DE1671125C3 - Verfahren zur Herstellung von gesinterten Körpern aus Pulvern nicht nuklearen, feuerfesten Metalls oder feuerfester Karbide oder Nitride eines nicht nuklearen Metalls - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von gesinterten Körpern aus Pulvern nicht nuklearen, feuerfesten Metalls oder feuerfester Karbide oder Nitride eines nicht nuklearen MetallsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Korpern aus Pulvern
nicht nuklearen, feuerfesten Metalls oder feuerfester Karbide oder Nitride eines nicht nuklearen Metalls,
gemäß dem das eine Korngröße unter 10 μπί aufweisende
Pulver zunächst verdichtet und anschließend der geformte Körper in einer Edelgasatmo-Sphäre
gesintert wird.
Eine solche Ar·, des Sinterns ist für Aluminiumoxid
beispielsweise aus »Journ. of the American Ceramic Soc«, Vol.45, 1962, Nr. 3, bekannt. Es
müssen jedoch dabei relativ hohe Sinterlemperaturen verwendet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sintern von Körpern aus den eingangs genannten Materialien
zu einer hohen Dichte bei niedrigeren Temperaturen zu ermöglichen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Verdichten des Ausgangsmaterials in einer Edelgasatmosphäre
durchgeführt wird, welche weniger als je 20 mg 1 Sauerstoff und Wasserdampf enthält, und
daß das Sintern in einer Edelgasatmosphäre, die weniger als je 10 mg 1 Sauerstoff und Wasserdampf
enthält, bei einer vom verwendeten Material abhängigen, 1700 C nicht überschreitenden Temperatur
vorgenommen wird. Zweckmäßig wird das Material vor dem Verdichten in einer Kugelmühle in einer im
wesentlichen der während der Verdichtung verwendeten Atmosphäre gleichenden Gasatmosphäre gemahlen,
und als Sinteratmosphäre wird Argon mit einer Beimengung von weniger als je 2 mg/1 Sauerstoff
und Wasserdampf verwendet.
Wenn auch die bevorzugte Korngröße von den Materialien, welche verwendet werden, abhängt, soll
allgemein die Korngröße mancher Materialien 5 μΐη
nicht überschreiten. Außerdem sollte die oberflächliche Oxydation der Partikeln minimal sein und
somit die Sauerstoffaufhahme, welche auf die oberflächliche
Oxydation zurückzuführen ist, kleiner als 1 Gewichtsprozent und vorzugsweise kleiner als etwa
03 Gewichtsprozent sein.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Anwendungsbedingungen, d. h. Mahldauer und Sinten -*temperatur,
von dem jeweils verwendeten Ma' Λ abhängen
und daß bei einigen Materialien die erforderliche Mahldauer zum Erreichen der gewünschten
Korngröße sehr kurz sein kann, während bei anderen Materialien die gleiche Korngröße nur nach langer
Mahldauer erreicht wird.
Einige Materialien können auf eine ausreichende Dichte bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen
gesintert werden, beispielsweise kann rostfreier Stahl bei 1250" C gesintert werden, während bei anderen
Materialien Sintertemperaturen bis zu 1700 C bevorzugt
werden können.
Die vorliegende Erfindung kann sich auf das Sintern eines weiten Bereichs von feuerfesten Metallen
erstrecken, wie rostfreiem Stahl, Molybdän- und Wolframkarbid, wie Titan-, Zirkonium- und Niobkarbiden
und gleichartigen Materialien wie feuerfesten Nitriden. In vielen Fällen können Dichten weit über 90% des
theoretischen Wertes erreicht werden, wobei Sintertemperaturen von nicht mehr als 1700° C benötigt
werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nunmehr verschiedene Ausfuhrungsarten
in den nachfolgenden Beispielen ausgeführt.
Beispiele 1 bis 11
Eine Anzahl von Proben von Titanium- und Zirkoniumkarbid wurden einzeln erfindungsgemäß behandelt.
Die Zusammensetzungen der verschiedenen Karbide sind in Tabelle 1 dargestellt, und es sei
darauf hingewiesen, daß der Kohlenstoffgehalt von einigen dieser Materialien sich bedeutend ändern
kann, ohne daß die Bildung einer zweiten Phase eintritt.
Zusammensetzung | Sauerstoff | Einzelphasen- | |
(Gewichts | Zusammen- | ||
prozent) | setzungs- | ||
Material | Karbid | Kohlenstoff- | |
(Gewichts | 0,07 | Bereich (Gewichts- |
|
prozent) | \ VJ*■ TT IWl lld Drozentl |
||
0,05 | γ* ■ V £»w 11I J | ||
Titanium- | 17,7 | ||
karbid ... | - 8 20,5 | ||
Zirkonium | 10,9 | ||
karbid ... | 7,6 -11,64 | ||
Jede Karbidprobe wurde in einer Wolframkarbid-Schüttelmühle mit Wolframkarbidkugeln gemahlen,
wobei unterschiedliche Mahldauern Für jede Probe angewendet wurden.
Das Pulver wird dann zu Pellets in 6,35 mm im Durchmesser aufweisenden Wolframkarbid - Formwerkzeugen
bei einem Druck von 3,15 t/cm2 ausgepreßt. Eine l%ige Lösung von Stearinsäure in
Propylalkohol wurde als Formwandschmiermittel verwendet, wodurch die Herstellung von fehlerfreien
Pellets ohne die Verwendung eines Bindemittels ermöglicht und außerdem das Anhaften des Pulvers
an der Form verhindert wurde.
Die Pellets werden dann 4 Stunden lang in strömendem Argon in aufgekohlten Molybdänschiffchen
in einem gasdichten Aluminiumoxid-Rohrenofen gesintert Die Argonatmosphäre zur Sinterung wurde
gereinigt, indem kommerziell erhältliches reines Argon durch ein Molekularsieb und dann über Uran bei
6500C geleitet wurde, um die Wasserdampf- und
Sauerstoffkonzentration in der Sinteratmosphäre zu ergeben, welche kleiner ab je 10 mg/1 war, wobei im
allgemeinen diese Behandlung eine Atmosphäre ergab, welche weniger als je 2 rag/l von Sauerstoff
und Wasserdampf ergibt
Die Arbeitsgänge des Zerkleinems, Mahlens, Pressens
und Einwiegens wurden in einer Anordnung
von Handschuhboxen ausgeführt, welche mit Argon hohen Reinheitsgrades gefüllt waren, welches kontinuierlich
durch eine Reinigungsanlage bei 2 bis 3 Boxbzw. Volmnenwechsel/Stunde umgewälzt wurde, wodurch
der Sauerstoff- und Wasserdampf-Gehalt des
ίο Argons unter je 20 mg/1 gehalten wurde.
Die Behandlung einer jeden dieser Proben und die erreichten Sinterdichten sind in der Tabelle II zusammengefaßt
Beispiele | Material | Schmelzpunkt |
Theoretische
Dichte |
Mahldauer
Stunden |
Sinter-
temperatur |
Dichte |
%
Theoretis. Dichte |
( C) | (g/cm3) | ( C) | (g/cm3) | ||||
1 | Titanium- | 3250 | 4,95 | 3 | 1400 | 3,90 | 79,0 |
karbid | |||||||
2 | desgl. | 3250 | 4.95 | 3 | 1700 | 4,13 | 83,6 |
3 | desgl. | 3250 | 4,95 | 16 | 1600 | 4,60 | 93,1 |
4 | desgl. | 3250 | 4,95 | 32 | !600 | 4,70 | 95,1 |
5 | desgl. | 3250 | 4,95 | 32 | 1700 | 4,70 | 95,1 |
6 | Zirkonium | 3800 | 6.70 | 4 | 1575 | 4,26 | 63,6 |
karbid | |||||||
7 | desgl. | 3800 | 6.70 | 8 | 1575 | 4,73 | 70,6 |
8 | desgl. | 3800 | 6,70 | 8 | 1600 | 4,80 | 71,6 |
9 | desgl. | 3800 | 6.70 | 16 | 1600 | 5,90 | 88,1 |
10 | desgl. | 3800 | 6,70 | 32 | 1600 | 6,00 | 89,6 |
11 | desgl. | 3800 | 6.70 | 32 | 1700 | 6,30 | 94,0 |
Es ist zu erkennen, daß mit Titankarbid eine maximale Dichte von etwa 95% des theoretischen
Wertes, mit Zirkoniumkarbid eine maximale Dichte von etwa 94% des theoretischen Wertes erreicht wird,
wobei die Sintertemperaturen von nicht mehr als 17000C verwendet wurden.
Beispiele 12 und 13
Beispiele 15 bis 18
Ein Wolframpulver wurde hergestellt sowohl durch eine Wasserstoffreduktion des Wolframtrioxids in
5 Stunden bei 850° C als auch durch Aufheizen eines Wolframpulvers mit einer Korngröße von etwa 1 μΐη
auf 9600C in einer Stunde in einem Wasserstoffstrom. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III
zusammengefaßt.
Proben von Titankarbid und Zirkoniumkarbid wurden wie in den Beispielen 4 und 10 behandelt,
außer daß eine längere Sinterzeit von 16 Stunden angewendet wurde. Die Dichten, welche erreicht
wurden, waren 4,77 g/cm3 (96,4% des theoretischen Wertes) und 6,45 g/cm3 (96,3% des theoretischen
Wertes), wobei besonders darauf hingewiesen wird, daß das Anwachsen der Sinterzeit eine leichte Steigerung
der gesinterten Dichte des Körpers zur Foige hat.
Eine Probe von Niobkarbid wurde ebenfalls gesintert. Das Material wurde etwa 20 Stunden gemahlen
und dann gesintert, um eine Sinterdichte von 7,16 g/cm3 (etwa 91,8% des theoretischen Wertes)
zu ergeben.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf die Sinterung von feuerfesten Metallen, wie in
den folgenden Beispielen weiter gezeigt wird.
15
16
17
18
16
17
18
Ausgangsstoff
WO3
WO3
Anfangs-Dichte
(g/cm3)
15,16
15,30
14.72
15.08
15,30
14.72
15.08
Sinterung ( C, Stunden)
1700; 4 1700; 4 1700; 4 1700; 4
End-Dichte (g/cm3)
18,07 18,12 18,35 18,41
In allen Fällen wurde das Pressen durch die Verwendung eines Druckes von 15,75 t/cm2 und die
Verwendung eines Formwandschmiermittels wie in den Beispielen 1 bis 11 ausgeführt. Die Sinteratmosphäre
war in allen Fällen Argon von hoher Reinheit,
und nach der Wasserstoffbehandlung wurden die Materialien in einer reinen Argonatmosphäre bearbei'·
tet. Die erreichten Dichten liegen in einem Bereich von 93,6 bis 95,4% der theoretischen Dichte.
Beispiele 19 bis 22
Proben von kommerziell erhältlichem rostfreien Stahlpulver wurden in strömendem Wasserstoff behandelt
und dann verdichtet und 4 Stunden lang bei 1250" C in reinem Argon gesintert. Die Verdichtungsdrücke und Sinterdichten sind in Tabelle IV wiedergegeben.
Verdiditungs- | Anfangs- | Gesinterte | 96,0 | |
Beispiel | Drodc | Dichte | Dichte | 96,5 |
(Von2) | (% des theoretischen Wertes) | 96,8 | ||
19 | 2,8 | 72 | 97,0 | |
20 | 5,6 | |||
21 | 8,4 | |||
22 | 16,9 | 84,5 |
Beispiele 25 bis 30
Kommerziell erhältliches Molybdänpulver wurde entsprechend den Beispielen 19 bis 22 behandelt.
Tabelle V zeigt das Ergebnis der Veränderung der Sinterungstemperatur, wobei ein Verdichtungsdruck
von 63 t/cm2 und eine Sinterdauer von 4 Stunden
angewendet wurden, während Tabelle Vl das Ergebnis der Veränderung des Verdichtungsdruckes wiedergibt,
wobei eine Sintertemperatur von 16000C für eine Dauer von 4 Stunden zur Anwendung kam.
Beispiel |
Sinter-Temperatur
( C) |
Gesinterte Dichte
(V. des theor. Wertes) |
25 26 27 |
1500 1600 1700 |
80 87,5 92 |
Tabelle VI | 20 Beispiel |
Verdichtungs-
Druck |
Anfangs-
Dichte |
Gesinterte
Dichte |
79,5 |
(t/cm2) | (% des theoretischen Wertes) | 88 | |||
28 | 2,8 | 65 | 98 | ||
25 29 | 11,3 | 78 | |||
30 | 19,7 | 81 |
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Körpern aus Pulvern nicht nuklearen, feuerfesten
Metalls oder feuerfester Karbide oder Nitride eines nicht nuklearen Metalls, gemäß dem das
eine Korngröße unter 10 μτη aufweisende Pulver zunächst verdichtet und anschließend der geformte
Körper in einer Edelgasatmosphäre gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten
des Ausgangsmaterials in einer Edelgasatmosphäre durchgeführt wird, welche weniger als
je 20 mg/1 Sauerstoff und Wasserdampf enthält, und daß das Sintern in einer Edelgasatmosphäre,
die weniger als je 10 mg/1 Sauerstoff und Wasserdampf enthält, bei einer vom verwendeten Material
abhängigen, 1700° C nicht überschreitenden Temperatur
vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material vor dem Verdichten in
einer Kugelmühle in einer im wesentlichen der während der Verdichtung verwendeten Atmosphäre
gleichenden Gasatmosphäre gemahlen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch a5
gekennzeichnet, daß als Sinteratmosphäre Argon mit einer Beimengung von weniger als je 2 mg 1
Sauerstoff und Wasserdampf verwendet wird.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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