DE3337364C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Metall und Keramik - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Metall und KeramikInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein durch Paßsitz hergestelltes Verbundbauteil aus einem metallischen Basisteil (1) und einem Keramikteil (2) mit verbesserter gegenseitiger Verbindung. Eine Mehrzahl von Rillen (3), die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Verbundbauteiles erstrecken, sind zumindest in der Innenoberfläche (1') des metallischen Basisteiles (1) oder der Außenoberfläche (2') des Keramikteiles (2) vorgesehen, die sich miteinander in Berührung befinden. Sowohl die Innenoberfläche (2'') und die Außenoberfläche (2') des Keramikteiles (2) sind mit einer Imprägnierungsschicht (5 bzw. 4) mit sehr feiner Struktur versehen, welche aus Chromoxid oder einer Mischung aus Siliciumoxid, Chromoxid und Aluminiumoxid besteht. Ein typisches Beispiel für ein solches Verbundbauteil ist eine Kolbenbuchse in einer Verbrennungskraftmaschine.
Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils mit einem Metallteil und einem
stramm mit diesem zusammengefügten Keramikteil, deren Oberflächen sich an einer gemeinsamen Berührungsfläche
berühren, bei dem eine Chromoxid-haltige Schicht auf die Oberfläche des Keramikteils zumindest
im Bereich der Berührungsfläche aufgebracht wird.
Es sind verschiedene Verbundbauteile aus Metall und Keramik bekannt. So beschreibt die US-PS 37 86 795
ein Verbundbauteil in Form eines Zylinderkopfes, das aus einem Keramikteil und einem Metallteil besteht.
Das Keramikteil besteht im wesentlichen aus AI2O3 und
SiO2. Die Metallhülse und das Keramikteil haben jedoch stark unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten.
Wenn sie lange Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt werden, neigt der Schrumpfsitz dazu locker zu
werden, was zu einer Verschiebung des Keramikteiles aus dem metallischen Grundkörper führt. Mit
Schrumpfsitz hergestellte Verbundbauteile erfordern auch einen sehr hohen Grad von Dimensionsgenauigkeit
und eine komplizierte Behandlung der einzelnen Teile, welche die Herstellungswirtschaftlichkeit begrenzen.
Aus der GB-PS 5 40 991 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteiles mit einem Metallteil und
einem stramm mit diesem zusammengefügten Keramikteil, deren Oberflächen sich an einer gemeinsamen Berührungsfläche
berühren, bekannt, bei dem eine Schicht aus Chromoxid auf die Oberfläche des Keramikteils zumindest
im Bereich der Berührungsfläche aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Verbindung zwischen dem Metall und dem Keramikteil
in einem solchen Verbundbauteil zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem strammen Zusammenfügen der Teile das
Verbundbauteil in eine wäßrige Lösung einer löslichen Chromverbindung eingetaucht wird, zu der Chromoxidpulver
oder eine Pulvermischung aus Siliciumoxid, Chromoxid und Elektrokorund hinzugefügt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die Oberfläche des Metallteiles oder des Keramikteiles
im Bereich der Berührungsfläche mit einer Mehrzahl von Rillen versehen, die das Einführen und Eindringen
des Imprägnierungsmittels zwischen dem Metallbasisteil und dem Keramikteil ermöglicht Die imprägnierten
Schichten aus Cr2O3 oder einer Kombination aus
SiO2, Cr2Oi und Al2O3 bilden beim Erwärmen durch chemische
Verbindung eine sehr feine Struktur.
Die Rillen und die imprägnierten Keramikschichten ermöglichen eine feste Bindung, welche nie dazu neigt
locker zu werden, wenn das Verbundbauteil hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Der zwischen den Imprägnierungsschichten
befindliche Innenbereich des Keramikteiles bleibt porös und behält daher eine zufriedensteliende
Wärmeisolationsfähigkeit.
Im folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung urter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Darin stellen dar:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kolbenbuchse mit den Merkmalen gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie H-II in Fig.l;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnittes A in Fig.l;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnittes A in Fig.l;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die jedoch eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnittes B in
Fig. 2.
Die in den Fig. 1 —3 gezeigte Kolbenbuchse besteht aus einem zylindrischen Metallbasisteil 1 und einem zylindrischen
Keramikteil 2, welches beispielsweise aus AI2O3, ZrO2, Si3N4 oder SiC besteht und in das Metallbasisteil
11 eingepaßt ist. Die Innenoberfläche 1' des Metallbasisteiles 1, die die Außenoberfläche 2' des Keramikteiles
2 berührt, ist mit einer Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Rillen 3, 3', 3" ... versehen,
welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Metallbasisteiles 1 erstrecken. Die einander abgewandten
Oberflächen 2' und 2" des Keramikteiles 2 sind jede mit einer imprägnierten Keramikschicht 4
bzw. 5 versahen, wie dies in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist. Die Schichten 4 und 5 bestehen aus Cr2Oj oder einer
Mischung aus SiO2, Cr2O3 und Al2O3 und haben eine
sehr feine Struktur.
Die Schichten 4 und 5 werden durch das Eintauchen des aus Metall und Keramik bestehenden Verbundteiles
in eine sorgfältig gemischte Lösung ausgebildet, die dadurch erhalten wird, daß man Chromoxidpulver (Cr2O3)
oder eine Pulvermischung aus Siliciumoxid (SiO2), Chromoxid (Cr2O3) und Elektrokorund (Ci-Al2O3) einer
konzentrierten wäßrigen Lösung einer löslichen Chromverbindung (beispielsweise H2CrO4) hinzufügt.
Die Nuten 3, 3', 3" ... ermöglichen das Eindringen der Lösung, um die Imprägnierungsschicht 4 zwischen dem
metallischen Basisteil 1 und dem Keramikteil 2 auszubilden.
Das Verbundbauteil wird dann auf eine Temperatur von beispielsweise 400° C erhitzt, wobei die Teilchen,
mh denen die einander entgegengesetzten Oberflächen de!» Keramikteiles 2 imprägniert worden sind, chemisch
miteinander und auch mit dem an der innenoberfiäche
1' des metallischen Basisteiles 1 anwesenden Chromoxid verbunden werden und in den Schichten 4 und 5 eine
sehr feine Struktur ausbilden.
IRg. 4 zeigt eine Modifikation, bei der die Rillen 3,3',
3" ... in der Außenoberfläche 2' des Keramikteiles 2 ausgebildet sind. Es ist auch möglich, diese Rillen sowohl
in der Innenoberfläche des metallischen Basisteiles 1 als
auch in der Außenoberfläche des Keramikteiles 2 auszubilden, obwohl diese Anordnung in den Zeichnungen
nicht dargestellt ist Die Rillen können gerade, spiralig oder schräg sein oder jede andere Form einschließlich
der Gestalt eines Netzes aufweisen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
10
20
Io
Ss
«0
45
$0
60
«5
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteiles mit einem Metallteil und einem stramm mit diesem
zusammengefügten Keramikteil, deren Oberflächen sich an einer gemeinsamen Berührungsfläche
berühren, bei dem eine Chromoxid-haltige Schicht auf die Oberfläche des Keramikteils zumindest
im Bereich der Berührungsfläche aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem
strammen Zusammenfügen der Teile das Verbundbauteil in eine wäßrige Lösung einer Söslichen
Chromverbindung eingetaucht wird, zu der Chromoxidpulver oder eine Pulvermischung aus Siliciumoxid,
Chromoxid und Elektrokorund hinzugefügt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil und/oder das Keramikteil
im Bereich der Berührungsfläche zwischen diesen Teilen mit Rillen versehen wird, durch die die
Lösung eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eintauchen in die Lösung
das Verbundbauteil auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird.
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