DE3706207C1

DE3706207C1 - Tubular ceramic body of aluminium titanate having an oxide-ceramic coating

Info

Publication number: DE3706207C1
Application number: DE19873706207
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Burger; Wolf-Dieter Gundel; Dieter Dr Fingerle
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1988-10-06

Description

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Keramikkörper entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein rohrförmiger Keramikkörper entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der DE-PS 33 46 394 bekannt. Dort wird zur Beschichtung eines aus Tialit-Keramik (Aluminiumtitanat) bestehenden hohlen, rohrartigen Keramikkörpers eine durch Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht aus Zirkoniumoxid vorgeschlagen. Die Beschichtung soll eine aufgerauhte Oberfläche aufweisen, um ein gutes Eingießverhalten zu gewährleisten. Der Nachteil dieses Vorschlages besteht darin, daß die Beschichtung infolge des hohen Elastizitätsmoduls von Zirkoniumoxid von ca. 200 000 MPa steif und unelastisch ist und daher die Widerstandskraft des Keramikrohres gegenüber den beim Eingießen auftretenden Druckkräften in der metallischen Schmelze nur unwesentlich verbessert.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Vorschlages besteht darin, daß die Verbundfestigkeit zwischen der Beschichtung aus Zirkoniumoxid und dem Keramikrohr aus Aluminiumtitanat nicht ausreichend fest ist, so daß es gelegentlich zum Abplatzen kommt, zumindest aber Haarrisse auftreten, so daß dieser bekannte Vorschlag das zur Lösung anstehende Problem, Luftblasen aus dem relativ porösen Keramikrohr infolge der beim Eingießen auftretenden Erwärmung zu vermeiden, noch nicht mit ausreichender Sicherheit verhindern kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen rohrförmig ausgebildeten Keramikkörper zur Verfügung zu stellen, dessen äußere zum Umgießen mit einer metallischen Schmelze vorgesehene Oberfläche durch eine Beschichtung fest verschlossen ist, wobei die Beschichtung auch bei Temperaturwechsel fest mit dem Keramikrohr verbunden bleibt, so daß ein Abplatzen und das Auftreten von Haarrissen vermieden wird, Luftblasen beim Eingießen nicht mehr entstehen und ein einwandfreies Eingießen gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dessen kennzeichnende Merkmale vor. Vorteilhafte Ausbildungen des Keramikkörpers nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben. Die Eignung von Aluminiumtitanat als Beschichtungswerkstoff für ein ebenfalls aus Aluminiumtitanat gebildetes Keramikrohr ist insofern überraschend, als sich gezeigt hat, daß der thermische Längenausdehnungskoeffizient α bei einer durch Plasmaspritzen aufgetragenen Beschichtung sich erheblich vom thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α, wie er bei einem gesinterten Formkörper vorliegt, unterscheidet.

Der hohe Längenausdehnungskoeffizient von durch Plasmaspritzen aufgetragenem Aluminiumtitanat, der für den Temperaturbereich von 400 bis 800°C Werte von 7 bis ca. 9×10^-6 K^-1 erreichen kann, erklärt sich durch die geringe Porosität, die im Bereich von 2 bis 6 liegt, während bei den durch Sintern hergestellten Formkörpern aus Aluminiumtitanat üblicherweise Porositäten von mindestens 7% vorliegen, aber auch Spitzenwerte von bis zu 25% erreicht werden.

Die Beschichtung enthält nicht mehr als 0,2 Gew.-% Verunreinigungen, wie sie auf unvermeidbare Weise immer entstehen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Beschichtung bis zu einer Dicke von 2 mm auftragbar ist, wobei sich infolge dieser Schichtdicke eine doch beträchtliche Verbesserung der Isoliereigenschaften ergibt. Schließlich ist auch die infolge des geringen E-Moduls von ca. 26 000 MPa, den die durch Plasmaspritzen aufgetragene Beschichtung aufweist, beträchtlich verbesserte Elastizität der durch die Beschichtung gebildeten Außenhaut des Keramikrohrs hervorzuheben, die zu einer Reduzierung der beim Eingießen auftretenden Schrumpfspannungen führt, wodurch sich die Handhabbarkeit der einzugießenden Keramikrohre bzw. die Produktionssicherheit weiter erhöht.

Die Abscheidung der Beschichtung kann unter Verwendung von Argon oder Stickstoff als Trägergas erfolgen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erklärung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine Pulvermischung aus:

10 Gew.-%Mullit 65 Gew.-%Al₂TiO₅ 23 Gew.-%TiO₂ 2 Gew.-%Al₂O₃

wird im Plasmastrom bei 2000 bis 2500°C auf den Außenseiten der Rohrwände, d. h. auf der äußeren zum Umgießen mit einer metallischen Schmelze vorgesehenen Oberfläche eines aus Aluminiumtitanat bestehenden, rohrförmig ausgebildeten Sinterformkörpers abgeschieden.

Beispiel 2

Ein Pulver aus reinem Aluminiumtitanat wird bei einer Temperatur von 1980 bis 2400°C im Plasmastrom auf der äußeren, zum Umgießen mit einer metallischen Schmelze vorgesehenen Oberfläche eines Sinterformkörpers aus Aluminiumtitanat abgeschieden. Die Dicke der Beschichtung beträgt 1,4 mm.

Claims

1. Rohrförmig ausgebildeter Keramikkörper aus Aluminiumtitanat für metallumgossene gasführende Kanäle im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einer durch Plasmaspritzen auf seine äußere zum Umgießen mit einer metallischen Schmelze vorgesehene Oberfläche aufgebrachten oxidkeramischen Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung 65,0 bis 99,8 Gew.-% Aluminiumtitanat, 0 bis 34,8 Gew.-% einer Mischung aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Mullit sowie maximal 0,2 Gew.-% Verunreinigungen enthält.

2. Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 2 mm aufweist.

3. Keramikkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus reinem Aluminiumtitanat besteht.