AT214155B

AT214155B - Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus Metallen der Gruppen IVa, Va, oder VIa des Periodensystems, einschließlich Silizium oder Karbiden, Nitriden, Boriden bzw. Siliziden dieser Metalle

Info

Publication number: AT214155B
Application number: AT892258A
Authority: AT
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1957-12-27
Filing date: 1958-12-23
Publication date: 1961-03-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus Metallen der
Gruppen IVa, Va, oder VIa des Periodensystems, einschliesslich Silizium oder Karbiden, Nitriden, Boriden bzw. Siliziden dieser Metalle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus Metallen der Gruppen IVa, Va oder VIa des Periodensystems einschliesslich Silizium oder Karbiden, Nitriden, Boriden bzw. Silizi- den dieser Metalle.

Gegenstände aus Wolfram, Molybdän, Wolframkarbid und andern schwer schmelzbaren Metallen und ihren Metallverbindungen werden derzeit vor allem auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt, indem das pulverförmige Material unter hohem Druck in die gewünschte Form gepresst und der erhaltene Gegenstand gesintert wird. Diese Arbeitsweise erfordert eine kostspielige Einrichtung, da zahlreiche Pressen verschiedener Grösse und zahlreiche Werkzeugformen erforderlich sind und die Werkzeuge sich rasch abnutzen und häufig ersetzt werden müssen. Ein weiterer Nachteil der Herstellung von Gegenständen durch Pressen ist die Begrenzung der möglichen Grössen und Formen angesichts der Fliesseigenschaften bestimmter Pulver während des Pressens. Kompliziert geformte Gegenstände, z.

B. solche mit einspringenden Winkeln, Aussengewinden, zwei oder mehreren seitlichen Vorsprüngen usw. können durch Pressen nicht erzeugt werden.

Man hat auch schon versucht, andere Methoden zur Verformung von Gegenständen aus den schweren Metallen und Hartstoffen anzuwenden. In der keramischen Industrie verwendet man mit Erfolg den Schlammguss. Infolge der Art ihrer Ionenladung neigen keramische Teilchen dazu, sich in einem Suspensionsmedium gegenseitig abzustossen, so dass der für den Schlammguss erforderliche Dispersionszustand erreicht wird. Dagegen besitzen Metallteilchen beispielsweise aus Wolfram und Molybdän nicht diese Neigung zum raschen Dispergieren. Um ein vorzeitiges Absetzen und dadurch bewirkte Wandstärkeunterschiede zu verhindern, muss das Metallpulver dauernd in Suspension gehalten werden.

Infolge des hohen Gewichts der Schwermetallteilchen ist es bisher jedoch schwierig oder überhaupt nicht möglich gewesen, Gegenstände zu erzeugen, die eine einheitlich hohe Dichte und genügend einheitliche Wandstärke besitzen. Aus diesem Grunde war die Erzeugung von ungewöhnlichen Formen aus derartigen Metallen und ihren Verbindungen ein teures, wenn nicht unmögliches Unterfangen.

Ausserdem wird gewöhnlich Wasser als Suspensionsmittel für die Materialteilchen verwendet, so dass die Verwendung derartiger Methoden auf Materialien und Metalle beschränkt ist, die einem wässerigen Milieu gegenüber indifferent sind.

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von im Schlammguss geformten Gegenständen komplizierter Gestalt und hoher Dichte aus den Metallen der Gruppen IVa, Va oder VIa des Periodensystems einschlisslich Silizium und deren Karbiden, Nitriden, Boriden bzw. Siliziden.

Nach diesem Verfahren können im Schlammguss geformte Hohlkörper von einheitlicher. Wandstärke erhalten werden. Die Erfindung schafft ferner ein neues Suspensionsmedium, das den Schlammguss von Materialien gestattet, die normalerweise in der Gegenwart von Wasser reaktionsfähig sind.

Erfindungsgemäss können Sinterkörper aus wenigstens einem Metall oder einer der genannten metallischen Verbindungen dadurch hergestellt werden, dass in eine als Suspensionsmedium dienende Lösung eines Harzes in einem organischen Lösungsmittel ein Pulver des Metalles bzw. der Metallverbindung suspendiert, die Suspension in eine poröse Form der gewünschten Gestalt gegossen und das organische Suspensionsmedium durch die poröse Form hindurch absorbiert wird, wobei in der Form ein Rohgussstück des

Metalls oder der Metallverbindung entsteht, das dann der Form entnommen und zu einem festen dichten Gegenstand der gewünschten Gestalt gesintert wird.

Die erfolgreiche Anwendung des Schlammgussverfahrens zur Herstellung von Formkörpern besonders der Schwermetalle und ihrer Verbindungen beruht darauf, dass mit einem geeigneten Harz überzogene Teilchen des Metalls oder der Metallverbindung wirksam in organischen Suspensionsmedien dispergIert werden können, wobei man Schlämme mit den zum Giessen erforderlichen Eigenschaften erhält.

Man kann Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 1 bis 5 Mikron verwenden. Das Harz kann bei einem Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 5 Mikron in Mengen von bis zu 1 Gew.-% des Pulvers verwendet werden. Bei einem Teilchendurchmesser von 0, 1 bis 2 Mikron muss die Harzmenge 4% des Gesamtgewichtes des Pulvers betragen.

Man kann jedoch ein organisches oder ein Siliconharz verwenden, das auf den einzelnen Metallteilchen einen Überzug bilden kann. Es hat sich gezeigt, dass Methylphenylpolysiloxan im Gemisch mit
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tige siloxanorganische Harzlösung in einem geeigneten organischen Lösungsmittel in situ hergestellt werden kann, indem man ein hydrolisierbares Silan, das mit einem organischen Radikal wie Methyl oder Äthyl substituiert ist, mit einer zur Bildung des siloxanorganischen Harzes genügenden Menge Wasser in das organische Suspensionsmedium einbringt. Man kann auch jede nichtpolar Flüssigkeit, in der die Harze löslich sind, als Suspensionsmittel verwenden. Ausser seiner Peptisierungswirkung erhöht das Siliconharz auch die Festigkeit des Rohgusses.

Zur Durchführung der Erfindung wird zunächst das feste Harz in dem Lösungsmittel aufgelöst, um die maximale Dispersion zu erhalten. Dann wird das Pulver des Metalles oder der Metallverbindung direkt dem Gemisch von Harz und Lösungsmittel zugesetzt, wobei ein Feststoffgehalt von 80 bis 98% unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer für das Giessen erforderlichen Viskosität des Schlammes erhalten werden kann. Dann wird der Schlamm allmählich in eine Gipsform gegossen. Der Gips absorbiert rasch die Flüssigkeit, während die Pulverteilchen an den Wänden haften und sich fortschreitend zu der gewünschten Wandstärke aufbauen. Mit dem Lösungsmittel tritt auch ein Teil des Harzes in die Formwände ein und wird dort absorbiert. Der grösste Teil des Harzes bleibt jedoch auf den Teilchen.

Es wird weiter Schlamm zugesetzt, bis die gewünschte Wandstärke erhalten worden ist. Darauf wird der überschüssige Schlamm aus der Form ablaufen gelassen. Nachdem der Gegenstand sich genügend verfestigt hat, wird er der Form entnommen und in der Luft bei Raumtemperatur so lange getrocknet, bis der Gegenstand manipuliert und in einen Ofen eingebracht werden kann, in dem er gesintert wird. Das die Teilchen überziehende Harz zersetzt sich und verkohlt während des Sintervorganges.

Der Sintervorgang wird bei Temperaturen von 1700 bis 2000 C, vorzugsweise bei 1900 C, durchgeführt, wobei eine nichtoxydierende Atmosphäre erforderlich ist. Man kann Wasserstoff verwenden, vielleicht mit Ausnahme des Arbeitens in einem Graphitofen, in dem Argon oder ein anderes nichtoxydierendes Gas, das mit dem Kohlenstoff in dem Ofen nicht reagiert, verwendet werden soll.

Beispiel l : 904 g 99, 6% reines Wolframpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 2,0 bis 2,2 Mikron wurde zu 90 ml einer Lösung von 9 g Methylphenylpolysiloxan (etwa 1 Gew.-% Harz
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einem Fassungsvermögen von 50 und 100 ml und einer Wandstärke von 2, 4 mm gegossen. Die gegossenen und getrockneten Tiegel wurden eine Stunde in einem Graphitrohrofen bei 1900 C in einer Argonatmosphäre gesintert. Nach dem Sintern hatte die Ware eine Dichte von 18,3 bis 18,6 g/cm. Die grössten Wandstärkeunterschiede in einzelnen Tiegel betrugen 0, 35 - 0, 75 mm.

Beispiel 2: 906 g 99% reines Molybdänpulver, in dem 90% der Teilchen eine Grösse von unter 2 Mikron hatten, wurden zu 188 ml einer Lösung von 40 g Methylphenylpolysiloxan in Xylol zugesetzt. Man erhielt einen Schlamm mit einer Dichte von 3,93 g/cms und einem FestStoffgehalt von 85%. Tiegel mit einem Fassungsvermögen von 50 und 100 ml und einer Wandstärke von 2,4 mm wurden in Gipsformen gegossen und anschliessend in einem Graphitrohrofen eine Stunde lang bei 19000C in einer Argonatmosphäre gesintert. Die Dichte der Tiegel nach dem Sintern betrug 9,2 g/cmbzw. 90% der theoretischen Dichte des metallischen Molybdäns. Die Wandstärke einzelner Tiegel zeigte Unterschiede von maximal 0,35 bis 0,75 mm von oben nach unten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus Metallen der Gruppen IVa, Va oder VIa des Periodensystems, einschliesslich Silizium oder Karbiden, Nitriden, Boriden bzw. Siliziden dieser Metalle im Schlammguss, dadurch gekennzeichnet, dass in eine als Suspensionsmedium dienende Lösung eines Harzes in einem organischen Lösungsmittel ein Pulver des Metalls bzw. der Metallverbindung suspendiert, die Suspension in eine poröse Form der gewünschten Gestalt gegossen und das organische Suspensionsmedium durch die poröse Form hindurch absorbiert wird, wobei in der Form ein Rohgussstück des Metalls oder der Metallverbindung entsteht, das dann der Form entnommen und zu einem festen dichten Gegenstand der gewünschten Gestalt gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Harz ein Siliconharz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Suspensionsmedium eine nichtpolar Flüssigkeit verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Suspensionsmedium Toluol und/oder Xylol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver des Metalls oder der Metallverbindung eine Teilchengrösse zwischen 1 Mikron und 5 Mikron aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Durchmesser der Pulverteilchen von 2 bis 5 Mikron das Harz in einer Menge von 1 Gew.-Teil pro 100 Gew.-Teile Pulver angewendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Durchmesser der Pulverteilchen von 1 bis 2 Mikron das Harz in einer Menge von 4 Gew.-Teilen pro 100 Gew. Teile des Pulvers angewendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur zwischen 1700 und 2000 C, vorzugsweise von 1900 C, gesintert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sintervorgang in Anwesenheit eines Inertgases durchgeführt wird.