DE880213C - Verfahren zur Herstellung metallkeramischer Formkoerper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung metallkeramischer Formkoerper

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DE880213C
DE880213C DEH3408D DEH0003408D DE880213C DE 880213 C DE880213 C DE 880213C DE H3408 D DEH3408 D DE H3408D DE H0003408 D DEH0003408 D DE H0003408D DE 880213 C DE880213 C DE 880213C
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Germany
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metal
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metallic
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DEH3408D
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Max Hauser
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung metallkeramischer Formkörper Es gibt pulverige Stoffe, die beim Erhitzen schon r# weit unterhalb ihres Schmelzpunktes zusammenbacken, d. h. sintern, und dabei feste, starre Gebilde liefern. So können aus Metallpulvern durch Pressen und Anwendun- hoher Temperaturen metallische I Forinkörper hergestellt werden (Pulvermetalltir,-,ie). Die Sinterung in der Hitze ist besonders ausgeprägt bei Silicathydraten, beispielsweise den Tollen. Diese besitzen überdies eine Eigenschaft, die- anderen Stoffen, auch Metallpulvern, nicht zukommt. Sie werden durch Anfeuchten mit Wasser oder bestimmten anderen Flüssigkeiten plastisch und lassen sich leicht in bestimmte Gestalt bringen. Ihre Plastizität ist häufig so groß, daß sie eine beträchtliche Menge unplastischer Stoffe zu binden vermögen. Die, Keramik macht hiervon Gebrauch beim Aufbau üblicher keramischer '-,\fassen. Ein geringfügiger Zusatz von hochplastischeni Toll #, z#I kann genügen, um aus verschiedenartigen unplastischen, sogenannten mageren Stoffen, formbare Massen zu erhalten. Darauf beruht beispielsweise die Herstellung voll Graphittiegeln sowie voll Formkörpern aus Silicium, Siliciumlegieruagen und Siliciumcarbid.
  • Das vorliegende Verfahren benutzt die Plastizität tonhaltiger Massen, um metallische Formkörper nach I:eramischen Arbeitsmethoden aus einer formbaren Masse anzufertigen. Die Masse kann also beispielsweise auf der Töpferscheibe, nach dem Massegießverfahreii oder durch Pressen verarbeitet werden. Die trockenen Formkörper werden gebrannt. Um dabei Oxydation des Metalls zu vermeiden, ist Ausschluß voll Luftsauerstoff erforderlich. Es istbereits vorgeschlagen worden, keramische Gegenstände aus einem Gemisch von keramischen Rohstoffen und pulverisierten Metallen herzustellen. Es ergaben sich aber unüberwindbar erscheinende Schwierigkeiten, obwohl die Formkörper in sauerstofffreier Atmosphäre oder in Kohle eingebettet gebrannt wurden, um Oxydation zu vermeiden. Die Ursache Ader bisherigen Mißerfolge liegt im tonigen Bindemittel begründet. Die, wesentlichen Bestandteile der Tone sind Silicathydrate, beisp.ieIsiveise der Kaolinit A12 0,3 .:2 S'02 -:2 H2 0' Beim Brennen derTone wirdWasser abgespalten, Beim Kaolin z. B. beginnt die Wasserabspaltung oberhalb 400'. Sie ist aber erst beendet bei etwa 70d'. Bei an-deren Silicathydrate enthaltenden Mineralien können die entsprechenden Temperaturen anders liegen, Bei solchen Temperaturen wirkt Wasserdampf auf die Metalle ein. Enthält die Masse beispielsweise metallisches Eisen, so ergeben sich folzende Vorgänze: Es handelt sich hier um Gleichgewichte. Die Reaktion kann in die eine oder andere Richtung gelenkt werden. Durch Wegnahme von Wasserstoff läuft sie von links nach rechts, durch Entnahme von Wasserdampf von rechts nach links. Bei anderen Metallen liegen die Verhältnisse ähnlich wie beim Eisen.
  • Die rohen Formkörper aus Metallmasse sind poröse Gebilde. Die Gasatmosphäre, die den Formkörper beim Brennen umgibt, braucht nicht identisch zu sein mit dem in den Poren enthaltenen Gas, weil Gasdiffusion durch die feinen Poren nur lano,-sam stattfindet. Durch die fortschreitende Wasserabspaltung füllen sich die Poren immer wieder mit Wasserdampf, der auf dieMetallteilchen oxydierend einwirkt. Das erklärt, daß das. Brennen der Formkörper in, reduzierender Gasatmosphäre nicht ohne weiteres zum Erfolg fährt, denn es entsteht Metalloxyd, das beim Fortschreiten des Brennvorganges leichtschmelzbare Silicate bildet, welche die Poren vorzeitig abdichten und Erweichung und Blähung bewirken.
  • Um einwandfreie Formkörper zu erzielen, ist es notwendig, vorerst so. weit zu erhitzen, daß das chemisch gebundene Wasser des Bindemittels entweicht, der Körper aber porös bleibt. Alsdann wird in reduzierendem Gas so lange auf die für die Reduktion des gebildeten Oxyds geeignete Temperatur erhitzt, bis es möglIchst vollständig in Metall zurüc - kverwandelt ist. Erst dann kann die Temperatur weitergesteigert werden, bis der gewünschte Sinterungsgrad. erreicht ist.
  • Beim Brennen eines aus Ton und Metall gebiJ-deten Formkörpers bildet sich also Metallexyd auch dann, wenn, die Erhitzung im Vakuum oder in einem reduzierenden Gas vorgenommen wird. Dieses Oxyd muß dann wieder reduziert werden, bevor der Brand zu Ende geführt wird und solange der Formkörper noch poiös ist. Man kann somit auch vorn Me#talloxyd oder Erz ausgehen, statt die Masse aus pulverisiertem Metall zu bilden. Diese Arbeitsweise ist wirtschaftlicher. Die oxydischen Rohstoffe sind leichter in. zerkleinerter Form zu gewinnen als die Metalle selber. Das Verfahren bleibt im übrigen dasselbe, mit dem Unterschied allerdings, daß ein Schutz gegen Oxydation überflüssig wird-, bis das Hydratwa,sser entfernt ist.
  • Bei der nachfolgenden Reduktion muß das reduzierende Gas durch die Poren des Körpers hinein-und das oxydierte Gas hinausdiffundieren. Die Reduktion erfordert deshalb erhebliche Zeit. Wird hierfür ein Wasserstoffstrom angewendet, so. läßt sich das. Ende der Reaktion -daran erkennen, daß sich im aus dem Ofen austretenden Gas kein Wasser mehr kondensiert. Erst wenn däs in der Masse vorhandene oder bei der Entwässerung des Bindemittels gebildete Metalloxyd möglichst vollständig reduziert ist, soll die Temperatur bis zur gewünschten Brennhöhe gesteigert werden,.
  • Folgendes Beispiel mag zur Erläuterung dienen: 2,o Teile pulverisierter feuerfester Ton, 8o Teile pulverisierter Magnetit (Eisenoxyd) werden vermischt. Durch Zugabe von Wasser entsteht eine plastische Masse, aus der ein Körper von gewünschter Form gebildet wird. Dieser wird getrocknet und alsdann allmählich auf etwa 700' erhitzt, bis das Hydratwasser des Tons entwichen ist. Daraufhin wird der poröse Formkörper so lancle im Wasserstoffstrom auf etwa 8oo' erhitzt, bis das Oxyd so vollständig als möglich zu Metall reduziert ist. Erst dann wird die Temperatur in dem mit Wasserstoff anggefüllten Brennraum so weit gesteigert, bis der gewünschte Sinterungsgrad erreicht ist.
  • Bei der Herstellung me-tallischer Formkörper mit verschiedenen Eigenschaften bietet das Verfahren weiten Spielraum. Variationsmöglichkeiten sind gegeben durch die Auswahl und das Mischungsverhältnis der Rohstoffe sowie durch die weitere Behandlung der rohen Formkörper.
  • Als metallische Rohstoffe eignen sich solche hochschmelzende Schwermetalle, deren Oxyde durch Wasserstoff reduziert werden können, wie Eis-en, Nickel, Kupfer, Wolfram, Molybdän u. dgl., sowie deren Legierungen. An ihrer Stelle können die entsprechenden Oxyde oder Erze verwendet wer-den. Durch gleichzeitige Verwendung mehrerer Metalle bzw. deren Oxyde kann Legierungsbildung bewirkt werden. Als, zusätzliche metallische Massebestandteile können Chrom, Mangan oder Silicium oder deren Legierungen verwendet werden, d. h. j Stoffe, die gegen oxydierende Einflüsse wenig ernpfindlich sind.
  • Als Bindemittel, das der rohen Masse Formbarkeit verleiht, eignen sich Silicathydrate, wie Ton, Kaolin, Talk (Speckstein), Bentonit, Hallovsit, Allophan u. dgl.
  • Dem Ge-mii,-sch aus Metall bzw. Metalloxyd und tonigem Bindemittel können weitere Stoffe, wie sie bei der Herstellung bekannter küramischer Materialien gebräuchlich sind, zugesetzt werden. Um das Dichtbrennen zu erleichtern oder um allfällige Reste von Oxvd von den Metallteilchen abzulösen, können der #jasse Flußmittel, wie Feldspat, Borsäure oder Borate, zugesetzt werden. Auch inerte Stoffe, wie Quarz, Schamotte oder Siliciumearbid, können beigJ-fügt werden.
  • Als reduzierende Gase eignen sich außer Wasserstoff auch Kohlenwasserstoffe oder Kohlenoxyd. Das letztere kann beispielsweise so angewendet werden, daß der abgeschlossene Brennraum außer den Formkörpern Kohlenstücke enthält. Das bei der Reduktion von Metalloxyd gebildete CO. wird dann an Ader Kohle wieder zu CO reduziert.
  • Neben der Zusammensetzung und der Korngröße der Rohmaterialien beeinflußt die Höhe der Garbrenntemperatur -den Ausfall der Erzeugnisse als poröse oder dichtgesinterte Materialien.
  • Die nach dem Verfahren hergestellten Formkörper besitzen nach Maßgabe des Mischungsverhältnisses der Ausgangsstoffe mehr den Charakter von Metallen oder Legierungen oder mehr den Charakter üblicher keramilscher Materialien. Man kann dementsprechend die Erzeugnisse als silicathaltige metallische oder metallhaltige keramische Materialien ansehen. Die metallischen Eigenschaften lassen sich durch die Wahl und Bemessung der Rohstoffe. dosieren. Es gilt dies sowohl hinsichtlich der mechanischen als auch der elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Es ist dies von besonderem Nutzen bei der Herstellung von elektrischen Widerständen bzw. Heizkörpern.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung metallischer oder metallhaltiger Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß aus pulverisiertem Metall, Metalloxyd oder Erz und Silicathydrat enthaltenden Stoffen eine plastische Masse gebildet, die daraus geformten Körper zur Entfernung des Wassers der Silicathydrate und dann in reduzierendem Gas zur Reduktion vorhandener oder gebildeter Metalloxyde erhitzt werden, worauf die Temperatur zur Erreichung des gewünschten Sinterungsgrades gesteigert wird. :2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die rohe Masse außer silicathydrathaltigen Stoffen übliche keramische Rohstoffeenthält.
DEH3408D 1943-05-24 1944-05-21 Verfahren zur Herstellung metallkeramischer Formkoerper Expired DE880213C (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH880213X 1943-05-24

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ID=4544776

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DEH3408D Expired DE880213C (de) 1943-05-24 1944-05-21 Verfahren zur Herstellung metallkeramischer Formkoerper

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DE (1) DE880213C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1120701B (de) * 1957-05-25 1961-12-28 Svenska Metallverken Ab Verfahren zur Herstellung von aus Metall und darin feinstverteiltem Metalloxyd bestehenden Werkstoffen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1120701B (de) * 1957-05-25 1961-12-28 Svenska Metallverken Ab Verfahren zur Herstellung von aus Metall und darin feinstverteiltem Metalloxyd bestehenden Werkstoffen

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