DE1646483B2 - Verfahren zur herstellung von geformten gebilden aus zirkonkorund - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß aus einer eutektischen Mischung von etwa 58 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und etwa 42 Gewichtsprozent Zirkonoxid durch Schmelzen im elektrischen Lichtbogen ein Produkt entsteht, dessen Kennzeichen eine besonders hohe Druckfestigkeit ist. Dieses Erzeugnis, das als Zirkonkorund bekannt ist, wird in großtechnischem Maße hergestellt. Es eignet sich besonders als Schleifmittel für Hochdruckschleifprozesse. Die Schmelze wird in einem kippbaren Ofen durchgeführt. Das schmelzflüssige Gut wird in starkwandige Gießpfannen abgekippt und erstarrt infolgedessen sehr schnell. Aus der erstarrten Schmelze werden in üblicher Weise durch Brechen und Mahlen Schleifmittelkörnungen für Hochdruckschleifscheiben erzeugt.

Die Durchführung des Schmelzprozesses ist aber schwierig. Die Aluminiumoxidkomponente der Charge besteht in der Regel aus Bauxit. Da mit Kohleelektroden geschmolzen werden muß, entsteht aus den Verunreinigungen des Bauxits als Reduktionsprodukl: eine Fe-Si und Ti enthaltende Legierung, die durch Magnetscheidung aus dem aufbereiteten Schmelzgin: entfernt werden muß.

Dieser Reduktionsvorgang ist an sich ebenfalls unerwünscht, da diidurch der Wert des erschmolzenen Produktes nicht gesteigert wird. Er ist im Gegenteil schädlich, da die auch nach Aufbereitung im Schmelzgut noch verbleibenden Reste des Reduktionsproduktes bei bestimmten, weiteren Verarbeitungsprozessen stören. Es ist auch in der Regel unerwünscht, daß durch Reduktion der Anteil an TiO₂ vermindert wird. Der Reduktionsprozeß ist außerdem in seinem Ablauf schwierig zu beherrschen. Verhältnismäßig große Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung des Endproduktes und in seinen physikalischen Eigenschaften sind daher bei derartigen Schmelzen unvermeidlich.

Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von hochfeuerfesten Gegenständen bekannt, wobei rohe Zirkonerde mit geringen Mengen von bei Erwärmung stufenweise erweichenden Bindemitteln vermischt werden unu anschließend eine Brennuni bei etwa 1000° C erfolgt. Als Bindemittel kommen Wasserglas, Verbindungen von Mg, Ca und Al in Frage. Bei diesem bekannten Verfahren ist es offensichtlich unwichtig, ob bei reduzierender oder oxydierender Atmosphäre gearbeitet wird. Es resultieren Körper, welche wenig verschleißfest und deshalb als Schleifmaterial gar nicht geeignet 'lad.

ίο Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von geformten Gebilden aus Zirkonkorund, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein feinkörniges eutektisches Gemisch aus kieselsäurearmem Bauxit und Zirkouoxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung organischer Bindemittel, verformt und die so erhaltenen Produkte entweder in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1400 bis 1600⁰C sintert. Zweckmäßig verwendet man eine Mischung aus kieselsäurearmem

ao Bauxit mit einem Zirkonoxid, das mindestens 95°/„ ZrO₂ enthält, wobei mindestens 70°/₀ der Komponenten eine Korngröße unter 5 Mikron haben. Um die gemäß der Erfindung hergestellten geformten Gebilde aus Zirkonkorund zu stabilisieren, damit sie wechseln-

*5 den Temperaturen in höheren Bereichen besser standhalten, kann man den Rohstoffen vor dem Sintern 4 bis 5 Gewichtsprozent Calciumoxid, 6 bis 7 Gewichtsprozent Magnesiumoxid oder 8 bis 9 Gewichtsprozent Yttriumoxid, zweckmäßig in einer Korngröße unter 5 Mikron, beimischen.

Unter einem eutektischen Gemisch der Komponenten soll gemäß der Erfindung ein solches verstanden werden, worin 56 bis 60 Gewichtsprozent Aluminiumoxid auf 44 bis 40 Gewichtsprozent Zirkondioxid entfallen, während das genaue Eutektikum bei 58 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und 42 Gewichtsprozent Zirkondioxid liegt.

Als organische Bindemittel kommen z. B. Wachsemulsionen, Dextrin, Polyviol, Tylose, Sulfitablauge, Teer od. dgl. in Frage.

Unter einem kieselsäurearmem Bauxit soll ein solches verstanden werden, das etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent SiO₂ enthält.

Das erfindungsgemäß hergestellte Material ist besonders druck- und verschleißfest und ist deshalb prädestiniert für die Herstellung von Schleifmitteln.

Es war besonders überraschend, daß man durch Sintern eines feinkörnigen eutektischen Gemisches der erfindungsgemäß angewandten Ausgangsstoffe bei Einhaltung verschiedener ganz bestimmter Temperaturbereiche, je nachdem, ob man in reduzierender oder oxydierender Atmosphäre arbeitet, zu besonders verschleißfesten Stoffen gelangt. Nach dem Stand der Technik, insbesondere im Hinblick auf das bereits bekannte, obenerwähnte Verfahren zur Herstellung hochfeuerfestef Gegenstände war ein solches Erfolgsergebnis nicht zu erwarten.

Beispiel 1

Es wurde eine Mischung aus 3 Gewichtsteilen vollkommen trockenem Bauxit aus Holländisch-Guayana mit 2 Gewichtsteilen monoklinem Zirkonoxid hergestellt. Die beiden Komponenten der Mischung hatten eine Feinheit von 72°/o unter 5 Mikron. Die gröbsten Anteile lagen bei etwa 20 Mikron. Die beiden Stoffe hatten nachfolgende Analysenwerte:

	Bauxit ("/„I	Zirkonoxid (7n)
SiO,	2.59 6,57 3,69 0 05	1,30 0,23 0,10
Fe2O1	87,04	0,11 98,26
TiO,
CaO
A1,O3
ZrO,

Aus der Mischung wurden durch Verpressen Formteile etwa in den Abmessungen normaler Ziegelsteine hergestellt. Die anschließende Sinterung erfolgte in reduzierender Atmosphäre bei etwa 1290⁰C oder in oxydierender Atmosphäre bei 145O⁰C während etwa einer Stunde. Aus den gesinterten Formkörpern wurden in üblicher Weise durch Brechen, Mahlen und Sieben Schleifmittelkörnungen hergestellt.

Ein Maß für die Brauchbarkeit von Schleifmittelkörnungen für hohe Anpreßdrücke ist ihre Abriebfestigkeit. Sie wird festge-tellt nach einer einheitlichen, vom Batelle-Institut entwickelten und vom Verein Deutscher Schleifrnittelwerke (VDS) anerkannten und angewandten Methode. Eine Einwaage von 125 g genau gleich großer Körner (Nennkorn genannt), wird unter definierten Bedingungen so lange in einer Testkugelmühle vermählen, bis 33,3% so weit verfeinert sind., daß sie durch ein Prüfsieb fallen. Die Werte dieser Prüfung stehen in guter Übwrein timmung mit den beim Schleifen erhaltenen Ergebnissen. Daher wird die Battelle-Methode als Einheits-Methode zum Vergleich der Schleifleistung von Schleifmittelkörnungen angewandt.

Beim Vergleich der Körnung Nr. 12 aus erfindungsgemäß hergestelltem Sinter-Zirkonkorund mit der gleichen Körnung aus Zirkonkorund, der durch Schmelzen erzeugt wurde, erhielten wir folgende Werte:

Schüttgewicht
Umdrehungen

Geschmolzener
Zirkonkorund

1,920 g/l
692

Gesinterter
Zirkonkorund

1,840 g/l
2290

Trotzdem durch etwas unterschiedliche Vermahlung die Konform des durch Sintern hergestellten Zirkonkorundes ungünstiger war, lag der Wert für die Umdrehungszahl, der Kennzahl der Prüfung nach dem Battelie-Verfahren, mehr als dreimal so hoch.

Beispiel 2

Die Mischung aus Bauxit und Zirkonoxid gemäß Beispiel 1 unter Zugabe von 0,05 Gewichtsprozent eines der im Text genannten Bindemittel kann im Extruder zu Strängen mit unterschiedlichem Querschnitt verarbeitet werden. Aus diesen Strängen lassen sich Teile beliebiger Größe herstellen, die nach der Sinterung als Schleifmittel für besondere Schleifprozesse verwendbar sind.

Es lassen sich nicht nur aus dem gesinterten Produkt

Schleifmittel herstellen. Aus der plastisch verformten Mischung von Bauxit und Zirkonoxid lassen sich vieiraehr auch die verschiedensten Formkörper durch Sintern erzeugen.

Beispiel 3

Die Mischung gemäß Beispiel 1 wurde mittels eines Vibrationsaufgebers einem Granulierteller zugeführt.

ίο Während der Aufgabe wurde aus einer Zerstäube! düse eine wäßrige Lösung eines organischen Bindemittels aufgedust, bis sich im Granulierteller Kugeln der gewünschten Größe bildeten. Das Bindemittel dient dabei lediglich als Kleber zur Erzeugung der erforder-

IS liehen Rohfestigkeit. Ein Zusatz normaler keramischer Bindemittel, die eine Glasphase bilden, erfolgte nicht. Es wurde ein Granulat im Korngrößenbereich der Schleifmittelkörnungen von Nr. 10 bis Nr. 16, mit deutlichem Maximum bei den gewünschten Körnungen der Ni. 12 und 14 erhalten. Die Granulierung wurde so lange fortgesetzt, bis die höchstmögliche Verdichtung en eicht war. Die so hergestellten Pebbels waten völlig rund und zeigten an der Oberfläche keine Feuchtigkeit.

Vot dem Brennen wurden die Pebbels vorsichtig bei etwa 75°C getrocknet. Anschließend wurden sie in reduzierendei Atmosphäre bei etwa 1300°C gesintert. Die Sinterung wurde in einem diskontinuierlich arbeitenden Drehrohrofen durchgeführt. Die gesinterten Pebbels wurden rasch an der Luft abgekühlt und auf die den Standardschleifmittelkörnungen entsprechenden Größen abgesiebt.

Auch diese Pebbels zeigten bei der Prüfung nach dem Battelie-Verfahren außerordentlich hohe Abrieb- und Druckfestigkeit.

Solche Pebbels aus Sinteizirkonkoiund lassen sich vielfach verwenden. Ihre hohe Abriebfestigkeit macht sie besonders geeignet als Wärmeträger in katalytischen Prozessen. Ihre Druckfestigkeit ist vorteilhaft bei der Verwendung als Strahlmittel. Sie sind darin anderen nichtmetallischen Strahlmitteln überlegen. Gegenüber metallischen Produkten haben sie den Vorteil, daß die gestrahlten Teile nicht durch das Metall des Strahlmittels verunreinigt werden. Wegen ihres verhältnismäßig hohen Gewichtes sind sie ferner geeignet für das Entzundern und Entgraten von Teilen sowie für c!ds Verdichten und Verfestigen der zu bearbeitenden Oberflächen. Das Aussehen der durch derartige Kugeln behandelten Oberflächen ist besonders ansprechend. Die Pebbels sind ebenso auch geeignet als Mahlkugeln.

Aus Korund hoher Feinheit werden nach bekannten Verfahren oxidkeramische Teile hergestellt. Wegen ihrer hohen Abliebfestigkeit ist Oxidkeramik z. B.

geeignet für Fadenführer, Ziehkonen für Drähte, Mahlkugeln, Pumpenteile od. dgl. Die mechanischen Eigenschaften, besonders die Verschleißfestigkeit, solcher Teile können wesentlich verbessert werden, wenn sie aus Sinter-Zirkonkorund bestehen. Die hohe Druck- und Abriebfestigkeit macht Sinter-Zirkonkorund auch geeignet als Verschleißschutz, ζ. Β. bei der Auskleidung von Mühlen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von geformten Gebilden aus Zirkonkorund, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feinkörniges eutektisches Gemisch aus kieselsäurearmem Bauxit und Zirkonoxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung organischer Bindemittel, verformt und dif so erhaltenen Produkte entweder in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1250 bis 1500⁰C, vorzugsweise 1280 bis 1400° C, oder in oxydierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1400 bis 1600°C sintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus kieselsäurearmem Bauxit mit einem Zirkonoxid, das mindestens 95°/o ZrO₂ enthält, verwendet, wobei mindestens 70% der Komponenten eine Korngröße unter 5 Mikron haben.