DE3050426C2 - Mischung f}r die Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage - Google Patents
Mischung f}r die Herstellung einer KohlenstoffgrundlageInfo
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Description
Kohlenstoffüllmittel 65 bis 85 Gew.-%
Phenol-Formaldehyd-Harz 12 bis 30 Gew.-°/o
Glaskeramik 3 bis 5 Gew.-%
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kohlenstoffüllmittel Kohlenstoffpulver
mit einer Teilchengröße von 0,01 bis 0,5 mm enthält.
3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kohlenstoffüllmittel Kohlenstoffasern
enthält.
4. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kohlenstoffüllmittel, ein Genrseh von
Kohlenstoffasern mit Kohlenstoffpulver bei einem Gewichtsverhältnis derselben von 1 :1 bis 1:5 enthält
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischung für die Herstellung einer bei der Produktion von silizierten
Antifriktionswerkstoffen verwendeten Kohlenstoffgrundlage, welche ein Kohlenstoffüllmittel und Phenol-Formaldehyd-Harz
enthält.
Aus der GB-PS 13 94 106 ist eine Mischung dieser Art bekannt, die neben einem pulverförmigen Kohlenstofffüllmittel
und einem Bindemittel in Form beispielsweise eines Phenol-Formaldehyd-Harzes, Erdölkoks enthält.
Silizierte Antifriktionswerkstoffe, die mit dieser Mischung hergestellt sind, weisen jedoch ungenügend hohe
Festigkeit (Druckfestigkeit höchstens 450 N/mm2) und Schlagzähigkeit höchstens 3 Nmm/mm2 sowie ungenügend
hohe Verschleißfestigkeit in flüssigen Medien bei einem Gehalt an Schleifbeimengungen und in Schüttgütern
auf (die Verschleißfestigkeit beträgt 0,055 mm/1000 Stunden). Außerdem sind Antifriktionswerkstoffe auf
dieser Basis ungenügend verschleißfest im Medium aggressiver Flüssigkeiten, wie Lösungen von Säuren und
A'.äalien (die Verschleißgeschwindigkeit beträgt dort 0,129 mm/1000 Stunden).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die es
gestattet, silizierte Antifriktionswerkstoffe mit erhöhten Festigkeitswerten und niedriger Verschleißgeschwindigkeit
in flüssigen Medien mit einem Gehalt an Schleifbeimengungen in neutralen und aggressiven flüssigen
Medien und bei Schüttgütern zu erhalten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch gekennzeichneten Merkmale.
Als Kohlenfüllmittel kann in der Mischung Kohlenstoffpulver mit einer Teilchengröße von 0,01 bis 03 mm
verwendet werden; es können jedoch auch als Kohlenstoffüllmittel Kohlenstoffasern in Anwendung gelangen
sowie ein Gemisch von Kohlenstoffasern mit Kohlenstoffpulver im Gewichtsverhältnis von 1 :1 bis 1 :5.
Die erfindungsgemäße Mischung gestattet es, silizierte Antifriktionswerkstoffe zu erhalten, die durch erhöhte
Verschleißfestigkeit gekennzeichnet sind (die Verschleißgeschwindigkeit beträgt 0,010 bis 0,031 mm/1000 Stunden),
was einerseits es ermöglicht, die genannten Antifriktionswerkstoffe in Reibbaugruppen zu verwenden, die
in neutralen und aggressiven Medien, in flüssigen Medien mit Schleifbeimengungen und bei Schüttgütern
betrieben werden.
Eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit der silizierten Antifriktionswerkstoffe in aggressiven flüssigen Medien
bewirkt die in der erfindungsgemäßen Mischung verwendete Glaskeramik.
Die silizierten Antifriktionswerkstoffe, die auf der Basis einer Mischung der erfindungsgemäßen Zusammen-Setzung
erhalten werden, weisen erhöhte Festigkeitswerte auf. So beträgt die Druckfestigkeit 450 bis 550 N/
mm2, die Schlagzähigkeit 2,2 bis 22 N mm/mm2.
Die erfindungsgemäße Mischung bereitet man durch Vermischen von Kohlenstoffüllmittel, des Phenol-Formaldehyd-Harz
und Glaskeramik in den vorgegebenen Verhältnissen.
Als Kohlenstoffüllmittel verwendet man in der Mischung ein Kohlenstoffpulver, beispielsweise Pulver von
künstlichem Graphit, Steinkohle, Koks (Erdöl-, Steinkohlen-, Phenolkoks) sowie ein Gemisch von Kohlenstoffpulvern
in willkürlichem Verhältnis. Außerdem können als Kohlenstoffüllmittel Kohlenstoffasern verschiedener
Länge oder ein Gemisch von Kohlenstoffasern mit Kohlenstoffpulver bei einem Gewichtsverhältnis von 1 :1 bis
1 :5 verwendet werden.
Im Falle der Verwendung eines pulverförmigen Kohlenstoffüllmittels verwendet man Phenol-Formaldehydbo
Harz zweckmäßig in Form von Pulver. Bei der Verwendung von Kohlenstoffasern oder eines Gemisches
derselben mit Kohlenstoffpulver als Kohlenstoffüllmittel löst man zweckmäßigerweise das Phenol-Formaldehyd-Harz
vorher in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise in Aceton oder Äthylalkohol, auf.
Das Kohlenstoffüllmittel verwendet man in einer Menge von 65 bis 85% bezogen auf das Gewicht der
erfindungsgemäßen Mischung.
Die in der Mischung enthaltene Glaskeramik ist ein pulverförmiges Gemisch von Oxyden (10 bis
12% Gew.-% AI2O3,12 bis 14 Gew.-o/o CaO, 9 bis 11 Gew.-% MgO, 5 bis 6 Gew.-% Na2O, Rest SiO2) mit einer
Teilchengröße von 20 bis 50 μπι wobei seine Menge 3 bis 5%. bezogen auf das Gewicht der Mischung, beträgt.
Glaskeramik der genannten Zusamensetzung stellt ein Kristallisationsprodukt des Glases dar. Man erhält sie
nach einem bekannten Verfahren, das darin besteht, daß man Glas einer stufenweisen Hochtemperaturwärmebehandlung
in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1800°C unterwirft. Im Prozeß der genannten Wärmebehandlung
wandelt sich das Glas in mikrokristallines Material, in dessen ganzem Volumen die kleinsten Kristallflächen
gleichmäßig verteilt sind.
Die durch Vermischen der Komponenten erhaltene Mischung verwendet man für die Herstellung einer
Kohlenstoffgrundlage, die ihrerseits bei der Produktion von silizierten Antifriktionswerkstoffen verwendet wird.
Die Kohlenstoffgrundlage aus der Mischung erhält man nach bekannter Technologie durch Pressen der
genannten Mischung in Preßformen und anschließendes Brennen der erhaltenen Halbzeuge und Erzeugnisse be"
einer Temperatur von 900 bis 11000C in der Atmosphäre von Inertgasen oder in Vakuum.
Nach dem Brennen stellt man aus den Halbzeugen durch mechanische Bearbeitung Erzeugnisse her.
Die silizierten Antifriktionswerkstoffe auf Kohlenstoffgrundlage erhält man nach der bekannten Technologie
durch Tränkung der genannten Kohlenstoffgrundlage (d. h. der gebrannten Erzeugnisse oder der Erzeugnisse,
erhalten aus den gebrannten Halbzeugen) mit einer Siliziumschmelze bei einer Temperatur von 1900 bis 2100° C
in der Atmosphäre von Inertgasen oder in Vakuum.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun Beispiele angeführt. Die Angaben zur Festigkeit und
Verschleißfestigkeit der silizierten Antifriktionswerkstoffe, erhalten gemäß den Beispielen 1 bis 6 der GB-PS
13 94 106, sind in der Tabelle nach den Beispielen angeführt.
Kohlenstoffpulver in einer Menge von 65 Gew.-% mit einer Teilchengröße von 0,01 bis 0,5 mm, Glaskeramik
in einer Menge von 5 Gew.-°/o mit der Zusammensetzung: 10% AI2O3,12% CaO, 9% MgO, 5% Na2O, Rest SiO2
und einer Teilchengröße von 20 bis 50 μπι vermischt man mit dem in einer Menge von 30 Gewichtsprozent
genommenen Pulver von Phenol-Formaldehyd-Harz innerhalb von 15 Minuten. Die erhaltene Mischung preßt
man in Preßformen bei einer Temperatur von 1700C und einem Druck von 10 N/mm2. Die Erzeugnisse werden
bei einer Temperatur von 1000° C in einem Vakuum von 13,3 N/m2 gebrannt. Die Gesshwindigkeit des Temperaturanstieges
beträgt 50°C/Stunde, die Haltedauer bei der Endtemperatur 1 Stunde. Die gebrannten Erzeugnisse
(die Kohäenstoffgrundlage) kühlt man auf eine Temperatur von 200 bis 3000C ab, durchtränkt danach mit einer
Siliziumschmelze bei einer Temperatur von 1950° C in einem Vakuum von 13,3 N/m2 und erhält Erzeugnisse aus
dem silizierten Antifriktionswerkstoff.
Kohlenstoffpulver in einer Menge \v π 76 Gewichtsprozent, Glaskeramik in einer Menge von 4 Gewichtsprozent
mit der Zusammensetzung: 11 Gew.-% AI2O3, 13 Gew.-% CaO, 10 Gew.-% MgO, 6 Gew.-% Na2O, Rest
SiO2 vermischt man mit 20 Gewichtsprozent Pulver von Phenoi-Formaldehyd-Harz und erhält eine Mischung.
Die weiteren Operationen zur Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage aus der genannten Mischung und dem
silizierten Antifriktionswerkstoff aus dieser Grundlage sind analog den in Beispiel 1 beschriebenen.
B e i s ρ i e 1 3
Kohlenstoffpulver in einer Menge von 85 Gewichtsprozent, Glaskeramik in einer Menge von 3 Gewichtsprozent
(die Zusammensetzung der Glaskeramik ist in Beispiel 1 angeführt) vermischt man mit 12 Gewichtsprozent
Pulver aus Phenol-Formaldehyd-Harz und erhält eine Mischung.
Die weiteren Operationen zur Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage aus der genannten Mischung und dem
silizierten Antifriktionswerkstoff auf dieser Grundlage sind analog den in Beispiel 1 beschriebenen.
Kohlenstoffasern von 20 bis 40 mm Länge in einer Menge von 76 Gewichtsprozent, Glaskeramik in einer
Menge von 4 Gewichtsprozent (die Zusammensetzung der Glaskeramik ist in Beispiel 1 angeführt) vermischt
man mit 20 Gewichtsprozent Phenol-Formaldehyd-Harz. Das Harz löst man vorher in Äthylalkohol bei einem
Verhältnis von 1 :1 auf. Dier erhaltene Mischung trocknet man in einem Trockenschrank bei einer Temperatur
von 80 bis 1000C innerhalb von 30 Minuten. Die anschließenden Operationen sind analog den in Beispiel 1
beschriebenen.
Kohlenstoffasern von 10 bis 20 mm Länge in einer Menge von 40 Gewichtsprozent, Glaskeramik in einer
Menge von 4 Gewichtsprozent (die Zusammensetzung der Glaskeramik : 12 Gew.-% AI2O3, 14 Gew.-% CaO,
11 Gew.-% MgO, 6Gew.-% Na2O, Rest SiO2) vermischt man mit 16 Gewichtsprozent Phenol-Formaldehyd-Harz.
Die vorhergehende Auflösung des Harzes und alle anderen Operationen sind analog den in Beispiel 4
beschriebenen.
Kohlenstoffasern von 40 bis 60 mm Länge in einer Menge von 12 Gewichtsprozent, Kohlenstoffpulver in einer
Menge von 60 Gewichtsprozent, Glaskeramik in einer Menge von 5 Gewichtsprozent (die Zusammensetzung
der Glaskeramik ist in Beispiel 5 angeführt) vermischt man mit 23 Gewichtsprozent Phenol-Formaldehyd-Harz.
Die vorhergehende Auflösung des Harzes und alle anschließenden Operationen sind analog den in Beispiel 4
beschriebenen.
Die silizierten Antifriktionswerkstoffe, erhalten nach den Beispielen 1 bis 6 und nach der GB-PS 3 94 106,
wurden auf Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit und Schlagzähigkeit geprüft.
Die Prüfungen auf Verschleißfestigkeit in Wasser, welches Sand mit einer Teilchengröße von 20 bis 40 μΐη bei
einer Konzentration von 10% enthält wurden bei einer Beanspruchung von 5 N/mm2 mit einer Gleitgeschwindigkeit
von 3 m/s durchgeführt. Die Prüftemperatur betrug 800C. Die Verschleißfestigkeit wurde nach der
VerschleiOgeschwindigkeit beurteilt
Die Prüfungen auf Verschleißfestigkeit in 50%'iger wäßriger Ätznatronlösung wurden bei der gleichen Beanspruchung,
Gleitgeschwindigkeit und Temperatur wie oben angeführt durchgeführt.
Wie aus der nachstehend angeführten Tabelle hervorgeht gestattet es die Anwendung der Erfindung, die
Druckfestigkeit der silizierten Antifriktionswerkstoffe um 20%, die Schlagzähigkeit um das 7fache zu erhöhen
und die Verschleißgeschwindigkeit in Schleifbeimischungen enthaltenden flüssigen Medien um das 2- bis 5fache
und die Verschleißgeschwindigkeit in aggressiven flüssigen Medien um das 4- bis 8fache gegenüber den analogen
Kennwerten des silizierten Antifriktionswerkstoffes, erhalten nach dem bekannten Verfahren nach der
GB-PS 13 94 106, zu senken.
Dichte, g/cm3
Druckfestigkeit
N-mm2
N-mm2
Schlagzähigkeit
N mm/mm3
N mm/mm3
Verschleißgeschwindigkeit in Wasser
enthaltend 10%
Sand, mm/1000
Stunden
enthaltend 10%
Sand, mm/1000
Stunden
Verschleißgeschwindigkeit 5O°/oiger wäßriger
Ätznatronlösung, mm/1000 Stunden
1 | 235 |
2 | 2,50 |
3 | 2,62 |
4 | 2,65 |
5 | 2,45 |
6 | 2,40 |
nach GB-Ps | 2,60 |
13 94 106 |
450
480
520
550
465
455
450
480
520
550
465
455
450
2,2
3,5
3,7
22,0
9,0
6,0
3,0
3,5
3,7
22,0
9,0
6,0
3,0
0,010
0,015
0,020
0,026
0,022
0,017
0,055
0,015
0,020
0,026
0,022
0,017
0,055
0,015 0,019 0,028 0,031 0,029 0,021 0,129
Die erfindungsgemäße Mischung kann man für die Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage verwenden, die
ihrerseits bei der Produktion von silizierten Antifriktionswerkstoffen eingesetzt wird. Die letzteren können im
Maschinenbau und anderen Industriezweigen für die Herstellung von Gleitlagern und Stirndichtungen in Zentrifugalpumpen
und in Ausrüstungen angewendet werden, die mit neutralen, aggressiven Flüssigkeiten und Schleifbeimengungen,
beispielsweise Zunder, Tone, Sand und dergleichen, verschiedener Dispersität, enthaltenden
Flüssigkeiten sowie Schüttgüter transportierenden Flüssigkeiten in Berührung kommen.
Claims (1)
1. Mischung für die Herstellung einer bei der Produktion von silizierten Antifriktionswerktsoffen verwendeten
Kohlenstoffgrundlage, welche ein Kohlenstoffüllmittel und Phenol-Formaldehyd-Harz enthält, d a durch
gekennzeichnet, daß sie weiter Glaskeramik von der Zusammensetzung: AI2O3 10 bis
12 Gc-w.-o/o, CaO 12 bis 14 Gew-%, MgO 9 bis 11 Gew.-%, Na2O 5 bis 6 Gew.-°/o, Rest SiO2 enthält, wobei
das Verhältnis der genannten Komponenten in der Mischung wie folgt ist:
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