DE1084705B - Verfahren zur Herstellung von feinkoernigem Korund, der sich besonders fuer metallkeramische Zwecke eignet - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Aus Aluminiumoxyd werden durch Sintern keramische Körper hergestellt, welche sich durch hohe Festigkeit und Härte auszeichnen. Diese Sinterkörper eignen sich besonders für metallkeramische Zwecke, z.B. für die Herstellung von Ziehringen, von Schneidekörpern usw. Je feiner das Aluminiumoxydpulver — vorteilhaft ct-Korundpulver — ist, das zur Sinterung verwendet wird, um so hochwertiger sind die daraus hergestellten Sinterkörper. Im Laufe von Versuchen wurde festgestellt, daß man besonders hochwertige, für metallkeramische Zwecke geeignete, gesinterte Korundkörper erhält, wenn man als Ausgangsmaterial feines Korundpulver verwendet, dessen Teilchengröße 10 μ nicht übersteigt und im Durchschnitt bei etwa 1 μ oder darunter liegt. Aus solchem Material hergestellte, gesinterte Formkörper weisen nicht nur eine hohe Härte, sondern auch eine erhöhte Verschleißfestigkeit auf, und die aus solchem Material hergestellten Werkzeuge zeichnen sich durch eine hervorragende Schneidefestigkeit aus.

Es ist bereits bekannt, Aluminiumoxydhydrat durch Ausfällen aus wäßriger Losung herzustellen. Hierbei werden zwar zunächst Partikeln sehr geringer Teilchengröße erhalten, jedoch beim Filtrieren und der nachfolgenden Hitzebehandlung, um sie in die a-Korundmodifikation überzuführen, backen sie zu Partikelchen von etwa 20O¹ bis 300 μ Durchmesser zusammen, die sich nur durch längeres, einen größeren Energieaufwand erforderndes Mahlen in die gewünschte Partikelgröße überführen lassen.

Um diesen lästigen und in energetischer Hinsicht sehr aufwendigen Mahlvorgang zu umgehen, ist weiterhin der Vorschlag gemacht worden, zur Herstellung von Aluminiumoxydteilchen mit einem Feinheitsgrad von weniger als 5 μ Aluminium zunächst in eine Aluminiumamalgamlösung überzuführen und dann durch diese oberhalb von 100° C — vorzugsweise im Bereich zwischen 300° C und dem Siedepunkt des Quecksilbers — Wasserdampf bzw. ein Wasserdampf-Gas-Gemisch hindurchzuführen, wobei das bei der Berührung mit dem Wasserdampf gebildete Aluminiumoxydhydrat mit dem Wasserdampf fortgeführt und abgetrennt wird.

Jedoch hierbei werden beträchtliche Mengen Quecksilberdampf mitgerissen, von dem das Aluminiumoxydhydrat durch Erhitzen auf 350 bis 500° C und mehr oder durch Erhitzen im Vakuum befreit werden muß. Diese Arbeitsweise ist verhältnismäßig kompliziert, erfordert eine schwer bedienbare Vorrichtung und benötigt eine verhältnismäßig große Menge Quecksilber.

Es wurde gefunden, daß man diese in energetischer, materialmäßiger und apparativer Hinsicht sehr aufwendigen Verfahren umgehen und in technischem Verfahren zur Herstellung
von feinkörnigem Korund,

der sich besonders
für metallkeramische Zwecke eignet

Anmelder:
Kabel-es Müanyaggyar, Budapest

Vertreter:

Dr. G. W. Lottexhos und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos,
Patentanwälte, Frankfurt/M., Lichtensteinstr. 3

Dr. Istvan Csordas, Dr. BeIa Lanyi, Budapest,

Zoltan Veres, Karcag-Berekfürdö, und Lazslo Visy,

Budapest (Ungarn),

sind als Erfinder genannt worden

Maßstab, in einfacher Weise einen feinkörnigen, insbesondere für metallkeramische Zwecke geeigneten Korund durch Einwirkung eines Wasserdampf-Luft-Gemisches auf einen mit Quecksilberamalgam versehenen Aluminiumkörper bei erhöhter Temperatur herstellen kann, wenn man das Wasserdampf-Luft-Gemisch bei 25 bis 75° C auf das amalgamierte Aluminium einwirken läßt und das erhaltene Aluminiutnoxydhydrat in bekannter Weise durch stufenweises Erhitzen auf 1100'° C in y-Korund und darauf auf 1400 bis 1600° C in α-Korund überführt.

Die durchschnittliche Teilchengröße dieser a-Korundteilchen überschreitet gewöhnlich 1 bis 2 μ nicht und kann sehr leicht unterhalb von 3 bis 4 μ gehalten werden. Aus einem solchen feinkörnigen a-Korundpulver könen Formstücke hergestellt werden, die sich schon unterhalb von 1600° C sintern lassen, so daß man die Herstellung von Formkörpern hoher Härte in Öfen durchführen kann, wie sie z. B. für die Herstellung von Magnesitsteinen verwendet werden.

Es war zwar bereits bekannt, daß an der Oberfläche von amalgamierten Aluminiumkörpern sich unter der Einwirkung von feuchter Luft faserähnliche, voluminöse Ausblühungen von Aluminiumoxydhydrat bilden. Es war jedoch nicht vorauszusehen, daß sich hieraus a-Korundpulver gewinnen läßt, das entweder so, wie es anfällt, oder nach einem ohne besonderen Energieaufwand durchführbaren Vermählen auf eine Korngröße von etwa 1 bis 2 μ zu den erwähnten Formkörpern gesintert werden kann.

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1 UÖ4 /Ub

In Ausführung des Verfahrens gemäß Erfindung wird zunächst ein Aluminiumkörper mit einer Quecksilberamalgamschicht überzogen, sodann der Einwirkung eines Wasserdampf-Luft-Gemisches ausgesetzt, die sich auf dem Aluminiumblock bildende Aluminiumoxydhydratschicht entfernt und durch Wärmebehandlung dehydratisiert.

Zur Herstellung der Amalgamschicht wird der Aluminiumkörper zweckmäßig in eine wäßrige Lösung von Mercurichlorid oder -cyanid getaucht, sodann der mit der Amalgamschicht überzogene Aluminiumkörper mit Wasser gewaschen, getrocknet und in einem Temperaturbereich zwischen 25 und 75° C der Einwirkung des Wasserdampf-Luft-Gemisches ausgesetzt. Hierbei bildet sich auf dem amalgamierten Aluminiumblock eine zusammenhängende, sehr voluminöse, etwa 20 bis 25 cm dicke Aluminiumoxydhydratschicht von sehr gleichmäßigem Gefüge und seidenförmigem Aussehen. Diese Schicht fällt nach einer gewissen Zeit vom Block ab. Da die Oxydation stark exotherm verläuft, muß darauf geachtet werden, daß sich der Aluminiumkörper nicht zu stark erhitzt. Man versieht ihn daher zweckmäßig mit Bohrungen, durch die man Kühlwasser leitet.

Das durch Aufblühen auf dem amalgamierten Aluminiumblock erhaltene Tonerdehydrat — dessen Korngröße 0,01 μ kaum überschreitet -— wird durch Erhitzen bis auf etwa 1100° C in die y-Korundmodifikation übergeführt. Hierbei wird das feinkörnige Gefüge noch nicht zerstört und die einzelnen Körnchen des Gefüges zeigen nur ein unbedeutendes Wachstum. Es findet hierbei jedoch eine erhebliche Volumerikontraktion statt. Es ist deshalb notwendig, das erhaltene j'-Korund aufzulockern, was schon z. B. durch Sieben erreicht werden kann. Das feine Korundpulver wird dann in oxydierender Atmosphäre durch Erhitzen auf Temperaturen von etwa 1400 bis 1600° C in die α-Modifikation übergeführt.

Bei dem so gewonnenen a-Korundmaterial kleben die feinen Körnchen etwas aneinander, so daß sie aufgelockert bzw. voneinander getrennt werden müssen. Dies kann z. B. in einer Kugelmühle vorgenommen werden, die, um Verunreinigungen zu vermeiden, zweckmäßig mit Korundkugeln ausgestattet ist und mit einem Kunststoffbelag ausgekleidet wird, der keine aschebildenden Bestandteile enthält. Das aus der Kugelmühle kommende Korundpulver kann dann zur Herstellung von gesinterten Formkörpern benutzt werden.

Diese Zerkleinerung des α-Korunds fällt fort, wenn man das Korundpulver einer Windsichtung unterwirft. Hierbei wird so vorgegangen, daß man den /-Korund größeren Feinheitsgrades durch eine Sauerstoff enthaltende, auf 1400 bis 1600° C erhitzte Kammer hindurchschickt, entweder, indem man es oben einführt und auf Grund seines Eigengewichts herabfallen läßt oder mittels eines Luftstroms hindurchführt, was noch mit dem zusätzlichen Vorteil verbunden ist, daß die einzelnen Korundteilchen nicht zusammenbacken. Man kann aber auch das y-Korundpulver durch eine Flamme hindurchtreiben.

Es ist auch wichtig, daß das Ausblühen des Tonerdehydrates in einem Temperaturbereich von 25 und 75° C erfolgt. Unterhalb von 25° C bilden sich die Aluminiumoxydhydratfäden nur sehr langsam, so daß dieser Bereich aus praktischen Gründen nicht in Betracht kommt. Oberhalb von 75° C geht die Oxydation so rasch vor sich, daß die amalgamierte Oberfläche verstopft und der Einwirkung des Wasserdampf-Luft-Gemisches entzogen wird, was schließlich zu einer Unterdrückung der Oxydationsreaktion führt. Der Vorgang des Ausblühens kann nur so wieder in Gang gebracht werden, daß man den Betrieb abstellt, die dichte Aluminiumoxydhydratschicht mechanisch entfernt und den Aluminiumblock von neuem amalgamiert.

Das Verfahren gemäß Erfindung soll an Hand folgenden Beispiels erläutert werden:

Zwecks Herstellung des Tonerdehydrates durch

ίο Ausblühen werden Aluminiumblöcke von mindestens 99,96 % Aluminiumgehalt und Abmessungen von 16-24-60 cm verwendet. Die Blöcke weisen eine Längsbohrung von 30 cm Durchmesser auf, durch welche ein Eisenrohr gesteckt wird, welches mit Kühlwasser beschickt wird, um die an den Block übertragene Oxydationswärme abzuführen. Das Eisenrohr dient auch als Träger des Aluminiumblockes. Der Aluminiumblock wird dann in eine gesättigte, wäßrige Mercurichloridlösung einige Minuten lang eingetaucht.

Nach Entfernen aus der Lösung wird er mit Wasser gespült und von der anhaftenden Spülwasserschicht durch einen warmen Luftstrom befreit und getrocknet. Die auf diese Weise vorbereiteten, oberflächlich amalgamierten Aluminiumblöcke werden in einer Kammer bei einer Temperatur von 30° C der Einwirkung eines mit Wasserdampf gesättigten Luftstroms einige Stunden, zweckmäßig 2 bis 3 Stunden lang ausgesetzt. Während dieser Zeit bildet sich an der Oberfläche des Blockes durch Ausblühen ein Tonerdehydrat feinsten Gefüges, welches größtenteils von dem Aluminiumblock herunterfällt. Nach einigen Stunden verlangsamt sich das Ausblühen. Der Aluminiumblock wird sodann aus der Ausblühkammer herausgenommen, das noch anhaftende Tonerdehydrat mit einer Bürste entfernt und die Amalgamschicht, wie oben beschrieben, erneuert. Der neu amalgamierte und getrocknete Alumidiumblock wird von neuem in die Ausblühkammer eingesetzt und weitere 2 bis 3 Stunden der Einwirkung feuchter Luft ausgesetzt, das Tonerdehydrat gesammelt und danach die Amalgamschicht wieder erneuert. Dies wird so lange fortgesetzt, bis 60% des ursprünglich angewendeten Aluminiumblockes in Tonerdehydrat übergeführt worden ist. Die Oberfläche des Aluminiumblockes hat sich während dieser Behandlung dann derart vermindert, daß es zweckmäßig ist, diese Blöcke durch neue zu ersetzen.

Auf diese Weise kann man aus einem Aluminiumblock während 24 Stunden Betriebsdauer 6 kg Tonerdehydrat durch Ausblühen herstellen. Dieses Tonerdehydrat wird in 20 bis 25 cm hohen Schichten bei 1000 bis 1100° C in die _rKorundmodifikation übergeführt. Das y-Korundpulver wird dann durch ein feines Sieb hindurchgeschickt und in Schamotte- oder Sillimanitmuffeln in einer Schichthöhe von 4 bis 5 cm in einem in der Keramik üblichen, mit oxydierender Atmosphäre betriebenen Ofen auf 1400 bis 1600° C erhitzt. Das so erhaltene a-Korundpulver wird in einer Kugelmühle mit Korundkugeln und Kunststoffbelag zerkleinert, bis eine Durchschnittskorngröße von 1 μ erreicht ist. Das auf diese Weise erhaltene, feine a-Korundpulver ist zur Herstellung von gesinterten Korundformstücken, insbesondere für metallkeramische Zwecke, bestens geeignet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von feinkörnigem Korund, der sich besonders für metallkeramische Zwecke eignet, durch Einwirkung eines Wasserdampf-Luft-Gemisches auf amalgamiertes Aluminium bei erhöhter Temperatur, dadurch gekenn-

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   zeichnet daß man das Wasserdampf-Luft-Gemisch _{Iq Betracht gezO}gene Druckschriften:

   bei 25 bis 75 C auf das amalgamierte Aluminium

   einwirken läßt und das erhaltene Aluminiumoxyd- USA.-Patentschrift Nr. 2 643 935;

   hydrat in bekannter Weise durch stufenweises Er- Hollemann-Wiberg, »Lehrbuch, der anorgan.

   hitzen auf HOO⁰C in y-Korund und darauf auf 5 Chemie«, 1. Teil, Berlin, 1951, 28. und 29. Auflage,

   1400 bis 1600° C in α-Korund überführt. S. 371 und 374.

   © 009 549/378 6.60