DE1458349C

DE1458349C - Sinterwerkstoff aus Aluminium- oder einem Aluminium-Legierungspulver und Glaspulver

Info

Publication number: DE1458349C
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Bre
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Publication date: 1971-11-18

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterwerkstoff aus Aluminium- oder einem Aluminiumlegierungs-Pulver und bis zu 50% Glaspulver einer Korngröße unter 150 μιη Durchmesser, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkstoff zu schaffen, der sich besonders zur Herstellung von Maschinenteilen eignet, die bei Temperaturen in der Größenordnung von 300 bis 400⁰C gleichzeitig ein niedriges spezifisches Gewicht und eine gute mechanische Festigkeit besitzen müssen, z. B. von Kolben und Zylinderköpfen von Verbrennungskraftmaschinen, Elementen von Flugzeugzellen oder Überschallgeschossen, von für Neutronen durchlässigen Gehäusen für Verwendungszwecke der Kernphysik, sowie von Wärmeüberträgern oder Schaufeln und Gehäusen von Gasturbinen.

Es sind zwar schon Sinterwerkstoffe bekannt (Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 19, S. 75), bei denen Metallpulver mit bis zu 50% Glaspulver vermischt, geformt und metallurgisch bearbeitet werden. Diese Sinterwerkstoffe haben jedoch nicht die gewünschten Eigenschaften, insbesondere fehlt ihnen die notwendige hohe spezifische (das bedeutet bezogen auf das spezifische Gewicht) Schub- und Druckfestigkeit.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch einen Sinterwerkstoff der eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Aluminiumanteil aus Schüppchen mit einer größten Abmessung von 150 μιη, vorzugsweise von 50 μιτι, mit einer Oberflächenschicht von 5 bis 20%, vorzugsweise 7 bis 12% Aluminiumoxid, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Aluminiumanteils, besteht, und die 25 bis 50% Glaspulver einen Teilchendurchmesser von höchstens 100 μιη aufweisen, und im wesentlichen aus

45 bis 47% Kieselsäure,
15 bis 28% Magnesiumoxid,
20 bis 30% Aluminiumoxid und
bis zu 6% Alkalimetalloxid
bestehen.

Ein derartiger Sinterwerkstoff hat die Eigenschaft, daß eine ebene Oberfläche aus diesem Werkstoff nach einer 72 Stunden dauernden Berührung mit einer Schmelze der verwendeten Metallteilchen bei einer Temperatur von 750⁰C und einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100 grd pro Stunde bis auf Umgebungstemperatur eine korrodierte Schicht von 1 bis 3 mm Dicke aufweist. Eine aus dem erfindungsgemäßen Sinterwerkstoff hergestellte Matrix weist in ihrem Inneren in unlöslicher Phase dispergiert eine große Zahl von Glasteilchen, an deren Außenfläche sich eine korrodierte Zone befindet, in welcher die durch die Reaktion des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung, insbesondere des Aluminiumoxids, mit dem Glas entstandenen Oxide enthalten sind, sowie die durch diese Reaktion freigewordenen Elemente, insbesondere Silizium, auf. Das Gefüge ist völlig dicht. Es weist insbesondere keine Risse auf, wie sie bei zu schnell korrodierenden und deshalb örtlichen Temperaturerhöhungen ausgesetzten Gläsern praktisch unvermeidbar sind.

Der erfindungsgemäße Werkstoff weist insbesondere im Bereich zwischen Zimmertemperatur und 400° C überraschend gute mechanische Eigenschaften auf, wie eine hohe spezifische Schub- und Druckfestigkeit. Auch die bei Zimmertemperatur gemessene Brinell-Härte ist groß und liegt in der Größenordnung eines sehr guten Werkzeugstahls.

Es ist zwar bereits ein pulvermetallurgisch hergestellter Sinterwerkstoff bekannt (deutsche Alt-Patentanmeldung M 3531 VIa/18b, bekanntgemacht am 12. März 1953), welcher aus 0,1 bis 50 Gewichtsprozent Glas und zu den restlichen Prozenten aus Metall besteht. ■ Teile aus diesem Sinterwerkstoff sind bis zu einem hohen Glasanteil plastisch verformbar,

ίο so daß sie sich bei gewöhnlicher Temperatur schmieden lassen. Je nach der Zusammensetzung kann die Härte erheblich. über die reiner Eisenpreßkörper gesteigert werden. Bei der Herstellung dieses bekannten Sinterwerkstoffes handelt es sich jedoch um einen herkömmliehen Sintervorgang, bei dem nicht wie bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffes eine chemische Reaktion zwischen dem Glas und Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung und somit auch keine Wärmetönung auftritt. Der bekannte Sinterwerkstoff weist daher auch nicht die mechanischen Festigkeitswerte auf, die zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe notwendig sind.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver aus 72 bis 82% Kieselsäure, 10 bis 18% Borsäureanhydrid und bis zu 6% Alkalimetalloxid besteht.

Durch den Gehalt an Borsäureanhydrid des Glases erhält der Sinterwerkstoff eine besonders hohe Brinellhärte.

Vorzugsweise ist der Sinterwerkstoff nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver in beliebiger Kombination geringe Mengen an Eisenoxid und an Oxiden zweiwertiger Metalle, wie Zinkoxid, Bariumoxid, Bleioxid und Kalziumoxid enthält, wobei der Gehalt an Kalziumoxid 2% nicht übersteigt. Durch diesen geringen Anteil der sekundären Bestandteile soll sichergestellt werden, daß die chemische Reaktion des Glases mit dem Metall konstant bleibt und keine schädlichen Verbindungen, wie flüchtige, hygroskopische Verbindungen oder solche, deren Struktur für ein gutes mechanisches Verhalten ungünstig ist, entstehen.

Bei einem gemäß der Ansprüche 2 und 3 zusammengesetzten Sinterwerkstoff soll der Kalziumoxidgehalt im Glaspulver aus den gleichen Gründen 4% nicht übersteigen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffs ist dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver einen Teilchendurchmesser von höchstens 6 μιη aufweist und weniger als 10 % an Teilchen unter 5 μιη Durchmesser vorhanden sind. Hierdurch wird erreicht, daß das Erzeugnis besonders günstige Eigenschaften besitzt, was die Homogenität, Isotropie und gleichbleibende Qualität bei der Herstellung anbetrifft.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver des Aluminium- und des.Glasanteils innig gemischt — mit oder ohne Vorpressen bei geringem Druck und Wiederzerkleinerung der Preßkörper —, kalt unter hohem Druck, vorzugsweise mit 2 bis 10 t/cm², gepreßt, die Preßkörper bei 600 bis 800⁰C, vorzugsweise bei 650 bis 750° C, mit oder ohne Druckbeaufschlagung gesintert und danach unter hohem Druck, vorzugsweise mit mehr als 3 t/cm², warm in ihre endgültige Form gepreßt werden, vorzugsweise bei 400 bis 600° C Sinterkörpertemperatur.

3 4

Vorteilhafterweise ist das Verfahren dadurch ge- sonders geeignet erwiesen haben, sind besonders die

kennzeichnet, daß die Sinterkörper abschließend einer Gläser zu nennen, die wenigstens 80 Gewichtsprozent

Entspannungsglühung bzw. im Fall einer aushärtbaren Kieselsäure, Magnesia und Tonerde enthalten, wobei

Aluminiumlegierung als Aluminiumanteil im Sinter- diese wesentlichen Bestandteile in den folgenden

körper einer Aushärtungsbehandlung unterzogen 5 anteiligen Gewichtsprozenten vorhanden sind:
werden.

Die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen SiO₂ 45 bis 57" „

Sinterwerkstoffes auftretende chemische Reaktion MgO 15 bis 28%

zwischen den Glasteilchen und den Aluminiumteilchen Al₂O₃ 20 bis 30°',,

und/oder Aluminiumlegierungsteilchen wird dur.ch io

folgenden Versuch definiert: Außer Kieselsäure, Magnesia und Tonerde können

Ein Giasplättchen von Quaderform, dessen große die Gläser noch sekundäre Bestandteile, wie Oxide

Flächen etwa 20 · 20 mm messen und das wenigstens von zweiwertigen Metallen, insbesondere ZnO, BaO,

7 mm dick ist, wird auf die Oberfläche eines Bades aus PbO, CaO und von Alkalimetallen sowie Eisenoxid

geschmolzenem Aluminium oder einer geschmolzenen 15 enthalten. Diese Oxide werden entweder absichtlich

Aluminiumlegierung so aufgelegt, daß eine seiner zugesetzt oder sind Verunreinigungen, die aus den

großen Flächen das Bad berührt, dessen Temperatur Ausgangsstoffen stammen, oder es sind Stoffe, die

750⁰C beträgt. Das Plättchen wird unter diesen durch den Angriff der Glasschmelze auf die feuerfesten

Bedingungen 3 Tage lang der Einwirkung des Bades Schmelzebehälter entstanden sind.

ausgesetzt, dann abgenommen und langsam, um etwa 20 Gute Erzeugnisse werden auch mit Gläsern erhalten,

100 grd pro Stunde, bis auf Außentemperatur abge- die aus wenigstens 82 Gewichtsprozent Kieselsäure und

kühlt. Das erhaltene Giasplättchen weist, sofern es die Borsäureanhydrid bestehen, wobei diese Komponenten

erfindungsgemäße Glaszusammensetzung hat, eine in dem folgenden anteiligen Verhältnis nach Gewichts-

korrodierte Schicht von dunkler Farbe auf, deren prozenten vorhanden sind:

mittlere Dicke zwischen 1 und 3 mm liegt. 25 <.-q ₇₂ l· o₉«

Das im Handel erhältliche Aluminiumpulver oder g q² ,~, .". .T₀."

Aluminiumlegierungs-Pulver weist im allgemeinen in ^{2 3} "

der Oberflächenschicht seiner Teilchen einen gewissen Auch diese Gläser können außer der Kieselsäure und Gehalt an Aluminiumoxid auf. Die Teilchen sind dem Borsäureanhydrid, wie die oben bereits erwähnten gegen stärkere Oxydation durch einen Überzug aus 30 Gläser, sekundäre Bestandteile, wie Oxide von zwei-Fetten, z. B. Stearin oder Stearinsäure, geschützt. wertigen Metallen ("ZnO, BaO, PbO, CaO) und von Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Alkalimetallen sowie Tonerde und Eisenoxid enthalten, des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffes wird vor- die entweder absichtlich zugesetzt werden oder Verteilhafterweise von entfetteten Teilchen ausgegangen. unreinigungen darstellen. Ebenso wie im Fall der Die Entfettung kann durch Erhitzen an freier Luft 35 bereits beschriebenen Gläser wird jedoch der Gehalt oder in einer leicht oxidierenden Atmosphäre erfolgen, an diesen sekundären Bestandteilen zweckmäßig niedwodurch der Gehalt der Teilchen an Aluminiumoxid rig gehalten, wobei jedoch im Fall der letztgenannten gesteigert wird; der Gehalt der eingesetzten Teilchen Gläser der Kalkgehalt bis auf etwa 4 Gewichtsprozent an Aluminiumoxid kann im allgemeinen zwischen ohne ernsthaften Nachteil gesteigert werden kann. 0,5 und 20°/₀, bezogen auf das Gewicht des fettfreien 40 Besonders gute Ergebnisse werden mit Gläsern der Produktes, betragen. Es ist jedoch von Vorteil Teilchen folgenden chemischen Zusammensetzung in Gewichtszu verwenden, deren Gehalt an Aluminiumoxid, prozent erzielt:
bezogen auf das Gewicht des fettfreien Produktes, qjq 72 bis 82°

zwischen 5 und 20%, und vorzugsweise zwischen _{R n} ² _in uic 1 «o/°

7 und 12% hegt. 45 _CaO 0 5 bis 3 5°

Wird eine Aluminiumlegierung verwendet, so muß Al O 1 bis 5°/ "

diese einen hohen Aluminiumgehalt aufweisen, vor- Alkalimetalloxide''.'.'.'.'.':'.'.'.'.'. 3 bis 6%°
zugsweise mehr als 75 Gewichtsprozent. Besonders

eignen sich Aluminiumlegierungen mit 13% Silizium, Zur Herstellung des erfindungsgemäßen .Sinter-

wie sie in der französischen Nomenklatur unter der 50 Werkstoffes in der Praxis ist es in zahlreichen Fällen

Bezeichnung AS 13 bekannt sind, ferner die Legie- vorteilhaft, die nachstehenden Bedingungen einzeln

rungen von Aluminium und Magnesium,, die in der oder in Kombination miteinander einzuhalten:

gleichen Bezeichnungsweise AG 3 und AG 5 heißen. Das Glas soll in feinpulverförmigem Zustand, dessen

Für die Glasteilchen können nur diejenigen Zu- Teilchen vorzugsweise völlig durch ein Sieb von

sammensetzungen von Gläsern verwendet werden, 55 100 μηι Maschengröße hindurchgehen und das weniger

welche die oben geschilderte mäßige chemische als 10 Gewichtsprozent an Teilchen enthält, die kleiner

Reaktion mit dem Aluminium oder der Aluminium- als 5 μπτ sind, vorliegen. Die besten Ergebnisse werden

legierung eingehen. Hierfür ist zunächst Voraussetzung, erzielt, wenn die Teilchen des Glaspulvers ein Sieb von

daß das verwendete Glas höchstens 6 Gewichtsprozent 60 μΐη Maschenweite völlig passieren und weniger als

an Alkalimetalloxiden enthält. Gläser mit einem 60 10 Gewichtsprozent an Teilchen mit einer Korngröße

höheren Gehalt an Alkalimetalloxiden, insbesondere kleiner als 10 μηι in dem Pulver enthalten sind. Für

die Spiegelgläser und Fenstergläser, werden in der die Erzielung'möglichst günstiger Eigenschaften in

Regel zu stark durch das Aluminium bzw. durch die bezug auf Homogenität, Isotropie und Gleichmäßig-

Aluminiumlegierung angegriffen und schwitzen in keit der Herstellung sollten möglichst überhaupt

Wasser lösliche Reaktionsprodukte aus. Der Korro- 65 keine Teilchen mit einer Korngröße kleiner als 10 μηι

sionswiderstand der hergestellten Gegenstände wird im Glaspulver enthalten sein.

dadurch ungünstig beeinflußt. Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung wird

Unter den Gläsern, die sich in der Praxis als be- in Form von Schüppchen verwendet, die alle ein Sieb

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5 6

von 150 μηι Maschenweite, vorzugsweise von 50 μΐη 28 bis 35 kg/mm² bei 20°C
Maschenweite psssieren. . 14 bis 20 kg/mm² bei 350⁰C
Das erfmdungsgemäße Verfahren zur Herstellung 5 bis 8 kg/mm² bei 500⁰C
des /Sinterwerkstoffes wird folgendermaßen durchgeführt: 5 Diese Ergebnisse sind, besonders bei Temperaturen

a) Pressen der innigen Mischung aus Glasteilchen ^{bis zu 400}°^C' sehr günstig Die Druckfestigkeit liegt und Aluminium oder Aluminiumlegierungsteil- ™ allgemeinen hoher als 60 kp/mm² und entspricht chen in der Kälte damit der eines guten Baumaterials, z. B. Weichstahl. Dieses Pressen erfolgt unter verhältnismäßig Die Brinellhärte ist verschieden je nach dem anhohem Druck zwischen 2 und 10 t/cm². Die io teihgen Verhältnis von Glas und Metall Fur Erzeug-Anwendung von niedrigeren Drücken als 2 t/cm^{2 nis},^se'^die ?^us 2 Gewichtsteilen Metall und 1 Gewichtsfiihrt zu Erzeugnissen von nur mittelmäßiger teil Glas bestehen, hegt sie z. B im allgemeinen über Qualität und einer geringen Dichte, während die ¹⁵° W^m™) ^Sie _R »st besonders hoch wenn das verAnwendung von höheren Drücken als 10 t/cm^{2 wendete} Glas Borsaureanhydrid enthalt. Bei Vereine Streifen- bzw. Schichtbildung rechtwinklig ¹S Wendung von Glasern, die mehr als 10 Gewichtsprozu der Einwirkungsrichtung des Druckes zur zent Borsaureanhydrid enthalten, ergeben sich Bnnell-Folge hat. die nachteilig für die mechanischen hartewerte bis zu 300 kp/mm².

Eigenschaften des Endproduktes ist. ^Der erfirtdungsgemaße Sinterwerkstoff kann bear-

„.. , η λ; ι ·.. iu * j beitet werden; dafür sind wegen seiner Harte im

Dieses kalte Vorpressen kann unmittelbar mit der .. . ,., , ,., _lf . ... ,.

*.■ , ^, JAi ·■ 20 alleemeinen Werkzeuge aus Wolframkarbid notwendig,

innigen Mischung aus Glas- und Alum.nium- f _[t erforderlich, mit diamantbesetzten

oder Aluminiumlegierungsteilchen durchgeführt _{Werk zu a} ^S _{rbeiten Die Be}'_{arbeitung kann durch}

werden. Die Teilchenmischung kann aber auch „ , £ .. , , , ■ , .. . „ , -.

... . ,5 . -„„ ,. Drehen, Fräsen und andere bei der Metallverarbeitung

unter einem relativ geringen Druck von 200 bis ..... , ' ., ., , _r , °

600 kp/cm² vorgepreßt werden und die zylinder- ^ub'^lch _f ^e" ^M**^od™ erfolgen

oder pastillenförmigen Vorpreßkörper zu einem ²S ^{Es fo}'g^en Beispiele zur Erläuterung der Erfindung, groben Pulver gemahlen werden, das dann zur

Abscheidung der großen Teilchen auf einem B e i s ρ i e 1 1
Sieb von 0,5 bis 1 mm Maschenweite abgesiebt Zusammensetzung der Pulvermischung
wird. Daraufhin wird das erhaltene Erzeugnis ... , , . ^ , . einer zweiten Pressung mit dem endgültigen ³° lOO.g Aluminiumschuppchen mit einem Gehalt Preßdruck von 2 bis 10 t/cm² unterworfen. Die ^{von 15} /o Aluminiumoxid, bezogen auf das Gewicht mit dem zweistufigen Preßvorgang hergestellten ^des fettfreien Materials; die Schüppchen passierten Formlinge sind im allgemeinen homogener als ^eiIV^Sieb ™^{n 7},⁵ ^^m Maschenweite,
die mit dem einstufigen Preßvorgang erzeugten; ⁵⁰S Glaspulver mit der folgenden Zusammensie sind insbesondere frei von Streifen- bzw. 35 Setzung m Gewichtsprozent:
Schichtenbildungen. SiO₂ 50%

b) Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 650 und Al₂O₃ 25,5 /„

750⁰C. ^Mg° ²⁴'⁵°/o

Zu diesem Zweck wird der Vorpreßkörper in ₄₀ Teilchengröße des Glaspulvers: 10 bis 60μΐη.
einen Ofen eingesetzt, in dem eine Temperatur

von 500⁰C herrscht, und die Temperatur fort- Kalt-Vorpressen der Pulvermischung mit 5 t/cm²;

schreitend je Minute um 5 bis 10 grd so lange Einsetzen des Vorpreßkörpers in einen elektrischen

erhöht, bis die Farbe des Vorformhngs plötzlich _Ofen bei 500⁰C; Steigerung der Ofentemperatur um

heller erscheint. Sodann wird die Ofentemperatur _{45 etwa} 5 _grd/Minute bis auf 700°C; bei Erreichen dieser

konstant gehalten, worauf der Vorpreßkörper in Temperaturgrenze wird eine Wärmetönung (einige

dem Ofen während einer Zeitdauer verbleibt, 10 grd über Ofentemperatur) beobachtet; diese Wärme-

die je nach Art der Gläser, der Größe des Vor- tönung dauert 3 bis 5 Minuten; sodann Belassen des

formlings und den genauen Eigenschaften des Vorpreßkörpers in dem Ofen während weiterer

Erzeugnisses, die erhalten werden sollen, ver- ₅„ 20 Minuten.

schieden ist und im allgemeinen zwischen 5 und Sodann Heißpressen des Vorpreßkörpers bei 500°C

40 Minuten hegt. mit einem Druck von 5 t/cm²; Abkühlung des Preß-

c) Warmpressen des Vorpreßkörpers nach der körpers ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen bis auf Erhitzung. Außentemperatur.

Der Vorpreßkörper wird nach dem Erhitzen in 55 Die mechanischen Eigenschaften des so hergestellten

eine Warmpreßform eingesetzt, die vorher auf Preßkörpers sind wie folgt:

eine Temperatur zwischen 400 und.600° C erhitzt _Brille|_{lhärK Im Mitte}| _{bis zu 200 kp/mm}.

Ä^riS^ÄiSS Biegest ■ ■ ■ *wa «W-" (^i, Tray-

beträgt. 60 ν ο u oaer α m s 1 e r;

Das Aussehen der nach dem neuen Verfahren her- Beispiel2

gestellten Teile, ihre Dichte und die chemischen Eigen- '_Ύ ■■'■'■ _t . _D, - .

schäften sind wenig von denen des Aluminiums oder Zusammensetzung der Pulvermischung

der Aluminiumlegierung, die für ihre Herstellung 65 400 g Aluminiumschuppchen mit 10% Aluminiumverwendet wurden, verschieden. oxid, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Stoffes; Die Zugfestigkeit liegt zwischen den nachstehend die Schüppchen passierten ein Sieb von 50 μπι Maangegebenen Grenzen, je nach Versuchstemperatur: schenweite.

20Og Glaspulver der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

SiO₂ 74%

B₂O₃ 16%

Na₂O 4%

PbO 6%

3 Gewichtsprozent des Glaspulvers hat eine Teilchengröße von weniger als 5 μηι und 95 Gewichtsprozent eine Teilchengröße von 5 bis 100 μπι. ίο

Mehrere 100-g-Proben werden bei einem Druck von 500 kp/cm² kalt vorgepreßt. Die Vorpreßkörper werden wieder zerkleinert und durch ein Sieb von 500 jxm Maschenweite gesiebt. Die Teilchengröße des so erhaltenen Haufwerks hat eine Scheinwichte von etwa 1,0 bis 1,5.

Weiterbehandlung des Haufwerkes wie die Behandlung der Pulvermischung nach Beispiel 1. jedoch Halten der Ofentemperatur nach der Wärmetönung 30 anstatt 20 Minuten lang.

Die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Körpers sind wie folgt:

Brinellhärte Im Mittel bis zu 250 kp/mm²

Zugfestigkeit

Bei 20°C 30 kp/mm²

Bei 350° C 16 kp/mm²

Bei 500° C 7 kp/mm²

(gemessen nach Amsler.

L h ο m m e und Argy oder

Trayvou)

Die Bruchdehnung unter diesen Bedingungen ist Null.

Beispiel 3
Zusammensetzung der Glaspulvermischung

25

30

35

45

160 g Aluminiumschüppcheh. die 12% Aluminiumoxid enthalten, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Materials; die Schüppchen passierten ein Sieb von 75 μηι Maschenweite.

100 g Glaspulver mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

SiO₂ 77%

B₂O₃ 16%

Al₂O₃ 2%

Na₂O 4%

K₂O 1%

Teilchengröße des Glaspulvers: 5 bis 75 μπι.

Eine 25-g-Probe der Mischung wird mit 7 t/cm² kalt vorgepreßt und der erhaltene Vorpreßkörper in ein'em elektrischen Ofen auf 65O⁰C erhitzt. Nach einigen Minuten tritt eine Wärmetönung auf; nach dieser wird die Ofentemperatur noch etwa 15 Minuten gehalten; danach wird der Vorpreßkörper bei 450⁰C und 5 t/cm² heiß gepreßt; sodann wird ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen bis auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Der Preßkörper kann mit einem üblichen Werkzeug aus Wolframkarbid bearbeitet werden; er kann mit Bohrern und Gewindebohrern aus Schnelldrehstahl gebohrt und mit Gewinde versehen werden.

B e i sp i e 1 4
Zusammensetzung der Pulvermischung

210g des unter der französischen Bezeichnung AS 13 erhältlichen lamellaren Pulvers aus 81% Aluminium, 13%, Silizium und 6% Aluminiumoxid, in auf das Gewicht des fettfreien Stoffes bezogenen Prozenten. Das Pulver passierte vorher ein Sieb von 50 μιτι Maschenweite.

90 g eines Glaspulvers der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

SiO₂ 58,0%

B₂O₃ 7,5%

AI₂O₃ 16,0%

MgO 17,0%

Na₂O 1,5%

6 Gewichtsprozent des Glaspulvers haben eine Teilchengröße unter 10 μπι und 94 Gewichtsprozent eine Teilchengröße von 10 bis 60 μπι.

Behandlung der Pul Vermischung wie im Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied, daß nach dem Ende der Wärmetönung die Ofentemperatur 30 anstatt 20 Minuten lang gehalten wird.

Mechanische Eigenschaften des erhaltenen Teils:

Brinellhärte Im Mittel bei 180 kp/mm²

Druckfestigkeit .. Im Mittel etwa 65 kp/mm²

(gemessen nach Trayvou)

Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich insbesondere für die Herstellung von Körpern, die bei Temperaturen in der Größenordnung von 300 bis 400⁰C gleichzeitig ein niedriges spezifisches Gewicht und eine gute mechanische Festigkeit besitzen müssen. Als Beispiel hierfür seien die Kolben und Zylinderköpfe von Verbrennungskraftmaschinen, die Elemente von Flugzeugzellen oder Überschallgeschossen, die für Neutronen durchlässigen Gehäuse für Verwendungszwecke der Kernphysik sowie Wärmeüberträger oder die Schaufeln oder die Gehäuse von Gasturbinen genannt.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann, beispielsweise um planmäßig gewisse seiner mechanischen Eigenschaften zu verändern, einer Wärmebehandlung, wie einem Entspannungsglühen oder einer Aushärtungsbehandlung, unterworfen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Sinterwerkstoff aus Aluminium- oder einem Aluminiumlegierungs-Pulver und bis zu 50% Glaspulver einer Korngröße unter 150 μπι Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumanteil aus Schüppchen mit einer größten Abmessung von 150 μπι, vorzugsweise von 50 μιτι, mit einer Oberflächenschicht von 5 bis 20%, vorzugsweise 7 bis 12% Aluminiumoxid, bezogen auf das Gewicht des fettfreien Aluminiumanteils, besteht, und die 25 bis 50% Glaspulver einen TeiJ-chendurchmesser von höchstens 100 μπι aufweisen und im wesentlichen aus

45 bis 57% Kieselsäure,
15 bis 28% Magnesiumoxid,
20 bis 30% Aluminiumoxid und
bis zu 6% Alkalimetalloxid

bestehen.

2. Sinterwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver aus 72 bis 82% Kieselsäure, 10 bis 18% Borsäureanhydrid und bis zu 6% Alkalimetalloxid besteht.

3. Sinterwerkstoff nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver in beliebiger Kombination geringe Mengen an Eisenoxid und an Oxiden zweiwertiger Metalle, wie Zinkoxid, Ba-

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riumoxid, Bleioxid und Kalziumoxid enthält, wobei der Gehalt an Kalziumoxid 2⁰J₀ nicht übersteigt.

4. Sinterwerkstoff nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalziumoxidgehalt im Glaspulver 4°/₀ nicht übersteigt.

5. Sinterwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glaspulver einen Teilchendurchmesser von höchstens 60 μιπ aufweist und weniger als 10°/₀ an Teilchen unter 5 μπα Durchmesser vorhanden sind.

6. Verfahren zur Herstellung des Sinterwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver des Aluminium- und des Glasanteils innig gemischt — mit oder ohne Vorpressen bei geringem Druck und Wiederzerkleinerung der Preßkörper — kalt unter hohem Druck, vorzugsweise mit 2 bis LO t/cm³, gepreßt, die Preßkörper bei 600 bis 800⁰C, vorzugsweise bei 650 bis 75O⁰C, mit oder ohne Druckbeaufschlagung gesintert und danach unter hohem Druck, vorzugsweise mit mehr als 3 t/cm², warm in ihre endgültige Form gepreßt werden, vorzugsweise bei 400 bis 600° C Sinterkörpertemperatur.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörper abschließend einer Entspannungsglühung bzw. im Falle einer aushärtbaren Aluminiumlegierung als Aluminiumanteil im Sinterkörper einer Aushärtungsbehandlung unterzogen werden.