SE442487B - Forfarande for framstellning av en sintrad kompositkropp - Google Patents

Description

20 25 30 35 8402811-7 lim, t ex vattenglas, i sådana fall då en förhållandevis hög tem- peratur förväntas påverka keramen (keramiken), föreligger en pâ- taglig risk att olika utvidgningskoefficienter orsakar keramens avsplittring. Dessutom innebär de många arbetsmomenten vid denna tillverkning höga kostnader. Andra kända metoder är t ex lödning på keramik. Detta är en omständig metod som kräver stor noggrann- het och minst sju olika arbetsmoment. Dessutom krävs att kornstor- leken hos lödpulvret skall vara under ilum.

Det har dock enligt uppfinningen visat sig att det genom pulver- pressning och efterföljande sintring går att på ett enkelt sätt erhålla mycket överraskande god bindning mellan keram och metall.

Enkelheten består bl a i att det visat sig möjligt att i ett moment pressa samman det keramiska pulvret och metallpulvret (t ex järn- pulver). Pressningen kan ske vid så lågt tryck som ca 0.5 t/cm? och god styrka kan uppnås även i den keramiska delen vid så låg temperatur som 80006.

Två stora och delvis sammanfallande problem har uppfinnarna tvingats lösa. Dilatationskurvor för metaller och keramer avviker oftast starkt från varandra. Det har visat sig att skadeverkningarna av detta går att överbrygga genom att som bindefas mellan keramikskikt och metallskikt använda ett eller flera skikt med en blandning av de ingående komponenterna. Hur stor andel metall eller keram som skall ingå i blandningen är helt beroende av användningsområde och om blandningen skall bindas till keram och/eller metall. Det är givet att sinterkroppar också kan framställas enligt uppfinningen i endast ett skikt och där mängden av de ingående komponenterna kan styras av användningsområde. Vid den temperatur som metalldelen av sinterkroppen tål sintrar den eldfasta keramen mycket dåligt. Det har dock visat sig möjligt att modifiera det ingående keramiska D materialet på sådant sätt att erforderlig hållfasthet uppnås under sintringen. Detta kan uppnås på två sätt, nämligen genom tillsats av aluminiumoxid eller aluminiumhydrat och fosforsyra eller torr fosforsyra och lämplig mängd vatten, eller genom tillsats av mono- aluminiumfosfatlösning eller monoaluminiumfosfat och vatten. 10 20 25 30 35 8402811-7 I det följande exemplifieras uppfinningen och redovisas försök som gjorts med användande av teknik enligt uppfinningen och de över- raskande resultat som därvid uppnåtts.

Exempel 1 En blandning, benämnd A, bereddes på följande sätt. 600 g aluminium- oxidpulver med en maximal partikelstorlek av 400¿m1och 350 g alumi- niumoxidpulver med en maximal partikelstorlek av 45;miblandades väl tillsammans med 50 g 80 %-ig fosforsyra. 500 g av den enligt ovan framställda blandningen blandades med 500 g järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 147/mt Den så framställda blandningen benämnes i det följande B.

En blandning C bestående av följande komponenter bereddes: 990 9 järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 147 pm, 10 g zinkstearatpulver med en maximal partikelstorlek av l47,um.

Av vardera blandningarna A - C framställdes provkroppar med dimen- sionerna 0 25 mm, h 25 mm genom pressning vid ett presstryck av 200 MPa, värmebehandling i avrykningsugn vid 300°C under en tid av 15 min i neutral atmosfär, varefter de sintrades vid en temperatur av 105006 under 30 min i en icke oxiderande atmosfär.

För de så framställda provkropparna bestämdes dilatationsförloppet inom temperaturintervallet 20 - 60000. Resultatet, presenterat i diagram 1, visar överraskande att dilatationsförloppet för den prov- kropp som tillverkats av blandning B avsevärt närmare ansluter till det dilatationsförlopp som registrerades för provkroppen tillverkad av blandning A än till förloppet för provkroppen av blandning C, trots att blandning B utgöres av lika viktsdelar av blandningarna A och C.

Exempel 2 Fyra pulverblandningar, D, E, F och G, med sammansättning enligt nedanstående tabell bereddes: (fl 10 15 20 25 30 as 8402811-7 aluminiumoxidpulver med en maximal partikel- storlek av 150 ,um Blandning D: 90.0 % 5.0 % monoaluminiumfosfatlösning 5.0 % kolbildande organiskt pulver Blandning E: 50.0 % av blandning D 50.0 % av järnsvamppulver med en maximal partikel- storlek av 210 pm Blandning F: 95.0 % aluminiumoxidpulver med en maximal partikel- storlek av 150 ,um 5.0 % kolbildande organiskt pulver Blandning G: 50.0 % av blandning F 50.0 % av järnsvamppulver med en maximal partikel- storlek av 210 pm.

Provkroppar med måtten ø 25 mm och h 25 mm pressades i två skikt vid presstrycket 90 MPa. Provkropparnas sammansättning framgår av nedanstående tabell.

Provkropp I: Skikt 1: Skikt 2: bestående av pulver från blandning D bestående av pulver från blandning E Provkropp II: Skikt 1: Skikt 2: 'bestående av pulver från blandning F bestående av pulver från blandning G Provkropparna sintrades vid 900°C under 20 min i en neutral skydds- gasatmosfär.

De så framställda provkropparna undersöktes med avseende på tryck- hållfasthet. Härvid uppmättes för provkropp II en total belastning vid brott 190 N medan provkropp I fortfarande_höll samman vid en belastning av 5500 N, varefter ündersökningen avbröts¿ Vidare ”' 15 20 25 30 35 8402811-7 undersöktes provkropparna i mikroskop, varvid det framgick att den kiart bättre hâïifasthet som uppmätts för provkropp I är ett resui- tat av att tiïisatsen av monoaiuminiumfosfat åstadkommer sintrings- bindningar meiian keramikpartikiarna men ocksâ, viiket är en heït överraskande effekt, åstadkommer sintringsbindningar me11an keramik- och metalïpartikiarna. Resultaten av här beskrivet försök visar att bindningen meiian keramik och metail kan förbättras högst be- tydïigt genom att använda förfarande eniigt uppfinningen.

Exempei 3 Fierskiktsprovkroppar med sammansättning en1igt nedanstående tabeil framstäiides.

Provkropp III: Skikt 1: bestående av 92.0 % aiuminiumoxidpuïver och 8.0 % torr fosforsyra + ïämpiig mängd vatten för biidande av monoaiuminiumfosfat bestående av 46.0 % aiuminiumoxidpuïver och 4.0 % torr fosforsyra + vatten enïigt ovan samt 50.0 % järnpuïver med en maximai partikeistorlek av 400,um bestående av 96.0 % järnpuiver med en maximaï parti- keïstoriek av 400fm1och 3.5 % ko1bi1dande organiskt puïver med en partikeïstorïek understigande 400,um och 0.5 % zinkstearatpulver Skikt 2: Skikt 3: Provkropp IV: Skikt 1: bestående av 95.0 % aiuminiumoxidpuiver och 5.0 % monoaiuminiumfosfatiösning Skikt 2: bestående av 71.0 % aiuminiumoxidpuiver och 5.0 % monoaiuminiumfosfatiösning och 24.0 % järnpuiver Skikt 3: bestående av 70.0 % järnpuiver och 25.0 % aluminium- oxidpulver och 5.0 % monoaiuminiumfosfatiösning Skikt 4: bestående av 99.3 % järnpuiver och 0.7 % zink- stearatpuiver. 10 15 20 _æ 30 35 8402811-7 Provkropparna pressades vid 500 MPa, värmebehandlades i avryknings- ugn och sintrades vid 1120°C under 30 minuter i skyddsgasatmosfär.

Provkropparnas dilatationskurvor uppmättes. Resultatet, som pre- senteras i diagram 2, visar att dilatationsförloppet för flerskikts- kroppar framställda enligt uppfinningen mycket nära ansluter till dilatationsförloppet för pressad och sintrad keramik.

Vidare examinerades provkropparna i mikroskop, varvid kunde konsta- teras att god bindning mellan keram och metall erhållits, och sprickbildning mellan keramikpartiklar och metallpartiklar kunde inte iakttagas.

Som grovtest för tålighet mot värmechock värmdes provkropparna med svetslâga på metallskiktet till rödglödgning och släcktes i vatten.

Provet upprepades tills samtliga provkroppar spruckit sönder.

Ingen av provkropparna uppvisade ökad benägenhet till sprickbildning i skiktgränserna.

Uppfinnarna har i de exempel som här redovisats för att exemplifiera uppfinningen använt sig av aluminiumoxid och järnpulver. Men försök har visat att keramen lika väl kan vara aluminiumsilikater, magne- siumaluminiumsilikater, zirkoniumoxider, zirkoniumsilikater, orto- silikater, kiselkarbider och slagger. Uppfinningen är heller inte bunden till järnpulver och dess legeringar utan även andra metaller såsom aluminium, koppar, nickel, krom, molybden, mangan och deras legeringar kan användas.

Det har även visat sig vid fortsatta undersökningar att för vissa applikationer är det möjligt att som bindemedel använda även andra sura fosfatsalter av 2- eller 3-värda metaller.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 8402811-7 P A T E N T K R A V Förfarande för att framställa en inhomogen sinterkropp genom att förena metallpulver med eldfast keramiskt pulver vid för pulvermetallurgi normala tryck och sintringsförhållanden, k ä n n e t e c k n a t av att sinterkroppen framställes i ett skikt eller flera skikt med förskjutet blandningsför- hållande mellan den ingående keramen och metallen och att i keramikdel och i blandningszon inblandas monoaluminiumfosfat eller aluminiumoxid (eller aluminiumhydrat) och fosforsyra (eller torr fosforsyra). Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att sintring sker vid en temperatur av 800 ~ 135006, företrädesvis 1000 - 12s0°c. Förfarande enligt krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a t av att pulverpressningen sker vid ett tryck av 0.5 - 10 t/cmz, före- trädesvis 1 - 5 t/cmz. Förfarande enligt krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att sintring sker under en tid av minst 10 minuter i ickeoxiderande atmosfär. Förfarande enligt krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att metallpulvret innehåller ett eller flera av elementen järn, aluminium, koppar, nickel, molybden, krom och mangan. Förfarande enligt krav 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att metallpulvret dessutom innehåller ett eller flera av elementen kol, fosfor och kisel. Förfarande enligt krav 1 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att keramiken innehåller ett eller flera av följande keramer: aluminiumsilikater, magnesiumaluminiumsilikater, zirkoniumoxider, zirkoniumsilikater, ortosilikater, kiselkarbider och slagger.