DE1796286C3

DE1796286C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern

Info

Publication number: DE1796286C3
Application number: DE1796286A
Authority: DE
Inventors: Asoke Chandra Das Vancouver Chaklader (Kanada)
Original assignee: CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT Ltd OTTAWA
Current assignee: CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT Ltd OTTAWA
Priority date: 1964-12-14
Filing date: 1965-12-14
Publication date: 1975-05-07
Also published as: GB1137493A; US3379523A; NL6516259A; DE1796286B2; JPS5347125B1; DE1571367A1; DE1571367B2; DE1571367C3; JPS4830325B1; FR1462584A; DE1796286A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ein oder mehrere harte und druckfeste Oxyde sowie gegebenenfalls Füllstoffe und/oder Verstärkungsmaterialien enthaltenden Formkörpern unter Anwendung von Wärme und Druck. Diese Formkörper enthalten wesentliche Mengen an Zirkonoxyd (ZrO₁), Aluminiumoxyd (AI₂Oj), Eisenoxyd (Fe₁O₃), Magnetiumoxyd (MgO), Berylliumoxyd (BeO), Urandioxyd (UO,-Uranoxyd), und/oder Thoriumoxyd (ThO₁) oder Talkum oder Cermets, welche sich durch einen Gehalt an einem Metalloxyd und einem Metall auszeichnen. Bisher ist man zur Herstellung derartiger Formkörper in der Weise vorgegangen, daß man die oxydhaltige Ausgangsmasse unter Verwendung von Formwerkzeugen sowie einer Presse in die gewünschte Form brachte, worauf anschließend der gebildete Formkörper bei erhöhten Temperaturen (gewöhnlich weiter über 1000° C) gesintert wurde, um ihm Druckfestigkeit und Härte zu verleihen. Auch das Sintern unter Druck ist bekannt. Dieses Verfahren wird als Heißpreßverfahren bezeichnet.

Diesen Verfahren war gemeinsam, daß man bei

ihrer Durchführung versuchte, möglichst hohe Dichten zu erzielen, um zu großen Härten und Druckfestigkeiten der Formkörper zu gelangen. Nachteilig bei der Durchführung dieser Verfahren war insbesondere, daß die erforderliche Sinterzeit normalerweise in der Größenordnung von einigen Stunden bis Tagen lag, wobei Temperaturen von mehr als 1400° C eingehalten werden mußten. Auf diese Weise sind die bek -nten Verfahren sehi kostspielig.

ίο Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren bestand darin, daß einige hochschmelzeBde Oxyde, insbesondere ZrOj, bei Temperaturen, die tiefer sind als die zur Durchführung der bekannten Verfahren eingehaltenen Temperaturen, eine Phasenumwandlung

is durchlaufen, welche mit einer deutlichen Volumenänderung verbunden ist. Das Abkühlen von Fonnkörpern von der Fertigungstemperatur durch einen derartigen Phasenumwandlungstemperaturbereich hindurch führt dabei zu einer ausgedehnten Rißbildung,

ao so daß die Endprodukte nur eine schlechte oder überhaupt keine Festigkeit aufweisen. Aus diesem Grunde konnte bisher nichtstabilisiertes Zirkonoxyd nicht durch Sintern oder durch übliche Heißpreßmethoden verarbeitet werden. Es war daher bisher nicht möglich,

»s feste und dichte Formkörper aus nichtstabilisiertem Zirkonoxyd herzustellen. Man konnte bisher nur ein stabilisiertes Zirkonoxyd verwenden, wobei unter einem derartigen Oxyd ein Material verstanden wird, das keine Phasenumwandlung aufweist. Diese Phasen umwandlung kann derartig unterdrückt werden, daß man eine feste Lösung des Zirkonoxyds mit anderen Materialien, wie beispielsweise CaO, bildet. Ein Nachteil des stabilisierten Zirkonoxyds besteht jedoch darin, daß es chemisch reaktiver ist als nichtstabilisiertes Zir konoxyd.

Nichtstabilisiertes Zirkonoxyd ist ein nichtreaktives Oxyd, auf das man als Material zur Herstellung von Schmelztiegeln oder von feuerfesten Formkörpern zurückgreift. Bisher war es üblich, zur Herstellung

♦o von zirkonoxyd-haltigen Formkörpern stabilisiertes Zirkonoxyd zu verwenden, wobei jedoch der Nachteil in Kauf zu nehmen war, daß die Herstellung der festen Zirkonoxydlösung eine geeignete Mischvorrichtung erforderte. Diese Masse würde entfallen, wenn man ein nichtstabilisiertes Zirkonoxyd als Ausgangsmaterial verwenden könnte, ohne daß dabei die vorstehend geschilderten Nachteile auftreten.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Ver- fahren zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Gattung dadurch gelöst, daß man eine gegebenenfalls unter Druck ausgeformte Masse, die mindestens ein zu einer Phasenumwandlung be fähigtes Oxyd enthält, auf eine Temperatur oberhalb einer Phasenumwandlungstemperatur des Oxyds bei einem vorgegebenen Druck, jedoch weit unterhalb Sinterungstemperatur erhitzt, mindestens während eines Teils der Phasenumwandlung kurzzeitig Druck anlegt und dabei gegebenenfalls in die gewünschte

Form bringt und den Formkörper gegebenenfalls nach Herausnehmen aus dem Formwerkzeug nachbrennt. Es hat sich dabei in überraschender Weise gezeigt,

daß bei einem Arbeiten bei Temperaturen, die tiefer liegen als die bei der Ausführung der bisher bekannten Verfahren eingehaltenen Temperaturen, Formkörper innerhalb wesentlich kürzerer Zeitspannen als bei den bekannten Verfahren erhalten werden können,

die, obwohl sie geringere Dichten als die bekannten werden. Das verwendete Formwerkzeug sollte derart formkörper besitzen, hinsichtlich ihrer Härten und beschaffen sein, daß es das Entweichen von Gasen ge-Dnickfestigkeiten mit den bekannten Formkörpern stattet, die während des Einwirkenlassens von Wärme vergleichbar sind, wobei man zur Herstellung dieser und Druck gebildet werden.

Formkörper auch nichtstabilisiertes Zirkonoxyd ein- S Als Füllstoffe und/oder Verstärkungsmaterialien setzen kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Ver- kommen erfindungsgemäß metallische oder nichtfahren erhaltenen Formkörper sind hinsichtlich ihrer metallische Fasern, natürliches pulverisiertes Gestein, physikalischen Eigenschaften genauso gut wie die be- Sand od. dgl. in Frage, ferner kann man Metallkannten Formkörper, der wesentliche Vorteii des er- pulver einsetzen, um Cermets, d. h. Keramik-MetaU-fiadungsgeraäßen Verfahrens liegt jedoch darin, daß ίο massen, sowie Metall-Keramik-Schichtstoffe zu bilden, diese Formkörper innerhalb wesentlich kürzere.· Zeiten Die Art und die Menge der zugesetzten Füllstoffe und/ hergestellt werden können, wobei der Energiebedarf oder Verstärkungsmateriaiien bestimmt in einem gemerklich geringer ist. Außerdem besitzen die erfin- wissen Ausmaße die physikalischen Eigenschaften der duttgsgemäß hergestellten Formkörper bessere Dünen- hergestellten Fonnkörper. Mit sinkendem Oxydgehalt sionsstabilitäten als die bekannten Formkörper. Auf j 5 nimmt jedoch im allgemeinen die Druckfestigkeit der . Grund dieser Merkmale stellt das cfindungsgemäße hergestellten Formkörper ab. Verfahren einen erheblichen technischen Fortschritt Nachdem in der deutschen Patentschrift 1 571 367

gegenüber den bekannten Verfahren dar, bei deren beschriebenen Verfahren hergestellte Formkörper aus Ausführung Sinterungstemperaturen eingehalten wur- Aluminiumoxyd können auf Grund einer erfindungsden. " gemäßen polymorphen Umwandlung unter Druck

Die Erfindung beruht, wie bereits angedeutet wurde, weiter verdichtet und verfestigt werden. Dabei kann auf der überraschenden Erkenntnis, daß trotz einer man einen hergestellten Formkörper mit oder ohne geringeren Dichte der hergestellten Formkörper diese Anlegen von Druck auf eine Temperatur von etwa die gleichen physikalischen Eigenschaften besitzen wie 1150° C oder darüber erhitzen, um *-Al₁O, zu erhalten, bekannte Formkörper, die nach Sinterungs- oder 35 Dieses erne*ite Brennen bei oder über 115O⁰C hat sich Heißpreßverfahren hergestellt worden sind und wesent- dann als günstig erwiesen, wenn man entweder Alumiych höhere Dichten aufweisen. niumnxyd-Formkörper oder Aluminiumoxyd-Metall-

Bekannte Sinterungsverfahren werden beispielsweise Verbundformkörper (Cermets) herstellen will, in den britischen Patentschriften 888 628 und 829 799 Materialien, die durch Anlegen von Druck während

beschrieben. 30 einer Dehydroxylierungsreaktion gemäß der vorstein »J. Am. Ceram. Soc.« 45, 612 (1962), wird die hend genannten deutschen Patentschrift (beispielsweise Abhängigkeit der Phasenumwandlungstemperatur von Tone) hergestellt worden sind, können vermählen und Zirkonoxyd von dem Druck beschrieben. Dieser Lite- schließlich erfindungsgemäß weiterverarbeitet werden, raturstelle ist lediglich zu entnehmen, bei welcher Korn- Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch als

bination von Druck und Temperatur die Phasen- 35 Zwischenstufe in irgendein Fertigungsverfahren und/ umwandlung eintritt. Man kann ihr jedoch keinen oder Verdichtungsverfahren einschalten. Wie bereits Hinweis darauf entnehmen, daß bei einem Erhitzen erwähnt wurde, können beispielsweise Materialien (mit von Zirkonoxyd auf eine Temperatur oberhalb der Ausnahme von nichtstabilisiertem ZrO₁) erfindungs-Phasenumwandlungstemperatur sowie beim Anlegen gemäß v« arbeitel und anschließend bei einer höheren von Druck während wenigstens eines Teils der Phasen- 40 Temperatur gesintert werden. So gibt es beispielsweise umwandlung ohne Sintern Formkörper erhalten wer- mehrere polymorphe Umwandlungen bei Aluminium den, die ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, oxyd in einem Temperaturbereich von 500 bis 1150 C, wie Härte und Druckfestigkeit, besitzen. wie aus der weiter unten folgenden Tabelle IH hervor-

Vorzugsweise wird eine Erhitzungstemperatur von geht. Alle oder einige dieser Reaktionen können unter etwa 750 bis 1200 C eingehalten. « Druck zur Verarbeitung und/oder zur Verdichtung

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- eingesetzt werden. Eisenoxyd kann in jeder horm und fahrens kann in zweckmäßiger Weise derartig erfolgen, Größe durch Anwendung der γ-* λ — FejOj-Pnasendaß man das Ausgangsmaterial in einem Formwerk- umwandlung unter Druck gebildet und verarbeitet zeug in die gewünschte Form überführt, worauf die werden.

Temperatur bis zu einem solchen Wert oberhalb der 50 Wie bereits erwähnt wurde, durchlaufen bei der Phasenumwandlungstemperatur gesteigert wird, daß Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die die Phasenumwandlungstemperatur durchlaufen wird. eingesetzten Rohmaterialien eine polymorphe Um-Dabei wird zumindest während eines Teils der Phasen- Wandlung, die durch das Einwirkenlassen von Wärme umwandlung kurzzeitig ein Druck angelegt. initiiert wird, während sich das Material unter Druck

Das Ausgangsmaterial kann nach seiner Vorformung 55 befindet. Der angewendete Druck kann erhebucn auch aus der für diesen Zweck verwendeten Form schwanken, wobei theoretisch keine obere Grenze herausgenommen und in einer anderen Form auf eine existiert. Durch den Druck läßt sich die Dichte der Temperatur oberhalb der Phasenumwandlungstempe- fertigen Formkörper beeinflussen. Je größer der Druck ratur des in Frage stehenden Oxyds oder der in Frage ist, desto höher ist die Dichte. Beispielsweise kann mar stehenden Oxyde erhitzt werden. Es ist jedoch zweck- 60 Drücke zwischen 140 und 1840 kg/cm» einwirker mäßiger, das Vorformen, und das Erhitzen unter kurz- lassen.

zeitiger Druckanlegung auf eine Temperatur oberhalb Handelt es sich um sehr schnell verlaufende poly

der Phasenumwandlungstemperatur in der gleichen morphe Umwandlungen, wie sie beispielsweise in Form durchzuführen. In vielen Fällen läßt sich das er- Falle von Zirkonoxyd festzustellen sind, dann kanr findungsgemäße Verfahren innerhalb weniger Minuten 65 bei der Durchführung des erfindungsge mäßenVer durchfuhren fahrens das Oxyd im Zyklus durch die Umwandlung*

Das Verfahren kam, in Luft, Stickstoff oder in temperatur oder den Temperaturbereich »»» irgendeiner anderen inerten Atmosphäre durchgeführt den, in welchem ein Hystereseeffekt in der Temperatui

der Umwandlung vorhanden ist, wobei natürlich dieses Durchführen im Zyklus vorgenommen wird, während das Oxyd entweder dauernd oder wechselnd unter Druck gehalten wird.

Anschließend kann erforderlichenfalls ein Druck an den Formkörper angelegt oder an diesem aufrechterhalten werden (mit Ausnahme von nichtstabilisiertem ZrO₁), während der Formkörper auf eine Temperatur erhitzt wird, Sie höher ist als die erste Umwandlungstemperatur, um dadurch eine weitere mögliche Ver- dichtung des Fonnkörpers zu erzielen. In einigen Fällen kann der Formkörper auch der Einwirkung einer höheren Temperatur ohne Einwirkenlassen von Druck unterworfen werden, wobei in diesem FaUe eine hochtemperaturstabile Kristallphase in dem Formkörper erzeugt wird.

Es können auch höhere Dichten bei geringeren angelegten Drucken erzielt werden, wenn man anschließend die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper erneut bei Temperaturen zwischen ·» 1000 und 1500⁰C brennt. Dabei kann gegebenenfalls Druck angelegt werden. Wird die anschließende Stufe des erneuten Brennens nicht durchgeführt, dann müssen oft sehr hohe Drücke, häufig in der Größenordnung von 2800 bis 3500 kg/cm* eingehalten werden, >: um bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hohe Dichten zu erzielen.

Um eine maximale Festigkeit und Dichte der Formkörper zu erzielen, muß bei einer polymorphen Umwandlung Druck angelegt werden, bevor die Umwand- lungstemperatur oder der Umwandlungstemperaturbereich des beteiligten Oxyds erreicht ist (im Falle von irreversiblen Umwandlungen). Ferner muß im FaUe von reversiblen Umwandlungen der Druck so lange aufrechterhalten werden, bis der Umwandlungsprozeß praktisch beendet ist. Es werden jedoch dann deutliche Vorteile erzielt, wenn der Druck während mindestens eines Teils der Umwandlung einwirken gelassen wird. Die tatsächlich eingehaltene Temperatur (oder der Temperaturbereich) schwankt von Oxyd zu Oxyd und richtet sich auch nach dem Vorliegen von Verunreinigungen in den jeweiligen Oxyden. Es wurde festgestellt, daß die einzuhaltende Temperatur oder der einzuhaltende Temperaturbereich häufig von Faktoren, wie der thermischen Vorgeschichte, deru Ursprung, dem Gehalt an Verunreinigungen sowie der Korn-' größe des Oxyds sowie gegebenenfalls zugesetzten Materialien, abhängt.

Es wurde ferner gefunden, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zeitfaktor ebenfalls von ähnlichen Variablen abhängt. Von Bedeutung sind auch Strukturänderung«!, welche die Umwand· lung begleiten. So wurde beispielsweise festgestellt, daß die Umwandlungsreaktion, welche sich bei der Bildung von «-Aluminiumoxyd abspielen, am besten auf das erfindungsgemäße Verfahren ansprechen, wobei diese Umwandlung normalerweise bei einer Temperatur von 1150⁰C erfolgt Im Falle von Eisenoxyd (Fe₁O₁) spricht die γ -> «-Umwandlung gut auf das Verfahren an.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Analysenreines Zirkonoxyd (97%iges ZrO₁, gereinigt und wasserfrei) wird unter Verwendung einer Handpresse zu einem Zylinder von etwa 1 cm Durchmesser und 1 cm Höhe verdichtet.

Das Heißpressen erfolgt in einer Induktionsheiz-Vh rter EinsaU eines Graphitformwerkzeuges, ÄSunegtfäß als auch als Heißpreß-

cnen Probe wird in ein Graphitbracht, das mit frei bewegbchen ist Das Formwerkzeug wird ,η

^ _eineJ1 p_neumaüscheri

Äer von einem Gaszyünder beiSucSontrolle erfolgt dabei durch

· Die gesamte Vorrichtung wird . "*J⁵^^ „„, _{das Graphit}.

S»55n. E^Dnick von 280 kg/cm* Probe angelegt und aufrechterhalten, ^ ^^ Zyklus sehr langsam _dcr folgende^ TabeUe^I *

Äinuten «au«=». «— periodischen

unter Druck erfolgt der reversible Phasenlin=?= tetragonal). Die Proben wer-Luft 45 Minuten lang bei 70O⁰C ».«.. nrnck errutn, um den Kohlenstoff von der Ober-Ä^Srermen und eine Oxydation durchzu-Kn, faUs eine Reduktion durch den das Formwerk^f bildenden Graphit während des Heißpressen» istEs werden folgende Ergebrusse erhalten:

Tabelle I

dsse des im Zyklus erfolgenden reaktiven - ssens von nichtstabilisiertem ZrO₄ (reversible Umwandlung)

Anzahl der Zyklen von 800 bis 1200⁰C

Dichte (g/ccm)...

% theoretische Dichte ...

Druckfestigkeit, kg/cm¹ .·

ι I	3
4,35	4,68
77	84
1410	2740

Kein Arbeiten im Zyklus, Druck angelegt und Probe 1 Std. auf

1500⁰C

erhitzt

5,56 5,50

99,3 98,3

3870 I keine

Festigkeit (Versagen wegen Rekristallisation)

Beispiel 2

Nach der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise weX unter Anlegen eines Druckes von 280 kg/cm* d?e folgenden Ergebntee an reinem Z.rkonoxyd i99 7°/ ZrO,, Verunreinigungen: Hf 100 ppm. Ca l*»_, / /o *-·, t.^ _{ujid si 320 ppm>} durchschnitt-

«) unter Einhaltung des nachTemperaturbereiches erhalten:

Tabelle

Ergebnisse des im Zyklus durchgeführten reaktiven Heißpressens von nichtstabilisiertem ZrO₁

(reversible Umwandlung)

	A ³	Prob B Anzahl der Zykle 6	c Nr. C η 750 bis 1200° C 12	D 6	E kein Arbeiten im Zy klus, Heißpressen bei 15OO°C(2O Min. nach Erreichen der Temp. Druck angelegt)
Wiedererhitzen unter Druck bei	86 2040	1400 bis 1500⁰C 25 Min. >98 etwa 3500	1450"C 5 Min. 98 etwa 3500	1500⁰C 1 Std. 95 keine Festigkeit
Zeit
% theor. Dichte Druckfestigkeit, kg/cm²	98 keine Festigkeit

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, wird dann, wenn das Zirkonoxyd nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während einer längeren Zeitspanne auf eine Temperatur von bis zu 150^cC erhitzt wird, ein Produkt ohne Gebrauchswert infolge einer weiteren Phasenänderung oder Kristallisation erhalten. Daher muß im Falle von Zirkonoxyd ein weiteres Erhitzen derartig durchgeführt werden, daß keine weitere Phasenveränderung bei einer höheren Temperatur als der Temperatur, bei welcher die ursprüngliche Phasenänderung erfolgt ist, auftritt.

Beispiel 3

Gemäß der anschließend wiedergegebenen Tabellelll werden verschiedene Formen von Aluminiumoxyd wie folgt erhalten:

Tabelle Ul
Zersetzung und Umwandlungsfolge von Aluminiumoxyd-Hydraten in trockener Luft

300 — 500°C 800 — 1100⁰C 1150⁰C Alpha Trihydral >- Chi >- Kappa κ Alpha Al.O_a

250°C 1050'C 1150⁰C
Alpha Monohydrat *- Gamma ►- Theta »- Alpha Al₂O₃

140⁰C 450°C 1150⁰C Beta Trihydrat >- Eta >- Theta *- Alpha AIjO₃

400°C Beta Monohydrat >- Alpha Al₂O₃

A) Gibbsit (α-Trihydrat) wird bei 650⁰C ohne Druck zersetzt, um Chi-Aluminiumoxyd zu erhalten. Das sogenannte Chi-Aluminiumoxyd wird dann der gleichen allgemeinen Arbeitsweise, wie sie in Beispiel 1 angegeben ist, ohne cyclische Behandlung, mit den folgenden Ergebnissen unterworfen.

Tabelle IV Ergebnisse des reaktiven Heißpressens von Al₂O,

unter Anwendung von polymorphen irreversiblen

Umwandlungen Fortsetzung Tabelle IV

Max. Temperatur, °C....

Druck angelegt bei "C

G,

650 6SO

PnAeNr. G₁ j G,

700 700

1070 600 bis 1070

1050 1050

	G₁	Probe Nr.	G,	O.	G.

Angelegter
⁵⁵ Druck,	844	844	844	844
kg/cm*	10	10	10	10
Zeit, Minuten	1,2*	1,22	1,45	Ml
Dichte, g/ccm
J₀ Druckfestig	77	122	6313	524
keit, kg/cm*

B) Bayern (0-Ttihydrai) wird bei 600°C ohne Drude zersetzt, am Theta-Ahuainiumoxyd zu erhalten, das der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 1 eee, ohne cyclische Behandluag, mil den folgenden Ergebnissen unterworfen wird:

509619/95

ίο

Tabelle V

Ergebnisse des reaktiven Heißpressens von Al₂O₃ unter Anwendung von polymorphen irreversiblen

Umwandlungen

Probe Nr.

B,

B₂

B₁

B,

Temperatur, ⁰C

Druck angelegt bei 0⁰C
Angelegter Druck, kg/cm²

Zeit, Min

Dichte, g/ccm

Druckfestigkeit, kg/cm²

600

keine Festigkeit

650 650

738 10

1,18 77

1200

bis 1200
633
5

1,67
984

1250

633

1,60
703

820 820 633

1,16 123

950

680 bis 633

1,26 191

C) Kolloidaler Boehmit (<x-Monohydrat) wird bei B e i s ρ i e I 4

600°C ohne Druck zersetzt, um y-Aluminiumoxyd zu

erhalten, das der gleichen allgemeinen Arbeitsweise Ferrisulfat (hydratisiert) wird bei 750 'C ohne Druck

wie in Beispiel 1 angegeben, ohne cyclische Behänd- zersetzt, um γ Fe₂O₃ zu erhalten und der gleichen lung unterworfen wird, was die folgenden Ergebnisse 20 allgemeinen Arbeitsweise wie in Beispiel 1 angegeben, liefert: ohne cyclische Behandlung, mit den folgenden Ergeb-

Tabelle VI nissen unterworfen:

Umwandlungen 25 Tabelle VII

Temperatur, °C

Druck angelegt bei ⁰C
Angelegter Druck, kg/cm²

Zeit, Minuten

Dichte, g/ccm

Druckfestigkeit, kg/cm²...

Probe Nr. C₁ I C₂

650

703

10

zerbröckelt

1150 so 700 703 10 2,30 2810

Maximale erreichte Temperatur .. 1030³C

Zeit, Minuten 5

Druck angelegt bei 800³C

Angelegter Druck 703 kg/cm²

Druckfestigkeil 703 kg/cm²

Beispiel 5

Nach der aligemeinen, in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise, werden die folgenden Ergebnisse bei Cermets-Keramik-Metallverbundmassen, Eisen und Al₂O₃-Verbundmassen (Pulvergemischen) erhalten.

Tabelle VHl

Gewichtsverhältnis Fe: Al₁O,	Angelegter Druck kg/cm^f	Heißpreßtemperatur "C	Heißpreßzeit Min.	Kaltdruck- fcstigkeit kg/cm«	Scheinbare Dichte g/ccm
20:80 50:50 80:20	703 703 703	650 570 550	10 10 10	2110 2600 3450*)	2,27 3,47 5.26

Andere Cermets

Cu: AI₃O₃	422	570	10	- 3520	3,80
50:50
Cr-AI₁O₃	422	590	10	3410	3,20
50:50

*> Elastizitätsgrenze

Beispiel 6

Nach der im Beispiel I^ beschriebenen Arbeitsweise werden Cermets mit einem Durchmesser von 19 mm aus 77% Chrompulver und 23 „ Atammiumoxyd verarbeitet. Der Hauptzweck dieser Untersuchungen besteht darin, die Wirkung von Temperatur- und Druckandenmgen auf die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Cermets zu zeigen. Es werden folgende Ergebnisse erzielt. *^⁶

Tabelle IX

Chrom	AI₁O,	Temperatur	Zeit	Druck	Dichte	Rockwell-Härte	C
Gewichts
prozent	Gewichtsprozent	⁰C	Minuten	kg/cm·	g/ccm	A	—
77	23	400	10	246 .	2,60		28
77	23	650	10	246	2,52	24	—
77	23	800	10	246	2,67	—	37
77	23	1000	10	246	4,13	47	21,0
77	23	1200	10	246	5,56	—	32,0
77	23	800	10	422	—	—	39,5
77	23	1000	10	422	—		40,0
77	23	1200	10	422	5,78		39,5
77	23	1200	20	422	5,79		39,5
77	23	1200	40	422	5,81		39,0
77	23	1200	60	422	5,85		39,5
77	23	1200	10	703			38,5
77	23	1200	20	703
77	23	1200	30	703
100		800	10	422		44,0
100		1000	10	422		61,0
300		1200	10	422		50,0
100	—	1200	30	422		50,0

77

Im Handel erhältliches Produkt (nach einem bekannten Verfahren hergestellt)

1850 bis 1900 112bis24Std. | — | 5,7 bis 5,8

— I 37 bis 39

Die erste Folge von Prüfungen wird bei wechselnden Temperaturen durchgeführt, wobei der Druck und die Zeit konstant gehalten werden. In Tabelle IX ist gezeigt, daß die besten Eigenschaften bei Temperaturen erhalten werden, welche !bewirken, daß die «-Umwandlung von Aluminiumoxyd erfolgt. Diese Versuche werden bei 400, 650, 800, 1000 und 1200⁰C bei Drücken von 246 und 422 kg/cm* durchgeführt. Die Zeit wird bei Versuchen mit 1200⁰C bei Drücken von 422 kg/cm* variiert.

Die Wirkung der Zeit nach der Beendigung der «-Umwandlung von Aluminiumoxyd auf Cermets ist derart, daß die bei 1200⁰C für 10 Minuten gebildeten Produkte ähnliche Eigenschaften wie die bei 1200⁰C für 60 Minuten gebildeten haben.

Die Dichte der Cermets ändert sich mit dem angelegten Druck. Eine Zunahme des Druckes führt zu einer erhöhten Dichte.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hersteilung von ein oder mehrere harte und druckfeste Oxyde sowie gegebenenfalls Füllstoffe und/oder Verstärkungsmaterialien enthaltenden Formkörpern unter Anwendung von Wärme und Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man eine gegebenenfalls unter Druck ausgeformte Masse, die mindestens ein zu einer Phasenumwandlung befähigtes Oxyd enthält, auf eine Temperatur oberhalb einer Phasenumwandlungstemperatur des Oxyds bei einem vorgegebenen Druck, jedoch weit unterhalb Sinterungstemperatur erhitzt, mindestens während eines Teils der Phasenumwandlung kurzzeitig Druck anlegt und dabei gegebenenfalls in die gewünschte Form bringt und den Formkörper gegebenenfalls nach Herausnehmen aus dem Formwerkzeug nachbrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen bei einer Temperatur zwischen 750 und 1200° C durchführt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse mindestens zweimal in einem Zyklus durch die polymorphe Phasenumwandlungstemperatur führt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachbrennen bei einer Temperatur oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formkörper unter wiederangelegtem Druck nachbrennt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung eines Cermets die geformte Masse auf eine zur Bindungsspaltung in einem der Cermetbestandteile ausreichende Temperatur erhitzt und während der .Spaltung Druck anlegt.