DE2616775B2 - Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminiumoxid - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von AluminiumoxidInfo
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Description
ilfe eines spezifiDie
im folgenden näher beschriebene Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der
F/»C t ICrL·*»! t \Jr\T\ Δ liirriiniiimnvifJ w-r
sehen Abschreckungsverfahrens.
Den Ausführungen in der deutschen Patentschrift 8 42 467 kann entnommen werden, daß es bereits
bekannt ist, bei gemischtkristallinen Werkstoffen (Steatit plus Siliciumkarbid) eine Steigerung der
Festigkeit durch Abschreckung zu erreichen. Diese vorbekannten Arbeiten beziehen sich aber ausdrücklich
nur auf gemischtkristalline keramische Werkstoffe, da dort verschiedene Kristallarten unter Volumenzunahme
innere Spannungen hervorrufen und eine Festigkeitserhöhung bewirken.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich dagegen um die Härtung von oxidkeramischen Stoffen,
in erster Linie um Aluminiumoxid. Bei diesen Materialien kommt während des gesamten Herstellungsprozesses
nur eine einzige Kristallart vor. Dabei besteht der Mechanismus zur Erhöhung der Festigkeit aus einem
ganz anderen Verlauf, als wie er in der Patentschrift 8 42 467 beschrieben ist.
Betrachtet man während eines Abschreckungsvorganges einer zylinderförmigen Aluminiumoxidprobe
Mantel und Kern der Probe in ihrem zeitlichen Abkühlverhalten, so ist leicht einzusehen, daß der
Mantel schneller abkühlt als der Kern. Die dadurch bedingte, örtlich verschiedene Volumenkontraktion ruft
in der ersten Abkühlphase im Kern Druckspannungen, im Mantel Zugspannungen hervor, wobei im noch
heißen Kern die Warmstreckgrenze erreicht wird und ein ausgeprägtes Fließen auftritt. Im Laufe der
Abkühlung erkaltet auch der Kern. Die Spannungen kehren sich nun in ihrem Vorzeichen um, da der innere
Kern im noch heißen Zustand durch einen Fließvorgang dem Druck ausgewichen war; der sofort abgekühlte
Mantel konnte jedoch nicht fließen. Das heißt mit anderen Worten, daß die zuletzt im Kern abkühlenden
Werkstoffteilchen durch die schon erkalteten Mantelzonen am Kontrahieren behindert werden.
Der Mantel steht daher nach dem Erkalten unter Druckspannungen und der Kern unter Zugspannungen.
Diese Druckspannungen in der Oberfläche erhöhen die Festigkeit im Werkstoff, da sie verhindern, daß sich an
der Oberfläche ein Anriß bildet. Dieser Mechanismus wurde experimentell nachgeprüft, das heißt, die
verbliebenen Oberflächenspannungen wurden nach der Methode der Röntgenpeakverschiebung bestimmt.
Kirchner (Journal of Applied Physics, Vol. 42, Nr.
10, Sept. 71; H. P. K i r c h η e r, R. E. W a I k e r und D. R.
Platts, »Strengthening Aluminia by Quenching in
various Media«) hat verschiedene Abschreckmedien geprüft, beispielsweise Preßluft, Heliumgas, Kohlendioxidgas,
Siliconöle, Motoröle. Kerosen und Wasser. Dabei stellte sich heraus, daß Siliconöl eine Festigkeitssteigerung von über 100% hervorruft, Gase eine
vergleichsweise geringere. Bei Wasser gingen alle Proben während des Abschreckvorganges zu Bruch.
Die von Kirchner angegebenen Versuche wurden
nachvollzogen, wobei sich ein großer Nachteil herausstellte: Schon während der Abschreckversuche gingen
60—70% der Proben durch Schockwirkung zu Bruch und konnten nicht auf ihre Festigkeit geprüft werden.
Daraus ergibt sich, daß die wirtschaftlicht Nutzung der betreffenden Materialien für die Herstellung von
Schaltern, Isolatoren und sonstigen elektrotechnischen Bauelementen allein von einem Abschreckmedium
abhängt, das dem Werkstoff cmc große resiigkeiiserhöhurig
vermittelt, ihn aber nicht durch thermische Schockwirkung zu Bruch gehen läßt.
Die wirtschaftliche Nutzung drückt sich zum einen in Materialersparnis, zum anderen durch Energieersparnis
aus. Dies kann jedoch nur gewährleistet werden, wenn wahrend des Abschreckvorganges möglichst wenig
Material zu Bruch geht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminiumoxid wird folgendermaßen
gehandhabt:
Kant- und Rundproben werden in einem Temperaturbereich von 800—17000C in einem Ofen in oxydierender
Atmosphäre erhitzt und beim Erreichen der jeweils gewünschten Temperatur in das wassergekühlte Abschreckmedium
fallen gelassen.
Dieses Medium hat Zimmertemperatur und besieht erfindungsgemäß aus einer Emulsion aus organischem
oder anorganischem öl und V/asser oder aus öl und
einer Flüssigkeit, die nur einen geringen Anteil an Wasser besitzt (beispielsweise wäßrige Lösungen aller
Art wie Salzlösungen oder flüssig-flüssig Lösungen und Mischungen). Es kann auch Öl und Essigsäure, öl und
Ameisensäure, öl und Tetrachlorkohlenstoff oder auch geschmolzenes Bleioxid verwendet werden. Die
Anwesenheit von Feststoffen jeglicher Art beeinflußt die Wirkung der betreffenden Emulsion in keiner Weise.
Die so behandelten Aluminiumoxidproben wurden dann wie allgemein üblich auf einer B;^gemaschine auf
ihre Biegefestigkeit untersucht.
So wurden beispielsweise bei einer Abschrecktemperatur von I55O°C eine Biegefestigkeit von
883,78 MN/m2 erzielt, bei einer Ausgangsfestigkeit von 380.15 MN/m2, wobei bei einer Probenserie von 50
Proben keine einzige zu Bruch ging.
Durch den oben beschriebenen Abschreckvorgang in öligen Emulsionen findet neben der enormen Festigkeitssteigerung
(132%) auch noch eine Diffusion von Kohlenstoff auf bzw. in die Probenoberflächc statt.
Diese Diffusion entsteht aus dem sich z.ersetzcnden öl
bei hohen Temperaturen und ist besonders für die biomedizinische Technik interessant.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steigerung der Festigkeit von Formkörpern aus Aluminiumoxid durch Erhitzen in
oxydierender Atmosphäre auf 800—1700°C und anschließendem Abschrecken in einem kühlenden
Medium, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emulsion aus öl und Wasser als Abschrekkungsmedium
dient.
2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Äbschreckungsemulsion aus öl und
wäßrigen Lösungen jeglicher Art besteht.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweiligen Emulsion Feststoffe
jeglicher Art beigemengt sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2616775A DE2616775B2 (de) | 1976-04-15 | 1976-04-15 | Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminiumoxid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2616775A DE2616775B2 (de) | 1976-04-15 | 1976-04-15 | Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminiumoxid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2616775A1 DE2616775A1 (de) | 1977-10-20 |
| DE2616775B2 true DE2616775B2 (de) | 1978-12-14 |
Family
ID=5975517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2616775A Withdrawn DE2616775B2 (de) | 1976-04-15 | 1976-04-15 | Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminiumoxid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2616775B2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2463107A1 (fr) * | 1979-08-06 | 1981-02-20 | Nippon Kokan Kk | Procede pour empecher l'eclatement thermique de produits ceramiques |
-
1976
- 1976-04-15 DE DE2616775A patent/DE2616775B2/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2463107A1 (fr) * | 1979-08-06 | 1981-02-20 | Nippon Kokan Kk | Procede pour empecher l'eclatement thermique de produits ceramiques |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2616775A1 (de) | 1977-10-20 |
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