DE4023001A1 - Verfahren zur herstellung von keramik-komposit-pulvern - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Keramik-
Keramik-Kompositpulvern, in denen keramische Bestandteile einer bestimmten
Art mit anderen keramischen Bestandteilen verbunden sind, und auf Metall-
Keramik-Kompositpulver, in denen Metallbestandteile mit keramischen
Bestandteilen zusammengefügt sind, sowie die hierdurch erhaltenen Keramik-
Kompositpulver, insbesondere ein Verfahren, das die Herstellung von
Kompositpulvern ermöglicht, in denen sich eine beliebige Menge Metalloxid
oder Metall auf der Oberfläche eines anorganischen Pulvers befindet.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung von Keramik-Produkten umfaßt das
Abwiegen der Bestandteile eines keramischen Ausgangsmaterials in den
jeweiligen Mengen um eine vorbestimmte Zusammensetzung zu erhalten,
gründliches Vermischen der Bestandteile um eine einheitliche Verteilung zu
erreichen und Calcinieren der resultierenden Mischung. Entsprechend diesem
Verfahren muß das calcinierte Produkt pulverisiert und einer wiederholten
Durchmischung und Calcinierung unterworfen werden um eine ausreichend
homogene Zusammensetzung zu erhalten.
Metallpulver oder hochfeine Metallteilchen werden üblicherweise bevorzugt
als leitfähige oder magnetische Materialien verwendet ohne Verwendung
eines anderen Pulvers als Trägermaterial. Die bekannten Metall-Keramik-
Kompositmaterialien, wie durch Oxidverteilung gehärtete Legierungen,
hitzebeständige Strukturmaterialien und Dämmstoffe zeigen ihr Verhalten
aufgrund der Verteilung von Keramik-Teilchen in der Metallmatrix.
Entsprechend dem obengenannten üblichen Verfahren zur Herstellung von
Keramik-Produkten ist es trotz gründlichem Mischens wegen der Anhäufung
der Einzel-Pulver schwierig, eine ideal homogene Zusammensetzung von
Teilchen zu erreichen, deren Durchmesser in der Größenordnung von µm
liegt. Um ein Keramik-Produkt mit einer ideal homogenen Zusammen
setzung zu erhalten, sollten Keramik-Keramik-Pulver mit vorbestimmter
Zusammensetzung verwendet werden. Bisher wurde jedoch noch kein
Verfahren für die Herstellung geeigneter derartiger Keramik-Keramik-
Kompositpulver gefunden.
Die Verwendung von Metallpulvern oder hochfeinen Metallteilchen ohne
Verwendung eines speziellen Pulvers als Trägermaterial ist nachteilig, da
- 1. ihr spezifisches Gewicht relativ hoch ist,
- 2. sie schwierig zu dispergieren sind,
- 3. ihre Handhabung schwierig ist und
- 4. Metallteilchen unter Hitzeeinwirkung leicht sintern.
Wenn z. B. ein Metallpulver mit einem
organischen Bindemittel zu einer leitfähigen Paste vermischt wird, neigt das
Metallpulver zur Trennung vom organischen Bindemittel, weil das Metallpul
ver ein größeres spezifisches Gewicht als das organische Bindemittel besitzt.
Außerdem neigt der resultierende Überzug zur Unebenheit, wenn das
Produkt in Pulverform anstelle von Flockenform für Anstriche verwendet
wird.
Um diese Probleme zu lösen, wurde die Verwendung von Kompositpulvern,
in denen anorganische Pulver mit Metall durch stromlose Plattierung
überzogen werden, vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da
die stromlose Plattierung teuer ist und ein höchst kompliziertes Verfahren
erfordert.
Auch können Metall-Keramik-Kompositmaterialien, wie durch Oxidverteilung
gehärtete Legierungen, hitzebeständige Materialien und Dämmstoffe durch
Vermischen von keramischem Pulver mit Metallpulver und Sintern des
erhaltenen Gemisches erhalten werden. Aufgrund des unterschiedlichen
spezifischen Gewichts des Keramik-Pulvers und des Metallpulvers ist es
äußerst schwierig, Keramik-Pulver im Metall-Pulver einheitlich zu verteilen.
Metall-Keramik-Kompositmaterialien, in denen das Keramik-Pulver einheitlich
im Metallpulver verteilt ist, können unter der Voraussetzung erhalten werden,
daß die Metall-Keramik-Kompositpulver, in denen metallische und
keramische Bestandteile vereinigt wurden, gesintert werden. Wie oben
erwähnt, können solche Metall-Keramik-Kompositpulver durch stromloses
Plattieren erhalten werden, welches jedoch äußerst teuer ist und ein
kompliziertes Verfahren darstellt.
Die jetzigen Erfinder haben diese Erfindung vervollständigt, indem sie
während ihrer Untersuchungen von anorganischen Ionenaustauschern
beobachteten, daß Keramik- und Keramik-Kompositpulver, bei denen sich
Metalloxide gleichmäßig auf der Oberfläche eines anorganischen Pulvers als
Trägermaterial befindet, dadurch erhalten werden können, daß man Metall
hydroxide, basische Metallsalze oder Metallsalze gleichmäßig auf der
Oberfläche des anorganischen Ionenaustauschers niederschlägt, anschließend
das erhaltene Kompositpulver calciniert, und daß sich Metall-Keramik-Kom
positpulver, in dem das anorganische Pulver einheitlich mit dem Metall
beschichtet ist, durch die Reduktion der Metalloxide zum Metall erhalten
lassen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein billiges und einfaches Verfahren zur
Herstellung von Keramik-, Keramik-Komposit- und Metall-Keramik-Kompositpulvern
bereitzustellen, bei dem sich eine beliebige Menge Metalloxid oder Metall auf der
Oberfläche eines anorganischen Pulvers als Trägermaterial befindet. Eine andere
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Keramik-
Keramik-Kompositpulvern bereitzustellen, die als Ausgangsmaterial zur Gewinnung
von Keramik oder von Keramik-Keramik-Kompositpulvern, die als funktionelle
Keramik-Pulver nützlich sind, verwendet werden können. Eine andere Aufgabe der
Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Metall-Keramik-Kompositpul
vern bereitzustellen, die als leitfähige oder magnetische Materialien geeignet sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von
Metall-Keramik-Kompositpulvern bereitzustellen, die für die Herstellung von Metall-
Keramik-Kompositmaterialien, wie durch Oxidverteilung gehärtete Legierungen,
hitzebeständige Materialien und Dämmstoffe geeignet sind.
Um die genannten Aufgaben dieser Erfindung zu lösen, beinhaltet die vorliegende
erste Verfahrensvariante zur Herstellung von Keramik-Kompositpulvern folgende
Schritte: Bildung einer Suspension durch Vermischen eines anorganischen Pulvers,
das eine Kationenaustauscheigenschaft besitzt, mit einer Lösung, die ein oder
mehrere Metallionen zur Bewirkung eines Ionenaustausches mit den Metallionen
an der Oberfläche des anorganischen Pulvers enthält; Zugeben eines fällungsmittel
bildenden Materials zu dieser Suspension, welches unter Hitze- oder Druck
einwirkung wenigstens ein Anion in einer Lösung freisetzt; Erhitzen oder unter
Druck setzen der Suspension, um das Anion aus dem fällungsmittelbildenden
Material freizusetzen und dem freigesetzten Anion zu ermöglichen, mit den
Metallionen zu reagieren, um dadurch Metallhydroxide, basische Metallsalze oder
Metallsalze auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers zu fällen; und
anschließendes Erhitzen des anorganischen Pulvers, auf dem Metallhydroxide,
basische Metallsalze oder Metallsalze ausgefällt sind, um die resultierenden
Niederschläge in Metalloxide überzuführen und dadurch Keramik- und Keramik-
Kompositpulver herzustellen.
In der zweiten Verfahrensvariante werden die nach der ersten Verfahrensvariante
erhaltenen Metalloxide auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers einer
Reduktion unterworfen, um die Metalloxide in Metalle zu überführen und damit
Metall-Keramik-Kompositpulver herzustellen.
Es ist bevorzugt, eine organische oder anorganische Verbindung, ein Oxidations
mittel oder ein Reduktionsmittel im obigen Schritt zur Bildung der Niederschläge
zur Suspension hinzuzufügen, um die Niederschlagsgeschwindigkeit, die Zusammen
setzung, die Teilchenform und den Oxidationsgrad der Niederschläge zu kon
trollieren.
Erfindungsgemäß geeignete natürliche und künstliche anorganische Pulver, die eine
Kationenaustauscheigenschaft besitzen, können eingeteilt werden in solche, die
amorph sind und in solche, die kristallin sind. Die amorphen anorganischen
Ionenaustauscher umfassen verschiedene Oxidhydrate, wie Kieselgel und Aluminium
oxidgel. Die kristallinen anorganischen Ionenaustauscher umfassen natürliche
Tonmineralien, wie Montmorillonit, Vermiculit und Beidellit, künstliche Tonmateria
lien, Aluminumsilicat, Natriumtitanat, Natriumuranat und Zirkoniumphosphat. Die
erfindungsgemäß verwendeten anorganischen Pulver unterliegen an sich keiner
besonderen Beschränkung, vorausgesetzt, sie sind anorganisch und haben Kationen
austauscheigenschaften.
Ein anorganisches Pulver mit Kationenaustauscheigenschaft wird mit einer
Suspension vermischt, die Metallionen für einen Ionenaustausch enthält. Ein oder
mehrere Metallionen können enthalten sein. Die Menge beträgt 0,1 bis 80 000
Gew.-% gegenüber 100 Gew.-% der Metallionen bezogen auf Metall. Um den
Ionenaustausch zu beschleunigen, können je nach Bedarf, Behandlungen wie
Erhitzen oder unter Druck setzen durchgeführt werden. Das Erhitzen kann bei
einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 100°C durchgeführt werden
und der Druck kann von 1 bis 30 bar reichen. Diese Ionenaustauschbehandlung
fixiert die gewünschten Metallionen an den Stellen des Ionenaustausches auf der
Oberfläche des anorganischen Pulvers unter Bildung einer Suspension.
Dann wird ein Anion mit den Metallionen in der Suspension unter Bildung von
Niederschlägen zur Reaktion gebracht. Die Niederschläge werden gebildet, indem
man ein fällungsmittelbildendes Material, das unter Hitze- oder Druckeinwirkung
wenigstens ein Anion freisetzt, zur Suspension hinzugefügt. Die hinzugefügte Menge
beträgt 10 bis 7000 Mol gegenüber 100 Mol Metallion. Das fällungsmittelbildende
Material reagiert nicht mit dem Metallion als solchem, wird aber unter Hitze-
oder Druckeinwirkung unter Freisetzung wenigstens eines Anions hydrolisiert,
welches seinerseits mit dem Metallion reagiert, um nach und nach Niederschläge,
die Metallhydroxide, basische Metallsalze oder Metallsalze enthalten, zu bilden.
Um Niederschläge durch die Verwendung von fällungsmittelbildenden Materialien
zu bilden wird die Suspension mit dem Material innerhalb eines Temperaturberei
ches von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt erhitzt oder innerhalb eines
Bereiches von 1 bis 150 bar unter Druck gesetzt oder alternativ hierzu innerhalb
obiger Bereiche gleichzeitig erhitzt und unter Druck gesetzt, damit sich das
fällungsmittelbildende Material in der Suspension einheitlich und allmählich zersetzt,
um das Anion freizusetzen. Metallhydroxide, basische Metallsalze oder Metallsalze
werden dann nach und nach auf der Oberfläche des anorganischen Ionen
austauschers niedergeschlagen, d. h. Kristallisationskeime wachsen an den fixierten
Metallionen, die auf der Oberfläche des Ionenaustauschers durch Ionenaustausch
angebracht wurden, gefolgt von einer Abscheidung an den Kristallisationszentren.
Das anorganische Pulver, welches Metallhydroxide, basische Metallsalze oder
Metallsalze enthält, wird durch Filtration oder Zentrifugieren aus der Suspension
gewonnen. Darauffolgendes Erhitzen des Pulvers innerhalb eines Temperaturberei
ches von 150 bis 1700°C an Luft überführt die Metallhydroxide, die basischen
Metallsalze oder die Metallsalze in Metalloxide unter Bildung von Keramik-
Keramik-Kompositpulver.
Erfindungsgemäß geeignete fällungsmittelbildende Stoffe sind z. B. Harnstoff,
Acetamid, Fomamid, verschiedene Ester (Dimethyloxalat, Diethyloxalat,
Trimethylphosphorsäure, Triethylphosphorsäure, Dimethylschwefelsäure, Diethyl
schwefelsäure), Amidoschwefelsäure, schwefelhaltige Verbindungen (Thioacetamid,
Thioharnstoff, Ammoniumthiocarbanat) und Trichloracetat.
Das fällungsmittelbildende Material setzt durch Hydrolyse verschiedene Anionen
frei. Wenn z. B. eine wäßrige Lösung von Harnstoff erhitzt wird, wird Harnstoff
nach und nach entsprechend folgender Reaktion hydrolisiert:
(NH2)2CO + 3 H2O → 2 NH4⁺ + CO2 + 2 OH-
Obige Reaktion liefert Anionen wie OH- und CO3 2-. Deshalb reagieren diese
Ionen, wenn Metallionen anwesend sind, mit den Anionen unter Bildung von
Niederschlägen, bestehend aus Metallhydroxiden, Metallcarbonaten oder basischen
Metallsalzen. Ebenso erfolgt eine Hydrolyse, entsprechend nachfolgender Reaktions
gleichung, wenn eine wäßrige Lösung von Trichloracetat erhitzt wird:
2 C2Cl3O2 - + H2O → 2 CHCl3 + CO2 + CO3 2-
Mittels dieser Reaktion werden Anionen wie CO3 2- hergestellt und Metallionen
reagieren im Falle ihrer Anwesenheit mit den Anionen unter Bildung von
Niederschlägen, die Metallcarbonate der basische Metallsalze enthalten.
Jede Substanz, die allmählich ein Fällungsmittel durch solch eine Reaktion in
einer Lösung bildet, kann in dieser Erfindung als fällungsmittelbildendes Material
verwendet werden. Das Verfahren zur Herstellung des oben genannten Fällungs
mittels ist als homogenes Fällungsverfahren bekannt und in folgenden Literatur
stellen beschrieben:
- 1. Quantitative Chemical Analysis, 4. Ausgabe, 1960, The Macmillan Company,
- 2. A. G. Walton: The Formation and Properties of Precipitates, 1967, John Wiley & Sons,
- 3. F. H. Firsching: Advanced Anal. Chem. Inst. 4, Seite 1, 1965,
- 4. L. Gordon, M. L. Salutsky and H. H. Willard: Precipitation from Homogeneous Solution, 1959, John Wiley,
- 5. E. Matÿevic: Acc. Chem. Res. 14, Seite 22, 1981.
Wenn das fällungsmittelbildende Material zur Lösung hinzugegeben wird, um das
Fällungsmittel und dadurch Niederschläge zu bilden, kann auch eine organische
oder anorganische Verbindung, ein Sauerstoffträger oder ein Reduktionsmittel zur
Lösung hinzugefügt werden, um die Niederschlagsgeschwindigkeit, die Zusammen
setzung, die Teilchenform oder den Oxidationsgrad der Niederschläge zu
kontrollieren.
Durch diese einheitliche Fällung von Metallhydroxiden, basischen Metallsalzen oder
Metallsalzen auf der Oberfläche eines anorganischen Pulvers, welches die Kationen
austauschereigenschaft besitzt, werden Kompositpulver gebildet. Wenn die
Niederschläge durch Erhitzen der Kompositpulver bei einer Temperatur von nicht
weniger als 100°C an Luft in die Metalloxide überführt werden, können Keramik-
Pulver und Keramik-Keramik-Kompositpulver erhalten werden.
Alternativ hierzu können Metall-Keramik-Kompositpulver erhalten werden durch
Reduktion der Keramik-, der Keramik-Komposit- oder der Kompositpulver, die
Metallhydroxide, basische Metallsalze oder Metallsalze enthalten in der Gasphase
oder in der flüssigen Phase, um Niederschläge in Metalle überzuführen. Ein
typisches Reduktionsverfahren in der Gasphase schließt das Brennen im Wasser
stoffgas bei einer Temperatur von 100 bis 1800°C ein. Was das Verfahren in der
flüssigen Phase anbetrifft, können Keramik-Keramik-Kompositpulver in der flüssigen
Phase, die Hydrazin oder Natriumborhydrid enthält, reduziert werden.
Entsprechend diesem Erfindungsverfahren kann eine beliebige Menge des
Metalloxids oder Metalls auf die Oberfläche eines anorganischen Pulvers als
Trägermaterial aufgebracht werden durch die Verwendung der Ionenaustauscheigen
schaften des Pulvers. Dies ermöglicht die Herstellung von Keramik-, Keramik-
Komposit- und Metall-Keramik-Kompositpulvern in einfacher Weise und zu
niedrigen Kosten.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht des weiteren die Herstellung von
Keramik-Keramik-Kompositpulvern, die als Ausgangsmaterialien für die Herstellung
von Keramik geeignet sind oder von Keramik-Keramik-Kompositpulver, die als
verschiedene funktionelle Keramik-Pulver nützlich sind, und ermöglicht die
Herstellung von Metall-Keramik-Kompositpulvern, die als leitfähige Farben,
magnetische Materialien, Katalysatoren und Toner usw. nützlich sind. Metall-
Keramik-Kompositpulver, die für die Herstellung von Metall-Keramik-Kom
positmaterialien, wie durch Oxidverteilung gehärtete Legierungen, Dämmstoffe und
hitzebeständige Materialien, geeignet sind, können ebenfalls hergestellt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern.
Zu 3 Litern einer wäßrigen 0,3 M(mol/l) Ni(NO3)2-Lösung wurden 1 g Natrium
fluoridtetrakieselglimmermaterial (NaMg2,5Si4O10F2, Topy Industries Ltd.)
hinzugegeben, wobei es sich um einen kristallinen Ionenaustauscher handelt. Das
erhaltene Gemisch wurde 5 Tage gerührt, um den Ionenaustausch zu vollziehen,
und das Ni2+-Ion wurde an der Oberfläche des Glimmermaterials fixiert.
Zu dieser Suspension wurden 162 g Harnstoff als fällungsmittelbildendes Material
hinzugefügt. Die erhaltene Suspension wurde unter Rühren 24 Stunden auf 95°C
erhitzt, um den Harnstoff zu hydrolisieren und es den Nickelionen, die in der
Suspension anwesend waren, zu ermöglichen, als basische Nickelsalze auszufallen.
Die Suspension wurde filtriert, um die resultierenden Pulver zu extrahieren. Die
Pulver wurden bei Raumtemperatur getrocknet. Die elektronenmikroskopische
Untersuchung zeigte an, daß die Niederschläge einheitlich auf der Oberfläche des
Glimmermaterials gebildet wurden. Dessen chemische Analyse läßt erkennen, daß
das Gewichtsverhältnis von Ni zum Glimmermaterial (Ni/Glimmermaterial) in den
Kompositpulvern 41.2 war.
Durch zweistündiges Calcieren der Kompositpulver bei 700°C an Luft wurden
(Keramik-)Pulver und (Keramik-)Kompositpulver aus künstlichem NiO-Glimmer
material erhalten. Durch weiteres zweistündiges Erhitzen der resultierenden
Kompositpulver bei 400°C unter Wasserstoffatmosphäre wurde NiO reduziert und
(Metall-Keramik-)Kompositpulver aus künstlichem Ni-Glimmermaterial, in denen
die Oberfläche des Glimmermaterials einheitlich mit Nickel bedeckt war, wurden
erhalten.
Die (Metall-Keramik-)Kompositpulver aus künstlichem Nickel-Glimmermaterial
aus Beispiel 1 wurden dem Formpressen bei 8 t/cm2 unterworfen, und das
Formteil wurde 2 Stunden bei 700°C in Wasserstoffstrom gesintert. Nano-
Kompositmaterialien, in denen Teilchen (Durchmesser eines jeden: 1-10 µm,
Dichte eines jeden: einzeln 10 Å) aus künstlichem Glimmermaterial einheitlich in
Nickel verteilt waren, wurden erhalten. Es wurde festgestellt, daß die Kom
positmaterialien einen bemerkenswerten Vibrationsdämpfungseffekt (Dämpfungs
kapazität: 60 × 10-3) verglichen mit anderen herkömmlichen Materialien hatten.
Zu 2 Litern 0,2 M(Mol/l) wäßriger Cu(NO3)2-Lösung wurden 2 g Natriummontmo
rillonitpulver (Produkt von Aterazawa Mine, Yamagata Prefektur), bei dem es sich
um einen natürlichen Ionenaustauscher handelt, hinzugegeben; das resultierende
Gemisch wurde 5 Tage gerührt, um den Ionenaustausch zu bewirken, und dann
wurde Cu2+ an der Oberfläche des Montmorillonitpulvers fixiert.
Zu dieser Suspension wurden 54 g Formamid als fällungsmittelbildendes Material
gegeben. Die resultierende Suspension wurde unter Rühren 48 Stunden auf 90°C
erhitzt, um das Formamid zu hydrolisieren und um es den in der Suspension
anwesenden Cu2+-Ionen zu ermöglichen, als basische Salze auszufallen. Die
Suspension wurde filtriert, um die resultierenden Pulver zu extrahieren. Die Pulver
wurden bei Raumtemperatur getrocknet. Elektronenmikroskopische Untersuchung
zeigte, daß die Niederschläge gleichmäßig auf der Montmorillonit-Oberfläche
gebildet wurden. Die chemische Analyse zeigte, daß das Gewichtsverhältnis von
Cu zu Montmorillonit (Cu/Montmorillonit) in den Kompositpulvern 7, 12 war.
Durch Calcieren der Kompositpulver bei 500°C an Luft und weiteres 2stündiges
Erhitzen der erhaltenen Kompositpulver auf 400°C unter Wasserstoffatmosphäre
wurde CuO reduziert, und es wurden Metall-Keramik-Kompositpulver erhalten, in
denen die Montmorillonitoberfläche einheitlich mit Cu bedeckt war. Das spezifische
Gewicht des Pulvers war 6,6.
Um 25 Vol.-% zu erhalten, wurden die Metall-Keramik-Kompositpulver aus Beispiel
3 mit einem Acrylharz-Bindemittel (Kansai Paint Co., Ltd., Nr. 2026) durchgeknetet
und auf diese Weise eine Anstrichfarbe erhalten. Diese Anstrichfarbe wurde auf
einem ABS-Substrat mit einer Dicke von 30 µm aufgebracht. Der elektrische
Widerstand der Oberfläche des Substrates betrug 0,1 Ω/, was eine ausgezeich
nete Leitfähigkeit anzeigt; das spezifische Gewicht war kleiner als dasjenige von
Kupfer (8,9). Die so erhaltenen Kompositpulver waren leichte Flocken mit
ausgezeichneter Leitfähigkeit.
Kieselgel (Wako Pure Chemical Industries Ltd.) wurde 24 Stunden in 1 N
Salzsäure eingetaucht, um das Eisen zu entfernen, viele Stunden mit Wasser
gewaschen und dann luftgetrocknet, um amorphes Kieselgel mit Kationen
austauscheigenschaft zu erhalten.
Zu 2,5 Litern wäßriger 0,1 M(Mol/l) Aluminiumchloridlösung wurden 5 g des so
erhaltenen Kieselgels, bezogen auf SiO2, hinzugefügt. Das erhaltene Gemisch wurde
5 Tage gerührt, um es dem Aluminiumion zu ermöglichen, sich an der Oberfläche
des Kieselgels durch Ionenaustausch zu fixieren.
Zu dieser Suspension wurden 500 g Acetamid als fällungsmittelbildendes Material
und 30 g Ammoniumsulfat hinzugegeben. Die Suspension wurde 24 Stunden auf
95°C erhitzt. Dann wurde das Acetamid zur Ausfällung des Aluminiums
hydrolisiert, und die Suspension wurde filtriert, um die erhaltenen Pulver zu
extrahieren. Die Pulver wurden bei Raumtemperatur getrocknet. Die elek
tronenmikroskopische Untersuchung zeigte, daß sich die Niederschläge gleichmäßig
auf der Kieselgeloberfläche gebildet hatten. Die chemische Analyse zeigte, daß
die Niederschläge basisches Aluminiumsulfat enthielten, wobei das Gewichts
verhältnis von Al2O3 zu SiO2 (Al2O3/SiO2) etwa 3/2 war.
Durch Calcinierung der Kompositpulver 5 Stunden bei 500°C an Luft wurden
Al2O3-SiO2-(Keramik-Keramik-)Kompositpulver erhalten.
Das Al2O3-SiO2-Kompositpulver aus Beispiel 5 wurde dem Formpressen bei einem
Druck von 1 t/cm2 unterworfen. Der geformte Stoff wurde 12 Stunden bei 1550
°C in Luft gesintert. Die Röntgenbeugung zeigte, daß es sich bei dem Produkt
um Mullit (3 Al2O3 2 SiO2) handelte. Die Biegefestigkeit dieses gesinterten Stoffes
betrug 17 kg/mm2, und die Druckfestigkeit betrug 50 kg/mm2, was besser ist als
die Werte von herkömmlichen Produkten, die durch Vermischen von Al2O3Pulvern
mit SiO2 erhalten wurden (Biegefestigkeit: 10-15 kg/mm2, Druckfestigkeit: 38-
45 kg/mm2).
Zu 3 Litern einer 0,1 M(mol/l) Silbernitratlösung wurde 1 g Kieselgel (bezogen
auf SiO2), erhalten ähnlich wie in Beispiel 5, hinzugefügt. Das erhaltene Gemisch
wurde 2 Tage gerührt, um den Ionenaustausch zu bewirken.
Zu dieser Suspension wurden 150 g Natriumtrichloracetat als fällungsmittelbildendes
Material hinzugegeben. Diese Suspension wurde 24 Stunden auf 90°C erhitzt, um
das Natriumtrichloracetat zu hydrolisieren und eine Ausfällung des Ag in der
Suspension zu bewirken. Die Suspension wurde filtriert, die erhaltenen Pulver
wurden bei Raumtemperatur getrocknet und mittels Röntgenbeugung untersucht, um
zu zeigen, daß die Niederschläge Silbercarbonat enthielten. Die elektronenmikrosko
pische Untersuchung zeigte, daß die Niederschläge einheitlich auf der SiO2-
Oberfläche gebildet wurden.
Durch Sintern der erhaltenen Pulver, 2 Stunden bei 500°C in Luft und Reduktion
2 Stunden in Wasserstoffatmosphäre bei 400°C, wurden Metall-Keramik-Kom
positpulver erhalten, in denen die SiO2-Oberfläche völlig mit Ag bedeckt war.
Die chemische Analyse zeigte, daß das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Ag
(Ag/SiO2) 28 betrug.
Die in Beispiel 7 erhaltenen Kompositpulver wurden dem Formpressen bei einem
Druck von 1 t/cm2 unterworfen. Der geformte Stoff wurde 4 Stunden bei 500°C
in Wasserstoffatmosphäre gesintert, wobei ein Ag-Komposit mit fein verteiltem
SiO2 erhalten wurde. Seine elektrischen Eigenschaften waren mit denjenigen von
Ag vergleichbar. Sein Elastizitätsmodul betrug 15 × 106 psi (103,5 × 103 MPa) und
seine Zugfestigkeit 70 kg/mm2, was besser ist, als 1-5 × 106 psi (6,9-34,5 ×
103 MPa) bzw. 25 kg/mm2 von reinem Silber.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Keramik-Kompositpulvern, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
Bildung einer Suspension durch Vermischen eines anorganischen Pulvers, das eine Kationenaustauscheigenschaft besitzt, mit einer Lösung, die ein oder mehrere Metallionen enthält, um einen Ionenaustausch mit den Metallionen auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers zu bewirken:
Hinzufügen eines fällungsmittelbildenden Materials zu der Suspension, welches unter Hitze- oder Druckeinwirkung mindestens ein Anion in Lösung freisetzt;
Erhitzen oder Unterdrucksetzen der Suspension, um das Anion freizuset zen, das mit dem Metallion reagiert unter Ausfällung von Metall hydroxiden, basischen Metallsalzen oder Metallsalzen auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers;
Erhitzen des anorganischen Pulvers mit den erhaltenen Niederschlägen zur Überführung der Niederschläge in Metalloxide und somit Erhalt von Keramik-Keramik-Kompositpulvern.
Bildung einer Suspension durch Vermischen eines anorganischen Pulvers, das eine Kationenaustauscheigenschaft besitzt, mit einer Lösung, die ein oder mehrere Metallionen enthält, um einen Ionenaustausch mit den Metallionen auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers zu bewirken:
Hinzufügen eines fällungsmittelbildenden Materials zu der Suspension, welches unter Hitze- oder Druckeinwirkung mindestens ein Anion in Lösung freisetzt;
Erhitzen oder Unterdrucksetzen der Suspension, um das Anion freizuset zen, das mit dem Metallion reagiert unter Ausfällung von Metall hydroxiden, basischen Metallsalzen oder Metallsalzen auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers;
Erhitzen des anorganischen Pulvers mit den erhaltenen Niederschlägen zur Überführung der Niederschläge in Metalloxide und somit Erhalt von Keramik-Keramik-Kompositpulvern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zu der
Suspension eine organische oder anorganische Verbindung, ein Oxidations
mittel oder ein Reduktionsmittel zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Metalloxide auf der Oberfläche des anorganischen Pulvers zum Metall
reduziert unter Erhalt von Metall-Keramik-Kompositpulvern.
4. Keramik-Keramik-Kompositpulver erhalten nach Anspruch 1, wobei
Metalloxide gleichmäßig auf der Oberfläche eines anorganischen Pulvers
gebildet worden sind.
5. Metall-Keramik-Kompositpulver erhalten nach Anspruch 3, wobei Metall
gleichmäßig auf der Oberfläche eines anorganischen Pulvers gebildet worden
ist.
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