<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Sinterung
Zur Herstellung von Körpern aus hochschmelzenden Metallen wie z. B. Tantal, Molybdän, Wolfram od. dgl. ist es seit langem bekannt und üblich. aus dem jeweiligen. Metallpulver stabförmige Presslinge zu erzeugen, die paarweise in sogenannten Sinterglocken eingespannt und mittels elektrischem Strom direkt auf die notwendige Sintertemperatur aufgeheizt werden.
Je nach Art der Metalle wird in der Sinterglocke eine Schutzgasatmosphäre oder Vakuum eingestellt.
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass die im Stab erzeugte Wärme von des-
EMI1.1
seiner Oberfläche. Je grösser der Stabquerschnitt, umso erheblicher das Temperaturgefälle. In allen Fal- len bedingt dieses Temperaturgefälle ein stärkeres Kornwachstum im Stabkern gegenüber seiner Oberfläche. Um trotzdem zu brauchbaren Ergebnissen zu gelangen, d. h. also den Unterschied der Korngrössen zwischen Kern und Aussenzone in tragbaren Grenzen zu halten, kann man sich der Tatsache bedienen, dass der Sinterverlauf zeit-und temperaturabhängig ist. Man hält deshalb die Kerntemperatur so niedrig, dass das Kornwachstum verhältnismässig langsam erfolgt, und wählt so lange Sinterzeiten, dass auch an der Oberfläche ein eben noch brauchbares Gefüge entsteht.
Selbstverständlich kann auf diese Weise ein Ausgleich nur für verhältnismässig geringe Stabquerschnitte erzielt werden. Das genannte Verfahren hat sich deshalb bis heute nur für die hochschmelzenden Metalle durchsetzen können, umso mehr, als diese z. B. im Vergleich zu Stahl in kleinen Blockgrössen benötigt werden. Auch lässt ihr Stoffwert die ungewöhnliche Energieverschwendung vom wirtschaftlichen Standpunkt aus noch vertretbar erscheinen. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens zut Sinterung von Presslingen aus Metallpulver oder-granulaten in direktem Stromdurchgang in einer Sinterglocke im Vakuum oder unter Schutzgas lassen sich die oben angeführten Nachteile dadurch vermeiden, dass die in Sinterkontakte eingespannten Presslinge während der Sinterung von einer pulverförmigen oder granulierten isolierenden Hüllmasse allseitig umgeben sind.
Gemäss der Erfindung kann in erster Linie der bisherige Nachteil der unbehinderten Wärmeabfuhr vom Sinterstab, die den schädlichen Temperaturgradienten vom Kern zur Oberfläche zur Folge hat, ausgeschaltet werden. Durch Einbettung der zu sinternden Stäbe in eine isolierende, d. h. wärmedämmende Hüllmasse wird ein nahezu vollkommener Temperaturausgleich und damit eine homogene Kornbeschaffenheit über den gesamten Stabquerschnitt erzielt. Als Nebeneffekt tritt eine ausserordentliche Energieersparnis ein.
Diese beiden Vorteile erlauben die Anwendung dieser Sintertechnik für Metalle und Legierungen, für welche dieser Weg bislang verschlossen war. Die sogenannten"Superalloys", also hochprozentige Chromnickelkobalt-Legierungen, werden meist in solchen Blockgrössen benötigt, dass für ihre Herstellung das Sintern im Stromdurchgang nicht in Betracht kam.
Wenn solche Legierungen bisher aus Pulvern erzeugt worden sind, musste man sie in Kammeröfen indirekt erhitzen. Abgesehen von der geringeren Wirtschaftlichkeit der Indirektsinterung, weil bei ihr ausser dem Sintergut auch das die Ofenkammer bildende Mauerwerk mit erhitzt werden musste, bringt diese noch den folgenden weiteren Nachteil mit sich. Durch die Wärmezufuhr von aussen tritt im Sintergut ein derartiger Temperaturgradient im Stabquerschnitt ein, dass dieser nur durch zeitliche Ausdehnung der Aufheizperiode in tragbaren Grenzen gehalten werden kann. Der Sintervorgang ist nämlich stets mit einem Volumenschwung verbunden, der bei zu schroffer Erwärmung zu nicht mehr heilbaren Oberflächenrissen führen kann.
Eine einfache Bettung der zu sinternden Körper ermöglicht wohl die Herstellung der
<Desc/Clms Page number 2>
benötigten Blockgrössen, sie hätte aber den Nachteil einer viel zu langen Abkühlzeit zur Folge. Diese Abkühlzeit brächte ihrerseits wieder ein unerwünschtes Kornwachstum mit sich.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht nun darin, dass die Presslinge bereits vor dem Einschalten des Stromes von der Hüllmasse allseitig umgeben und nach Beendigung des Sintervorganges zwecks rascher Abkühlung von der Hüllmasse befreit werden. Diese Operationen, nämlich die Umhüllung der Sinterstäbe mit der isolierenden Masse und die Entfernung der Masse von den Stäben, erfolgen zweckmässigerweise bei geschlossener Sinterglocke. Als Hüllmasse kommt beispielsweise Aluminiumoxyd, Thoriumoxyd, Zirkonoxyd od. dgl. in Frage. Zur praktischen Durchführung des Verfahrens wird als Sinterglocke vorteilhafterweise ein z.
B. mit Aluminiumoxydpulver bis zur Hälfte gefüllter waagrechter, um seine waagrechte Längsachse drehbarer Kessel verwendet, in welchem unterbzw. oberhalb der waagrechten Mittelebene die Kontaktanordnung für ein Stabpaar vorgesehen ist. Die Kesselhälfte, in der die Kontaktanordnung liegt, ist durch einen Deckel zugänglich. Zum Einspannen der Stäbe wird der Kessel in eine solche Lage gebracht, dass die Kontaktanordnung frei oberhalb der Hüllmasse liegt. Sind die Stäbe in die zunächst frei liegende Kontaktanordnung eingespannt, wird der Kessel verschlossen und nach Evakuierung oder Füllung mit Schutzgas um seine Mittelachse um 1800 gedreht. Kontaktanordnung und Sinterstäbe werden damit unter die Isoliermasse getaucht und in dieser Position durch Einschalten des Stromes erhitzt.
Nach Beendigung der Sinterung wird der Kessel wieder in seine ursprüngliche Lage zurückgedreht, so dass die isolierende Hüllmasse vom Sintergut abfällt, wodurch die in den Stäben gespeicherte Wärme ungehindert abströmen kann. Allfällig angebackene Bettungsmasse wird z. B. durch einen am Kessel angebrachten Vibrator abgeschüttelt oder zerkleinert. Auf diese Weise gelingt es, die Hüll- bzw. Bettungsmasse, da sie dem Kessel nicht entnommen zu werden braucht, ausserordentlich rein und trocken zu erhalten, was fur die Herstellung oxydationsempfindlicher Legierungen von besonderer Bedeutung ist.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der erfindungsgemäss zu verwendenden Vorrichtung und Fig. 2 und 3 Querschnitte nach der Linie 1I-II in Fig. 1.
Der mit 1 bezeichnete, waagrecht angeordnete Kessel (Sinterglocke) besteht aus dem eigentlichen Kessel la mit abnehmbarem Deckel Ib.
In den Kessel 1 führen durch Öffnungen 2 an der Stirnwand desselben die Stromzuführungen 3a und 3b zu den Kontaktstücken 4a und 4b. Zwischen diesen Kontaktstücken 4a und 4b und der Strombrücke 5 werden die zu sinternden, stabförmigen Presslinge 6a und 6b eingespannt. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Kessel bis etwa zu seiner Mitte mit isolierendem, pulverförmigem Hüllmaterial 7, beispielsweise Aluminiumoxyd, gefüllt. Die Sinterstäbe 6a und 6b befinden sich in dem oberen freien Raum des Kessels. Nach Verschluss des Kessels wird dieser evakuiert oder mit Schutzgas gefüllt und um seine Längsachse um 1800 gedreht. Der Kessel nimmt nun die in Fig. 2 dargestellte Position
EMI2.1
ser Lage werden die Sinterstäbe durch Einschalten des Stromes erhitzt.
Nach Beendigung des Sintervorganges wird der Kessel wieder in seine ursprüngliche Lage gemäss Fig. 1 zurückgedreht, wodurch die isolierende Masse von den gesinterten Stäben abfällt und so deren rasche Abkühlung ermöglicht. Zur Abschüttelung bzw. Zerkleinerung zusammengebackener Hüllmasse kann an dem Kessel 1 ein (in der Zeichnung nicht dargestellter) Vibrator angebracht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Sinterung von Presslingen aus Metallpulvern oder -granulaten in direktem Stromdurchgang in einer Sinterglocke im Vakuum oder unter Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, dass die in Sinterkontakte eingespannten Presslinge während der Sinterung von einer pulverförmigen oder granulierten isolierenden Hüllmasse allseitig umgeben sind.