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Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsinterverbundkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsinterverbundkörpern.
Unter Aluminiumsinterverbundkörpern sind hiebei aus Aluminium enthaltendem pulverförmigem Material hergestellte Körper zu verstehen, die in einer Menge von nicht mehr als 2 o keramische Stoffe, wie Aluminiumoxyd oder andere Oxyde oder Carbide, Aluminiumnitride, oder Aluminiumboride oder andere Nitride oder Boride als sekundäre Phase in einer Grundmasse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung fein verteilt enthalten. Verglichen mit aus reinem Aluminium oder aus reinen Aluminiumlegierungen hergestellten Produkten, wie z. B.
Produkte aus gesintertem Aluminium, zeichnen sich die erwähnten Aluminiumsinterverbundkörper durch eine Festigkeit aus, die durch eine Wärmebehandlung nicht verändert oder nur zu einem geringen Ausmass verringert wird.
Bisher wurden solche Aluminiumsinterverbundkörper dadurch hergestellt, dass Aluminiumpulver, welches vorher oberflächlich mit einem keramischen Stoff, beispielsweise Aluminiumoxyd, überzogen worden war, verpresst und gesintert wurde. Bei einem solchen Vorgehen ist es, um das keramische Material zwecks Erzielung der erforderlichen Festigkeit des Endproduktes nach dessen Wärmebehandlung zu erreichen, jedoch erforderlich, ein Pulver äusserst geringer Korngrösse zu verwenden, damit ausreichend grosse Mengen des keramischen Materials eingebracht werden können. Wenn beispielsweise in üblicher Weise vermahlenes Aluminiumpulver verwendet wird, so enthält ein Pulver mit einer Korngrösse von 1 iL normalerweise nur etwa 21o, d. h. zu wenig, Aluminiumoxyd.
Aus diesen Gründen ist es erforderlich, Aluminiumpulver mit kleinerer Korngrösse als der angegebenen oder Aluminiumfolie mit einer normalerweise 2 I ! - nicht überschreitenden Stärke zu verwenden, jedoch treten dannHerstellungsschwierigkeiten und auch Schwierigkeiten beim Verpressen auf, da das feine Pulver ein niedriges Schüttgewicht - in der Regel weniger als 0,2 kg/l-besitzt.
Um dem letztgenannten Nachteil abzuhelfen, wurde bereits vorgeschlagen, ein Aluminiumpulver mit grösserem Schüttgewicht dadurch herzustellen, dass einem feinkörnigen Aluminiumpulver, während es verstampft oder in einer Kugelmühle behandelt wird, ein Schmiermittel zugegeben wird. Dies bietet den Vorteil einer Vergrösserung der Teilchen und einer Erhöhung des Schüttgewichtes, wobei, bezogen auf eine bestimmte Korngrösse, gleichzeitig der Oxydgehalt des Pulvers grösser wird als oben angegeben.
Es wurde auch vorgeschlagen, das Aluminiumpulver mit keramischem Material zu vermischen und zu agglomerieren. Auf diese Weise werden zwar Körner erhalten, die eine grössere Menge an keramischem Material aufweisen als jene, deren Gehalt an keramischem Material von der Korngrösse abhängt, jedoch ist es so nicht möglich, Produkte mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Der Gedanke, Aluminiumsinterverbundkörper dadurch herzustellen, dass Aluminiumpulver mit relativ niedrigem Oxydgehalt mit Aluminiumoxyd vermischt und die erhaltene Mischung direkt verpresst und gesintert wird, wurde bisher, beispielsweise auch in der brit. Patentschrift Nr. 706,536, in der angegeben ist, dass ein solches Vorgehen keine nennenswerte Steigerung der mechanischen Festigkeit der Sinterkör- per mit sich bringt, verworfen.
Gegenstand der Erfindung ist nun, ein Verfahren anzugeben, durch welches ermöglicht wird, entgegen der bisher herrschenden Ansicht Aluminiumsinterverbundkörper der gewünschten, auch bei Wärmebeanspruchung der Sinterverbundkörper gleichbleibenden Festigkeit herzustellen.
Dieses Ziel wird durch das erfindungsgemässeverfahren zur Herstellung von Aluminiumsinterverbund- körpern aus Aluminiumpulver bzw. Aluminiumlegierungspulver und keramischem Material erreicht, das
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dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Aluminiumpulver oder ein Aluminiumlegierungspulver von einer durchschnittlichen Korngrösse von 1 bis 30 jn mit maximal 20% eines pulverförmigen keramischen Mate-
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ne Gemisch in an sich bekannter Weise verpresst und gesintert wird.
Die durchschnittlichen Korngrössen werden hiebei auf Basis der durch eine Sedimentationsanalyse in der Andreasen-Pipette ermittelten Teilchenoberfläche angegeben.
Die so erhältlichen Aluminiumsinterverbundkörper zeigen sogar nach einer Wärmebehandlung me- chanische Eigenschaften, die den mechanischen Eigenschaften in verschiedener Weise hergestellter Alu- miniumsinterverbundkörper gleichkommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet folgende Vorteile :
Als Ausgangsstoffe können die am billigsten erhältlichen verwendet werden, da es nicht mehr erfor- derlich ist, ein Aluminiumpulver zu verwenden, dessen Oxydgehalt durch eine Spezialbehandlung erhöht wurde. Es kann herkömmliches Aluminiumpulver verwendet werden, das keine Verunreinigungen, wie beispielsweise Schmiermittel, enthält. Der Gehalt der Produkte an aus der Luft absorbierter Feuchtigkeit ist nur gering, da diese Produkte während der Verarbeitung nur kurze Zeit der Atmosphäre ausgesetzt sind.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass es in Anbetracht des relativ hohen Schüttgewichtes des Gemisches der pulverförmigen Ausgangsstoffe relativ leicht ist, dieses Gemisch vor dem Sintern zu verpressen.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens fällt es besonders leicht, den Oxydgehalt des Endproduktes auf den gewünschten Wert zu bringen, da, weil mit genügender Genauigkeit angenommen werden kann, dass das verwendete Aluminiumpulver höchstens 1-2% Aluminiumoxyd enthält, es lediglich er- forderlich ist, jene Menge an keramischem Material einzuarbeiten, die erforderlich ist, den gewünsch- ten Gehalt des Endproduktes an keramischem Material sicherzustellen. Gewünschtenfalls kann jedoch das als Ausgangsmaterial verwendete Aluminiumpulver analysiert werden.
Da die mechanische Festigkeit des
Sinterverbundkörpers zwar mit zunehmendem Gehalt desselben an keramischem Material zunimmt, die
Verformbarkeit desselben mit zunehmendem Gehalt an keramischem Material jedoch abnimmt, kann die obere Grenze des Gehaltes des Sinterverbundkörpers an keramischem Material mit etwa 20% angesetzt werden. In vielen Fällen ergibt eine Menge von 7 Gel.-% Aluminiumoxyd in einem aluminiumoxydhal- tigen Aluminiumsinterverbundkörper eine ausreichende Festigkeit und eine gute Verformbarkeit desselben.
Erfindungsgemäss hergestellte Aluminiumsinterverbundkörper sind als Baustoffe brauchbar. Durch das erfindungsgemässe Verfahren können Sinterverbundkörper, welche andere Oxyde als Aluminiumoxyd oder
Carbide, Nitride oder Boride von Aluminium, aber auch andere Carbide, Nitride oder Boride enthalten, leicht hergestellt werden, die auf anderem Wege nur schwierig erhältlich sind. Es ist zu bemerken, dass
Sinterverbundkörper, welche beispielsweise Boride, wie Aluminiumboride, enthalten, Neutronen stark absorbieren und deshalb für spezielle Zwecke in Atomreaktoren Verwendung finden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher er- läutert.
Beispiel : Aluminiumpulver von einer Reinheit von etwa 98% und einer durchschnittlichen Korn- grösse von 5 bis 10 li wird mit Aluminiumoxyd von einer Reinheit von 99% und einer durchschnittlichen
Korngrösse von etwa 0, 1/l homogen in einem solchen Mengenverhältnis vermischt, dass im Gemisch etwa 6-7 Gew.-% Aluminiumoxyd enthalten sind. Das pulverige Gemisch wird sodann bei einem Druck von
30 bis 35 kg/mm2 zu Presslingen mit einem spezifischen Gewicht von etwa 2,3 g/cm3 verpresst, die so- dann unter einem Druck von etwa 50 kg/mm2 bei 550 - 6000C warmverpresst werden. Das spezifische Gewicht der erhaltenen Presslinge beträgt nach dem Warmverpressen etwa 99% des theoretischen spezifi- schen Gewichtes.
Die so erhaltenen Presslinge werden bei etwa 5500C unter einem Druck von 50 bis
75 kg/mm2 stranggepresst. Um gute Dehnungswerte der Strangpresslinge zu erhalten, wurden dieselben bei
500 - 5500C warmbehandelt. Die Stabilität der Sinterverbundkörper wurde durch Warmbehandlung bei
5500C geprüft.
Diese Warmbehandlung bewirkte keine Änderung der Festigkeitswerte, so dass die Sinter- verbundkörper bis zu dieser Temperaturgrenze, welche mutmasslich nicht die oberste Grenze ist, stabil sind.
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<tb>
<tb> Mechanische <SEP> Eigenschaften <SEP> stranggepresst <SEP> stranggepresst <SEP> und
<tb> warmbehandelt
<tb> 200C <SEP> 4000C <SEP> 200C <SEP> 4000C <SEP>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> kg/mm2 <SEP> 21,9 <SEP> 7,0 <SEP> 21,4 <SEP> 7,4
<tb> Modul <SEP> 0,2% <SEP> Dehnung <SEP> kg/mm2 <SEP> 13,5 <SEP> - <SEP> 13,0 <SEP> Dehnung <SEP> % <SEP> (10 <SEP> d) <SEP> 8,9 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 12,9 <SEP> 6,2
<tb>