DE3300211A1

DE3300211A1 - Hochverfestigter gesinterter koerper aus zirkonerde

Info

Publication number: DE3300211A1
Application number: DE19833300211
Authority: DE
Inventors: Satoshi Komaki Aichi Iio; Yasushi Nagoya Aichi Matsuo; Masakazu Nagoya Aichi Watanabe
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1982-01-09
Filing date: 1983-01-05
Publication date: 1983-07-14
Also published as: JPS58120571A; US4748138A; JPH0124747B2; DE3300211C2

Description

NGK Spark Plug Co.Ltd. München, 7. Januar 1983

Japan . · up-ks 14.226

05 Hochverfestigter gesinterter Körper

aus Zirkonerde

Die Erfindung bezieht sich auf einen hochverfestigten, gesinterten Körper aus Zirkonerde mit ZrO» als Hauptbestandteil. . .

Den größten Nachteil keramischer Materialien bildete ihre geringe Biegefestigkeit. Eine beträchtliche Anzahl yon Fachleuten auf diesem Gebiet hat sich mit diesem Problem beschäftigt, da Verbesserungen der Biegefestigkeit als geeignet erachtet wurden, derartige Materialien mit deutlichem Erfolg für Schneidwerkzeuge und künstlichen Massen, wie auch Teile von Verbrennungsmaschinen zu verwenden.

Beispielsweise ist in der japanischen Patentschrift Kokai Nr. 55-140762 unter dem Titel "Material für Schneidwerkzeuge vom Zirkonerdetyp" gesinterte Zirkonerde beschrieben, die teilweise mit Oxyden von Y, Ca, Mg, usw. stabilisiert ist, wobei das Vorliegen einer Kristallphase mit 60 bis 95 Gewichtsprozent tetragonalen und isometrischen' Systems insgesamt gelehrt wird. Eine Veröffentlichung von J.S. Reed· in "Ceramic Bulletin", Band 55, Seite 717 ff (1976), V.St.A., beschreibt, daß hochfeste gesinterte ZrOp Körper erhalten werden können, indem gleichzeitig eine Mischung von ZrOCIp und YCl₃ niedergeschlagen und der entstandene Puder kalziniert, wird, worauf der feinkalzinierte ZrO₂-Puder stabilisiert mit Y₂°3 gesintert

Ol wird. Keines dieser Materialien weist jedoch eine zufriedenstellende Festigkeit auf. Es besteht daher ein starkes Bedürfnis nach einer weiteren Vergrößerung der Festigkeit, die eine breite Anwendung ermöglichen würde.

Die Erfindung steht daher unter der Aufgabe, einen neuartigen gesinterten Körper. auf der Basis von Zirkonerde bereitzustellen, der eine hohe Zähigkeit und Festigkeit aufweist. ' ·

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein auf Zirkonerde basierender gesinterter Körper hoher Zähigkeit und Festigkeit bereitgestellt, der einen vergrößerten Gehalt an tetragonalem ZrO₂ aufweist.

15 .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein keramischer Sinterkörper hoher Festigkeit bereitgestellt, der im wesentlichen aus 30 bis 99,5 Gewichtsprozent einer Komponente A wie nachstehend beschrieben und zum verbleibenden.

Teil aus einer Komponente B wie nachstehend beschrieben besteht, wobei der Körper eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 3 Mikrometer als Ganzes aufweist:

Komponente A:

Zirkonerde mit einem tetragonalen und/oder kubischen Systemanteil von nicht weniger als 90 Gewichtsprozent mit der .Bedingung, daß das tetragonal/kubische Systemgewichtsverhältnis nicht weniger als 0,25 .beträgt, wobei die Zirkonerde ein Stabilisierungsmittel enthält, das aus einer oder mehrerer Substanzen besteht, die die Gruppe Y₃O₃, Gäo, MgO, Yb₂O₃, CeO und ähnliche umfassen;

Ol Komponente B: · .

Eine . oder eine Mischung von zweien oder mehreren der Substanzen, die aus der- Gruppe ausgewählt sind, die aus Boriden, Karbiden und Nitriden von Al, Si und einem Element in den Gruppen 4a, 5a und 6ä des periodischen Systems, und Al₂O₃ bestehen. ■

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen· hochverfestigten gesinterten Keramikkörper zur Verfügung,'in dem der verbleibende Anteil die Komponente B und eine weitere Komponente C wie nachstehend beschrieben enthält:

Komponente C:■

3 oder weniger Gewichtsprozent SiOp, 0,5 oder weniger Gewichtsprozent Fe₀O,, oder 0,5 Gewichtsprozent oder geringer TiQ₂, wobei die Komponente C nicht mehr als 3 Gewichtsprozent des gesinterten Körpers ausmacht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen weitere Merkmale und Vorteile hervorgehen. In der einzigen Figur sind Messun-, gen der Hochtemperaturbiegefestigkeit im Beispiel 5 als Ordinate gegen die Temperatur als Abszisse aufgetragen, wobei die durchgezogene Linie die Probenummer 5 des-Beispiels 1 beschreibt, die unterbrochene Linie die Probenummer 33 des Beispiels 4, und die strichpunktierte Linie eine Probe kommerziell erhältlicher, teilweise stabilisierter Zirkonerde.

in .den japanischen Patentanmeldungen Nr. 56-127004, 56-127005 und 56-132934 hat die Anmelderin als hochverfestigte, gesinterte Körper aus Zirkonerde einige der beim Versuch die voranstehend beschriebene Aufgabe zu lösen erhaltenen Resultate dargestellt. Mit anderen Worten hat die Anmelderin herausgefunden, daß die Temperatur, bei der tetragonale Zirkonerde in monokline Zirkon-

Ol erde übergeht, verringert werden kann,- wenn man Al₂O₃ oder TiN mit einer ZrO_? Matrix eingehen und darin dispergieren läßt, wobei das Kornwachstum der Zirkonerde so beschränkt -wird, daß der Gehalt an tetragonaler Zirkonerde anwächst und hierdurch die Schlupffestigkeit an den Korngrenzen der Zirkonerde steigt, woraus sich ein Anstieg der Festigkeit ergibt, der. bei höheren Temperaturen doppelt so groß ist.

Obwohl die in den obigen Patentanmeldungen beschriebenen gesinterten Körper eine Dichte aufweisen, die nahezu den theoretisch möglichen . Wert erreichte, trat immer noch eine gewisse Anzahl von Mikroporen auf. Weiterhin waren die Materialien zur Dispersion in der Zirkonerde Matrix beschränkt auf solche mit stark' ionischer Bindung wie Al₂O₃ oder TiN, die unter normalem Druck gesintert werden konnten.

Um weiter verbesserte gesinterte Körper auf der Basis von Zirkonerde-Keramik auf der Grundlage der'obigen Erkenntnisse zu erhalten, wurden unter der Verwendung von Heißpressen Sintertests mit einer Reihe in Zirkonerde dispergierten Materialien durchgeführt. Als Ergebnis wurde ein Sinterkörper erhalten, der im wesentlichen keine Mikropore aufweist und eine Festigkeit von bis zu etwa 160

kg/mm aufweist, die bisher, mit konventionellen keramischen Materialien, nicht erreicht werden konnte.

Derartige Erkenntnisse liegen der vorliegenden Erfindung zugrunde.

·· · Nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozente, falls nicht ausdrücklich-anders angegeben. Die Komponente B (Dispergierungsmaterial) wie AIpO₃ ist nur schwach wirksam, wenn sie in einer Menge von unterhalb 0,5 % zugegeben wird. Wird sie in einer Menge von mehr als 70 %

Ol zugegeben, sinkt der die Zähigkeit mit beeinflussende Anteil an Zirkonerde soweit, daß sowohl die Zähigkeit als auch die Festigkeit ungenügende Werte annehmen.

Die Kristallphase der Zirkonerde sollte 90 Gewichtsprozent oder mehr des tetragonal'en und kubischen Systems insgesamt enthalten, da eine Verringerung der Zähigkeit unterhalb dieser unteren Grenze auftritt. Das Gewichtsverhältnis des tetragonalen/kubischen Systems sollte dann nicht· geringer als 0,25 betragen, da unterhalb dieses Wertes ebenfalls eine Verringerung der Zähigkeit beobachtet wird.

Der Sinterkörper, der gemäß der vorliegenden Erfindung

erhalten wird, sollte eine durchschnittliche Korngröße von nicht mehr als 3 Mikrometer aufweisen, da oberhalb

dieses Wertes das tetragonale System in das monokline

System übergeht, woraus eine Verringerung der Zähigkeit resultiert..

20 .

Der Sinterkörper gemäß der Erfindung kann eine weitere Komponente C mit einem Anteil von bis zu 3 % insgesamt erhalten, d.h. bis zu 3 % SiOp, bis zu 0,5 Fe₂O₃ oder bis zu 0,5 % TiOp. Oberhalb dieser Anteile wird das Sintern 25· gegenteilig beeinflußt mit einem Abfall der Zähigkeit. Es wird vermutet, daß die Komponente C teilweise als Sintermittel wirkt, jedoch können diese Komponenten als Verunreinigungen vorliegen.

Es wird darauf hingewiesen, daß dieselben Ergebnisse erhalten werden, selbst wenn ZrOp teilweise oder ganz durch HfO₂ ersetzt wird. Der Austausch von ZrO₂ durch HfO₂ ist allgemein bekannt, beispielsweise aus "Advances in Ceramics", Band 3, Science and Technology of Zirconia, a.H. Heuer und L.W. Hobbs, Seiten 164 bis 167, "Phase transformation of solid solution of ZrO₂ and HfO₂ in an Al₂O₃ matrix".

Ol Die Elemente aus · den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, wie sie in der Komponente B gemäß der vorliegen_r den Erfindung enthalten sind, beziehen sich auf Ti, Zr, Hf; V, Nb, Ta; und Cr, Mo, W, wie sie im Periodensystem, Elements of Physical Chemistry, 1960, D. Van Nostrand Co., Inc. (Maruzen Asian Edition Seiten 163) aufgeführt sind. -

Geeignete. Beispiele von Verbindungen, die die Komponente B bilden umfassen TiC, NbC, TiB₂, TiN, SiC, Si₃N₄, WC und AlpO« oder eine Mischung von zweien oder mehreren dieser Substanzen: ·.

Der verwendete Stabilisator kann als solcher nach dem Stand der Technik bekannt sein und umfaßt beispielsweise YpO₃, CaO, MgO, Yb₂O₃, CeO, oder ähnliche,' oder eine Mischung zweier oder mehrerer derartiger Substanzen. Bevorzugt werden YpO,,, CaO, MgO oder eine Mischung davon verwendet. Der Anteil des Stabilsierungsmittels an der Komponente A beträgt nicht mehr als 14 mol.%, wobei die mol.% auf YOl,5, CaO, MgO, YbOl,5₍und CeO bezogen sind, da das kubische System vorwiegend bei 16 mol.% oder mehr ausgebildet wird. Der wirksame Anteil des Stabilisierungsmittels beträgt nicht weniger als 2 mol.%, wobei die mol.% wie voranstehend beschrieben,, berechnet werden, unterhalb dieses Wertes überwiegt das monokline System.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einiger nicht einschränkender Beispiele erläutert. 30

Es wird darauf hingewiesen, daß die folgenden Beispiele· zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben werden, diese jedoch nicht einschränken'sollen, und das nach dem Stand der Technik bekannte Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

⁰¹ Beispiel 1

Zwei mol.% Y₀Oq ^mit einer spezifischen Oberfläche von

2
13,5 m /g wurde als Stabilisierungsmittel zu monoklinem ZrO₂ zugegeben, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Als zu dispergierendes Material wurde weiterhin fein verteiltes Al₃O₃ mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 yu und einer Reinheit von 99,9 % oder TiC mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2yu und einer Reinheit von 99,5 % in

¹^ Anteilen zugegeben, wie in Tabelle 2 aufgeführt. Die sich ergebende Mischung wurde feucht zusammengemahlen, getrocknet, in Puder umgewandelt und in eine Kohlenstofform gefüllt, in der ein Heißpreßen unter 200 kg/cm und 1500 bis 1600⁰C 'während etwa einer Stunde erfolgte, woraus

¹^ sich ein Sinterkörper mit den Maßen 30 χ 30 χ 4,5 mm ergab.

Daraufhin wurde der Sinterkörper auf ein Maß von 4 χ 8 χ 25 mm geschnitten und zur Messung seiner verschiedenen Eigenschaften (siehe .Tabelle 2) geglättet. Obwohl bei sämtlichen Durchläufen die mittlere Korngröße nicht mehr als 3 AJ betrug wurde herausgefunden, daß bei einer höheren Sintertemperatur ein Kornwachstum erfolgte, so daßdie mittlere Korngröße auf mehr als 3 /u anstieg· und die

*° Festigkeit deutlich abfiel. Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, .erreicht die Dichte des Sinterkörpers etwa den theoretisch möglichen Wert. Es wurde weiterhin herausgefunden, daß durch Hinzugabe von AIpO₃ ein tetragonal-monokliner Übergang so beschränkt wird, daß der Anteil des

°^v. verbleibenden tetragonalen Systems größer ist als bei Sintern unter normalem Druck, wodurch sich ein deutlicher Anstieg der Festigkeit und Zähigkeit ergibt. Es wurde weiterhin herausgefunden, daß ähnliche Ergebnisse durch Hinzufügen von TiC erreicht werden können. Bei den Proben Nr. 7R und 13R, bei denen 80 % Al₃O₃ bzw. TiC zugegeben

Ol wurden, ist jedoch der Gehalt an ZrOp so gering, daß sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit ungenügende Vierte annehmen.

Beispiel 2

Zirkonoxychlorid (0,5 mol./l) und Yttriumchlorid (0,5 mol./l) wurden in wässriger Lösung zusammengemischt und gemeinsam hieraus ausgefällt. Der Niederschlag wurde bei 800⁰C kalziniert, woraus puderiges- ZrO₂ mit 2 mol.% ^Y ₂°3 erhalten wurde, dessen Eigenschaften in Tabelle 3 dargestellt sind. Unter Hinzufügung von Al_?0„ wurde dieser Puder nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren weiter erarbeitet um schließlich Sinterkörper zu erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.

Wie aus diesen Ergebnissen deutlich wird, ist die Zugabe von AlpO„ auch dann wirksam, wenn der puderige Niederschlag von ZrOp verwendet wird, wie es bei Beispiel 1 der Fall ist.

Tabelle 1 '

Kristallsystem

Monoklines System

Spezifische Oberfläche

25

Chemische Zusammensetzung ZrO₂ (inkl.

SiO₂ CaO Fe₂O₃ TiO₀

Gewichtsprozent

nicht geringer als 99 % (inkl. 3 bis 5 % 0,5 % 0,06 % 0,1 % 0,25 %

Tabelle 2

	Zusammensetzung	B-Komponente	Anteil
Probe	Stabilisator in der		Gewichts
Nr.	A-Komponente	Typ	Prozent
	Typ Anteil		0,1
	(mol.%)		0,5
		Al₂O₃	3
1R	Y₂O₃ 2	Il	10
2	Il Il	Il	40
3	Il Il	Il	70
4	Il Il	Il	80
5	Il Il	Il	0,5
6	Il Il .	Il	3
7R	Il Il	TiC	10
8	Il . it	Il	40
9 '	■ I Il	Il'	70
10	■ι ti	Il	80
11 .	it Ii ;	Il
12	II Il	Il
13R	Il Il

ZrO₂-Krista11 system (Gewichtsprozent)

Sinter- Temp. ⁰C	Dichte (g/cm³)	Biege festigkeit (kg/mr/)	Zähig keit	mono- klin	Tetra-_ gonal	kubisch
			(kg/mm^3/2)
1500	5,85.	40,1	17,5	27	. 56	17
Il	5,88	82,6	39,6	9	76	15
Il	5,97	128,3	45,1	5	83	12
Il	5,75	133,0	48,7	4	85	11
"	5,00	162,3	51,5	0	93	7
1600	4,43	100,4	36,4	0	95	5
Il	4,26	57,9	19,3	0	95	5
1500	5,89	81,3	35,3	10	76	14 ■
Il	6,01	108,8	40,2	7	82	11
Il	5,92	112,7	. 43,4	6	85	9 ·
Il	5,53	137,6	45,9	0	9.4	6
1600	5,19	85,1	32,4	0	94	6
Il	5,09	49j	17,2	0	95	5

CO O O

Ol Bemerkung 1 - Messung der physikalischen Eigenschaften

1. Biegefestigkeit wurde gemäß JIS B 4104 gemessen. Die Werte wurden als Mittelwerte der Messungen von fünf

05 Teststücken bestimmt.

2. Die Bruchfähigkeit K_IC wurde mit einem Teststück der Maße 4 χ 5 χ 25 mm (Breite χ Dicke χ Länge), das eine Kerbe mit einer Tiefe von 0,5 mm und einer Breite von 0,15 mm entsprechend ASTM Special Technical Publication No. 410 aufwies. Die Werte wurden durch einen Dreipunkt-Biege-Kerb-Versuch mit 20 mm Abstand als Mittelwert der Messungen von fünf Teststücken bestimmt.

3. Die Härte HR 45 N wurde auf einem Rockwell-Oberflächentester unter einer Belastung von 45 kg bestimmt.

4. Das Kristallsystem wurde mit einem RAD-rA-Typ Geigerzähler (Hersteller: RIGAKU DENKI) durch Röntgenstrahlbeugung bestimmt. Zunächst wurde durch Röntgenstrahlbeugung eines Probekörpers, der mit einer 15/ü Diamantpaste spiegelglatt poliert worden war, die integrale Festigkeit I-m jeder der (lll)-Ebene und der (IU)-Ebene des monoklinen ZrO₂, die integrale Festigkeit I-t der (lll)-Ebene des tetragonalen ZrO₂, und die integrale Festigkeit I-c der (lll)-Ebene des kubischen ZrO₂ gemessen, und der Bruchteil monoklinen ZrO₂ wurde durch das Verhältnis von I-m/(I-m+I-c)■ bestimmt/ Darauf wurde der Sinterkörper soweit pulverisiert, daß er vollständig ein 325-Maschen-Sieb passieren konnte und wiederum, unter denselben Bedingungen, einer Röntr^".-· genstrahlbeugung unterzogen, um die integrale Festig-

' keit, I'm und I'c, des monoklinen und kubischen ZrO _ zu bestimmen. Darauf wurde unter der als richtig ange-

sehenen Annahme, daß das restliche tetragonale ZrOp im gesinterten Körper einer mechanischen Beanspruchung durch das Pulverisieren unterliegt und vollständig in monoklines ZrOp umgewandelt wird, der Gehalt an kubischem ZrOp durch ein Verhältnis I'c/d'm + I'c) bestimmt und darauf der an tetragonalem ZrO_?.

Bemerkung 2 - Ein Index R in den Tabellen bezeichnet einen Vergleichsversuch.

Tabelle

15 Kristallsystem

Tetragonales System

Spezifische Oberfläche

32 m²/g

Chemische Zusammensetzung

ZrO₂ (inkl..

^Y2°3 CaO

Gewichtsprozent

95 % ' (inkl. 3 bis 5 % 4,04 % 0,09 % 0,05 % ·

Tabelle 4

	Zusammensetzung	B-Komponente	Anteil Gewichts prozent
Probe Nr.	Stabilisator in der A- Komponente	Typ	0,5 3
	Typ Anteil . (mol.%)	Al₂O₃ It	10
14 15	I²°³ !	Il	40
16	Il Il	Il	70
17	Il Il	Il	80
18	Il Il	Il
19R	Il Il

Sinter-Temp. C

1500

1600

ZrO₂-Kri stal1 system
(Gewichtsprozent)

Dichte (g/cm^J)	Biege festigkeit (kg/mnf)	Zähig keit IC (kg/mm^3/2y	mono- klin	Tetra-, gonal	. kubisch
6,06	134,8	39,7	7	82	11
6,00	147,6	45,1	4	85	11
5,79	156,9	48,8	.2	89	9
5,03	170,5	51,7	0	96	4
4,45	120,7	36,5	0	98	2
4,29	66,5	20,1	0	98	2

CO O CD

- 17 -

Beispiel 3

Ol YpO₃, CaO und MgO wurden als Stabilisierungsmittel, in den in Tabelle 5 aufgeführten Anteilen, dem monoklinen ZrO₂ zugefügt, wie in Tabelle 1 angegeben. Fein verteiltes Al₂Oo mit einer Reinheit von 99,9 % und einer mittleren Teilchengröße von 0,1yu wurde weiterhin als dispergierendes Material (Komponente B) in .einer Menge von 40 Gewichtsprozent zugegeben. Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt, um gesinterte Körper zu erhalten (die Resultate sind in Tabelle 5 angegeben). Die Ergebnisse zeigen, daß die Kristallphase von ZrO_? sich mit der Art und Menge des. Stabilsierungsmittels änder.t und machen deutlich, daß jeder keramische gesinterte Körper, dessen Anteile des monoklinen. tetragonalen und kubischen Systems von dem Bereich abweichen, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, deutlich verringerte Festigkeit und Zähigkeit aufweist.

	Zusammensetzung	B-Komponente	Anteil Gewichts prozent	Tabelle 5	Dichte (g/cm"³)	Biege festigkeit (kg/mnf)	Zähig keit IC ·	ZrO₂-KHstall system (Gewichtsprozent)	Tetra-__ gonal	kubisch	I
	Stabilisator in der A- Komponente	Typ					(kg/mm^3/2)	mono- klin			H-¹ OO
Probe Nr.	Typ ' Anteil (mol.%)		40		Bruch	-	-		0	4 ' ■
		Al₂O₃	Il	Sinter- Temp. ⁰C	5,01	143,6	47,3	96	97	3
	Y₂O₃ 0,5	Il	Il		5,00	162,3	51,5	0	93	7	• · ·· • · • ·
2OR	1	Il	Il	1400	4,99	151,7	44,2	0	86	14	* ■ · * *• · · • · ·**
21	2	Il	Il	1500	4,99	133,0	39,7	0	81	19	• · · •
22	3	Il	Il	Il	4,97	125,6	34,1	0	73	27	• · · · • ♦
23	4	Il	Il	Il	4,95	103,2 .	27,3	0	56	44	• · · · • «
24	5	Il	Il	Il	4,94	95,5	20,5	0	23	77
25	6	Il	Il	Il '	4,93 .	56,4 .	13,7	0	0	100
26	7	Il	Il	Il	.4,98	109,3	31,1	0	78	. 22
27	. 8	Il	Il	Il	4,96	103,6	29,5	0	75	25
28R	MgO 7	Il	Il				0
29	CaO 6	Il
30		Il

- 19 -

01 Beispiel 4

Um unterschiedliche gesinterte Körper zu' erhalten, wurde Beispiel 1 im wesentlichen wiederholt mit der Ausnahme, daß als Komponente B Systeme aus einer einzelnen Komponente aus NbC (Reinheit 99 %, mittlere Teilchengröße 1 αϊ), TiB₂ {/Reinheit 99,5 %, mittlere Teilchengröße 1,5 ja), TiN (Reinheit 99 %, mittlere Teilchengröße 1,5 /u), SiC (Reinheit 96 %, mittlere Teilchengröße 0,7yu), Si₃N₄ (Reinheit . 96,5 %, mittlere Teilchengröße 0,5 /u) und WC (Reinheit 99,5 %, .mittlere Teilchengröße' 1,5 /u) Verwendung fanden, ebenso wie Doppelkomponentensysteme aus Al₂O₃/TiC, Al₂O₃/SiC und Al₂O₃ZSi₃N₄. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Wie diese Resultäte zeigen, führt das Hinzufügen dieser Materialien zu einem Effekt ähnlich dem, wie er durch die Beifügung durch Al₃O₃ vorgebracht wird. Tabelle 6 zeigt weiterhin, daß die Härte der erhaltenen gesinterten Körper deutlich größer als die des gesinterten Körpers aus ZrO₂ allein ist, und höher als die des Körpers, der Al₂O₃ enthält.

Tabelle 6

Zusammensetzung

Stabilisator
Probe in der
Nr. A-Komponente

Typ Anteil Typ (mol.%)

B-Komponente

Anteil . Sinter- Dichte Biege-Gewichts-Temp. C (g/cm ) festigkeit Prozent . (kg/mm )

Zähigkeit ^KIC (kg/mm

Härte HR 45 N

3/2 χ

5	YoO.	2	Al₀O,	40	1500	5,00	162,3	51,5	87,6
11	*C 6* Il	Il	TiC	Il	Il	5,53	137,6	45,9	88,1
31	Il	Il	NbC	Il	Il	6,64	127,3	32,3	88,0
32	Il	Il	TiB₂	Il	11 '	5,31	121,4	31,4	88,3
33	Il	Il	TiN	Il	Il	5,77	154,8	57,9	85,8
34 ·	Il	Il	SiC	Il	Il	4,45	125,4	30,7	88,1
35	Il	Il	Si₃N₄	Il	1600	4,43	128,5	34,6	89,4
36	Il	Il	wc	Il	1500	8,00	116,9	30,4	87,9
37	Il	Il	AIoO,/Ti C	30/10	■I	5,12	156,1	46,5	87,7
38	Il	Il	Il	Il	Il	5,17	160,4	53i1	87,2
39	Il	Il	Al₂O₃/SiC	Il	Il	4,85	153,1	46,3	87,7
40	Il	Il	AloO,/Si,N₄ .	Il ^p	Il	4,84	156,2	47,3	88,1
41R	Il	Il	Al₀Oo	0,1	Il	5,85	40,1	17,5	84,3

CO CD CD

⁰¹ Beispiel 5

Die Hochtemperaturbiegefestigkeiten der Körper, die in Probe Nr. 5 des Beispiels 1 und Probe Nr. 33 des Bei-■ spiels 4 und bei einer Probe teilweise stabilisierter Zirkonerde, (Mischung Nr. 2032), einem im Handel erhältlichenArtikel, wie er von der Corning Glass Works, V.St.A., hergestellt wird, erhalten werden, wurde in der voranstehend beschriebenen Weise gemessen. Die Ergebnisse sind in der Figur dargestellt, in der die durchgezogene Linie die. Probe Nr. 5 bezeichnet, die unterbrochene Linie .die Probe Nr. 33, und die strichpunktierte Linie die kommerzielle Probe.

Die Figur zeigt deutlich, daß die erfindungsgemaßen Erzeugnisse eine deutlich hohe Festigkeit sogar bei erhöhten Temperaturen bis zu 1000⁰C aufweisen.

Leerseite

Claims

.Patentansprüche

(T/ Keramischer gesinterter Körper hoher Festigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß er· aus 30 bis 99,5 Gewichtsprozent einer Kompo-' nente A wie nachstehend beschrieben und zum verbleibenden Rest aus einer Komponente B wie nachstehend beschrieben besteht, und eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 3 ja als Ganzes aufweist:

Komponente A:

Zirkonerde mit einem tetragonalen und/oder kubischen Systemanteil von' nicht weniger als 90 Gewichtsprozent, wobei das Gewichtsverhältnis des tetragonalen zum kubischen System nicht weniger als 0,25 beträgt und die Zirkonerde ein Stabilsierungsmittel enthält, das aus einer oder mehrerer der Substanzen aus der Gruppe von Y₀O.,, CaO, MgO, Yb₀O₀, CeO und ahnlichen enthält;

Komponente B: ·

Eine, oder eine Mischung von zwei oder mehreren der Substanzen aus der Gruppe von Boriden, Karbiden und Nitriden von Al, Si und einem Element■in den Gruppen 4a, 5a und 6a des periodischen Systems der Elemente, und AIpO₃.

Ol 2. Keramischer Sinterkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß als Komponente A ein Material Verwendung findet, das durch gleichförmiges Mischen wasserlöslicher Salze von Zirkon und des Stabilisierungsmittel in einem gegebenen Verhältnis in einer wässrigen Lösung, gefolgt von gleichzeitigen Ausfällen dieser Substanzen, erhalten wird.

3. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ZrOp teilweise oder ganz durch HfOp ersetzt ist.

4. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 1, 15 dadurch gekennzeichnet,

daß die Komponente A eine oder mehrere der Substanzen aus folgender Gruppe ist: TiC, NbC, TiBp, TiN, SiC, Si₃N₄, WC und Al₂O₃.

5. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 1,
dad. urch gekennzeichnet,
daß als Stabilsierungsmittel für die Komponente A eine oder mehrere der Substanzen YpOo» CaO und MgO ist.'

·

6. Keramischer gesinterter Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente A 2 bis ' 14 mol.% des Stabilisier rungsmittels enthält, wobei der mol.-Prozentsatz auf YOl,5, CaO, MgO, YbI,5 und CeO bezogen ist.

.01 7. Keramischer gesinterter Körper hoher Zähigkeit,
gekennzeichnet durch
einen Gewichtsprozentsatz von 30 bis 99,5 einer Komponente A wie nachstehend beschrieben und zum verbleibenden Rest Komponente B und C wie nachstehend' beschrieben, wobei der gesinterte Körper eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 3 yu insgesamt aufweist:

Komponente A: · ■ '

Zirkonerde mit einem Systemanteil des· tetragonalen und/oder kubischen Systems von nicht weniger als 90 Gewichtsprozent, wobei das tetragonale/.kubische System-Gewichtsverhältnis nicht weniger als 0,25 beträgt und die Zirkonerde ein Stabilsierungsmittel um-.15 faßt, das aus einer oder mehrerer der Substanzen aus der Gruppe von ^Y ₂°3' ^Ca0» ^Μ8°» ^Yb2°3' ^{Ce0 und ähn}~ lichem besteht; · ·

Komponente B: . '

Eine oder eine Mischung von zweien oder mehrerer der Substanzen aus der Gruppe, die aus Boriden, Karbiden und Nitriden von Al, Si, und einem Element in den Gruppen 4a, 5a und 6a des periodischen Systems, und AIpO₃ besteht; und

25 '

Komponente C:

3 Gewichtsprozent oder, weniger SiOp, 0,5 oder weniger Gewichtsprozent ^e₂O,, oder 0,5 oder weniger Gewichtsprozent TiOp, wobei die Komponente C nicht mehr als 3 Gewichtsprozent des gesinterten Körpers ausmacht.

8. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als.Komponente A ein Material Verwendung findet, das durch gleichförmige Mischung wasserlöslicher

Ol Salze von Zirkon und dem Stabilisierungsmittel in einem gegebenen Verhältnis in einer wässrigen Lösung, gefolgt von gleichzeitiger Ausfällung daraus, erhalten wird.

9. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ZrOp teilweise oder ganz durch HfOp ersetzt ist.

10. Keramischer gesinterter Körper gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Komponente A eine oder mehrere der Substanzen aus der Gruppe, von TiC, NbC, TiBp, TiN, SiC, Si₃N₄, WC und AIpO₃ ausgewählt wird. · .

15 '·

11. Keramischer gesinterter Körper hoher Zähigkeit gemäß Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,
daß als Stabilisierungsmittel für die Komponente A eine oder mehrere der Substanzen Yp°3' ^{Ca(3 und M}S° verwendet wird.

12. Keramischer gesinterter Körper gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11,

25' dadurch gekennzeichnet,

daß die Komponente A 2 bis 14 mol.% des Stabilisierungsmittels umfaßt, wobei der mol.-Prozentsatz auf YOl,5, CaO, MgO, YbI,5 und CeO bezogen ist.