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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hochporöser Metallplatten durch Sintern von Metallpulver
Hochporöse Metallplatten können durch Sintern von Metallpulver in reduzierender Atmosphäre hergestellt werden. Um eine hohe Porosität zu erzielen, d. h. eine solche mit mindestens 55% bis 80 und 90% des Körpervolumens aus Hohlräumen, ist es üblich, die Platten mittels eines während des Sintern verflüchtigenden Füllmittels herzustellen. Dieser Vorgang hat jedoch den Nachteil, dass Grösse und Gestalt der Poren im gesinterten Metall von der Füllmittelteilchengrösse und der Gestalt beein- flusst werden, welch letztere schwierig zu regeln sind.
Weiters tritt der Übelstand auf, dass bei einem während des Sinterns stattfindenden ungehinderten, freien Abzug der sich entwickelnden Gase, die Platte verzogen werden kann, ferner dass, wenn das Gas nur durch enge Öffnungen abziehen kann, eine Verlagerung des Pulvers vor seinem Sintern möglich ist. Ein Füllmittel kann erspart werden, wenn man Metallpulver verwendet, die in der Masse geringes spezifisches Gewicht haben, weil sie in Form eines Haufens, d. 1. in loser Masse eine grosse Anzahl von Hohlräumen einschliessen. Typen solcher Pulver sind Nickelpulver, die durch Zerlegung von Nickelcarbonyl gewonnen werden.
Die Natur des Pulvers und sein scheinbare spezifisches Gewicht hängen von den
Bedingungen ab, unter denen das Carbonyl zerlegt wird ; die Pulver können verschiedener Art sein, die man als A-und B-Nickel bezeichnen kann.
A-Nickel-Pulver besteht im Wesen aus Teilchen, die in ihrer Grösse zwischen 2-15 Mikron schwanken und die Presskörper bilden, in denen die Teilchen mechanisch, aber nur sehr lose mit- einander verbunden sind. Das spezifische Gewicht von geschüttetem A-Nickel-Pulver beträgt zwischen 0-6 und 4. 5 glcm3. B-Nickel-Pulver besteht im Wesen aus kleineren Teilchen als
A-Nickel, aber diese Teilchen sind zu Aggregaten vereint, welche nicht nur fester als die nur lose vereinten Körper aus A-Nickel sind, sondern auch untereinander wieder verbunden sind. Demzu- folge ist das spezifische Gewicht einer losen Masse von B-Nickel-Pulver kleiner und beträgt zwischen etwa 0-3 bis etwa 1-2.
Je kleiner dieses spezifische
Gewicht ist, desto grösser ist die Porosität des gesinterten Endproduktes, gleichzeitig aber ist die
Zusammenziehung oder Schrumpfung während des Sinterns grosser.
Wegen der verschiedenen Natur von A-Nickel und B-Nickel ist auch die Porosität der aus ihnen erzeugten Platten eine andere. Hohe Porositäten sind trotz der Zusammenziehung oder Schrumpfung während des Sinterns mit B-Nickel erzielbar. A-Nickel dagegen zeigt das Bestreben, während des Sinterns zu springen, und wenn maP es anfangs so stark zusammenpresst, dass das Springen behoben ist, verringert sich die Porosität auf ein verhältnismässig sehr geringes Mass, das nicht mehr als etwa 50% betragen kann.
Dar während des Sinterns stattfindende Schrumpfen führt zu einem Verwinden oder Werfen der Platte ; nicht verwundene Platten gleichmässiger Grösse, Dicke und Gestalt können dann hergestellt werden, wenn man die Richtung der Schrumpfung steuert bzw. regelt. Diese Regelung kann man dadurch bewerkstelligen, dass man das Schrumpfen auf bloss eine Richtung einengt, derart, dass die Masse des Pulver während des Sinterns wohl an Dicke, nicht aber in der Länge oder Breite verliert. Zu diesem Behufe kann man ein Drahtmaschengitter einbringen ; bei dünnen Platten ist dies nur mit grossen Schwierig- keiten erreichbar. Stellt man aber sogar eine dünne Platte mit einem Gitter her, dann verursacht letzteres den Verlust an Porosität und eine Gewichtsvergrösserung.
Gemäss vorliegender Erfindung wird eine Platte zwischen zwei Formen mit rauher oder gewellter Oberfläche hergestellt ; die Tiefe der Oberflächenrauhung oder-wellung ist sehr gering, doch so, dass sie zur Verhinderung der Schrump- fung parallel zu den Hauptflächen der Platte aus- reichend sind. Die Formen können aus Kohle bestehen, in welche die Wellungen durch Ein- schneiden feiner Nuten hergestellt sind, so dass die entstandenen Wellungen beispielsweise 0-07 mm Höhe und 1-25 mm Scheitelabstand haben. Die Gestalt dieser Wellungen wird der
Sinterplatte aufgedrückt, doch verschleissen For- men aus Kohle durch Abbrennen während des
Betriebes.
Sie können auch aus einer ebenso gewellten Nickel-Chrom-Legierung hergestellt werden, doch besieht bei ihrer Verwendung eine geringe Neigung zum Anhaften der Sinterplatten infolge Verbindung der letzteren mit der Legierung beim Sintern. Formen aus unglasierten kera- mischen Materialien zeigen diese Mängel nicht
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und werden daher bevorzugt. Selbstverständlich muss das keramische Material der während des Sinterns auftretenden Temperatur standhalten. Geschmolzene Tonerde oder Sillimanit sind geeignet und es erwies sich, dass sie bei matter Oberfläche (wobei beispielsweise die Tiefe der Rauhung sich in der Grössenordnung von 0, 3 mm vom Scheitel zur Sohle bewegt) nicht weiter gewellt oder aufgerauht werden müssen, um das Schrumpfen des gesinterten Materials quer zur Formoberfläche hintanzuhalten.
Soll hohe Porosität erzielt werden, muss man B-Nickel-Pulver, Eisen-oder sonstiges Pulver gleicher physikalischer Form und gleichen spezifischen Gewichtes wie B-Nickel-Pulver verwenden.
Für die Durchführung der Erfindung kann eine Formplatte aus keramischen Material mit rauher Oberfläche beispielsweise den Boden einer seichten Form aus einer Nickel-Chrom-Legierung bedecken. Ein über die Füllung der Form hinausgehender Überschuss an Metallpulver wird durch einen Abstreifer abgeschoben und auf das Pulver sodann eine zweite, der ersten gleiche Formplatte aufgebracht. Das Ganze wird hierauf durch einen Sinterofen geschickt. Während des Sinterns soll der Druck auf das B-Nickel-oder sonstige-Pulver etwa zwischen 0-05 und 0-7 /cM betragen, obgleich man auch vor dem Sintern erheblich höhere Drücke zur Anwendung bringenkann, um dadurch die Porosität des Enderzeugnisses zu regeln.
Zur gleichmässigen Verteilung des Pulvers über die Form kann es aus einer Beschickungsvorrichtung abgegeben werden, die aus einem Trichter mit einem Austrittsschlitz und aus einer Einrichtung besteht, mit deren Hilfe dem Trichter Luft zugeführt wird, die das Pulver aus dem Schlitz herausfördert. Eine andere Ausführungsform einer verwendbaren Beschickungsvorrichtung besteht aus einem Trichter mit Schwingsieb.
Ein solches Sieb muss so grosse Öffnungen haben, dass das Pulver ohne kräftiges Vibrieren hindurchgehen kann, da letzteres einen Bruch der gröberen Aggregationen zur Folge haben könnte. Wird B-Nickel-Pulver vom scheinbaren spezifischen Gewicht von 0, 7 glcm3 verwendet, < wird ein Sieb mit lichten Maschenöffnungen zwischen 4. 1 und 3, 5 Tausendstel eines Millimetcrs verwendet.
Nicht armierte Platten bis zu etwa 8 mm Dicke können vermittels der Erfindung praktisch ohne Kontraktion oder Schrumpfung parallel zu den Hauptoberflächen hergestellt werden. Bei solch dünnen Platten macht die Einführung eines Verstärkungs-oder Armierungs-Gitters erhebliche Schwierigkeiten und daher ist die Erfindung ganz besonders wertvoll, da sie dünne Platten ohne Einlagegitter gewinnen lässt. In dickere Platten kann ein Gitter ohne diese Schwierigkeiten eingeführt werden, aber dieses an sich allein hält die Schrumpfung nicht genügend hintan. Verwendet man rauhe oder gewellte Formen nach der Erfindung und bettet auch ein Gitter ein, so können dickere Platten als 8 mm ohne merkliche Schrumpfung parallel zu den Hauptflächen erzeugt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann durch Verwendung einer neuen Vorrichtung zu einem kontinuierlichen ausgestaltet werden. Diese besteht im Wesen aus einer Beschickungsvorrichtung, einem Sinterofen und aus einer endlosen Form oder einer Anzahl von Formen, die unterhalb der Beschickungsvorrichtung und durch den Ofen hindurch eine geschlossene Bahn durchwandern. In jedem Falle soll die Form bzw. der Formensatz rauhe oder gewellte Oberflächen aufweisen, auf welche das Pulver aus dem Trichter abfällt. Gleichfalls rauhe oder gewellte Flächen aufweisende Deckplatten passen auf die einzelnen Formen auf oder decken die Scheitelfläche der kontinuierlichen Form ab.
Eine beispielsweise Ausführung einer solchen Vorrichtung ist in den Zeichnungen veranschaulicht, u. zw. ist Fig. 1 ein schematischer Aufriss der Vorrichtung, Fig. 2 ein lotrechter Schnitt durch eine Anzahl von Formen für die Vorrichtung gemäss Fig. 1 und Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2.
Die Vorrichtung besteht aus einer Reihe oder einem Satz rechteckiger Formen 1, die auf einer flachen, horizontalen Bahn 2 gleiten und mittels Stegen 3 an eine endlose Förderkette 4 angeschlossen sind. Stege. ? und Kette 4 bewegen sich in einem zentralen Kanal 30 der Bahn 2. Die Förderkette hat ein horizontales Ober-und Untertrumm und läuft über Endscheiben 5 und 6, von welchen die Scheibe 6 von einer Welle 7 aus mit geringer Geschwindigkeit angetrieben wird, so dass die Formen kontinuierlich, aber langsam wandern. Oberhalb des Obertrumms der Förderkette ist eine Beschickungsvorrichtung mit Trichter 8 vorgesehen, welcher das Pulver 27 enthält.
Eine Wand 31 dieses Trichters ist auswärts gekröpft und innerhalb dieser Wand liegt eine Platte 32, die sich nach aufwärts in eine Zahnstange. ?. ? fortsetzt, in die ein Ritzel 34 eingreift, so dass die Platte 32 gehoben und gesenkt werden kann. Der Boden des Trichters ist, wie bei 35 veranschaulicht, schräg und eine kurze Wand 36 ragt in der Flucht der Platte 32 lotrecht empor. Zwischen Oberrand dieser Wand 36 und Unterrand der Platte 32 ist ein
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gesehen, der sich bis zur rückwärtigen Kante der vorangehenden Form, diese bedeckend, erstreckt.
Nach Verlassen der Beschickungsvorrichtung gehen die Formen unterhalb eines V-förmigen Abstreifers 11 hindurch, dessen Unterkante etwas über der Oberfläche jeder Form liegt und mit dieser das Pulver in der Form gleichstreicht und allfälligen Überschuss entfernt. Die Formen gelangen dann unter ein Blatt 12 mit geradliniger Schneide, das elastisch gegen den Oberrand jeder Form gedrückt wird, so dass die Oberfläche des Pulvers vollständig geebnet und mit dem Formrand in gleiche Flucht gebracht wird. Abgestreiftes Pulver oder solches, das über die Seitenränder der Formen abfällt, gelangt in Seitenkanäle 41. Diese nehmen auch Ohren 42 auf, welche von den Seitenwänden der Formen 1 nach abwärts ragen und zur Führung der Formen dienen.
Ein Trichter 25 sammelt von der Bahn 2 etwa abfallendes Pulver oder jenes, das über die Ränder der Kanäle 41 hinaus abgestreift werden könnte, wenn diese Kanäle periodisch gereinigt werden und führt das Pulver zu einem Vorrats- behälter 26.
Von einem Stapel feuerfester Deckplatten 13 mit rauhen Oberflächen wird je eine Platte auf das Pulver in jeder Form aufgelegt. Die Platten können durch eine (nicht dargestellte) Vor- richtung selbsttätig in Stellung gebracht werden.
Die von einer feuerfesten Platte 13 abgedeckte
Form tritt zunächst in den Sinterofen 14 ein, durch welchen die Transportkette 4 fühlt.
Kette und Formen treten durch eine Wärme- isolierung 15 hindurch in die übliche Kühlein- richtung 16 ein, welche kontinuierlich von
Kühlwasser durchflossen ist. Bei der Endscheibe 6 angelangt, fallen die Deckplatten 13 aufeinander- folgend aus den Formen heraus und werden von einem Kautschuxband 17 erfasst, das den
Abmessungen der Platte entsprechend distan- zierte Querrippen 18 besitzt, so dass eine Deck- platte leicht zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Rippen einfällt und einpasst. Dieses Band läuft und gleitet auf einer ortsfesten Führungs- fläche 19 so lange, bis das Band 17 im wesentlichen horizontal wandert. An dieser Stelle erreichen die Deckplatten das Ende der Führungsfläche 19 und gehen auf einen üblichen endlosen Förderer 20 über, der sie zum Stapel 13 führt.
Die gesinterten Platten werden in den Formen durch einen Satz von Elektromagneten 21 so lange festgehalten, bis sie zum Anfang des unteren Trumms der Förderkette gelangen. An dieser Stelle treten sie aus dem Wirkungsbereich der Elektromagnete heraus und fallen eine nach der anderen in einen Behälter 22 ein. Die Formen werden auf ihrem weiteren Weg durch Bürsten 23 und 24 gereinigt. Die Platten 28 sind in den
Formen so dicht eingesetzt, dass sie aus diesen während des Rückweges nicht herausfallen.
Auch andere Ausführungen von Vorrichtungen sind verwendbar, z. B. kann die Vorrichtung kreisrund und mit einer Ringform mit rauhem oder gew ? ! hem Boden aus feuerfester Legierung versehen sein. Diese Form kann langsam um eine vertikale Achse gedreht werden und im Verlaufe dieser Drehung durch einen Sinterofen und eine Kühlvorrichtung hindurch bewegt werden. In diesem Falle sind die Deckplatten sektorförmig, so dass jede derselben über einen Teil der Ringform reicht. Sobald die Deckplatten aus der Kühlvorrichtung austreten, können sie mechanisch entfernt und auf den Formteil aufgelegt werden, der im Begriffe ist, in den Ofen einzutreten. Mit einer derartigen Vorrichtung kann ein endloser Ring aus gesintertem Metall erzeugt werden, der in irgendeiner Weise der Form entnommen und durch ein Messer in gewünschte Längen geschnitten werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung hochporöser Metallplatten durch Sintern von Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte zwischen zwei Formen mit rauhen oder gewellten Oberflächen hergestellt wird, wobei die Tiefe dieser Teilung oder Oberflächenrauhung sehr gering, aber ausreichend ist, eine Schrumpfung parallel zu den Hauptoberflächen der Platte hintanzuhalten.