DE1621601A1 - Pulvermetallurgisch hergestellte Werkstoffe fuer hohe Temperaturen - Google Patents

Description

• 1,>ulvernietallur,i.risch'her-res,tellte Werkstoffe für hohe-Temperaturen. Die hervorragenden Zunderbeständigkeitseigehschaften-der Disili#r-ide der Metalle der IV. bis VI. Gruppe:des periodischen Systems lassen diese Verbindungen als - geeignete- -'#ierIcLstoff e für höchste -Arbeitstdm,-.)er-.,#ture n erscheinen. Es. wurden -#lu-cii derarti-e cz 1.L:-#terialieii bereits als Heizleiter für- Temperaturen bis zu 1700, C, -#Orgeschlajen. Die ;jili-Zide zei, en metallische Leitfähigh.eit und es hat sich ergeben, daß der spez--6 liid2e-rsta-ndvorhältnismäßig niedere Jerte aufweist. Dadurch-ist-eine sehr große Stromaufnahme bedingt, was für Heizleiter', die -infolge ihrer Sprödigkeit nur auf pulve-£metallurgis-dhem-'#iege erzeugt und,nicht nachverformt-werden können und.Kindestquerschnitte wegen der geringen Festigkeitswerte aufweisen müssen, von begonderem Nachteil. Außerdem sind derartige Silizidwerkstoffe wegen ihrer porösen Ausbildung bekannt. Im Ialig-geitglUül-betrieb erleiden diese Silizide eiue-wäitere-Versprödung durch Kornvergröberung.
• Es konnte nun gefunden werden, daß die Eigenschaften der Silizidwerkstoffe für hohi# Arbeitstemperaturen und vor allein die Verweildbarkeit derselben als Heizieiter entscheidend-verbessert werden, wenn diese Silizidwerkstoffe mindestens zu 0,5 Vol»79' und

  maXimal zu 50 Vol.ic", vorzu,#sweise jedoch zu 5-10 Vcl.;#, au#,

  oder mehreren hochsüluuelzenden Cxyden der II. bi,-j !V.

  VI. Gruppe des pe,riodi.,;cilen #Jystems-bestehen. Jie

  dieser kombinierten Oxj-d-,r.'11i2;id-Werl!.-stof-Ce erfol#rt iii an si.,:-.L

  bel,#am-it.er--ge-'ise durch Vermahlen der 'j'Ilizi(le i;,#i,u den Lxyclr,ii

  V#-r,-Dress"uig .uid S.#iiterung in ilich-boxydiercilcl-,r#--# l#U-rc"

  evelltuell durch Dol)l)elpres#"uiij oder Heisspressung -3,-ler

  sinterung.

  .iUs ox:Irdisch e- Komponenten sind nur soluhe Oxyde,

  weder von den Siliziden in stärkorem Ausmaß reduziert

  no,#h mit der--sich bildenden unber mit Voliiiii3-j#,r-

  #Inderunjon ver - otuidenen ULivi-#,iidluiil"-en reagieren oder üeren -'r-

  weic2-i-anE,si-,un!-.t erniedrigen. Besonders si#!h Cr"G-#;9-

  Be0, ZrG-, weiche-- letztere mit etaa 5 '7,' Caü, od!-:,r

  -tabilisiert war, 11fC ThC und die Cxyde der se-Iterien

  21 2

  vor allem La 20 3 und Ce0 2* Des weiteren sind die rLc-u-"-ralen ')il-»L-!La-U'r"

  von Aluminium (Hullit), Magnesium (Forsterit) und r#'jirkon

  als Oxydkomponen-ten besonders gut geeignet. Durch den OxydL--eh,--Llu'

  wird. im Silizidwerkstoff sowohl eine Verdichtun- I-oren-

  volumen) als auch ein größerer elektrischer iliderstaüd erreicht

  und darilber hinaus das Kornwachstum bei der lIochteral-)r-raturbec-.,11-

  spruchung weitgehend hintengehalten.

  Als Beispiel kann angeführt werden,- daß das Poi#envolumen eines

  reinen WSi 2 -Sinte rkörpers bei'einem Preßdruck von 10 t/cm 2 und

  Sinterung bei-1800 0 G 35 Vol.7ü' beträgt.--Das 13orenvolumen eines

  unter den gleichen Bedingungen hergestellten Sinterwerkstoffes

  auf Basis WSi 2 mit einem Gehalt von 15 Vol.iG# Cr2 0 3 beträgt jedoch

  nur 12 Vol.ic#.

  Als Beispiel für-die Verminderung der Leitfähigkeit kann-angege-

  ben werden, daß ein MoSi -Sinterkörper bei einem Preßdruck von

  2 2 0

  5 t/em und einer Sinterung bei 1700 C einen spezifischen Wi-

  derstand von o,8.lö -3_acm aufweist. Der erfindungsgemäße kombi--

  nierte Werkstoff auf Basis MoSi 2 mit 6 Vol.% Be-0 weist ein-en spe-

  -3

  #b!idei--stDIld von 2,-o. 10 -(2 cm und der mit 4.;o Vol.g.') Be0

  voll 1,1.lo«>#5-aoni auf. -

  der.Grobl---lowiibilduiii# üben. bereits Gehalte völl'o,5 Vol.,;#'

  der an..eführten Üxyde einen deutlichen günstigen 13influß aus.

  Darüber hinaus honnten nach- vo.rliegeiider Erfindung Werkstöffe

  entwichelt wärden, -welche aus-, Zonenverschiedenen Oxydgehaltes

  bestehen. Jiese wedsen in der lIochtenl-.-)eraturzone den,größten Wi-

  derstand auf #,iülli7eiid die Stromanschlußkontaktflächen aus Oxyd-

  armen bzvi. sogar aus oxydfreierd Oilizid bestehen. -Iii der beilie-

  Jendeil -Abbildung sind als B eispiele drei Anordnungen mit bewährter

  C;zydabs'u-# u'L'tu-ig #v,-icdcri#egebeii.* Dabei hat sich überräsilieliderweise

  gezeigt, daß der v öm oxydarmen zum oxydreLchen Silizid-

  %vei,!;.ßto.ff absolut -fest ausgebildE#t ist.

  Es des #-.-eiteren gefunden #mierdeng daß durch einen Chroinge-

  halt in den erfindun,#--sgemäßeii kombinierten Hochtemperatur- und

  n die. Verd-ichtung, und-die mecha-i -iisellen Eigen-

  schaften entscheidend verbessert werden können. -Darübe-r hinaus

  i#.reist elin derptrtiger kombinierter -Chrom enthaltender 'Werkstoff

  O-Liie L..anz ausgezeichllete Bestz*?jldig-l#,--ei-t gegen chemischen Au-riff

  von Chlor und 3a!zsäure auch bei- höheren# Temperatu2#en sowie gegen

  schwCächer I kor rodie . reilde Case- uÜd'-. si-,imtli#c-he Hineral s äuren außer

  21 u s s U r e auf. Es £1-,'oiu-ite gefunden werden, dafz bei er- ii1cLun,-

  Esg

  raäß Icombi.Liierten ',.er-,--,stoffen -auf Basis. MoSi ein. Ohrom-ehalt vo n

  2,

  5 o `io 1 .15 b7'ö--oIeii 'a . Uf die Hartst - ö - 'Lflcomponente', -#'-o-rnelimlieli ein-

  s,ol#ridr von"5-5o 'Vol.""# anzustreben ist.

  i Chi #'-Iia-t- s'-i ch be i 7 erwenduiig 'de . r erfiiidung*ägem äßen W rkstoffe

  äls H,#izleite*r*, 9

  e ".ezeigt daß sieh eiiiepreßtä und mitgääiliiette

  Xontaktflächen aus Chrom sehr gut bewähren,'da diese beistramm

  sitzenden GegenIzontakten einen dauernden nicht unterbrochenen

  ,-itröIüdu,#rchg-ähg gdWähi#l(#iäte'n.' 'Es hat sich gezeigt, daß auch, -eine

  teiMief b' ÜmliÜilun - --de ß --'-Siliz-:Ldheiz-

  L-an#2e oder e g s erfinduügsgema en

  j leiters mit einer dünnen Chromschicht die Festigkeitseigenschaften desselben bedeutend verbessert und außerdem die darunter liegende Heizleiteroberfläche durch Chrom-Eindiffusion verdichtet. Ein ausgezeichnetes Verfahren zur-Herst,ellung der eingepreßten Chromkontakt'flächen und Chromhüllen besteht darin., daß die Chromteile aus Chrompulver leicht. gepreßt und ohne zu sintern mi t dem Heizleiterwerkstoff neuerlich verpreßt und mit diesem gemeinsam gesintert werden. Schließlich-ist es gelungen, kombinierte Werkstoffe-nach der vorliegenden.Erfindung ganz allgemein nach der in bekannter Weise durchgeführten Sinterbehandlung im.Schutzgas durch Warmformgebung bei,Tämperaturen oberhalb 1200 0 C ohne Schutzgasbehandlung zu verdichten. Ein Mobi2-Werkstoff mit lo Vol.% Be0 und 5 Vol.% Cr2 0 - - 0 3 konnte z. B, durch schwaches Pressen bei 1400 C auf ein Restporen-Volumen von nur 5 % verdichtet werden.
• Endlich ist es gelungen, Einzelteile aus erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffen,-durch elektrische Schweissung zu kombinierten Formteilen zu verbinden. Die Schweißstellen sind gut stroml eitend und 'festhaftend. Auf diese Weise gelingt es z. B. auch, Heizelemente a14s verschieden oxydhaltigen Einzelteilen zusammenzuschweissen und dadurch.die Heizleitertemperatur in Heizelementen bei gleicher Stromaufnahme und-Strahlungsfläche zu variieren.
• Für Schweißstellen, die nicht einer Höchsttemperaturbeanspruchung ausgesetzt sind,- hat sich die Verwendung von Chrom als Schweißflächenzwischenschicht bewährt. Es genügt hierzu z. B., eine Anreicherung der Schweißflächen mit'Chrom-. Die obere Temperaturgrenze für die Verwendung im Innern der Schweißstellen liegt hierfür allerdings bei etwa 1900 0 C.
• Typische Artikel aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen sind Heizelemente, Verbrennungsrohre, Sprühdüsen, Thermoelementschutzrohre.,. Brennerköpfe-, Teile-von Gasturbinen, Hochtemperatursäureventile uswä Auch können ze B. SiC-Heizleiter'mit den-erfindungsgemäßen lolerkstoffen als in der Heizzone beständige-.Stromzuführuligskontakte verbunden werden.- Auch sind die erfindungsgemäßen Werkstoffe als Stromzuführungskontakte für an sich bekannte oxydische Höchsttemperaturheizleiter 'verwendbar.
• Nachstehend sind anhand der Zeichnung zwei-Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Figur 1 und 2 zeig-ei!-j-e einen Heiz.-stab mit rechteckigem Querschnitt für einen elektrischen Iiiderstandsofen. Bei dem Heizstab nach Figur-1 besteht--der Glühteil 1 aus-60 q# HoSi2 und 4d cifü Metallaxyjl- während die gut leitenden Anschlußenden 2 nur 5 % Metalloxyd und 95 jdo MoSi2 enthalten.-Um einen guten Stromübergang an d.en Anschlußenden zu-erhälten,. sind Kontaktflächen.3 vorgesehen, die nur aus dem-gut leitenden KoSi2 bestehen.
• Der Heizstab-nach Figur, 2 wird von einem durchgehenden XoSi 2- » Körper 3 gebi - ldet, der in.seinem.Glühteil 1 mit-einer Schicht aus 60 % MoSi2-und. 40 #a,-i-letalioxyd umpreßt ist. -Die Kontaktflächen beßtehen-aus einer auf den Körper 3 aufgebrachten Chromschicht 4.

Claims (2)

1. T a t e n t a n s p r Ü c . h e 1. Pulvermetallurgisch auf Basis der Disilicide der-Kietalle der IV. bis VI. Gruppe des periodischen Systems-hergestellte stücke für hohe TeiTperaturen, insbesondere -elektrischle leiter,-dadurchgekennzeichnet, daß diese Wer.11-,stüche mindestens zu &i5 Vol.ic-i -und maximal zu 50 Vol./-', «Vo!'ZU,','01,'ieis(-- je- doch zu 5-4o Vol.ci4a aus einem oder mehreren ho,-#h--chmelzen#2.en Oxyden der M-bis IV.-und/oder Vl. Gruppe d . e s j" e r i o d i s- en Systems bestehen.
2. 2. Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die11120 als Oxydkomponente ChromoXyd (Cr 2 0 3 ) enthalten. 3. Werkstückenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Berryliumoxyd als Oxydkomponente enthalten, 4. Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennz-eichnet, daß diese mit 5 % Kalziumoxyd oder 1,lagnesiumoxyd oder Siliciumoxyd stabilisiertes Zirkgnoxyd als Oxydkomponente enthalten. 5. Werkstücke nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnete daß diese Hafniumoxyd und/oder Thoriumoxyd als Oxydkomponente enthalten. 6, Werkßtücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeit-iiet#. daß diese Oxyde der seltenen Erden, vornehmlich des lantha-ns und/Oder Gers als Oxydkomponente enthalten. 7. WerlrestUcke nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeiclu---lät, daß diese neutrale Silikate des Aluminiums, und/oder Zir!#ons und/cder crithalten. t -re -Ansprüchen, da- Terks dk2 nach Anspr eh 1 und den f olgenden durz:h daß diese aus Zonen mit verschiedenen Cx3rdgeh-,ilt,-.u bestehen. 1,1c22 -.tücke -uaeli Inspruch 1 -und den folgenden Ansprüchen,-da- durch gekennzeichnet, 'daß diese neben der Oxyd I komponente und der als liolybdändizili.ei:d eingebrachten Hartstoffkomponente eine,n. Chromgehalt von 1-5o V ol.##o vornehmlich 5-5o Vol40 be- zogen auf -die Disilieidkomponente enthalten, lo. '.,vlex#is.tücke nach Auspruch 1 di e als Heizleiter verwendet-werden, dadurch ZeL-ennzeielmet,-daß die WerkstUcke zum-Stromanschluß in an sich bekannter Iffeise aufgebrachte Kontaktflächen aus Metallischem Chrom aufweisön. nach Lnspruch---1 bis lo, dadurch gekennzeichnete daß die Verkstücke mIt einer festhaftenden verschwöißten#Chrom- hälle -umgeben- sind. 12. iierli:stücke nach Anspruch lo und. 11,-dadurch gekennzeichnet, daß die Chror-afl-.7#--chen bz-%-r. Clixomhüllen- auf -pulvermet-allurgischem Wege hergestellt und erneut mit den übri gen Werkstückteilen -verj-reßt und gemeinsam mit diesen gesintert sind. 13. Werkstücke nach Anspruchs 1 bi's- 12, dadurch gekennz eichnet, daß die Werkstücke aus zusammengeschweißten Einzelteilen bestehen. 14. WerIzstücke nach Anspruchl bis 13, insbesondere Heiz.ele-mente, dadurch gekennzeichnet, daß,die Verkstücke aus durch-Behw-e-issung -untereinnnder leitend verbundener Teile-ünterschiedlichen OxydgehaItes bestehen. 15. Werkstücke nach Anspruch 1-bi 149, dadurch gekennz-i hnet daß die Schweißstellen der Iferkstücke -mit Chrom legierf'sind bzw. eine Ch-.omzi",ischenschicht enthalten-,