CH297325A - Verfahren zur Vergütung keramischer Werkstoffe zwecks Steigerung der Festigkeitseigenschaften. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Vergütung keramischer Werkstoffe zwecks Steigerung  der Festigkeitseigenschaften.    Die Erfindung betrifft die Vergütung  keramischer Werkstoffe durch     Wärmebehand-          lunw    zwecks Steigerung ihrer Festigkeitseigen  seliaften. Die keramischen Werkstoffe weisen  im     (xegensatz    zu den metallischen Werkstoffen       verhältnismässig    geringe Festigkeitseigenschaf  ten auf. Dies gilt insbesondere für die     Zug-          festi@gkeit.,    so     da.ss    sich aus dem ungünstigen  Verhältnis von Biegefestigkeit zur Zugfestig  keit n =     #        bss    eine hohe Sprödigkeit ergibt.

    <B>174</B>  Diese schlechten Festigkeitseigenschaften ha  ben es bisher verhindert, keramische Werk  stoffe auf manchem technischem Gebiet     zur     Anwendung zu bringen, auf dem sie z. B.       wegen    ihrer guten Temperaturbeständigkeit       besser,    geeignet wären als die üblichen metal  lisehen     Werkstoffe.     



  Eingehende Überlegungen und Untersu  chungen haben ergeben, dass ähnlich wie bei  den     Metallen    die mechanischen Eigenschaften  der keramischen Werkstoffe von ihrer Kri  stallstruktur abhängen, und dass es auch bei       keratnisehen    Werkstoffen möglich ist, durch  eine entsprechende Wärmebehandlung die da  mit verbundenen     kristallographischen    Um  wandlungen so zu steuern, dass der keramische  Werkstoff wesentlich günstigere Festigkeits  eigenschaften annimmt.  



  Erfindungsgemäss wird daher der kera  mische Werkstoff einem Vergütungsverfahren       durch    Wärmebehandlung in der     ZV    eise unter-    zogen, dass er nach dem keramischen Brand  und erfolgter, mindestens teilweiser Abküh  lung eine Zeitlang auf einer erhöhten Tempe  ratur unterhalb des     Erweichungspunktes    ge  halten und dann rasch abgekühlt wird.

   Er  wärmt man beispielsweise einen keramischen       Körper,        der        aus        70%.        Steatit        und        30%        Sili-          ziumkarbid    besteht, langsam, etwa     i#nerhalb     sechs Stunden, auf 1150  C, verharrt dann  eine Stunde auf dieser Temperatur und kühlt  den keramischen Körper dann rasch unter  800  C ab, beispielsweise in ruhender Luft  oder im Luftstrom, so steigt dessen Zugfestig  keit von 3,0     kg/mm2    auf 5,5     kg/mm",    während  gleichzeitig die Sprödigkeit absinkt.  



  Der Vorgang im Werkstoff, der im obigen  Beispiel eintritt, beruht auf     Kristallumwand-          lungseffekten,    die oberhalb 850  C ablaufen  und teilweise reversibel sind. Der irreversible  Anteil ist infolge Übergangs in eine andere  K     ristallisationsform    mit einer Volumenzu  nahme einer bestimmten Kristallart verbun  den, die sich auch in einer     Volumenzunahme     des gesamten Körpers bemerkbar macht.

   Der  innere Spannungszustand, d. h. die mikro  skopischen Spannungen zwischen den einzel  nen Kristallarten, der für das Verhalten, ins  besondere der spröden keramischen Werk  stoffe, charakteristisch ist, wird durch diese  Vorgänge wesentlich beeinflusst, und zwar,  wie das angeführte Beispiel zeigt, so, dass die  Zugfestigkeit stark ansteigt, und die Sprödig-           keit    absinkt. Der reversible Anteil der Um  wandlung wird durch schnelles     Durchsehrei-          ten    der untern     Umwandlungstemperatur    (im  Beispiel etwa. 850  C) durch rasches Abkühlen  weitgehend unterdrückt.

   Selbstverständlich  darf die Vergütungstemperatur auch eine  obere Grenze nicht überschreiten, die im all  gemeinen durch den     Erweichungspunkt    gege  ben ist.  



  Finden in dem Temperaturbereich, in dein  die Vergütung vor sich geht, Umwandlungen  mehrerer Kristallarten statt, dann wird die  Wärmebehandlung vorteilhaft in Stufen und  für jede Umwandlung einzeln vorgenommen,  derart, dass die einzelnen     Umwandlungen    un  gestört ablaufen können.  



  Die Erwärmung kann je nach dem zu ver  gütenden keramischen Werkstoff in neutraler,  reduzierender oder auch oxydierender Atmo  sphäre     vorgenommen    werden. Das Abkühlen  kann in dem gleichen oder einem andern Gas  erfolgen, wobei das betreffende Gas mit dem  heissen keramischen Körper in chemische Re  aktionen treten kann (z. B. Nitrieren der  Aussenzone des keramischen Körpers, wobei  auch eine Veränderung des     Wärmeausdeh-          nungskoeffizienten    eintreten kann). Auch Bä  der aus Flüssigkeiten oder Pulvern können  zum Kühlen von Fall zu Fall Verwendung fin  den. Auf diese Weise kann man die Abküh  lung in beliebiger Weise steuern.  



  Für das beschriebene Beispiel ist bei der  Vergütung eine schwach reduzierende oder  neutrale Atmosphäre vorteilhaft, während das  Abkühlen nach der Wärmebehandlung am       zweckmässigsten    in ruhender Luft oder im  Luftstrom erfolgt. Hierbei wird die     Abkühl-          gesehwindigkeit    möglichst gross gewählt. Es  ist, dabei jedoch auf die Temperaturwechsel  beständigkeit des betreffenden Werkstoffes  Rücksicht zu nehmen. Allgemein ist. es zweck  mässig, mit der raschen Abkühlung nach Er  reichen einer bestimmten Temperatur, z. B.  der untern     Umwandlungstemperatur,    aufzu  hören und die weitere Abkühlung langsamer  vorzunehmen.  



  Bei gewissen keramischen Werkstoffen ist  es unter Umständen zweckmässig, den Ver-         gütun-svorgang    mehrmals     zii    wiederholen  oder     mehrere        Abkühlprozesse,    bestehend aus  raschen und langsamen     Abkühlinterv    allen, an  schliessend an entsprechende     Erhitzungsinter-          valle,    stufenförmig     aneinandemureihen.     



  Gegebenenfalls kann man den Vergütungs  vorgang mit dem     Orlattbrand    des keramischen  Werkstückes verbinden,     derart,    dass man das  fertiggebrannte Stück nur bis wenig unter  halb der sogenannten     Einfriertemperatur    ab  kühlt, dann über die     Einfriertemperatur    aber  nicht bis zum     Erweichungspunkt        erwärmt,     eine Zeitlang auf dieser Temperatur hält und  dann rasch abkühlt. Man spart damit die sonst  notwendige Wiedererwärmung auf die Aus  gangstemperatur für den     Vergütungsvorgang.     



  Keramische Werkstoffe, die entsprechend  der Erfindung     vergütet    sind, lassen sich in  folge ihrer besseren Festigkeitseigenschaften  und ihrer verminderten Sprödigkeit für  manche Zwecke in der Technik, z. B. für den  Maschinenbau, verwenden, denen sie vorher  nicht zugänglich waren, z. B. für Brenner,       Turbinenschaufeln    usw.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Vergütung keramischer Werkstoffe zwecks Steigerung der Festigkeits eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach dem keramischen Brand und erfolgter, mindestens teilweiser Abküh lung eine Zeitlang auf einer erhöhten Tem- peratur unterhalb des Erweichungspunktes ge halten und dann rasch abgekühlt wird. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss die Abkühlung nur bis zu einer bestimmten Temperatur rasch er folgt und unterhalb dieser Temperatur lang samer gekühlt wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspriieh, da durch gekennzeichnet, dass nach dem kerami schen Brand und erfolgter Abkühlung mehrere Erwärmungen und nachfolgende Abkühlun gen vorgenommen werden. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet., dass bei der Vergütung mehrere Kristallarten bei verschiedenen Tem peraturen umgewandelt werden, wobei der Vergütungsvorgang für jede Umwandlung einzeln vorgenommen wird, derart, dass sich mehrere Vergütungsvorgänge stufenförmig aneinanderreihen. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass sich mehrere Ab- kühlpro7esse,

   bestehend ans raschen und lang samen Ahkühlintezvallen, anschliessend an ent sprechende Erhitznngsintervalle, stufenförmig aneinanderreihen. 7. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Vergütung in neutraler Atmosphäre erfolgt. 6. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Vergütung in oxydierender Atmosphäre erfolgt. 7. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Vergütung in reduzierender Atmosphäre erfolgt.

   B. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass beim Vergüten Atmosphären von Gasen verwendet werden, welche mit den heissen keramischen Körpern in chemische Reaktionen treten. 9. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des keramischen Werkstoffes bei der Vergütung in andern Gasatmosphären erfolgt als die Er wärmung. 10. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des keramischen Werkstoffes in Flüssigkeitsbä dern erfolgt. 11. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des keramischen Werkstoffes in Bädern aus Pul vern erfolgt. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach dem keramischen Glattbrand nur bis wenig unterhalb der sogenannten Einfrier- temperatur abgekühlt, dann über die Einfrier- temperatur aber nicht bis zum Erweiehungs- punkt erwärmt, eine Zeitlang auf dieser Tem peratur gehalten und dann rasch abgekühlt wird.