DE842467C

DE842467C - Verfahren zur Verguetung keramischer Werkstoffe

Info

Publication number: DE842467C
Application number: DEM4946A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr-Ing Scharf
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1950-07-01
Filing date: 1950-07-01
Publication date: 1952-06-26

Description

Verfahren zur Vergütung keramischer Werkstoffe Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Eigenschaften keramischer Werkstoffe durch Wärmebehandlung, insbesondere die Vergütnug zwecks Steigerung ihrer Festigkeitseigenschaften. Die keramischen Werkstoffe weisen im Gegensatz zu den metallischen Werkstoffen verhältnismäßig geringe Festigkeitseigenschaften auf. Dies gilt insbesondere für die Zugfestigkeit, so daß sich aus dem ungfinstigen Verhältnis von Biegefestigkeit zur Zugfestigkeit eine hohe Sprödigkeit ergibt. Diese schlechten Festigkeitseigenschaften haben es bisher verhindert, keramische Werkstoffe auf manchem tec'hnisc'hen Gebiet zur Anwendung zu bringen, auf dem sie z. B. wegen ihrer guten Temperaturbeständigkeit besser geeignet wären als die üblichen metallischen Werkstoffe. Eingehende Überlegungen und Untersuchungen haben ergeben, däß ähnlich wie bei den Metallen die mechanischen Eigenschaften der keramischen Werkstoffe von ihrer Kristallstruktur abhängen und daß es auch bei keramischen Werkstoffen möglich ist, durch eine entsprechende Wärmebehandlung die damit verbundenen kristallographischen Umwandlungen'so zu steuern, daß der keramische Werkstoff wesentlich günstigere Festigkeitseigenschaften annimmt.
Erfindungsgemäß wird daher der keramische Werkstoff einem Vergütungsverfahren durch Wärmebehandlung in der Weise unterzogen, daß er nach dem keramischen Brand auf eine Temperatur unterhalb des Erweidhungspunktes erwärmt, eine Zeitlang auf dieser Temperatur gehalten und dann rasch abgekühlt wird. Erwärmt man beispielsweise einen keramischen Körper; der aus ?o % Steatit und 30°/0 Sil.iciumkarbid besteht, langsam, etwa innerhalb 6 Stunden, auf i 150' C, verli*arrt i Stunde auf dieser Temperatur und kühlt den keramischen Körper dann rasch unter 8oo° ab, beispielsweise in ruhender Luft oder im Luftstrom, so steigt dessen Zugfestigkeit von 3,0 kg/mm2 auf 5,5 kg/mm2, während gleichzeitig die 'Sprödigkeit absinkt.
Der Vorgang im Werkstoff, der im obigen Beispiel eintritt, beruht auf Kristallumwandlüngseffekten, die oberhalb 85o° ablaufen und teilweise reversibel sind. Der irreversible Anteil ist infolge Übergangs in eine andere Kristallisationsform mit einer Volumenzunahme einer bestimmten Kristallart verbunden, die sich auch in einer Volumenzunahme des gesamten Körpers bemerkbar macht. Der innere Spannungszustand, d. h. die mikroskopischen Spannungen zwischen den einzelnen Kristallarten, der für das Verhalten insbesondere der spröden keramischen Werkstoffe charakteristisch ist, wird durch diese Vorgänge wesentlich beeinflußt, und zwar, wie das angeführte Beispiel zeigt, so, daß die Zugfestigkeit stark ansteigt und die Sprödigkeit absinkt. Der reversible Anteil der Umwandlung wird durch schnelles Durchschreiten der unteren Umwand.lungstemperatur (im Beispiel etwa 85o° C) 'durch rasches Abkühlen weitgehend unterdrückt. Selbstverständlich darf die Vergütungstemperatur auch eine obere Grenze nicht überschreiten, die im allgemeinen durch den Erweichungspunkt gegeben ist.
Finden in dem Temperaturbereich, in dem die Vergiftung vor sich geht, Umwandlungen mehrerer Kristallarten statt, dann wird die Wärmebehandlung vorteilhaft in Stufen vorgenommen, derart, ciaß die einzelnen Umwandlungen ungestört ablaufen können.
Die Erwärmung wird je nach dem zu vergütenden keramischen Werkstoff in neutraler, re<Iitzierender oder auch oxydierender :Atmosphäre vorgenommen. Das Abkühlen kann in dem gleichen oder einem anderen Gas erfolgen. Auch Bäder aus Flüssigkeiten oder Pulvern können zum Kühlen von Fall zu Fall Verwendung finden. Auf diese Weise kann man die Allkühlung in beliebiger Weise steuern.
Für das beschriebene Beispiel ist bei der \'ergütung 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 Abkiihlgeschwindigkeit möglichst groß gewählt. Es ist dabei jedoch auf die Temperaturwechselbeständigkeit des betreffenden Werkstoffes Rücksicht zu nehmen. Gegebenenfalls kann man den Vergütung@i-Organg mit dem Glattbrand des kerainisclien Werkstückes derart verbinden, daß man die Abkühlung des fertiggebrannten Stückes in der erforderlichen Weise steuert und damit die notwendige Erwärmung auf die Umwandlungstemperatur einspart.
Keramische Werkstoffe, die entsprechend tler @Erüodung vergütet sind, lassen sich infolge ihrer besseren Festigkeitseigenschaften und ihrer verminderten Sprödigkeit für manche Zwecke in der Tee'krni'k, z. B. für den Maschinenbau, verwenden, denen sie vorher-nicht zugänglich waren, z. 13. für Brenner, Turbinenschaufeln usw.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Vergütung keramischer Werkstoffe zwecks Steigerung der Festigkeitseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff nach dem keramischen Brand auf eine Tempeiatur unterhalb des Erweichungspunktes erwärmt, eine Zeitlang aiif' dieser Temperatur gehalten und dann rasch abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß..der Vergütungsvorgang mehr-.: mals wiederholt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umwandlung inehrerer Kristallarten bei verschiedenen Temperaturen der Vergütungsvorgang für jede 1?inwandlung einzeln vorgenommen wird, derart, daß sich mehrere Vergütungsvorgänge stufenförmig aneinanderreihen.
Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütung in neutraler, oxydierender oder reduzierender Atmosphäre erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergüten Atmosphären von Gasen verwendet werden, die mit den heißen keramischen Körpern in chemische oder physikalische Reaktionen treten.
6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des keramischen Werkstoffes bei der Vergütung in anderen Gasatmosphären erfolgt als die Erwärmung. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Alikühlun"; des keramischen Werkstoffes in Bädern ails Flüssigkeiten oder Pulvern erfolgt. 8, Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergütungsvorgang mit dem keramischen Glattbrand kombiniert wird.