DE975130C

DE975130C - Verwendung eines Oxyd-Metall-Verbundwerkstoffes zur Herstellung von Gegenstaenden mit hoher Dauerstandsfestigkeit

Info

Publication number: DE975130C
Application number: DES16165D
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Phys Ritzau
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1941-09-25
Filing date: 1941-09-25
Publication date: 1961-08-24

Description

Verwendung eines Oxyd-Metall-Verbundwerkstoffes zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Dauerstandsfestigkeit Die Kristallitenkonglomerate der reinen Metalle sowie ihrer Mischkristalle zeichnen sich durch gute Formbarkeit aus. Dagegen besitzen die Metalloxyde und andere Metallsauerstoffverbindungen bei gewöhnlicher Temperatur praktisch keine Verformbarkeit. Diese Metallsauerstoffverbindungen sind sämtlich spröde. Als Beispiel dafür sollen Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd und derartige angeführt werden. Mit zunehmender Temperatur erfolgt bei diesen Verbindungen ein langsamer Übergang von der Sprödigkeit zur Plastizität. Die Temperatur des Übergangs von der Sprödigkeit zur Formbarkeit ist bei den verschiedenen Verbindungen sehr verschieden; sie liegt im allgemeinen um so höher, je höher der Schmelz-Punkt der betreffenden Metallverbindung ist. Die Kristallite dieser oxydischen Metallverbindungen sind deshalb spröde, weil ihnen die Fähigkeit zur Gleitebenenbildung abgeht.
Es hat sich herausgestellt, daß die spröden oxydischen Metallverbindungen eine beachtliche Dauerstandsfestigkeit auch bei höheren Temperaturen besitzen. Wenn man aber Körper aus solchen oxydischen Metallverbindungen herstellt, so sind sie infolge der hohen Sprödigkeit meist so stoßempfindlich, daß ihre technische Verwertung erschwert wird.
Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, auch aus solchen oxydischen Metallverbindungen technisch brauchbare Körper herzustellen, die insbesondere die Eigenschaft einer hohen Dauerstandsfestigkeit auch bei vorzugsweise hohen Temperaturen besitzen und weniger stoßempfindlich sind. Er hat nämlich festgestellt, daß ein Verbundkörper aus einem Skelett, welches aus einer spröden, harten oxydischen Metallverbindung gebildet ist und in welches ein oder mehrere Metalle oder Metallegierungen eingeseigert sind, sich zur Herstellung von Teilen, die eine hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen, besonders gut eignen. Die Metalle oder Metallegierungen, welche in das oxydische Grundskelett eingeseigert werden, müssen hierbei so ausgewählt sein, daß sie einen höheren Ausdehnungskoeffizienten besitzen als: das Oxyd. Hierdurch wird erreicht, daß im resultierenden Körper das Skelett unter Druckspannungen gesetzt ist. Das Skelett kann in seiner Struktur durchaus mikroskopische Abmessungen haben, beispielsweise kann es aus einem Raumgitter aufgebaut sein, welches eine Maschenweite von io bis ioo #x aufweist. Die »Maschen« dieses Raumgitters sind also mit dem zweiten Verbundstoff ausgefüllt. Hierbei ist darauf zu achten, daß das zur Verwendung gelangende Metall oder die Metallegierung frei von intermetallischen Verbindungen ist und etwa aus Mischkristallen besteht. Ein solches Raumgitter von mikroskopischer Maschenweite erhält man durch Einseigern des metallischen Verbundstoffes in das Oxy dskelett.
Es sind zwar schon Werkstoffe bekanntgeworden, bei denen ein Metall in einen vorher gepreßten und gesinterten Körper aus Aluminiumoxyd eingeseigert wurde. Diese Werkstoffe wurden aber beispielsweise als Schneidwerkzeug für Glas und andere Stoffe verwendet. Die Feststellung, daß derartige Werkstoffe unter der besonderen Bedingung, daß das Metall einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Oxyd besitzt, zur Herstellung von Gegenständen, die eine hohe Dauerstandsfestigkeit im Temperaturbereich von 500 bis i000° C haben müssen, besonders geeignet sind, ist jedoch neu. Ebenfalls ist es bereits bekannt, keramische Erzeugnisse dadurch herzustellen, daß metallische und oxydische Rohmaterialien miteinander gemischt und sodann gebrannt werden. Die so erzeugten Produkte sind als zunderbeständige Werkstoffe, die auch gegen raschen Temperaturwechsel beständig sind, bekanntgeworden. Weiter sei noch an die bekannte und weitverbreitete Herstellung von Hartmetallen erinnert, bei denen ein Karbid, etwa Wolframkarbid, im pulverförmigen Zustand mit einem ebenfalls pulverförmigen Metall, etwa Kobalt, gemischt, gepreßt und gesintert wird. In diesem Falle kommt es aber lediglich zum Schmelzen des Metalls und nicht zum Aneinandersintern der Karbidteilchen. Es wird also auf diese Weise ein Produkt erhalten, welches ebenfalls mit demjenigen nicht zu vergleichen ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll. Bei der Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffe kann bereits auf die spätere Bauform der aus ihnen herzustellenden Körper Rücksicht genommen werden. Hierbei ist es auch möglich, das zunächst herzustellende Oxydskelett so aufzubauen, daß infolge seiner Bauform gewisse unterschiedliche Kraftverläufe im fertigen Körper ausgeglichen werden. So ist es z. B. möglich, das Skelett bei Rotationskörpern so auszubilden, daß es im wesentlichen die bei hoher Umlaufgeschwindigkeit auftretenden Fliehkräfte als Zugspannungen aufnimmt. Da das Skelett mit einem Metall ausgefüllt ist, welches einen größeren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als der o_xydische Skelettwerkstoff, wird erreicht, daß das Traggerüst unter Druckspannungen gesetzt wird, die einen erheblichen Teil der bei der, technischen Beanspruchung am Körper angreifenden Zugspannungen aufnehmen, wodurch wiederum die an sich schon hohe Dauerstandsfestigkeit des Körpers bzw. des Werkstoffes eine weitere Steigerung erfährt.
Es kann auch ein Oxydskelett mit durchaus makroskopischen Hohlräumen verwendet werden. Aus einem Aluminiumoxyd wird eine Lochscheibe durch Sintern hergestellt. Die »Lochzwischenräume« haben eine Weite von einigen Millimetern. Diese Keramikscheibe wird in eine beheizbare Gießform eingebettet, auf etwa i2oo° C vorgewärmt und dann vorsichtig mit einer Schmelze von Eisen oder einem niedrig gekohlten Stahl umgossen. Nach erfolgter Abkühlung liegt ein Rotationskörper vor, in dem die Baustoffe, sprödes Oxyd und elastisches Metall, nach Maßgabe ihrer Ausdehnungskoeffizienten zu einem neuen Werkstoff erhöhter Dauerstandsfestigkeit vereinigt sind.

Claims

PATENTANSPRUCH: Die Verwendung eines nach an sich bekannten Verfahren erzeugten Werkstoffes, bei welchem in die Zwischenräume eines rauingitterartigen Skeletts aus Metalloxyden ein Metall oder eine Metallegierung eingeseigert wurde, die einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Metalloxyd hat und somit das Oxydskelett unter Druckspannung setzt, zur Herstellung von Gegenständen, die eine hohe Dauerstandsfestigkeit bei Temperaturen von 50o bis iooo° C besitzen müssen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 37.I615, 443 91 i, 445 169, 639 257, 681 31o, 687 397 schweizerische Patentschrift Nr. 12840d.; Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft, Bd. 13 (1932), S.81 bis 8d.; Prospekt der Siemens & Halske AG., S H 4739 Biber Sinterkorund.