DE1646483C3 - 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 fur Hochdruckschleifprozesse Die Schmelze wird in einem kippbaren Ofen durchgeführt Das schmelzflussige Gut wird in starkwandige Gießpfannen abgekippt und erstarrt infolgedessen sehr schnell Aus der erstarrten Schmelze werden in üblicher Weise durch Brechen und Mahlen Schleifmittelkornungen fur Hochdruckschleifscheiben erzeugt

Die Durchfuhrung des Schmelzprozesse;, 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 Reduktionsprodukt eine Fe-Si und Ti enthaltende Legierung, die durch Magnetscheidung aus dem aufbereiteten Schmelzgut entfernt werden muß

Dieser Reduktionsvorgang ist an sich ebenfalls unerwünscht, da dadurch 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 Gegenstanden bekannt, wobei rohe Zirkonerde mit geringen Mengen von bei Erwärmung stufenweise erweichenden Bindemitteln vermischt werden und anschließend eine Brennung 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 Korper, welche wenig verschleißfest und deshalb als Schleifmaterial gar nicht geeignet sind

Das Herstellen von hochfeuerfesten Gegenstanden, ζ B Tiegel, durch Sintern von Formlingen aus reinem Aluminiumoxid ist bekannt Es ist auch bekannt, daß man dabei sehr hohe Temperaturen anwenden muß Die

ίο Erzeugnisse sind zwar bei hohen Temperaturen korrosionsbeständig, besitzen aber infolge eines grob kornigen Gefuges eine unbefriedigende Bruchfestigkeit Zur Erniedrigung der Sintertemperatur wurde auch schon vorgeschlagen, dem hochreinen Aluminiumoxid Stoffe zuzusetzen, die mit ihm unter Bildung leichter schmelzender Verbindungen reagieren und dadurch das Dichtbrennen des Scherbens bei geringeren Brenntemperaturen ermöglichen sollen Als Zusatzstoffe werden ζ B BeO, MgO, ZrO₂, ThO₂ in Mengen von etwa bis/u 5 Gewichtsprozent vorgeschlagen (vgl Glas Email Keramo-Technik, Heft 5, Mai 1954, S 181) Derartige Sinterkörper sind jedoch ebenfalls infolge des grobkor nigen Gefuges wenig bruchfest Zur Herstellung verschleißfester Formkörper sind derartige Mischungen nicht geeignet

Zur Losung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, konnte auch der US PS 30 25 175 nichts entnommen werden Der US-Patentschrift liegt die Aufgabe zugrunde, warmeschockfeste keramische Formkörper herzustellen Zur Losung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, einem hochfeuerfesten Stoff einer Korngroße von 100 bis 300 mesh (152 bis 53 μ) einen grobkörnigeren hochfeuerfesten keramischen Stoff einer Korngroße grober als 200 mesh bis 22 mesh (>76μ) in einer Menge von 10 bis 50 Volumprozent zuzusetzen und dieses Gemisch zu sintern Als keramische Stoffe werden unter anderem Bauxit und stabilisiertes Zirkonoxid genannt Wie den Beispielen der US Patentschrift zu entnehmen ist, wird die Druckfestigkeit der gesinterten Formkörper durch die Einlagerung der grobkörnigen Stoffe in die feinkornige Matrix stark vermindert Auf Grund ihrer mangelnden Druckfestigkeit kommen derartige Sinterkorper fur solche Einsatzgebiete nicht in Frage, bei denen sowohl eine hohe Abnebfestigkeit als auch eine hohe Druckfestigkeit verlangt wird

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten, geformten Gebilden aus Zirkonkorund, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein feinkorniges eutektisches Gemisch aus kieselsaurearmem Bauxit und Zirkonoxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung organischer Bindemittel, verformt und die so erhaltenen Produkte entweder in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1250 bis 1500° C, vorzugsweise 1280 bis 1400°C oder in oxydierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1400 bis 1600°C sintert Zweckmäßig verwendet man eine Mischung aus kieselsaurearmem Bauxit mit einem Zirkonoxid, das mindestens 95% ZrO₂ enthalt, wobei mindestens 70% der Komponenten eine Korngroße unter 5 Mikron haben Um die gemäß der Erfindung hergestellten geformten Gebilde aus Zirkon korund zu stabilisieren, damit sie wechselnden 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 Yttnumoxid, zweckmäßig in einer Korngroße unter 5 Mikron,

beimischen

Unter einem eutektischen Gemisch der Komponen ten soll gemäß der Erfindung ein solches verstanden werden, worin 56 bis 60 Gewichtsprozent Aluminium oxid auf 44 bis 40 Gewichtsprozent Zirkondioxid entfallen, wahrend das genaue Eutektikum bei 58 Gewichtsprozent Aluminiumoxid und 42 Gewichtsprozent Zirkondioxid hegt

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

Unter einem kieselsaurearmen Bauxit soll ein solches verstanden werden, das etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent SiO₂ enthalt

Das erfindungsgemaß hergestellte Material ist beson ders druck- und verschleißfest und ist deshalb prädestiniert fur die Herstellung von Schleifmitteln

Es war besonders überraschend, daß man durch Sintern eines feinkornigen eutektischen Gemisches der erfindungsgemaß angewandten Ausgangsstoffe bei Einhaltung verschiedener ganz bestimmter Tempera turbereiche, je nach 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 /ur Herstellung hochfeuerfester Gegenstande 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 monokhnem Zirkonoxid hergestellt Die beiden Komponenten der Mischung hatten eine Feinheit von 72% unter 5 Mikron Die gröbsten Anteile lagen bei etwa 20 Mikron Die beiden Stoffe hatten nachfolgende Analysenwerte.

	Bauxit	Zirkonoxid
SiO-'	2,59	1,30
Fe.'Oj	6,57	0,23
T1O2	3,69	0,10
CaO	0,05	—
ΑΙΌ3	87,04	0,11
ZrO.'		98,2b

Batteile Methode als Einheits-Methode zum Vergleich der Schleifleitung von Schleifmittelkornungen angewandt

Beim Vergleich der Körnung Nr 12 als erfindungsgemaß hergestelltem Sinter Zirkonkorund mit der gleichen Körnung aus Zirkonkorund, der durch Schmelzen erzeugt wurde, erhielten wir folgende Werte

10 Geschmolzener 7irkonkorund

Gesinterter 7irkonkoiund

Schuttgcwicht
Umcliclnmgcn

1,920 g/l
692

1 840 g/l 2290

35

40

45

Aus der Mischung wurden durch Verpressen Formteile etwa in den Abmessungen normaler Ziegelsteine hergestellt Die anschließende Sinterung erfolgte in reduzierender Atmosphäre bei etwa 1290°C oder in oxydierender Atmosphäre bei 1450⁰C wahrend etwa einer Stunde Aus den gesinterten Formkorpern wurden in üblicher Weise durch Brechen, Mahlen und Sieben Schleifmittelkornungen hergestellt.

Ein Maß fur die Brauchbarkeit von Schleifmittelkornungen fur hohe Anpreßdrucke ist ihre Abriebfestigkeit. Sie wird festgestellt nach einer einheitlichen, vom Battelle-Institut entwickelten und vom Verein Deut scher Schleifmittelwerke (VDS) anerkannten und angewandten Methode Eine Einwaage von 125 g genau gleich großer Korner (Nennkorn genannt), wird unter definierten Bedingungen so lange in einer Testkugelmuhle vermählen, bis 33,3% so weit verfeinert sind, daß sie durch ein Prufsieb fallen Die Werte dieser Prüfung stehen in guter Übereinstimmung mit den beim Schleifen erhaltenen Ergebnissen Daher wird die Trotzdem durch etwas unterschiedliche Vermahlung die Kornform des durch Sintern hergestellten Zirkonko rundes ungunstiger war, lag der Wert fur die Umdrehungszahl, der Kennzahl der Prüfung nach dem Batteile 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 Große herstellen, die nach der Sinterung als Schleifmittel fur 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 vielmehr auch die verschiedensten Formkörper durch Sintern erzeugen

Beispiel 3

Die Mischung gemäß Beispiel 1 wurde mittels eines Vibrationsaufgebers einem Granulierteller zugeführt Wahrend der Aufgabe wurde aus einer Zerstäuberdüse eine wäßrige Losung eines organischen Bindemittels aufgedust, bis sich im Granulierteller Kugeln der gewünschten Große bildeten Das Bindemittel dient dabei lediglich als Kleber zur Erzeugung der erforderh chen Rohfestigkeit Ein Zusatz normaler keramischer Bindemittel, die eine Glasphase bilden, erfolgte nicht Es wurde ein Granulat im Korngroßenbereich der Schleifmittelkornungen von Nr 10 bis 16, mit deutlichem Maximum bei den gewünschten Kornungen der Nr 12 und Herhalten Die Granulierung wurde so lange fortgesetzt, bis die höchstmögliche Verdichtung erreicht war Die so hergestellten Pebbels waren völlig rund und zeigten an der Oberflache keine Feuchtigkeit.

Vor dem Brennen wurden die Pebbels vorsichtig bei etwa 75°C getrocknet Anschließend wurden sie in reduzierender Atmosphäre bei etwa 1300⁰C gesintert Die Sinterung wurde in einem diskontinuierlich arbeitenden Drehrohrofen durchgeführt Die gesinterten Pebbels wurden rasch an der Luft abgekühlt und auf die den Standardschleifmittelkornungen entsprechen den Großen abgesiebt.

Auch diese Pebbels zeigten bei der Prüfung nach dem Batteile Verfahren außerordentlich hohe Abrieb und Druckfestigkeit

Solche Pebbels aus Sinterzirkonkorund lassen sich vielfach verwenden Ihre hohe Abriebfestigkeit macht sie besonders geeignet als Warmetrager in katalytischen Prozessen Ihre Druckfestigkeit ist vorteilhaft bei der Verwendung als Strahlmittel. Sie sind dann 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 fur das Entzundern und Entgraten von Teilen sowie für das 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 Abriebfestigkeit 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, z. B. bei der Auskleidung

ίο von Mühlen.

Claims (2)

1. Patentansprüche·

   1 Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten, geformten Gebilden aus Zirkonkorund, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feinkorniges eutekttsches Gemisch aus kieselsaurearmem Bauxit und Zirkonoxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung organischer Bindemittel, verformt und die so erhaltenen Produkte entweder in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1250 bis 1500° C, vorzugsweise 1280 bis 1400° C, oder in oxydierender Atmosphäre bei Temperaturen von 1400 bis 1600^DC sintert
2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man eine Mischung aus kieselsaurearmem Bauxit mit einem Zirkonoxid das mindestens 95% ZrO₂ enthalt, verwendet, wobei mindestens 70% der Komponenten eine Korngroße unter 5 Mikron haben