SE465084B - Aluminiumtitanatkeramik - Google Patents

Description

2 1 465 084 ;e ¿ teknik enligt patentkravet 1 stabiliserats sa att sönderfalls- benägenheten nedbringats till ett minimum vid appliceringar inom det sa kallade mellantemperaturintervallet, d v s vid temperaturer mellan 1100°C och 1300°C, utan att andra egen- skaper pàverkas ofördelaktigt, såsom elasticitetsmodulen eller gränstemperaturen för användningen. Föreliggande aluminium- titanatkeramik avses likaså uppvisa en lag värmeutvidgnings- koefficient mellan rumstemperatur och 1000°C av maximalt 2,5 x 1a'6 K'1.

Man har i sammanhanget överraskande funnit att man genom va.. iakttagandet av entydigt fastställda, förhållandevis snäva gränser beträffande i aluminiumtitanatkeramik införlivade tillsatser d v s beträffande MgO, SiO2, Fe2O3 och La2O3, kan erhålla en produkt, som uppvisar utmärkt temperaturstabilitet, speciellt inom mellantemperaturintervallet mellan 1100°C och 1300°C. Detta uppnås dock endast i sådana fall, då speciellt tillsatserna SiO2 och Fe2O3 halles förhållandevis laga, vari- genom även dessutom uppnås att gränstemperaturen för använd- ning kan hàllas vid förhållandevis höga värden.

För att komma till rätta med angivna problemställningar utgår man fràn en aluminiumtitanatkeramik, vilken utmärkas därigenom att den uppvisar följande kemiska sammansättning: A12O3 40 till 60 viktprocent TiO2 35 till 45 viktprocent MgO 0,5 till 1,0 viktprocent ”i Si02 2,5 till 3,0 viktprocent Fe2O3 0,1 till 1,0 viktprocent La2O3 0,1 till 2,5 viktprocent varvid summan av HgO + Fe203 maximalt uppgår till 1,5 vikt- procent, räknat pà totalsammansättningen.

Pa basis av en speciellt föredragen sammansättning utgör halten La2O3 i aluminiumtitanatkeramiken 0,5 till 2,0 vikt- procent. Därvid uppnås en speciellt god temperaturchocbestän- dighet, d v s stabilisering inom temperaturintervallet mellan 1100°C och 1300°C.

Enligt en ytterligare föredragen sammansättning mot- svarar halten Fe2O3 i aluminiumtitanatkeramiken 0,5 till 1,0 465 084 3 viktprocent, vilket likaså ställer sig gynnsamt med avseende på temperaturchockbeständigheten.

Enligt ytterligare en föredragen sammansättning är hal- ten La2O3 0,5 till 1,5 viktprocent och halten Fe2O3 0,5 till 1,0 viktprocent.

Enligt teknikens ståndpunkt vid tillsatser av antingen MgO, Fe2O3 och/eller SiO2 med avseende pà aluminiumtitanat- keramikmaterialet, för att uppnå stabilisering inom mellan: temperaturintervallet. Vid de flesta tillämpningar med avseen- de pà formdelar av aluminiumtitanatkeramik, genomlöpes ett tempareturintervall cykler mellan rumstemperatur och 1300°C och därigenom även mellanttemperaturintervallet mellan 1100°C och 1300°C, eller också ifràgakommer t o m enbart temperaturer under 1100°C. Aluminiumtitanatkeramiken uppvisar dock maximalt sönderfallsbenägenhet vid cirka 1100°C. Vid denna sönderdel- ning sonderfaller aluminiumtitanatet i de enkla oxiderna AIZO3 och frioz, varigenom áiuminiumtitanatet, d v s ß-Aizrios, en- dast förefinnes kvar i ringa restmängder efter 100 timmars temperaturbehandling vid 1l00°C.

Aluminiumtitanatkeramik framställes på ett i sig känt sätt, varigenom utgàngsföreningarna eller utgangsoxiderna brä- nnes vid cirka 1400°C under ett flertal timmar, varvid denna bränning vanligen vidtas av de färdigformade formdelarna, och i detta sammanhang oxiderna överföres till aluminiumtitanat.

Halten aluminiumtitanat, d v s B-Al2TiO5, kan bestämmas i de brända aluminiumtitanatkeramikdelarna genom röntgendiffrak-/ tionsanalys pa basis av en standard.

Beträffande aluminiumtitanatkeramiken enligt föreliggan- de uppfinning är det nödvändigt, att MgO, SiO2, Fe2O3 och La2O3 pà samma gång ingår i oxidform, och att summan av MgO + Fe2O3 maximalt uppgår till 1,5 viktprocent.

Vid framställningen av aluminiumtitanatkeramiken enligt uppfinningsföremàlet kan Fe-andelarna och La-andelarna av ut- gàngsblandningen tillsättas i form av oxid, varvid dock dessa komponenter även kan tillföras i form av klorider, hydroxider, nitrater, acetater eller oxalater, och det ställer sig möj- ligt, att tillföra vattenlösliga föreningar i form av lösnin- gar varmed huvudkomoponenterna Al2O3 och TiO2 kan genomdrän- kas. 465 084 Det har visat sig, att beträffande föreliggande alumini- umtitanatkeramik effekten av de stabiliserande komponenterna MgO, Si02, Fe2O3 och La2O3 icke är additiv, utan att en syn- ergistisk effekt uppnås. Detta kan fastställas därigenom att jämförelseprover framställes, vari angivna fyra oxider ingår var för sig i form av tillsatser, och att efter glödgning vid 1100°C under 100 timmar genom röntgendiffrationsanalys (RBA) halten aluminiumtitant bestämmas i den glödgade keramikform- delen. -F Vid framställningen av aluminiumtitanatkeramiken enligt uppfínningsföremålet kan beträffande huvudbeståndsandelen Al203 respektive TiO2 samtliga gängse råmaterial komma till användning, d v s såväl naturliga som syntetiska råmaterial, till exempel Al2O3, mullit, aluminiumhydroxid, MgAL204, TiO2, La2TiO5, Fe2TiO5, varvid vid användning av utgángsràämnen, som innehåller Mg, La eller Fe, dessa givetvis endast behöver tillföras i sådan mängd, att de i patenkrav 1 angivna halterna för motsvarande oxid ingar i den färdiga aluminiumtitanat- keramiken.

För sådana fall då de rena huvudbeståndsdelarna Al203 respektive TiO2 användes kan man för uppnåendet av den erfod- erliga halten MgO, SiO2, Fe2O3 och La2O3 i utgångsblandningen tillsätta föreningar på basis av Mg, Si, Fe respektive La, exempelvis MgO, Mg(OH)2, MgCO3, Mg-A1-silikater, SiO2, leror, kaoliner, mullit, Fe2O3, Fe(OH)3, järnhaltiga leror, MgFe2O4, La(OH)3, La2TiO5, LaFEO3,La2Ti2O7 eller också La203. ' Det råmaterial, som väljes, kan bearbetas till massor med organiska bindemedel vid tillsats av ringa vattenmängder enligt i sig känt sätt, varur motsvarande formdelar kan er- hållas till exempel genom pressning, isotaktisk pressning, stränggjutning, slickergjutning, formsprutning etc.

Det ställer sig likaså möjligt att överföra delmängder eller slutblandningen av ràmaterialen före mässans upparbetning i en brännugn till ett förreagerat tillstånd.

-. G1 465 084 ,.

Uppfinninngen belyses närmare med utgångspunkt fràn ex- empel och jämförelseförsök som följer.

EXEMPEL Al2O3, TiO2, kaolin avsett för införlivandet av Si02, MgAl204, avsett för införlivandet av Mg0, Fe2O3 och La(OH>3 blandades samman i sådana mängder, så att den färdiga bland- ningen pà basis av oxider visade sammasättning som följer: Al2O3 52,3 viktprocent TiO2 41,7 viktprocent SiO2 2,56 viktprocent MgO 0,74 viktprocent Fe2O3 0,74 viktprocent La2O3 1,96 viktgrocent 100,00 viktprocent 100 viktdelar av utgàngsblandningen vàtmaldes med 0,5 viktdelar organiskt bindemedel i form av polyvinylalkohol och 0,25 viktdelar smörjmedel samt 100 viktdelar vatten under 12 timmar i en kulkvarn med Al2O3-kulor. Därpå vidtogs torkning vid 50°C, homgeniserades och formkroppar med diametern 50 mm och höjden 10 mm framställdes i en press vid presstrycket 100 MPa. Dessa formkroppar brändes vid 1370°C under 4 timmar.

Jämförelseförsök Arbetsmetodiken i exemplen upprepades, varvid i detta samman- hang dock icke någon tillsats av La(OH)3 och Fe2O3 vidtogs, d v s den brända aluminiumtitanatkeramiken innehöll därvid varken La2O3 eller Fe2O3, förutom de oundvikliga föroreningar- na på basis av Fe203.

Utgangsblandningen uppvisade sammasättning som följer: Al203 54,2 viktprocent Ti02 42,4 viktprocent S102 2,60 viktprocent Mg0 0,75 viktprocent Fe2O3 < 0,03 viktprocent (förorening) 465 084 De i enligt exemplet och jämförelseförsöket framställda form- kropparna glödgades under 100 timmar vid 1100°C. Därpå be- stämdes halten B-Al2TiO5 i formkropparna.

Erhàllna resultat finns sammanställda i tabellen som följer. Därav framgår, att föreliggande aluminiumtitanatkera- mik uppvisar väsentligt förbättrad stabilisering av alumi- niumtitanatkomponenter.

TABELL Exempel Jämförelseförsök (efter temperaturbehandling 1100°C/100 h) B-Al2Ti05 (%) 61 0 3bRt (MPa) 35 38 E-Modul stat.

Gränstemperatur-C-C) 1700 1700 vid användning (RT+-1000-C) (Z) 0,18 0,25 Hysteresyta ** 6 10 +RT = Rumstemperatur ** Hysteresytan bestämdes genom upphettning och nedkylning mellan 30°C och 1000°C jämte uppmätning av volymänd- ringen.

Ju mindre ytor man erhåller på basis av termisk hyste- resis, desto högre blir formkropparnas temperaturväxlingsbe- ständighet och därigenom blir den mekaniska försämringen vid temperaturändringar desto mindre, speciellt vid cykliska tem- peraturväxlingar.

Beträffande aluminiumtitanatkropparna enligt uppfinning- en uppvisar dessa i allmänhet hysteresytor 3 8, företrädesvis 5 5.

Föreliggande aluminiumtitanatkeramik är väl lämpad för applikationer/användningar som formdelar för kolvbottnar eller utloppsventiler i förbränningsmotorer samt likaså som stigrör. 465 084 Speciellt hos ifrågavarande motorkolvar inträffar stora tempe- raturförändringar, varvid föreliggande aluminiumtitanatkeramik är applicerbar/användbar i samband med värmeisolerade diesel- motorkolvar, vilka framställes i form av uppbyggnad baserad pà metall/keramikkombinationer.

Ytterligare en fördelaktig applikation/användning för aluminiumtitanatkeramiken enligt uppfinningsföremàlet inbegri- per likasà förskjutbara förslutningar och förslutningar med gänga avsedda för kärl med smälter, speciellt med icke järnme~ taller, och dysor jämte rännor för metallurgiska ändamål inne- fattas även. Formdelar av föreliggande aluminiumtitanatkeramik kan likaså ställa sig applicerbara/användbara som glasform- verktyg och glasomformningsverktyg, till exempel med avseende pà handformverktyg, blàsformverktyg, pressformverktyg och för- formverktyg, varvid förekommande verktyg pà basis av metall och trä antingen helt och_hà11et kan ersättas med delar av aluminiumtitanatkeramik eller också betydligt kan förbättras genom kombination med formdelar av aluminiumtitanatkeramik.

En ytterligare fördelaktig applikation/användning för aluminiumtitanatkeramiken enligt uppfinningen utgör applika- tion/användning som termiska isolerskikt, varvid bränd alumi- niumtitanatkeramik i krossad form kan anbringas genom sprut- ning, neddoppning, plasmasprutning, flamsprutning etc pà en yta. .o

Claims (4)

465 084 Patentkrav

1. Aluminiumtitanatkeramik med ringa sönderdelningsbe- nägenhet inom temperaturintervallet mellan 1100°C och 1300°C, vari ingår Al, Ti, Fe, Mg, Si i oxidform, k ä n n e t e c k- n a t av att den uppvisar följande kemiska sammansättninng: Al2O3 40 till 60 viktprocent TiO2 35 till 45 Viktprocent Mg0 0,5 till 1.0 viktprocent SiO2 2,5 till 3,0 viktprocent Fe2O3 0,1 till 1,0 viktprocent La2O3 0,1 till 2,5 viktprocent varvid summan av MgO + Fe2O3 maximalt uppgår till 1,5 vikt- procent.

2. Aluminiumtitanatkeramik enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att halten La2O3 är 0,5 till 2,0 viktpro- cent.

3. Aluminiumtitanatkeramik enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att halten Fe2O3 är 0,5 till 1,0 viktprocent.

4. Aluminiumtitanatkeramik enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att halten La2O3 är 0,5 till 1,5 viktprocent och att halten Fe2O3 är 0,5 till 1,0 viktprocent. l