DE1671657A1

DE1671657A1 - Hitzebestaendige Dispersion und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE1671657A1
Application number: DE19651671657
Authority: DE
Inventors: Yates Paul Clifford
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1964-06-01
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1971-10-21
Also published as: GB1039365A; US3409417A; CH477379A; AT262633B; FR1450562A

Description

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S.I« Du POHT DB ÄKMDÜHS AIB OOMPASY 10th and Harket Streets,■ WilBingtoa 98, D-slaware» Y.3t.A.

* HitBebeatändlge Diepereion und Verfahren eut Herstellung derselben

Die Srfindung betrifft hitaebeetfindig· Diaperiionen, die Molybdän, Wolf ran, ciiroa, Hheniuaj, 51 β en, Kobalt, Ilokel und bew. oder Legierungen dereelben enthalten, und in denen SiIioiustnitrld und ein PreeeiiilfeBittel au· der Sruppe JU^neeiu»- nitride Lithiumnitrid, Aluainiuiaoiyd, Mftgnesiusoxyd, 3ilioiuadioxyd, Boroxyd und der oxydischen Spinelle vonsweiwertigen Oxyden, wie Wagnesiumoxyd, Eisenoxyd, Kobaltoxyd und Hiokeloxyd, eit dreiwertigen Oxyden, wie Alusiniumoxyd, Bieenoxyd und Chrom(III)-.oxyd mit der Mae θ gäbe, daee da· zweiwertige und das dreiwertige Oxyd nicht das Oxyd de« gleichen Metalle« ist, verteilt*sind. Die Erfindung bezieht eich ferner auf die

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Harstelliasg dieser Dispersionen wa.d ihre Verwendung als feoohteinperaturbestäadlge Kassen und Schneidwerkzeuge.

Die für die Dispersionen geiaäss der Erfindung geeigneten Metalle sind Molybdän, Wolfram, Chrom, Hhenium, Eisen. Kobalt, Nickel und Legierungen derselben. Zusammen mit diesen Metallen können, wie nachstehend erläutert» geringe Mengen an anderen, üblichen Legierungsbildnern verwendet werden. Das SilitsiuBnitrid kasn für sich allein oder im Gemisch mit anderen

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beatändigen hitsjebes tändigen Verbindungen verwendet werden«

Unter einem ^BPresshil£smitteX^w ist ein Mittel au , welches das Verpressen unterstützt. Zu den für die erfindungsgemässen Dispersionen geeigneten Presahilf sißitteln gehören Mtzebeständige Yerbindungen, wie Kagnesiumnitrid, LithiuB-nltridj Äluniniusnoxyd, MagnesiiSBO-j^ö» Silieiuiadioxyd, Boroxyd und die oxydiachen Spinelle, die aus einem zweiwertigen Oxyd, wie MagneeiuBHHEyd, Eisenoxyd, Eobaltoxyd oder Niokeloxyd, mit etwa äquiBolekiilaren Mengen einee dreiwertigen Oxyds, wie AluniniuiBQxyäv Bisenoxyd oder 0hroa(IIX)-oxyd, bestehen, mit der Massgabe» dass das zweiwertige und das dreiwertige Oxyd nicht das Oxyä des gleichen Metalles sein darf. Diese Verbindungen können gewöhnliehe handelsübliche Verbindungen τοη dem erforderlichen Reinheitsgrad sein=

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M.e Qrrinatmgsgeiüäseen Dispersionen werden hergestellt, indem Siliciumnitrid und ein Presshilfsmittel mit des Metall, sämtlich :ln feinteil iget Form, vermischt' werden, Ms eine homogene "Dispersion.entstanden ist-. Dieses homogene Pulver kann dann erhitzt und bis au dem gewünschten Diehtegrad zu der gewünschten Form rerpresst werden. -■-■■.-·.

Die Art der Herstellung der Pulverdispersionen ist wichtig, weil■die. Eigenschaften der so erhaltenen hitsebeständigen Dispersionen weitgehend Ton der Zusammensetzung des,Pulvers abhängen. Z.B. sind die Homogenität der gemeinsamen Dispersion Ton Metall, Nitrid und Presshilfsmittel, die echlieeeliche TeilchengröBBQ und Kristallgrösse des Nitrides, des Bresshilfsmittels und des Metalles sowie die relativen Mengenanzeige ψοώ. Metali , Presshilfsmittel und Nitrid wichtig für die Bralelung .der. gewünschten Eigenschaften der hitzebeetöndigen Dispersionen genäse der Erfindung, und sie bestinaen sich wai'fegehend nach den-.Pulver, welches zur Herstellung der hit-Bebeetän|iigen Dispersion verwendet wird.

Die Teilehengröss© der Bestandteile der Pulverdieperaionen soll so klein wie praktisch aiöglish sein. Die bevorzugte maximale Teilehengrösee beträgt etwa 50 μ · Die gewünschte Homogenität der Dispersion lässt sich viel leichter erzielen, wenn die Teilchengrösse abnimmt, und es ist vorteilhaft, dass die Bestandteile eine mittlere Teilehengrösee von weniger als 10 μ aufweisen„

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Wenn die ineinander dispergieren Pulver verwendet werden, um sehr feste hitze be ständige Erzeugnisse, wie Sonneidwerkzeuge und Bohrerraeiseel, herzustellen, soll die mittlere Teilehengrösse Torzugsweise kleiner als 1 μ sein. Sine solche Teilchengrößse trägt in bedeutendem Ausmasse zu dem Grad an Festigkeit, Zähigkeit und Verechleissfeetigkeit bei, der in den hitzebeständigen Dispersionen erzielbar ist, und ist für Erzeugnisse, wie Schneidwerkzeuge, erforderlich.

Der Anteil des Siliciumnitrides in den erfindungsgemässen . Pulverdispersionen beträgt etwa ΐ bis 98 Raumteile je (feil Metall« Wenn der Anteil des Silioiumnitridee unter 1 Raumteil je Seil Metall liegt, besitzen die so hergestellten hitzebea tändigen Dispersionen nicht die er forderliche Härte. Wenn die Menge des Siliciumnitridesmehr als 98 Raumteile je Teil Metall beträgt, leidet die Stossfeetigkeit aex so hergestellten hitzebeständigen Erzeugnisse. ■-.,,.,-.-.-

Eine bevorzugte Menge an Siliciumnitrid liegt zwischen etwa 1,5 und 19 Raumteilen je Teil Metall, wenn das Metall Molybdän, Wolfram, Chrom oder Rhenium ist, und zwischen etwa 3 und 50 Raumteilen je Seil Metall, wenn das Metall Eisen, Kobalt oder Hickel ist. Durch die Beschränkung der Menge dee SiIiciumnitridee auf die bevorzug*«» Mengen wird die Wahrscheinlichkeit der Kontinuität des Metalles in der hitzebeetändigen

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Dispersion und dadurch wieder die Wahrscheinlichkeit der Br- «i-aiujntg siner ausaergewöhnliohen Stossfestigkeit, festigkeit, Zähigkeit usw» erhöht. Andererseits- wird durch die Anwesenheit Ton mindestens der bevorzugten Mindestmenge an Siliciumnitrid die Härte, YersGhXeissfestigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit usw. der hitsebeständigen Dispersion gewährleistet, die wünschenswert für Anwendungszwecke, wie für Schneidwerkzeuge und Bohrermeissel, sind.

Der Anteil des Presshilfsmittels in den Pulverdispersionen gemäss der Erfindung liegt im Bereich von etwa 0,02 T)Is 10 Raumteilsn je Rauateil JHetall. Wenn die Menge des Presshilfsmittels weniger als etwa 0,02 Raumteile je feil Metall beträgt, ist es schwierig» bei hinreichend niedrigen Temperaturen, um die Wärznezersetzung des Siliciumnitridee zu vermeiden, eine hitsebeatändige Dispersion von dem gewünschten Dichtegrad au erhalten. Mengen an Presshilfsmittel von mehr als etwa 10 Raumteilen je Raumteil Metall bieten kaum weitere nennenswerte Vorteile für die hitzebeständige Dispersion.

Die bevorzugte Menge an Preeshilfemittel liegt zwischen etwa 0,06 und 7 Raumteilen je Seil Metall. Durch einen Gehalt des Pulvere an Pirtsshilfemittel von mindestens 0,06 Raumteilen je Teil Metall ^vwii*d die Erzielung eines Dicht θ grade a gewährleistet, der die gewerbliche Yerwertbarkeit stark erhöht. Die Beschränkung der Menge des Presshilfsmittels auf weniger als et-

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wa 7 Sauisteile ie Ieil Metall trägt su der WahrsrfheinXichkeii bei» dass das Metall in der hitzebeständigen Dispersion in m&» aaiaaenhängender Fora vorliegt*

Eine dar bevorzugten Ausführungsforsen der Erfindung ist eine Pulverdispersion, in der die JfitridteiXehest und di· ¥eilohe» des Fresshilfsaittels von gleichartigen ?«ilch*n duroh Mietallteilchen getrennt sind. Dies verhindert oder veraindert die

»Zusasaenballung odtr das Zueaaaentreten der einsslneu Sltrid« ir

teilchen und erhöht die Dichte der Bestandteile bsi der Her- . stellung der hiteebeständigen Dispersionen.

Bine andere bevorsugte Aueführungsfors ist eine Dispersion, in der die Sinselteilehen des Siliciumnitrid*» und des Pr*sahilf saittels ia des Metall gleidhaaesig verteilt sind» wobei das Metall als euslusaenliingsnd® Phase oder Binbsttuagcaeese vorliegt, die diese Sinselteilohen voneiaeade? trsaiit. Sine solche Verteilung ata Metalles führt g«wt5hnlioh su einer Mtsebeständigen Dispersion ait bedeutend verbesserten ssohani- sohen Eigenschaften, die sich besser für Anwsndungssweoke, wie die Herstellung von Schneidwerkzeugen und Bohreraeiseeln, eignet.

Torteilhaft sollen dae Siliciuanitrid, das Fresshilf saittel und das Metall eine hochgradige cheaidbhe Reinheit aufweisen. Insbesondere ist es sweokmäeeig, dass keiner &»τ Beständteil·

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Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Bor, Silicium oder Schwefel in ungebundener lorja oder in Form von Verbindungen vorliegt, die eine niedrigere freie Bildungsenergie 3e Atom aufweisen als die entsprechenden Oxyde, Nitride, Boride, Silicide oder Sulfide von Molybdän, Wolfram, Chrom, Bhenium, Eisen, Kobalt oder pickel oder die entsprechenden Carbide von Molybdän, WoIfras, Chrom oder Ehenium. Auch andere derartige Elemente in einer form und in Mengen« die mit dem für die Herstellung der hitzebeatändigen Dispersion verwendeten Metall derart reagieren wurden oder Bioh so in ihm lösen wurden, dass das Metall eine unerwünschte Sprödigkeit annimmt, sollen in den Bestandteilen nicht enthalten sein.

In den erfindungsgemässen Dispersionen können geringere Mengen an Xiegierungsbildnern. enthalten sein, wie sie gewöhnlich mit Molybdän, VoIfram, Chrom, Rhenium, Eisen, Kobalt oder Nickel verwendet werden, sofern sie in dem Metall in homogener Lösung bleiben, die die Kristallstruktur des Metalles besitzt. Elemente»wie Molybdän, Wolfram, Chrom, Mangan und andere» können in Mengen bis 30 Gew. ^ des Bieene, Kobalts oder likkels verwendet werden. Molybdän, Wolfram und Chrom in Mengen bis etwa 20 $ew.-j( des Eisens, Kobalts oder Siokels werden bevorzugt, um ein Produkt von auaeergewöhnlioher Zähigkeit herzusteilen. Venn äueserste Härte gewünscht wird, können Elemente, wie Aluminium, Titan» Bor und Silicium, in Mengen bis

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5 GreWo-# des Eisens, Kobalts oder Nickels verwendet werden* Kohlenstoff kann in Mengen bis etxfa 1 Gew.-# .verwendet werden. Mengen an Legierungsbildnern, die zur Bildung ¥on Intermetallischen Verbindungen oder von-neuen kristallographlschen Phasen führen würden, sollen Yermieden werden. Die zulässigen Prozentgehalte an solchen Legierungsbildnern können gemäsa diesem Merkmal an Hand der in metallurgischen Lehrbüchern angegebenen Phasendiagrautme bestimmt werden. Mengen an Legie- $ rungsbildnern, wie bis gsu 10 $> Eisen in Wolfram, bis zu 30 $> Eisen in Chrom, geringe Prozentsätze an Eisen, Titan oder Zirkonium in Molybdän und kleinere Mengen an Nickel oder Kobalt können mit den Zusammensetzungen auf der Grundlage yon Molybdän, Wolfram, Chrom oder Rhenium verwendet werden»

Das Siliciumnitrid kann in den erfindungsgemässen Dispersionen in Mengen τοη weniger als 50 VoI<,-># durch chemisch beständige, hitzebeständig® Verbindungen ersetzt werden» So kann ein Teil des Siliöiumnitridee durch Nitride, wie Titannitrid,. Aluminiumnitrid, Zirkoniumnitrid, Hafniumnitrid, Tantalnitrid, Urannitridg Cernitrid und ThoriuiBiiitrM, ersetzt werden» Beßtändige Carbide, wie Titanearbid, Zirkoniumoarbid, Wolframcarbid, Hafniumearbid, Ghromoarbid, Tantalcarbld, Molybdäncarbid und Mobearbid, sowie die Silieide und Disilieide ψοη Chrom, Molybdän und Wolfram können in ähnlichen Mengen verwendet werden. Wesentiioh ist abex, dass der Anteil des SiIi-

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eiusmitrides mehr als 50 % fer nichtmetallischen Verbindungen in dan <33?£±ß<£ung8g©roä3sen Dispersionen beträgt. Ebenso wes9ntliQh. ist es, dass keine Mtzebeständigen Verbindungen ver wendet warden_P die mit dem Metall so reagieren, dass sie es ■Ferspx'vJden? öder die sieh au Elementen zersetzen, deren Gegen wart aus deia gleichen Grunde unzulässig ist.

der Metalle

Die xn den srfindungsgemässen Dispersionen in dem erfordern-" chen Reinheitsgrad zu verwendenden Metalle können aus handelsüblichen Quellen bezogen oder in üblioher Weise hergestellt werden. Bins geeignete Methode zur Herstellung dieser Metalle ist die liefteiaperaturs?eduktion der entsprechenden Metalloxyde mit Wasserstoff,

Eisen, Kobalt und HickaX können durch Reduktion der entsprechenden Metalloxyde oder Carbonate bei Temperaturen von etwa. 600 bis 1200° 0 mit Wasserstoff hergestellt werden»

Zur Herstellung ¥on Molybdän und Wolfram, deren Oxyde bei näheren Tamperaturen etwas flüchtig sind, bedient man sich aa besten der zweistufiges* Reduktion. Zunächst wird das Oxyd bei Temperaturen unterhalb seines Schmelzpunktes, ZpB, bei 600° 0, zu einem Oxyd niedrigerer Wertigkeitsstufe, wie Wolfraodioxyd oder MoXybdändipxyd, reduziert. DieReduktion wird dann bei

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einer höheren TAaperatur, wie 900° C, vervollständigt_r die so niedrig ist, dass eine üeermässige Sinterung des Metallpulvers vermieden wird.

An die Reduktion sc-hüessen sich Mahlrorgänge in einer inerten Flüssigkeit und erforderlichenfalls eine Reinigung, z.B» mit Salzsäure, an. Auf diese Weise kann das reine Metall in Pulverform, vorzugsweise mat einer spezifischen Oberfläche von

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~ sehr als 1 in /g, gewonnen werden, was für die nachfolgende Vermischung mit dsm Siliciumnitrid Vorteilhaft ist. Vorzugsweise sollen die bei den Mahlvorgängen Tsrwendeten Mahlkörper aus dem gleichen Metall bestehen, welches zerkleinert wird, damit kein Fremdstoff durch Abrieb der Mahlkörper eingeführt wird.

Herstellung dee Si lic iusmuLt rides

Sas Siliciumnitrid kann auf beliebige bekannte Weise, z.B. * durch Nitridieren von auf Teilchecgröseen von weniger ale 10 μ vermahlenem Silieiumpulver fee:L 900 bis 1600° C in einer gasförmigen Atmosphäre aus Stickstoff oder gespaltenem Ammoniak, ' hergestellt werde»..

Nach eines fcevorsugten Verfahren wird das SiXieiumpulver im Verlaufe von 1 bis 5 Stunaen bei einer Temperatur unter 1400^C nitridiert, um das Schi5el2en des Siliciuas su vermeiden. Bann

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kann äie Temperatur über den Schmelzpunkt dee Siliciums auf 1450 bis 1600° 0 erhöht werden, um die Reaktion zu vervollständigen. -

Wenn bei der Heretelluvsg des Sillciuranitrides eine gewiesa Zussramenballvtng auftritt, kann man die Teilchen z.B. durch Vermählen .Vn der Kugelmühle an einem inerten lösungsmittel wieder tobeinander trennen.

Nach dem-Vermählen kann ob zweckmäesig sein, das Hitrid, z.B. durch Säurebehandlung, su reinigen, um Verunreinigungen zu entfernen, die das Hitrid b<pia Vermählen durch den Abrieb der Mahlkörper aufgenommen hat* Wenn man dl© Notwendigkeit einer solohen Reinigung vermeiden will, verwendet man vorzugsweise Mahlkörper, wie Kugeln, aus dem gleichen Metall, welches 8^h,'iieeslieh in dam Hitrid verteilt werden soll.

Wenn ein sehr geringer Sauerstoffgehalt srzielt werden soll, kann das S5,.:iioiuranitrid in einer Atmosphäre aus beispielsweise gespaltenem Ammoniak reduziert werden, um den Saueretoff^zu » äan das Fitrid bei der Heinigung aufgenommen hat.

der

Die Diaperoicnen aua den Metallen mit Siliciumnitrid, demliti:sl uad gegebenanfalls anderen hiteebaständigen -^*r, in Fora s::^.ea Pulvers stellsn eia-e-"bevorajigte

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AusführungsfOrm^aer Erfindung dar. Das Siliciumnitrid, das PresshilfsmitteX und gegebenenfalls die anderen hitzebeetändigen Verbindungen können in "beliebiger Weis© mit dem Metallpulver S5U e&rie.r gemeinsamen Mspersion verarbeitet werden, ZeBo durch ?erBiseh©n in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel oder in Aceton in einer Kolloidmühle oder Kugelmühle. Mahlzeiten in der Kugelmühle von 24 bis 5OQ Stunden haben sich als ssufriedenstellejad erwiesen.

Da sieh das Siliciumnitrid schwer reinigen lässt, Tarwendet man zweokmasaig Mahlkörper« wie Kugeln, aus dem gleichen Me* tall, welches in dem Siliciuanitrid dispergiert wird. Hier™, durch wird gewährleistet, dass keine Fremdstoffe infolge dee Abriebes der Mahlkörper eingeführt werden. Die Mühle kann mit einem Elastomeren, wie Neopren, beschichtet,sein, welches von der Mahlflüssigkeit nicht erweicht, oder angegriffen wird. Die Mahlbedingungen, wie die Volumenbeladung der Mühle und die Umdrehungsgesohwindigkeit, sollen, wie die nachstehenden Beispiele erläutern, auf die günstigsten Werte Bingeβteilt werden..

Hach dem Vermählen des Gemisches bis zur homogenen Verteilung kann das Mahlgut durch Waschen ait einem Lösungsmittel, wie Hexan, und Trocknen im Takuum entfernt werden. In dieser Verfahrensstufe kann eine chemische Analyse durchgeführt werden, und wenn sich dabei herausstellt, dass nennenswerte Menge« an

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Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff mit dem Metall in einer anderen Form als derjenigen der oben beschriebenen beständigen, hitzebeständigen !erbindungen kombiniert sind, können die Pulver reduziert werden, um derartige Verunreinigungen zu entfernen. Diese Baduktion erfolgt vorzugsweise unterhalb 1000° 0 mit sehr trockenem, reinem Wasserstoff.

Die mittlere Teilchengröße© läset sich leicht durch Untersuchung der Pulverdispersionen unter dem L'iohtmikroskop für grössere teilchen und unter dem Elektronenmikroskop für kleinere Teilchen bestimmen» Unter der mittleren Teilchengrösse ist das Zahlenmittel des Tellchendurchmeseers zu verstehen. Bei den bevorzugten pulTerfb'rmigen Dispersionen beträgt die Oberfläche je ca⁵ Feststoffe etwa 3 bis 180 m². Die Oberfläche je cm kann bestimmt werden, indem man die, nach der bekannten Methode der Stickstoffadsorption gemessene spezifische Oberfläche durch die Dichte der Feststoffe in der Dispersion dividiert.

Herstellung der hitzebeständigen Dispersionen

Die Dispersionen von Metallen, Siliciumnitrid, Presshilfsmittel und gegebenenfalls anderen hitzebeständigen Verbindungen in Fora* eines festen Körpers stellen eine andere bevorzugte Außführungsform der Erfindung dar. Eine typische Methode zur Herstellung dieser Dispersionen besteht darin, dass man die

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Pulverdispersion^en unter Brhitzen, gegebenenfalls in einer Sticks toff at bo sphärs, bis nabe zu ihrer theoretischen Sichte verpreast»

Die Presstsiüperatur richtet sich nach der Menge des Metalles» dem Unterteilungsgrad desselben und der Zusammensetzung und dem Unterteilungagrad des Silieiuenitridea und des Presshilf smlttsls. Ia allgemeinen liegen die Temperaturen im Be- reich von 3/10 bis 9/1Q des Schmelzpunkte« des Metalles auf

der absoluten Temperatur skala, und sie sollen für Molybdän» Wolfram, Chrom oder Rhenium mindestens 1600° 0 und nicht mehr als 1850° 0 und für Eisen, Kobalt oder Nickel mindestens 1000° C und vorzugsweise etwa 1600 bis 1850° C betragen.

Die Z^itf während deren der Pressling sich auf der höchsten Temperatur und unter den vollen Fressdruck befindet» variiert mit der Presstemperatur,* der Zusammensetzung und dem Unterteilungsgrad. Ia allgemeinen liegt die Zeit im Bereich von einiges Sekunden bis 4 Stunden und aehr.

Der angewandte Druck rieht et sich ebenfalle nach den oben nannten Veränderlichen, liegt aber im allgemeinen im Bereiob von etwa 35 bis 420 kg/cm .

Die anwendbaren Kombinationen von Pressbedingungen sind in den nachstehenden Beispielen näher erläutert.

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Eine andere Methode, um die Beetandteile vor der Herstellung der festen Dispersion ineinander zu verteilen, besteht darin» das Metall auf den zuvor hergestellien feinen Teilchen des Siliciuinnitridee und des PresshilfsraiItels auszufallen. Das Metall kann 2„B. als Eyd£oxyd· oder wasserhaltige β Metallcarbonat ausgefällt und das erhaltene homogene Gemisch' dann in einer an Stickstoff und Wasserstoff reichen Atmosphäre., wie in gespaltenem Ammoniak* reduziert werden. Diea ermöglicht die Reduktion der Metalloxyde ohne Änderung des SiIi" (I oiuanitrides.

Wenn eine hitzebeständige Dispersion hergestellt worden ist, können die Teilchengröeeen der Komponenten bestimmt werden, indem man einen netallographischen Schnitt herstellt, den Schnitt mit einem chemischen Mittel ätzt tmd die Oberfläche unter dem optischen Mikroskop oder dem Elektronenmikroskop betrachtet. Wenn ein ElektroneBiaikroBkop verwendet wird» wird zunächst in der Üblichen Weise ein Kohlenstoff- oder KunststoffnegatiT τοη der Oberfläche hergestellt, und die Measun** I gen werden dann an dieeeia Negativ durnhgeftihrt.

Die Natur der "Dispersion γοη Silieiuninitrid, Presshilf sisittel und Metall sowie die Abmessungen der Metallteilchen in den erfindvjagegeiaassen-iiitaebeEtandiges. Dispersionen sind eine Funktion der Herstelluagsbedingungen und des angewandten VoIu-

sowie der Natur des AuBgängematerials«, ^e fin~

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det.eine gewisie ZusaiaiDenballung der Silieiumnitridteilohen und der Seilchen des Presshilfsioittels statt; eine der bevorzugten Aueführungsfornen der Erfindung ist jedoch, wie oben erwähnt» die, bei der die meisten Teilchen des Silioiumnitrides und des Presehilfsaittels von gleichartigen Teilchen durch die zusammenhängende MetalXeinbettüngSBjas3e getrennt sind, so dass eine homogene und gleichmässige Dispersion von gesonderten Teilchen aus Siliciumnitrid und Presshilfsraittel zustande kommt.

Vorzugsweise soll die Dispersion eine solche Homogenität besitzen, dass die Verteilung des Silioiuaraitrides, des Press-' hilfsöittels und des Metalles in der hitzebeständigen Disper-

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8ion in einer Fläche von 100 μ au beobachten ist* Dies be~ deutet, dass eine metallographische oder^lektronenmikroefcoplsche Untersuöhung, wie*sie in der Metallurgie zur Feststellung der Struktur von Legierungen Üblich ist, Silioiunnitridteilchen,' Presehilfemittelteilohen und Metallteilohen in einer quadratischen Fläche von nicht mehr als 32 μ und vorzugsweise nicht Mehr als 10 μ Kantenlänge zeigt. Nach der bevorzugten Aüsführungsfora der Erfindimg zeigt jede untersuchte quadratische Fläche ait einer Kantenlänge von 10 μ innerhalb der Üblichen statistischen VertailLungsgrenzen praktiseh die glei^- chen Strufctüreigeötechaften wie jede andere derartige Fläche der Dispersion.

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" - '♦, ' - Die' Anwesenheit des Metalles' in Form einer zusammenhängenden Phase bei den bevorzugten hitzebeständigen Dispersionen genäse der Erfindung lässt eich am einfachsten duroh Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes der Dispersion feststellen. Da Siliciumnitrid ein ausgezeichneter elektrischer Isolatar is^fe, ist der spezifische elektrische Widerstand der hitzebeqtändigen. Dispersion äusserst hoch, wenn das Silicium*· nitrid darin so'verteilt ist, dass es die Kontinuität des Metalles unterbricht. Wenn umgekehrt eines der Metalle in der ' hitzebeständigen Dispersion gemäss* der Erfindung als zuBammenhängende Phase vorliegt, ist der spezifische elektrische Widerstand der Dispersion umgekehrt proportional den Volumenbruchteil und der Dicke des kontinuierlichen Weges des metallischen Bestandteilesο Eine nennenswerte Kontinuität des Metalles in der ganzen hitzebeständigen Dispersion gemäss der Erfindung ist an einem"Spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 10 000 Ohm »ein au erkennen, und bei den bevorzugten hitzebeatändigen Dispersionen beträgt der spezifisehe elektrische Widerstand veniger als etwa 500 0hm-cm.

Die hitzebeständigen Dispersionen genass der Erfindung haben eine Dichte von mehr als 90 f> und vorzugsweise von mehr als 95 i* der theoretischen Dichte. Diejenigen hitsebeständigen Dispersionen, die sur Herstellung von Sohneidwerkzeugen beatimiBt sind, besitzen vorzugsweise eine Dichte von mehr als ^; 98 5& der theoretischen Dichte und sind feei der TJatereutbung

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nach raetallograpliiechen Methode}! praktisch frei von Poren. Sie theoretische Dichte wird unter der Annahme berechnet, . daee die spezifischen Volumina der einzelnen Komponenten sich additiv verhalten.

Die Dichte der hitzebeständigen Dispersionen gemäss der Erfindung kann nach beliebigen Methoden bestimmt werden, nach denen gleichzeitig das Sewicht und das Volumen einer Masse gemessen wirdο Am einfachsten kann das Gewicht mit einer empfindlichen analytischen Waage und»das Volumen durch Quecksilber- oder Wasserverdrängung bestimmt werden.

Hitzebeständig© Werkstoffe in der Form von Schneidwerkzeugen oder Bohrenaeieseln stellen die am stärksten bevorzugte Ausführungsfora der Erfindung dar. Bei einer solchen hitzebestän-

digen Masse besitzen die Einzelteilchen von Siliciumnitrid, die Einzelteilchen des Presshilfsiaittels und die Einzelteilchen der gegebenenfalls ausaerden noch darin enthaltenen hitzebeständigen Verbindungen eine mittlere Grosse von weniger als 1 μ und sind homogen in einer zusammenhängenden Binbattungsmasse aus Molybdän, Wolfram, Chrom, Rhenium, Eisen, Kobalt, Nickel oder legierungen derselben derart verteilt, dass eine glelchaäesige Verteilung bereits in einer Fläche von weniger als 1OU μ vorliegt. Die mittlere Grosse der Metallkrlstalle in der hitzebeständigen Masse beträgt weniger als 1 μ,

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und die Kontinuität dee Metalles ist derart, dees die Hasse einen spezifischen elektrischen Wideretand τοη weniger ale 1 Ohm·cm aufweist. Die bevorfiugte Menge an Siliciumnitrid und gegebenenfalls sonstigen hitzebeetändigen Verbindungen beträgt für Molybdänr Wolfram, Chrom oder Rhenium 1,5 bis 19 Raumtelle je Teil Metail und für Eisen, Kobalt oder Nickel 3 bis 50 Raum teile -je !Peil Metall; die Menge des Preeehilfanilttele beträgt 0,06 bis 7 Raumteile je Teil Metall, und die Dichte der hitzebeständigen Masse let grosser als 99 £ der theoretischen Dichte. Die bevorzugten Preeshilfsnrittel für eine solche Masse Bind Magnesiumnitrid, Lithiuanitrid und Magnesiumoxyd, und die bevorzugten Metalle sind Molybdän, Kobalt und Wolfram«

Die hitzebeetändigen Dispersionen gemäss der Erfindung sind hart und fest und zeigen eine ausserordentliche Beständigkeit gegen Chemikalien, VäriBoschock, Korrosion, Stoes und hohe Temperaturen. Sie besitzen eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine besondere hohe Erosionsbeständigkeit. g Diese Eigenschaften'Bachen sie besonders geeignet für Bauzwecke, für korrosione- und erosionsbeständige*chemische Ausrüstungen, für Hochtenperaturelektroden, formen, Padenführungen,. Lager und Dichtungen.

Die hitaebeständigen Dispersionen gemäss der Erfindung eignen eich 'besonders für Werkzeugsehneiden zum Schneiden, Sohleifen,

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Yerformen, Bohren und Stanzen von sehr harten Metallen oder legierungen Bit hohen Geschwindigkeiten. Dies beruht auf ihrer hohen Btossfestigkeit und Xärmeleitfähigkeit sowie auf ihrer ausserordentlichen Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschock, Abnutzung, Kraterbildung und Versehweisaung.

Beispiel \

200 g sehr feinteiliges Silicium werden durch Vermählen von SiliciuBpulver mit einer anfänglichen !eiiohengrösse von etwa 10 μ in der Kugelmühle hergestellt.» Das erhaltene feine SiIiciumpulver wird 48 Stunden in einen Aluminiuooacydrohr im elektrischen Ofen in einer Atmosphäre fön gasförmigsm Ammoniak auf 136Ö^P C erhitzt. Die Strömungsgeschwindigkeit dee Arenoniaks beträgt etwa 1 l/Min.

Die Ronfegenanalyse und Meaeungen der spezifischen Oberfläche, durch Stickstoffadsorption zeigen an, daas das Produkt ein Gemisch aus α- und ß-Siliciunmitrid ist und eine spezifische

Oberflioh« von 2,5'B /g besitzt, was einer mittleren Teilchen-

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gross· des Produktes von 75 ομ entspricht. Die emissionsepek^' trographisohe Analyse zeigt eis Hauptrerunreinigungen Bieen, AluBiniuo, Magnesium und Calcium,vondenen Bisen und Aluminium in dea Produkt zu je etwa'! 36 enthalten sind.

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Purcb cheiiieche Analyse wird bestimmt, dass dar SauerstoffgehaX^ Ö>63 + und der Siliciumgehalt 59»4 £ betragt; der Rest besteht aus Stickstoff (abgesehen von den oben genannten geringen Mengen en Biesn, Aluminiu» und anderen Verunreinigungen), .

BXektronen^lkrbphotograpMsche Aufnahmen zeigen sehr feine, nadelartigö Kristalle, die au Bündeln von etwa 1 bis 5 μ Durchraeasei" zusammengeballt sind, g

31 g dieses feinteiligen SiliciuiBöitridpulvers, 1,4 g Magnesiunmitridpulver mit einer !Seilchengrösse von weniger als 10 μ und 5,0 g f einteiliges HplybdSBpulTer mit einer ifeilchengrÖBee von weniger als 10 μ werden in eine 1,1 1 fassende/ mit Kautschukbelag versehene Steh^kugölaühl© eingegeben, die «u 40 ?6 ihres RauiBinheltes ölt gylinderförmigen, 6 ^ Kobalt enthaltenden Wolfraacarbidetäbeja von 6,35 an» Durchmesser und 6,35 mn länge und 350 ml eines IsoparaffinJcohlenwasserstoffÖles uit 8inem Flänepunkt von 85° G gefüllt iat. . I

Das. Gut wird 14 Stunden auf alt Kautschuk belegten Walzen jflahlen, wobei die Mühle mit 60 ü/äün«, umläuft^

Haoh dem Mahlen wird die Innige Pulverdispersion aus Molybdän,._v Siliciuanitrid und Kaguosiuimitrid von den kobalthaltig·» C \ Wolfrftieeexbld-Mahlkörpern ahfiltriert und. durch Dekantiere« γ-.J;

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3357/3361-G

von der Hauptmenge des Kohlenwasserstoff Öles getrennt. Sann wird das Gut dreimal mit je 2 1 Hexan gewaschen, bis es frei von ölrestsn ist und Übernacht im 7akuumofen getrocknet. Sie Dispersion wird durch ein Sieb mit 0,21 um Maschenweite durchgesiebt.

Sie chemische Analyse ergibt 21,9 Baumteile Siliciumnitrid, 1, "J Raum teile Magnesiumnitrid und 0,2 Raumteile Wolframcarbid je RaumtelX Metall, welches seinerseits zu 97t6 Vol.-56 aus Molybdän und zu 2,4 YoI.-£ aus Kobaüt besteht. Sas Wolframcarbid und das Kobalt sind wahrscheinlich durch Abrieb der Mahlkörper in das Mahlgut geraten. -

15 g dieaee Materials werden in einer Kohlenstoffora ron 25,4 mm Durchmesser in einer durch Induktion erhitzten Vakuuapresse unter eines Druck von 280 kg/cm verpresst, der erst bei Erreichung einer Temperatur von 1000° 0 zur Einwirkung gebracht wird; die Temperatur wird schlieselich unter Innehaltung des Druckes bis-auf 1850° 0 gesteigert und 5 Minuten auf dieser Höhe gehaltene

Sie Probe wird gekühlt und die so erhaltene hitzebeständige Dispersion zu Stäben von geeigneter Grosse für die .Bestimmung der mechanischen Eigenschaften und der Sichte zerschnitten» Sie Querbruchfestigkeit des hitzebeständigen Körpers beträgt 4225,5 kg/on² und die Stoaafestigkeit 0,0856 »kg/cm². Jiie_m

- 22 - '

1.0 98k3/ 1 357 - 8Λ0

3357/3361-G *

Dichte beträgt 3$65 g/c», was unter der Annahme, dass eich das Volumen der verschiedenen Bestandteile additiv verhält» etwa der für diese Masse eu erwartenden theoretischen Dichte entspricht*

Diese hitzebeständig* Kasse eignet sich als Baustoff für hohe Teaperaturen und zeigt eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Festigkeit sowie hohe Wäraeschockbeständigkeit, selbst in oxydierender Umgebung und bei Temperaturen von 1200 f|

bis HOO⁰ C. · .

B a j a ρ i e 1 2

31 g des in Beijipiel 1 beschriebenen Siliciunmitrides, 1,4g Magnesiuanitrid und 3,6 g Chrpapülver mit einer TeIlchengrösse unterhalb 10 μ" wsrd®n geoSss Beispiel 1 vernahlen. Die Mahldauer und <Lie Hah^Lbedingungen, die Ausrüstung und die Mahlkörper entsprechen denjenigen des Beispiele 1« Die Gewinnung der fulverdisyersion aus Siliciumnitrid, Magnesium- | nitrid und Cnro» srfolgt geisfies Beispiel 1.

Die chemische Analyse dieser .Dispersion ergibt 18,6 Baustelle Siliciumnitrid, 1,0 Bauateil Magneaiunnitrid und 0,3 Hauntei-Ie Wolframcarbid je Bäumteil Metall» welches seinerseits ru 95♦ 8 VoI₀-Jt aus Cbroi «md «u 4,2 Vol.-£ aus Kobalt besteht.

- -23

3357/3361-G

17 g dieser Diapereion werden unter den Bedingungen des Bei·* spiele 1 in einer durch Induktion erhiteten Vakuuapresee verpresst, wobei jedoch die höchste Temperatur nicht 1850° 0, sondern nur 1750° C beträgt.

Nach dea Kühlen und Zerschneiden der hitzebeständiilen !Dispersion ergeben*eich bei der Untersuchung die folgenden Eigen- -schäften» Querbruchfestigkeit 4492,7 kg/cm j Stossfestigkeit 0,073 mkg/cm²; Rockwell A-Härte 90,2} Diqhte 3»50 g/cm*, was 99 »5 i» der. für diese Masso zu erwartenden theoretischen Dichte entspricht«

Dieser hitzebeständige Werkstoff eignet sich für Schneidwerkzeuge sun» Bearbeiten von Stahl und Gusseisen, wobei er bei Schneidgeschwindigkeiten bis zu einer Oberflächengeechwindigkeit ron 103,6 m/Min, und Schneidtiefen ν·ο3 1,6 ram nur geringe Sohneidflächenabnutztihgund Kraterbildung zeigt*

B e i β ρ i el 3

31 β des in Beispiel 1 beschriebenen Siliciuonitrides, 1,4 g Magneslunnitrid und 9»6 g WolfrainpuXver werden geafisß Beispiel 1 veraahlen und aus der Mühle gewonnen. IJie chenisehe Analyse der innig geBischten Dispersion ergibt 19»1 ÜauHteile Sillciuianitrid, 1,0 Äauoteil JHftgnesiuanitriä und 0,2 Raum teile Volf»aoioarbid Je Raunteil Metall, welches isinereeits au *

109843/1357 ;

3357/5361-6- tf ,

97,9 VojU-£ aus Wolfram und au 2,1 Yo^Hf laus Kobalt besteht.

16 g dieser Dispersion v/erden geoäBS Beispiel 1 verpreeet. Bie erhaltene liitzebeetändige Dispereion fceaitzt die folgenden Eigenschaften* Querbruchfestigfceit - 5θ38,β kg/em ι Stossfeetigkelt 0,0236 okg/em²* Säokweil -Miaute 90*65* »ie monte beträgt 4,05 g/cs»^, was a» wesentlichesi 4er au erwartenden tlieoretiechen Dichte ent apricot. ^

Dieses hitzebeständig© Material eignet eich but Herstellung ύοώ. Sehneidwerkseugen für GuBseiaen, Stahl, Kupfer» Bronze und AluoiniUB.

Be 1 g ν i el 4 " - _ \ ^:: ^:_ .■'"■■■-.

".-■"■""' '. " - - · - . -■"■■■" " ■ ■ 31g des iM Beispiel 1 beee^riebeae» Siliciuasnitrides, 1.4 g ^einteiliges MagnesiLiamitrid und 5,ί g feinteiliges MolybdänpuJiver werden geaäsε Beiapiel 1 veraahlen, wobei jedoch anstelle der. kobalthaltigen Wolf rafflcr.rbid-Mahlkörper I Stahlkugeln von 9,525 bo Durcheeeeer verwendet werden. Die Oewinnung aue der HOhIe, die Eeinigung und daa Trocknen erfolgen nach Beispiel 1. Die chejBisefce Analyse des luiirersr ergibt 12,4 Hauateile Siliciumnitrid und 0,6 Hauateile MagneeiuiB-nitrid |e Baunteil Metall, weie&$e eeineraai'cs zu 63,4 Vol.^ji aue Molybdän und au 3f,6 toX*<°& aus Eisen fees teilt« 23 i die*ep 3a.epereion werden gewäse BeisgiÄi f aeies-rer^resst, ^id die

3357/3361-G Jf ^

erhaltene hitzeBeständige Hasse wird zwecke Untersuchung der ■echanisoben Eigenschaften su Proben zerschnitten.

Die Querbruohfestigkeit beträgt 4271»2 kg/cffl , die Stossfestigkeit 0,071 mkg/cn² und die Rockwell A-Härte 90,1. Die Dichte beträgt 3,61 g/cö _f was der bu erwartenden theoretischen Dichte entspricht.

Be ig ρ i el 5 ·

31 g dee ixt Beispiel 1 beschriebenen SilioiuBmitridee, 1,4 g fein teilige β MagneBiucsnitridpul-rer und 3,6 g f einteiliges Chrompulyer werden geisäßs Beispiel 1 vermählen, gereinigt und getrocknet. Die efesüieen® Analyse dea innigen PulTergeoischee ergibt 12,5 Rauajteile Siliciumnitrid und 0,6 Rauoteile Hagnesltäffinitrid je Raumtell Ketall, welche· seinerseits zu 63,4 νο1,"5δ aus: Molybdän« land «u 36»$ ToI-Hf aus Bisen bestent*

Die Dispersion wird genäse Beispiel 2 neige rerpresst und die Bp erhaltene hitMbeständige Üasse auf ihre »echenieehen schäften und ihre Dichte untersucht,

Die aittlere Quexbruohfestig^eil beteigt 2450 kg/<sa^_f di« Stoeefestigkeit 0,079 akg/ea² and die Rockwell A-Hftrt· 90,2. Die Dichte betragt 3_e,45 β/ca⁵, was 99*% % 4er fur diese erVartenden theoretischen Dichte entsprien*«

1Q98A3/1357 ■■. IADORtGrNAL

3357/3361-Ö Vt

B ei se i el »6

31 g dee in Beispiel 1 beschriebenen SiIi ciuiani tr idee, 1,4 g feinteiliges Magnesiuianitridpulver und 9,6 gfeinteilig gee Wolfranpulver werden geiaäas Beispiel 4 miteinander vsrmischt und vermählen. Gewinnung, Reinigung und Trocknung erfolgen nach, den vorhergehenden Beispielen.

Die chemische Analyse des innigen Pulvergemisch^ ergibt 11,4· Rauinteile Siliciumnitrid und 0,6 Raumteile Magnesiumnitrid je Baumteil Metall, welches seinerseits zu 58,4 Vol.-^ aus Wolfram und zu 4-1,6 YoI.-J6 aus Bieen besteht. 16 g dieser Dispersion werden geaäss Beiepiel 1 verpreset. Pie so erhaltene bitzebeetändige Diapereion besitzt die folgenden Eigenschaften; Querbruchfeatigkeit 2988 kg/cm²? Stossfestigkeit 0,047 mkg/cm²i ÄookweH Ä-Härta 90,1.BIe Biöhte feeträgt *|O3 g/cm , was 99»β $ dar für diese Hasse zu erwartenden theoretischen Dichte entspricht«

Β-eis ρ i e 1 7 '

11 »77 g des in Beispiel 1 beechriebenen SilioiutDnitrides, 0,6 g'Lithiuisnitrid, 6_f52 g Äluminiuicnitrid, 52*11 g Wolfram und 1,35 g iPitcniiydrid .werden ges&ss Beispiel 1 zusaamen verraahlen. Gawiuaimg, Seinigtoig und Trocknung erfolgen nach Beiepiel,1. «Sie cheaiaofie Analyae dj?r feinen Pulverdiepereion er gibt 1,23 PwÄuateile Siliciumnitrid, 0*1 Bauwteil

1098*3/1357 bad

3357/3361-G

nitrid und Qf67 Raumteile Aluminiumnitrid je Räumteil Metall, welches seinerseits au 90 Vol.-£ aus WpIfram und au 10 VoIo-*£ aus Titan besteht. "

28 g dieser Dispersion werden gemäße Beispiel 1 heiss verpresst, wobei jedoch die höchste Temperatur 1900° C und die Verweilzeit bei dieser Temperatur 3 Hinuten beträgt. Die so erhaltene hitzebeständige Dispersion besitzt eine Bruchfestig-

o- · O

lceit von 8437 kg/cm , eine Stossfestigkeit von 0,236 mkg/cm und eine Rockwell Α-Härte von 88?7. Ihre Dichte beträgt 7,20 g/cm'> was 99»5 f> der theoretischen Dichte von 7,23 g/oa entspricht. Diese hitzebeständige Hasse ist ein ausgezeichneter Werkstoff zur Herstellung von Schneidwerkzeugen für Stahl und Gusseisen.

Beispiel 8 ...

15,58 g des in Beispiel 1 beschriebenen Silieiumnitrides, 0,29 g Magneeiumorthoborat, 10,0 g Aluminiumoxid, 24,99 g teinteiliges Molybdän und 0,32 g Zirkoniuohydrid werden unt%r den Bedingungen und in der Anlage genäse Beispiel 1 zusammen vermählen. Die chemische Analyj'-' des Gemisches ergibt 1,96 Raumteile Siliciumnitrid, 0_?4 Raumteile Hagnesiumorthoborat und 1,0 Raumteil Aluminiumözyd je Raumteil Metall, welches «einerseits zu'98⁴ToI.-^ aus Molybdän und zu 2 Vol.-Jt aus Zirkonium besteht.

- 28 -

1.Q98A3/ 1357

3357/3361-G j j

20 g dieses Pulvere werden genäse Beispiel 1 heiss verpresst, wobei jedoch ein Druek von 420 kg/cm und eine Verweileeit bei 1850° C von.4 Minuten angewandt werden.

Der so erhaltene dichte Presskörper besitzt eine Querbruchfestigkeit von 5835j 6 kg/cm , eine Stossfestigkeit von 0,193 okg/oin und eine Rockwell A-Härte von 88,3. Seine Dichte beträgt 4,71 g/em , was 92_rO # der für diese Zusammensetzung au erwartenden theoretischen Dichte" von 5₁12 g/cm ent- . (| spricht.

Bas i g Pie 1 9 - ' ■■-.'■

13r99 g des in Beispiel 1 beschriebenen Siliciuumitrides, 2,15 g feinteiliges Hagnesiumoxydpulver, 16,2 gfeinteiliges

Titannitridpuiver, 19_r3 g feinteilige8 Woifraupulver und

10,2 g feinteiliges Mofcybdänpulver werden gemäsaBeispiel 1 »iteinander vermisoht und vermählen« Die Gewinnung aus der

Mühle, die Reinigung und die trocknung erfolgen ebenfalls |

nach Beispiel 1„

Die chemische Analyse des Pulvers ergibt 2,2 Raunteile Siliciumnitrid, 1,5 Raunteile titannitrid und 0,3 Raumteile MagneaiUHinitrid je Raumteil Metall, welches seinerseits eu 50 Vol.-7! aus Molybdän und zu 50 Vol.-Jt aus Wolfraa besteht«,

- 29 «

ν..

1098A3/13B7

3357/3361-G 30 .

25 g dieser Dispersion werden bei 1900° C unter eimern Druck von 350 kg/cm und einer Verweilzeit von 1 Minute heise verpresati

Sie so erhaltene hitzebeständige Kasse besitzt eine Querbruchfestigkeit von 5695 kg/cm , eine Stossfestigkeit von 0,129 mkg/eis und eine Rockwell Α-Härte von 90,0. Ihre Dichte betrögt 6,19 g/cm , was der theoretischen Dichte für diese Zusammeneetzung entspricht. .

Bc i s ρ i el 10

19|08 g Silioiunmitrid, 4,00 ^Aluminiumpulver Bit einer Teilchengrösse voii 500 ημ, 7,29 g feinteiligea Titancarbid und 10,65 g f einteiliges Chrom werden geoäss Beispiel 1 miteinander vermählen. Di· Gewinnung aus der Mühle, die Reinigung und die trocknung erfolgen gemäse Beispiel 1. Die cheaische Analyse der feinteiligen Polverdiapersion ergibt 4,0 Haunteile Siliciusnitrid, 1,0 Rau«teil Titancarbid und 0,7 Raumteile AIuje Reunteil Chroa.

16 g dieser Dispersion werden bei 1600° C unter einee Druck von 420 kg/oB² bei einer Verweilzeit von 30 Minuten heise verpreset*

Die so erhaltene hitzabeetändige Masse besitst eine Querbruchfestigkeit von 4710 kg/ca , eine Stossfestigkeit von 0,107 mkg

; ^ 50 - · ' ■ 1 0 9843/135 7 · '· bad original

3557/3361-G /

je cm² und eine ftockwell Α-Härte von 90»O- Ihre Dichte beträgt 3,90 g/cnr% was 95 f. der theoretischen Dichte dieser Masse von 4,11 g/cm⁵ entspricht.

Beispiel 11

11,7? S des in Beispiel 1 beschriebenen Silieiunnitridee, 2,88'g feinteiliges MagnesiuiDaluninat-Spinellpülver, 17,65 g feinteiliges Zirkoniuianitridpiilver, 40,53 g feinteiliges

■■■·■ ■ ι

Volframpulver und 18,9 g feinteiliges Bheniumpulver werden genäss Beispiel 1 miteinander vermählen. Crewinnung, Reinigung und trocknung erfolgen ebenfalls nach Beispiel 1.

Die chemische Analyse des Pulvergeoisohes ergibt 1,23 Haueteile Siliciumnitrid, 0,83 Rauaiteile Zirlconiuanitrid und 0,27 Raumteile HagneeiuaalujDinat je Hauateil Metall, weiches seinerseits zu 70 Vol.-jt»aus Wolfram und au 30 Toi.—]( aus Rhenium besteht« ' .

36 g dieser Pulvtrdieperaion werden bei 35 kg/opr. und 1850 C bei einer Verweileeit von 15 Minuten verpresst.

Die erhaltene hitzebeständige Maeee besitzt eine Querbruch* feetigkeit von 8788,5 kg/cm², eine Stoeefestigkeit von 0,343 mkg/om und eine Hockwell A^Öärte 'von 88,7. Ihre Dichte beträgt 9,17 g/cm⁵, was 100 # der für diese Masse Bu erwa*rtenden theoretischen Dichte entsjpricht.

109843/1357 .

ς ·

3357/3361-Q

Beispiel 12 .

1360 g Molybdänpulver mit Korngrössen unterhalb 44 μ werden in eine 3,785 1 fassende Stahlkugelmühle eingegeben^ die zu 40 $> ihres Rauminhaltes mit Stahlkugsln gefüllt ist und ausserdeia 1800 ml eines hochsiedenden Kohiönwaeser stoff öle e enthält. Das Gut wird 3 Sage "bei 30 U/Min. vermählen, worauf das Molybdänpulver von dem Kohlenwasserstofföl und den Stahlkugeln getrennt, durch gründliches Auswaschen mit Hexan von restlichem öl.befreit ttnd ίο Vakuumofen. getrocknet wird. Dann wird das Pulver sit einem Gemisch aus 1 1 konzentrierter Salzsäure und 1,5 1 destilliertem Wasser 1 Stunde auf 90° C erhitzt. Dies geschieht, tun das vojb Mahlvorgang aufgenommene Bisen in Lösung zu bringen. Bas Geniech wird dann Übernacht mit der verdünnten Salzsäure gerührt. Hierauf wird das Molybdänpulver von der Lösung des Bisens in der Säure abzentrifugiert und mit 0, In Salzsäure naohgewaschen, bis es eisenfrei ist. Dies erfordert fünf Waechvorgänge. Dann wird das Pulver mit destillierten Was8er von .Chlorionsn frei gewaschen und im Vakuuiaofen getrocknet-

Das bo erhaltene feinteilige Molybdänpulver hat eine mittlere Teilchengrösse von 100 bis 200 αμ und enthält nur noch Spuren von Eisen als Verunreinigung. ·

- 32 -

109043/1357 . q^

3357/3361-& Vi

64> g des in Beispiel 1 beschriebenen Sila.ciunraitrides, 204 g des oben beschriebenen Molybdänpulvers und 1,6 g handelsübliches wasserfreies γ-AluralniUBsoxydpulver mit kugelförmigen ieilchen von 20 ταμ Grosse werden miteinander vermischt und in einer 397β5 1 fassenden Stahlmühle mit 6,35 nan langen Molybdänstähen als Mahlkörpern vermählen. Die Kühle ist zu 40 i» ihres Rauminhaltes mit den Molybdänstäben gefüllt, und die Molybdän-Kahlkörper sowie die Metall-, Silieiumnitrid- und AluminiuQOxydpulver werden alt eine» "hochsiedenden Kohlenwasserstofföl überschichtet. *

Hach 48-etundigen Mahlen wird die innige Pulverdlaperaion, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, gewonnen. 40 g dieser Dispersion werden bei 1850° 0 unter eines Druck von 280 kg/ca .bei einer Yerweilseit unter diesen Bedingungen 5 Minuten verpresst.

Die so erhaltene hitzabeatändige Masse enthält 1 Teil kolloida-

i les Siliciumnitrid ,und 0,02 feile kolloidales Alumlniunozyd in einer z-usaismenhängenden Einbettungsisasse aus 1 Teil Molybdän. Die Dichte ist gleich der theoretischen Dichte von 6,64 g/onio Diese hitzebeständige Masse ist ein ausgezeichneter Baustoff für den Äinsatz bei hohen Temperaturen und vereinigt hohe Stossfestigkeit ait hoher tfSnaeechoekbeständigkeit und zufriedenstellender Oxydationsbeständigkiait.

109843/136Ϊ

3357/3361-S

Die jaetallographische Untersuchung dieser hitzeheetändigen Masse sseigt eine Dispersion von Siliciumnitrid und AluBiniumoxyd in Molybdän. Die aittlere TeilchengrÖses der Molybdänkriat&lle reicht von etwa 0_$4 bis 0,8 μ, und die mittlere Teilchangrö32e das Silieiuöinitrides und des Aluminiuiaoxyds beträgt etwa 0,5 μ·

Die metallograph!ache Untersuchung dieser Dispersion zeigt ferner, dass das Siliciumnitrid, das Almsiniunäosyd und das Molybdän sämtlich in einer quadratischen Fläche mit 10 μ Esntenlänge erkennbar sind, und dass τοη zehn solchen Flächen mit

ρ
100 μ Flächeninhalt neun das gleiche Struktur besitzen.

Der spezifische elektrische Widerstand dieser hitzebeständigen Dispersion beträgt" 1 OhEi»eia. Bieser niedrige Wert des apezifiechsn elektrischen Widerstandes zeigte dass das Molybdän in dieser Dispersion als zusammenhängende Phase vorliegt, die nicht von Siliciumnitrid oder ÄlumxTaiuoozyd unterbrochen wird.

Beispiel 13

Sin Siliciuapulver mit Teilchengr&eeen unterhalb 44 μ wird geiBäss Beispiel 1 in das Nitrid Übergeführt _t und 240 g dee so erhaltenen Siliciuisnitrides alt feilohengröseen von etwa 50 μ werden mit 40 g des in ^Beispiel 12 beschriebenen Aluisiniuiaund-19,2 g VolfraHäguirer Kit Ssilchengresssn unterhalb

- 34- -

109143/t357

. 1671857

3357/3361-& _

3S

44 μ gemischt, las Gemisch wird geaäas den vorhergehenden Beispielen vermählen, wobei jsdooh anstelle der Molybdän-Mahlkörper Wolfraö-Kahlkörper verwendet werden. ·

Die Reinigung, die Trocknung und das Heissverpressen erfolgen ähnlich wie nach Beispiel 12. Die so erhaltene hitzebeständige Kaese enthält 75 Baustelle Silioiuimitrid und 10 Raumteile AluHlniuuoxyd je Raumteil Wolfram. Die Dichte dieser Diapersion beträgt 3,48 g/cm ·., wae der für diese Hasse zu erwartenden theoretischen Dichte entspricht*. Diese hitzebeständige Hasse eignet sich zur Herstellung von Schneidwerkzeugen zur Bearbeitung von Stahl und Gusseisen bei Oberflächengeschwindigkeiten bis 152 a/Min.

Beispiel 1f

314,6 g des in Beispiel 13 beschriebenen Siliciumnitrides, 40 g des in Beispiel 12 beschriebenen Aluminiuaoxydes und 19,2 g Wclfrainpulver alt Toilchengrössen unterhalb 44 μ werden genäse Beispiel 12 susaaraen vereablen, wobei jedoch die Holyb* däustäbe durch Volfraostäbe ersetzt werden. Das Helasverpreesen erfolgt nach Beispiel 12 und 13. Dia so erhaltene dichte Hasse enthält 98 Teile Siliciumnitrid und 10 !feile Aluminium- . oxyd auf 1 Teil Wolfraa. Die Dichte beträgt 3,43 g/oa'¹, was der zji erwartenden theoretischen Dichte nahekommt. Diese hitzebeetändige Hasse eignet eich zur Herstellung von Schneid-.

- 35 -

1171117

werkzeugen und von für hohe Temperaturen bestimmten Werkstoffe»· ' ' . -

Aufnahmen zeigen sehr feine , die zu Bündeln iron etwa 5 μ Durchmesser ssugammengelegert sind.

29,7 g des in Beispiel 1 beschriebenen Slliciuonitridea, t,4i6 ^5 Hagneßiuainitridpul^er mit feilchenigröeeen von 3ÖG «nd 1,55 δ Hetallpulyer, beateiiend aus 99 feilen Eisen wud 1 feil -Bor, mit feilchengr&eaen von JOD πμ werden in eine 1,1 3. fassende, oit KautsGhufe ßuegekleidete StahlkwgeljnüiiXe eingegeben, die zu 40 i> ihres Rauminhaltes» mit zylinderförnsigea, 6 ^ Kobalt enthaltenden Wolfraocarbidstäben von 6,35 mq DurchEjeseer und 6,35 nan länge gefüllt ist. ferner werden 350 al eines isoparaffiniaclien Kohlenwasseretofiöles oit einem Jg3-aafflputtis:t Ttm &5** C zugesetzt.

Das Hahlgut wird 48 Stunden auf Bit Kautschuk belegten Waisen lt, wobei -die Mühle alt 50 ty&ia, ualÄUft, Wmoh 4sn wird dae innige Pulvergemisch #ue Hilioiumni*ri4_r Kagneeiunmitrid, Sitjen und Bor von den kobalthaltigen Wolfrfta-4Wc4kdQM|^13ä9rpsen sl>fl3.*riert iund durch 3>ekantier«ii ysm der Haupteenge <dea Eohl4Bnwe##«r#tpfföl«fl jetyejmt, 3Jann wird* dip

i* j2 S Se*aii gewesenen,, M* #ä.e frei

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0 984 3/13

ÖAD ORtGlNAt.

1671857

öli'feeten ist_% und übernaeht is Vakuumoffen getroolcnet, ^: dae Palrerdur^fci ein Sieb ait 0,21 on Maaohen

weite geeiert. *

Die chemische Analyse ergibt 46,7 Raumtaile Siliciumnitrid und 2,5 Sauiateile Magnesiuasnitrid je RauBteil Metall, welches seinerseits zu 99 Crew«-4» aus Bisen und zu 1 Gew.-^ aus Bor beateht.

• - - ■

15 g dieser,Dispersion werden in einer BylinäerförKigen Kohlen stoffors Ύοη 25,4 ¹^ Durchaesser in einer durch Induktion er-

o hitsten VakuuEipreace unter sineia Druck von 2Θ0 kg/cm bei

einer Höchsttemperatur von 1900 C und einer Verweilzeit unter diesen Bedingungen von 1 Minute heiss verpresst. Die Probe wird dann,gekühlt, aus der Presse herauegenoBmen und in Probestücke zwecks Bestiooung der Dichte und der mechanischen zerschnittenο

Das Zerschneiden erfolgt mit eines dünnen Diamantsägeblatt unter Verwendung einerWaffelscnneiäeeaschine. Die Querbruchfestigkeil? dieser hitzebeetänäigen Dispersion beträgt 3607 kg 3© c»²» die »ookwell A-Härt© 85*2 und die Stosefeatigkeit 0,109 n&g/cB². Die Dichte beträgt 3,24 g/cn^?> wae 99 t der theoretischen Dichte von 3,27 g/csr entspricht, die für diese ; ZusaaojeneetMung unter der Annahae berechnet wird, dass da&.Volumen dar vei'achiedenea Bestandtsile sich additiv verhält.

- 37 -

1βΙ·43/Τ3Ι7

3357/3361-G St ' '^m

Au3 dieser hitsebestSndigen Hasse wird durch spanabhebende Verformung ein Sinsata für Schneidwerkzeuge hergestellt, der sich ale außergewöhnlich leistungsfähig zum Bearbeitenvon· Stahl und Gusseisen erweist, indes) er eine verhältnismässig geringe Abnutzung und eine geringe Neigung zum Anschweiasea odor Festfressen an ien Werkstücken bei Sohneidgeechwindigkeiten von 152 a/Min, zeigt.

B e i a ρ i a I 16 ·

27₇1β g das in Beispiel 1 beschriebenen Siliciuanitridee, 1,46 g_ fein teilige ß HagnesiuBini tr idpulver, 7,8 g f einteiliges Wolfraaoarbidpulver und 4i4 g feinteiliges Metallpulver, wslchea su 99,5 Öew.-s6 aus Kobalt und zu 0,5 3ew.~j6 aus Bor baeteht, warden genasa Beispiel 15 aiteinander vermischt und vermählen. Die Gewinnung aus der HUhIe₇ di%Reinigung und die !Trocknung des innigen Pulvergeaiaohee erfolgen ebenfalle nach 15.

Die cheaiache Analyse dee Bulvergeiaischee ergibt 17» 1 Rauöteile SiliciuBjnitrid, 0,9 Rausteile MagneBiumnitrid und 1,0 Rauiateii Wolframcarbid je Hauasteil Metall, v/elches β einerlei ta zu 99p5 Gew.-Φ aus Kobalt und zu 0,5 öew.-jt aus Bor beeteirfc.

18 g -äieser Diaperaion werden geasÄaa Beispiel 15 heiss verpreeet, wobei jedoch die temperatur 1800° C beträgt.

- 38 -00841/1311 BADOfMQlNAL

3357/3361-ß

Die bo erhaltene ^hitzebeständig«- Masse besitzt eine Diuhte : τοη 3,88 g/osn » was S3 # der "für diese Masse zu erwartenden theoretischen Dichte τοη 4,08 $,/ovr entsprieht.

Die {fczGrbruehfeetigfceit beträgt 3424 Icg/em², die Rockwell λ-

2 Härte 85,0 und die Siossiestigkeit 0,116 mkg/cm * Mese hitzebeständige Masse eignet eicii als oxydatiossbeetändigeir fiaustoff fiM den Einsatz tee! hohen

Bai s ρ 1 « 1 H '

27jO3 g des izi Beispiel 1 beschriebenen SillciujDmitrides, 1,59 S feinteiliges üiagneeiuiBnitrid und 8,68 g feinteiliges Metallpulver, welches au 99 Gew.-Jt aus Äickel und zu 1 Gewo-ji aus Bor besteht, werde» miteinander gemischt, 3as Vernahlen, Gewinnen aus der Mühle, Reinigen und Trocknen erfolgen nach Beispiel 15» 17 g dieser Dispersion werden genäse Beispiel 15 heiss irerpresst, wobei Jedoch mntijr eiüea Uruak τοη 35 kg/cm !bei «irter fsss^sratur nron 1650° € und siner ¥erweil«eit unter (| diesen Bedingungen ·ν©η 15 Eisutsn igearbeitet wird,.

»o ©iräialtsiße hitzebestSiidige Masse enthalt B»5 Saunitsile Silicii2©nltrid und ©»5 ^maiteile MagnesiunniitrUl je Eaumt«il Metall, welches seimsipsei^e aus einer !legierung aus 99

waä. 1 Geniehteteil. Bor !besteht*

1671857

;3357/336i-G Hü

Die Diohte der^ hitzebeetändigen Masse beträgt 3»58 g/cn⁵, was 96 $> der theoretischen Diohte "von 3»73 g/oar entspricht* Die hitsebeständige Masse besitzt eine Querbruchfestigkeit von 3571 j 6 kg/cm ,eine Stosefestigkeit von 0,137 rakg/cm und eine Rockwell A~Här"te von 82,0.

Beispiel 18

25.57 g des in Beispiel \ bsschriebenen Siliciunmitrides,

ι ' ■■■■■■■ " · ■" ·

1,46 g MagncsiuBnitridpulver und 13»34 g eines Metallpulvers, welches aus gleichen Anteilen.feingemahlenen Nickels und Kobalts besteht, werden gemäße Beispiel 15 miteinander vermählen _r aus der Mühle gewonnen, gereinigt und getrocknet.

18 g dieser Dispersion werden unter den folgenden Bedingungen heiss gepresst» Druck 420 kg/cm j Temperatur 1300 Cj Verwellzeit bei der Höchsttemperatur 30 Minuten.

' Die so erhaltene hitzebeständige Masse enthält 5,4 Hauniteile Siliciumnitrid und. 0,3 Raumteila Magneeiumnitrid je Raunteil

.■·:■■ ■·" ; ; .'■■■" . ·%

der aus gleichen Gewichtstellen Kobalt und Nickel bestehenden legierung.

Die Dichte des hitzebeständigen Stoffes beträgt 3,76 g/cm³, was 93 # der zu erwartenden theoretischen Dichte von 4,04 g je QH entspricht.

- 40 -

109843/1357

3357/3361-G ty

Die Querbruoh£es*tigkeit der hitaebeetändigen Masse beträgt 3403 kg/cm²» ihre Stossfeetigkeit 0,141 mkg/em und ihre Rockwell A-Härte 74,3*

Beispiel. 19

15,9 g dee in Beispiel 1 beschriebenen Siliciumnitrides, 4,0 g a-AluninittiQoxydpuXTer mit Teilchengröeeen von 300 αμ, 4,89 g feinteiliges Alttnlniumnitridpulver, 9,85 g feinteiliges Eisenpulver und 11,11 g teinteiliges Kobaltpulver werden gemäße Beispiel 15 miteinander vernahlen* Die Pulverdispersion wird geiDäss Beispiel 15 gewonnen und gereinigt»

27 g dieser Dispersion werden bei 135O^e C unter einen Drück von 420 leg/cm bei einer Verweil seit unter diesen Bedingungen

von 30 Minuten heiss verpreast»

Dio so erhaltene hitaebeständige Mmeca enthält 2 Rauateile Siliciumnitrid, 0_f4 Baustelle Alunsiniuttcncyd und 0,6 Baum teile lluffliniuinnltrid je Haunt eil einer »u 50 Yol.-jt aue Eisen und EU 50 Vol.-jS aus.Kobalt bestehenden Legierung«

Die Dichte der hitzebeständigen.Masse beträgt 4,30 f/c·⁵, was 94 Ji der zu erwartenden theoretischen Dichte von 4,57 g/o·⁵ entspricht. . :

- 41 -

1ÖII43/13S?

3357/3361-G ft

QuerbruchfTätigkeit der hitzebeatändigen Maase beträgt 3817,7 kg/cm², ihre Rockwell A-Härte 75,0 und ihre Stossfeetigkeit 0,184 mkg/cm².

Beispiel 20

16,06 g des in Beispiel 1 beschriebenen Siliciumnitrides, 1,43 g feinteiliges Magnesiumnitridpulver, 21,2 g Eisenpulver mk mit Teilchengröseen unterhalb 10 μ und 16,0 g Nickelpulver mit TeilcbengrÖssen unterhalb 10 μ werden gemäss Beispiel miteinander vermischt und vermählen. Die Gewinnung und die Reinigung erfolgen nach Beispiel 15.

25 g dieses innigen Pulvergemisohes werden bei Baumtemperatur unter einem Druck von 700 kg/cm in einer gehärteten Stahlform zu eine· ungebrannten Pressling^erpresst. Dieser Pressling wird dann unter Vakuum bsi 1100° 0 4 Stunden gesintert, worauf ean einen etwa 65 J* dichten, eieallch festen Bar-P ren erhält. Dieser Barren wird in einen Behälter bus roetfreiem Stahl eingeschlossen, der aus 74 +Bisen, 18 i> Chrom und 8 l· Nickel besteht. Der Behälter wird verschlossen und der eingeschlossene Barren rasch in sine Sochdruekprtsse eingesetzt., nachdem er zuvor auf 1250° 0 erhitst worden ist« XFn-* mittelbar nach dem Binaetcen in die Presse wird ein Druck von 7000 kg/cm ausgeübt, und innerhalb 1 bis 5 Sekunden ist der Strangpressvorgang beendet, Als Pressform dient ein· gehärtete Stafclforia mit einer "Durchmesserrer jürigung von 4 ι 1 **

bad original

3357/3361-G

Die bo erhaltene, hitzebeständig«. Masse eni&ält 1,1 Raumteile Siliciumnitrid und O,1 Baum/teile Magneeiumnitrid je Baumteil einer aus 60 Raumteilen EiBen und 40 Rauoteilen Nickel bestehenden Legierung.

Die Dichte der Masee" betrögt 5,47'g/cm⁵, was der zu erwartenden theoretischen Dichte entspricht.

Die hitzebeständige Masse besitzt eine Bruchfeetigkeit von Λ

5625 kg/on;, eine Rockwell Α-Härte von 86,4 und eine Stossfestigkeit von 0,328 nlcg/ciD . Diese hit Bebeständige Hasse eignet eich zur Herstellung vonZiehformen für Kupferdraht, da sie selbst bei hohen Ziehgeschwindigkeiten nur eine geringe Neigung Eur Abnutzung, euh Festfressen und gun Abrieb zeigt.

"· ■ - ■-"---■ -' · ' ·-■-""■-■«■ . ■■ Beispiel 21

19,72 g des in Beispiel 1 beschriebenen Siliciumnitrideβ, 1,43 g Magnesiumnitridpulver, 14,05 g TitaniBonoxydpulver oit (| Teilchengrassen von 10 μ, 2>66 g feinteiliges Bieenpulver und 1fH g feinteiligee Ohrpiapulyer werden miteinander geniecht.

Das TerifiEhlen, die Gewinnung und Reinigung des Yernahlenen Pulvergeaieeheβ erfolgen naoh Beispiel 15.

20 g dieses Pulvergeroisches werden in einer.zylinderföroigen Kohlenstofforii von 25,4 miß Durchnesser bei 1900° c unter' eine*

~ 43 *

3357/3361-α

Druck von 280* kg/ca , bsi einer Verweilzeit unter diesen Bedingungen Ton-1 Minute verpresst. Dis so erhaltene bitzebeotändige Dispersion enthält 12,4 R&usiteile Silioiumnitrid, 0,9 Raumteile Magn"8siuianitrid und 5₅7 Rauisteile Titanmonoxyd 3© BßUEteil einer Legierung, die aus 70 <£©w.~% Biasn und

30 Gew.-56 Chrom besteht.

Die hitsebeständige Hasse hat eine Dichte von 3,32 g/cm , was 93 i> der .theoretischen Dichte yon 3,90 g/ear entspricht.

Dis Quarbruchfeetigkeit der Masoe beträgt 3700 kg/ens , ihre Eockvfell A-Härte 89,0 und ihre Stosefestigkeit 0,124 mkg/cm . Diese .Mt ze bee tändige Hasse ist ein ausgezeichneter Werkstoff für Werkzeuge zum Schneiden von Stahl und Gusseisen und sseigt nur sehr geringe Abnutzung, Kraterbildung und VersQhweissung selbst bei verhftltniein^eeig hohen Schneidegeechwinöigkeitena

Bei'spiel 22

17,17 g des in Beispiel 1 beschriebenen Siliciuwnitx'ides. 1.-43 g Kagnesiussnitrid, 17 ,-1 g Sitannitridpulver mit Tsilchengrössen von 1 μ, 6,76 g feinteiliges Hickelpulver waa 1,69 g feinteiliges Chroapulver werden leiteinander gemischt und liaoh Beispiel 15 zusamsaen vermählen, aus der Mühle gewonnen, gereinigt und getrocknet,* .

- 44

109843/1.357 ' BAD Q_RK3JNAL

16716S7

3357/5561-0

20 g dieser Dispersion werden in einer Form aus gehärteten Stahl mit einem Durchmesser von 25*4 mm unter einen Druck von 700 Jcg/cffl zu einem ungebrannten Pressling yerpreeet·Dieser Pressling wird 4 Stunden bei 1*525° O in einem Aluininiunoxydrohr unter Hochvakuum gesintert.

Die so erhaltene hitzebeständige Dispersion enthält 5»4- Baustelle Siliciumnitrid, 0,45 Haumteile Magnesiumnitrid und 3,2 Haumteile Titannitrid je Bauateil einer legierung aus . 80 Gew.-9& Kiokel und 20 Gew.-# Chrom.

Die Dichte der Masse beträgt 5»38 g/or, wm 99,5 £ der theoretischen Dichte von 5»94 g/cm^ entspricht.

Die Bruchfestigkeit der hitzebeständigen Hasse beträgt

ο ■

4430 kg,/eBj , ihre Rockwell A-Härte 65,7 und ihre Stossfestigkeit 0>238 m^

B ;e i a ρ i e 1 25

10,18 g Siliciumnitrid, 0,6 g Litliiumnitrid, 23,40 g VoIfranöarbid, 3Or8 g feinteiliges Hickelpulver und 5,44 g feinteili ges Chrompulver werden gemäss Beispiel 15 miteinander geaHecht, veraahlen, au» der Kühle gewonnen, gereinigt und getrocknet.

- 45 -

108i43/1367

5557/3361-σ

30 g dieser Dispersion werden in einer sylinderföraigen Kohlenstoff orm nit 25,4 ram Durchoeseer bei 1400° ρ unter einen Druck von 280 kg/cm bei einer Verweilzeit von 30 Minuten heiss gepreast. Die so erhaltene hitzebeständige Masse enthält 1,1 BaumteiXe Siliciumnitrid, 0,8 Raumteile litniumnitrid und 0,4 RauBitelle Wolframcarbid ,ie Eauateil einer Legierung aus 85 Gew.-# Nickel und 15 Gew.· φ Molybdän.

Me Dichte der hitzebeständigen Masse beträgt 6,62 g/oa', wae 94 ^ der für diese Masse zu erwartenden theoretischen Dichte von 7,04 g/cvr entspricht.

Die Querbruchfestigkeit beträgt 4500 kg/cm , die Rockwell A-Härte 68,3 und die Stossfestigkeit 0_r24 akg/c»².

Beispiel 24

12,08 g des in Beispiel 1 beschriebenen Silieiumnitrides, 0,3 g wasserfreies pulverförmiges Magnesiumorthoborat, 18,3 g feinteiliges Zirkoniurnnitridpulver, 33,4 g Kobaltpulver und 5t 9 g feinteiliges Wolfraapulver werden genass den vorhergehende. Baispielen miteinander gemischt, zusammen veraahlen, aus der Mühle gewonnen und gereinigt. 12 g dieses Pulvergemisehes werden in einer Form aus gehärtetem Stahl unter eint» Druck

von 700 kg/cm verpresst. Der so erhaltene ungebrannte Pressling wird in ein Aluainiunoxydrohr eingeaetst und ia elektri-

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167165?

3357/5361-G Ϋ?

sehen Ofen 1 Stunde unter Hochvakuum auf 1600° C erhitzt.

Die so erhaltene hitzeheständige Masse enthält 1,1 Räumteile Siliciumnitrid, 0,3 Räumteila Magnesiumborat und 0,7 Raumteile Zirkoniumnitrid je Raumteil einer legierung aus 85 Gew.-Jt Kobalt und 15 Gew.~£ Wolfram. ...

Die Dichte der hitaebeständigen Dispersion beträgt 6,44 g/cm , was 92 $> der für diese Zusammensetzung zu erwartenden theoretischen Dichte von 7,0 g/cm entspricht« Die Bruchfestigkeit

.2
beträgt 3902 kg/cn , die Rockwell A-Härte 68,8 und die Stossfestigkeit 0,214 nskg/cm .

Beispiel 25

26,82 g dee in Beispiel 1 beschriebenen Siliciumnitridee, 2,15 g f einteiliges Magneeiuaozydpulver, 4,94 g kolloidales Thoriuffioxydpulrer Kit siner l'eiachengrösse von etwa 16 ημ, 3,04 g feinteiliges Kobaltpulver, 0,87 g feinteiliges Chrompulver, 0,43 g feinteiliges Wolframpulver und 0,04 g feinteiliges Borpulver werden geiaäss Beispiel 15 miteinander vermählen, gewonnen, gereinigt und getrocknet. *

18 g dieses innigen Pulvergemisches werden bei 1750° G unter einem Druck von 280 kg/cm bei einer Verweilzeit unter diesen

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3357/356 ί-α Η

Bedingungen von 1 Minute heisa verpresst. .

Die,so erhaltene hitzebeständige Kasse enthält 16,9 Baumteile Siliciumnitrid, 1,2 Raumteile Magnesiunoxyd und 0,9 Raumteile ThoriuEOxyd je Raumteil einer Legierung aus 69 Gew.-^t Kobalt, 20 Gew,-^ Chrom, 10 Gewo-^ Wolfram und 1 Gew.-# Bor.

Die Dichte der hitzebeständigen Dispersion beträgt 3,81 g/cm , was 99,5 i» der für dies.e Zusammensetzung theoretisch zu erwartenden Dichte von 3,83 g/cm entspricht.

Die Querbruchfestigkeit beträgt 4922 kg/cm , die Rockwell A-Härte 92,5 und die Stossfestig^eit 0,133 mkg/cm . Diese hitsebeetändige Masse eignet sich zur Herstellung τοη Werkeeugen zum Schneiden von Gusseisen und Stahl sowie von Bronze, Kupfer, Messing und Aluminium.

B e i.a ρ i e 1 26

27,03 g des in Beispiel 1 beschriebenen Silieiumnitridee, 4,00 g a-Aluminiumoxydpulver mit einer Teilchengrösse von 300 Είμ, 3,67 g feinteiliges Eisenpulver, 0,4 g Russ mit hoher spezifischer Oberfläche und 0,04 g feinteiliges Bor werden geaäss den vorhergehenden Beispielen gemeinsam vermählen. Nach der Gewinnung, Reinigung und Trocknung, wie oben beschrieben, werden 17g des so erhaltenen Pulvergemisches bei 1900° C und .280 kg/cm" bei einer Yerweilzeit von 5 Minuten heisa verpreest.

7 BAD ORIGINAL

3357/3361-ß

Die so erhaltene hitzebeständige Diepersioa enthält 17,0 : RauBteile Siliciumnitrid und 2,0 Raumteile Aluniniuuoxyd je Rauateil einer Legierung aus 98 Geir..-4C Eieen, t Qew.-jt Kohlenstoff und ί Gew.*-?6 Bor* --. ·.

Die Dichte dieser Masse beträgt 3,48 g/ca _f was der zu erwartenden theoretischen Dichte entspricht.

Die Querbruohfestigkeit beträgt 5625 kg/ca , dieBookwell Λ- m Härte 92 und die Stoaefestigkeit 0,15 akg/crn*.

Be i s pi el 27

26,08 g des in Beispiel T beeohriebenenSilioiumnitridee, 2,88 g feinteiligeg HegneBiuealuminat-Spinellpulver, 7,6% . feinteiliges Hickelpulver und 0,4 g feinteilige Aluainium-Bohuppen werden gemäas Beispiel 15 miteinander vermischt, vermählen, gewonnen, gereinigt und getrocknet.

20 g dieses £ulvergemi8ches werden bei 1900° C unter einen " Druck von 280 kg/on bei einer Verweilzeit von SJKinuten heiee ·. gepresst.

Die so erhaltene hitzebe3tändige Masse enthält 8,2Raumteile Siliciumnitrid und 0,8 Raumteile Magnesiumaluminat je Raumtell einer Legierung aus 95 Gew.-^ Nickel und 5 Gew.-?t Aluainiua. Die Dichte der Hasse beträgt 3,70 g/ca⁵, was der mi erwartenden theoretischen Dichte entspricht»

,.na , , IO8»43/13$7

1871657

3357/3361-& SO

Die Querbruchfestigkeit beträgt 4851 kg/c"²» aim Rockwell A-Härte 91,5 und die Stoesfeatigkeit 0,161 ekg/ca². Bi«e# hite·- beetändige Hasse eignet eich ausgezeichnet but Herstellung von Schneidwerkzeugen für Eisenaetalle, AlTiainirua, Kupfer und Bronze ; sie zeigt selbst bei sehr hohen Ärbeitageeohwindigkeiten nur eine sehr geringe Abnutzung. Insbesondere iet si« äusserst beständig 'gegen Terschweissung und JEraterbildung.

Die »etallGgraphieohe untersuchung dieser hitssebeatändigen Massa zeigt eine Dispersion von Siliciuanitrid und Magnesit«- aluminat in einer Sickel-AluiciniuiD-Legierung. BIe sittlere Teilchengröese der Ketallicristalle liegt im Bereieh von 0,4 bis 0,8 μ und die mittlere Teilchengröße© übt Siliciumnitrid- und der Hegneeiuaaluminatteilchen in Bereich wmi 0,5 bis 0,7 μ.

Die netallographiache Untersuchung dieser Dispersion zeigt ferner, dass das Silieiuanitrid, das MagnesiuaaluBinat und die Nickel-Alurainiunj-Legierung aänitlich in eimer quadratiechen Fläche von 10 μ Kantenlänge erkennbar sind und in neun von g-in untersuchten Flächen von 100 μ Flächeninhalt die gleiche Struktur aufweisen.

Der spezifische elektrische Widerstand, dieser hitzebeständigen Dispersion beträgt etwa 1 Oho.on». Dieser niedrige Vert dee spezifischen elektrischen Widerstandes zeigt, dass die Konti-

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^'^ _m, 108S43/13S7 *** ^0RißlNAt

3557/3361-β SJi

nuität der Metallphaee in dieser Dispersion nicht durch Siliciumnitrid- oder Magneaiumaluiainatteilchen unterbrochen let.

B e i a ρ i a I 28

Siliciumpulver mit iBeilehengröseen unter 44 μ wird nach Beispiel 1 in das Nitrid übergeführt, und das so erhaltene SiIi-

ciusmitrid; welcheο eine Korngröaae von etwa 50 μ aufweist, wird in der Kugelmühle bis zu einer mittleren TeilchengrÖsse von 10 μ vermählen. 64 g dieses Siliciumnitridpulvere werden mit 1,6 g eines im Handel erhältlichen wässerfreien γ-Aluminiuaoxydpulvers mit kugelförmigen Seilchen von 20 ημ Gruse· und ΐ?8 g Nickelpulver einer Teilchengrösse von 50 αμ, welches durch weitgehendes Vermählen eines im Handel erhältlichen Oarbonylnickelpulvers einer feilchengrösse von etwa 1 μ mit iiickelkugeln hergestellt ist,- vermischt. Bas Gemisch wird 500 Stunden mit Nickeleehrot in einem hochsiedenden Kohlenwasserstofföl vermählen. Das Vermählen erfolgt in einer 3,^85 1 fassenden Stahlmühle, die zu 40 ^ ihres Pessungsvermögens mit Nickelschrot gefüllt ist und so viel hochsiedendes Kohlenwasserstofföl enthält» dass die fiiokelkugeln und das Pulver bedeckt sind. Die Crewinnung des Pulvers, seine Reinigung- und Trocknung werden nach den vorhergehenden Beispielen durohgeführt·

, - 51 -

10t843/13E7

3357/336i~G

34 g dieses Pulvers werden durch Kaltpressen, Sintern und Strangpressen nach Beispiel 20 verarbeitet. Der eo erhaltene dichte Körper besteht aus einer Dispersion, die 1 Raunteil Siliciumnitrid in 1 Raumteil einer zusammenhängenden Phase aus Nickel enthält, in der ausserdem 0,02 Raumteile Aluminiumoxyd als Presshiifsmittel ,Ie Raum teil Metall diapergiert sind. Die Dichte der Masse beträgt 6,03 g/cm «

Beispiel 29

240 g Siliciumnitrid werden nach Beispiel 28 unter iOrtlae-, sung des Vermahlene in der Kugelmühle hergestellt. 40 g dee in Beispiel 28 beschriebenen Altiminiumoxydpulvers, 6,23 g Nickelpulver mit Korngrössen unter 44 μ und 2,16 g Chrompulver mit Korngrössen unter 44 μ werden zusammen mit dem Siliciumnitrid gemäss Beispiel 28 vermählen. Die Reinigung, die Gewinnung aus der Mühle und das Trocknen werden nach den vorhergehenden Beispielen durchgeführt.

24 g dieses Materials werden bei 1850° 0 in einer Kohlenstoffform unter einem Druck von 420 kg/cm heisa gepresst, lach des

■m

Erkalten des Ofens und Entfernen des Produktes besteht das letztere aus einer Dispersion von 73 Raurateilen Siliciumnitrid und 10 Raum teilen Aluminiumoxid je Räumte il einer Legierung aus 26 Gew.-5t Chrom und 74 Gew.-# Nickel. Die Dichte beträgt 3,35 g/cm , was der zu erwartenden theoretischen Dleh-

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ORIßiN_AL

T671657

3357/3361-G '53

te entspricht. Dieses Material eignet eich als Baustoff aus Einsatz bei hohen Temperaturen und ferner als Werkstoff but Herstellung guter Schneidwerkzeuge, mit denen Stahl und Gusseisen bei Terhältniamäseig hohen Geschwindigkeiten bearbeitet werden können.

B e i sρ i e X 30

Man arbeitet nach Beispiel 29 unter Verwendung der gleichen ^ Mengen, wobei jedoch die 240 g Siliciumnitrid durch 316,8 g eines Siliciuianitrides mit Teilehengröseen von 4-0 bis 50 μ ersetzt werden. Das Heisepressen wird, wie oben besahrieben, durchgeführt, und die erhaltene hitsebeständige Dispersion enthält 99 Raumteile Siliciuainitrid und 10 Raumteile Aluminiumoxyd -je Raumteil HetaXlbindemittel. Das metallische Bindemittel besteht aus 26 Gew.-56. Chrom und 74 Gew_o-# Nickel. Die Dichte der Dispersion beträgt 3»21 g/cm , was etwa der su erwartenden theoretischen Dichte entspricht. Diese Probe zeigt nach der Verarbeitung zu einem Schneidwerkzeug eine gute Verschleissbeständigkeit, besonders bei hohen Geschwindigkeiten und geringer Sohneidtiefe.

..V ■' Γΐ-:.

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108843/1567

Claims

3357/3361-α · J^ U Juni 1965

Patentansprüche .' /

1. Hitzebeständig^ Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Molybdän, Wolfram, Chrom, Bhenium, Eisen, Kobalt, Hick·! und bzw. oder Legierungen dieser Metalle in Dispersion sait Siliciuanitrid.und einem Presshilfsnittel aus der Gruppe Kagnesiuianitrid, Lithiumnitrid, Alumlniumoxyd, Magnesiumoxyd, Silieiuffldioxyd, Boroxyd und. den oxydischen Spinellen aus einem zweiwertigen Oxyd> nämlich Kagnesiumoxyd, Eisenoxyd, Kobaltoxyd oder Nickeloxyd, und einem dreiwertigen Oxyd, Hässlich AluainiuxBOxyd, Eisenoxyd oder Chrom(III )~oxyd sit der Masegabe besteht, dass das zweiwertige und das dreiwertige Oxyd Oxyde verschiedener Metalle sind.

2. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie

1 bis 98 Raumteile Einzelteilchen aus Siliciumnitrid.3$ Sau»-» teil Metall enthält.

3. Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gskennseichnets dass sie 0,02 bis 10 Raunst eile Presahilf smittel je Eaumteil Metall enthält.

4. Dispersion nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,06 bis 7 Eaumteile Presshilfssiittel je Baumtell Hotall enthält.

1Q9S43/1357

'335^/3361-0 " SS

5» Dispersion nach Anspruch 1 bie 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie 3,0 bis 50 Raumteile Einzelteilchen aus Siliciumnitrid je Äaumteil Eisen, Kobalt oder Nickel enthält.

6. Dispersion nach Anspruch 1 bie 4, dadurch gekennzeichnet, daae sie 1,5 bis 19 Raurateile Einzelteilchen aus Siliciumnitrid je Reuiateil Molybdän, VoIfram, Chrom oder Rheniu»

enthält. . ^

7. Dispersion nach Anspruch 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Molybdän ist.

8ο Dispersion nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daas das Metall Kobalt ist.

9ο Dispereion nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ' dass das Metall Wolfram ist.

10. Dispersion nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daes das Metall eine legierung aus Nickel und Molybdän ist, die 15 Gew.-^ Molybdän, bezogen auf das geaaate Metallgewicht, enthalte

11. Siepereion nach Ansprach 1 bis 10 in Form einer hitzebeständigen Dispersion mit einer Dichte von aehr al« 98 i» der theoretischen Dichte.

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167165¹F

5357/3561-0

12« Wspersion naoh Anspruch 1 bis 11 in Porn einer hitze beetän~> . digen Dispersion mit einer Dichte von mehr ale 95 % der "theoretischen Dichte.

13. Dispersion nach Anspruch 1 bis 12 in Form einer hitzebeständigen Dispersion mit einer Dichte Ton mehr als 90 1> der theoretischen Dichte.

^ 14. Dispersion nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das β das Siliciumnitrid in Kengen von weniger als 50 Vol.~96 durch in Teilchenform Torliegende Nitride von Hafnium, Iitan, Zirkonium, Aluminium, Tantal, Thorium, Uran oder Cer, Carbide ▼on Molybdän, Wolfram, Hafnium, Chrom, Tantal, Niob, Titan oder Zirkonium oder Silicide oder Disilioide von Chrom, Wolfraa oder Molybdän oder Gemischs derselben ersetzt ist.

15, Dispersion nach Anspruch 1 bis H₉ dadurch gekennzeichnet, dass, βίο eine Komponente eines Schneidwerkzeuges darstellt_?

16. Verfahren zur Herstellung von hitzebeständigen Dispersionen, _, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Masse aus Molybdän, Wolfras, Chrom, Rhenium, Eisen, Kobalt, Nickel und bzw. oder Legierungen derselben, in. der Siliciumnitrid und ein Presshilf eaittel aus der Gruppe Magnesiumnitrid, lithiumnitrid, AluniniUBOxyd, Magnesiumoxyd, Siliclumdioxyd, Boroxyd und dtn oxydißchen Spinellen τοη zweiwertigen Oxyden, nämlich Magneaiuaoxyd, Sisenoxyd, Kobaltoxyd oder Nickeloxyd, und dreiwer-. : tigen Oxydes, nämlioh Aluminiumoxyd, Bisenoxyd oder Chrom(III).

10ea4i/¥3t7 ÖAO ORfOtNAL

3357/3361-G 5%

oxyd, ait der Hassgabe, dass das zweiwertige Oxyd und das dreiwertige Oxyd Oxyde von verschiedenen Metallen sind, verteilt sind, in Form feiner Teilchen zu einer homogenen Dispersion innig miteinander vermischt, das Gemisch in einer Porm

2 bei einem Druck von mshr als 35 kg/cm verdichtet und auf eine Temperatur von 1000 bie 1900° C erhitzt.

17. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dase man

2 '

das Gemisch bei einem Druck von 35 bis 420 kg/em verdichtet.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Ban als Metallkomponents Bisen, Kobalt oder Nickel verwendet und das verdichtete Gemisch bis au 4 Stunden auf 1000 bis 1900° 0 erhitzt« .

19o Verfahren nach Anspruch Λ5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ketallkomponente Molybdän, Wolirass oder Chrom verwendet und das verdichtete Gemisch bis zu 4 Stunden auf |600 bis 1850°.C erhitat.

20. Verfahren nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nan das Gemisch aus Bestandteilen mit Teilchengröße sen von weniger als 50 μ herstellt.

21, Verfahren nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nan das Gemisch aus Beetandteilen mit Teilchengrösaen von

' weniger ale 10 μ Erstellt.

3357/3361-G

22. Verfahren nach Anspruch 15 bis' 20, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch aus Bestandteilen mit Teilchengröseen von weniger als 1 μ herstellt.

23. Hitzebeständig© Masse, daduroa gekennzeichnet, dass sie aus Molybdän, Wolfram, Chroa, Rhenium, Bisen, Kobalt, Nickel und bzw. oder Legierungen derselben in Dispersion mit Silicium-

^ nitrid und einem Preeshilfsmittel aus der Gruppe Magnesiumnitrid, Lithiumnutria, Aluainiumoxyd, Magnesiumoxyd, SiIiCiuadioxyd, Boroxyd und den oxydischen Spinellen aus einem zwei-/ wertigen Oxyd, nämlich Magnesiumoxid, Eisenoxyd, Kobaltoxyd oder Niekeloxyd, und einem dreiwertigen Oxyd, nämlich lluminiuooxyd, Eisenoxyd oder 0hron(III}-oxyd, besteht, mit der Massgabe, dass das zweiwertige und das dreiwertige Oxyd Oxyde von verschiedenen Metallen slacL

24· Hitzebeständig© Masse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich-P net, dass sie 1 b:ls 98 Räumte ils Finselteileben aus Siliciumnitrid je Raumteil Metall enthält.

25. Hitzebeständige Masse nach Anspruch "22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,02 bie 10 Raumteile Preeshilfaaittel je Raumteil Metall enthält.

26. Hitsebeetändige Masae nach Anspruch 22 Me 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,06 bis 7 Raumteile Presehilf«mittel ie Rftumteil Metall enthält.

10ei*3/13B7 ««O^al

5337/5361-G S3

27« Hitzebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 25* dadurch gekennzeichnet, dass sie 3,0 bis 50 Raumteile Einzelteilöben ■ auβ Siliciumnitrid je Haumteil Eisen, Kobalt oder Hiekel enthält. ^Λ '"

28. Hitzebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 25, dadaroh gekennzeichnet, dass sie 1,5 bis 19 Rauoteile Einzelteilchen aus Siliciumnitrid je Raumteil Molybdän, Wolfram, Chroa oder Ehenium enthält.

29« Hitzebeatändige Hasse nach Anspruch 22 bis 27» dadurch gekennzeichnet, dass sie das Presshilfemittel, das Siliciumnitrid und das Metall in mittleren Teilchengrössen von weniger als 50 μ enthält=

30. Hitzebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Presshilfemittel, das Siliciumnitrid und das Metall in mittleren Teilchengrössen von weniger als 10 μ enthält.

31- Hitzebeetändige Masse nach Anspruch 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass sie dae Preeshilfsmitt'el, das Siliciumnitrid und due Metall in mittleren Teilchengröaeen von weniger ale

:," 1 μ.

- 59 - .

1 Q 9 8 43/ 1357

3357/3361-G

32. Hitzebeständige Masse nach Anspruch'22 bis 30, dadurch, gekennzeichnet, dass das Metall Molybdän ist.

33. Hiteebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kobalt ist» ' -„

34. Hitaebeetandige Masse nach Anspruch 22 bis 30» dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Wolfram ist*

35. Hitzebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall eine Legierung aus Nickel und Molybdän mit einen Molybdängehalt von 15 Gew.~j6,.bezogen auf das Gesamtgewicht des Metalles, ist.

36. Hitzebeständige Masse nach Anspruch 22 bis 34» dadurch gekennzeichnet, dass das Siliciumnitrid in Mengen von weniger als 50 VoI.-Jt durch in Form von Einzelteilchen vorliegende Nitride von Hafnium, Titan, Zirkonium» Aluminium, Tantal, Shor^Lum, Uran oder Cer, Carbide von Molybdän, Wolfrta, Hafnium, Chrom, Tantal, Niob, Titan oder Zirkonium oder Silicide oder Disilicide von Chrom, Wolfram oder Molybdän oder durch Gemische dieser Verbindungen ersetzt ist.

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