DE873674C

DE873674C - Metallkeramische Erzeugnisse

Info

Publication number: DE873674C
Application number: DES19206D
Authority: DE
Inventors: Henri George
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1942-03-19
Filing date: 1943-03-18
Publication date: 1953-04-16

Description

Metallkeramische Erzeugnisse Die Erfindung betrifft einen Werkstoff auf Silicium- bzw. Kieselsäuregruridlage und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Sie beruht auf der Erkenntnis, daß die Einwirkung von Leichtmetallen, wie Aluminium und Magnesium, auf Kieselsäure nicht, wie es dei bisherigen Anschauung entspricht, eine einfache-Reduktion darstellt, sondern daß hierbei ein Ersatz des Siliciums durch das Aluminium und die Bildung eines stabilen komplexen Körpers erfolgt, ,der außer Tonerde eine beträchtliche und durch entsprechende Führung des Prozesses regelbare Menge der Legierung, z. B. Aluminium-Silicium, enthält.
Beispielsweise wird ein Gegenstand aus 0uarzglas (reine geschmolzene Kieselsäure), der in ein Bad aus geschmolzenem Aluminium eingetaucht wird, von der in Kontakt mit dem Aluminiumbad stehenden Oberfläche nach innen fortschreitend in einen sehr harten Körper übergeführt, der metallisches Aussehen besitzt, elektrisch leitfähig und seihr feuerfest isst und aus 8o '/o# Tonerde und :2o °/o einer Aluminium-Silicium-Legierung besteht, die viermal so viel Aluminium als Silicium enthält.
Das gleiche Ergebnis erhält man mit einem Gegenstand aus Porzellan -bzw. einem keramischen Körper auf Basis von Aluminiumsilicat. Die Anwesenheit von anderen Silicaten ist entweder von Vorteil, wie z. B. :die von Nickel oder nachteilig, wie die von Zirkon.
Das eigenartige Merkmal dieser Umwandlung besteht darin, daß sie sich unter Konstanz des Volumens vollzieht, d. h. der Gegenstand seine Form und seine- Abmessungen beibehält: Das Verhältnis des Oxydes (A1203): zu der ,Legierung (AI-Si) und die Zusammensetzung der letzteren hängt von den vorhandenen Mengen und den Bedingungen ab, unter denen sich die Einwirkung vollzieht. Die Zusammensetzung der Zwischenlegierung liegt in der Nähe der endgültigen Zusammensetzung des Bades. Man kann in :das Umwandlungsprodukt, sei es durch einfachen Züsatz zu dem Bad, sei es in gewissen Fällen, indem man dem zu behandelnden keramischen Gegenstand das entsprechende Silicat einverleibt, ein drittes Metall einführen.
Wenn man nach der völligen Umwandlwlg der Kieselsäure die Einwirkungsdauer verlängert, so tritt ein Zerfall ein, und die Tonerde schlägt sich in ,dem Bad nieder.
Außer Aluminium kann als das Silicium verdrängende Metall in der Praxis selbstverständlich auch Magnesium oder andere reduzierende Metalle, ebenso auch komplexe Legierungen, .die außer den wirksamen. Metallen Hilfsmetall enthalten, verwendet werden.
Ein Verfahren, .das es ermöglicht, den Stoff nach der Erfindung zu erzeugen, besteht darin, daß man ,die Kieselsäure, frei oder in Bindung, bzw. den Körper oder Gegenstand aus Kieselsäure oder einem Silicat; in ein Bad aus einem geschmolzenen reduzierenden Metall eintaucht. Man regelt hierbei die Menge des Metalls, seine Temperatur, die Behandlungsdauer, den Druck und entsprechend der Einwirkung die Zusammensetzungdes -Metalls oder des Bades entsprechend der zu behandelnden Menge und Oberfläche sowie dem gewünschten Ergebnis, nämlich Verhältnis des Oxydes, insbesondere von Tonerde, zu der Legierung, insbesondere der Legierung Aluminium-Silicium, Zusammensetzung dieser Legierung, Verhältnis des reduzierenden Metalls zum Silicium und Tiefe der Einwirkung.
Beispielsweise wandelt sich ein Ring aus Kieselsäure von 6 mm Durchmesser innerhalb von 5 Stunden bei goo° C in einem Aluminiumbad bei atmosphärischem Druck völlig in Tonerde und eine Legierung 'von Aluminium und Silicium um. Diese Legierung ist um so reicher an Silicium als die Menge des Bades kleiner in bezug auf die Menge an Kieselsäure ist.
Statt den Körper oder Gegenstand, den man umwandeln will, in ein Bad aus dem reduzierenden Metall einzutauchen, kann man ihn auch mit einem reduzierenden Metall in feinverteiltem Zustand behän:deln: Das umgewandelte Erzeugnis kann anschließend außerhalb des Bades einer chemischen, elektrischen öder thermischen Behandlung unterworfen werden, um hierdurch auf der Oberfläche oder in der Masse das Verhältnis :des Oxydes zum Metall zu steigern, die -Kristallisation des Oxydes- zu modifizieren oder andere Körper damit zu kombinieren.
Man kann das Verfahren auch auf die Umwandlung von Kieselsäure irn Innern von keramischen Massen anwenden. Zu :diesem Zweck setzt man ,zu der rohen Masse .die geeignete Mischung von Kieselsäure und gepulvertem Reduktionsmetall zu oder, wenn,die Masse bereits Kieselsäure enthält, lediglich die gewünschte Menge an Metall und arbeitet so, daß man die Temperatur zwischen 700 und goo° !hinreichend lange aufrechterhält, um eine vollständige Umwandlung zu erzielen.
Lediglich beispielsweise sind nachstehend die folgenden chemischen Anwendungsmöglichkeiten .des Verfahrens nach der Erfindung erwähnt: Nickelsilicat beispielsweise setzt sich um, wobei das Nickel in die Legierung übergeht.
Die Tonerdesilicate ergeben ein Erzeugnis; das lediglich Tonerde, Aluminium und Silicium enthält: Man hat so ein Mittel an der Hand, um die Bauxite und Tone zur Aluminiumherstellung an Tonerde anzureichern.
Wenn nach der Umwandlung der Kieselsäure noch eine längere Einwirkung stattfindet, so zerfällt das Erzeugnis aus A1203, Al und Si, und die Tonerde sammelt sich am Boden der Schmelze in reinem Zustand an.
Es ist darauf hinzuweisen, .daß das Behandlungsbad während dieser Reaktion nicht oxydiert wird. Es reichert sich lediglich an Silicium an, das für die Herstellung von Legierungen verwendet werden kann.
Die wesentliche Schwierigkeit der Herstellung von hochfeuerfesten Stoffen von einem höheren Druckerweichungspünkt als i5oo° besteht in der Entfernung der Kieselsäure, welche schmelzbare glasige Phasen bildet.
Die feuerfeste Masse, der das Aluminium zugesetzt wurde, wird gebrannt. Im Verlauf dieses Vorganges wird die Kieselsäure in Silicium umgewandelt, und es ergibt sich damit der Ersatz in situ eines glasigen Elements durch ein kristallisiertes Element mit einer Beständigkeit von 2ooo°. Die sich bei der Reaktion ergebende Legierung ist in der Masse des Körpers fein verteilt und verleiht diesem gewisse Eigenschaften elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit, die man gegebenenfalls ausnutzen kann.
Sie kann. aber auch entfernt werden.
Die durch Behandlung von Sanden mit z. B. AI oder Mg erhaltenen Pulver können als Schleifmittel verwendet werden.
Sie können nachkeramischen Arbeitsmethoden, insbesondere mit Kieselsäure oder einem Aluminiumsilicat, gebunden werden, und es können so Steine, feuerfeste Körper oder elektrische Widerstände hergestellt werden, .deren Widerstandswert vorher bestimmt werden kann.
Die unter Konstanthaltung des Volumens gemäß der Erfindung umgewandelten Gegenstände können zur Herstellung von Steinen oder von. Werkzeugen dienen, deren Korn von der Art der Wärmebehandlung abhängen wird, der sie nach der Umwandlung unterzogen worden sind. Eine Säureeinwirkung auf die Arbeitsflächen zeigt die Tonerdekristalle frei.
.Eine oberflächliche Umwandlung von Gegenständen aus Quarz oder keramischem Werkstoff stellt das Äquivalent einer mehr oder -weniger dicken ':\Ietallisierung dar, mit dem Unterschied, daß die Umwandlung unter Konstantbleiben des Volumens erfolgt und die Abmessungen des Gegenstandes keine Änderung erleiden. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise für die Herstellung von Zündkerzen ausgenutzt werden. Die umgewandelte Innen- und Außenfläche des Isolators kann an metallische Werkstücke aus Aluminium-Magnesium- od. dgl. Legierungen angeschweißt werden.
Um Widerstände oder Elemente für Rheostaten herzustellen, geht man von Röhren oder Ringen aus Quarz oder keramischem Werkstoff aus, den man zunächst durch Behandeln mit Metall umwandelt. Man entfernt dann einen Teil der Legierung, um den gewünschten Widerstandswert zu erzielen, und die endgültige Stabilisierung wird durch eine chemische, keramische oder elektrolytische Behandlung der Oberfläche oder durch Emaillieren erzielt.
Ein Widerstand zur Erhitzung auf hohe Temperaturen und für die Anwendung für elektrische Ofen wird in der gleichen Weise hergestellt, jedoch unter Einschluß anderer Metalle, welche sich mit demAluminium legieren, beispielsweise von Chrom, Molybdän, Wolfram und Wismut. Der Zusatz dieser Metalle erfolgt entweder in Form des Metalls selbst zu dem Behandlungsbad oder als Silicat zu der keramischen Masse.
Solche Widerstände können auch für Beleuchtungszwecke verwendet werden. Sie eignen sich wegen ihrer großen relativen Oberfläche und der Einfachheit, mit der sie mit Oxyden oder Mischungen von großer Elektronenmission oder oxydierbaren Metallen überzogen werden können, gut zur Herstellung von Kathodenflächen oder Gittern für Röntgen- u. dgl. Apparate.
Das folgende Beispiel zeigt eine Möglichkeit zur Umwandlung von Gegenständen aus Al und Si enthaltenden Körpern in reine Oxyde.
Ein Gegenstand, beispielsweise aus Porzellan oder Quarz, wird zunächst umgewandelt. Dann oxydiert man durch eine chemische, thermische oder elektrolytische Behandlung die Gesamtheit des legierten Metalls. Man erhält so auf völlig neuartige Weise einen Gegenstand, der aus dem reinen Oxyd besteht. Man kann diese Gegenstände nun nach jeder der bekannten keramischen Methoden nachbehandeln, insbesondere beispielsweise um ihre Porosität zu verringern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Werkstoff auf Silicium- bzw. Kieselsäuregrundlage, gekennzeichnet durch die Mischung eines erheblichen Anteils von Kristallen eines Oxydes, beispielsweise von Tonerde, mit einer Legierung von Silicium und dem diesem Oxyd entsprechenden Metall, beispielsweise Aluminium und gegebenenfalls anderen Metallen.
2. Verfahren zur Behandlung von Kieselsäure und/oder von Kieselsäure enthaltenden Stoffen, wie Silicaten, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium durch Aluminium, Magnesium oder andere reduzierende Metalle oder komplexe Legierungen verdrängt wird, die außer den wirksamen Metallen Hilfsmetalle enthalten.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 auf die Herstellung feuerfester Erzeugnisse. q..
Verfahren zur Umwandlung von Gegenständen aus Kieselsäure oder Aluminiumsilicaten für sich oder in Vergesellschaftung mit anderen Metallsilicaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände in ein Bad aus geschmolzenem Aluminium, Magnesium oder anderen reduzierenden Metallen eingetaucht werden.
5. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der umzuwandelnde Gegenstand oder Körper mit einem feinverteilten, reduzierenden Metall behandelt wird.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch q. und 5 auf die Herstellung von mit diesem Umwandlungserzeugnis überzogenen Gegenständen.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Nachbehandlung der Gegenstände zum Zweck der Entfernung eines Teils der Legierung oder Änderung ihres anteiligen Gehaltes. B. Verfahren nach Anspruch q. und 5, gekennzeichnet durch die völlige Entfernung der Legierung nach der Badbehandlung zum Zweck der Gewinnung von Gegenständen aus reinen Oxyden. g. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 und q. auf die Anreicherung von Bauxiten oder Tonen an Tonerde zur Verwendung für die Aluminiumherstellung. ro. Anwendung :des Werkstoffs nach den vorhergehenden Ansprüchen für die Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen, von Steinen, Werkzeugen, elektrischen Leitern, Heizwiderständen, Beleuchtungselektroden und für Röntgen- w.dgl. Apparate sowie Zündkerzen. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 64018; deutsche Patentschrift Nr. 3g8 grg.