DE1533236B1 - Verfahren zur Herstellung von dispersionsgehaerteten Werkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- c) Verfahren, die beispielsweise mit Elektroplattie-

stellung von dispersionsgehärteten Werkstoffen. rung, Dampfabscheidung, thermischer Zersetzung,

Die mechanischen Eigenschaften von Metallen Schmelzsättigung oder Wechselwirkung im gelösten oder Legierungen, insbesondere bei erhöhten Tem- Zustand in Mischlegierungssystemen arbeiten. Die peraturen, lassen sich dadurch verbessern, daß man 5 britische Patentschrift 1 008 435 (entsprechend eine wärmebeständige, in dem betreffenden Metall deutsche Patentanmeldung D 39955 VIII a/40 b) be- bzw. der Legierung unlösliche Verbindung in sehr schreibt ein Verfahren, bei welchem ein Überzug fein zerteilter Form erzeugt, die in dem Metall bzw. durch Schmelzen erzeugt wird,
der Legierung gut dispergiert ist und daher im folgenden als »Dispersoid-Verbindung« bezeichnet wird. io Sämtlichen bekannten Verfahren ist der Nachteil Ein auf diese Weise erhaltener Werkstoff wird als gemeinsam, daß die Erzielung einer gleichmäßigen »dispersionsgehärtet« bezeichnet. Werkstoffe dieser Verteilung der wärmebeständigen Verbindung in dem Art zeigen auch eine bemerkenswerte Beständigkeit Matrixmetall sowie die Kontrolle der Teilchendicke gegen Erweichung oder Festigkeitsverlust bei Zim- der wärmebeständigen Verbindung Schwierigkeiten mertemperatur infolge von Vergütung. 15 bereitet. So wird beispielsweise bei der Verfahrens-

Dispersionsgehärtete Werkstoffe der erwähnten kategorie a), bei welcher das Matrixmetall in Pulver-Art eignen sich besonders als elektrische Leiter zur form mit der ebenfalls in Pulverform vorliegenden Verwendung bei hohen Temperaturen. Das Metall wärmebeständigen Verbindung, beispielsweise Aluoder die Legierung für einen Leiter, für den eine miniumoxid, mechanisch gemischt wird, die Dicke hohe elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist, muß 20 durch die Teilchenabmessungen des Aluminiumoxids verhältnismäßig rein sein: zwar können die Eigen- bestimmt; bei der Verfahrenskategorie b) mit selekschaften des Leitermaterials beispielsweise durch tiver Oxydation besteht die Schwierigkeit, daß die Kaltbearbeiten oder durch Ausscheidungshärtung selektive Oxydation nicht über eine bestimmte Zeitverbessert werden; die so verbesserten Eigenschaften dauer hinaus oder oberhalb einer bestimmten Temverschlechtern sich jedoch in vielen Fällen wiederum 25 peratur aufrechterhalten werden kann, ohne daß eine oberhalb einer bestimmten Temperatur als Folge der gewisse Oxydation des Matrixmetalls auftritt.
Einwirkung der Wärme. Dispersionsgehärtete Werk- Durch die Erfindung sollen die geschilderten Nachstoffe hingegen sind im allgemeinen gegen diesen teile der bekannten Verfahren vermieden werden. Zu Effekt unempfindlich, da die wärmebeständige Ver- diesem Zweck erfolgt die Herstellung eines disperbindung, die ja in der Matrix unlöslich ist, bei keiner 30 sionsgehärteten Werkstoffs erfindungsgemäß in der Temperatur koaguliert. Weise, daß man einem in durchlässiger Form vor-

Auf die Leitfähigkeit des Werkstoffs wirkt sich die liegenden Matrixmetall bzw. einer Matrixlegierung

wärmebeständige Verbindung nur im Verhältnis ihres eine wasserfreie Lösung einer hydrolisierbaren Ver-

vorumetrischen Anteils in dem Werkstoff aus, der bindung, die bei Hydrolisierung eine wärmebestän-

gewöhnlich nicht so hoch ist, daß hierdurch die Leit- 35 dige Verbindung bildet, zusetzt, daß man sodann das

fähigkeit unter annehmbare Grenzen verringert Lösungsmittel verdampft, die hydrolisierbare Ver-

würde. bindung hydrolisiert und schließlich das Gemisch aus

Dispersionsgehärtete Werkstoffe und Verfahren zu dem Matrixmetall bzw. der Matrixlegierung und der

ihrer Herstellung sind an sich bekannt. Die bekann- wärmebeständigen Verbindung zu einem Festkörper

ten Verfahren lassen sich wie folgt gruppieren: 40 verfestigt.

. _XT . , , . , . . , ,,., ,, . Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der

a) Verfahren, bei welchen em duktiles Matrix- _{Erfindun kann vor}gesehen sein, daß das Matrixmetall m Pulverform mit einer durchschnittlichen _metaU ^ _{die M}*_{trixlegierung in} Teilchenform, Teilchengroße von nicht mehr als etwa 20 Mikron _{vorzugsweise mit einer} Teilchengröße von etwa ^m- ¹T, I- ί ^νο1π™Ρ5?^ζ*^{ηί emeT}. Pulyerformigen _{γ Mi}£_{on oder danmter} eingesetzt und mit der wärmebeständigen _ Verbindung, wie beispielsweise _{wasserfreien LösraJg der} hydrolisierbaren Verbindung Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen Teil- innie vermischt wird

chengröße von nicht mehr als etwa 0,3 Mikron, _Al_{ternativ kann in der Weise} vorgegangen werden,

mechanisch gemischt wird Das Gemisch wird sodann _{daß das MatrixmetaI1 bzw}. _die Matrixlegierung in zu einem Achten Knetwerkstoff verarbeitet. ₅₀ Form einer schwammartigen porösen Masse ein-

b) Verfahren, bei denen eine selektive Oxydation gesetzt wird, welcher die flüssige Substanz unter eines Metalls oder einer Legierung vorgenommen Druck injiziert wird.

wird. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen kann vor-

beispielsweise die Oberfläche von feinpulvrigem Alu- gesehen sein, daß als hydrolisierbare Verbindung minium oxydiert und das Pulver sodann verdichtet 55 Aluminiumisopropoxid, eine Verbindung der Zu- und im heißen Zustand gepreßt oder stranggepreßt. sammensetzung (A1(OC₃H₇)₃)₄, und als Lösungsmittel Bei einem anderen bekannten Verfahren dieser Kate- Toluol verwendet werden.

gorie ist es wesentlich, daß von einem kleinen Pro- Die Vermischung des Matrixmetalls bzw. der

zentsatz eines leicht oxydierbaren Metalls in einer Matrixlegierung mit der wasserfreien Lösung der Matrix ausgegangen wird, die aus einem wesentlich 60 hydrolisierbaren Verbindung erfolgt zweckmäßig in weniger leicht oxydierbaren Metall oder einer der- einer inerten Gasatmosphäre. Die Hydrolisierung der artigen Legierung besteht. Sodann werden die Oxy- hydrolisierbaren Verbindung kann in der Weise erdationsbedingungen so kontrolliert, daß nur das folgen, daß man diese mit einem wasserhaltigen Gas leicht oxydierbare Metall oxydiert wird; das Pulver- oder mit Dampf in Berührung bringt,
gemisch wird gepreßt, gesintert und im Strangpreß- 65 Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung verfahren verarbeitet. Alternativ können dünne ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Legierungsfolien oder -drähte hergestellt und sodann Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsselektiv oxydiert werden. form zur Herstellung eines dispersionsgehärteten

Kupfer-Aluminiumoxid-Werkstoffes mit einem Aluminiumoxidgehalt von 5 Volumprozent.

160 g Kupferpulver mit einer Teilchengröße von etwa 1 Mikron, das als Matrixmetall dient, wird in eine abgedichtete Kugelmühle, in welcher eine Gasatmosphäre von getrocknetem Argon aufrechterhalten wird, eingebracht; vorzugsweise wird ein kontinuierlicher Kreislauf des Argongases durch die Mühle aufrechterhalten. Die Mühle wird erwärmt, bis das Kupferpulver getrocknet ist. Sodann werden 80 ml einer durch Auflösen von 370 g Aluminiumisopropoxid in 2 Liter Toluol erhaltenen Lösung dem trokkenen Kupferpulver in der Mühle zugesetzt. Diese Aufschlämmung wird abwechselnd erhitzt und in der Kugelmühle gemahlen, bis das gesamte Toluol ausgetrieben ist; es bleibt ein mit einer dünnen Schicht von Aluminiumisopropoxid überzogenes Kupferpulver zurück. Nunmehr wird der Argonstrom unterbrochen und das trockene Gemisch kontinuierlich getrommelt, wobei gleichzeitig ein geeignetes wasserdampfhaltiges Gas durch die Mühle geleitet wird, bis das Aluminiumisopropoxid zu einer Dispersoid-Verbindung hydrolisiert ist, welche aus einer hydratisierten Form von Aluminiumoxid (mit der allgemeinen Formel Al₂O₃ · η H₂O) besteht. Das Pulver wird verdichtet und "gesintert. Sodann kann das Pulver im heißen Zustand zu Stäben stranggepreßt oder in irgendeine andere gewünschte Form gebracht werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel dient Kupferpulver als Matrixmetall; jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern sieht die Verwendung anderer Metalle bzw. Metallgemische oder Legierungen als Matrix vor. Die Matrixmetalle brauchen auch nicht in Pulverform vorzuliegen: Beispielsweise kann die Matrix aus einer schwammartigen Metallmasse mit einer verhältnismäßig hohen Porosität bestehen. In diesem Falle wird die flüssige Substanz (etwa die Isopropoxidlösung in Toluol in dem oben beschriebenen Beispiel) unter Druck oder anderweitig in die Matrix injiziert.

Aluminiumisopropoxid wurde als geeignete Metallverbindung zur Bildung einer Lösung, die mit dem Matrixmetall gemischt wird, beschrieben. Jedoch kann jede in nichtwäßrigen Flüssigkeiten lösbare (feste oder flüssige) organische oder anorganische Verbindung, die unter Bildung eines wärmebeständigen Oxids oder Hydroxids hydrolisiert werden kann, an die Stelle des Aluminiumisopropoxids treten.

Vorzugsweise wird ein hinreichend flüchtiges Lösungsmittel verwendet, derart, daß es innerhalb einer annehmbaren Zeit und bei einer annehmbaren Temperatur ausgetrieben werden kann: Außerdem muß es auch ein ausreichend geringes Absorptionsvermögen für Wasser besitzen. Jedes Lösungsmittel, das diesen Bedingungen genügt, kann an Stelle des erwähnten Toluols Verwendung finden. Falls die hydrolisierbare Verbindung selbst eine Flüssigkeit ist, kann die Verwendung eines Lösungsmittels entbehrlich sein; in diesem Fall kann der betreffende Verfahrensschritt der Erhitzung selbstverständlich entfallen.

Das inerte Gas braucht nicht Argon zu sein; vielmehr kann jedes beliebige Gas, beispielsweise Helium, oder Gasgemisch verwendet werden, das mit der Matrix oder mit der Dispersoid-Verbindung chemisch nicht reagiert. Der Verfahrensschritt der Erhitzung kann in manchen Fällen im Vakuum ausgeführt werden.

Die Hydrolisierung kann mit beliebigen geeigneten Mitteln vorgenommen werden: Beispielsweise können feuchte Luft oder Dampf durch das Gemisch geleitet werden.

Es sei betont, daß es möglich ist, durch entsprechende Variation der Konzentration der hydrolisierbaren Verbindung in ihrem Lösungsmittel die Dicke der Dispersoid-Verbindung, d. h. der das Matrixmetall einhüllenden wärmebeständigen Verbindung, innerhalb eines weiten Bereichs veränderlich zu beherrschen. Dieser Bereich wird lediglich durch zweckmäßige Viskosität der Lösung und/oder der durch Mischen der Lösung mit dem Matrixmetall erhaltenen Aufschlämmung begrenzt. Auch eine gleichmäßige Verteilung der wärmebeständigen Verbindung in dem Matrixmetall läßt sich mit diesen Methoden in einfacher Weise erzielen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffe eignen sich besonders zur Verwendung für elektrische Zwecke; darüber hinaus eignen sie sich jedoch für beliebige andere Anwendungszwecke, für welche eine hohe Festigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen erforderlich ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines dispersionsgehärteten Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß man einem in durchlässiger Form vorliegenden Matrixmetall bzw. einer Matrixlegierung eine wasserfreie Lösung einer hydrolisierbaren Verbindung, die bei Hydrolisierung eine wärmebeständige Verbindung bildet, zusetzt, daß man sodann das Lösungsmittel verdampft, die hydrolisierbare Verbindung hydrolisiert und schließlich das Gemisch aus dem Matrixmetall bzw. der Matrixlegierung und der wärmebeständigen Verbindung zu einem Festkörper verfestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wasserfreie Lösung von Aluminiumisopropoxid (A1(OC₃H₇)₃)₄ hydrolisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrolisierbare Verbindung in Toluol gelöst wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserfreie Lösung der hydrolisierbaren Verbindung in Kupfer als Matrixmetall eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmetall bzw. die Matrixlegierung in Teilchenform eingesetzt und mit der wasserfreien Lösung der hydrolisierbaren Verbindung innig vermischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Matrixmetall bzw. eine Matrixlegierung mit einer Teilchengröße von etwa 1 Mikron oder darunter verwendet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmetall bzw. die Matrixlegierung in Form einer schwammartigen porösen Masse eingesetzt wird, welcher die wasserfreie Lösung unter Druck injiziert wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der

5 6

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

9. Verfahren nach einem oder mehreren der

zeichnet, daß das Matrixmetall bzw. die Matrix- vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

legierung und die wasserfreie Lösung der hydro- zeichnet, daß die hydrolisierbare Verbindung zur

lisierbaren Verbindung in einer inerten Gas- Hydrolisierung mit einem wasserhaltigen Gas

atmosphäre zusammengebracht werden. 5 oder mit Dampf in Berührung gebracht wird.