FR2720391A1

FR2720391A1 - Abrasive material

Info

Publication number: FR2720391A1
Application number: FR9406573A
Authority: FR
Inventors: Henri Paul Galvin
Original assignee: Pechiney Electrometallurgie SAS
Current assignee: Ferropem SAS
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-12-01
Anticipated expiration: 2014-05-25
Also published as: FR2720391B1

Abstract

Abrasive prod. is made up of a matrix of aluminium oxynitride with finely dispersed crystals of titanium carbide.

Description

ABRASIF FONDU A BASE D'OXYNITRURE D'ALUMINIUM
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les produits abrasifs obtenus par fusion et solidification à base d'oxynitrure d'aluminium (A1ON). MOLTEN ABRASIVE BASED ON ALUMINUM OXYNITRIDE
FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to abrasive products obtained by melting and solidification based on aluminum oxynitride (A1ON).

ETAT DE LA TECHNIQUE
La demande de brevet français n" 2675158 de la demanderesse décrit une famille de produits abrasifs et/ou refractaires, obtenus par fusion et solidification, comprenant un ou plusieurs oxynitrures de métaux ou métalloïdes, en particulier des oxynitrures d'aluminium appelés Alons, mais également des oxynitrures mixtes MgAlON, MgCaAlON et AlTiON ainsi que des oxycarbonitrures tels que AlCON. La demande décrit également un procédé d'obtention de ces produits par fusion d'une charge solide d'oxydes, nitrures, oxynitrures, carbures et/ou borures de ces métaux ou métalloïdes, refroidissement rapide et solidification.STATE OF THE ART
French patent application No. 2675158 of the applicant describes a family of abrasive and / or refractory products, obtained by fusion and solidification, comprising one or more oxynitrides of metals or metalloids, in particular aluminum oxynitrides called Alons, but also mixed oxynitrides MgAlON, MgCaAlON and AlTiON as well as oxycarbonitrides such as AlCON. The application also describes a process for obtaining these products by melting a solid charge of oxides, nitrides, oxynitrides, carbides and / or borides of these metals or metalloids, rapid cooling and solidification.

Les produits ainsi obtenus sont appréciés dans l'industrie des abrasifs, en particulier en raison de leur tenacité élevée et ils concurrencent avantageusement les produits frittés élaborés à partir de poudres céramiques. Ils présentent cependant une dureté nettement inférieure à celle d'abrasifs classiques comme le corindon blanc électrofondu.The products thus obtained are appreciated in the abrasive industry, in particular because of their high tenacity and they advantageously compete with sintered products produced from ceramic powders. However, they have a hardness significantly lower than that of conventional abrasives such as white fused corundum.

La demanderesse, poursuivant l'étude de cette large famille de produits, a découvert, à l'intérieur de cette famille, un groupe particulier de produits présentant, de manière surprenante, des propriétés de dureté pratiquement équivalentes à celles du corindon blanc, tout en gardant la tenacité remarquable de cette famille de produits.The Applicant, continuing the study of this large family of products, discovered, within this family, a particular group of products having, surprisingly, hardness properties practically equivalent to those of white corundum, while keeping the remarkable tenacity of this family of products.

OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet un produit abrasif obtenu par fusion, constitué d'une matrice d'oxynitrure d'aluminium (A1ON) dans laquelle sont dispersés de fins cristaux de carbure de titane.OBJECT OF THE INVENTION
The subject of the invention is an abrasive product obtained by fusion, consisting of an aluminum oxynitride (A1ON) matrix in which fine titanium carbide crystals are dispersed.

La taille moyenne de ces cristaux est, de préférence, inférieure à 50 microns. La teneur pondérale en TiC est, de préférence, limitée à 10%. La teneur pondérale en azote est limitée préférentiellement à 10%.The average size of these crystals is preferably less than 50 microns. The TiC content by weight is preferably limited to 10%. The nitrogen content by weight is preferably limited to 10%.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication des produits précédents par fusion au four électrique à arc d'un mélange solide comportant de l'alumine, de l'oxynitrure d'aluminium, de l'oxyde ou du nitrure de titane et un produit carboné en quantité stoechiométriquement suffisante pour réduire et carburer totalement l'oxyde ou le nitrure de titane, puis refroidissement et solidification.A subject of the invention is also a process for manufacturing the above products by melting an electric arc furnace of a solid mixture comprising alumina, aluminum oxynitride, titanium oxide or nitride and a carbon product in an amount stoichiometrically sufficient to reduce and completely carburize the titanium oxide or nitride, then cooling and solidification.

DESCRIPTION DE L'INVENTION
Au cours d'essais d'élaboration d'un oxynitrure mixte d'aluminium et de titane, comme celui de l'exemple 8 de la demande de brevet français n" 2675158, les inventeurs ont constaté, de manière inattendue, qu'en plus des phases prévues de corindon et de nitrure de titane, on trouvait des traces de carbure de titane, dues à des apports fortuits de carbone au cours de la réaction. Ce produit présentait une dureté nettement supérieure à celle du produit ne contenant que de l'alumine et du nitrure de titane.DESCRIPTION OF THE INVENTION
During tests for the preparation of a mixed aluminum and titanium oxynitride, such as that of Example 8 of French patent application No. 2675158, the inventors unexpectedly found that in addition predicted phases of corundum and titanium nitride, traces of titanium carbide were found, due to fortuitous carbon contributions during the reaction. This product had a hardness significantly higher than that of the product containing only alumina and titanium nitride.

Les inventeurs ont alors refait des expériences avec un ajout volontaire de carbone pour obtenir des teneurs significatives de TiC dans le produit final et vérifié l'augmentation importante de la dureté dûe à la présence et à la dispersion fine des particules de TiC dans la matrice d'oxynitrure d'aluminium, qui est elle-même biphasée.The inventors then repeated experiments with a voluntary addition of carbon to obtain significant contents of TiC in the final product and verified the significant increase in hardness due to the presence and the fine dispersion of the TiC particles in the matrix d aluminum oxynitride, which is itself two-phase.

Le procédé de fabrication consiste à fondre dans un four électrique à arc un mélange d'alumine métallurgique, sableuse ou plâtreuse, d'oxynitrure d'aluminium et d'oxyde ou de nitrure de titane et d'ajouter du carbone, par exemple sous forme de coke ou de tout autre composé carboné à basse teneur en matières volatiles, en quantité suffisante pour transformer l'oxyde de titane en carbure. L'oxynitrure ajouté, dit "Alon roche", est en fait composé d'A1303N et d' A1203 et contient de l'ordre de 30% d'AlN. I1 est obtenu par nitruration d'aluminium entre 1000 et 2000"C en présence d'alumine.The manufacturing process consists in melting in a electric arc furnace a mixture of metallurgical, sandy or plastering alumina, aluminum oxynitride and titanium oxide or nitride and adding carbon, for example in the form coke or any other carbonaceous compound low in volatile matter, in an amount sufficient to transform titanium oxide into carbide. The added oxynitride, called "Alon rock", is in fact composed of A1303N and A1203 and contains around 30% AlN. I1 is obtained by nitriding aluminum between 1000 and 2000 "C in the presence of alumina.

On constate, après coulée et refroidissement du produit, que la structure est formée d'une matrice biphasée d'oxynitrure d'aluminium constituée d'une phase homogène et d'aiguilles orientées de manière aléatoire, conférant à cette matrice une grande tenacité, matrice dans laquelle le carbure de titane se trouve dispersé en fins cristaux de moins de 50 microns de taille moyenne, dont la dureté atteint 3000 HK. It is noted, after pouring and cooling the product, that the structure is formed of a two-phase matrix of aluminum oxynitride consisting of a homogeneous phase and needles randomly oriented, giving this matrix a high tenacity, matrix in which the titanium carbide is dispersed in fine crystals of less than 50 microns of medium size, whose hardness reaches 3000 HK.

EIoeLES Eremple 1
On a fondu dans un four à arc de 100 kW 16 kg d' A1ON à 30% d'AlN et 70% d'A1203 avec 64 kg d'alumine et 6,75 kg de
TiO2. Puis on a ajouté à la charge 4,5 kg de coke.EIoeLES Example 1
16 kg of A1ON at 30% AlN and 70% A1203 were melted in a 100 kW arc furnace with 64 kg of alumina and 6.75 kg of
TiO2. Then 4.5 kg of coke was added to the charge.

Sur le produit coulé et solidifié, on a observé une structure composée d' une matrice d' A1ON à 2% d' A1N, d'aiguilles finement dispersées et orientées de manière aléatoire comprenant 7% d' A1N et 93% d'A1203 et d'un précipité finement dispersé de TiC.On the cast and solidified product, a structure was observed composed of a matrix of A1ON with 2% of A1N, finely dispersed and randomly oriented needles comprising 7% of A1N and 93% of A1203 and of a finely dispersed precipitate of TiC.

On a mesuré sur ce produit une dureté KNOOP de 1900 HX et une tenacité de 3100 J/m2 contre respectivement 2000 HK et 1080
J/m2 pour un corindon blanc fondu.A KNOOP hardness of 1900 HX and a tenacity of 3100 J / m2 were measured on this product against 2000 HK and 1080 respectively.
J / m2 for a melted white corundum.

Ese ple 2
On a traité de la même façon que dans l'exemple 1 une charge constituée de 60 kg d'AlON à 30% d'AlN et 70% d'A1203, 20 kg d'alumine et 6,75 kg de TiO2, puis ajouté 4,5 kg de coke.Ese ple 2
A load consisting of 60 kg of AlON at 30% AlN and 70% of A1203, 20 kg of alumina and 6.75 kg of TiO2 was treated in the same manner as in Example 1, then added 4.5 kg of coke.

Sur le produit coulé, on a mesuré une dureté de 1750 HK et une tenacité de 3550 J/m2. On the cast product, a hardness of 1750 HK and a tenacity of 3550 J / m2 were measured.

Claims

1) Abrasive product obtained by fusion, characterized in that

that it consists of an oxynitride matrix

aluminum in which fine crystals are dispersed

of titanium carbide.

2) Abrasive product according to claim 1, characterized in

that the oxynitride matrix is two-phase, with a

homogeneous main phase and oriented needles of

randomly.

3) Abrasive product according to one of claims 1 and 2,

characterized in that the average size of the crystals

titanium carbide is less than 50 microns.

4) Abrasive product with aluminum oxynitride matrix according to

one of claims 1 to 3, characterized in that the

nitrogen content by weight is less than 10%.

5) Method for manufacturing an abrasive product according to one

any of claims 1 to 4, characterized in

let a solid mixture melt in an electric arc furnace

containing alumina, aluminum oxynitride,

titanium oxide or nitride and a carbon product in

sufficient to reduce and fuel completely

titanium, we cool and solidify the product

got.

6) The manufacturing method according to claim 5,

characterized in that the carbon product is coke.