DE927796C - Keramische Koerper - Google Patents

Description

• Keramische Körper Es sind eine Anzähl feinkeramischer Werkstoffe hoher mechanisc@h@er Fes.tägkeit auch bei erhöhten Temperaturen bekanntgeworden, wie z. B. die Werkstoffe der Steatitgruppe, die vorzugsweise aus Speckstein oder Ta1ku-m ,durch Dichtsintern entstehen, sowie die dichtgesinterten tonerdereichen, quarzarmen Porzellanmassen, die soggenannten Pyrometerporzellane oder Si@llimanitmassen mit A12 03 Gehalten über 40 bis zu 6o%, die :sich durch besondere hohe mechanische Festigkeit gegenüber den,meisten anderen keram-iischen Werkstoffen auszeichnen. Die Biegefestigkei.ten von zweiderartigen Massen bei Normal- und erhöhter Temperatur betragen z. B.

  1 200 700° @-.-800 ° 900, @- 10000 @Ixooo-

  für eine Steatitmasse . . (in kg/CM) 1162 1123 1186 1412 16io io66

  für Pyrometerporzellan (in kg/cm2) 146o 1544 1124 io69 1156

  (zum Teil

  gebogen)

  Ein Nachteil dieser Werkstoffe ist ihre hohe Temperaturwechselempfindlichkeit, die besonders groß bei :den Steatitmassen ist, aber auch bei dien Pyro,meterporzellanen sohnelleErhitzungen größerer Werkstücke, vor allem auch ungleiohfärrnige Erhitzungen verbietet. Die Bierdeutung von mechanisch festen, hitzebeständigen -und temperaturwechselbeständigen Baustoffen ist -indessen sehr groß, da ja, normraler Stahl über 400° seine Festigkeit verliertund hochlegierte ,Stähle sehr teuer, schwer verair:beitibar und infolge Fehlens der Legieru:n@gsmetadle kaum erhältlich sind.
• Es bedeutet daher einen großen Fortschritt, wenn es :gelingt, die angeführten keramischen Baustoffe .so zu verbessern, d'aß ihre Te:mperaturwechselbeständigikeit beträchtlich erhöht, .die mechanische Festigkeit, vor allem .bei =hohen Temperaturen, aber nicht oder nicht wesentlich verringert wird-. Dieses Ziel _ ist durch die erfindungsgemäßem Baustoffe erreicht worden, und zwar durch Zugabe- von feinkörnigen oxydations-, korrosions- und verschfackungsbestäuditgen Zuschlagstoffen hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Silici-wmcarbi.d. Aber auch die Carbi@de, Borüde und Nitride des Titans, Zirkons, Vanadins, Nioibs, Tantal,s, Wolframs und/oder Molybdäns sowie,das metallische Silicium und F.erro,si.l:icium sind brauchbar. S,i:li-ciu @mc @arb.i,d kommt in Frage vom 7 ,bis 40 0/ö, vorzugsweise 18 bis 390/0, die anderen Zuischlagstoffe- können 7 bis 50% betragen. Voraussetzung für die Erhaltung der hölhen mechanischen Festigkeit der Grundstoffe ist eine feine Körnung der Zuschlagstoffe hoher Wärmeleitfähigkeit. Somüssen mindestens 5011/o des zugesetzten SiC eine Körnung vom o, r 5 bis o,oi mm aufweisen, während der Rest des Si C feinstes Mehl ist.
• Höhere Festigk eitere erhält man bei einer Kö@rnung von kleiner als 0,o6 mm, wobei das Sii C .durch ein Sieb von i11 ooo Maschen pro, Quadratzentimeter hindurchgeht. Besonders vorteilhaft sind z. B. die harndels.übliehen Körnungen 28o, 320 und 400, die einer I',orngrö@ße von 0,052 bis 0,073 mm, 0,043 bis 0,057 mm und 0,039 ,bis 0,051 mm entsprec=hen, während aIlerfeinstes Mehl in Mengen vom mehr als 511 0/11 ,des Si C ungünstig ist, da "die Temperatürwechselbeständigleit verschlechtert wird. Bei groberem Korn wird andererseits die mechanische Festigkeit verschlechtert. -Gürnstig ist eine Kornverteilung, die eine möglichst dichte Packung des SiC-Korns ergibt, entsprechend der soggenannten Fudlerkwrve. Der Brand rnuß so hoch geführt weroden"d'aß ein möglichst dichter Scherben entsteht mit einer Wasserau=fnahme von weniger als 511/o. Doch sind- auch bei einer Wasseraufnahme bis zu 1011/o noch ausreichende mechanische, Werte zu verzeichnen. Auch ist eine reduzierende Brennweise anzuwenden, da sonst leicht blasige Scherbenstrukturentsteht.
• Ob das Ziel .der Erfindung erreicht ist, kann durch folgernden Versuch ermittelt werden: Prüfstäabe von r11 mm Durchmesser werden in waagerechter Lage der Flamme eines Bunsenbrenners ausgesetzt, bis sie axif einer Länge von ed@nigen Zentimetern helle Rotglut zeigen. Dann wird ein kalter Luftstrom gegen die erhitzte Stelle geleitet, so. daß der Stab in wenigen Sekunden vollständig a=bkühlt. Diese Prüfung wird dreimal wiederholt unddann die Biegefestigkeit bei Normaltemperatur .ermittelt. Sie darf nicht wesentlich niedriger liegen als bei den th@ermi-soh nicht .geprüften Stäben. Prüfkörper aus Steatit und' Pyrometerporzellan platzen bereits =bei .der ersten Abschreckung, bei io11/o Zusatz an feinkörnigem Si C halten die Stäbe die, dreimalige Erhitzung und Abschreckung au!s o=hne Verminderung der Biegefe=stigkeit. Die thermische Beständigkeit nimmt mit weiterem Si C-Zusatz zu. Bis zu 300/0 st die- Biegefestigkeit noch annähernd gleich der an Stäben aus der reinen Grundmasse ermittelten oder sogar, vor allem bei höheren Temperaturen, noch größer. Bei 40% Zusatz ist eine merkliche- Verminderung ,der Festigkeit zu: ,erkennen, wie aus folgender Versuchsreihe hervorgeht:

  Tabelle

  Nicht Dreimal

  abgeschreckt abgeschreckt

  . kg/cm2 . kg/cm 2 -

  Steatitmasse mit =o11/0 Zusatz an SiC-KOrm 400 ........ 1792 1959

  _ _ 20o/0 _ 400 ........ 2o57 1930

  _ _ 300/0 _ _ _ 400 ........ 1353 1327

  _ _ 4011/o - - _ 400 ........ I028 I056

  Vor allem aber ist die Festigkeit bei hohen Temperaturen, z.,B. von 70o bis iooo°, bedeutend. In der Tabelle sind die an i11 mui starken Stäben, bei verschiedenen Temperaturen ermittelten Biegewerte an zwei Grundmassen und den thermisch verbesserten erfindungsgemäßen Massen aufgeführt.
• Aus der Ta=belle geht hervor, d,-aß das Raumgewicht ,der Werkstoffe mit 2,5 bis. 2,9, verg!bichen mit denen :der Stähle, sehr niedrig l=iegt. Damit sind hohe, Abreißdängen z. B. bei -der für Türbinenschaufeln zu erwarten. Es sei noch darauf hingewiesen, daß @die neuen Werkstoffe nach allen keramischen Arb:eitsmethodien, also durch Drehen, Gießen, Strangpressen, Pres=sen im Stahlmatrizen, leicht und billig verarbeitet werden können. Auch eine ZwischenbeaAeitung in trorkenem oder verglühtem Zustand sowie Schleifen der gebrannten Stücke ist möglich. Man =hat bereits vorgeschlagen, zur Herstellung vom Turblinernschaufeln einen keramischen Werlostoff zu verwenden, der aus einer magnes@i@umsi.likatha,ltigen Grundmasse mit einem Zusatz vom 30'/ü Si C besteht (Product Engineering, No-ve:mber 1946, S. 135 bis 137). Diese Turibnenschaufeln, von denen eis nicht bekannt ist, d.aß sie, im Hinblick auf die Korngrößen )des S.ilici,uimcarbids dem Erfindungsgegenstand entsprochen haben, befriedigten nach den Angaben der angezogenen Vorveröffe:ntlichung nicht.
• Die Verwendung der keramischen Körper gemäß Erfindung zur Herstellung von Schleif- oder Schneidwerkzeugen gehört nicht zum Erfindungsgegenstand.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Keramische Körper mit hoher Temperatu@rwechseIbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit bei Temperaturen über 6oo°, d. h. mit solchen Eigenschaften, wie sie für Turbinenschaufeln und ähnlich beanspruchte Maschinenbauteile erfor-derlich sind, dadurch gekennzeichnet, da.ß sie aus einer aus Speckstein oder Ta!l:kwm erzeugten Steatitgrundmasse oder aus eirner dichtgesinterten, tanerdereichen, quarzarmen Porzellanimasse mit einem Zusatz von etwa 7 bis 4o% Siliciumcarbid bestehen, mit der Maßgabe, daß mindestens 5o% des SiC-Anteiles eine Körnung von 0,15 bis zu o,oi mm aufweisen, während der Rest des Si C-Anteiles feinstes Mehl i:st, und dadurch, daß sie reduzierend gebrannt sind.
2. 2. Keramische Körper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d;aß der Zusatz von Si C 18 biss 39% beträgt und der gröbere Siliciumcarbli!dante:i,l eine Körnung von o,o6 bis o,oi mm aufweist.
3. 3. Keirami@sche Körper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß de diehtgesinterte tonerdereiche Grundmaisse über 40% A1203 enthält.
4. 4. Keramische Körper nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß .an die Stelle von 7 bis 40V0 Si C 7 :bis 5o % Titan-, Zir!kon-, Va.n@adin-, Niob-, Tantal-, Wolfram- und/oder Mollybdäncarbi,d, -n.itrid und/oder -borid oder metallisches Silicium oder Ferrosilicium treten. Ange@zoigene Druckschriften: Polnische Patentschrift Nr. 29 161; Product Engineering, 1946, S. 135 bis 137; Archiv für Metallkunde; Nr. 5, 1948, S. 152.