DE2435658C3 - Keramik-Metall-Werkstoff - Google Patents

Keramik-Metall-Werkstoff

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Vladimir G. Gordon
Ernest N. Frjasino Moskowskoj Oblasti Muravijev
Vjatscheslav V. Osiko
Eduard G. Spiridonov
Vladimir M. Tatarinzev
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Fisitscheskij Institut Imeni Pn Lebedeva Akademii Nauk Ssr
INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSR
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Fisitscheskij Institut Imeni Pn Lebedeva Akademii Nauk Ssr
INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSR
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Description

Die Erfindung betrifft hitzebeständige Werkstoffe, nämlich Keramik-Metall-Werkstoff, die unter der Bezeichnung »Kerametalle« bekannt sind. Dieser Ausdruck wird im folgenden' als Kurzbezeichnung gebraucht
Bekanntlich enthalten Kerametalle als Sintergut eine keramische Phase und ein chemisch ungebundenes Metall.
Als keramische Phase können hochschmelzende Metalioxide, hauptsächlich Aluminiumoxid und Chromoxid auftreten. In diesem Falle dient metallisches Chrom als metallische Phase.
In der US-PS 31 75 279 ist eine duktile Chromlegierung beschrieben, bei der bei Chrom als metallischer Matrix die Zugabe zweiwertiger Oxide empfohlen wird, die dazu dienen, daß Chrom-lll-Oxide mit diesen zweiwertigen Oxiden als Verbindung mit Spinelltyp gebunden werden, die in Mengen von weniger als 16% des gesamten Volumens vorhanden ist. Auf diese Weise wird Chrom von Chrom-Ill-Oxiden gereinigt, und es werden die mechanischen Eigenschaften der duktilen Chromverbindung verbessert.
Bei den sog. Kerametallen kann die keramische Phase auch als sauerstofffreie Keramik vorliegen, und zwar in Form von Bonden, Suiziden, Karbiden usw. Metallisches Molybdän, metallisches Wolfram, metallisches Titan, metallisches Kobalt und anderes dienen hierbei als metallische Phase.
Di<; vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Keramik-Metall-Werkstoffe, die aus hochschmelzenden Metalloxiden und metallischem Chrom bestehen oder auf der Basis dieser Bestandteile aufgebaut sind.
Gegenwärtig sind Kerametalle, bestehend aus 30 bis 70 Gew.-% metallischem Chrom und 70 bis 30 Gew. % Aluminium- oder Chromoxid, bekannt.
Diese Kerametalle zeichnen sich durch einen erhöhten spezifischen Widerstand der Oberflächenschicht aus, wenn sie unter Oxidationsbedingungen bei erhöhten Temperaturen verbleiben. Wie die Praxis zeigt, wächst dieser spezifische Widerstand der Oberflächenschicht solcher Werkstoffe schon innerhalb weniger Stunden bei einer Temperatur von 1300 bis 14000C in Luftatmosphäre von 10~J Ohm/cm bis auf 1 bis 10~' Ohm/cm hat. Wahrscheinlich findet dies infolge der Bildung von festen Lösungen (Aluminiumoxid-Chromoxid) auf der Oberfläche dieser Werkstoffe statt.
Die Erhöhung des spezifischen Widerstands verhindert die Anwendung dieser Kerametalle auf einigen Gebieten der Technik. Insbesondere können diese Werkstoffe als Elektroden von magnetohydrodynamischen Generatoren nicht verwendet werden, da vom Werkstoff die Aufrechterhaltung einer hohen elektrisehen Leitfähigkeit während der gesamten Arbeitszeit verlangt wird.
Die bekannten Kerametalle auf der Basis von Karbiden, Boriden, Suiziden und Molybdän, Wolfram, Titan, Kobalt haben ferner den Hauptnachteil, daß in ίο diesen Werkstoffen unter Oxydationsbedingungen bei erhöhten Temperaturen eine intensive Oxydation sowohl der keramischen als auch der metallischen Phase vor sich geht.
Zu den Nachteilen der Kerametalle auf der Basis von Chromoxyd und metallischem Chrom kann auch eine hohe Flüchtigkeit des Chromoxydes bei erhöhten Temperaturen in Anwesenheit von Sauerstoff gezählt
werden. ,
Alles dies beschränkt entsprechend das Anwendungs-2i) gebiet dieser Werkstoffe. So können solche Kerametalle dort keine Anwendung finden, wo von Werkstoffen die Aufrechterhaltung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Dauerbeständigkeit in oxydierendem Medium bei erhöhten Temperaturen gefordert wird; 2-~> beispielsweise können aus solchen Kerametallen Elektroden eines magnetohydrodynamischen Generators nicht hergestellt werden.
Diese Kerametalle dienen hauptsächlich als Konstruktionswerkstoffe, welche zur Herstellung von so Turbinenschaufeln Teilen für Katoden-Baugruppen usw. zum Einsatz bei verhältnismäßig nicht zu hohen Temperaturen (bis 1200°C) verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kerametalle anzugeben, die aufgrund ihrer Zusammensetzung r> die oben angegebenen Nachteile bekannter Kes ametal-Ie nicht aufweisen, also keinen Anstieg des elektrischen Widerstandes in oxidierender Atmosphäre bei erhöhten Temperaturen, keine Oxydation und keine Verdampfung des Chromoxids zeigen.
■4(1 Zur Lösung dieser Aufgabe dient der in den Patentansprüchen beanspruchte Keramik-Wasser-Werkstoff.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
■Γι Der Gehalt an Metallchromaten-(lll) kann in den Grenzen von 4 bis 95 Gew.-% schwanken und beträgt bei gemeinsamer Verwendung der Chromate von Yttrium, Lanthan und Kalzium 96%, metallisches Chrom bildet jeweils den Rest bis zu 100%.
■><> Die aufgezählten Chromate-(Ill) können sowohl einzeln als auch zu mehreren enthalten sein. Dies wirkt sich auf die Güte des Werkstoffes praktisch nicht aus.
Die erfindungsgemäßen Kerametalle können nach üblichen Verfahren hergestellt werden, wie es auch für γ, die bekannten Kerametalle der Fall ist. Die am meisten verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Kerametallen überhaupt sind pulvermetallurgische Verfahren und Warmpreßverfahren.
Die Betriebsbedingungen zur Durchführung dieser
Wi Verfahren sind hinreichend bekannt. So beträgt z. B. die Sinter- und Preßtemperatur üblicherweise i400 bis 18000C. Die Halte/.eit unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck hängt von denselben Faktoren ab, nach denen man sich bei der Herstellung der bekannten
br, Kerametalle richtet. Da die Herstellungsverfahren der Kerametalle allgemein bekannt sind, wird hierauf nicht näher eingegangen.
Die Herstellung der Mischung wird in üblicher Weise
vorgenommen, wobei die durch die Erfindung vorgeschlagenen Chromate-{III) als hochschmelzende Metalloxide eingesetzt werden.
Die Alisgangsmaterialien werden in Pulverform eingesetzt und so sorgfältig vermischt, wie das bei der Herstellung der bekannten Kerametalle erforderlich ist Das Verhältnis der Bestandteile der Rohmischung entspricht der gewünschten Zusammensetzung des Kerametalls. Der Zerteilungsgrad der Pulver liegt — wie üblich — zwischen 1 bis 100 μπτ.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Zusammensetzungen in Gew.-% für 11 Ausführungsbeispiele
Tabelle
angegeben, wobei auch das bei der eingesetzten Chromat-(III)-Verbindung enthaltene Metall aufgeführt ist und es sind Angaben über den spezifischen Widerstand der Oberflächenschicht und über die Oxidationsbeständigkeit enthalten.
Der spezifische Widerstand der Oberflächenschicht wurde nach einer Wärmebehandlung in Luft bei 14000C während 15 Stunden (Beispiel 1) bzw. 5 Stunden (übrige Beispiele) gemessen. Die Oxidationsbeständigkeit wird angegeben, indem als Maß hierfür die Gewichtszunahme bei 1400°C in Luft nach dem Verlauf einer Zeit von 10 Stunden bestimmt wurde.
Beispiel
1 2		 30
70
(Nd)		 3 4 5 6 7 8 9 10 Il
1. Zusammensetzung
(Gew.-%)		 0,05
met. Chrom
SE-Chromal (III)
(nämlich)		 40
60
(Lu)		 15 20
80
(Sm)		 50
50
(Gd)		 60
40
(Dy)		 70
30
(Er)		 80
20
(Yb)		 40
60
(YO		 30
70
(Sc)		 96
4
(La)		 4
30 + 60 + 6
(Yb) (La) (Ca)
2. Spez. Widerstand
(Ohm · cm) der Ober-
flächcnschichl		 0,01 0,1 0,005 0,001 0,0007 0,OGuI 0,005 0,05 0,0003 1 bis 2
3. Oxidationsbeständigkeil
gem. Gewichtszunahme
(mg/cm^)		 20 10 25 30 35 40 20 15 50 1 bis 2

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Keramik-Metall-Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er 4 bis 95 Gew.-% Chromate (IH) der Seltenen Erdmetalle und/oder des Yttriums und/oder des Scandiums, Rest Chrom enthält
2. Keramik-Metall-Werkstoff, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%:
Yttriumchromat (III)
Lanthanchromat (III)
Kalziumchromat (III)
Metallisches Chrom
30
60
DE2435658A 1973-07-26 1974-07-24 Keramik-Metall-Werkstoff Expired DE2435658C3 (de)

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SU1935248 1973-07-26

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DE2435658B2 DE2435658B2 (de) 1979-09-27
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