NO125437B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av keramiske legemer, særlig formstykker

egnet for metallbearbeidelse, ved sintring av korundpulver.

Korund-formstykker kan fremstilles av

korundpulver ved sintring. Ved brenning

av disse formstykker brukes høye temperaturer. Når man f. eks. av rent korundpulver som har smeltepunkt 2050° C, vil

fremstille porefrie formstykker med ensartet struktur, må sintringen gjennomføres

ved ca. 1800° C. Frembringelse av høye

temperaturer i industriovner fordrer kost-bare luftvarmeanlegg og er forbundet med

stort energibehov, da korund må brennes

i en oxyderende atmosfære, hva der i prak-sis bare kan gjøres i anlegg med gassopp-varmning. Til nedsettelse av sintretem-peraturen og forbedring av konstruksjonen

anbefaltes forskjellige tilsetninger. Disse

tilsetninger nedsetter for det meste hard-heten til de sintrede stykker, videre blir

også stykkenes godsstyrke minsket.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en

fremgangsmåte til fremstilling av keramiske stykker, spesielt formstykker, ved

sintring av korundpulver egnet for metallbearbeidelse, hvor sintringen foregår ved

en vesentlig lavere temperatur enn den

hittil vanlig brukte. Sintringen kan f. eks.

utføres i de vanlige magnesittindustri-ovner.

Ifølge oppfinnelsen blir de sintrede

korundstykker fremstilt av a-korundpulver

med minst 99,99 vektpst. A1203 og en korn-størrelse finere enn 3 mikron, idet den

gjennomsnittlige kornstørrelse ikke ligger

over ca. 1 mikron. Sintringen utføres

ved 1450—1500° C, fortrinsvis ved 1480° C,

og i løpet av så kort tid at de sintrede

formstykker oppviser minst 90 pst. sintrede

partikler med kornstørrelse under 10 mi-

kron. Denne fine struktur kan oppnåes når formstykkene ikke utsettes for den maksimale sintringstemperatur i mere enn 15 minutter.

Ved fremstillingen av formstykkene går man fortrinsvis frem på den måte at man' på i og for seg kjent vis tilbereder formstykkene i fuktig tilstand av korund-pulveret og derpå tørker formstykkene, hvorpå disse underkastes en herdende varmebehandling ved temperaturer under sintringstemperaturen, fortrinsvis mellom 1000 og 1400° C. De således herdede formstykker bearbeides til ønsket størrelse, hvoretter de sintres og eventuelt slettes, f. eks. poleres (lappes).

Ved kombinasjonen av ovennevnte fremgangsmåtetrin kan man ved forholds-vis meget lave sintringstemperaturer opp-nå formstykker av stor hårdhet og meget ensartet sintringsstruktur, hvor kornstør-relsen herav ligger under en angitt mak-simalverdi. Der kan fremstilles et sintret korundlegeme med tetthet på ca. 3,85— 3,92. Korundlegemet har ingen porer, overflaten er således fullstendig lukket, meget glatt og har en meget høy hårdhet slik at det egner seg fortreffelig til skjæreverk-tøy og trekkringer.

I det amerikanske patentskrift 2.618.567 beskrives en fremgangsmåte til fremstilling av sintrede formstykker av leirjord, med en renhetsgrad på over 99 pst. I ut-førelseseksemplet anvendes en leirjord med omkring 0,14 pst. forurensninger. Sintringstemperaturen ligger mellom 1650 og 1800° C, slik at der erholdes en grovkornet sintringsstruktur selv når man bruker et meget finkornet utgangsmateriale.

Ifølge britisk patentskrift nr. 688.992 fremstilles ildfaste formstykker som ved brenning av keramiske artikler hovedsake-lig anvendes som muffer. Der anvendes en kalsinert leirjord med partikkelstørrelse i området 60—80 mikron uten at der legges særlig vekt på renhetsgraden. Brennings-temperaturen velges mellom 1300 og 1520° C og så høy at der oppnåes en tilfreds-stillende herdning av massen. Formstykkene blir ved disse temperaturer ifølge sin natur ikke sintret og kan f. eks. ikke anvendes som skjæreverktøy eller trekkringer.

Det ovenfor nevnte fine a-korundpulver kan fremstilles i kulemøller, fortrinsvis i vibrasjonsmøller. For å hindre forurens-ning er det fordelaktig å bruke måleutstyr av ren korund. De indre vegger i møllen belegges med et organisk stoff som ved brenning av korund-formstykkene brenner bort uten å etterlate seg aske.

Ved fremstilling av formstykker kan man som bekjent gå frem slik at man dan-ner en masse av korundpulver og vann eller en blanding av vann og med vann blandbare væsker som alkohol, glykol, og av denne fremstiller formstykkene ved støpning i gipsform. Formstykkene kan også fremstilles ved pressing av masser av pressbar konsistens.

Tykkelsen, jevnheten i strukturen og fastheten av det sintrede formstykke kan videre forbedres ved bruk av mindre væske til formingen. Mengden av væske som brukes til formingen kan minskes ved at man anvender tilsetninger av organiske fukt-ningsmidler. På denne måte kan man fremstille satser som er egnet for støpning med mindre enn 30 pst. vann eller væsker som er blandbare med vann, beregnet på mengden av korundpulver. Som fuktnings-midler kan man med fordel bruke fettsyre-derivater. Bruk av spermoljetilsetning har vist seg meget bra. Den masse som fremstilles på ovennevnte måte befries ved vakuumbehandling for luftblærer før støp-ning. Når man til en slik tyntflytende masse ferdig til støpning tilsetter organiske syrer, fortrinsvis maursyre, får massen en tykkere konsistens og man får en masse som lett lar seg presse. Når man nøytrali-serer denne masse med ammoniakk eller gjør den svakt alkalisk, blir massen tyntflytende, slik at denne på nytt kan støpes til formstykker.

Til nærmere belysning av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse an-føres følgende eksempler:

Eksempel 1:

Man anvender et alfakorundpulver med følgende sammensetning: og spor av mangan. 90 pst. av korund-partiklene er mindre enn 1 mikron, og 10 pst. ligger mellom 1 og 3 mikron. For fremstilling av massen blander man omhyg-gelig 100 kg av ovennevnte pulver med 25 kg væske av følgende sammensetning:

Man får en tyntflytende masse, fra hvilken man fjerner luftblærene fra under vakuum. Man støper skjæreformstykker i størrelse 18 x 16 x 6 mm i gipsform. Formstykker støpt på denne måte, tas ut av gipsformen og tørres i luften ved 110° C. Varmebehandlingen som øker fastheten foretas på den måte at formstykkene in-nen 2 timer opphetes til 1100° C og holdes ved denne temperatur i 10 minutter. Deretter blir de avkjølt langsomt. Formstykkene blir så ved sliping bearbeidet på ønskede mål under hensyntagen til den se-nere endring av dimensjonene ved sintringen og deretter sintret. Sintringen foretas i en ovn, oppvarmet med gass i oksyderende atmosfære ved oppvarmning til 1480° C i 3 timer og opprettholdelse av denne tem-teratur i 5 minutter, med påfølgende lang-som avkjøling. De avkjølte skjæreformstykker finbearbeides og poleres («lappes»). De skjærende kanter på formstykker som skal brukes til sponskj æring av stål, slipes med en diamantslipeskive. Skjærestykker som er fremstillet på denne måte kan uten å skjerpes anvendes til 3,6 tonn stål med en strekkfasthet på 80 kg/ mm<2>, hvorved sponavdreiningen foretas ved en matning, en spontykkelse og omløps-hastighet ved hvilken sponene er mørkeblå.

På samme måte som ovenfor støptes trekkringer, med en ytre diameter av 24 mm og en indre diameter av 6 mm. Disse trekkringer viser etter sintring 3 bearbei-delse på ytre og indre diametere en krympning på ca 14—17 pst. Gjennom denne trekkring ble trukket 30 tonn kobbertråd med en reduksjon av 33 pst., uten at der kunne merkes noen slitasje på trekkrin-gen. Med en trekkring av mindre dimensjoner ble der trukket en kobbertråd med 2,5 mm tverrsnitt til 2,0 mm med en hastig-het på 350 m/minutt. Etter trekking av 15 tonn koppertråd kunne man ikke påvise noen målbar endring på trekkringens dimensjoner.

Eksempel 2:

En masse som fremstillet i eksempel 1 og befris for luftblærer i vakuum, nøytrali-seres med kons. maursyre og gjøres svakt sur. pH-verdien var 4. Den tyntflytende masses konsistens økes herved i slik grad at den godt kan anvendes til pressing. På denne måte kan man også fremstille for-mer med jevn og tett struktur. Denne plastiske masse kan f. eks. presses i gipsform. På denne måte kan f. eks. glødedig-ler for laboratorieformål fremstilles med et tverrmål på 20—70 mm, en høyde på 20—90 mm og veggtykkelse på 1—3 mm. Etter pressing blir formstykkene etter 15 minutter tatt ut av gipsformen, tørret i luften og derpå ved 110° C, overført i fast tilstand ved 1100° C. Overflaten på de av-kjølte formene blir slettet og sin tret i 10 minutter ved 1480° C.

Av den ovenfor nevnte plastiske masse med forhøyet konsistens ble der trukket rør med 1 mm ytre og 0,5 mm indre diameter som så ble behandlet som diglene ovenfor. De sentrede rør fremstilt på denne måte har en tetthet på 3,88—3,97 g/ml og holder nøyaktige mål, er gassfrie. På grunn av sin store renhet kan de spesielt fordelaktig anvendes i radiorør, da de f. eks. ikke angriper wolfram ved høyere temperatur.

Eksempel 3:

Avfall fra den pressmasse som ble brukt til pressing i eksempel 2 og gjøres ved hjelp av gassformig ammoniakk eller konsentrert ammonium-hydroksyd-oppløs-ning svakt alkalisk, hvorved massen blir tyntflytende. Den kan så brukes til støp-ning eller etter surgj øring med sur syre til pressing.

Eksempel 4:

100 kg alfa-korundpulver med en gjennomsnittlig kornstørrelse på 1 mikron blir med 10—14 kg vann, 7 kg kons. ammo-

niumhydroksyd og 2 kg spermolje oppløst i 6 kg alkohol forarbeidet til en tyntflytende støpemasse. Denne masse forarbeides til formstykker således som angitt i eksempel 1 eller 2. Mengden av fuktningsmiddel må i alminnelighet økes med økende fin-het av det korundpulver som brukes. Når den gjennomsnittlige kornstørrelse for det anvendte korundpulver ligger på 0,1 mikron, må man bruke det tre- eller fire-dobbelte av ovennevnte mengde. Når man fremstiller formstykker av den finkornige masse, øker dens fasthet ved 1000° C, be-arbeider dem, sintrer dem ved 1480° og deretter polerer dem får man formstykker med en overflateglatthet av finheten hq = 0,02—0,03.

Etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan en ikke bare fremstille homo-gene keramiske formstykker men også slike hvor større partikler ligger innesluttet i den sintrede korund-grunnmassen. Således kan på elektrisk vei fremstillede korund-partikler med hvilken som helst størrelse, eller siliciumkarbid eller andre karbider innesluttes. Således kan f. eks. elektro-korundkrystaller med en gjennomsnitts-størrelse på 1—2 mm innesluttes i en masse som er fremstilt etter eksempel 1. Mengden av disse elektrokorundkorn kan beløpe seg til 50—200 pst. regnet på den fine grunnmasse. På denne måte kan man fremstille 10—12 kg formstykker og brenne dem i en magnesittovn som er vanlig i indu-strien, med en krympning på 4—5 pst. Støpeskåler, støpeplugger, støpeforinger fremstilt på denne måte kan anvendes med fordel i elektrostålmetallurgien.

På ovennevnte måte kan også silicium-karbidkrystaller innesluttes i den sintrede finstruktur grunnmasse av korund. Ved den anvendte lave sintretemperatur opp-står en fast forbindelse mellom de nevnte stoffer. Formstykker av en slik blanding har en stor hårdhet. Ved de innesluttede siliciumkarbidkrystallene blir varmeled-ningsevnen til korundmassen ennu betrak-telig forhøyet. Man kan også av denne blandingen fremstille turbinskovler ved sintring. Likeledes kan man inneslutte andre stabile karbider og av en slik blanding fremstille fremragende slipesteiner og polerstein.

Eksempel 5:

I en masse ifølge eksempel 1 tilsetter man siliciumkarbid med 1 mikron gjennomsnittlig partikkelstørrelse i dobbelt mengde beregnet på det innarbeidede ko-rundutgangsmateriale. Blandingen støpes

til staver av 5—10 mm tverrmål i gipsform

og opparbeides på lignende måte som an-ført i eksempel 1. Stavene blir derpå tørret

ved 1100° C, underkastet en fasthetsøkende

varmebehandling og om ønskes bearbeidet,

f. eks. ved å bore i dem huller av 2 mm's

dybde og 1 mm's tverrmål. De sintres så

ved 1480° C. Disse staver kan brukes som

elektriske motstandslegemer. Av den ovennevnte masse kan man også lage slipesten.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til ved sintring av

kornet korundpulver å fremstille keramiske legemer, særlig formstykker som er egnet for metallbearbeidelse, eksempelvis skjære-verktøy og trekkringer, karakterisert ved at man som utgangsmateriale bruker a-korundpulver med en partikkelstørrelse på mindre enn 3 mikroner og med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på omkring 1 mikron eller mindre samt med et inn-hold av A1203 på minst 99,99 pst., og sintrer legemene ved temperaturer i området 1450—1500° C, fortrinsvis ved 1480° C, og holder sintringstiden så kort at minst 90 pst. av partiklene i den sintrede masse har en kornstørrelse som ikke overstiger 10 mikroner, idet man fortrinsvis ikke ut-setter formstykkene for den maksimale sintringstemperatur mer enn 15 minutter.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at man tørrer de av ko-rundpulveret fremstillede fuktige formstykker, underkaster dem en fasthets-økende varmebehandling under sintringstemperaturen mellom 1000 og 1400° C, be-arbeider de således behandlede formstykker til de ønskede dimensjoner, derpå sintrer dem og eventuelt glatter, f. eks. polerer de sintrede formstykker. I