DE2517404A1 - Verfahren zur verbesserung der schlagfestigkeit von sproeden keramischen materialien, wie aluminium, siliziumkarbid und siliziumnitrid - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der schlagfestigkeit von sproeden keramischen materialien, wie aluminium, siliziumkarbid und siliziumnitrid

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DE2517404A1 DE19752517404 DE2517404A DE2517404A1 DE 2517404 A1 DE2517404 A1 DE 2517404A1 DE 19752517404 DE19752517404 DE 19752517404 DE 2517404 A DE2517404 A DE 2517404A DE 2517404 A1 DE2517404 A1 DE 2517404A1
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Description

Eine prinzipielle Schwierigkeit bei der vorgeschlagenen Verwendung von keramischen Materialien bei hoher Temperatur, z.B. als Statorschaufeln in Plugzeug- und stationären Gasturbinen und als rotierende Fahrzeuggasturbinen, bildet ihre relativ geringe Schlag- oder Stoßfestigkeit.
Ss wurde bereits vorgeschlagen, zur Erhöhung der Schlagfestigkeit die Qualität des Körpers selber durch Verstärkung durch Fibern oder durch Ausbildung einer Oberflaohendruoksohicht auf dem Körper zu erhöhen, welche die nominelle Beanspruchung erhöht, bei welcher
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-2-
Elngesandte Modelle werden nach 2 Monaten, IaIIs nicht zurückgefordert, vernichtet. Mündliche Abreden, Insbesondere durch Fernsprecher, bedürfen schriftlicher Bestätigung. — Die in Rechnung gestellten Kosten sind mit Rechnungsdatum ohne Abzug fällig. — Bei verspäteter Zahlung werden Bankzinsen beredinet
Gerichtsstand und Erfüllungsort Bremen. Bremer Bank, Bremen, Nr. 23100 28 · Die Sparkasse in Bremen, Nr. 1045855 · AIIg. Deutsche Credlt-Anstalt, Bremen, Nr. 202 598 · Postscheckkonto: Hamburg 3S952-202
Oberflächenrisse als Fehlerquelle wirken; diese Vorschläge waren jedoch nicht erfolgreich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine besondere Form einer energieabsorbierenden Oberflächenschicht auf dem Körper anzubringen.
Es ist bekannt, daß gewisse Materialien eine ungewöhnlich hohe Schlagfestigkeit aufweisen. Im Handel erhältliches Graphit z.B. kann, wenn es gut unterstützt oder gelagert ist, einen harten Schlag ertragen, ohne mehr als eine oberflächliche Beschädigung zu erfahren. Es ist offensichtlich, daß diese Materialien der Fortpflanzung von Rissen in einer Weise widerstehen, welche direkt entgegengesetzt zu der einfachen Rißweiterbildung ist, welche man üblicherweise bei polykristallinen Keramiken beobachten kann. Man glaubt, daß die Schlagfestigkeit von Graphit entweder eine Folge von Mikrorissen ist, welche sich aufgrund der anisotropen Ausdehnung des Graphites gebildet haben, oder eine Folge des leichten Grundgleitens von Graphit, oder eine Folge der Kombination dieser beiden Eigenschaften.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schlagfestigkeit von keramischen Körpern, wie Aluminium, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid durch Aufbringen eines Überzugs aus polykristallinem keramischem Material mit niedrigem Elastizitätsmodul zu erhöhen, bei welchem lokalisierte Mikrorisse entstehen, wegen
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(a) eines anisotropen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Körner der polykristallinen Keramik,
(b) Unterschiede!des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Phasen in Mehrphasenkörpern von polykristallinen Keramiken, oder
(c) Änderungen im Volumen während der Phasentransformation in der polykristallinen Keramik.
Die Überzüge können aufgebracht werden, indem zunächst dünne Schichten aus polykristallinem keramischen Material mit niedrigem Elastizitätsmodul und mit Mikrorissen vorgeformt werden und diese Schichten dann an dem Körper aus polykristallinem Material befestigt werden, dessen Schlagfestigkeit erhöht werden soll. Das Material kann in einigen Fällen auf den Körper aufgebracht werden, und der Körper und der Überzug können dann zur Befestigung des Materials an dem Körper gebrannt werden.
Für die energieabsorbierende Oberflächenschicht können z.B. die folgenden Materialien verwendet werden, welohe einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisen: Aluminiumtitanat, Magnesiumdititanat, Bisentitanat, Titanoxid (fiutil) VgO5, grobkörniges Aluminium, Beryllerde, ß-Spodumen, ß-Encryptit und Bornitrid; bei allen diesen Materialien werden aufgrund eines anisotropen Wärmeausdehnungekoeffizienten Mikrorisse gebildet. Geeignet sind auch mehrphasige Kompositionen von Graphit und verschiedenen Karbiden, BeO mit Bornitrid,
509846/1058 Λ
-A-
MgO mit Wolfram, BeO mit Siliziumkarbid und großkörniges Siliziumkarbid, in einer Matrix von feinkörnigem Siliziumkarbid.und teilweise stabilisierte, Mikrorisse aufweisende Zirkonerde. Es können Kombinationen aus verschiedenen Keramikkörpern und aus Oberflächenschichten mit auf verschiedene Weisen erzeugten Mikrorissen hergestellt werden. Eine Kombination besteht aus einer Graphitschicht auf Aluminiumoxid, wobei in der Graphitschicht infolge einer Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten Mikroriese erzeugt worden sind. Oberflächenschichten aus Magnesiumdititanat können auf Körpern aus Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid aufgebracht werden, wobei die Mikrorisse in dem Magnesiumdititanat als Folge der Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten erzeugt werden. Gleichermaßen kann eine energieabsorbierende Schicht aus Magnesiumdititanat auf einem Körper aus Siliziumkarbid geformt werden. Energieabsorbierende Oberflächensohiohten aus Siliziunkarbid-Siliziumnitrid können auf Siliziumkarbid ausgebildet werden, und die Mikrorisse in der Oberflächenschicht können als folge der Unterschiede der Wärmeausdehnung zwischen dieβen beiden Phasen erzeugt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß nicht alle der oben genannten Materialien mit niedrigem EIastieltatsmodul auf allen spezifischen keramischen Materialien der Körper mit allen beschriebenen Verfahren aufgebracht werden können. So können z.B. nicht alle aufgeführten Materialien als Überzug auf die Körper aufgebracht und dann gebrannt werden. Soweit bekannt 1st, können jedoch alle Materialien als dünne Schichten ausgebildet und an den Körpern befestigt wer-
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den. Ferner führen einige der Verfahren zur Erzeugung von Oberflächenschichten zu einem Körper, der eine verbesserte Schlagfestigkeit aufweist, aber nicht für alle Anwendungsarten geeignet ist. Wenn z.B. eine vorgeformte Schicht aus energieabsorbierendem Material an dem Körper, dessen Schlagfestigkeit erhöht werden soll, mit einem Klebstoff befestigt wird, der nicht wärmebeständig ist, eignet sich der verstärkte Körper nicht zur Verwendung bei hohen Temperaturen.
Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen beschrieben. Bei den folgenden Beispielen wurde die Schlagfestigkeit und deren Verbesserung unter Verwendung einer in den Bell Telephone Laboratories verwendeten Carpy-Schlagtestma©chine von Satec Systems, Inc., Grove City, Pennsylvania, USA bestimmt, und aus der in Zoll-pound (Zoll-kg) gemessenen Schlagfestigkeit wurde deren Energie in Joules errechnet.
Beispiel 1
Drei Stäbe aus Alsimag 614» 96 % Aluminiumoxid, ein Produkt der American Lava Corporation, mit einem Querschnitt von 0,63 * 0,6j und einer Länge von 5,71 om wurden auf ihren Oberflächen im Aufschlagbereich des Hemmers der Testmaschine mit einer dünnen Graphitschicht überzogen. Biese Graphitsohicht war ungefähr 0,10 om diok. Die Endbereiche der Stäbe, welche mit der Halterung der Probe in der Sohlagtestmasohine in Berührung standen, waren nicht überzogen.
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Auf diese Weise konnten die Proben als relativ starr in den Halterungen der Testmaschine gelagert angesehen werden. Das Graphit war vom GS-Grad, ein Produkt der Union Carbide Corporation, und es war au der Oberfläche der Schlagstäbe angeklebt. Als Klebstoff wurde einfacher, weißer Gummikleber verwendet, welcher von der Union Rubber and Asbestos Company vertrieben wird. Vergleichsstäbe aus dem gleichen Aluminiumoxid wurden auf gleiche Weise hergestellt. Die Schlagfestigkeit sowohl für die Yergleichsstäbe als auch für die verbesserten Stäbe wurde in der Testmaschine untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt. Man sieht, daß die Schlagfestigkeit durch Aufbringen eines energieabsorbierenden Überzuges etwa auf das 2 1/2-Paehe erhöht wurde.
Beispiel 2
Drei Stäbe aus dem gleichen Aluminiumoxid wie im Beispiel 1 wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt und erhielten, wie im Beispiel 1, eine Schicht aus Magnesiumdititanat mit einer Korngröße von 15 Mikron und einem Elastizitätsmodul E = 0,5 σ 10
kg/cm auf ihren Oberflächen. Die Schlagfestigkeit dieser derart überzogenen Stäbe wurde wie im Beispiel 1 untersucht, und die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle I aufgeführt. Man sieht, daß die Schlagfestigkeit auf den dreifachen Wert erhöht wurde.
Beispiel 5
Ss wurden vier Stäbe aus Siliziumnitrid, ein Produkt der Horten Company, Worcester, Massachusetts, USA, hergestellt, welche die-
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selbe Größe hatten wie die im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschriebenen Stäbe aus Aluminiumoxid. Ton diesen vier Stäben wurden zwei mit Magnesiumdititanat überzogen, welches eine Korngröße von ungefähr 15 Mikron und einen Elastizitätsmodul von ungefähr 0,5 χ 10 kg/cm hatte. Die Überzüge wurden auf die Stangen in dem Bereich des auftreffenden Hammers der Prüfungsmaschine festgeklebt, während die Enden der Stäbe keinen Überzug erhielten, wie es auch bei den Stäben aus Aluminiumoxid der vorherigen Beispiele der Fall war.
Die überzogenen Stäbe wurden in der Schlagtestmaechine zusammen mit den beiden Stäben untersucht, welche keton Überzug enthielten und als Vergleichsstäbe dienten. Die mittlere Schlagfestigkeit war gleich derjenigen der Tabelle I.
3s wird darauf hingewiesen, daß bei der ersten Untersuchung, bei welcher ein 1-Fuß-pound-Hammer in der Testmaschine verwendet wurde, die Stäbe mit einem Siliziumnitridüberzug nicht brachen. Die Überzüge, welche beim .Hammerschlag der Testmaschine beschädigt worden waren, wurden entfernt, und die Stäbe wurden erneut auf die gleiche Art überzogen, und die Proben wurden erneut untersucht, wobei ein 2-Fuß-pound-Hammer verwendet wurde. Die Proben hielten wiederum stand und zerbrachen nicht. Dies ist ein bedeutender Hinweis darauf, daß die Schlagfestigkeit größer ist,als durch die Zahlen der Tabelle 1 angegeben wird.
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Beispiel 4
Es wurden State aus Norton HS-130-Siliziumnitrid hergestellt, ein Produkt der Norton Co., Worcester, Massachusetts, USA, welche eine Größe von 6,4 x 6,4 ac 57 nun hatten. Dünne Platten aus Magnesiumdititanat wurden auf die Oberflächen der Stäbe im Bereich des Aufschlagpunktes geklebt, wobei derselbe Kleber wie in den vorhergehenden Beispielen verwendet wurde. Die Enden der Stäbe blieben unüberzogen, so daß sie starr in der Testmaschine.befestigt werden konnten. Das plattenförmige Magnesiumdititanat wurde wie folgt hergestellt.
Platten aus Magnesiumdititanat wurden von Proben abgeschnitten. Eine Probe hatte eine Korngröße von 5 Mikron, und die anderen Proben hatten eine Korngröße von 15 Mikron. Eine Gruppe von drei Platten, welche aus einer Magnesiumdititanatprobe mit einer Korngröße von 15 Mikron herausgeschnitten waren, hatte eine Dicke von 0,97 nra bzw. 1,21 mm bzw. 1,35 iaa· Diese Platten wurden auf die Stäbe aufgeklebt, um die Proben JSP-1-1 bis 1-3 zu bilden. Eine zweite Gruppe von Platten wurde aus einer Probe mit einer Korngröße von 5 Mikron herausgeschnitten; diese Platten hatten eine Dicke von ungefähr 0,75 dm· Diese Platten wurden in gleicher Weise auf drei Stäbe aus Siliziumnitrid aufgeklebt, um so die Proben JSP-2-1 bis 2-3 zu bilden.
Die derartig hergestellten und überzogenen Stäbe aus Siliziumnitrid wurden auf ihre Schlagfestigkeit hin untersucht, und die
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entsprechenden Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt. Man sieht, daß die Schlagfestigkeit aller überzogenen Stäbe mindestens dreimal so groß wie die Schlagfestigkeit der nicht überzogenen Stäbe war.
Es wird vermerkt, daß keiner der überzogenen Stäbe in der Testmaschine zerbrach, was darauf schließen läßt, daß sie alle eine höhere Schlagfestigkeit aufwiesen als 12-Zoll-pound (13,8 om-kg) und von mehr als 1,35 Joules. In einigen Fällen wurde eine Erhöhung der Schlagfestigkeit auf mehr als den dreifachen Wert erzielt.
Beispiel 5
Es wurden Nitridstäbe der gleiohen Größe wie im Beispiel 4 aus ATCO-Siliziumnitrid hergestellt, und auf Gruppen von drei Stäben wurden, wie im Beispiel 4» Platten oder Plättchen aus Magnesiumdititanat mit einer Korngröße von 5 Mikron und einer Korngröße von 15 Mikron aufgeklebt, welche verschiedene Dicken aufwiesen, wie es in der Tabelle III gezeigt ist. Biese Proben JS-34-5A-5]? und JS-34-15A-15F wurden ebenfalls in der Sohlagtestvorriohtung untersucht. Bieses Mal wurde ein 2-Fuß-pound-Bammer anstelle eines 1-Fußpound-Hammers verwendet, um einen Bruch der Proben zu gewährleisten.
Die Schlagfestigkeit der verschiedenen Proben als auch die Schlagfestigkeit der Vergleichestäbe JS-34-C1 bis G3, welche ebenfalls untersucht wurden, ist in der Tabelle III aufgeführt. Men sieht,
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daß in allen Fällen die Schlagfestigkeit der Proben wesentlich höher als diejenige der Vergleichsstäbe war und daß der Betrag der Erhöhung der Schlagfestigkeit mit der Zunahme der Dicke dieser Platten ebenfalls zunahm. Ss wurde kein definitiver Effekt der Korngröße dieser Platten beobachtet.
Beispiel 6
Flache Platten aus Siliziumkarbid, Norton NC-203-Siliziumkarbid, ein Produkt der Norton Company, Worcester, Massachusetts, USA, wurden hergestellt und mit einer Schicht aus einer Mischung aus 80 Gew.-$ Siliziumnitrid und 20 Gew.-^ Siliziumkarbid, welcher 5 $ MgO hinzugefügt wurde, überzogen. Das Siliziumnitrid hatte eine Korngröße von 1,05 Mikron. Der, Siliziumnitridpuder war ein Siliziumkarbid mit einer Siebweite von 400 mesh, und das Magnesiumoxid wurde als MgCO, zugesetzt.
Die Pulver wurden vermischt, indem sie mit T-Butanol in einer AIuminiumoiidaühle mit Aluminiumoxidkugeln ungefähr eine Stunde lang gemahlen und bei 360° K in einem Yakuumofen getrocknet wurden.
Die Schicht aus Siliziumnitrid und Siliziumkarbid wurde auf den Stab aus Siliziumkarbid bei einer Temperatur von 1773° K und bei 13,8 MHm «ine Stunde lang heiß aufgepreßt, damit eine 0,38 mm dioke Sohioht aus Siliziumkarbid fest mit dem Stab verbunden wurde.
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Von dem Stab oder Barren wurden Teststäbe GB-18-1 bis 4 abgeschnitten, welche die Maße 6,4 x 6,4 χ 57 mm (o,25 x o,25 χ 2,25 Zoll) hatten. Diese Prüfstäbe wurden so in der Testvorrichtung angeordnet, daß die überzogene Oberfläche sich in der Position des Hammerschiages befand.
Die Schlagfestigkeit dieser Prüfstäbe und die Schlagfestigkeit der Vergleichsproben JS-31-1 bis 3 wurden in der Schlagtestvorrichtung untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt. Man sieht, daß, wie in den vorhergehenden Beispielen, die Schlagfestigkeit auf den 2 1/2-fachen bis 3-fachen Wert der Schlagfestigkeit der Vergleichsetäbe erhöht wurde.
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Tabelle I Schlagfestigkeit von überzogenen Keramiken
Seispiel Keramikkörper
Anzahl der mittlere Schlag-Proben festigkeit Fuß-pounds
1 96 $ Aluminiumoxid keiner (Yergleichsstäbe) 3 0,21
CJI 2 96 <$> Aluminiumoxid Graphit 3 0,56
09846 3 3 G io Aluminiumoxid
Siliziumnitrid
Magnesiumdititanat
keiner (Vergleichsstäbe)
3
2
0,63
0,37
3 Siliziumnitrid Magnesiumdititanat CVl >1,0
058 Siliziumnitrid Magnesiumdititanat 2 >2,0
Tabelle II
Schlagfestigkeit von Stäben aus Norton~HS-130-Siliziumnitrid mit aufgeklebten Platten auf Magnesiumdititanat
(Stäbe von 6,4 χ 6,4 χ 57 mm)
Probe
Kr.
Behandlung / Schichtdicke
mm
Raumtemperatur t*\
Schlagfestigkeit^· ;
Joules Zoll pounds
JSP-1-C1 Vergleich keine 0,60 5,3
-2-C1 It It 0,32 2,8
mittel 0,46 4,1
JSP-1-1 15/um MgTi2O5 0,97 >1,36 >12
-2 Il 1,21 >1,36 >12
-3 It 1,35 ^1,36 ^12
mittel >1,36 >12
JSP-2-1 5/um MgTi2O5 0,75 >1,36 - >12
-2 It 0,75 >1,36 ^12
-3 It 0,77 ^1,36 >12
mittel >1.36 >12
(1) 1-Puß-pound-Hammer
-14-
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Tabelle III
Sohlagfestigkeit von Stäben aus AYCO-Siliziumnitrid mit aufgeklebten Platten aus Magnesiumdititanat
(Stäbe mit 6,4 x 6,4 x 57 mm)
Probe
Nr.
Behandlung
Schichtdicke mm
Räumtempera tür /.\ Schlagfestigkeit^1' Joules Zoll pounds
JS-34-G1 -G2 -G3
JS-34-5A -5B -5C
JS-34-5D -5E -5P
JS-54-15A -15B -15C
JS-34-15D -15B
-153?
Vergleich
mittel
5/um
mittel
5/um
It
mittel
15/U* MgTi2O5
mittel
15/tim MgTi2O,
mittel
—— 0,42 3,8
0,26 2,3
0,34
0,34
3,0
3,0
1,25 1,07 9,5
1,31 1,15 10,2
1,34
1,30
2,38
1,53
21,1
13,6
0,54 0,46 4,1
0,58 0,47 4,2
0,63
0,58
0,41
0,45
3,6
4,0
1,12 1,24 11,0
1,07 1,28 11,3
0,91
1,03
1,24
1,25
11,0
11,1
0,26 0,55 3,1
0,31 0,43 3,8
0,44
0,34
0,64
0,47
5,7
4,2
(1)2-Pua-pound-Hammer -15-
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Tabelle 17 Schlagfestigkeit von Norton~NC-2-3-Siliziumkarbid mit
heiß-gepreßten Oberflächenschichten aus SiJSL-SiC
Probe
Hr.
Behandlung Schichtdicke Raumtemperatür Z1\
Schlagfestigkeit^1'
Joules Zoll pounds
1,9
1,8
JS-31-1
-2
wie bearbeitet
Vergleich
ι«
0,21
0,20
2,3
2,0
4,1
509846/ —3
GB-18-1
M
mittel
heißgepreßt
0,36 0,26
0,22
0,47
6,8
1058 -2 It O,39(2> 0,77 4,5
-3 η 0,40^· ' 0,51 7,2
-4 ti 0,37 0,81
Spiegelradius
/um
Bemerkungen
mittel
P,38
0,64
(1) 1-Fuß-pound-Hammer
(2) rissig
Bruch im Zentrum, Ursprung am Hand, schlechter Spiegel
3 Brüche im Zentrum, Ursprung an der Ecke
— 3 Brüche im Zentrum, Ursprung an der Ecke
3 Brüche im Zentrum, Ursprung an der Ecke, schlechter Spiegel
ιό cn

Claims (8)

- 16 Ansprüche
1.- Yerfahren zur Erhöhung der Schlagfestigkeit eines Körpers aus polykristalliner Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus polykristallinem keramischen Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul und mit in ihr enthaltenen Mikrorissen auf den Körper aufgebracht wird.
2. Keramischer Körper aus poylkristallinem Material mit erhöhter Schlagfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Schicht aufweist, welche aus polykristallinem keramischen Material mit niedrigem Elastizitätsmodul "besteht und welche Mikrorisse aufweist.
3. Yerfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Körner des Materials mit niedrigem Elastizitätsmodul einen anisotropen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wodurch heim Erwärmen Mikrorisse erzeugt werden.
4· Yerfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit niedrigem Elastizitätsmodul ein vielphaaiges Material ist, dessen Phasen verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wodurch beim Erwärmen Mikrorisse erzeugt werden.
5. Yerfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit niedrigem Elastizitätsmodul verschiedene Phasen
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mit verschiedenen Volumina aufweist, wodurch die Mikroriese bei Änderungen des Volumens während der Phasentransformation in dem Material erzeugt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline Material des Körpers zu der Gruppe aus Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid gehört, und daß das polykristalline keramische Material mit niedrigem Elastizitätsmodul wenigstens eines der Materialien der folgenden Gruppe umfaßt» Aluminiumtitanat, Magnesiumdititanat, Eisentitanat, Titanoxid (Rutil) V2°«5» grobkörniges Aluminiumoxid, Berylliumoxid, ß-Spodumen, ß-Encryptit, Bornitrid; mehrphasige Zusammensetzungen von Graphit und verschiedenen Karbiden, BeO mit Bornitrid, MgO mit Wolfram, BeO mit Siliziumkarbid, grobkörniges Siliziumkarbid in einer Matrix von feinkörnigem Siliziumkarbid} und teilweise stabilisiertes, Mkrorisse aufweisendes Zirkonoxid.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus polykristallinem keramischen Material mit niedrigem Elastizitätsmodul vorgeformt und an der Oberfläche des Körpers befestigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welohem auf den Körper au· Siliziumkarbid eine Sohioht aus polykristallinen keremisohen Material mit niedrigen Elastizitätsmodul aufgebracht wird, -dadurch gekennzeichnet, daß eine Sohioht, welche eine Mischung aus Silisiun-
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nltrid und Siliziumkarbid ist, heiß auf den Körper aufgepreßt wird, wobei diese Heißpressung bei einer Temperatur von 1773° £
-2
und einem Druck von 13 »8 MNm eine Stunde lang durchgeführt
wird.
9« Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus etwa 80 Gew.-^ Siliziumnitrid und 20 Few.-^ Siliziumkarbid besteht.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492522A (en) * 1981-12-24 1985-01-08 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Blade for a fluid flow engine and method for manufacturing the blade

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4457948A (en) * 1982-07-26 1984-07-03 United Technologies Corporation Quench-cracked ceramic thermal barrier coatings
JPS59126665A (ja) * 1983-01-10 1984-07-21 Hitachi Ltd 厚膜混成集積回路
JPS6114187A (ja) * 1984-06-27 1986-01-22 日本特殊陶業株式会社 補強板状焼結体
US4876148A (en) * 1984-10-29 1989-10-24 Ceramatec, Inc. Ceramic bodies having a plurality of stress zones
US4656071A (en) * 1984-10-29 1987-04-07 Ceramatec, Inc. Ceramic bodies having a plurality of stress zones
EP0211579B1 (de) * 1985-08-02 1990-03-28 Ngk Insulators, Ltd. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus gesintertem Siliciumnitrid
JPS6272583A (ja) * 1985-09-26 1987-04-03 日本碍子株式会社 高温構造部材用炭化珪素焼結部材
US4772524A (en) * 1986-04-14 1988-09-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Fibrous monolithic ceramic and method for production
JPS62289385A (ja) * 1986-06-09 1987-12-16 Ngk Insulators Ltd セラミツクス・金属結合体
US5165981A (en) * 1987-03-20 1992-11-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Ceramic substrate and preparation of the same
DE69213802T2 (de) * 1991-04-09 1997-02-27 Ngk Insulators Ltd Verwendung einer Oxidschicht zur Verbesserung der Oxydation- und Korrosionswiderstand einer Gasturbinenschaufeln aus Siliziumnitrid
US5645781A (en) * 1994-09-21 1997-07-08 The Regents Of The University Of Michigan Process for preparing textured ceramic composites
US6677272B2 (en) * 2001-08-15 2004-01-13 Corning Incorporated Material for NOx trap support
US20050039816A1 (en) * 2003-06-20 2005-02-24 Maguire Stephen B. Vacuum powered method and apparatus for wirelessly handling and conveying granular material

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2943008A (en) * 1956-07-17 1960-06-28 Electro Refractories & Abrasiv Refractory articles
US3468750A (en) * 1964-03-04 1969-09-23 Owens Corning Fiberglass Corp Refractory bodies with thermal barrier adhesive coatings and method therefor
US3540915A (en) * 1965-12-20 1970-11-17 Henry P Kirchner Method of strengthening alumina and spinel bodies and strengthened alumina and spinel bodies produced thereby
US3505158A (en) * 1967-12-22 1970-04-07 Coors Porcelain Co Composite porous-dense ceramic article
US3713877A (en) * 1969-02-10 1973-01-30 H Kirchner Method of strengthening ceramic bodies and strengthened ceramic bodies produced thereby
US3652378A (en) * 1970-02-19 1972-03-28 Western Electric Co Strengthening alumina substrates by incorporating grain growth inhibitor in surface and promoter in interior

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492522A (en) * 1981-12-24 1985-01-08 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Blade for a fluid flow engine and method for manufacturing the blade

Also Published As

Publication number Publication date
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FR2268769B1 (de) 1981-11-27

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