastillen zerkleinert und das zerkleinerte Produkt durch ein Sieb von 500 u Maschenweite gesiebt. Es ergeben sich so Körnchen mit einer verhältnismässig hohen Scheinwichte (genau gesagt einer Scheinwichte von etwa 1,0 bis 1,5).

Die Mischung der Körnchen wird der gleichen Behandlung unterworfen, wie die Pulvermischung des Beispiels 1, mit dem einzigen Unterschied, dass zwischen den Zeitpunkt, in welchem die Temperatur des Vorformlings abzusinken beginnt und den Zeitpunkt, in welchem der Vorformling der Warmpressung unterworfen wird, ein Zeitintervall von 30 Minuten anstatt von 20 Minuten, wie im Falle des ersten Beispiels, eingelegt wird.

Der endgültige nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur erhaltene Körper ist ein Zylinder von etwa 60 mm Durchmesser und 70 ras Höhe.

Dieser Zylinder wird den folgenden mechanischen Untersuchungen unterworfen/

Brinellhärte: Hierfür wurden Werte ermittelt, die im Mittel bis zu 250 kg/mm gehen.

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Zugfestigkeit:

Mit einer diamantenbe setzten. Säge wird der Zylinderkörper

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in einer diametralen Ebene im zwei feile unterteilt. Aus dem einen dieser feile werden parallel zu den Erzeugenden des Zylinders Quaäerkörper von 50 χ 8 ι 8 ma auegeschnitten. Aus dem anderen der leiden Seile werden Quadertorper von den gleichen Abmessungen parallel zu seinen Grundfläelien. ausgeschnitten. Die leiden Eeinen von Quaderkörpern werden abgedreht und aus innen Probestäbeken für die Messung der Zugfestigkeit in Gestalt zylindrischer Körper mit einem mittleren Bereich von 4 Mm Durchmesser, an welchen sieh über zweckentsprechend gekrümmte Flächen zwei zylindrische Köpfe von 7 mm Durchmesser anschließen, hergestellt«

Diese Probestäbchen werden Zugfestigkeitsversuchen auf einer Spezialmaschine nach lasier» Lhomrne und Argy oder Trayvou unterworfen. Hierbei zeigt sich, daß die für tie Bruchbelastung erhaltenen Werte bei äen Probestäbchen, die der einen oder ter anderen leihe von Quaderkörpern zugehören, sehr wenig voneinander verschieden sind.

Im Mittel wurden folgende Werte gefunden:

bei 20° ö 30 kg/mm² ⁰ O 16 kg/mm²

leei 5Θ0® G 1

Ferner wurde festgestellt ^ daß Sie Bruchdehnung unter diesen Bedingungen MmUL beträgt.

- te -

-V-

Beispiel 5;

Es wird eine innige Mischung der folgenden Stoffe hergestellt:

160 g Aluminiumschüppchen, die 12# Aluminiumoxyd auf das Gewicht des fettfreien Erzeugnisses bezogen enthalten, und die Torher durch ein Sieb von 75 ja Maschenweite hindurchgesiebt worden waren;

100 g eines Glaspulvers von der folgenden chemischen Zusammensetzung nach Gewichtsprozenten:

SiO₂	77	*
B₂O₃	16	*
Al₂O₃	2	*
Ia₂O	4	*
κ₂ο	1

Das Glaspulver besteht aus Seuchen von 5 bis 75 ja Größe.

Die erhaltene Mischung wird in Portionen von je 25 g unterteilt.

Eine dieser Portionen wird in eine zylindrische For» von 30 mm Innendurchmesser mit als Kolben ausgebildetes Decke -gegeben. Nach. Füllen der Form ,wird der Kolben eingesetzt

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und durch um ein Druck von 7 t/cm² zur Einwirkung gebracht. Der auf diese Weise erhaltene Vorformling wird entformt und in einem elektrischen Ofen auf 650° erhitzt. Die temperatur dieses Ofens wird durch einen Segler konstant erhalten. Each Ablauf von einigen Hinuten ist festzustellen, daß die Temperatur des Torformlings zunächst stark ansteigt und dann abzusinken beginnt. Man läßt dann etwa 15 Minuten vergehen und setzt darauf den Vorform! Ing in eine der ersten form analog ausgebildete zweite form ein, die vorher durch eine sie kreisförmig umgebende Gasbrennerrampe auf 450° C erhitzt worden war. Nach Einsetzen des Vorformlings in diese form wird der Kolben in die form eingeführt und durch ihn ein Druck von 5 t/ cm zur Einwirkung gebracht. Bann wird der in dieser Weise behandelte Körper aus der form entnommen und ohne besondere Vorsichtsmaßregeln bis auf Zimmertemperatur abgekühlt. Der derart erhaltene Formkörper ist eine Pastille von etwa 50 mm Durchmesser und 20 mm Dicke.

Diese Fastille kann durch ein übliches Werkzeug aus Wolframkarbid auf vorbestimmte Abmessungen bearbeitet werden. Es kann duz& Bohrer und Gewindebohrer aus Schnelldrehstahl gebohrt und mit G-ewindebohrungen versehen werden.

Beispiel 4

In dem Bessermischer wird eine innige Mischung der folgenden Stoffe hergestellt:

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210 g des unter der Bezeichnung AS 13 erhältlichen lamel laren Pulvers aus 81 $> Aluminium, 13 # Silizium und 6 # Aluminiumoxyd, in Gewichtsprozenten, auf das Gewicht des fettfreien Stoffes bezogen. Dieses Pulver wurde vorher durch ein Sieb von 50ja. Maschenweite hindurchgesiebt.

80 g eines Glaspulvers von der folgenden chemischen Zusammensetzung nach Gewichtsprozenten:

SiO₂	= 58,0	*
B₂O₃	= 7,5
Al₂O₃	= 16,0	*
MgO	= 17,0	ft
Fa₂O	= 1,5

Das Glaspulver besteht aus einer Mischung, die 6 Gew.# an leuchen unter 10yu und 94 Gew.# an Teilchen von 10 bis 60ja Korngröße enthält.

Diese Mischung wird in der gleichen Weise behandelt wie die Mischung gemäß dem Beispiel 1, mit dem einzigen Unterschied, daß man zwischen dem Zeitpunkt, in welchem die Temperatur des erhitzten Yorformlings abzusinken beginnt und dem, in welchem dieser der Warmpressung unterworfen wird, ein Zeitintervall von 30 Minuten, an Stelle von 20 Minuten, verstreichen läßt.

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Der endgültige nach dem Kühlen auf Zimmertemperatur erhaltene 3?ormkörper ist ein Zylinder von etwa 60 mm Durchmesser und 40 mm Dicke.

Dieser Körper wurde den folgenden mechanischen Untersuchungen unterworfen:

Brinellhärte: Die gefundenen Werte liegen im Mittel bei 180 kg/mm .

Druckfestigkeit: Mittels einer diamantenbesetzten Säge werden aus dem Körper Würfel von 30 mm Kanten! änge geschnitten. Bei der Untersuchung dieser Würfel mittels einer Versuchspresse mit Wagebalken (vom Typ Trayvou) ergibt sich ein Mittelwert der Druckfestigkeit von etwa 65 kg/mm .

Unter den vielen Anwendungsmöglichkeiten für den erfindungsgemässen Werkstoff sei erwähnt, dass diesr sich besonders für die Herstellung von Körpern eignet, die bei Tenqiraturen in der GrösBenordnung von 300 - 400° C gleichzeitig ein niedriges spezifisches Gewicht und eine gute mechanische Festigkeit besitzen müssen. Ms Beispiel hierfür seien die Kolbem und die Zylinderköpfe von Verbrennungskraftmaschinen, die Elemente von Plugzeug-zeÜen oder Überschallgeschossen, die für Neutronen durch-

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lässigen Gehäuse für Verwendungszwecke der Kernphysik, sowie Wärmeaustauscher oder die Schaufeln und die Gehäuse von Gasturbinen genannt.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann, beispielsweise um planmäßig gewisse seiner mechanischen Eigenschaften zu verändern", einer Wärmebehandlung wie einem normalglühen einer Härtungsbehandlung oder einer Ausscheidungshärtung unterworfen werden.

- Patentansprüche: -

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Claims

P A TE F.. T.-A HSPE UC H E ;

1. Werkstoff auf der Grundlage von Teilchen aus Glas und Metall, wie Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung, g e k e η η ζ el elin et d u r c h eine derartige Zusammensetzung des zur Herstellung verwendeten Glases, dass eine ebene Oberfläche dieses Glases nach ' 72 Stunden langem In-Berühung-Bringen mit einer Schmelze der verwendeten Metallteilchen bei einer Temperatur von 750° G und einer langsamen Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100° C/Std. bis auf Umgebungstemperatur eine' korrodierte Schicht von 1 bis 3 mm Dicke aufweist.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn-2 e i c h η et, dass die Teilchen des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung in ihren Oberflächenbereichen einen Gehalt an Aluminiumoxyd zwischen 5 und 20 $, vorzugsweise zwischen 7 und 12 %, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Stoffes, enthalten.

3. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, unter Verwendung einer Aluminiumlegierung, dadurch gekenn- z ei ohne t, dass die Aluminiumlegierung einen hohen Gehalt an Aluminium, vorzugsweise von mehr als 75 #, be-

Neue Unterlagen (Art. 7 §, _Abs. 2 Nr. 1 satz 3 _des Ander - 26 -

oaiz d aes Anderungsgss. v. 4. 9.1967)

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zogen auf das Gewicht des fettfreien Stoffes, aufweist.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass im Glas Alkalimetall oxyd mit höchstens 6 Gew.$ enthalten ist.

5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Glas aus wenigstens 80 Gew. ^ Kiselsäure, Magnesia und Aluminiumoxyd besteht, wobei diese Bestandteile in den folgenden anteiligen Mengen vorhanden sind:

SiO₂ : 45 bis 57 Gew.% MgO : _m 15 bis 28 Gew.# Al₂O,: 20 bis 30 Gew.# und ein etwaiger Gehalt an Kalk 2 Gew.$> nicht übersteigt.

6. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas wenigstens 82 Gew. # Kieselsäure und Borsäureanhydrid enthält, wobei diese Bestandteile in dem Glas in folgenden anteiligen Mengen enthalten sind:

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SiO₂ ί 72 bis 82 Gew.#

^B2°3 ^{: 10 bis 18 &evr}·^ und ein etwaiger Gehalt an Kalk 4 Gew.# nicht übersteigt.

7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch ge kennzeichnet, dass das Glas in feingemahlenem Zustande vorliegt.

8. Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des Glaspulvers ein Sieb von 100 u Maschenweite passiert und das Pulver weniger als 10 Gew.# an Teilchen von unter 5 Ji TeilehengrÖsse enthält.

9. Werkstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge kennzeichnet , dass die Gesamtmenge des Glaspulvers ein Sieb von 60 μ Maschenweite passiert und das Pulver weniger als 10 Ge^ an Teilchen unter 10xi TeilchengrÖsse enthält.

10. Werkstoff nnch Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaspulver praktisch keine Teilchen von weniger als 10 u TeilchengrÖsse enthalt.

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11. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass das Aluminium oder die Aluminiumlegierung in JPorm von Schuppen, die sämtlich das Sieb von 15Ou Maschenweite, vorzugsweise das Sieb von 50 u Maschenweite, passieren, vorliegt.

12. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte Mischung aus 50 bis 75 Gew. ^C an Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung und 50 bis 25 Gew.Ji· Glas besteht.

13· Verfahren zum Herstellen des Merkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine innige Mischung der Teilchen aus Glas und der Teilchen aus Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung kalt unter hohem Druck, vorzugsweise 2 bis 10 t/cm gepresst, der hierdurch erhaltene Vorformling auf eine Temperatur zwischen 600 und 80C ° 0, vorzugsweise zwischen 650 und 750° C erhitzt und nach der Erhitzung in der Wärme unter hohem Druck in seine endgültige I?orm gepresst wird, wobei die Temperatur während dec Pressvorganges vorzugsweise zwischen 400 und 600° C beträgt und der

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Pressdruck vorzugsweise mehr als 3 t/cm beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innige Mischung aus den Glasteilchen und den Teilchen aus Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung kalt unter einem verhältnismassig geringen Druck zu einem z.B. zylinder-, pastillen- o. dgl. -formigen Körper gepresst, der gepresste Körper zu einem Pulver zerkleinert, und dieses Pulver kalt unter hohem Druck

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von z.B. zwischen 2 und 10 t/cm zu einem Vorformling gepresst wird, der darauf auf eine Temperatur von zwischen 600 und 800° G, vorzugsweise von 650 und 750° C, erhitzt und nunmehr in der Wärme unter hohem Druck in seine endgültige I'Orm gepresst wird, wobei die Temperatur beim Pressvorgang vorzugsweise zwischen 400 und 600° C und der Pressdruck Vorzugsweise höher als 3 t/cm gewählt v/erden. - ■■-·.·...

15. Verfahren nach einem der .Ansprüche 1 bis 12, d ä d u r c h ge k e η η ze ic h η e t , dass die innige 'Mischung' der Teilchen aus Glas und der Teilchen aus Aluminium und/oder wenigstens einer Aluminiumlegierung In der Kälte gepresst, und der hierdurch erhaltene Vorformling unter' gleichzeitigem Pressen auf eine Temperatur von zwischen 600 und 800° C erhitzt wird.

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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Enderzeugnisse einer thermischen Behandlung, z.B. einer Glüh- oder Härtebehandlung oder einer Ausscheidungshärtung zwecks planmässiger Änderung gewisser ihrer mechanischer Eigenschaften unterworfen werden.

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