SE464620B - Saett att framstaella ett foeremaal av keramik genom isostatisk pressning i en glasomslutning - Google Patents

Description

464 620 Att avlägsna restkolet genom oxidering vid för oxidering erforderlig tem- peratur har visat sig medföra en drastisk försämring av den förformade kroppens hållfasthet, så att denna blir otillräcklig för inkapsling av kroppen i en omslutning av glas. Att tillgripa en försintring av kroppen för att förbättra hållfastheten har visat sig medföra manliga formföränd- ringar hos de vid den isostatiska pressningen framställda föremålen, spe- ciellt hos delar av föremålen med tunna och utskjutande partier, såsom skovlar på turbinhjul. Vidare har försintringen inneburit att sprickor i högre grad uppstått i de förformade kropparna, vilket lett till en ökad kassation.

Det har enligt den föreliggande uppfinningen visat sig möjligt att elimi- nera de beskrivna problemen och tillverka pressade och sintrade föremål med utmärkt reproducerbarhet med användning av isostatisk pressning. Den föreliggande uppfinningen medför även fördelar vid tillverkning av föremål av sådana material, t ex titandiborid, i vilken förekomst av restkol i förformade kroppar inte nedsätter hållfastheten i de färdiga isostat- pressade produkterna. Även i detta fall åstadkommes nämligen en förbättrad hanterbarhet och mindre kassation av förformade pulverkroppar.

De gynnsamma resultaten uppnås enligt den föreliggande uppfinningen genom att det temporära bindemedlet inte i sin helhet avlägsnas ur den förforma- de pulverkroppen, innan den förses med den gasgenomsläppliga omslutningen av glas utan en mindre del lämnas kvar i pulverkroppen och avlägsnas under vidtagande av särskilda åtgärder först när pulverkroppen är omgiven av den gasgenomsläppliga omslutningen.

Den föreliggande uppfinningen avser närmare bestämt ett sätt att fram- ställa ett föremål av ett pulverformigt keramiskt material med användning av isostatisk pressning, varvid det pulverformiga materialet tillföres ett temporärt organiskt bindemedel och formas till en förformad pulverkropp, ur vilken bindemedel avlägsnas genom avdrivning under uppvärmning, var- efter den förformade pulverkroppen anordnas med en gasgenomsläpplig om- slutning av glas, den gasgenomsläppliga omslutningen göres gasogenomsläpp- lig genom uppvärmning och den förformade kroppen med omgivande gasogenom- släpplig omslutning underkastas den isostatiska pressningen, som känne- tecknas av att en större del av bindemedlet avlägsnas ur den förformade pulverkroppen medan en för pulverkroppens sammanhållning erforderlig mindre del av bindemedlet lämnas kvar i pulverkroppen, att den förfor- made pulverkroppen därefter förses med den gasgenomsläppliga omslut- Ja. 464 620 ningen genom att i ett kärl av glas bäddas in i en massa av partiklar av glas och att kvarvarande bindemedel åtminstone i huvudsak helt avlägsnas från denna, då pulverkroppen är anordnad med den omgivande gasgenomsläpp- liga omslutningen.

Vid tillverkning av föremål av sådana keramiska material, i vilka kol- rester sätter ned hållfastheten, uppnås avsevärt högre hållfastheter hos färdiga isostatpressade föremål om bindemedlet avlägsnas från den med gasgenomsläpplig omslutning anordnade pulverkroppen genom att pulver- kroppen med omgivande omslutning behandlas med en oxiderande gas. Detta kan lämpligen ske genom att gasen, t ex luft utspädd med kvävgas eller argongas med låg syrgasinblandning, spolas genom den ugn eller annan uppvärmningsanordning, i vilken pulverkroppen med omslutning förvaras under bindemedlets avlägsnande.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen användes som kärl av glas ett kärl med gasgenomsläppliga väggar, t ex ett kärl uppbyggt av sammansintrade partiklar av glas, företrädesvis av samma glas som i om- slutningen. Anordnad på detta sätt kan kvarvarande bindemedel effektivt avdrivas ur pulverkroppen innan den omgivande omslutningen i nästa pro- cessteg göres gasogenomtränglig och den förformade pulverkroppen under- kastas isostatisk pressning.

Som exempel på keramiska material, för vilka den föreliggande uppfinningen är tillämpbar, kan nämnas nitrider såsom kiselnitrid, kiselaluminiumoxid- nitrid, aluminiumnitrid, titannitrid, zirkoniumnitrid, kromnitrid, bor- nitrid, metalloxider såsom aluminiumoxid, zirkoniumoxid såväl fullt som partiellt stabiliserad, magnesiumoxid, karbider såsom kiselkarbid, titan- karbid, borkarbid, borider såsom titanborid, zirkoniumborid samt bland- ningar av dylika material.

Som exempel på temporära bindemedel för den förformade kroppen kan nämnas polyolefiner såsom polyeten, polypropen och sampolymerer av eten och propen med vaxartad konsistens, polymera organiska estrar såsom etenvinyl- acetatpolymer och butylmetakrylatpolymer, cellulosaföreningar såsom metyl- cellulosa, cellulosanitrat, vaxer samt blandningar av två eller flera av de exemplifierade substanserna. Mängden temporärt bindemedel uppgår lämp- ligen till 30-60 % och företrädesvis till 35-50 % av den sammanlagda voly- men av keramiskt material och temporärt bindemedel. 464 620 Av den totala mängden temporärt bindemedel, som ingår i den förformade pulverkroppen innan något bindemedel avlägsnats, avdrives huvuddelen under uppvärmning företrädesvis i vakuum, medan lämpligen 5-30 X och företrädes- vis 10-25 Z lämnas kvar i pulverkroppen, som därefter anordnas med glas- omslutningen.

Som material i omslutningen väljes ett glas med en för uppgiften anpassad smältpunkt och viskositet. Som exempel på lämpliga glas, som kan användas för de flesta keramiska material, kan nämnas ett glas innehållande 80,3 viktprocent Si0 2, 12,2 viktprocent B203, 2,8 viktprocent Al203, 4,0 viktprocent Na20, 0,4 viktprocent K20 och 0,3 viktprocent CaO (Duran , Pyrex , ett glas innehållande 58 viktprocent Si02, 9 viktprocent B203, 20 viktprocent Al203, 5 viktprocent Ca0 och 8 viktprocent MgO, ett glas innehållande 96,7 viktprocent SiO2, 2,9 viktprocent B203 och 0,4 vikt- procent Al203 (Vycor(E4, ett glas innehållande 46-50 viktprocent Si02, 48-52 viktprocent B203 och 1,5-2,5 viktprocent Al203 samt andra glas innehållande minst 50 viktprocent B203 såsom ett glas innehållande 38 viktprocent Si0 , 60 viktprocent B203 och 2 viktprocent A120 3.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar i ett axiellt snitt en av det pulverformiga materialet förformad kropp i form av en avgasturbin, anordnad i en gasgenomsläpplig omslutning av glas för avlägsnande av kvarlämnat temporärt bindemedel och fig 2 den förformade kroppen med omgivande omslutning av glas anordnad att undergå isostatisk pressning.

För framställning av den i fig 1 visade förformade kroppen 10 med nav 11 och ett flertal skovlar 12 blandas 60 volymdelar kiselnitridpulver med en medelkornstorlek av 1 pm (t ex kvalitet H1 från H C Starck, BRD) inne- hållande 1,1 volymdel yttriumoxid, med 40 volymdelar av ett temporärt bindemedel bestående av 32,4 volymdelar paraffin med en smälttemperatur av 58-60 OC, 6,9 volymdelar eten-vinylacetatpolymer med ett smältindex av 400 g/10 min (ASTM 1238, Modified) och en densitet av 0,951 (t ex Elvax(E2 Du Pont), och 0,7 volymdelar Carnaubavax. Blandningen av kiselnitrid och bindemedel formas genom formsprutning till den förformade kroppen 10.

Ur den förformade pulverkroppen avlägsnas med pulverkroppen placerad i en ugn större delen, 80 X, av bindemedlet genom avdrivning i vakuum (omkring 0,1 millibar) under successiv, svag temperaturhöjning, genomsnittligt H 464 620 ungefär 1,5 OC per tim, upp till 350 OC och kvarhållning av pulverkroppen vid denna temperatur under omkring 5 tim. Pulverkroppen placeras sedan i enlighet med fig 1 i ett kärl 13 av porössintrat glaspulver samt inbäddas i omslutning 14 av glaspulver. Glaset i kärlet 13 och i omslutningen 14 är av samma slag och innehåller 80,3 viktprocent Si0 , 12,2 viktprocent B203, 2,8 viktprocent Al203, 4,0 viktprocent Na20, 0,4 viktprocent K20 och 0,3 viktprocent Ca0 (Pyrex . Glasets partikelstorlek är i båda fallen 0,1-1 mm. Genom att kärlet är porössintrat är det genomsläppligt för gas.

Kärlet 13 med innehåll placeras i en ugn, där det snabbt värmes upp till och hålles vid 350 °C under några timmar under det att ett vakuum (omkring 0,1 millibar) upprätthålles i ugnsrummet. Under fortsatt upprätthållet Vakuum höjes temperaturen successivt, genomsnittligt omkring 15 °C per tim, upp till 600 OC samt bibehålles denna temperatur under omkring 5 tim.

Därefter avbrytes evakueringen och spolas ugnsrummet med luft utspädd med fyra delar kvävgas per del luft i omkring 2 tim. Under denna behandling avdrives återstoden av det temporära bindemedlet från pulverkroppen. Det bindemedel, som därvid sönderdelats under bildning av kol försvinner genom att kolet oxideras bort. Tack vare kärlets 13 genomsläpplighet för gas kan luftsyret passera genom kärlets väggar och bringas i effektiv kontakt med pulverkroppen och bildade gasformiga oxidationsprodukter lättare avgå.

Processen är dock i och för sig genomförbar med användning av ett kärl av massivt glas.

Kärlet 13 med innehåll, i vilket pulverkroppen 10 nu är fri från temporärt bindemedel, placeras i enlighet med fig 2 i ett upptill öppet kärl 15 av grafit och förses med en kompletterande omslutning 16 i form av ett pulver av glas av samma slag som i omslutningen 14. Kärlet är invändigt försett med ett släppskikt 17 av bornitrid. Om kärlets botten ej är gastät läggs en platta av gastät grafit, gastät bornitrid eller molybdenfolie i dess botten, sedan släppskiktet 17 applicerats. Ett eller flera kärl 15 place- ras i en högtrycksugn. Till denna tillföres argon, helium eller kvävgas så att trycket blir 0,1 MPa, då temperaturen höjts till 1150 OC. Temperaturen bibehålles vid denna temperatur under 1 tim, varvid glaset i omslutning- arna 14 och 16 samt i kärlet 13 bildar en smälta med förhållandevis låg viskositet som helt omger pulverkroppen 10. Sedan tillföres vid samma temperatur argon, helium eller kvävgas till en trycknivå som ger ett tryck av 200-300 MPa vid den slutliga sintringstemperaturen. Temperaturen höjes sedan till 1750-1800 OC, dvs till lämplig sintringstemperatur för kisel- 464 620 nitriden under en tid av 1 tim. Trycket stiger då samtidigt. Lämplig tid för sintring vid de angivna betingelserna är minst 2 tim. Efter avslutad cykel får ugnen svalna till lämplig dechargeringstemperatur och avlägsnas omslutningen 14, 16 från den färdiga avgasturbinen.

Claims (7)

464 620 PATENTKBAV

1. Sätt att framställa ett föremål av ett pulverformigt keramiskt mate- rial med användning av isostatisk pressning, varvid det pulverformiga materialet tillföres ett temporärt organiskt bindemedel och formas till en förformad pulverkropp (10), ur vilken bindemedel avlägsnas genom avdriv- ning under uppvärmning, varefter den förformade pulverkroppen anordnas med en gasgenomsläpplig omslutning (14) av glas, den gasgenomsläppliga omslut- ningen göres gasogenomsläpplig genom uppvärmning och den förformade krop- pen med omgivande gasogenomsläpplig omslutning underkastas den isostatiska pressningen, k ä n n e t e c k n a t av att en större del av bindemedlet avlägsnas ur den förformade pulverkroppen medan en för pulverkroppens sam- manhållning erforderlig mindre del av bindemedlet lämnas kvar i pulver- kroppen, att den förformade pulverkroppen därefter förses med den gas- genomsläppliga omslutningen genom att i ett kärl (13) av glas bäddas in i en massa av partiklar av glas och att kvarvarande bindemedel åtminstone i huvudsak helt avlägsnas från denna, då pulverkroppen är anordnad med den omgivande gasgenomsläppliga omslutningen.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att binde- medlet avlägsnas från den med gasgenomsläpplig omslutning (14) anordnade pulverkroppen (10) genom att pulverkroppen med omgivande omslutning behandlas med en oxiderande gas.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att som kärl (13) av glas användes ett kärl med gasgenomsläppliga väggar.

4. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att som kärl (13) av glas användes ett kärl av massivt glas.

5. Sätt enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t av att som kärl (13) med gasgenomsläppliga väggar användes ett kärl uppbyggt av samman- sintrade partiklar av glas.

6. Sätt enligt något av patentkrav 5-6, k ä n n e t e c k n a t av att glas av samma slag användes i kärlet (13) som i omslutningen (lfl). 464 620

7. Sätt enligt något av patentkrav 1-6, k ä n n e t e c k n a t av att kärlet (13) av glas med innehåll efter avlägsnandet av kvarvarande binde- medel från den förformade pulverkroppen (10) förses med en kompletterande omslutning (16) i form av partiklar av glas. samt att glaset i omslut- ningarna (14, 16) och i kärlet bringas att bilda en smälta, innan den för- formade pulverkroppen underkastas den isostatiska pressningen.