DEC0006513MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
Tag der Anmeldung: 7. Oktober 1952 Bekanntgemacht am: 1. September 1955Registration date: October 7, 1952. Advertised on: September 1, 1955
DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE
Die Erfindung betrifft feuerfeste Materialien und aus diesen hergestellte Gegenstände und Formen. Sie betrifft auch Verfahren zur Herstellung dieser Materialien und Gegenstände.The invention relates to refractory materials and to articles and shapes made therefrom. she also relates to methods of making these materials and articles.
Es besteht z. Z. ein großer Bedarf für neue und bessere feuerfeste Materialien und Formen, die den Forderungen nach Festigkeit, Härte, Dichte, Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation, Korrosion und Erosion, Widerstandsfähigkeit gegen plötzliche Wärmeeinwirkung usw. gerecht werden.There is z. There is currently a great need for new and better refractories and shapes that can accommodate the Requirements for strength, hardness, density, resistance to oxidation, corrosion and erosion, Resistance to sudden exposure to heat, etc.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, neuartige feuerfeste Materialien zu erzeugen, die die obengenannten Eigenschaften in hohem Maße besitzen und zahlreiche Vorzüge auf den verschiedenen Verwendungsgebieten aufweisen, wo ein feuerfestes Material mit der erforderlichen Härte und Dichte verlangt wird. Es wurde gefunden, daß eine gebundene feuerfeste Masse aus Zirkoniumborid mit oder ohne zusätzliches Bindemittel in mancher Hinsicht verbessert werden kann, wenn das Zirkoniumborid mit Molybdänsilicid imprägniert wird. Die aus gebundenem Zirkoniumborid bestehende feuerfeste Masse, die mit Molybdänsilicid imprägniert wird, kann einerseits aus in sich gebundenem Zirkoniumborid oder aus Zirkoniumborid zusammen mit einem geeigneten feuerfesten Bindemittel bestehen. Die gebundenen Zirkonmassen bestehen — kurz gesagt — im wesentlichen aus Zirkoniumborid, das durch Oxyde vom Zirkonium undThe present invention aims to produce novel refractory materials which are those mentioned above Have properties to a high degree and numerous advantages in various fields of use where a refractory material with the required hardness and density is required. It has been found that a bonded refractory mass of zirconium boride with or without additional Binder can be improved in some ways if the zirconium boride is mixed with molybdenum silicide is impregnated. The refractory mass consisting of bonded zirconium boride covered with molybdenum silicide is impregnated, on the one hand from bound zirconium boride or from zirconium boride together with a suitable refractory binder. The bound zirconium materials consist - in short - essentially of zirconium boride, which is produced by oxides of zirconium and
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Calcium zusammengehalten wird. Das Zirkoniumboi'id, das für die Herstellung der Materialien dieser Erfindung Verwendung findet, kann aus Zirkoniumbond erhalten werden, das vorher nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt wurde. Bei der Herstellung der zirkoniumhaltigen Massen, in denen das Zirkoniuinborid durch Oxyde des Zirkoniums und Calciums gebunden ist, kann das Zirkoniumborid vorher aus geeignetem Rohmaterial hergestellt werden,Calcium is held together. The zirconium boi'id, used in making the materials of this invention can be made from zirconium bond which has been previously prepared by various known methods. In the preparation of of the zirconium-containing masses, in which the zirconium boride is replaced by oxides of zirconium and Calcium is bound, the zirconium boride can be prepared beforehand from suitable raw material,
ίο oder es kann während der Imprägnierung mit Molybdänsilicid nach dem hier beschriebenen Verfahren entstehen.ίο or it can be during the impregnation with molybdenum silicide according to the procedure described here.
Nachdem das Zirkoniumborid in die gewünschte Form gebracht und vorzugsweise gebrannt worden ist, wird es mit Molybdänsilicid imprägniert, indem die gebundene Zirkoniumboridform zusammen mit der erforderlichen Menge Molybdänsilicid in einen Brennofen gebracht und das Borid und Silicic! auf Temperaturen über I1SoC)" C in einer inerten Atmosphäre oderAfter the zirconium boride has been brought into the desired shape and preferably fired, it is impregnated with molybdenum silicide by placing the bonded zirconium boride mold together with the required amount of molybdenum silicide in a furnace and the boride and silicon! to temperatures above I 1 SoC) "C in an inert atmosphere or
so im Vakuum erhitzt werden, wobei sie mit dem Imprägnierungsmittel in Berührung sind. Das zur Imprägnierung des Zirkoniumborids verwendete Molybdänsilicid kommt als gepulvertes Molybdänsilicid oder als Mischung von gepulvertem Molybdän- und SiIiziuminetall in stöchiometrischem Verhältnis nach der Funnel MoSu zur Anwendung. Mit anderen Worten, es kann die Imprägnierung mit Molybdänsilicid auch durch Imprägnierung mit einer gepulverten Mischung von etwa (rj"/0 Molybdän- und etwa 37% Silizium-Metall erfolgen.so heated in a vacuum, whereby they are in contact with the impregnating agent. The molybdenum silicide used to impregnate the zirconium boride is used as powdered molybdenum silicide or as a mixture of powdered molybdenum and silicon metal in a stoichiometric ratio according to the Funnel MoSu. In other words, the impregnation with molybdenum silicide can also be carried out by impregnation with a powdered mixture of about (rj "/ 0 molybdenum and about 37% silicon metal.
Die folgenden Beispiele schildern die genaue Ausführungsweise der Erfindung, sollen diese jedoch nicht beschränken. Die Prozentzahlen sind, wenn nicht anders angegeben, gewichtsmäßig zu verstehen.The following examples show the exact implementation of the invention, but are not intended to limit them. The percentages are, if not otherwise stated, to be understood in terms of weight.
Calciumborid (CaB,;), 200 Maschen und feiner (CaB,) calcium boride, 200 mesh and finer
(Lochweile 0,0737 mm) 24,20Z,,(Hole spacing 0.0737 mm) 24.2 0 Z ,,
Zirkoniuinoxyd, 325 Maschen --- LochweiteZirconia, 325 mesh --- hole size
0,0.13 mm 69.3%0.0.13 mm 69.3%
Kohlenstoff, gepulvert 6,5°/(l Carbon, powdered 6.5 ° / (l
Diese Mischung wurde in einen bedeckten Zirkoniumoxyd-Tiegel getan, der in /irkoniumoxyd in einem (iraphitbehälter eingebettet war, der wiederum in einem Kohlenstoff-Widerstandsofen mit ergebracht war. Der Tiegel bestand aus gegossenem Zirkoniumoxyd und war vorher auf 17000 C erhitzt worden. Nach dem Beschicken des Ofens wurde die Temperatur innerhalb von 2 Stunden auf 20100 C erhöht, während Ileliumgas durch den Brennofen während der ganzen Brennperiode kontinuierlich strömte.This mixture was placed in a covered zirconium oxide crucible, the irkoniumoxyd in / was embedded in a (iraphitbehälter, which in turn was ergebracht in a carbon resistance furnace. The crucible was cast zirconium oxide and previously heated to 1700 0C. After after loading the furnace, the temperature was increased to 2010 0 C within 2 hours, while ilelium gas flowed continuously through the furnace during the entire firing period.
Die entstandene Masse wurde dann zu der gewünschten (iröl.ie zerkleinert und zur Herstellung der Gegenstände verwendet. Die erhaltenen Gegenstände wurden bei 2000 bis 2100" C in einer Atmosphäre von Helium oder einem anderen inerten Gas gebrannt, so daß äußerst feuerfeste Gebilde entstanden, wie Tiegel, Düsen, Raketenauskleidungen, Einsatzstücke usw.The resulting mass was then crushed to the desired (iröl.ie) and used to produce the Objects used. The obtained articles were heated at 2000 to 2100 "C in an atmosphere of Helium or another inert gas, so that extremely refractory structures were created, such as crucibles, Nozzles, rocket linings, inserts, etc.
fio Zum Beispiel wurde eine kleine Düse von etwa 2,54cm Durchmesser und 3,18 cm Länge mit einer Wanddicke von etwa 0,47 cm an den Enden, die zu einer Wanddicke von 0,79 cm am Vorderteil spitz zulaufen, durch Mahlen des oben beschriebenen Materials zu einer Korngröße unter 200 Maschen in einem eisernen Mörser hergestellt und das erhaltene zerkleinerte Material mit 2°/0 einer 33%igen wäßrigen Lösung von Polyäthylenglykol gemischt. Die erhaltene Mischung wurde unter einem Druck von 750 at gepreßt, der geformte Gegenstand in Zirkoniumoxyd in einem Graphitbehälter eingebettet und bei 18200 C in einer Heliumatmosphäre in einem Elcktro-Hochfrequcnz-Induktionsofen gebrannt.For example, a small nozzle about 2.54 cm in diameter and 3.18 cm in length with a wall thickness of about 0.47 cm at the ends tapering to a wall thickness of 0.79 cm at the front was made by grinding the top material described to a grain size of less than 200 meshes in an iron mortar and the resulting comminuted material mixed with 2 ° / 0 of a 33% aqueous solution of polyethylene glycol. The obtained mixture was pressed at a pressure of 750, the molded article is embedded in zirconium oxide in a graphite container and fired at 1820 0 C in a helium atmosphere in a Elcktro-Hochfrequcnz induction furnace.
Die entstandene Düse besteht aus gebundenem Zirkoniumborid, in welchem das kristallinische Zirkoniumborid durch eine feste Lösung von Calciumoxyd in Zirkoniumoxyd zusammengehalten wird. Die gebundene Zirkoniumborid-Düse wurde in Zirkoniumoxyd in einem Graphitbehälter eingebettet und dieser in die Mitte eines Kohlenstoff-Widerstandsofens gebracht, wobei etwa 30°/,, Molybdänsilicid (MoSi2) mit der Maschengröße 170 (Lochweite 0,089 mm) aul und in das Innere der Düse gebracht wurden. Die gesamte Masse, also Düse und Molybdänsilicid, wurde dann in einer Heliumatmosphäre auf 18200C erhitzt; hierbei schmolz das Molybdänsilicid, verteilte sich in der Düse und durchtränkte die ganze Masse der Düse. Die entstandene Düse war fest, hart und zeigte beim Zerbrechen im Innern einen silbrigen und metallischen Glanz.The resulting nozzle consists of bound zirconium boride, in which the crystalline zirconium boride is held together by a solid solution of calcium oxide in zirconium oxide. The bound zirconium nozzle was embedded into zirconia in a graphite container and this made of a carbon resistance furnace in the middle, with about 30 ° / ,, molybdenum silicide (MoSi 2) having a mesh size of 170 (aperture size 0.089 mm) aul and into the interior Nozzle were brought. The entire mass, ie nozzle and molybdenum silicide, was then heated to 1820 ° C. in a helium atmosphere; in the process, the molybdenum silicide melted, distributed itself in the nozzle and soaked the entire mass of the nozzle. The resulting nozzle was solid, hard and, when broken, had a silvery and metallic sheen on the inside.
Das bei der Herstellung der Originalmischung von Beispiel I verwendete Calciumborid besaß die folgende chemische Zusammensetzung:The calcium boride used in making the original blend of Example I was as follows chemical composition:
Calcium 27,25 % g.Calcium 27.25% g .
Bor 38,620/0Boron 38.620 / 0
Silizium 0,44 %Silicon 0.44%
Aluminium 0,50 °/0 Aluminum 0.50 ° / 0
Eisen 0,52 %Iron 0.52%
Magnesium 0,23 % iqq Magnesium 0.23% iqq
Gesamtkohlenstoff 14,61 °/oTotal carbon 14.61%
170Z0 vom Calciumborid wurden von der Analyse nicht erfaßt. Es wird angenommen, daß diese aus im Material befindlichen Sauerstoff bestanden.17 0 Z 0 of the calcium boride were not included in the analysis. It is believed that these consisted of oxygen in the material.
Düsen aus gut gebundenem Zirkoniumborid, die erfindungsgemäß mit Molybdänsilicid durchtränkt waren, wurden wie folgt hergestellt:Nozzles made of well-bound zirconium boride, which according to the invention are impregnated with molybdenum silicide were made as follows:
Gewichts- uo teileWeight uo parts
Zirkoniumborid, 100 Maschen und feiner
(= Loch weite 0,147 mm) 75Zirconium boride, 100 mesh and finer
(= Hole width 0.147 mm ) 75
Calciumzirkonat, 200 Maschen und feinerCalcium zirconate, 200 mesh and finer
(= Loch weite 0,073 mm) 25(= Hole width 0.073 mm) 25
Dextrin 1Dextrin 1
Das Calciumzirkonat wurde durch Erhitzen einer Mischung von 44,7% Calciumcarbonat und 55^3% Zirkoniumoxyd auf etwa 18000 C hergestellt. Das gesinterte Produkt wurde dann so weit zerkleinert, daß es durch ein 200-Maschen-Sieb ging.The calcium zirconate was a mixture of 44.7% calcium carbonate and 55 ^ 3% zirconium oxide prepared by heating to about 1800 0 C. The sintered product was then crushed enough to pass through a 200 mesh sieve.
Die obige Mischung von Zirkoniumborid und Calciumzirkonat mit dem Bindemittel wurde mit so viel Wasser befeuchtet, daß eine formbare Masse entstand, die dann in einer Stahlform unter einem Druck vonThe above mixture of zirconium boride and calcium zirconate with the binder was made with as much Water was moistened so that a malleable mass was created, which was then placed in a steel mold under a pressure of
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1400 at gepreßt wurde. Die gepreßte Düse wurde bei etwa I2i° C getrocknet und bei 2000° C in einer inerten Atmosphäre, z. B. in einem Strom von Helium, in einem Hochfrequenz-Induktionsofen gebrannt. Dabei wurde der Gegenstand in dem Ofen auf einem Bett von Zirkoniumoxyd gelagert. Die Düse bestand dann in diesem Verfahrensstadium im wesentlichen aus durch Calciumzirkonat gebundenem Zirkoniumborid. Zur weiteren Vergütung wurde diese Düse nochmals1400 at was pressed. The pressed nozzle was dried at about 12 ° C and at 2000 ° C in an inert Atmosphere, e.g. B. in a stream of helium, burned in a high frequency induction furnace. Included the article was placed in the furnace on a bed of zirconia. The nozzle then passed at this stage of the process essentially made of zirconium boride bound by calcium zirconate. This nozzle was used again for further compensation
ic in den Hochfrequenz-Induktionsofen eingebracht, auf einem bereits stabilisierten Bett von Zirkoniumoxyd gelagert und Molybdän- und Silizium-Metallpulver in einer Feinheit von 200 Maschen und feiner in den Vorderteil der Düse gebracht. Die pulvrige Metallmischung bestand aus 63% Molybdän und 37% Silizium. Der die Düse enthaltende Tiegel und das Imprägnierungspulver wurden erneut in einer Heliumatmosphäre auf 18000 C erhitzt, wobei das Metallpulver schmolz und Molybdänsilicid entstand, das die Poren der Düse aus gebundenem Zirkoniumborid durchdrang. Das Endprodukt bestand im wesentlichen aus durch Calciumzirkonat gebundenem Zirkoniumborid, dessen Poren Molybdänsilicid enthielten. Kleine, nach der Verfahrensweise von Beispiel II hergestellte Probestäbe wurden plötzlicher Hitzeeinwirkung ausgesetzt, wobei die Stäbe in einem Brennofen untergebracht, auf 1100° C erhitzt, dann herausgenommen und an der Luft abgeschreckt wurden. Diese Versuchsstäbe blieben bei 100 Versuchen unverändert und zeigten, daß das mit Molybdän imprägnierte, gebundene Zirkoniumborid gegen plötzliche Temperaturschwankungen ausnehmende widerstandsfähig war.ic introduced into the high-frequency induction furnace, stored on an already stabilized bed of zirconium oxide and brought molybdenum and silicon metal powder with a fineness of 200 meshes and finer into the front part of the nozzle. The powdery metal mixture consisted of 63% molybdenum and 37% silicon. The crucible containing the nozzle and the impregnation powder were again heated to 1800 ° C. in a helium atmosphere, the metal powder melted and molybdenum silicide formed, which penetrated the pores of the nozzle made of bound zirconium boride. The end product consisted essentially of calcium zirconate bound zirconium boride, the pores of which contained molybdenum silicide. Small test bars made according to the procedure of Example II were subjected to sudden heat exposure, the bars being placed in a furnace, heated to 1100 ° C, then removed and quenched in air. These test bars remained unchanged after 100 tests and showed that the bonded zirconium boride impregnated with molybdenum was exceptionally resistant to sudden temperature fluctuations.
Stäbe aus diesem Material zeigten bei Bruchversuchen eine Festigkeit von etwa 1540 kg/cm2 bei Zimmertemperatur.Rods made from this material showed a strength of about 1540 kg / cm 2 at room temperature in fracture tests.
Düsen und andere kleine Formen, die der Hauptsache nach aus selbstgebundenem Zirkoniumborid bestanden, das mit Molybdänsilicid imprägniert war, wurden wie folgt hergestellt:Nozzles and other small shapes, which mainly consisted of self-bonded zirconium boride, impregnated with molybdenum silicide were made as follows:
Es wurde Zirkoniumborid in einer Teilchengröße von 200 Maschen (Lochweite = 0,073) mit etwa 2°/0 einer 33°/0igen Lösung von Polyäthylenglykol gemischt und die Mischung zu der gewünschten Form unter einem Druck von etwa 700 at gepreßt. Die erhaltene Form wurde in eine Masse von Zirkoniumoxyd eingebettet, in einen Graphitbehälter gebracht und in einem Kohlenstoff-Widerstandsofen auf 1800 bis 2000° C in einer Atmosphäre von Heliumgas gebrannt, so daß eine selbstgebundene Zirkoniumboridmasse entstand. Der Brennofen wurde dann abgekühlt und das entstandene Zirkoniumborid erneut in einem Brennofen zusammen oder in Berührung mit gepulvertem Molybdänsilicid untergebracht. Danach wurde auf 18000 C in einer Heliumatmosphäre erhitzt, so daß das Molybdänsilicid schmolz und die gebundene Masse durchtränkte.It has been zirconium in a particle size of 200 mesh (aperture size = 0.073) with from about 2 ° / 0 of a mixed 33 ° / 0 solution of polyethylene glycol and the mixture into the desired shape under a pressure of about 700 at pressed. The resulting form was embedded in a mass of zirconium oxide, placed in a graphite container and fired in a carbon resistance furnace at 1800 to 2000 ° C. in an atmosphere of helium gas, so that a self-bonded zirconium boride mass was formed. The furnace was then cooled and the resulting zirconium boride again placed in a furnace together with or in contact with powdered molybdenum silicide. It was then heated to 1800 ° C. in a helium atmosphere, so that the molybdenum silicide melted and soaked the bonded mass.
In den obigen Beispielen wurde das gebundene Zirkoniumborid gebrannt und die Imprägnierung mit Molybdänsilicid als besondere Operation anschließend ausgeführt. Jedoch läßt sich in jedem Fall das Imprägnieren der gebundenen Zirkoniumboridmasse mit Molybdänsilicid auch gleichzeitig mit dem Brennen der Zirkoniumboridform durchführen.In the above examples the bonded zirconium boride was fired and the impregnation with Molybdenum silicide subsequently performed as a special operation. However, the impregnation can be carried out in any case the bonded zirconium boride mass with molybdenum silicide also at the same time as the firing the zirconium boride mold.
Die erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände lassen sich nach jedem bekannten Verfahren, wie z.B. durch Verformen unter Druck, Maschinenstampfen, Handstampfen, Rütteln, Vibrationsstampfen, Lufthammerschlagen usw., formen.The articles made according to the invention can be manufactured by any known method, e.g. by deforming under pressure, machine tamping, hand tamping, shaking, vibration tamping, air hammer hitting etc., shape.
Selbstverständlich sind die Erzeugnisse dieser Erfindung in ihren verschiedenen Modifikationen nicht auf irgendein bestimmtes Verwendungsgebiet beschränkt, wie etwa aus den vorstehenden Beispielen hervorgehen könnte. Die Erzeugnisse lassen sich in jeder gewünschten Form herstellen, in körniger wie auch in zusammenhängender Form. Sie sind deshalb nicht nur für viele Verwendungszwecke geeignet, wo feuerfeste Materialien bei hohen Temperaturen gebraucht werden, wie für Backsteine, Auskleidungsziegel, Muffeln, Ofenauskleidungen und Spezialformen in und um Brennofen, sondern auch für manche andere Hochtemperaturzwecke, wie für Verbrennungskammern, Auskleidungen für Exhaustordüsen, Raketenverbrennungskammern, Turbinenschaufeln, Statorschaufeln, Formen zum Gießen von Glaslinsen usw. Auch für die Herstellung von Laboratoriumsgegenständen, wie Verbrennungsröhren, Schmelztiegel, Brenner usw., können sie gut verwendet werden.It is to be understood that the articles of this invention in their various modifications are not intended limited to any particular area of use, such as from the examples above could emerge. The products can be made in any desired shape, in granular or granular form also in coherent form. They are therefore not only suitable for many uses, where Refractory materials are used at high temperatures, such as for bricks, lining bricks, muffles, furnace linings and special shapes in and around kiln, but also for some other high temperature purposes, such as for combustion chambers, Linings for exhaust nozzles, rocket combustion chambers, turbine blades, stator blades, Molds for casting glass lenses, etc. Also for the manufacture of laboratory items, such as combustion tubes, crucibles, burners, etc., they can be used well.
Die Widerstandsfähigkeit dieser Materialien gegen chemische Angriffe macht sie für die Herstellung von Gegenständen äußerst geeignet, die der Einwirkung von Säuren, Alkalien oder anderen korrodierenden chemischen Stoffen ausgesetzt sind, wie Auskleidungen für chemische Apparaturen, Tiegel, Rohre und deren Auskleidungen, Auskleidungen für Strahlpumpen usw.The resistance of these materials to chemical attack makes them suitable for the manufacture of Objects extremely suitable that are exposed to acids, alkalis or other corrosive substances are exposed to chemical substances, such as linings for chemical apparatus, crucibles, pipes and their Linings, linings for jet pumps, etc.
Sie lassen sich auch für Schleifzwecke in Form von Schleifscheiben, Wetzsteinen, Schleifsteinen und anderen Mahl- und Poliermitteln verwenden. Als weitere Verwendungszwecke seien Gewinde, Drahtziehformen, Sandstrahldüsen, Heizelemente usw. genannt. Zum Beispiel wurden elektrische Heizelemente in Stabform nach der Erfindung hergestellt, die bei 14000 C Wärme ausstrahlen.They can also be used for grinding purposes in the form of grinding wheels, whetstones, whetstones and other grinding and polishing agents. Other uses include threads, wire drawing molds, sandblasting nozzles, heating elements, etc. For example, electrical heating elements were prepared in stick form according to the invention, which radiate heat at 1400 0 C.
Claims (1)
Family
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