WO1997036841A1 - Aluminium oxide ceramic plate and process for its production - Google Patents

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WO1997036841A1
WO1997036841A1 PCT/EP1997/001281 EP9701281W WO9736841A1 WO 1997036841 A1 WO1997036841 A1 WO 1997036841A1 EP 9701281 W EP9701281 W EP 9701281W WO 9736841 A1 WO9736841 A1 WO 9736841A1
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aluminum oxide
oxide material
ceramic
producing
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PCT/EP1997/001281
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Frank Wittig
Peter Stingl
Dieter Käfer
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Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics

Definitions

  • Ceramic disk made of an aluminum oxide material and process for its production
  • the invention relates to a ceramic disk made of a ceramic material with a high aluminum oxide content and a method for its production.
  • Aluminum oxide materials which have a high content of aluminum oxide. These materials are characterized by high hardness, wear resistance, strength, chemical resistance and good high temperature properties. They can be modified in a variety of ways with regard to porosity, chemical composition, structure, etc. In addition, the manufacturing process of aluminum oxide materials can be modified in a wide range. This group of materials can be used for a wide variety of applications: For example, as substrates, resistance support bodies or as surge arrester tubes for electronics, as wear-resistant and corrosion-resistant elements in aggressive environments such as for sanitary fittings, liquid containers or liquid preparation devices, as sliding or / and sealing elements in machine and apparatus construction .
  • Ceramic components for electronics and mechanical engineering in particular are subject to further narrowing of the permissible dimensional tolerances for large series. This increases the demands on the manufacturing process, which has a special vertical range of manufacture for ceramic materials and is therefore associated with higher expenses for the manufacture of the desired components and their properties.
  • sealing disks and similar disks are required, which are called control, regulating and control disks, for example, and which are installed in face slide valves.
  • they have surface optics measured from the optical point of view t A of 50 to 90%, preferably from 55 to 85%, and average roughness values R a from 0.05 to 0.35 ⁇ m, preferably from 0.08 to 0.30 ⁇ m.
  • This area of the surface support portion requires many pores or cutouts introduced during mechanical processing, the pores should have as few jagged surfaces as possible so that residues can be easily removed by washing after hard machining.
  • the pores preferably take on simple, possibly rounded to spherical shapes.
  • the invention is therefore based on the object of providing an aluminum oxide-rich material which fulfills the abovementioned conditions and can be produced by a process in which the shrinkage does not exceed ⁇ 0 over a difference in the maximum firing temperature of ⁇ 25 ° C. 15% absolute (percentage points) fluctuates and for the large-scale production of sealing washers and related washers for sanitary fittings and other devices, for example with slide gate elements is suitable.
  • Liquid preparation devices made of an aluminum oxide material with an Al 2 O 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, its SiO 2 content 1.5 to 4% by weight, its CaO content 0.2 to 0%, 9% by weight, whose MgO content is 0.1 to 0.6% by weight and whose Zr0 2 content is 0 to 2.5% by weight.
  • the object is achieved with a method for producing a Ceramic disk made of an aluminum oxide material with an Al 2 0 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that
  • % with 2.4 to 9% by weight of aggregates with a total composition of 1.5-4.0% by weight SiO 2 , 0.2-0.9% by weight CaO, 0.1-0, 6% by weight of MgO, 0.6-1.0% by weight of Al 2 0 3 and 0-2.5% by weight of Zr0 2 are mixed, processed into a ceramic mass, shaped and fired.
  • alumina Preferably 91, 8-95.8% by weight of alumina and 4.2-8.2% by weight of additives, in particular 5.2, 6.4 or 7.1% by weight, are used as starting materials for producing a material according to the invention. % Aggregates used.
  • the specific surface area of the alumina is preferably 0.6 to 1, 4 m 2 / g - measured by the BET single-point -, their particle size distribution, in particular 20 microns ⁇ d 5 o ⁇ SO microns and 70 microns ⁇ d 100 ⁇ 350 .mu.m - measured with the laser granulometer Cilas 850.
  • a grain size distribution with 30 ⁇ m ⁇ d 50 ⁇ 70 ⁇ m and 80 ⁇ m ⁇ d 100 ⁇ 300 ⁇ m is particularly preferred.
  • the alumina preferably has impurities in Na 2 0 0 0.1 wt%, Si0 2 0 0.1 wt%, CaO 0,0 0.05 wt% and Fe 2 0 3 0,0 0.05 wt. -%. Any types of aluminum oxides, aluminum hydroxides and their precursors such as aluminum ammonium alum are understood here as alumina.
  • the total composition of the additives preferably comprises: Si0 2 . 2.3-3.8% by weight, particularly preferably 3.0-3.5% by weight, CaO: 0.4-0.7% by weight,
  • Zr0 2 0.6-2.3% by weight, particularly preferably 1.5-2.1% by weight.
  • the content of impurities in the individual additives is preferably ⁇ 0.5% by weight absolute.
  • a ZrO 2 additive affects the tribological properties of functional surfaces from about 0.3% by weight.
  • An additive can be added as a mixture in the form of oxides, hydroxides, silicates, sulfates or / and other substances or as a single substance. It can be crystalline, semi-crystalline and / or amorphous.
  • silicates or silicates and silicon dioxide or oxides and silicon dioxide or their precursors can be used as additives.
  • a silicate for example, an additive with a composition approximately of CaSiO 3 , Al 2 Si 2 O 7 , Mg 3 Si 4 O 1 1 or ZrSiO 4 , but also of another composition can be used.
  • Preferably 0 to 3.2% by weight of zirconium silicate is added.
  • the ZrO 2 addition is particularly preferably at least 0.4% by weight.
  • Volatile constituents in particular H 2 O, but possibly also CO, CO 2 , F and others, are not taken into account here in order to make it easier to compare the offset information with the compositions in the fired state.
  • the volatile content may exceed 20% and possibly 30% by weight.
  • the batch with a composition according to the invention which is produced by mixing, can be homogenized in at least one processing unit, the particles of the batch being comminuted, for example by grinding, so that the reactivity of the starting materials and the homogeneity of the structure of the fired material are increased .
  • the processed mass can be a granulate, a slip or a compact mass, for example for extrusion. Granulation techniques such as spraying with a nozzle system, granulation plate or fluidized bed technology are suitable.
  • the shaping of the mass can be facilitated by adding organic auxiliaries known per se, for example a binder.
  • the density of the pressed moldings is preferably 52.5-67.2% of the theoretical sintered density.
  • the mass can be shaped using all known methods, preferably by dry pressing, isostatic pressing or extrusion.
  • the unfired molded articles produced in this way can then be fired, whereby the aluminum oxide material is finished.
  • the moldings are preferably fired at 1600 to 1750 ° C. for 0.5 h to 8 h or at 1550 to 1720 ° C. for more than 8 h.
  • the components made of an aluminum oxide material can then be hard-machined to adjust the dimensions or the surface properties of the flat functional surfaces. This material is produced according to known process steps with devices known per se. Further process steps can be switched on or after.
  • the aluminum oxide material according to the invention preferably has impurities in Na 2 0 1 1% by weight, particularly preferably 0,5 0.5% by weight, even more preferably 0,2 0.2% by weight, and in Fe 2 0 3 1 1% by weight. -%, particularly preferably ⁇ 0.5% by weight, even more preferably ⁇ 0.2% by weight.
  • a spinel - for example with an approximate composition of MgAI 2 O 4 , a phase with a composition of approximately Ca 0 15 Zr 0 85 O 1 85 or / and at least one glass phase.
  • at least one glass phase can occur, for example as SiO 2 glass and / or as CaAl silicate glass.
  • closed pores up to about 20 ⁇ m
  • closed pores indominantly 10 - 30 ⁇ m, eg with sealing washers
  • the pore size can be influenced by the degree of compaction during shaping and / or by plasticization. Suitable raw material qualities as well as sufficient homogenization of the mixture, sufficient compression during shaping and sufficient sintering conditions can ensure that no open pores through which flow can occur.
  • a lower compression than the compression considered favorable for example to about 2.35 g / cm 3 , for example to a compression density of 2.25 g / cm 3 , leaves larger pores in the fired body, while a stronger compression, for example of 2.40 g / cm 3 , smaller pores in the fired body results.
  • Larger pores of predominantly 10 to 30 ⁇ m are aimed for in the case of sealing washers, since this enables the load-bearing component and thus the adhesion when pairing two polished washers to be reduced.
  • the pores serve as a reservoir for lubricants (e.g. greases) and can also absorb particles from the liquid (e.g. sand).
  • the aluminum oxide material according to the invention can predominantly contain rounded or approximately spherical pores and have surfaces of the pores which are visible on flat functional surfaces, for example under the scanning electron microscope, which are not more jagged.
  • the material is characterized by high wear resistance.
  • SST tribometer from Wazau, Berlin, no run-in marks were found (disc-disc system, wet running and dry running, 30 min "1 , surface pressure 0.35 N / m 2 , running time 24 h).
  • the coefficient of friction in dry running is preferably less than 0.4, in wet running preferably 0 , 2; the test conditions correspond to those of the wear measurements.
  • Al 2 0 3 content (from several chemical analyzes) 93.0 - 94.9% by weight, mostly 93.3 or
  • E-module Grindosonic measuring device> 310 GPa, mostly about 325 GPa hardness H Vo (DKG Technical Committee Report No. 22/1981) about 1 100
  • the sealing washers are subjected to a grinding, lapping or / and polishing process in order to adjust the functional surface (s) with regard to their surface properties and flatness (often up to a maximum of 0.01 mm) and the height of the components.
  • a complex, intensive washing process which may include both acidic and basic baths can to remove the residues of mechanical processing from the functional surfaces.
  • the sealing washers have flat functional surfaces with an average roughness value R a of 0.05 - 0.35 ⁇ m and a surface load fraction t A of 50 to 90%.
  • the functional surfaces and / or the surfaces subsequently to be metallized are machined.
  • the fired and possibly also machined components are subjected to intensive washing, preferably to the extent that the components made from them have functional surfaces. If necessary, the fired and, if necessary, also machined components are metallized.
  • Figure 1 gives the development of the bulk density D in g / cm 3 depending on the
  • Figure 2 shows the shrinkage F in% as a function of
  • Figure 3 shows the development of the bulk density D in g / cm 3 depending on the
  • FIG. 4 illustrates the pores and breakouts on a functional surface of a sealing disk produced according to the invention on the basis of a scanning electron microscope image (example 1).
  • the powdered samples for measuring the grain distribution were prepared with the CILAS 850 laser granulometer as follows: The sample was dispersed in water with the addition of sodium pyrophosphate. Before the measurement, the sample was dispersed with ultrasound for 60 s, and ultrasound also acted on the suspension during the one-minute measurement.
  • the average roughness value R a was measured as an average over 2 individual measurements on 5 different components using a Hommel tester T20-DC from Hommelwerke GmbH using a TKE 100 stylus system with a stylus tip rounding r of approximately 5 ⁇ m and a skid radius R of approximately 30 mm over a measuring path of 4.8 mm each and with a cut off of 0.8 mm at a feed rate of 0.5 mm / s.
  • the surface load fraction t A was determined over 2 individual measurements on 5 different components using the Buehler omnimet image analyzer under a standard setting for the precise detection of the proportion of darker parts in the measuring area in a reflected light microscope with ⁇ x lens magnification and 600x total magnification on the screen using the appearance of the reflective Functional areas of the disks, as they are generated in production, determined.
  • the standard setting here discriminated, which made it possible to distinguish precisely between light-reflecting aluminum oxide material and darker pores and breakouts.
  • the aluminum oxide materials according to the invention are u.a. used for washers in sanitary fittings, liquid containers and / or liquid preparation devices.
  • magnesium silicate with the composition Al 2 Si 2 O 7 or Mg 3 Si 4 O 1 v
  • magnesium silicate of the composition Mg 3 Si 4 O 1 v 2.3% by weight of calcium silicate of the composition Al 2 Si 2 O 7 and 1.9% by weight of sodium feldspar, for example NaAISi 3 O 8 .
  • magnesium silicate with the composition Mg 3 Si 4 O 1 v
  • the materials A, B and C were produced under the same process engineering conditions as the materials according to the invention (example 1).
  • the difference in burning shrinkage is therefore more than four times as high as in Example 1 according to the invention, in which the bulk density fluctuation was 0.006 g / cm 3 and the shrinkage fluctuation was 0.14% absolute.
  • Example 1 With materials B and C, too, the density (FIG. 3), the density-dependent material properties and the fading shrinkage fluctuated significantly more than in the material according to the invention.
  • Example 1 With materials B and C, too, the density (FIG. 3), the density-dependent material properties and the fading shrinkage fluctuated significantly more than in the material according to the invention.
  • Example 1 Example 1 :
  • Raw materials with an approximate composition of CaSiO 3 , Al 2 Si 2 O 7 , Mg 3 Si 4 O 1 1 or ZrSiO 4 were used as additives.
  • a mixture of 100 kg of the starting materials corresponding to the composition mentioned was placed in a drum mill and mixed with 38 kg of water.
  • the mixture was homogenized with 315 kg of aluminum oxide balls for at least 40 h and ground.
  • the drum was rinsed with 5 liters of water; the rinse water was added to the batch.
  • the size distribution of the pressable granulate was between 40 and 300 ⁇ m.
  • the mass was shaped by dry pressing, blanks for sealing washers being pressed. Thereafter, the unfired molded articles produced in this way were heated in an electrically heated oven to 1680 ° C., held at this temperature for 2 hours and cooled without any further energy supply.
  • This material was produced according to known process steps with devices known per se.
  • the small fluctuations in raw density correlate with correspondingly small fluctuations in the burning shrinkage:
  • FIG. 2 shows the burning shrinkage as a function of the burning temperature. The following formula was used to calculate the burning shrinkage:
  • the fluctuation in the combustion shrinkage in the temperature range between 1648 ° C. and 1695 ° C. is 0.14% absolute.
  • Lower fluctuations in shrinkage are synonymous with Significantly less dimensional and shape fluctuations of the fired components and thus ensure higher process reliability.
  • the manufacturing method according to the invention only enables the production of complicatedly shaped components with narrow dimensional, shape and position tolerances or significantly reduces the manufacturing costs. If one takes into account that the temperature differences in tunnel and chamber furnaces are often between 30 and 50 ° C, the advantage of a material with low fluctuations in raw density and more uniform combustion shrinkage becomes clear.
  • the firing temperature was chosen so that the fired shaped body is tight after firing, so it contains no open or flowable pores. Such pores are not permitted due to the later sealing function.
  • the burning density must therefore usually be at least 94% of the theoretical density.
  • a certain closed porosity is necessary in order to keep the adhesive forces between the washers of the later seal pairing as low as possible due to the required smooth movement of the valve.
  • the functional surfaces of the fired blanks were then ground to size and polished. After polishing, the finished sealing washers were cleaned intensively in a washing machine, including with a solution containing citric acid with a pH value of 2. Clean functional surfaces without residues from mechanical processing such as diamond and abrasion were obtained.
  • the washability and cleanliness here essentially depend on the pore shape and the formation of the surface of the cutouts and pores. If the firing temperature is too low, the pore surface remains very jagged and undercut. Residues can then only be removed with very aggressive cleaning agents (e.g. hydrochloric acid) or not completely. Only from a certain firing temperature, which also depends on the properties of a glass phase that may be present, is the pore surface sufficiently spherical. The residues can then be washed out more easily.
  • very aggressive cleaning agents e.g. hydrochloric acid
  • the firing temperature required to meet the above-mentioned requirements is approximately 1670 ° C to 1680 ° C (cf. Figures 1 and 2).
  • FIG. 4 shows the pores and breakouts on a functional surface of a sealing disk produced according to the invention as a scanning electron microscope image (example 1).
  • phase stock in the fired material grains or areas of zirconium ZrSiO 4 , which include both SiO 2 and baddeleyite ZrO 2 ; a phase with a composition of approximately Ca 0 i 5Zr 0 85 O 1 85 , a CaAl silicate glass phase in gussets and SiO 2 in other gussets.

Abstract

The invention relates to a ceramic plate for use in sanitary fittings, liquid containers or liquid preparation devices, made of an aluminium oxide material with an Al2O3 content of 91.6 to 98.2 wt.%, in which the proportion in the aluminium oxide material of SiO2 is 1.5 to 4 wt.%, of CaO is 0.2 to 0.9 wt.%, of MgO is 0.1 to 0.6 wt.% and of ZrO2 is 0 to 2.5 wt.%. The invention also relates to a process for producing a ceramic plate of an aluminium oxide material with an Al2O3 content of 91.6 to 98.2 wt.% according to which are mixed 91.0 to 97.6 wt.% of an alumina with a specific area of 0.4 to 2 m2/g, a grain distribution of 10 νm < d¿50? < 100 νm and of 60 νm < d100 < 400 νm and with impurities of Na2O ≤ 0.2 wt.%, SiO2 ≤ 0.2 wt.%, CaO ≤ 0.1 wt.% and Fe2O3 ≤ 0.1 wt.% and 2.4 to 9 wt.% of additives with a total composition of 1.5 to 4.0 wt.% SiO2, 0.2 to 0.9 wt.% CaO, 0.1 to 0.6 wt.% MgO, 0.6 to 1.0 wt.% Al2O3 and 0 to 2.5 wt.% ZrO2, worked into a ceramic mass, shaped and fired.

Description

Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff und Verfahren zu ihrer HerstellungCeramic disk made of an aluminum oxide material and process for its production
Die Erfindung betrifft eine Keramikscheibe aus einem keramischen Werkstoff mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to a ceramic disk made of a ceramic material with a high aluminum oxide content and a method for its production.
Es sind viele Werkstoffe der Technischen Keramik bekannt, die einen hohen Gehalt an Aluminiumoxid aufweisen. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe Härte, Verschleißbeständigkeit, Festigkeit, chemische Beständigkeit und gute Hochtemperatureigenschaften aus. Sie lassen sich in vielfältiger Weise bezüglich Porosität, chemischer Zusammensetzung, Gefüge usw. abwandeln. Außerdem läßt sich das Herstellverfahren der Aluminiumoxidwerkstoffe in weiten Bereichen modifizieren. Diese Werkstoffgruppe läßt sich für die unterschiedlichsten Anwendungen einsetzen: Beispielsweise als Substrate, Widerstandstragkörper oder als Überspannungsableiterröhrchen für die Elektronik, als verschleißbeständige und korrosionsbeständige Elemente in aggressiver Umgebung wie für Sanitärarmaturen, Flüssigkeitsbehältnisse oder Flüssigkeitszubereitungsvorrichtungen, als Gleit- oder/und Dichtelemente im Maschinen- und Apparatebau.Many technical ceramic materials are known which have a high content of aluminum oxide. These materials are characterized by high hardness, wear resistance, strength, chemical resistance and good high temperature properties. They can be modified in a variety of ways with regard to porosity, chemical composition, structure, etc. In addition, the manufacturing process of aluminum oxide materials can be modified in a wide range. This group of materials can be used for a wide variety of applications: For example, as substrates, resistance support bodies or as surge arrester tubes for electronics, as wear-resistant and corrosion-resistant elements in aggressive environments such as for sanitary fittings, liquid containers or liquid preparation devices, as sliding or / and sealing elements in machine and apparatus construction .
Insbesondere keramische Komponenten für Elektronik und Maschinenbau unterliegen bei Großserien einer weitergehenden Einengung der zulässigen Maßtoleranzen. Damit steigen die Anforderungen an das Herstellverfahren, das für keramische Werkstoffe eine besondere Fertigungstiefe aufweist und daher mit höheren Aufwendungen für die Fertigung der gewünschten Bauteile und ihrer Eigenschaften verbunden ist.Ceramic components for electronics and mechanical engineering in particular are subject to further narrowing of the permissible dimensional tolerances for large series. This increases the demands on the manufacturing process, which has a special vertical range of manufacture for ceramic materials and is therefore associated with higher expenses for the manufacture of the desired components and their properties.
Für Sanitärarmaturen werden Dichtscheiben und ähnliche Scheiben benötigt, die beispielsweise als Kontroll-, Regel- und Steuerscheiben bezeichnet werden und die in Planschieberventile eingebaut werden. Im allgemeinen weisen sie lichtoptisch gemessene Oberflächentraganteile tA von 50 bis 90 %, vorzugsweise von 55 bis 85 %, sowie Mittenrauhwerte Ra von 0,05 bis 0,35 μm, vorzugsweise von 0,08 bis 0,30 μm, auf. Dieser Bereich des Oberflächentraganteils erfordert viele Poren bzw. im Rahmen der mechanischen Bearbeitung eingebrachte Ausbrüche, wobei die Poren möglichst wenig zerklüftete Oberflächen aufweisen sollten, damit Rückstände nach der Hartbearbeitung durch Waschen leicht entfernt werden können. Vorzugsweise nehmen die Poren einfache, möglichst gerundete bis kugelähnliche Formen an.For sanitary fittings, sealing disks and similar disks are required, which are called control, regulating and control disks, for example, and which are installed in face slide valves. In general, they have surface optics measured from the optical point of view t A of 50 to 90%, preferably from 55 to 85%, and average roughness values R a from 0.05 to 0.35 μm, preferably from 0.08 to 0.30 μm. This area of the surface support portion requires many pores or cutouts introduced during mechanical processing, the pores should have as few jagged surfaces as possible so that residues can be easily removed by washing after hard machining. The pores preferably take on simple, possibly rounded to spherical shapes.
Beim Brennen von keramischen Werkstoffen im Produktionsmaßstab treten in Kammeröfen und Tunnelöfen unvermeidbare größere Differenzen der Brenntemperatur über den Ofenquerschnitt auf, die wiederum zu größeren Schwankungen bei Schwindung, Dichte, Porosität, Gefüge und evtl. auch bei mehreren weiteren Eigenschaften führen. Die Abmessungen sowie Form, Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften schwanken entsprechend.When firing ceramic materials on a production scale, there are inevitable larger differences in firing temperature across the furnace cross-section in chamber furnaces and tunnel furnaces, which in turn lead to greater fluctuations in shrinkage, density, porosity, structure and possibly also with several other properties. The dimensions, shape, material and surface properties fluctuate accordingly.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aluminiumoxid-reichen Werkstoff bereitzustellen, der die oben genannten Bedingungen erfüllt und sich mit einem Verfahren herstellen läßt, bei dem die Brennschwindung über eine Differenz der maximalen Brenntemperatur von ± 25 °C nicht mehr als ± 0,15 % absolut (Prozentpunkte) schwankt und für die Großserienfertigung von Dichtscheiben und verwandten Scheiben für Sanitärarmaturen und andere Vorrichtungen z.B. mit Planschieberelementen geeignet ist.The invention is therefore based on the object of providing an aluminum oxide-rich material which fulfills the abovementioned conditions and can be produced by a process in which the shrinkage does not exceed ± 0 over a difference in the maximum firing temperature of ± 25 ° C. 15% absolute (percentage points) fluctuates and for the large-scale production of sealing washers and related washers for sanitary fittings and other devices, for example with slide gate elements is suitable.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Keramikscheibe zur Verwendung in Sanitärarmaturen, Flüssigkeitsbehältnissen oderThe problem is solved with a ceramic disc for use in sanitary fittings, liquid containers or
Flüssigkeitszubereitungsvorrichtungen aus einerr Aluminiumoxidwerkstoff mit einem AI2O3-Gehalt von 91 ,6 bis 98,2 Gew.-%, dessen Gehalt an SiO2 1 ,5 bis 4 Gew.-%, dessen Gehalt an CaO 0,2 bis 0,9 Gew.-%, dessen Gehalt an MgO 0,1 bis 0,6 Gew.-% und dessen Gehalt an Zr02 0 bis 2,5 Gew.-% beträgt.Liquid preparation devices made of an aluminum oxide material with an Al 2 O 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, its SiO 2 content 1.5 to 4% by weight, its CaO content 0.2 to 0%, 9% by weight, whose MgO content is 0.1 to 0.6% by weight and whose Zr0 2 content is 0 to 2.5% by weight.
Ferner wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eine Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff mit einem Gehalt an Al203 von 91 ,6 bis 98,2 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daßFurthermore, the object is achieved with a method for producing a Ceramic disk made of an aluminum oxide material with an Al 2 0 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that
91 ,0 bis 97,6 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 0,4 bis 2 m2/g, mit einer Kornverteilung von 10 μm < d50 < 100 μm und 60 μm < d100 < 400 μm und mit Verunreinigungen Na20 ≤ 0,2 Gew.-%, Si02 ≤ 0,2 Gew.-%, CaO ≤ 0,1 Gew.-% und Fe203 ≤ 0,1 Gew.-91.0 to 97.6% by weight of an alumina with a specific surface area of 0.4 to 2 m 2 / g, with a particle size distribution of 10 μm <d 50 <100 μm and 60 μm <d 100 <400 μm and with impurities Na 2 0 ≤ 0.2% by weight, Si0 2 ≤ 0.2% by weight, CaO ≤ 0.1% by weight and Fe 2 0 3 ≤ 0.1% by weight
% mit 2,4 bis 9 Gew.-% von Zuschlagstoffen mit einer Gesamtzusammensetzung von 1 ,5 - 4,0 Gew.-% Si02, 0,2 - 0,9 Gew.-% CaO, 0,1 - 0,6 Gew.-% MgO, 0,6 - 1 ,0 Gew.-% Al203 und 0 - 2,5 Gew.- % Zr02 gemischt werden, zu einer keramischen Masse verarbeitet, geformt und gebrannt werden.% with 2.4 to 9% by weight of aggregates with a total composition of 1.5-4.0% by weight SiO 2 , 0.2-0.9% by weight CaO, 0.1-0, 6% by weight of MgO, 0.6-1.0% by weight of Al 2 0 3 and 0-2.5% by weight of Zr0 2 are mixed, processed into a ceramic mass, shaped and fired.
Vorzugsweise werden als Ausgangsstoffe zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkstoffs 91 ,8 - 95,8 Gew.-% Tonerde und 4,2 - 8,2 Gew.-% Zuschlagstoffe, insbesondere 5,2, 6,4 oder 7,1 Gew.-% Zuschlagstoffe verwendet.Preferably 91, 8-95.8% by weight of alumina and 4.2-8.2% by weight of additives, in particular 5.2, 6.4 or 7.1% by weight, are used as starting materials for producing a material according to the invention. % Aggregates used.
Die spezifische Oberfläche der Tonerde beträgt vorzugsweise 0,6 bis 1 ,4 m2/g - gemessen mit BET-Einpunktmessung -, ihre Kornverteilung insbesondere 20 μm < d5o < SO μm und 70 μm < d100 < 350 μm - gemessen mit dem Lasergranulometer Cilas 850. Besonders bevorzugt ist eine Kornverteilung mit 30 μm < d50 < 70 μm und 80 μm < d100 < 300 μm. Vorzugsweise weist die Tonerde Verunreinigungen auf an Na20 ≤ 0, 1 Gew.-%, Si02 ≤ 0, 1 Gew.-%, CaO ≤ 0,05 Gew.-% und Fe203 ≤ 0,05 Gew.-%. Als Tonerde werden hier jegliche Typen von Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden und deren Precursoren wie z.B. Aluminiumammoniumalaun verstanden.The specific surface area of the alumina is preferably 0.6 to 1, 4 m 2 / g - measured by the BET single-point -, their particle size distribution, in particular 20 microns <d 5 o <SO microns and 70 microns <d 100 <350 .mu.m - measured with the laser granulometer Cilas 850. A grain size distribution with 30 μm <d 50 <70 μm and 80 μm <d 100 <300 μm is particularly preferred. The alumina preferably has impurities in Na 2 0 0 0.1 wt%, Si0 2 0 0.1 wt%, CaO 0,0 0.05 wt% and Fe 2 0 3 0,0 0.05 wt. -%. Any types of aluminum oxides, aluminum hydroxides and their precursors such as aluminum ammonium alum are understood here as alumina.
Die Gesamtzusammensetzung der Zuschlagstoffe umfaßt jeweils vorzugsweise: Si02. 2,3 - 3,8 Gew.-%, besonders bevorzugt 3,0 - 3,5 Gew.-%, CaO: 0,4 - 0,7 Gew.-%,The total composition of the additives preferably comprises: Si0 2 . 2.3-3.8% by weight, particularly preferably 3.0-3.5% by weight, CaO: 0.4-0.7% by weight,
MgO: 0,2 - 0,5 Gew.-%,MgO: 0.2-0.5% by weight,
Al203: 0,7 - 0,9 Gew.-% bzw.Al 2 0 3: 0.7-0.9% by weight or
Zr02: 0,6 - 2,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 ,5 - 2, 1 Gew.-%. Vorzugsweise ist der Gehalt an Verunreinigungen in den einzelnen Zuschlagstoffen jeweils ≤ 0,5 Gew.-% absolut. Ein ZrO2-Zusatz wirkt sich etwa ab 0,3 Gew.-% auf die tribologischen Eigenschaften von Funktionsflächen aus.Zr0 2: 0.6-2.3% by weight, particularly preferably 1.5-2.1% by weight. The content of impurities in the individual additives is preferably ≤ 0.5% by weight absolute. A ZrO 2 additive affects the tribological properties of functional surfaces from about 0.3% by weight.
Ein Zuschlagstoff kann als Gemisch in Form von Oxiden, Hydroxiden, Silicaten, Sulfaten oder/und anderen Stoffen zugegeben werden oder als einzelner Stoff. Er kann kristallin, teilkristallin oder/und amorph vorliegen. Insbesondere können als Zuschlagstoffe Silicate oder Silicate und Siliciumdioxid oder Oxide und Siliciumdioxid oder deren Precursoren eingesetzt werden. Als oder für ein Silicat kann beispielsweise ein Zuschlagstoff mit einer Zusammensetzung ungefähr von CaSiO3, AI2Si2O7, Mg3Si4O1 1 oder ZrSiO4, aber auch von einer anderen Zusammensetzung verwendet werden. Vorzugsweise werden 0 bis 3,2 Gew.-% Zirkonsilicat zugesetzt. Der ZrO2-Zusatz beträgt besonders bevorzugt mindestens 0,4 Gew.-%.An additive can be added as a mixture in the form of oxides, hydroxides, silicates, sulfates or / and other substances or as a single substance. It can be crystalline, semi-crystalline and / or amorphous. In particular, silicates or silicates and silicon dioxide or oxides and silicon dioxide or their precursors can be used as additives. As or for a silicate, for example, an additive with a composition approximately of CaSiO 3 , Al 2 Si 2 O 7 , Mg 3 Si 4 O 1 1 or ZrSiO 4 , but also of another composition can be used. Preferably 0 to 3.2% by weight of zirconium silicate is added. The ZrO 2 addition is particularly preferably at least 0.4% by weight.
Flüchtige Bestandteile, insbesondere H2O, ggbfs. aber auch CO, CO2, F und andere, werden hierbei nicht berücksichtigt, um die Versatzangaben leichter mit den Zusammensetzungen im gebrannten Zustand vergleichen zu können. Der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen kann 20 und ggbfs. auch 30 Gew.-% übersteigen.Volatile constituents, in particular H 2 O, but possibly also CO, CO 2 , F and others, are not taken into account here in order to make it easier to compare the offset information with the compositions in the fired state. The volatile content may exceed 20% and possibly 30% by weight.
Der Ansatz mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, der durch Mischen hergestellt wird, kann in mindestens einem Aufbereitungsaggregat homogenisiert werden, wobei die Partikel des Ansatzes zerkleinert werden können, beispielsweise durch Mahlung, so daß sich die Reaktivität der Ausgangsstoffe und die Homogenität des Gefüges des gebrannten Werkstoffes erhöht. Die aufbereitete Masse kann ein Granulat, ein Schlicker oder eine kompakte Masse z.B. zum Strangpressen sein. Granulationstechniken wie z.B. Sprühen mit Düsensystem, Granulierteller- oder Wirbelschichttechnik sind geeignet. Durch Zusatz von an sich bekannten organischen Hilfsmitteln wie beispielsweise eines Binders kann die Formgebung der Masse erleichtert werden. Die Dichte der gepreßten Formkörper beträgt dabei vorzugsweise 52,5 - 67,2 % der theoretischen Sinterdichte. Die Formgebung der Masse kann mit allen bekannten Verfahren erfolgen, vorzugsweise durch Trockenpressen, isostatisches Pressen oder Strangpressen. Danach können die hierdurch hergestellten ungebrannten Formkörper gebrannt werden, wodurch der Aluminiumoxidwerkstoff fertiggestellt wird. Vorzugsweise werden die Formkörper über 0,5 h bis 8 h bei 1600 bis 1750 °C oder über mehr als 8 h bei 1550 bis 1720 °C gebrannt. Die aus einem Aluminiumoxidwerkstoff gefertigen Bauteile können anschließend hartbearbeitet werden, um die Abmessungen bzw. die Oberflächeneigenschaften der ebenen Funktionsflächen einzustellen. Die Herstellung dieses Werkstoffs geschieht nach an sich bekannten Verfahrensschritten mit an sich bekannten Vorrichtungen. Weitere Verfahrensschritte können ein- oder nachgeschaltet sein.The batch with a composition according to the invention, which is produced by mixing, can be homogenized in at least one processing unit, the particles of the batch being comminuted, for example by grinding, so that the reactivity of the starting materials and the homogeneity of the structure of the fired material are increased . The processed mass can be a granulate, a slip or a compact mass, for example for extrusion. Granulation techniques such as spraying with a nozzle system, granulation plate or fluidized bed technology are suitable. The shaping of the mass can be facilitated by adding organic auxiliaries known per se, for example a binder. The density of the pressed moldings is preferably 52.5-67.2% of the theoretical sintered density. The mass can be shaped using all known methods, preferably by dry pressing, isostatic pressing or extrusion. The unfired molded articles produced in this way can then be fired, whereby the aluminum oxide material is finished. The moldings are preferably fired at 1600 to 1750 ° C. for 0.5 h to 8 h or at 1550 to 1720 ° C. for more than 8 h. The components made of an aluminum oxide material can then be hard-machined to adjust the dimensions or the surface properties of the flat functional surfaces. This material is produced according to known process steps with devices known per se. Further process steps can be switched on or after.
Der erfindungsgemäße Aluminiumoxidwerkstoff weist vorzugsweise Verunreinigungen an Na20 ≤ 1 Gew.-%, besonders bevorzugt ≤ 0,5 Gew.-%, noch weiter bevorzugt ≤ 0,2 Gew.-%, und an Fe203 ≤ 1 Gew.-%, besonders bevorzugt ≤ 0,5 Gew.-%, noch weiter bevorzugt ≤ 0,2 Gew.-% auf. Vorzugsweise liegen als Phasenbestand im gebrannten Werkstoff neben Korund AI2O3 Baddeleyit ZrO2, Zirkon ZrSiO4, kristallines SiO2, ein Spinell - beispielsweise mit einer ungefähren Zusammensetzung von MgAI2O4, eine Phase mit einer Zusammensetzung von näherungsweise Ca0 15Zr0 85O1 85 oder/und mindestens eine Glasphase vor. Insbesondere bei einem erhöhten SiO2-Gehalt kann mindestens eine Glasphase auftreten, beispielsweise als SiO2- Glas oder/und als CaAl-Silicatglas.The aluminum oxide material according to the invention preferably has impurities in Na 2 0 1 1% by weight, particularly preferably 0,5 0.5% by weight, even more preferably 0,2 0.2% by weight, and in Fe 2 0 3 1 1% by weight. -%, particularly preferably ≤ 0.5% by weight, even more preferably ≤ 0.2% by weight. In addition to corundum Al 2 O 3 baddeleyite ZrO 2 , zircon ZrSiO 4 , crystalline SiO 2 , a spinel - for example with an approximate composition of MgAI 2 O 4 , a phase with a composition of approximately Ca 0 15 Zr 0 85 O 1 85 or / and at least one glass phase. In particular with an increased SiO 2 content, at least one glass phase can occur, for example as SiO 2 glass and / or as CaAl silicate glass.
Je nach Anwendung sind eher kleine geschlossene Poren (bis etwa 20 μm) oder eher größere geschlossene Poren (vorwiegend 10 - 30 μm, z.B. bei Dichtscheiben) geeignet. Die Porengröße ist hierbei über den Verdichtungsgrad bei der Formgebung und/oder durch die Plastifizierung beeinflußbar. Durch geeignete Rohstoffqualitäten sowie ausreichende Homogenisierung der Mischung, ausreichende Verdichtung bei der Formgebung und ausreichende Sinterbedingungen kann sichergestellt werden, daß keine durchströmbaren offenen Poren auftreten.Depending on the application, there are rather small closed pores (up to about 20 μm) or rather larger closed pores (predominantly 10 - 30 μm, eg with sealing washers) are suitable. The pore size can be influenced by the degree of compaction during shaping and / or by plasticization. Suitable raw material qualities as well as sufficient homogenization of the mixture, sufficient compression during shaping and sufficient sintering conditions can ensure that no open pores through which flow can occur.
Eine geringere Verdichtung als die als günstig angesehene Verdichtung auf beispielsweise etwa 2,35 g/cm3, z.B. auf eine Preßdichte von 2,25 g/cm3, hinterläßt im gebrannten Körper größere Poren, während eine stärkere Verdichtung, z.B. von 2,40 g/cm3, kleinere Poren im gebrannten Körper ergibt. Bei Dichtscheiben werden größere Poren von vorwiegend 10 bis 30 μm angestrebt, da hierdurch der Traganteil und somit die Adhäsion bei einer Paarung aus zwei polierten Scheiben verringert werden kann. Die Poren dienen als Reservoir für Schmiermittel (z.B. Fette) und können ebenso Partikel aus der Flüssigkeit (z.B. Sand) aufnehmen.A lower compression than the compression considered favorable, for example to about 2.35 g / cm 3 , for example to a compression density of 2.25 g / cm 3 , leaves larger pores in the fired body, while a stronger compression, for example of 2.40 g / cm 3 , smaller pores in the fired body results. Larger pores of predominantly 10 to 30 μm are aimed for in the case of sealing washers, since this enables the load-bearing component and thus the adhesion when pairing two polished washers to be reduced. The pores serve as a reservoir for lubricants (e.g. greases) and can also absorb particles from the liquid (e.g. sand).
Es wurde überraschend gefunden, daß es trotz einer Brennschwindung in der Größenordnung von etwa 15 bis 16 % möglich ist, bei einer Schwankung der Sintertemperatur um ± 25 °C Schwankungen der Brennschwindung nur von ≤ 0,3 % und sogar nur von ≤ 0,2 % oder ≤ 0,15 % und Schwankungen der Sinterdichte nur von ≤ 0,03 g/cm3 oder sogar nur von ≤ 0,015 g/cm3 oder ≤ 0,01 g/cm3 zu erhalten. Der erfindungsgemäße Aluminiumoxidwerkstoff kann hierbei vorwiegend verrundete oder annähernd kugelförmige Poren enthalten und Oberflächen der Poren aufweisen, wie sie auf ebenen Funktionsflächen z.B. unter dem Rasterelektronenmikroskop sichtbar sind, die nicht stärker zerklüftet sind.It has surprisingly been found that, despite a shrinkage in the order of magnitude of about 15 to 16%, with a fluctuation in the sintering temperature of ± 25 ° C. fluctuations in the shrinkage are only ≤ 0.3% and even only ≤ 0.2 % or ≤ 0.15% and fluctuations in the sintered density of only ≤ 0.03 g / cm 3 or even only ≤ 0.015 g / cm 3 or ≤ 0.01 g / cm 3 . The aluminum oxide material according to the invention can predominantly contain rounded or approximately spherical pores and have surfaces of the pores which are visible on flat functional surfaces, for example under the scanning electron microscope, which are not more jagged.
Der Werkstoff zeichnet sich durch hohe Verschleißfestigkeit aus. Im Versuchslauf mit einem Tribometer vom Typ SST der Firma Wazau, Berlin, konnten keine Einlaufspuren festgestellt werden (System Scheibe-Scheibe, Naßlauf und Trockenlauf, 30 min"1 , Flächenpressung 0,35 N/m2, Laufzeit 24 h). Die Reibwerte liegen im Trockenlauf vorzugsweise unter 0,4, im Naßlauf vorzugsweise bei 0,2; die Versuchsbedingungen entsprechen denen der Verschleißmessungen.The material is characterized by high wear resistance. In a test run with a SST tribometer from Wazau, Berlin, no run-in marks were found (disc-disc system, wet running and dry running, 30 min "1 , surface pressure 0.35 N / m 2 , running time 24 h). The coefficient of friction in dry running is preferably less than 0.4, in wet running preferably 0 , 2; the test conditions correspond to those of the wear measurements.
Die erfindungsgemaßen Werkstoffe wurden durch folgende Werkstnfffiigen- srhaften charakterisiert (Beispiel 1 ):The materials according to the invention were characterized by the following materials (Example 1):
Al203-Gehalt (aus mehreren chemischen Analysen) 93,0 - 94,9 Gew.-%, meist 93,3 bzw.Al 2 0 3 content (from several chemical analyzes) 93.0 - 94.9% by weight, mostly 93.3 or
94,5 Gew.-% Sinterdichte (Auftriebmethode) > 3,73 g/cm3, meist etwa 3,75 g/cm3 offene Porosität (DIN VDE 0335) 0 %94.5% by weight sintered density (buoyancy method)> 3.73 g / cm 3 , mostly about 3.75 g / cm 3 open porosity (DIN VDE 0335) 0%
Biegefestigkeit (DIN 51 1 10, 1 ; Vierpunktmessung) > 300 MPa, meistFlexural strength (DIN 51 1 10, 1; four-point measurement)> 300 MPa, mostly
(Rollenabstände 40/20 mm, Stäbe L48 B4 H3 mm) etwa 310 MPa(Roller distances 40/20 mm, rods L48 W4 H3 mm) about 310 MPa
E-Modul (Meßgerät Grindosonic) > 310 GPa, meist etwa 325 GPa Härte HVo (DKG-Fachausschußbericht Nr. 22/1981 ) etwa 1 100E-module (Grindosonic measuring device)> 310 GPa, mostly about 325 GPa hardness H Vo (DKG Technical Committee Report No. 22/1981) about 1 100
Wärmeleitfähigkeit (Laserflash-Methode) etwa 24 W/mKThermal conductivity (laser flash method) about 24 W / mK
Längenausdehnungskoeffizient (Dilatometer) WAK2CM000oC (6,8 - 9,5)-10~6K~\ meist(7, 1 -8,5) l0"6K"1 Porengrößen (Rasterelektronenmikroskop) meist etwa 2 - 40 μm Coefficient of linear expansion (dilatometer) WAK 2CM000 o C (6.8 - 9.5) -10 ~ 6 K ~ \ mostly (7, 1 -8.5) 10 "6 K " 1 pore sizes (scanning electron microscope) mostly about 2 - 40 μm
Spezifischer elektrischer Durchgangswiderstand Etwa 1014 Ω cm.Specific electrical volume resistance About 10 14 Ω cm.
Die Dichtscheiben werden nach dem Sintern einem Schleif-, Läpp- oder/und Polierprozeß unterzogen, um die Funktionsfläche(n) bezüglich ihrer Oberflächeneigenschaften und Ebenheit (oft bis maximal 0,01 mm) sowie die Höhe der Bauteile einzustellen. Dem schließt sich ein aufwendiger intensiver Waschprozeß an, der ggbfs. sowohl saure, als auch basische Bäder umfassen kann, um die Rückstände der mechanischen Bearbeitung aus den Funktionsflächen zu entfernen. Die Dichtscheiben weisen ebene Funktionsflächen mit einem Mittenrauhwert Ra von 0,05 - 0,35 μm und einen Oberflächentraganteil tA von 50 bis 90 % auf.After sintering, the sealing washers are subjected to a grinding, lapping or / and polishing process in order to adjust the functional surface (s) with regard to their surface properties and flatness (often up to a maximum of 0.01 mm) and the height of the components. This is followed by a complex, intensive washing process, which may include both acidic and basic baths can to remove the residues of mechanical processing from the functional surfaces. The sealing washers have flat functional surfaces with an average roughness value R a of 0.05 - 0.35 μm and a surface load fraction t A of 50 to 90%.
Auch bei Bauteilen für andere als die zuletzt genannten Zwecke werden die Funktionsflächen oder/und die anschließend zu metallisierenden Flächen mechanisch bearbeitet. Die gebrannten und ggbfs. auch bearbeiteten Bauteile werden einer intensiven Waschung unterzogen, vorzugsweise soweit die hieraus gefertigten Bauteile Funktionsflächen aufweisen. Im Bedarfsfall werden die gebrannten und ggbfs. auch bearbeiteten Bauteile metallisiert.Even in the case of components for purposes other than those mentioned last, the functional surfaces and / or the surfaces subsequently to be metallized are machined. The fired and possibly also machined components are subjected to intensive washing, preferably to the extent that the components made from them have functional surfaces. If necessary, the fired and, if necessary, also machined components are metallized.
Figuren:Characters:
Figur 1 gibt die Entwicklung der Rohdichte D in g/cm3 in Abhängigkeit von derFigure 1 gives the development of the bulk density D in g / cm 3 depending on the
Sintertemperatur T in °C für Preßlinge mit einer Preßdichte von 2,35 g/cm3 aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff (Beispiel 1 ) im Vergleich zum Werkstoff A nach dem Stand der Technik wieder.Sintering temperature T in ° C for compacts with a compaction density of 2.35 g / cm 3 from a material according to the invention (example 1) in comparison to material A according to the prior art.
Figur 2 stellt die Brennschwindung S in % in Abhängigkeit von derFigure 2 shows the shrinkage F in% as a function of
Sintertemperatur T in °C für Preßlinge mit einer Preßdichte von 2,35 g/cm3 aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff (Beispiel 1 ) im Vergleich zum Werkstoff A nach dem Stand der Technik dar.Sintering temperature T in ° C for compacts with a compaction density of 2.35 g / cm 3 from a material according to the invention (example 1) compared to material A according to the prior art.
Figur 3 zeigt die Entwicklung der Rohdichte D in g/cm3 in Abhängigkeit von derFigure 3 shows the development of the bulk density D in g / cm 3 depending on the
Sintertemperatur T in °C für Preßlinge mit einer Preßdichte von 2,35 g/cm3 aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff (Beispiel 1 ) im Vergleich zu denSintering temperature T in ° C for compacts with a compression density of 2.35 g / cm 3 from a material according to the invention (Example 1) compared to the
Werkstoffen A, B und C nach dem Stand der Technik.Materials A, B and C according to the state of the art.
Figur 4 verdeutlicht die Poren und Ausbrüche auf einer Funktionsfläche einer erfindungsgemäß hergestellten Dichtscheibe anhand einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme (Beispiel 1 ).FIG. 4 illustrates the pores and breakouts on a functional surface of a sealing disk produced according to the invention on the basis of a scanning electron microscope image (example 1).
Die Präparation der pulverförmigen Proben zur Messung der Kornverteilung mit dem Lasergranulometer CILAS 850 erfolgte folgendermaßen: Die Probe wurde in Wasser unter Zusatz von Natriumpyrophosphat dispergiert. Vor der Messung wurde die Probe 60 s mit Ultraschall dispergiert, und auch während der einminütigen Messung wirkte Ultraschall auf die Suspension ein.The powdered samples for measuring the grain distribution were prepared with the CILAS 850 laser granulometer as follows: The sample was dispersed in water with the addition of sodium pyrophosphate. Before the measurement, the sample was dispersed with ultrasound for 60 s, and ultrasound also acted on the suspension during the one-minute measurement.
Der Mittenrauhwert Ra wurde als Mittelwert über je 2 Einzelmessungen auf 5 verschiedenen Bauteilen mit einem Hommeltester T20-DC der Hommelwerke GmbH gemessen unter Verwendung eines Tastersystem TKE 100 mit einer Tasterspitzenverrundung r von etwa 5 μm und einem Gleitkufenradius R von etwa 30 mm über einen Meßweg von jeweils 4,8 mm und bei einem cut off von 0,8 mm mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,5 mm/s. Der Oberflächentraganteil tA wurde über je 2 Einzelmessungen auf 5 verschiedenen Bauteilen mit dem Buehler omnimet image analyzer unter einer Standardeinstellung zur präzisen Erfassung des Anteils dunklerer Anteile in der Meßfläche in einem Auflichtmikroskop bei δfacher Objektivvergrößerung und 600facher Gesamtvergrößerung auf dem Bildschirm unter Verwendung des Erscheinungsbildes der reflektierenden Funktionsflächen der Scheiben, wie sie in der Fertigung erzeugt werden, bestimmt. Hierbei gab die Standardeinstellung eine Diskriminierung vor, die eine genaue Abgrenzung zwischen heller reflektierendem Aluminiumoxidwerkstoff und dunkleren Poren und Ausbrüchen ermöglichte.The average roughness value R a was measured as an average over 2 individual measurements on 5 different components using a Hommel tester T20-DC from Hommelwerke GmbH using a TKE 100 stylus system with a stylus tip rounding r of approximately 5 μm and a skid radius R of approximately 30 mm over a measuring path of 4.8 mm each and with a cut off of 0.8 mm at a feed rate of 0.5 mm / s. The surface load fraction t A was determined over 2 individual measurements on 5 different components using the Buehler omnimet image analyzer under a standard setting for the precise detection of the proportion of darker parts in the measuring area in a reflected light microscope with δx lens magnification and 600x total magnification on the screen using the appearance of the reflective Functional areas of the disks, as they are generated in production, determined. The standard setting here discriminated, which made it possible to distinguish precisely between light-reflecting aluminum oxide material and darker pores and breakouts.
Die erfindungsgemäßen Aluminiumoxidwerkstoffe werden u.a. verwendet für Scheiben in Sanitärarmaturen, Flüssigkeitsbehältnissen oder/und Flüssigkeitszubereitungsvorrichtungen.The aluminum oxide materials according to the invention are u.a. used for washers in sanitary fittings, liquid containers and / or liquid preparation devices.
Beispiel und Vergleichsheispiel:Example and comparative example:
Im folgenden wird die Erfindung anhand von einem Vergleichsbeispiel und einem erfindungsgemäßen Beispiel näher erläutert. Die Zusammensetzung dieser Werkstoffe ergibt sich analog aus den Versatzzusammensetzungen, da für die Versätze flüchtige Bestandteile nicht berücksichtigt wurden: Vβrgleiπhsheispiftl 1 :The invention is explained in more detail below on the basis of a comparative example and an example according to the invention. The composition of these materials results analogously from the offset compositions, since volatile constituents were not taken into account for the offsets: Vβrgleiπhsheispiftl 1:
Für die Herstellung des Werkstoffs A wurden folgende Ausgangsstoffe verwendet:The following raw materials were used to produce material A.
94,9 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche in der Größenordnung von 3,5 m2/g (BET-Einpunktmessung), einer Kornverteilung d50 = 1 ,14 μm, d100 = 9,0 μm (Cilas 850) und mit Verunreinigungen Na20 = 0,063 Gew.-%, Si02 = 0,042 Gew.-%, CaO = 0,028 Gew.-%, Fe203 = 0,021 Gew. % sowie mit Zuschlagstoffen in Höhe von 5,1 Gew.-% aus94.9% by weight of an alumina with a specific surface area of the order of 3.5 m 2 / g (BET single-point measurement), a grain size distribution d 50 = 1.14 μm, d 100 = 9.0 μm (Cilas 850 ) and with impurities Na 2 0 = 0.063% by weight, Si0 2 = 0.042% by weight, CaO = 0.028% by weight, Fe 2 0 3 = 0.021% by weight and with additives of 5.1% by weight .-% out
3.0 Gew.-% Aluminiumsilicat und3.0% by weight aluminum silicate and
2.1 Gew.-% Magnesiumsilicat mit der Zusammensetzung AI2Si2O7 bzw. Mg3Si4O1 v 2.1% by weight of magnesium silicate with the composition Al 2 Si 2 O 7 or Mg 3 Si 4 O 1 v
Für die Herstellung des Werkstoffs B wurden folgende Ausgangsstoffe verwendet:The following raw materials were used to manufacture material B:
86,9 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 1 ,1 m2/g (BET-Einpunktmessung), einer Kornverteilung mit d50 = 2,2 μm und d100 = 1 1 ,5 μm (Cilas 850) und mit Verunreinigungen Na20 = 0,08 Gew.-%, Si02 = 0,021 Gew.-%, Fe203 = 0,01 Gew.-% sowie mit Zuschlagstoffen in Höhe von 13,1 Gew.-% aus 6,9 Gew.-% Zirkonsilicat ZrSiO4,86.9% by weight of an alumina with a specific surface area of 1.1 m 2 / g (BET single-point measurement), a particle size distribution with d 50 = 2.2 μm and d 100 = 11.5 μm (Cilas 850) and with impurities Na 2 0 = 0.08% by weight, Si0 2 = 0.021% by weight, Fe 2 0 3 = 0.01% by weight and with additives of 13.1% by weight 6.9% by weight of zirconium silicate ZrSiO 4 ,
2,0 Gew.-% Magnesiumsilicat der Zusammensetzung Mg3Si4O1 v 2,3 Gew.-% Calciumsilicat der Zusammensetzung AI2Si2O7 und 1 ,9 Gew.-% Natronfeldspat, etwa NaAISi3O8.2.0% by weight of magnesium silicate of the composition Mg 3 Si 4 O 1 v 2.3% by weight of calcium silicate of the composition Al 2 Si 2 O 7 and 1.9% by weight of sodium feldspar, for example NaAISi 3 O 8 .
Für die Herstellung des Werkstoffs C wurden folgende Ausgangsstoffe verwendet: 92,4 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 0,8 m2/g (BET-Einpunktmessung), mit einer Kornverteilung d50 = 86,6 μm, d100 = 175 μm (Cilas 850) und mit Verunreinigungen Na20 = 0,056 Gew.-%, Si02 = 0,019 Gew.-%, CaO = 0,010 Gew.-%, Fe203 = 0,022 Gew.-% sowie mit Zuschlagstoffen in Höhe von 7,6 Gew.-% in Form vonThe following starting materials were used for the production of material C: 92.4% by weight of an alumina with a specific surface area of 0.8 m 2 / g (BET single-point measurement), with a particle size distribution d 50 = 86.6 μm, i.e. 100 = 175 μm (Cilas 850) and with impurities Na 2 0 = 0.056% by weight, Si0 2 = 0.019% by weight, CaO = 0.010% by weight, Fe 2 0 3 = 0.022% by weight as well with additives in the amount of 7.6% by weight in the form of
1.5 Gew.-% Zirkonsilicat ZrSiO4,1.5% by weight of zirconium silicate ZrSiO 4 ,
2.6 Gew.-% Magnesiumsilicat der Zusammensetzung Mg3Si4O1 v 2.6% by weight of magnesium silicate with the composition Mg 3 Si 4 O 1 v
1.7 Gew.-% Calciumsilicat der Zusammensetzung AI2Si2O7 und1.7 wt .-% calcium silicate of the composition Al 2 Si 2 O 7 and
1.8 Gew.-% Quarz, insgesamt mit einem Gehalt der Zuschlagstoffe an SiO2 von 4,95 Gew.-%, wobei alle Zuschlagstoffe natürlichen Ursprungs sind.1.8% by weight of quartz, with a total SiO 2 content of 4.95% by weight of the additives, all additives being of natural origin.
Die Werkstoffe A, B und C wurden unter den gleichen verfahrenstechnischen Bedingungen wie die erfindungsgemäßen Werkstoffe (Beispiel 1 ) hergestellt.The materials A, B and C were produced under the same process engineering conditions as the materials according to the invention (example 1).
Beim Werkstoff A lag die Rohdichte - bedingt durch die Inhomogenität des Temperaturfeldes beim Brand - im Temperaturbereich zwischen 1648 °C und 1695 °C zwischen 3,653 und 3,718 g/cm3 (Δ = 0,065 g/cm3; Fig. 1 ) und betrug die Schwankung der Brennschwindung im selben Temperaturintervall 0,60 % absolut (Fig. 2). Der Unterschied der Brennschwindung ist daher mehr als viermal so hoch wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 , bei dem die Rohdichteschwankung 0,006 g/cm3 und die Schwindungsschwankung 0,14 % absolut betrug.In material A, the bulk density - due to the inhomogeneity of the temperature field during the fire - was between 3.653 and 3.718 g / cm 3 (Δ = 0.065 g / cm 3 ; Fig. 1) in the temperature range between 1648 ° C and 1695 ° C and was Flame shrinkage fluctuation in the same temperature interval 0.60% absolute (Fig. 2). The difference in burning shrinkage is therefore more than four times as high as in Example 1 according to the invention, in which the bulk density fluctuation was 0.006 g / cm 3 and the shrinkage fluctuation was 0.14% absolute.
Je steiler die in den Figuren 1 bis 3 eingetragen Kurvenverläufe sind, desto größere Abweichungen können bei einer Temperaturschwankung um beispielsweise Δ = ± 25 °C auftreten. So kann sich bei Verschiebung des in einem Ofenaggregat wirkenden Temperaturbandes auf 1657 bis 1705 °C (Δ = 48 °C; Fig. 3) für den Werkstoff A sogar eine Dichteschwankung von Δ = 0,091 g/cm ergeben. Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen wirkt sich ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren sogar noch vorteilhafter aus.The steeper the curve profiles shown in FIGS. 1 to 3, the greater the deviations that can occur with a temperature fluctuation of, for example, Δ = ± 25 ° C. For example, when the temperature band acting in a furnace unit is shifted to 1657 to 1705 ° C (Δ = 48 ° C; Fig. 3), material A may even have a density fluctuation of Δ = 0.091 g / cm. Taking these conditions into account, a manufacturing method according to the invention has an even more advantageous effect.
Auch bei den Werkstoffen B und C schwankten die Dichte (Figur 3), die dichteabhängigen Werkstoffeigenschaften und die Brennschwindung wesentlich stärker als bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff. Beispiel 1 :With materials B and C, too, the density (FIG. 3), the density-dependent material properties and the fading shrinkage fluctuated significantly more than in the material according to the invention. Example 1 :
Ausgangsstoffe zur Herstellung dieses erfindungsgemäßen Werkstoffs sind:Starting materials for the production of this material according to the invention are:
93,7 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 0,8 m2/g - gemessen mit BET- Einpunktmessung, einer Kornverteilung mit d50 = 39, 1 μm und d100 = 106 μm - gemessen mit dem Lasergranulometer Cilas 850 und mit93.7% by weight of an alumina with a specific surface area of 0.8 m 2 / g - measured with BET single-point measurement, a particle size distribution with d 50 = 39, 1 μm and d 100 = 106 μm - measured with the Cilas laser granulometer 850 and with
Verunreinigungen Na20 = 0,027 Gew.-%, Si02 = 0,063 Gew.-%, CaO =Impurities Na 2 0 = 0.027% by weight, Si0 2 = 0.063% by weight, CaO =
0,014 Gew.-%, Fe203 = 0,021 Gew.-% - ermittelt mit naßchemischen0.014 wt .-%, Fe 2 0 3 = 0.021 wt .-% - determined with wet chemical
Analysenverfahren - sowie 6,3 Gew.-% Zuschlagstoffe mit einer Gesamtzusammensetzung vonAnalytical method - and 6.3% by weight of aggregates with a total composition of
Si02: 2,73 Gew.-%,Si0 2 : 2.73% by weight,
CaO: 0,56 Gew.-%,CaO: 0.56% by weight,
MgO: 0,32 Gew.-%,MgO: 0.32% by weight,
Al203 : 0,79 Gew.-% undAl 2 0 3 : 0.79% by weight and
Zr02: 1 ,90 Gew.-%.Zr0 2 : 1.90% by weight.
Als Zuschlagstoffe wurden Rohstoffe mit einer ungefähren Zusammensetzung von CaSiO3, AI2Si2O7, Mg3Si4O1 1 bzw. ZrSiO4 verwendet.Raw materials with an approximate composition of CaSiO 3 , Al 2 Si 2 O 7 , Mg 3 Si 4 O 1 1 or ZrSiO 4 were used as additives.
Eine Mischung aus 100 kg der Ausgangsstoffe entsprechend der genannten Zusammensetzung wurde in eine Trommelmühle gegeben und mit 38 kg Wasser versetzt. Der Ansatz wurde mit 315 kg Aluminiumoxidkugeln mindestens 40 h homogenisiert und gemahlen. Die Mahlfeinr -it lag bei d50 = 1 ,9 μm, gemessen mit einem Laser-Granulometer Cilas 850. D_, ιach wurde der Schlicker aus der Trommel abgelassen. Die Trommel wurde mit 5 I Wasser gespült; das Spülwasser wurde dem Ansatz zugegeben. Durch Zusatz von 1 ,5 Gew.-% Polyethylenglykol (Molare Masse 10000 bis 12000 g/mol) in Form einer 10 %igen Lösung und 1 ,5 Gew.-% Polyvinylalkohol (Hydrolysegrad 88 mol%, Viskosität 4,5 mPa-s) in Form einer 16 %igen Lösung, die mit einem Rührer homogen vermischt wurden, wurde die Formgebung der Masse erleichtert. Der auf diese Weise aufbereitete Schlicker wurde über einen Sprühturm mit Schleuderrad bei einer Lufteintrittstemperatur von 330 °C, einer Luftaustrittstemperatur von 100 °C, einem Pumpendruck von 2 bis 3 bar und einer Schleuderraddrehzahl von 1900 min*1 versprüht. Die Größenverteilung des preßfähigen Granulats lag zwischen 40 und 300 μm. Die Formgebung der Masse erfolgte durch Trockenpressen, wobei Rohlinge für Dichtscheiben gepreßt wurden. Danach wurden die hierdurch hergestellten ungebrannten Formkörper in einem elektrisch beheizten Ofen auf 1680 °C aufgeheizt, 2 h bei dieser Temperatur gehalten und ohne weitere Energiezufuhr abgekühlt. Die Herstellung dieses Werkstoffs geschah nach an sich bekannten Verfahrensschritten mit an sich bekannten Vorrichtungen.A mixture of 100 kg of the starting materials corresponding to the composition mentioned was placed in a drum mill and mixed with 38 kg of water. The mixture was homogenized with 315 kg of aluminum oxide balls for at least 40 h and ground. The grinding fineness was d 50 = 1.9 μm, measured with a Cilas 850 laser granulometer. After this, the slip was discharged from the drum. The drum was rinsed with 5 liters of water; the rinse water was added to the batch. By adding 1.5% by weight of polyethylene glycol (molar mass 10000 to 12000 g / mol) in the form of a 10% solution and 1.5% by weight of polyvinyl alcohol (degree of hydrolysis 88 mol%, Viscosity 4.5 mPa-s) in the form of a 16% solution, which were mixed homogeneously with a stirrer, the shaping of the mass was facilitated. The slip prepared in this way was sprayed over a spray tower with a centrifugal wheel at an air inlet temperature of 330 ° C, an air outlet temperature of 100 ° C, a pump pressure of 2 to 3 bar and a centrifugal wheel speed of 1900 min * 1 . The size distribution of the pressable granulate was between 40 and 300 μm. The mass was shaped by dry pressing, blanks for sealing washers being pressed. Thereafter, the unfired molded articles produced in this way were heated in an electrically heated oven to 1680 ° C., held at this temperature for 2 hours and cooled without any further energy supply. This material was produced according to known process steps with devices known per se.
Im Vergleich zu den bisher bekannten Aluminiumoxid-reichen Werkstoffen ist der Temperatureinfluß auf die Rohdichte und somit auf die Porosität und Schwindung über einen größeren Temperaturbereich gering. Figur 1 zeigt, daß die Rohdichte bei diesem erfindungsgemäßen Werkstoff bei einer Differenz der Brenntemperatur zwischen 1648 °C und 1695 °C (Δ = 47 °C) lediglich zwischen 3,722 und 3,728 g/cm3 (Δ = 0,006 g/cm3) schwankt. Die geringen Rohdichteschwankungen korrelieren mit entsprechend geringen Schwankungen der Brennschwindung: Figur 2 stellt die Brennschwindung in Abhängigkeit von der Brenntemperatur dar. Zur Berechnung der Brennschwindung wurde folgende Formel verwendet:In comparison to the previously known aluminum oxide-rich materials, the temperature influence on the bulk density and thus on the porosity and shrinkage is small over a larger temperature range. FIG. 1 shows that the bulk density of this material according to the invention varies only between 3.722 and 3.728 g / cm 3 (Δ = 0.006 g / cm 3 ) with a difference in the firing temperature between 1648 ° C and 1695 ° C (Δ = 47 ° C) . The small fluctuations in raw density correlate with correspondingly small fluctuations in the burning shrinkage: FIG. 2 shows the burning shrinkage as a function of the burning temperature. The following formula was used to calculate the burning shrinkage:
Län9egepreßt " Län9* 'gebrannt Brennschwindung = - 700 in %. Län 9 e pressed "Län 9 * 'burned shrinkage = - 700 in%.
Län9egepreßt Län 9e pressed
Bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff beträgt die Schwankung der Brennschwindung im Temperaturbereich zwischen 1648 °C und 1695 °C 0,14 % absolut. Geringere Schwindungsschwankungen sind gleichbedeutend mit deutlich geringeren Maß- und Formschwankungen der gebrannten Bauteile und gewähren somit eine höhere Prozeßsicherheit. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erst auch die Fertigung kompliziert geformter Bauteile mit engen Maß-, Form- und Lagetoleranzen oder senkt die Fertigungskosten wesentlich. Berücksichtigt man, daß die Temperaturunterschiede in Tunnel- und Kammeröfen oft 30 bis 50 °C betragen, so wird der Vorteil eines Werkstoffs mit geringen Rohdichteschwankungen und gleichmäßigerer Brennschwindung deutlich.In the material according to the invention, the fluctuation in the combustion shrinkage in the temperature range between 1648 ° C. and 1695 ° C. is 0.14% absolute. Lower fluctuations in shrinkage are synonymous with Significantly less dimensional and shape fluctuations of the fired components and thus ensure higher process reliability. In addition, the manufacturing method according to the invention only enables the production of complicatedly shaped components with narrow dimensional, shape and position tolerances or significantly reduces the manufacturing costs. If one takes into account that the temperature differences in tunnel and chamber furnaces are often between 30 and 50 ° C, the advantage of a material with low fluctuations in raw density and more uniform combustion shrinkage becomes clear.
Die Brenntemperatur wurde dabei so gewählt, daß der gebrannte Formkörper nach dem Brand dicht ist, also keine offenen bzw. durchströmbaren Poren enthält. Solche Poren sind wegen der späteren Dichtungsfunktion nicht zulässig. Die Brenndichte muß daher üblicherweise mindestens 94 % der theoretischen Dichte betragen. Andererseits ist jedoch eine gewisse geschlossene Porosität notwendig, um die Adhäsionskräfte zwischen den Scheiben der späteren Dichtungspaarung wegen der geforderten Leichtgängigkeit der Armatur so gering wie möglich zu halten. Die Funktionsflächen der gebrannten Rohlinge wurden anschließend auf Maß geschliffen und poliert. Nach dem Polieren wurden die fertigen Dichtscheiben in einer Waschanlage intensiv gereinigt, u.a. durch zitronensäurehaltige Lösung mit einem pH-Wert von 2. Es wurden saubere Funktionsflächen ohne Rückstände der mechanischen Bearbeitung wie Diamant und Abrieb gewonnen.The firing temperature was chosen so that the fired shaped body is tight after firing, so it contains no open or flowable pores. Such pores are not permitted due to the later sealing function. The burning density must therefore usually be at least 94% of the theoretical density. On the other hand, however, a certain closed porosity is necessary in order to keep the adhesive forces between the washers of the later seal pairing as low as possible due to the required smooth movement of the valve. The functional surfaces of the fired blanks were then ground to size and polished. After polishing, the finished sealing washers were cleaned intensively in a washing machine, including with a solution containing citric acid with a pH value of 2. Clean functional surfaces without residues from mechanical processing such as diamond and abrasion were obtained.
Die Waschbarkeit und Sauberkeit hängt hier wesentlich von der Porenform und von der Ausbildung der Oberfläche der Ausbrüche und Poren ab. Liegt die Brenntemperatur zu niedrig, bleibt die Porenoberfläche stark zerklüftet und hintergriffig. Rückstände können dann nur mit sehr aggressiven Reinigungsmitteln (z.B. Salzsäure) oder nicht vollständig entfernt werden. Erst ab einer gewissen Brenntemperatur, die auch von den Eigenschaften einer ggbfs. enthaltenen Glasphase abhängt, ist die Porenoberfläche ausreichend kugelähnlich. Die Rückstände können dann leichter ausgewaschen werden. Sowohl beim erfindungsgemäßen Werkstoff als auch bei Werkstoff A liegt die notwendige Brenntemperatur, um die oben genannten Anforderungen (Dichtigkeit mit geschlossenen Poren, Rauhigkeit in Kombination mit dem entsprechenden Traganteil und rückstandsfreier Funktionsfläche) zu erfüllen, bei ungefähr 1670 °C bis 1680 °C (vgl. Figur 1 und 2). Hierzu kommen prozeßbedingte Temperaturunterschiede von ± 15 °C bis ± 25 °C, die vorwiegend über den Ofenquerschnitt auftreten.The washability and cleanliness here essentially depend on the pore shape and the formation of the surface of the cutouts and pores. If the firing temperature is too low, the pore surface remains very jagged and undercut. Residues can then only be removed with very aggressive cleaning agents (e.g. hydrochloric acid) or not completely. Only from a certain firing temperature, which also depends on the properties of a glass phase that may be present, is the pore surface sufficiently spherical. The residues can then be washed out more easily. Both in the material according to the invention and in material A, the firing temperature required to meet the above-mentioned requirements (tightness with closed pores, roughness in combination with the corresponding load-bearing component and residue-free functional surface) is approximately 1670 ° C to 1680 ° C (cf. Figures 1 and 2). In addition, there are process-related temperature differences of ± 15 ° C to ± 25 ° C, which mainly occur across the furnace cross section.
Figur 4 zeigt die Poren und Ausbrüche auf einer Funktionsfläche einer erfindungsgemäß hergestellten Dichtscheibe als rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (Beispiel 1 ).FIG. 4 shows the pores and breakouts on a functional surface of a sealing disk produced according to the invention as a scanning electron microscope image (example 1).
Als Phasenbestand im gebrannten Werkstoff wurden neben Korund AI2O3 mit einem geringen, gleichmäßig verteilten Mg-Gehalt ermittelt: Körner oder Bereiche von Zirkon ZrSiO4, die sowohl SiO2, als auch Baddeleyit ZrO2 einschließen; eine Phase mit einer Zusammensetzung von näherungsweise Ca0 i5Zr0 85O1 85, eine CaAl-Silicatglasphase in Zwickeln und SiO2 in anderen Zwickeln.In addition to corundum, Al 2 O 3 with a low, evenly distributed Mg content, the following was determined as the phase stock in the fired material: grains or areas of zirconium ZrSiO 4 , which include both SiO 2 and baddeleyite ZrO 2 ; a phase with a composition of approximately Ca 0 i 5Zr 0 85 O 1 85 , a CaAl silicate glass phase in gussets and SiO 2 in other gussets.
Für Dichtscheiben aus Aluminiumoxid-reichen Werkstoffen werden Oberflächentraganteile tA von 50 - 90 % und Mittenrauhwerte Ra von 0,05 bis 0,35 μm als günstig angesehen. Die Abhängigkeit der Mittenrauhwerte Ra vom Oberflächentraganteil tA ist je nach Werkstoff etwas unterschiedlich. An den bearbeiteten und gereinigten Dichtscheiben wurden gemessen: Mittenrauhwert Ra (Hommeltester) 0, 14 - 0,26 μm,For sealing washers made of materials rich in aluminum oxide, surface load fractions t A of 50 - 90% and mean roughness values R a of 0.05 to 0.35 μm are considered favorable. The dependence of the average roughness values R a on the surface load fraction t A differs somewhat depending on the material. The following were measured on the machined and cleaned sealing washers: average roughness R a (Hommeltester) 0, 14 - 0.26 μm,
Oberflächentraganteil tA (Buehler omnimet) 66 - 78 %. Surface load fraction t A (Buehler omnimet) 66 - 78%.

Claims

Patentansprüche claims
1. Keramikscheibe zur Verwendung in Sanitärarmaturen, Flüssigkeitsbehältnissen oder Flüssigkeitszubereitungsvorrichtungen aus einem Aluminiumoxidwerkstoff mit einem AI2O3-Gehalt von 91 ,6 bis 98,2 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Aluminiumoxidwerkstoffs an SiO2 1 ,5 bis 4 Gew.-%, an CaO 0,2 bis 0,9 Gew.-%, an MgO 0, 1 bis 0,6 Gew.-% und an ZrO2 0 bis 2,5 Gew.-% beträgt.1. Ceramic disc for use in sanitary fittings, liquid containers or liquid preparation devices made of an aluminum oxide material with an Al 2 O 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that the content of the aluminum oxide material in SiO 2 1.5 to 4% by weight, of CaO 0.2 to 0.9% by weight, of MgO 0.1 to 0.6% by weight and of ZrO 2 is 0 to 2.5% by weight.
2. Keramikscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff keine durchströmbaren offenen Poren enthält.2. Ceramic disc according to claim 1, characterized in that the aluminum oxide material contains no open pores through which it can flow.
3. Keramikscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff vorwiegend verrundete oder annähernd kugelförmige Poren enthält.3. Ceramic disc according to claim 1 or 2, characterized in that the aluminum oxide material predominantly contains rounded or approximately spherical pores.
4. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Poren, wie sie auf ebenen Funktionsflächen sichtbar sind, nicht stärker zerklüftet sind.4. Ceramic disc according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surfaces of the pores, as they are visible on flat functional surfaces, are not more jagged.
5. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff neben Korund AI2O3 Baddeleyit ZrO2, Zirkon ZrSiO4, kristallines SiO2, einen Spinell, eine Phase mit einer Zusammensetzung von näherungsweise Ca0 15Zr0 85O1 85 oder/und mindestens eine Glasphase enthält.5. Ceramic disc according to one of claims 1 to 4, characterized in that the aluminum oxide material in addition to corundum Al 2 O 3 Baddeleyit ZrO 2 , zirconium ZrSiO 4 , crystalline SiO 2 , a spinel, a phase with a composition of approximately Ca 0 15 Zr 0 85 O 1 85 or / and contains at least one glass phase.
6. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff Verunreinigungen an Na20 < 1 Gew.-% und an Fe203 ≤ 1 Gew.-% aufweist. 6. Ceramic disc according to one of claims 1 to 5, characterized in that the aluminum oxide material has impurities in Na 2 0 <1 wt .-% and Fe 2 0 3 ≤ 1 wt .-%.
7. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer ebenen Funktionsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Funktionsfläche einen Mittenrauhwert Ra von 0,05 - 0,35 μm, vorzugsweise von 0,08 - 0,30 μm, und einen Oberflächentraganteil tA von 50 bis 90 %, vorzugsweise von 55 bis 85 %, aufweist.7. Ceramic disc according to one of claims 1 to 6 with a flat functional surface, characterized in that the flat functional surface has a mean roughness value R a of 0.05 - 0.35 μm, preferably 0.08 - 0.30 μm, and a surface area fraction t A from 50 to 90%, preferably from 55 to 85%.
8. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff mit einem Gehalt an AI2O3 von 91 ,6 bis 98,2 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß8. A process for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material with an Al 2 O 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that
91 ,0 bis 97,6 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 0,4 bis 2 m2/g, mit einer Kornverteilung von 10 μm < d50 < 100 μm und 60 μm < d100 < 400 μm und mit Verunreinigungen Na20 ≤ 0,2 Gew.-%, Si02 ≤ 0,2 Gew.-%, CaO ≤ 0, 1 Gew.-% und Fe203 ≤ 0,1 Gew.-% mit 2,4 bis 9 Gew.-% von Zuschlagstoffen mit einer Gesamtzusammensetzung von 1 ,5 - 4,0 Gew.-% Si02, 0,2 - 0,9 Gew.-% CaO, 0,1 - 0,6 Gew.-% MgO, 0,6 - 1 ,0 Gew.-% Al203 und 0 - 2,5 Gew.-% Zr02 gemischt werden, zu einer keramischen Masse verarbeitet, geformt und gebrannt werden.91.0 to 97.6% by weight of an alumina with a specific surface area of 0.4 to 2 m 2 / g, with a particle size distribution of 10 μm <d 50 <100 μm and 60 μm <d 100 <400 μm and with impurities Na 2 0 ≤ 0.2% by weight, Si0 2 ≤ 0.2% by weight, CaO ≤ 0.1% by weight and Fe 2 0 3 ≤ 0.1% by weight with 2, 4 to 9% by weight of aggregates with a total composition of 1.5-4.0% by weight SiO 2 , 0.2-0.9% by weight CaO, 0.1-0.6% by weight % MgO, 0.6-1.0% by weight Al 2 0 3 and 0-2.5% by weight Zr0 2 are mixed, processed to a ceramic mass, shaped and fired.
9. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe Silicate oder Silicate und Siliciumdioxid oder Oxide und Siliciumdioxid oder deren Precursoren eingesetzt werden.9. A process for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to claim 8, characterized in that silicates or silicates and silicon dioxide or oxides and silicon dioxide or their precursors are used as additives.
10. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß 0 bis 3,2 Gew.-% Zirkonsilicat zugesetzt werden. 10. A method for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to claim 8 or 9, characterized in that 0 to 3.2 wt .-% zirconium silicate are added.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper über 0,5 h bis 8 h bei 1600 bis 1750 °C oder über mehr als 8 h bei 1550 bis 1720 °C gebrannt werden.1 1. A process for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to one of claims 8 to 10, characterized in that the shaped bodies are fired at 1600 to 1750 ° C for 0.5 h to 8 h or at 1550 to 1720 ° C for more than 8 h .
12. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörper hartbearbeitet werden und daß danach die Rückstände der mechanischen Bearbeitung aus den Funktionsflächen entfernt werden, soweit die hieraus gefertigten Keramikscheiben Funktionsflächen aufweisen.12. A method for producing a ceramic disc from an aluminum oxide material according to any one of claims 8 to 1 1, characterized in that the sintered body are hard-machined and that the residues of the mechanical processing are then removed from the functional surfaces, provided that the ceramic discs made from them have functional surfaces.
13. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohdichte des Werkstoffs bei einer Schwankung der Sintertemperatur um ± 25 °C um höchstens 0,03 g/cm3 ändert, vorzugsweise um höchstens 0,015 g/cm3.13. A method for producing a ceramic disc from an aluminum oxide material according to one of claims 8 to 12, characterized in that the bulk density of the material changes with a fluctuation in the sintering temperature by ± 25 ° C by at most 0.03 g / cm 3 , preferably by at most 0.015 g / cm 3 .
14. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Brennschwindung des Formkörpers bei einer Schwankung der Sintertemperatur um ± 25 °C um höchstens 0,3 % absolut ändert, vorzugsweise um höchstens 0,2 % absolut.14. A method for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to one of claims 8 to 13, characterized in that the focal shrinkage of the shaped body changes with a fluctuation in the sintering temperature by ± 25 ° C by at most 0.3% absolute, preferably by at most 0 , 2% absolute.
15. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsflächen mechanisch bearbeitet werden.15. A method for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to one of claims 8 to 14, characterized in that the functional surfaces are machined.
16. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrannten und ggbfs. auch bearbeiteten Keramikscheiben einer intensiven Waschung unterzogen werden.16. A method for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to any one of claims 8 to 15, characterized in that the fired and optionally also machined Ceramic panes are subjected to an intensive wash.
17. Verwendung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Sanitärarmatur, in einem Flüssigkeitsbehältnis oder/und in einer Flüssigkeitszubereitungsvorrichtung. 17. Use of a ceramic disk made of an aluminum oxide material according to one of claims 1 to 7 in a sanitary fitting, in a liquid container and / or in a liquid preparation device.
GEÄNDERTE ANSPRÜCHECHANGED REQUIREMENTS
[beim Internationalen Büro am 20. August 1997 (20.08.97) eingegangen; ursprüngliche Ansprüche 1, 8 und 10 geändert; alle weiteren Ansprüche unverändert (2 Seiten)][Received at the International Bureau on August 20, 1997 (Aug. 20, 1997); original claims 1, 8 and 10 amended; all other claims unchanged (2 pages)]
1 . Keramikscheibe zur Verwendung in Sanitärarmaturen, Flüssigkeitsbehältnissen oder Flüssigkeitszubereitungsvorπchtungen aus einem Aluminiumoxidwerkstoff mit einem Al203-Gehalt von 91 , 6 bis 98,2 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Aluminiumoxidwerkstoffs an Si02 1 ,5 bis 3,8 Gew.-%, an CaO 0,2 bis 0,9 Gew.-%, an MgO 0, 1 bis 0,6 Gew.-% und an Zr02 0 bis 2, 5 Gew.-% beträgt und daß der Aluminiumoxidwerkstoff neben Korund Al203 Baddeleyit Zr02 oder/und Zirkon ZrSi04 enthält.1 . Ceramic disc for use in sanitary fittings, liquid containers or liquid preparation devices made of an aluminum oxide material with an Al 2 0 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that the content of Si0 2 1, 5 to 3 in the aluminum oxide material 8% by weight, of CaO 0.2 to 0.9% by weight, of MgO 0.1 to 0.6% by weight and of Zr0 2 0 to 2.5% by weight and that Contains aluminum oxide material in addition to corundum Al 2 0 3 Baddeleyit Zr0 2 and / or zircon ZrSi0 4 .
2. Keramikscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff keine durchströmbaren offenen Poren enthält.2. Ceramic disc according to claim 1, characterized in that the aluminum oxide material contains no open pores through which it can flow.
3. Keramikscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff vorwiegend verrundete oder annähernd kugelförmige Poren enthält.3. Ceramic disc according to claim 1 or 2, characterized in that the aluminum oxide material predominantly contains rounded or approximately spherical pores.
4. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Poren, wie sie auf ebenen Funktionsflächen sichtbar sind, nicht stärker zerklüftet sind.4. Ceramic disc according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surfaces of the pores, as they are visible on flat functional surfaces, are not more jagged.
5. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxidwerkstoff neben Korund Al203 Baddeleyit Zr02, Zirkon ZrSi04, kristallines Sι02, einen Spinell, eine Phase mit einer Zusammensetzung von näherungsweise Ca0 1 5Zr0 /8501 85 oder/und mindestens eine Glasphase enthält.5. Ceramic disc according to one of claims 1 to 4, characterized in that the aluminum oxide material in addition to corundum Al 2 0 3 Baddeleyit Zr0 2 , zirconium ZrSi0 4 , crystalline Sι0 2 , a spinel, a phase with a composition of approximately Ca 0 1 5 Zr 0/85 0 1 85 and / or contains at least one glass phase.
6. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Alumimumoxidwerkstoff Verunreinigungen an Na20 ≤ 1 Gew - % und an Fe203 ≤ 1 Gew - % aufweist. 7. Keramikscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer ebenen Funktionsflache, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Funktionsfläche einen Mittenrauhwert Ra von 0,05 - 0,35 μm, vorzugsweise von 0,08 - 0, 30 μm, und einen Oberflächentraganteil tA von 50 bis 90 %, vorzugsweise von 55 bis 85 %, aufweist.6. Ceramic disk according to one of claims 1 to 5, characterized in that the aluminum oxide material has impurities in Na 2 0 ≤ 1% by weight and in Fe 2 0 3 ≤ 1% by weight. 7. Ceramic disc according to one of claims 1 to 6 with a flat functional surface, characterized in that the flat functional surface has a center-line roughness R a of 0.05 - 0.35 μm, preferably 0.08 - 0, 30 μm, and a surface support t A from 50 to 90%, preferably from 55 to 85%.
8. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff mit einem Gehalt an Al203 von 91 ,6 bis 98,2 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß - 91 ,0 bis 97,6 Gew.-% einer Tonerde mit einer spezifischen Oberfläche von 0,4 bis 2 m2/g, mit einer Kornverteilung von 1 0 μm < d50 < 1 00 μm und 60 μm < d1 00 < 400 μm und mit Verunreinigungen Na20 ≤ 0,2 Gew.- %, Sι02 ≤ 0,2 Gew.- %, CaO ≤ 0, 1 Gew.-% und Fe203 ≤ 0, 1 Gew.- % - mit 2,4 bis 8,8 Gew. -% von Zuschlagstoffen mit einer8. A process for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material with an Al 2 0 3 content of 91.6 to 98.2% by weight, characterized in that - 91.0 to 97.6% by weight of an alumina a specific surface area of 0.4 to 2 m 2 / g, with a grain size distribution of 1 0 μm <d 50 <1 00 μm and 60 μm <d 1 00 <400 μm and with impurities Na 2 0 ≤ 0.2 wt. -%, Sι0 2 ≤ 0.2% by weight, CaO ≤ 0.1% by weight and Fe 2 0 3 ≤ 0.1% by weight - with 2.4 to 8.8% by weight of Aggregates with a
Gesamtzusammensetzung von 1 , 5 - 3,8 Gew.-% Sι02, 0,2 - 0,9 Gew.-% CaO, 0, 1 - 0, 6 Gew.-% MgO, 0,6 - 1 ,0 Gew.- % Al203 und 0 - 2, 5 Gew - % Zr02 gemischt werden, zu einer keramischen Masse verarbeitet, geformt und gebrannt werden.Total composition of 1, 5 to 3.8 wt .-% Sι0 2, 0.2 to 0.9 wt .-% CaO, 0, 1 - 0, 6 wt .-% MgO, 0.6 - 1. 0 wt .-% Al 2 0 3 and 0 - 2, 5 wt% Zr0 2 are mixed, processed into a ceramic mass, shaped and fired.
9. Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe Silicate oder Silicate und Siliciumdioxid oder Oxide und Siliciumdioxid oder deren Precursoren eingesetzt werden9. A process for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to claim 8, characterized in that silicates or silicates and silicon dioxide or oxides and silicon dioxide or their precursors are used as additives
1 0 Verfahren zur Herstellung einer Keramikscheibe aus einem Aluminiumoxidwerkstoff nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß 0 bis 3, 2 Gew.- % Zirkonsilicat zugesetzt wird. 1 0 Method for producing a ceramic disk from an aluminum oxide material according to claim 8 or 9, characterized in that 0 to 3, 2% by weight of zirconium silicate is added.
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