DE865720C

DE865720C - Rohrfoermiger oder annaehernd rohrfoermiger Fuehrungskoerper fuer brennende und heisse Gase oder Daempfe

Info

Publication number: DE865720C
Application number: DEP3209D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Friederich
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1944-07-25
Filing date: 1944-07-25
Publication date: 1953-02-05

Description

Rohrförmiger oder annähernd rohrförmiger Führungskörper für brennende und heiße Gase oder Dämpfe Rohrförmige -oder annähernd rohrförmige Führungskörper für brennende und 'heiße Gase oder Dämpfe, z. B. Düsen für Verbrennungsmotoren, Gasabzugsrohre für Raketengeschütze oder Flammenwerfer und Schaufeln für Dampfturbinen, müssen nicht nur hoch -hitzebeständig sein, also Temperaturen über iooo°' C ohne zuspringen aushalten, sondern auch einen hohen Grad! von Temperaturwechselbeständigkeit und Festigkeit gegen die Einwirkung des Luftsauerstoffes aufweisen.
Die gleichzeitige Erfüllung dieser verschiedenartigen Bedingungen begegnete bisher noch immer zahlreichen Sohwierigkeiten. Reine Metalle haben im allgemeinen nicht die erforderliche Oxydationsbeständigkeit. Platin ist wähl oxydationsbeständig, ist aber bei hohen Temperaturen viel zu weich; dasselbe ist der Fall bei dien üblichen bekannten Chrom-Nickel-Legierungen. Nichtmetallische Blaustoffe, die wohl sämtlich oxydationsbeständig sind, wie Glas, Keramik oder reine Oxyde, sind nicht genug temperaturwechselbeständig. Bei Quarz sind ,diese beiden Eigenschaften, Niohtoxydierbarkeit und Temperaturwechselbeständigkeit, zwar vorhanden, aber bei sehr hohen Temperaturen tritt oft eine zu einem Zerfall des Quarzkörpers führende Kristallumwandlung ein, die auch Quarz als Baustoff für die genannten Zwecke ungeeignet macht.
Es wurde nun gefunden, dlaß ein die angegebenen Bedingungen gleichzeitig erfüllender rdhrfärmiger oder annähernd rohrförmiger Führungskörper für brennende oder heiße Gase und Dämpfe dann erhalten wird, wenn dieser erfindungsgemäß aus einem gepreßten und gesinterten Pulvergemisch aus. über z000° C schmelzenden Oxyden, wie z. B. Aluminiumoxyd, B@erylliumoxyd, Zirkondioxyd, Thoriumdioxyd, oder Mischungen dieser Oxyde und über 1301o° C schmelzenden Metallen oder Metalllegierungen, wie Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom oder Chromaluminium; besteht. Der Anteil an Oxyden, vorzugsweise Aluminiumoxyd, muß hierbei allerdings mindestens 5-o Volumprozent, zweckmäßig mindestens 7o Vodumprozent betragen, damit beim Sintern des Oxydmetallgemisches ein gut züsammenhängendes, festes Oxydgerippe .entsteht und ein Herauspressen des metallischen Bestandteiles, in Form von an der Oberflache des Sinterkörpers klebenden Perlen mit Sicherheit vermieden wird.
Obgleich der metallische°Bestandteil des hochgebrannten Oxydmetallverbundkörpers, insbesondere das Eisen, an sich an Luft leicht oxydiert, tritt bei dem neuen Verbundkörper selbst bei hohen, iooa° C übersteigenden Temperaturen keine schädliche Oxydation auf. Die Ursache hierfür dürfte darin zu sehen sein, daß das an der Oberfläche des rohrförmigen oder annähernd rohrförmigen Führungskörpers entstehende Metalloxyd mit dem oxydischen Bestandteil des Verbundkörpers, etwa Aluminiumoxyd, eine feste Lösung ergibt, die unter Volumenzunahme. die Poren an der Oberfläche ödes V erbundkörp;ers vollständig verstopft.
Die Herstellung der neuen Oxydmetallverbundkörper kann in einfacher Weise dadurch bewirkt werden; daß die Pulver der Ausgangsstoffe in feinem Zustand gemischt, zweckmäßig noch einmal zusammen vermahlen, mit etwas Feuchtigkeit gepreßt und bei einer Temperatur gebrannt werden, die im allgemeinen oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls, also im Fäll Aluminiumoxyd und Eisen oberhalb i5oo°' C, liegt, zumindest aber die Schmelztemperatur des Metalls annähernd erreicht. Das Drennen 'bzw. Sintern, das gegebenenfalls auch gleichzeitig mit dem Pressen der Ausgangs-. stoffe vorgenommen werden kann, geschieht in neutraler öder reduzierender Atmosphäre.
Zur Herstellung des neuen Oxydrnetallverburndkörpers kann man auch so verfahren, .daß man das hitzebeständige Oxyd, z. B. Aluminiumoxyd, mit dem Oxyd des metallischen Anteils, z. B'. Eisenoxyd, gut vermischt und darauf ,das Oxydgemisch auf mindestens iooo'°@ C erhitzt, worauf das Gemisch gemahlen und .nochmals in reduzierender Atmosphäre so hoch erhitzt wird, daß das Oxyd des metallischen Anteils in Metall übergeht. Anschließend wird das Oxydmetallgemisch in die endgültigeForm gepreßt und nochmals in reduzierender oder indifferenter Atmosphäre gebrannt. Man kann ferner auch von einem Oxydgemisch ausgehen, dessen Bestandteile aus der wäßrigen Lösung ihrer Salze zusammen ausgefällt wurden.
Im allgemeinen bewährt sich für die angegebenen Zwecke am besten ein rdhrförmiger oder annähernd rohrförmnigmer Oxydmetällverbundkörper, der aus etwa 7o bis 9o Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und: io bis 30 Gewichtsprozent Eisen besteht und bei etwa i7,oo° C gesintert wurde.
Ist ein ihöherer Metallgehalt erwünscht, so muß man, um ein Herausdrücken des Eisens beim Sintern zu vermeiden, entweder mit der Sintertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Eisens bleiben. oder als metallischen Bestandteil solche Legierungen wählen, deren Schmelzpunkt höher liegt, z. B. Chromaluminium, insbesondere die Verbindung A1 Cr3. Als vorteilhaft 'hat es sich für manche Anwendungszwecke auch erwiesen, wenn der rohrförmige oder annähernd rohrförmige Körper beispielsweise - aus 5o Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und 50% einer zwischen i6@o,o und 1'701ö° C schmelzenden Mischung aus 7o Teilen Chrom und 3o Teilen Eisen besteht. In letzterem Fall wird zweckmäßig von einem Gemisch aus Aluminiumoxyd und Eisenoxyd ausgegangen, die zusammen ausgefällt werden. Das Chrom wird dabei dem mit Wasserstoff reduzierten Oxydgemisch nachträglich in entsprechendem Verhältnis zugegeben. Nach diesem Herstellungsverfahren erhält man Oxydmetallverbundkörp-er, die eine solche Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen, daß Erhitzen in der Knallgasflamme und Abschrecken in Wasser nicht zu Sprüngen führt. Eine derartig hohe Beanspruchung hält bekanntlich außer hochschmelzenden Metallen nur Quarzglas oder Silicium aus.
Eine besonders hohe Härte und Festigkeit des Oxydmetallverbundkörpers kann ferner dann erreicht werden, wenn der metallische Bestandteil des Gemisches ganz oder zum Teil aus über zood°` C schmelzenden Metallegierungen oder Metallverbindungen, z. ,B.. Titan- oder Vanadinkarbid, besteht.
Das sich bei Verwendung von Aluminiumoxyd., Berylliumoxyd oder Gemischen beider ergebende geringe spezifische Geweicht des Oxydmetallverbundkörpers ist für viele Anwendungszwecke, insbesondere bei der Herstellung von Turbinenschaufeln, von großem Vorteil. Berylliumoxyd ist, auch wenn es nur im Gemisch mit Aluminiumoxyd oder anderen hochschmelzenden Oxyden verwendet wird; noch insofern vorteilhaft, als es die Sinterung des Gesamtgemisches begünstigt.
Um eine Senkung der Sinterungstemperatur und damit eine wirtschaftlichere Herstellung der rohrförmigen oder annähernd: rohrförmigen Oxydmetallverbundkörper zu erreichen,, kann dem Gemisch der Ausgangsstoffe auch eine geringe Menge, und zwar bis zu etwa io%, Kieselsäure, Calciumoxyd, Kaolin oder Porzellanmehl zugefügt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Rohrförmiger oder annähernd rohrförmiger Führungskörper für brennende und heiße Gase oder Dämpfe, insbesondere Düse für Verbrennungsmotoren, Gasabzugsrohr für Raketengeschütze oder Flammenwerfer und Schaufel für Dampfturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem festen und gesinterten Pulvergemisch aus über 2ooo° C schmelzenden Oxyden, z. B. Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Zirkondioxyd, Thori.umdioxyd,oder Mischungen dieser Oxyde und über i3oo° C schmelzenden Metallen oder Metallegierungen, wie z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Chromaluminium, besteht, wobei der Anteil an Oxyden, vorzugsweise Aluminiumoxyd, mindestens 5o Volumprozent beträgt.
2. Rohrförmiger Führungskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d'aß er aus 70 bis go Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und i:o bis, 3o Gewichtsprozent Eisen besteht.
3. Rohrförmiger Führungskörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er aus So Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und 5o Gewichtsprozent einer Mischung aus 7-o Teilen Chrom und 3o Teilen Eisen besteht. Rohrförmiger Führungskörper nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Bestandteil des Gemisches ganz oder zum Teil aus über 2.:ooö° C schmelzenden Metalllegierungen oder Metallverbindungen, z. B. Titan- oder Vanadinkarbid, besteht. 5. Rohrförmiger Führungskörper nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch noch bis zu io°io Kieselsäure, Calciumoxyd:, Kaoain oder Porzellanmehl enthält. 6. Verfahren zur Herstellung des rährförmigen Füihrungsllcörpers nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Mahlen in den pulverförmigen Zustand versetzten Ausgangsstoffe nach dem Vermischen zweckmäßig noch einmal zusammen vermahlen, mit etwas Feuchtigkeit gepreßt und in neutraler oder reduzierender Atmosphäre bei einer die Schmelztemperatur des Metalls mindestens annähernd erreichenden, zweckmäßig jedoch übersteigenden Temperatur gesintert werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, d.aß das Pressen und Sintern des Gemisches gleichzeitig geschieht. 8'. Verfahren zur Herstellung des rohrförmigen Führungskörpers nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Gemisch des hitzebeständigen Oxydes, z. B. Aluminiumoxyd, mit einem Oxyd des metallischen Bestandteiles, z.. B. Eisenoxyd, ausgegangen, das Gemisch auf über i.ooo° C erhitzt und nach gemeinsamem Mahlen und nochmaligem Erhitzen in einer zur Reduktion des für den metallischen Anteil verwendeten Oxydes geeigneten Atmosphäre anschließend gepreßt und in einer reduzierenden oder indifferenten Atmosphäre gesintert wird. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile eines Gemisches des hitzebeständigen Oxydes mit einem Oxvd des metallischen Anteiles aus der wäßrigen Lösung ihrer Salze gemeinsam ausgefällt werden.