DE2239971B2

DE2239971B2 - Verfahren zur Herstellung eines Antifriktionsstoffs

Info

Publication number: DE2239971B2
Application number: DE19722239971
Authority: DE
Inventors: Aleksandr Stepanovitsch Widnoe Moskovskoj Oblasti Tarabanov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2239971C3; DE2239971A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Antifriktionsstoffs für Gleitlager, Dichtungsringe, Spurlager, Stützzapfen und dergl. Die Anforderungen an solche Maschinen- oder Apparateelernente sind besonders hoch, wenn sie in aggressiver Umgebung oder in schmirgelnde Teilchen mitführenden Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Ausgegangen wird von einem Verfahren zur Herstellung eines Antifriktionsstoffs aus selbstschmierendem, pulverigem oder faserigem Kohlenstoff, der der mit einem duroplastischen Harz als Bindemittel vermischt wird, wonach die Mischung heiß zu einem Halbzeug gepreßt wird und das erhaltene Halbzeug einer anschließenden Wärmebehandlung bei 800 bis 1000⁰C unterworfen wird. Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 19 26 926 bekannt. Dabei kann der Mischung als Füllstoff unter anderem auch Siliziumkarbid zugesetzt werden und der Kohlenstoff kann in Form von faserigem Graphit verwendet werden, was beides der Erhöhung der Festigkeit des erhaltenen Antifriktionsstoffs dienen soll.

Allerdings kann es bei diesem Verfahren bei der Wärmebehandlung zur Ausscheidung von flüchtigen Substanzen, z. B. Phenolh;;rzen oder siliziumorganischen Harzen, kommen, was zu beträchtlicher Porigkeit des Antifriktionsstoffs bzw. der hieraus gepreßten Formkörper führt und deren Festigkeit doch beeinträchtigt. Außerdem ist die Verschleißfestigkeit des erhaltenen Antifriktionsstoffs nicht sehr gut, insbesondere beim Betrieb in aggressiven Medien oder solchen mit schmirgelnden Teilchen, weil diese in die Poren des Antifriktionsstoffs eindringen und die weicheren Komponenten, insbesondere den Graphit, zerstören.

An sich ist es aus der FR-PA 20 06 429 bekannt, einen Antifriktionsstoff mit Siliziumkarbid dadurch herzustellen, daß anstelle der Einführung des Siliziumkarbids in die Ausgangsmischung ein Graphitkörper mit Siliziummonoxiddämpfen bei einer Temperatur von 1600 bis 2200°C behandelt wird. Dabei bringt man zerstäubtes Siliziummonoxid in einem Wasserstoffstrom zur Wirkung, wobei aufgrund der sich ergebenden Reduktionsatmosphäre und der hohen Temperatur Siliziumdämpfe entstehen, die mit dem Graphit unter Bildung von Siliziumkarbid zusammenwirken. Dieses bildet sich auf der Oberfläche des Graphitkörpers.
Zu den wesentlichen Nachteilen eines auf diese Weise erhaltenen Antifriktionskörpers zählt die Unbeständigkeit gegenüber Temperaturschwankungen, die sich durch die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Graphit und Siliziumkarbid erklärt. Bei

ίο Temperaturänderungen kommt es zu Rissen im Graphit oder im Siliziumkarbid, so daß der Antifriktionsstoff insbesondere unter der Einwirkung von aggressiven und oxidierenden Medien und bei Temperaturen von 300 bis 600⁰C leicht zerstört wird. Das umgebende Medium dringt in die Risse ein und zerstört den Graphit unterhalb der Siliziumkarbidschicht.

Außerdem bewirkt das völlige Fehlen von Piaphit in der Oberflächenschicht eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten, was ebenfalls die Antifriktionseigenschaften des aus dem betrachteten Stoff hergestellten Körpers ungünstig beeinflußt

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Antifriktionsstoffs mit guter Beständigkeit gegenüber Temperatur-Schwankungen und mit guten Antifriktionseigenschaften auch gegenüber aggressiven und oxidierenden Medien bei hohen Temperaturen.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Pressen zum Halbzeug bei einer Temperatur von 150 bis 180° C bis zu einer Dichte von 1 bis 1,49 g/cm³ geschieht und daß nach der Wärmebehandlung eine Imprägnierung mit Silizium bei einer Temperatur von 1700 bis 205O⁰C durchgeführt wird.

Zur vollständigen Gasentfernung aus den Poren des herzustellenden Stoffes kann die Imprägnierung zweckmäßigerweise im Vakuum erfolgen.
Es kann zur Erhöhung der Plastizität des herzustellenden Stoffes weiterhin zweckmäßig sein, die Imprägnierung in Gegenwart der Metalle Nickel, Kobalt, Zirkonium, Niob, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal und Chrom, einzeln oder insgesamt, durchzuführen.
Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.

Der als Ausgangskomponente dienende Kohlenstoff kann in Form von Graphitpulver, Ruß oder Kohlenstoff-Fasern verwendet werden. Die genannten Modifikationen können sowohl einzeln als ~uch insgesamt miteinander verwendet werden.

Durch die Verwendung von Graphitpulver erhält dabei der Stof bessere Antifriktionseigenschaften; durch die Verwendung von Ruß wird der Gehalt an Siliziumkarbid im fertigen Stoff höher, was seine Verschleißfestigkeit erhöht, und durch Einführung von Kohlenstoff-Fasern wird die Schlagzähigkeit vergrößert

Die Kohlenstoff-Ausgangskomponenten werden mit einem aus der Gruppe von Duroplastharzen gewählten Bindemittel, beispielsweise von Phenolformaldehydharzen, vermischt, welche die Eigenschaft aufweisen, bei Erwärmung über 100"C zu erweichen und die Kohlenstoffteilchen zu benetzen, wodurch der gesamten Komposition die erforderliche Plastizität verliehen wird.

Daraufhin wird die erweichte plastifizierte Komposition bis zu einer Dichte von I bis l,49g/cm^} gepreßt. Dabei wird ein poröses Kohlenstoffmaterial erhalten,

dessen Poren späterhin mit Silizium unter Bildung von Siliziumkarbid ausgefüllt werden, was zur Steigerung der Haltbarkeit und der Verschleißfestigkeit beiträgt

Eine Dichte von weniger als 1 g/cm³ würde einen zum Silizieren nicht ausreichend festen Kohlenstoffkörper ergeben. Andererseits würde eine Dichte von mehr als 1,49 g/cm³ eine Verringerung der Porenzahl und damit eine unvollständige Imprägnierung des Materials mit Silizium zur Folge haben.

Das erhaltene Halbzeug mit der genannten Dichte wird dann wärmebehandelt, und zwar durch Glühen in ten: einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur von 800 bis 1000⁰C, und danach bei einer Temperatur von 1700 bis 2050⁰C mit geschmolzenem Silizium imprägniert.

Das Imprägnieren des Kohlenstoff-Halbzeugs erfolgt .zweckmäßigerweise im Vakuum, so daß es zu einer Gasausscheidung aus den Poren kommt und die Imprägnierung mit einer größeren Intensität stattfindet

Wenn das Silizieren des Kohlenstoff-Halbzeugs in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird, wird ein Stoff mit etwas kleinerem Gehalt an Siliziumkarbid erhalten.

Zur Erhöhung der Plastizitätseigenschaften des herzustellenden Stoffes kann das Silizieren in Gegenwart der Metalle Nickel, Kobalt, Zirkonium, Niob, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal und Chrcm, einzeln oder insgesamt, erfolgen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend noch konkrete Ausführungsbeispiele beschrieben:

Beispiel I

Kunstgraphitpulver mit einer Korngröße bis 1,25 mm wird mit Phenolformaldehydharz im "erhältnis von 85% Graphitpulver und 15% Phenolformaldehydharz vermischt. Aus dem erhaltenen Gemisch wird unter Erwärmung bis 150⁰C und Druck von 120 kp/cm² ein Halbzeug mit einer Dichte bis 1,25 kg/cm³ gepreßt und dann in einer inerten Atmosphäre bei 800⁰C durchgeglüht. Das geglühte Halbzeug wird bei 2050⁰C im geschmolzenen Silizium einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen. Der hergestellte Stoff hat folgende Eigenschaften:

Beispiel 3

Aus einer Mischung von Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0,5 mm mit Phenolformaldehydharz im Verhältnis von 85% Graphit und 15% Harz wird bei 170⁰C und 200 kp/cm² Druck ein Halbzeug mit einer Dichte von 13 g/cm³ gepreßt und in einer inerten Atmosphäre bei 900⁰C durchgeglüht. Das erhaltene Halbzeug wird in geschmolzenem Silizium bei 1800° C behandelt Der erhaltene Stoff hat folgende Eigenschaf-

Dichte

Druckfestigkeit Biegefestigkeit Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,25 g/cm³

1300kp/cm²

700 kp/cm²

0,05

2 kp · cm/cm²

Beispiel 2

Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0,2 mm wird mit einem Phenolformaldehydharz im Verhältnis von 85% Graphitpulver und 15% Phenolformaldehydharz vermischt. Aus dem erhaltenen Gemisch wird bei 100"C ein Halbzeug mit der Dichte von 1,20g/cm³ gepreßt, in einer inerten Atmosphäre bei 900⁰C durchgeglüht und in geschmolzenem Silizium bei 175O⁰C behandelt. Der erhaltene Stoff weist die folgenden Eigenschaften auf:

Dichte

Druckfestigkeit

Biegefestigkeit

Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,55 g/cm³

3000 kp/cm²

900 kp/cm²

0,05

2,8 kp · cm/cm²

65 Dichte

Druckfestigkeit

Biegefestigkeit

Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,40 g/cm³

3200 kp/cm²

900 kp/cm²

0,05

2,8 kp · cm/cm²

Beispiel 4

Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu Op mm. Eisenpulver mit einer Korngröße von bis zu 0,05 mm und Phenolformaldehydharz werden im Verhältnis von 82% Graphit, 3% Eisenpulver und 15% Harz sorgfältig vermischt Aus der erhaltenen Mischung wird bei 150⁰C und 150 kp/cm² Druck ein Halbzeug mit der Dichte von 1,4 g/cm³ gepreßt, das daraufhin in einer inerten Atmosphäre bei SuO⁰C durchgeglüht wird.

Weiterhin wird das Halbzeug in geschmolzenem Silizium bei 1700⁰C behandelt. Der erhaltene Stoff hat folgende Eigenschaften:

Dichte

Druckfestigkeit

Biegefestigkeit

Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,70 g/cm³

4200 kp/cm²

1000 kp/cm²

0.05

3,2 kp ■ cm/cm²

45

50

55

60

Beispiel 5

Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0.5 mm und Aluminiumpulver mit einer Korngröße von bis zu 0,05 mm werden mit Phenolformaldehydharz im Verhältnis von 82% Graphit, 3% Aluminiumpulver und 15% Harz vermischt. Aus der erhaltenen Mischung wird bei 150⁰C und 200 kp/cm² Druck ein Halbzeug gepreßt, das in einer inerten Atmosphäre bei 900⁰C durchgeglüht wird. Daraufhin wird das Halbzeug in geschmolzenem Silizium bei 2050⁰C behandelt. Der erhaltene Stoff hat folgende Eigenschaften:

Dichte Druckfestigkeit

Biegefestigkeit

Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,70 g/cm³

4500 kp/cm²

1200 kp/cm²

0,04

4 kp · cm/cm²

Beispiel 6

Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0,5 mm wird mit Ruß und Phenolformaldehydharz im Verhältnis von 75% Graphit, 10% Ruß und 15% Phenolformaldehydharz vermischt. Aus der erhaltenen Mischung wird bei I5O°C und 300 kp/cm² Druck ein Halbzeug gepreßt, welches in einer inerten Atmosphäre bei 900⁰C durchgeglüht wird. Aus dem Halbzeug werden zylindrische Proben gezogen, die bei 2050"C sili/.iert

werden. Der erhaltene Stoff hat folgende Eigenschaften:

Dichte

Druckfestigkeit
Biegefestigkeit
Reibungskoeffizient

2,70 g/cm³
4300 kp/cm²
UOO kp/cm²
0,04

Beispiel 7

Kunstgraphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0315 mm, Kohlenstoff-Fasern und Phenolformaldehydharz werden im Verhältnis von 80% Graphit, 5% Kohlenstoff-Faserr. und 15% Harz sorgfältig vermischt. Aus der erhaltenen Mischung werden bei 150° C und 100 kp/cm² Druck 520 mm lange Proben mit einem quadratischen Querschnitt von 10 χ 10 mm gepreßt Die gepreßten Proben werden bei 900° C durchgeglüht und dann bei 2050° C siliziert Das Vorhandensein von Fasern erhöht die Schlagzähigkeit um das 3fache gegenüber den aus dem bereits bekannten Stoff erhaltenen Proben. Es werden folgende Eigenschaften festgestellt:

Dichte

Druckfestigkeit

Biegefestigkeit

Reibungskoeffizient

Schlagzähigkeit

2,45 g/cm³

4000 kp/cm²

1000 kp/cm²

0,05

lOkp · cm/cm²

Beispiel 8

Graphitpulver mit einer Korngröße von bis zu 0315 mm, Kohlenstoff-Fasern und Phenolformaldehydharz werden im Verhältnis von 70% Graphit, 15% Kohlenstoff-Fasern, 15% Harz sorgfältig vermischt. Aus der erhaltenen Mischung werden bei 180° C und 50 kp/cm² Druck 120 mm lange Proben mit einem quadratischen Querschnitt von 10x10 mm gepreßt. Die gepreßten Proben werden bei 900° C durchgeglüht und dann in einer Legierung von 75% Silizium und 25% Nickel imprägniert Die Schlagzähigkeit dieser Proben betrug 12 kp ■ cm/cm².

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Antifriktionsstoffes aus selbstschmierendem, pulverigem oder faserigem Kohlenstoff, der mit einem duroplastischen Harz als Bindemittel vermischt wird, wonach die Mischung heiß zu einem Halbzeug gepreßt wird und das erhaltene Halbzeug einer anschließenden Wärmebehandlung bei 800 bis 1000⁰C unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen zum Halbzeug bei einer Temperatur von 150 bis 180° C bis zu einer Dichte von 1 bis 1,49 g/cm³ geschieht und daß nach der Wärmebehandlung eine Imprägnierung mit Silizium bei einer Temperatur von 1700 bis 2050⁰C durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung im Vakuum erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung in Gegenwart der Metalle Nickel, Kobalt, Zirkonium, Niob, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal und Chrom, einzeln oder insgesamt, erfolgt