DE3050426C2 - Mischung f}r die Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage - Google Patents

Mischung f}r die Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage

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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.
Beispiel 1
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.
Beispiel 2
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.
Beispiel 4
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.
Beispiel 5
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.
Beispiele
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.
Tabelle Beispiel
Dichte, g/cm3
Druckfestigkeit
N-mm2
Schlagzähigkeit
N mm/mm3
Verschleißgeschwindigkeit in Wasser
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
2,2
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 0,019 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)

Patentansprüche:
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:
DE19803050426 1980-06-09 1980-06-09 Mischung f}r die Herstellung einer Kohlenstoffgrundlage Expired DE3050426C2 (de)

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