AT526103B1

AT526103B1 - Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils und entsprechendes Hybridbauteil

Info

Publication number: AT526103B1
Application number: ATA9493/2019A
Authority: AT
Inventors: Kienholz Matthias; Langer Ingolf; Witt Alexander
Original assignee: Schunk Sintermetalltechnik Gmbh
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2023-12-15
Also published as: DE112019007712A5; WO2021047784A1; AT526103A5

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils (1) mit einer ersten Bauteilkomponente (3) aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente (5) aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff beschrieben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen der ersten Bauteilkomponente (3) als Grünteil (39), wobei das Grünteil (39) mit aneinander angrenzend angeordneten Metallpulverpartikeln (9) aufgebaut ist und durch Metallpulverspritzgießen gefertigt ist und wobei in einer Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente (3) die zweite Bauteilkomponente (5) aufgenommen ist, und Sintern der ersten Bauteilkomponente (3) einschließlich der in deren Ausnehmung aufgenommenen zweiten Bauteilkomponente (5). Um dabei den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente (5) während des Sinterns vor Beschädigungen zu schützen, können verschiedene Maßnahmen getroffen werden.

Description

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils. Das Hybridbauteil weist dabei eine erste Bauteilkkomponente aus einem ersten Werkstoff und eine zweite Bauteilkomponente aus einem zweiten Werkstoff auf. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend herstellbares Hybridbauteil.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Für verschiedenste industrielle oder sonstige Anwendungen werden Bauteile eingesetzt, die unter vorgegebenen Randbedingungen bestimmte Funktionalitäten realisieren sollen. Neben strukturellen Eigenschaften müssen dabei auch Materialien für die Bauteile derart gewählt werden, dass sie den Randbedingungen und zu realisierenden Funktionalitäten gerecht werden. Da hierbei in vielen Fällen ein aus einem einzigen Werkstoff bestehendes Bauteil nicht alle Erfordernisse zufriedenstellend erfüllen kann, können Bauteile als sogenannte Hybridbauteile bereitgestellt werden, bei denen verschiedene Bauteilkomponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

[0003] In der nachfolgenden Beschreibung werden Hybridbauteile überwiegend am Beispiel von Gleitlagern sowie deren Herstellung beschrieben.

[0004] Ein Gleitlager muss dabei für eine zuverlässige und möglichst reibungsarme Lagerung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Komponenten sorgen können und dabei seine Lagerfunktion unter verschiedensten Randbedingungen wie beispielsweise einem großen Temperaturbereich, verschiedenen chemischen Umgebungen, unterschiedlich gearteten Lagerkräften usw. bewirken können. Andererseits sollte das Gleitlager mit anderen Bauteilen zusammenwirken können und ausreichend robust sein. Um diese Eigenschaften erfüllen zu können, kann das Gleitlager aus zwei oder mehr Bauteilkomponenten zusammengesetzt sein, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, um einerseits beispielsweise die reibungsarme Lagerung und andererseits beispielsweise eine Robustheit und/oder Anbindbarkeit an andere Bauteile realisieren zu können.

[0005] Neben Gleitlagern ist jedoch eine Vielzahl anderer Hybridbauteile für verschiedenste Anwendungsbereiche einsetzbar. Beispielsweise können Rotoren aus zwei Bauteilkomponenten zusammengesetzt sein, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Gewicht, Massenträgheit, elektrischen Eigenschaften oder Ahnlichem gerecht zu werden. Als weiteres Beispiel können Abgasklappenlager aus zwei Bauteilkomponenten aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden.

[0006] Bei der Herstellung von Hybridbauteilen sollte gewährleistet werden, dass die eingesetzten Bauteilkomponenten langfristig und zuverlässig in einer gewünschten Weise miteinander kooperieren. Beispielsweise sollten die Bauteilkkomponenten fest bzw. drehfest miteinander verbunden sein. In vielen Fällen kann eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilkomponenten gewünscht sein.

[0007] Herkömmlich wurden zur Herstellung von Hybridbauteilen meist Techniken wie ein Einpressen oder ein Einschrumpfen einer Bauteilkomponente in eine andere Bauteilkomponente eingesetzt.

[0008] Beim Einpressen wird eine erste Bauteilkomponente mit einer Ausnehmung bereitgestellt und eine zweite Bauteilkomponente in diese Ausnehmung eingepresst. Eine Passung zwischen den beiden Bauteilkomponenten sollte hierbei sehr genau sein. Beispielsweise wird oft eine Passung von H7 / s6 eingesetzt. Dementsprechend müssen die beiden Bauteilkomponenten vor dem Einpressen im Regelfall sehr genau bearbeitet werden, um beispielsweise eine Außengeometrie der zweiten Bauteilkomponente und eine Innengeometrie der Ausnehmung in der ersten Bauteilkomponente genau aneinander anpassen zu können und Toleranzen dabei gering halten zu kön-

nen. Außerdem ist häufig eine nachträgliche Bearbeitung des zusammengefügten Hybridbauteils nach dem Einpressen der zweiten Bauteilkomponente notwendig. Da die beiden Bauteilkomponenten in der Regel präzise vorbearbeitet und nach dem Einpressen nachbearbeitet werden müssen, ergibt sich oft insgesamt ein hoher Herstellungsaufwand für das Hybridbauteil.

[0009] Bei der alternativen Herstellungstechnik des Einschrumpfens, teilweise hierin nachfolgend auch als thermisches Einschrumpfen bezeichnet, kann die erste Bauteilkomponente mitsamt ihrer Ausnehmung zunächst erhitzt werden. Dabei dehnt sie sich aus, sodass Abmessungen der Ausnehmung temporär vergrößert sind. In die Ausnehmung kann dann die zweite Bauteilkomponente eingebracht werden. Nach einem Abkühlen der ersten Bauteilkomponente kann sich ein starker Kraftschluss bzw. in manchen Fällen auch ein Formschluss zwischen den beiden Bauteilkomponenten einstellen. Allerdings müssen auch bei dieser Herstellungstechnik, ähnlich wie beim Einpressen, die beiden Bauteilkomponenten im Regelfall vorab sehr genau bearbeitet werden. Oft wird auch hier eine präzise Passung von beispielsweise H7 / s6 angestrebt.

[0010] Eine Nachbearbeitung des fertigen Hybridbauteils kann in vielen Fällen notwendig sein. Dementsprechend ergibt sich auch bei dieser Herstellungstechnik oft ein hoher Herstellungsaufwand.

[0011] Außerdem kann beim Einschrumpfen derzeit nur der Wärmeausdehnungskoeffizient der Materialpaarung genutzt werden. Anders ausgedrückt kann ein Kraftschluss zwischen den beiden Bauteilkomponenten von den relativen Unterschieden bei der Wärmeausdehnung der beiden Bauteilkomponenten abhängen. Dementsprechend kann im späteren Gebrauch des Hybridbauteils eine Funktionalität des Hybridbauteils eingeschränkt sein bzw. nur über einen bestimmten Temperaturbereich ausreichend gegeben sein. Beispielsweise kann es bei einer übermäßigen Erwärmung der ersten Bauteilkomponente zu einem zumindest teilweisen Lösen des Kraftschlusses zwischen den beiden Bauteilkomponenten kommen.

[0012] Eine weitere Möglichkeit zum Herstellen von Hybridbauteilen wurde in der DE 101 27 626 A1 beschrieben. Zur Herstellung eines gebauten Werkstückes mit zwei kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbundenen Elementen wird dabei zumindest ein erstes Element durch einen MIM-Prozess - d.h. durch Spritzgussformung eines Rohlings aus einer Kunststoff-Metallpulver-Mischung, nachfolgendes Austreiben des Kunststoffes zur Erzeugung eines Grünlings sowie darauf folgende Sinterung des Grünlings - erzeugt. Eine bei der Sinterung auftretende Schrumpfung wird zur form- bzw. kraftschlüssigen Halterung eines weiteren Elementes in einer Ausnehmung am ersten Element ausgenutzt.

[0013] Allerdings wurde, wie weiter unten detaillierter ausgeführt, bisher davon ausgegangen, dass insbesondere aufgrund des bei dem vorgeschlagenen Verfahren eingesetzten Sinterns die beschriebene Herstellungstechnik nur zur Herstellung bestimmter Hybridbauteile, insbesondere zur Herstellung von Hybridbauteilen, bei denen beide Bauteilkomponenten metallisch sind, eingesetzt werden kann. Solche Hybridbauteile können jedoch nicht in allen Fällen vorgegebenen Randbedingungen und gewünschten Funktionalitäten gerecht werden.

[0014] EP 3 195 958 A1 beschreibt ein Gleitelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

[0015] JP S 6376808 beschreibt die Herstellung eines selbstschmierenden Graphitverbundmaterials.

[0016] ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0017] Es kann daher ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils bestehen, mit dem in einfacher, zuverlässiger und/oder kostengünstiger Weise ein Hybridbauteil mit bestimmten physikalischen bzw. funktionellen Eigenschaften gefertigt werden kann. Insbesondere kann beispielsweise ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils wie beispielsweise eines Gleitlagers bestehen, bei dem eine Bauteilkomponente beispielsweise für zuverlässige und reibungsarme Gleitlagereigenschaften und eine andere Bauteilkomponente beispielsweise für eine Robustheit und/oder mechanische Anbindbarkeit des gesamten Hybridbau-

teils sorgen kann. Ferner kann ein Bedarf an einem entsprechend herstellbaren Hybridbauteil bestehen.

[0018] Solchen Bedürfnissen kann mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung definiert.

[0019] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils gemäß Anspruch 1 mit einer ersten Bauteilkomponente aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff beschrieben. Dabei weist das Verfahren zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge auf:

Bereitstellen der ersten Bauteilkomponente als Grünteil, wobei das Grünteil mit aneinander angrenzend angeordneten Metallpulverpartikeln aufgebaut ist und wobei in einer Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente die zweite Bauteilkomponente aufgenommen ist, Sintern der ersten Bauteilkomponente einschließlich der in deren Ausnehmung aufgenommenen zweiten Bauteilkomponente.

Dabei ist das Grünteil der ersten Bauteilkomponente mittels Metallpulverspritzgießen gefertigt.

[0020] Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hybridbauteil gemäß Anspruch 14 mit einer ersten Bauteilkomponente aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff beschrieben, wobei das Hybridbauteil mithilfe eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung hergestellt ist.

[0021] Es ist bekannt, dass es für manche Anwendungszwecke vorteilhaft sein kann, dabei Bauteile als Hybridbauteile mit Bauteilkomponenten aus verschiedenen Werkstoffen einzusetzen. Insbesondere ist bekannt, dass es bei manchen Anwendungszwecken vorteilhaft sein kann, eine der Bauteilkkomponenten aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff bereitzustellen. Kohlenstoffbasierte Werkstoffe können vorteilhafte Eigenschaften aufweisen wie zum Beispiel geringe thermische Ausdehnungskoeffizienten, gute Gleiteigenschaften bzw. Schmiereigenschaften, hohe thermische Belastbarkeit, hohe mechanische Belastbarkeit und/oder andere Eigenschaften.

[0022] Beispielsweise sind Gleitlager bekannt, bei denen eine das eigentliche Gleitelement ausbildende Bauteilkomponente mit einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff ausgebildet ist. Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass Bauteile aus Kohlenstoff-basierten Werkstoffen meist nicht auf Zug belastet werden sollten und beispielsweise nicht freitragend eingesetzt werden sollten, kann diese Bauteilkomponente von einer weiteren Bauteilkomponente beispielsweise in Form einer metallischen Fassung oder eines metallischen Gehäuses mechanisch geschützt werden. Das Gleitlager kann dabei als trockenlaufendes oder als mediengeschmiertes Gleitlager ausgebildet sein.

[0023] Es ist ferner eine Vielzahl anderer Bauteile bekannt, die bei einer Ausprägung als Hybridbauteil mit einer Bauteilkomponente aus Kohlenstoff-basiertem Werkstoff vorteilhafte Eigenschaften erlangen können. Beispielsweise können Rotoren oder Abgasklappenlager als solche Hybridbauteile vorteilhaft sein.

[0024] Bisher wurden solche Hybridbauteile gefertigt, indem die zweite Bauteilkomponente aus dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff in eine Ausnehmung in der ersten Bauteilkomponente aus dem metallischen Werkstoff mithilfe der weiter oben bereits beschriebenen Herstellungsverfahren und unter Inkaufnahme eines dabei notwendigen erheblichen Aufwandes eingepresst oder eingeschrumpft wurde.

[0025] Es wurde jedoch bisher davon ausgegangen, dass alternative Herstellungsverfahren, wie sie beispielsweise in der DE 101 27 626 A1 beschrieben sind, für die Herstellung von Hybridbauteilen mit zumindest einer Bauteilkomponente aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff nicht geeignet eingesetzt werden können. Insbesondere wurde aufgrund von Annahmen betreffend die Bauteilkomponente aus dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff und/oder aufgrund von Vorversuchen bisher davon ausgegangen, dass diese Bauteilkomponente bei dem beschriebenen Her-

stellungsverfahren, insbesondere wahrscheinlich während des dabei durchzuführenden Sinterns, Schaden nimmt.

[0026] Dieses lange gehegte Vorurteil wurde nun überwunden.

[0027] Insbesondere wurde erkannt, dass es bei geeigneter Prozessführung und/oder einer Verwendung geeigneter Bauteilkomponenten und dabei eingesetzter Materialien durchaus möglich ist, Hybridbauteile aus einer ersten metallischen Bauteilkomponente und einer zweiten Kohlenstoff-basierten Bauteilkomponente zu fertigen, ohne dabei notwendigerweise die bisher eingesetzten aufwendigen Schritte des Einpressens oder Einschrumpfens einsetzen zu müssen.

[0028] Bei dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren sollten zunächst die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente bereitgestellt werden. Speziell sollte die erste Bauteilkomponente als sogenanntes Grünteil bereitgestellt werden.

[0029] Unter einem Grünteil kann in diesem Zusammenhang ein Rohling verstanden werden, der aus Metallpulverpartikeln zusammengesetzt ist. Die Metallpulverpartikel können auch als Metallpartikel bezeichnet werden. Die Metallpulverpartikel können dabei mikroskopisch kleine Abmessungen aufweisen, beispielsweise im Bereich von einigen Nanometern bis hin zu einigen Hundert Mikrometern, vorzugsweise im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 100 um. Die Metallpulverpartikel sind hierbei eng aneinander angrenzend angeordnet. Insbesondere liegen die Metallpulverpartikel vorzugsweise eng aneinander an. Anders ausgedrückt kontaktiert jedes Metallpulverpartikel mit seiner Außenoberfläche ein oder mehrere benachbarte Metallpulverpartikel oder ist relativ zu solchen benachbarten Metallpulverpartikeln zumindest derart eng benachbart angeordnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln im Vergleich zu Abmessungen der Metallpulverpartikel selbst vernachlässigbar klein ist.

Beispielsweise kann ein etwaiger Abstand zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln kleiner als 30 % oder sogar kleiner als 10% der durchschnittlichen Abmessungen der Metallpulverpartikel sein. Sofern benachbarte Metallpulverpartikel einander nicht direkt kontaktieren, kann ein Zwischenraum zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln mit anderem, vorzugsweise festem Material wie zum Beispiel einem Binder gefüllt sein. Zwischen den benachbarten Metallpulverpartikeln herrscht dabei im Allgemeinen eine kraftschlüssige Verbindung und/oder in manchen Fällen eine formschlüssige Verbindung. Allerdings sind die meisten Metallpulverpartikel in dem Grünteil mit benachbarten Metallpulverpartikeln nicht stoffschlüssig verbunden. Auf Grund des Aufbaus aus einer Vielzahl von kleinen Metallpulverpartikeln bilden sich zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln Ubergänge bzw. Partikelgrenzen. Außerdem können die Metallpulverpartikel verschiedenste geometrische Formen aufweisen. Dementsprechend können sich zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln Hohlräume bilden, in denen sich kein Metall, sondern ein anderes Material wie beispielsweise Luft oder Binder-Material befindet. Anders ausgedrückt kann das Grünteil eine gewisse Porosität bzw. eine Vielzahl kleinerer Volumina aufweisen, die aus einem anderen als dem metallischen Werkstoff bestehen.

[0030] In der ersten Bauteilkomponente ist eine Ausnehmung ausgebildet, in der die zweite Bauteilkomponente aufgenommen ist. Anders ausgedrückt kann die erste Bauteilkomponente im Bereich der Ausnehmung die darin aufgenommene zweite Bauteilkomponente allseitig, ringförmig oder zumindest von gegenüberliegenden Seiten her umschließen.

[0031] Die erste Bauteilkomponente mitsamt der in ihrer Ausnehmung aufgenommenen zweiten Bauteilkomponente wird dann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt gesintert. Unter einem Sintern wird dabei ein Erhitzen der Bauteilkomponenten auf hohe Temperaturen von beispielsweise mehr als 800 °C, vorzugsweise mehr als 1000 °C und in vielen Fällen sogar 1200 °C oder mehr verstanden. Während des Sinterns kann es zu einer teilweisen Verflüssigung von Metallpulverpartikeln in dem Grünteil der ersten Bauteilkomponente und/oder zu Diffusionen zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln in diesem Grünteil kommen. Hierdurch kann das Grünteil als Ganzes seine Struktur, insbesondere seine mikroskopische Struktur bzw. granulare Struktur, verändern. Beispielsweise können benachbarte Metallpulverpartikel zumindest bereichsweise einen Stoffschluss miteinander eingehen. Grenzen zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln können sich verschieben und/oder zumindest bereichsweise auflösen. Hohlräume zwischen benach-

barten Metallpulverpartikeln können sich in Form und/oder Volumen verändern. Insbesondere kann das Grünteil durch das Sintern ein aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallpartikeln gebildetes Diffusionsgefüge bilden.

[0032] Insgesamt kann das Grünteil, wie weiter unten noch detaillierter erläutert, während des Sinterns schrumpfen. Hierdurch kann zwischen der ersten Bauteilkomponente und der in deren Ausnehmung aufgenommenen zweiten Bauteilkomponente ein enger Kraftschluss und/oder Formschluss etabliert werden. Dementsprechend kann die zweite Bauteilkomponente in der ersten Bauteilkomponente fixiert werden.

[0033] Allerdings wurde erkannt, dass während des Sinterns aufgrund der hohen Temperaturen der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente von dem mit diesem in mechanischem Kontakt stehenden metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente angegriffen werden kann, sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Insbesondere wurde erkannt, dass es zu lokalen Verkohlungen, Verkokungen oder anderen chemischen Reaktionen an dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff und somit zu einer Schädigung der zweiten Bauteilkomponente kommen kann.

[0034] Um diesen Effekten entgegenwirken zu können, wurden verschiedene Maßnahmen als geeignet erkannt. Insbesondere wurde erkannt, dass eine Affinität zwischen dem metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente und dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente beispielsweise durch eine geeignete Wahl von Werkstoffen und/oder Vorbearbeitung der jeweiligen Bauteilkomponenten derart beeinflusst werden kann, dass es während des Herstellungsverfahrens zu keinen signifikanten Schädigungen an den jeweiligen Bauteilkomponenten kommt.

[0035] Beispielsweise wurde es gemäß einer Ausführungsform als vorteilhaft erkannt, den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente vor dem Aufnehmen in der Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente derart vorzubehandeln, dass er sich chemisch inert in Bezug auf den metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente verhält.

[0036] Anders ausgedrückt kann es insbesondere während des nachfolgenden Sinterns vorteilhaft wirken, den Kohlenstoff-basierten Werkstoff vorab in einer Weise zu behandeln, dass er während des Sinterns nicht mit dem ihn kontaktierenden metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente chemisch reagiert.

[0037] Solche Vorbehandlungen können in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein und den ursprünglich unbehandelten Kohlenstoff-basierten Werkstoff hinsichtlich seiner physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften und/oder hinsichtlich seiner mikroskopischen Struktur derart modifizieren, dass sich eine chemische Reaktivität des Kohlenstoff-basierten Werkstoffs verändert, sodass dieser sich bei Kontakt mit dem metallischen Werkstoff inert verhält, d.h. nicht chemisch reagiert.

[0038] Verschiedene Arten von Vorbehandlungen sind vorstellbar. Beispielsweise kann der Kohlenstoff-basierte Werkstoff durch Hochtemperatur-Behandlungen, chemische Behandlungen und/ oder Ahnliches in seinen Eigenschaften verändert werden.

[0039] Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente vor dem Aufnehmen in der Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente karbonisiert oder graphitiert werden.

[0040] Durch ein solches Karbonisieren oder Graphitieren des Kohlenstoff-basierten Werkstoffs können dessen chemische und/oder physikalische Eigenschaften und/oder mikroskopische Struktur vorteilhaft modifiziert werden, sodass er sich anschließend chemisch inert gegenüber metallischen Werkstoffen verhält, mit denen er zuvor chemisch reagiert hätte.

[0041] Der Kohlenstoff-basierte Werkstoff kann beispielsweise durch Erhitzen auf sehr hohe Temperaturen von deutlich über 2000 °C, oft im Bereich von etwa 3000 °C, unter Luftabschluss graphitiert werden. Die bei der Graphitierung eingesetzten Temperaturen sind somit deutlich höher als diejenigen, die bei einem Sintervorgang typischerweise erreicht werden. Bei der Graphitie-

rung erfolgt durch das Erhitzen unter Luftabschluss eine Umwandlung von amorphem Kohlenstoff zu polykristallinem Graphit.

[0042] Durch das Graphitieren können die Eigenschaften des Kohlenstoff-basierten Werkstoffs dahingehend modifiziert werden, dass es bei einer späteren Sinterung der zweiten Bauteilkomponente im Rahmen der Herstellung des Hybridbauteils nicht zu Schädigungen, insbesondere nicht zu lokalen Verkokungen, an der zweiten Bauteilkomponente kommt.

[0043] Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der metallische Werkstoff der ersten Bauteilkomponente wenigstens ein Metall enthalten, welches sich chemisch inert in Bezug auf den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente verhält.

[0044] Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform der metallische Werkstoff der ersten Bauteilkomponente wenigstens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Chrom (Cr) und Zinn (Sn) enthalten.

[0045] Die genannten Metalle können als Hauptbestandteil oder als Zusatz in dem metallischen Werkstoff enthalten sein. Insbesondere kann es sich bei dem metallischen Werkstoff um eine Legierung oder Mischung handeln, die ein oder mehrere der genannten Metalle enthält. Beispielsweise kann der metallische Werkstoff Messing sein. Unter Messing wird dabei eine Kupferlegierung mit bis zu 40 % Zink verstanden. Alternativ kann der metallische Werkstoff eine Bronze sein. Als Bronzen werden Legierungen mit mindestens 60 % Kupfer bezeichnet, soweit sie nicht durch den Hauptlegierungszusatz Zink den Messingen zuzuordnen sind.

[0046] Durch den Anteil beispielsweise zumindest eines der genannten Metalle Cu, Ni, Cr und Sn in dem metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente kann eine Affinität dieses Werkstoffs gegenüber dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente verringert werden. Somit können Schädigungen insbesondere an der zweiten Bauteilkomponente während des Sinterns vermieden oder zumindest minimiert werden.

[0047] Ein ähnlicher Effekt kann gemäß einer weiteren Ausführungsform erreicht werden, indem zumindest eine der beiden Bauteilkomponenten an einer Grenzfläche, an der das jeweilige Bauteil im zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils an das jeweils andere Bauteil angrenzt, eine Metallschicht aufweist, welche aus wenigstens einem Metall besteht, welches sich chemisch inert in Bezug auf den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente verhält. Ein solches Metall kann beispielsweise wiederum Kupfer, Nickel, Chrom oder Zinn oder eine Mischung oder Legierung aus diesen Metallen sein.

[0048] Anders ausgedrückt kann die erste Bauteilkomponente und/oder die zweite Bauteilkomponente zumindest an Oberflächen, an denen beide Bauteilkomponenten im zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils aneinandergrenzenden, mit einer Metallschicht beispielsweise aus Cu, Ni, Cr und/oder Sn beschichtet sein. Die erste Bauteilkkomponente braucht in diesem Fall unterhalb dieser oberflächlichen Metallschicht nicht notwendigerweise die genannten sich inert verhaltenden Metalle (z.B. Cu, Ni, Cr und/oder Sn) aufweisen. Vorzugsweise kann eine gesamte Außenoberfläche der zweiten Bauteilkomponente und/oder zumindest eine Innenoberfläche der ersten Bauteilkomponente im Bereich von deren Ausnehmung mit der Metallschicht beschichtet sein. Die Metallschicht kann mithilfe verschiedener Verfahren aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Metallschicht galvanisch aufgebracht werden, aufplattiert werden, aufgedampft werden oder in anderer Weise abgeschieden werden. Die Metallschicht kann als Dünnschicht ausgebildet werden. Insbesondere kann die Metallschicht beispielsweise eine Schichtdicke von zwischen 0,1 um und 1 mm, vorzugsweise zwischen 1 um und 100 um, aufweisen.

[0049] Durch die an der Grenzfläche zwischen beiden Bauteilkomponenten vorhandene Metallschicht aus beispielsweise zumindest einem der genannten Metalle Cu, Ni, Cr und Sn kann ein Einfluss einer Affinität des darunterliegenden Werkstoffs der ersten Bauteilkomponente gegenüber dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente verringert werden bzw. ein direkter Kontakt zwischen beiden Werkstoffen vermieden werden. Somit können Schädigungen insbesondere an der zweiten Bauteilkomponente während des Sinterns vermieden oder zumindest minimiert werden.

[0050] Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente eingelegt werden.

[0051] Anders ausgedrückt können die beiden Bauteilkomponenten zunächst als separate Teile hergestellt bzw. bereitgestellt werden und erst nachträglich, aber vor dem Sintervorgang, zusammengesetzt werden. Dabei kann die zweite Bauteilkomponente in die Ausnehmung in der ersten Bauteilkomponente eingelegt werden. Bei einem solchen Einlegen werden auf die zweite Bauteilkomponente allenfalls geringe Kräfte ausgeübt, insbesondere geringere Kräfte als dies beim herkömmlichen Einpressen der Fall ist. Insbesondere kann die zweite Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente lose, d.h. mit seitlichem Spiel, eingelegt werden.

[0052] Hierbei können gemäß einer Ausführungsform Abmessungen der Ausnehmung vor dem Sintern größer sein als entlang gleicher Achsen gemessene Abmessungen der in die Ausnehmung eingelegten zweiten Bauteilkomponente.

[0053] Mit anderen Worten können insbesondere in einer Richtung, die quer zu einer Richtung verläuft, in der die zweite Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente eingeschoben wird, die Abmessungen der zweiten Bauteilkomponente kleiner sein als diejenigen der Ausnehmung. Somit kann die zweite Bauteilkomponente in der Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente mit einem gewissen seitlichen Spiel bzw. Freiraum eingebracht werden.

[0054] Gemäß einer Ausführungsform wird ausgenutzt, dass das Grünteil der ersten Bauteilkomponente während des Sinterns erheblich schrumpft. Eine Geometrie des Grünteils der ersten Bauteilkomponente, Eigenschaften der Metallpulverpartikel des Grünteils und Prozessparameter beim Sintern können hierzu gezielt derart gewählt werden, dass das Grünteil beim Sintern in einem Maße schrumpft, dass die Abmessungen der Ausnehmung beim Sintern bei nicht in die Ausnehmung eingebrachter zweiter Bauteilkomponente auf Abmessungen schrumpfen würden, die kleiner wären als die entlang gleicher Achsen gemessenen Abmessungen der in die Ausnehmung eingebrachten zweiten Bauteilkomponente, sodass bei in die Ausnehmung eingelegter zweiter Bauteilkomponente sich durch das Sintern eine kraftschlüssige Presspassung zwischen Innenoberflächen der ersten Bauteilkomponente im Bereich der Ausnehmung und gegenüberliegenden Außenoberflächen der zweiten Bauteilkomponente einstellt.

[0055] Anders ausgedrückt können das Grünteil und der Sintervorgang gezielt derart angepasst werden, dass das Grünteil während des Sinterns auf die in der Ausnehmung in dem Grünteil aufgenommene zweite Bauteilkomponente aufschrumpft und dabei eine Presspassung erzeugt. Eine Schrumpfung während des Sintervorgangs kann dabei beispielsweise in einem Bereich von 3% bis 30 %, typischerweise zwischen 10 % und 20 %, liegen.

[0056] Dabei kann eine Vielzahl verschiedener Einflussparameter ein Ausmaß der Schrumpfung und somit der sich einstellenden Presspassung beeinflussen.

[0057] Beispielsweise kann eine Geometrie des Grünteils und insbesondere Abmessungen von dessen Ausnehmung so bemessen sein, dass vor dem Sintern die zweite Bauteilkomponente in der Ausnehmung mit seitlichem Spiel Platz findet, sich die Abmessungen der Ausnehmung jedoch beim Sintern durch das damit einhergehende Schrumpfen so weit verringern, d.h. das seitliche Spiel im Wesentlichen durch das Schrumpfen kompensiert wird, sodass die zweite Bauteilkomponente in der Ausnehmung eingepresst wird.

[0058] Auch die Art, Größe und/oder Struktur der Metallpulverpartikel sowie deren Anordnung relativ zueinander in dem Grünteil können einen Einfluss darauf haben, wie stark das Grünteil beim Sintern schrumpft. Dabei können die genannten Parameter beispielsweise beeinflussen, in welcher Weise sich Geometrien und/oder Korngrenzen zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln während des Sintervorgangs verändern. Insbesondere können diese Parameter sich auf die mikroskopische Struktur des Grünteils vor dem Sintern wie auch eventuell nach dem Sintern auswirken.

[0059] Dabei wurde es gemäß einer Ausführungsform als vorteilhaft erkannt, wenn ein Gesamtvolumen aller Metallpulverpartikel in dem Grünteil der ersten Bauteilkomponente vor dem Sintern

kleiner ist als 50 % des Volumens der ersten Bauteilkomponente.

[0060] Anders ausgedrückt kann das Gesamtvolumen aller Metallpulverpartikel kleiner oder gleich einem Volumen aller mikroskopischer Volumenbereiche zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln sein. Solche mikroskopischen Volumenbereiche können auch als Hohlraumvolumen interpretiert werden, wobei die Volumenbereiche nicht leer, sondern mit Gas, insbesondere Luft, oder mit einem von dem metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente verschiedenen Material wie beispielsweise einem Binder gefüllt sind.

[0061] Ein relativ kleines Verhältnis von Gesamtvolumen aller Metallpulverpartikel zu Volumen der ersten Bauteilkomponente vor dem Sintern führt typischerweise dazu, dass das Grünteil während des Sinterns stark schrumpft und sich somit eine gewünschte Presspassung mit der zweiten Bauteilkomponente einstellen kann.

[0062] Erfindungsgemäß ist das Grünteil der ersten Bauteilkomponente mittels Metallpulverspritzgießen gefertigt.

[0063] Das Metallpulverspritzgießen, auch MIM-Verfahren (englisch für Metal Injection Moulding), ist ein Urformverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen mit komplexer Geometrie. Es hat Ahnlichkeiten zu der bei der Verarbeitung von Kunststoffen eingesetzten Spritzgusstechnologie. Beim Metallpulverspritzgießen wird feines Metallpulver im Allgemeinen mit einem organischen Binder vermischt und dann mithilfe einer Spritzgussmaschine in Form gebracht. Das hierbei entstehende Zwischenprodukt wird meist als Grünteil bezeichnet. In dem Grünteil können die Metallpulverpartikel aneinander angrenzen und der Binder kann für einen zusätzlichen Kraftschluss zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln sorgen. Anschließend wird der Binder wieder entfernt und das Bauteil bei hoher Temperatur in einem Ofen gesintert. Als Ergebnis wird regelmäßig ein rein metallisches Enderzeugnis erhalten, das die mechanischen Vorteile gesinterter Bauteile mit der großen Formgebungsvielfalt des Spritzgießens verbindet.

[0064] Das Metallpulverspritzgießen erlaubt eine Vielzahl von Vorteilen. Insbesondere können mithilfe des Metallpulverspritzgießens Bauteile mit komplexer Geometrie gefertigt werden.

[0065] Herstellungskosten können dabei relativ gering bleiben. Insbesondere kann eine Reproduzierbarkeit auch in sehr großen Stückzahlen erreicht werden. Bauteile können bei geringen Stückkosten einbaufertig und in allen Veredelungsstufen hergestellt werden. Aufgrund hoher Material- und Energieeffizienz lassen sich Bauteile umweltfreundlich und ressourcenschonend herstellen. Dabei können schlanke, stabile Prozesse (LeanSigma) eingesetzt werden und auch bei komplexen Geometrien können enge Toleranzen eingehalten werden. Auch eine Gewichtseinsparung gegenüber Teilen aus anderen Herstellungsverfahren sowie letztendlich eine Recyclingfähigkeit kann vorteilhaft sein.

[0066] Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Grünteil der ersten Bauteilkomponente durch Pressen von Metallpulver in eine vordefinierte Form gefertigt sein.

[0067] Eine dabei eingesetzte Technik wird auch als axiale Presstechnik bezeichnet. Dabei wird ein Rohpulver aus kleinen Metallpulverpartikeln verarbeitet. Gegebenenfalls können verschiedene Rohpulver miteinander gemischt werden. Mit mechanischen, hydraulischen und/oder elektrischen Pressen kann das Rohpulver in formgebenden Werkzeugen zu handhabbaren Bauteilkomponenten verpresst werden, welche in diesem Verfahrensstadium wiederum als Grünteile bezeichnet werden. Die Pressen können hierbei typischerweise Kräfte im Bereich von 30 kN bis hin zu 8000 kN ausüben. Hierdurch können benachbarte Metallpulverpartikel in flächige Anlage miteinander verpresst werden und dann kraftschlüssig aneinander halten.

[0068] Ein beim Sintern auftretendes Schrumpfungsverhalten von Grünteilen, die durch Pressen von Metallpulver erzeugt wurden, kann dabei unter anderem von Eigenschaften des verwendeten Rohpulvers oder einer Mischung verschiedener Rohpulver beeinflusst werden, aber auch durch die Art, wie das Pulver verpresst wird.

[0069] Eine Fertigung von Bauteilkomponenten mithilfe axialer Presstechnik kann dabei viele der oben bereits für das Metallpulverspritzgießen erläuterten Vorteile ermöglichen. Im Vergleich zum

Metallpulverspritzgießen ist eine Fertigung von Grünteilen durch Pressen von Metallpulver jedoch meist kostengünstiger. Es können dabei allerdings vor allem Bauteilkomponenten mit einfachen Geometrien gefertigt werden.

[0070] Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Bauteilkomponente durch Pressen von Kohlenstoffpulver in eine vordefinierte Form gefertigt sein.

[0071] Zum Pressen des Kohlenstoffpulvers können beispielsweise Verfahren eingesetzt werden, die als Gesenkpressen oder PTS-Verfahren (Press To Size) bekannt sind. Das Kohlenstoffpulver kann eine feine bis ultrafeine Körnung aufweisen. Mithilfe des beschriebenen Pressens können komplexe Werkstücke vorzugsweise in großen Stückzahlen kosteneffizient und/oder mit geringem Materialeinsatz hergestellt werden. Die Werkstücke können dabei sehr medienbeständig, verschleißarm und/oder langzeitstabil sein und gegebenenfalls andere maßgeschneiderte Eigenschaften aufweisen.

[0072] Gemäß einer Ausführungsform kann eine der beiden Bauteilkomponenten einen Vorsprung aufweisen und die andere der beiden Bauteilkomponenten kann eine zu dem Vorsprung komplementär angeordnete und ausgebildete Vertiefung aufweisen, in die der Vorsprung nach dem Sintern formschlüssig eingreift.

[0073] Anders ausgedrückt können an den beiden Bauteilkomponenten zueinander komplementäre Strukturen ausgebildet sein. Der Vorsprung und die zu diesem zumindest weitgehend komplementäre Vertiefung können sich dabei in einer Richtung erstrecken, die derjenigen Richtung entspricht, in der die Ausnehmung in der ersten Bauteilkomponente während des Sinterns überwiegend schrumpft. Der Vorsprung kann beispielsweise als abragender Stift, abragende Wulst oder eine ähnliche abragende Struktur ausgebildet sein. Die Vertiefung kann als Loch, Delle, Nut oder eine ähnliche vertiefte Struktur ausgebildet sein. Die genannten Strukturen können beim Einpressen der zweiten Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente aufgrund des durch das Sintern bedingten Schrumpfungsvorgangs komplementär ineinander eingreifen.

[0074] Da bei dem hier beschriebenen Verfahren aufgrund der Porosität des Grünteils bzw. des nach dem Entfernen eines etwaigen Binder entstehenden Braunteils ein Schrumpfmaß, um das sich die Abmessungen der Ausnehmung in der ersten Bauteilkomponente beim Sintern verringern, deutlich größer ist als beim herkömmlichen Einschrumpfen einer Bauteilkomponente in eine zuvor erhitzte, massive andere Bauteilkomponente, können die beiden Bauteilkomponenten vor dem Sintern selbst dann noch problemlos zusammengefügt werden, wenn an einer der Bauteilkomponenten der beschriebene Vorsprung ausgebildet ist. Nach dem Einschrumpfen der zweiten Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente kann der Vorsprung somit hinterschneidend in die jeweils andere Bauteilkomponente ragen und damit einen Formschluss zwischen beiden Bauteilkomponenten bewirken.

[0075] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Oberfläche der ersten Bauteilkomponente und/oder eine Oberfläche der zweiten Bauteilkomponente vor dem Sintern vorbehandelt werden durch Aufrauen der Oberfläche und/oder Beschichten der Oberfläche und/oder chemisches Aktivieren der Oberfläche.

[0076] Anders ausgedrückt kann insbesondere im Bereich einer Grenzfläche, an der die beiden Bauteilkomponenten im fertigen Hybridbauteil einander berühren, eine Oberfläche einer der beiden oder beider Bauteilkomponenten in geeigneter Weise vorbehandelt werden, bevor Bauteilkomponenten dem Sintern unterzogen werden und dabei die zweite Bauteilkomponente in die Ausnehmung der ersten Bauteilkomponente eingeschrumpft wird.

[0077] Als Vorbehandlung kann eine der Oberflächen gezielt aufgeraut werden, um ihr eine gewünschte Oberflächenstruktur, insbesondere eine Oberflächenrauigkeit oder Oberflächentextur, zu verleihen, aufgrund derer beispielsweise eine Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilkomponenten in dem fertigen Hybridbauteils verbessert werden kann.

[0078] Alternativ oder ergänzend kann eine der Oberflächen der Bauteilkomponenten mit einer

zusätzlichen Schicht versehen werden. Diese zusätzliche Schicht kann beispielsweise andere physikalische Eigenschaften aufweisen als das darunterliegende Material der Bauteilkomponente. Die Schicht kann beispielsweise eine Metallschicht oder eine Keramikschicht sein, die den Sintervorgang weitgehend unbeeinflusst übersteht und somit im fertigen Hybridbauteil anzutreffen ist. Alternativ kann die Schicht nur eine temporäre Funktion haben, welche beispielsweise während des Herstellungsvorgangs zu erfüllen ist, und bei dem Sintervorgang zerfallen, verdampfen oder in anderer Weise verschwinden.

[0079] Als weitere Ergänzung oder Alternative kann eine der Oberflächen chemisch aktiviert werden, indem sie beispielsweise mit einem sich an die Oberfläche anhaftenden Stoff benetzt oder mit der Oberfläche chemisch reagierenden Stoff kontaktiert wird. Durch die chemische Aktivierung kann die Oberfläche insbesondere chemische Eigenschaften erhalten, aufgrund derer beispielsweise eine Schädigung einer mit dieser Oberfläche in Kontakt kommenden anderen Bauteilkomponente vermieden werden können.

[0080] Eine Ausführungsform des Hybridbauteils gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist mithilfe einer Ausführungsform des hierin zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens gefertigt und kann somit sich durch die Herstellung ergebende Merkmale aufweisen.

[0081] Dabei kann das Hybridbauteil in seiner ersten Bauteilkomponente ein aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallpulverpartikeln gebildetes Diffusionsgefüge aufweisen, bei dem Metallpulverpartikel durch Sintern zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Eine solche Struktur kann eventuell auch als eine granulare Struktur bezeichnet werden. Anders ausgedrückt können die Metallpulverpartikel in der ersten Bauteilkomponente zumindest bereichsweise mit benachbarten Metallpulverpartikeln verschmolzen und/oder durch Diffusionsprozesse verbunden sein. Eine solche Struktur ergibt sich typischerweise, wenn eine Bauteilkomponente aus einem zuvor aus Metallpulverpartikeln zusammengesetzten Werkstoff bei hohen Temperaturen gesintert wird. Die granulare Struktur unterscheidet sich dabei grundsätzlich von mikroskopischen Strukturen, wie sie bei herkömmlichen, beispielsweise aus massivem Material gefertigten Bauteilkomponenten zu beobachten sind.

[0082] Neben dem Vorteil, dass ein Hybridbauteil mit der beschriebenen granularen Struktur mit dem oben angegebenen Verfahren vorteilhaft hergestellt werden kann, kann die granulare Struktur für das Hybridbauteil selbst auch vorteilhafte Eigenschaften bewirken wie zum Beispiel eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig vergleichsweise niedrigem Gewicht.

[0083] Gemäß einer Ausführungsform kann bei dem Hybridbauteil an einer Grenzfläche, an der die erste Bauteilkomponente mit einer ersten Oberfläche einer Ausnehmung an eine gegenüberliegende zweite Oberfläche der zweiten Bauteilkomponente angrenzt, eine an der ersten Oberfläche ausgebildete Oberflächenstruktur in eine zu dieser komplementär ausgebildete Oberflächenstruktur an der zweiten Oberfläche eingreifen.

[0084] Mit anderen Worten kann das Hybridbauteil eventuell bedingt durch Eigenschaften des oben angegebenen Herstellungsverfahrens eine spezielle mikroskopische Struktur an der Grenzfläche zwischen dessen beiden Bauteilkomponenten aufweisen. Diese mikroskopische Struktur kann beispielsweise dadurch entstehen, dass zumindest eine oder vorzugweise beide der Bauteilkomponenten vor dem Sintern nicht speziell bearbeitet zu werden braucht, um dessen Oberfläche zu glätten. Dementsprechend kann die Oberfläche der zweiten Bauteilkomponente und/oder die Oberfläche der ersten Bauteilkomponente im Bereich von deren Ausnehmung eine zumindest mikroskopische Rauigkeit aufweisen. Alternativ oder ergänzend können die Oberflächen der beiden Bauteilkomponenten gezielt mit einer zueinander komplementär ausgestalteten Oberflächenstruktur, beispielsweise in Form einer Mikroverzahnung, ausgebildet werden. Mikroskopische Vorsprünge und/oder Vertiefungen, wie sie von den jeweiligen Oberflächenstrukturen gebildet werden, können sich während des durch das Sintern bedingten Schrumpfvorgangs in die jeweils andere Bauteilkomponente einpressen und dabei zu einem Ineinandergreifen bzw. einer Mikroverzahnung zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Bauteilkomponenten führen. Die Abmessungen der Oberflächenstruktur können dabei typischerweise zwischen einigen Zehntelmikrometern und einigen 10 um betragen.

[0085] Während mikroskopische Strukturen an Oberflächen von miteinander zu verbindenden Bauteilkomponenten bei herkömmlichen Herstellungsverfahren meist bereits vorab durch geeignete Bearbeitung entfernt wurden oder spätestens während des Zusammenfügens, beispielsweise im Rahmen des Einpressens oder thermischen Schrumpfens, geglättet (insbesondere abgeschert oder abgebrochen) wurden, können solche mikroskopischen Strukturen bei dem hierin beschriebenen Herstellungsverfahren das sinter-bedingte Einschrumpfen oft im Wesentlichen unverändert überstehen. Dementsprechend kann der sich ergebende komplementäre Eingriff zwischen aneinander angrenzenden Oberflächenstrukturen bzw. die sich ergebende Mikroverzahnung als typisches Merkmal bei durch das beschriebene Herstellungsverfahren erzeugten Hybridbauteilen auftreten. Der Eingriff bzw. die Mikroverzahnung kann dabei ferner für einen besonders effizienten Halt zwischen den beiden Bauteilkomponenten sorgen.

[0086] Gemäß einer Ausführungsform kann an einer Grenzfläche, an der die erste Bauteilkomponente mit einer ersten Oberfläche einer Ausnehmung an eine gegenüberliegende zweite Oberfläche der zweiten Bauteilkomponente angrenzt, sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche frei von einer Patinaschicht sein und die Grenzfläche frei von losen mikroskopischen Teilchen sein.

[0087] Auch hinsichtlich dieses Merkmals kann sich das Hybridbauteil insbesondere aufgrund des zu seiner Herstellung verwendeten Verfahrens von in anderer Weise hergestellten Hybridbauteilen unterscheiden.

[0088] Beispielsweise wurde beobachtet, dass bei Hybridbauteilen, die durch Einpressen einer Kohlenstoff-basierten Bauteilkomponente in eine metallische Bauteilkomponente hergestellt werden, typischerweise an der metallischen Bauteilkomponente an der Grenzfläche zu der anderen Bauteilkomponente eine Patina vorhanden ist. Bei Hybridbauteilen, die durch Einschrumpfen einer Kohlenstoff-basierten Bauteilkomponente in eine zuvor erhitzte metallische Bauteilkomponente hergestellt werden, entstehen während des Herstellungsprozesses oft abgebrochene Rauheitsspitzen an der Kohlenstoff-basierten Bauteilkomponente, da beim Einschrumpfen primär radiale Kräfte einwirken. Die abgebrochenen Rauheitsspitzen lagern sich in Form loser mikroskopischer Teilchen an der Grenzfläche zu der anderen Bauteilkomponente ab.

[0089] Bei dem hierin beschriebenen Herstellungsverfahren wurde bei den gefertigten Hybridbauteilen an der Grenzfläche beider Bauteilkomponenten meist weder eine Patina noch lose Partikel festgestellt, was auf die Bedingungen insbesondere während des Einschrumpfens der zweiten Bauteilkomponente zurückzuführen sein dürfte. Die fehlende Patina und/oder die fehlenden losen Partikel können sich vorteilhaft auf einen Kraftschluss und/oder einen Formschluss zwischen den beiden Bauteilkomponenten auswirken.

[0090] Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Herstellungsverfahren und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Hybridbauteil beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die für einzelne Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in analoger Weise geeignet auf andere Ausführungsformen übertragen werden können, angepasst werden können und/oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0091] Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei weder die Zeichnungen noch die Erläuterungen als die Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend auszulegen sind.

[0092] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Hybridbauteil in Form eines Gleitlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0093] Fig. 2 veranschaulicht eine Sequenz von Verfahrensschritten eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0094] Fig. 3a-d zeigen eine vertikale und eine horizontale Schnittansicht durch ein Hybridbauteil in Form eines Rotors in verschiedenen Stadien eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0095] Fig. 4a-d zeigen eine vertikale und eine horizontale Schnittansicht durch ein Hybridbauteil in Form eines Abgasklappenlagers in verschiedenen Stadien eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0096] Fig. ba-c zeigen Schnittansichten durch Hybridbauteile, die in unterschiedlicher Weise hergestellt wurden.

[0097] Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale.

BESCHREIBUNG VON VORTEILHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0098] Fig. 1 zeigt ein Hybridbauteil 1. Im dargestellten Beispiel ist das Hybridbauteil 1 ein Gleitlager. Das Hybridbauteil 1 setzt sich aus einer ersten außenliegenden Bauteilkomponente 3 und einer zweiten innenliegenden Bauteilkomponente 5 zusammen. Die erste Bauteilkomponente 3 besteht dabei aus einem metallischen Werkstoff, wohingegen die zweite Bauteilkomponente 5 aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff besteht. Die zweite Bauteilkomponente 5 ist hierbei in einer Ausnehmung 7 der ersten Bauteilkomponente 3 aufgenommen. Beide Bauteilkomponenten 3, 5 sind rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 8 ausgeführt. Die Ausnehmung 7 in der ersten Bauteilkomponente 3 erstreckt sich im dargestellten Beispiel zwischen zwei Seitenwänden 6, welche sich parallel zu der Rotationsachse 8 erstrecken. Die Ausnehmung 7 kann jedoch auch mit anderen Geometrien ausgestaltet sein, sofern gegenüberliegende Seitenwände 6 ein Volumen, in dem die zweite Bauteilkomponente 5 aufgenommen werden kann, seitlich einfassen. Eine Breite der Ausnehmung 7 wird dabei in einer Richtung quer zu der Rotationsachse 8 gemessen und entspricht im Wesentlichen einer Breite der zweiten Bauteilkomponente 5. Bei dem dargestellten, als Gleitlager ausgestalteten Hybridbauteil 1 ist zentral und parallel zur Rotationsachse 8 eine Durchgangsöffnung 12 ausgebildet, in die beispielsweise eine zu lagernde Welle eingebracht werden kann.

[0099] Wie in dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 1 dargestellt, weist die erste Bauteilkomponente 3 eine mikroskopische granulare Struktur 10 mit einem aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallpulverpartikeln gebildeten Diffusionsgefüge auf. Metallpulverpartikel 9 grenzen dabei an benachbarte Metallpulverpartikel 9. Da die Metallpulverpartikel 9 unregelmäßige Formen und Größen aufweisen können, bilden sich zwischen benachbarten Metallpulverpartikeln 9 Hohlräume 11. Während die Hohlräume 11 während eines Zwischenstadiums des weiter unten beschriebenen Herstellungsverfahrens, in dem die erste Bauteilkomponente 3 als Grünteil 39 vorliegt, noch verhältnismäßig große Volumina haben können, sind sie beim fertigen Hybridbauteil 1 meist nur noch sehr kleinvolumig oder die ursprünglich im Grünteil 39 bzw. dem daraus zeitweilig entstehenden Braunteil vorhandene poröse granulare Struktur 10 ist hauptsächlich anhand verbleibender Partikelgrenzen in der ersten Bauteilkomponente 3 des fertigen Hybridbauteils 1 erkennbar. Während im Grünteil 39 benachbarte Metallpulverpartikel 9 in der Regel lediglich kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusammenwirken, können benachbarte Metallpulverpartikel 9 nach einem Sintervorgang im fertigen Hybridbauteil 1 zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sein.

[00100] Auch die zweite Bauteilkomponente 5 kann eine mikroskopische granulare Struktur aufweisen, bei der Kohlenstoffpulverpartikel aneinander angrenzen.

[00101] Aufgrund des nachfolgend detaillierter beschriebenen Verfahrens, mit dem das Hybridbauteil 1 hergestellt wurde, sitzt die zweite Bauteilkomponente 5 mit einer Presspassung in der Ausnehmung 7 der ersten Bauteilkomponente 3, wobei beide Bauteilkomponenten 3, 5 an einer Grenzfläche 13 kraftschlüssig und zum Teil gegebenenfalls auch formschlüssig miteinander zusammenwirken.

[00102] Um einen ergänzenden Formschluss zu erzeugen, kann beispielsweise an der zweiten Bauteilkomponente 5 ein Vorsprung 17 beispielsweise in Form einer umlaufenden Wulst 21 vorgesehen sein, der in eine Vertiefung 19 beispielsweise in Form einer umlaufenden Nut 23 an der ersten Bauteilkomponente 3 eingreift.

[00103] Nachfolgend wird mit Bezug auf Fig. 2 eine mögliche Sequenz von Fertigungsschritten für ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils 1 beschrieben. Schritte der Sequenz sind dabei durchnummeriert, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Nummerierung nicht zwingend eine zeitliche Abfolge wiedergeben muss und nicht alle Schritte zwingend erforderlich sein brauchen. Die Schritte werden dabei sowohl mit einem Piktogramm, mit dem der Verfahrensschritt symbolisiert ist, wie auch mit einer Wiedergabe des Verfahrensprodukts nach Durchführung des Verfahrensschritts dargestellt.

[00104] In einer ersten Teilsequenz mit den Schritten 1 bis 5 wird die zweite Bauteilkomponente 5 gefertigt. Im dargestellten Beispiel wird die zweite Bauteilkomponente mit einem PTS-Verfahren (Press To Size) gefertigt. Dazu wird in Schritt 1 zunächst ein Pulver aus Kohlenstoff-haltigen Partikeln mit Binder gemischt. Anschließend wird dieses Pulvergemisch in Schritt 2 durch Gesenkpressen in eine gewünschte Form gebracht. Nachfolgend wird der dabei generierte geformte Rohling in Schritt 3 bei ca. 1400 °C geglüht. In Schritt 4 wird das dabei entstehende Zwischenprodukt dann bei ca. 2800 °C graphitiert. Abschließend wird das graphitierte Zwischenprodukt in einem optionalen Schritt 5 weiterverarbeitet, beispielsweise salzimprägniert.

[00105] Zeitlich parallel zu der ersten Teilsequenz oder möglicherweise auch vor oder nach der ersten Teilsequenz wird in einer zweiten Teilsequenz mit den Schritten 1‘ bis 3‘ ein Grünteil 39 für die erste Bauteilkomponente 3 gefertigt. Im dargestellten Beispiel wird dieses Grünteil 39 durch Metallpulverspritzgießen, das heißt mit einem MIM-Verfahren, gefertigt. Hierzu wird zunächst in Schritt 1° ein Pulver aus metallischen Partikeln mit Binder gemischt. Das Gemisch wird dann in Schritt 2‘ in eine gewünschte Form spritzgegossen. Nachfolgend kann in Schritt 3‘ der Binder entfernt werden und auf diese Weise das Grünteil 39 erzeugt werden.

[00106] Nachdem sowohl der Rohling der zweiten Bauteilkomponente 5 als auch das Grünteil 39 der ersten Bauteilkomponente 3 bereit stehen, kann in einem Schritt 6 die zweite Bauteilkomponente 5, die das eigentliche Gleitlager bildet, in die Ausnehmung 7 der als Hülsen-förmige Fassung dienenden ersten Bauteilkomponente 3 eingelegt werden.

[00107] Anschließend kann die erste Bauteilkomponente 3 einschließlich der eingelegten zweiten Bauteilkomponente 5 bei beispielsweise 1200 °C gesintert werden. Dabei schrumpft die erste Bauteilkomponente 3 und insbesondere deren Ausnehmung 7 aufgrund der granularen Struktur 10 in ihrem metallischen Werkstoff signifikant, d.h. beispielsweise um 10-20 %. Durch diese Schrumpfung in der in Fig. 1 dargestellten Schrumpfrichtung 15 stellt sich eine Presspassung zwischen den beiden Bauteilkomponenten 3, 5 ein.

[00108] Nachfolgend kann in einem optionalen Schritt 8 das Hybridbauteil 1 gegebenenfalls nachbearbeitet werden. In einem ebenfalls optionalen Schritt 9 können gegebenenfalls definierte Merkmale geprüft werden.

[00109] Um bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren zu vermeiden, dass insbesondere der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente 5 während des Sinterns beschädigt wird, beispielsweise durch chemische Reaktionen mit dem metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente 3, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann als metallischer Werkstoff der ersten Bauteilkomponente 3 ein Werkstoff, eine Mischung oder eine Legierung eingesetzt werden, die einen erheblichen Anteil an Kupfer, Nickel, Chrom und/ oder Zinn enthält. Alternativ oder ergänzend können zumindest Teilbereiche der Oberfläche der ersten und/oder der zweiten Bauteilkomponente 3, 5 mit einer Schicht aus einem oder mehreren der genannten Metalle beschichtet sein, sodass der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente 5 an der Grenzfläche 13 nicht mehr in direkten Kontakt mit dem metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente 3 gelangt. Als weitere Alternative oder ergänzende Maßnahme hat sich als wirksam erwiesen, die zweite Bauteilkomponente 5 vor dem Sintern gezielt

zu graphitieren.

[00110] In Fig. 3 sind in den Teilfiguren (a) bis (d) jeweils vertikale bzw. horizontale Schnittansichten auf ein alternatives Hybridbauteil 1 in Form eines Rotors dargestellt, wobei die Teilfiguren (a) und (b) einen Zustand vor dem Sintern und die Teilfiguren (c) und (d) einen Zustand nach dem Sintern darstellen.

[00111] In ähnlicher Weise sind in Fig. 4 jeweils vertikale und horizontale Schnittansichten auf ein alternatives Hybridbauteil 1 in Form eines Abgasklappenlagers dargestellt, wobei die Teilfiguren (a) und (b) wiederum einen Zustand vor dem Sintern und die Teilfiguren (c) und (d) einen Zustand nach dem Sintern darstellen.

[00112] Bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren wird insbesondere der physikalische Effekt genutzt, dass die durch Metallpulverspritzgießen gefertigte erste Bauteilkomponente 3 beim anschließenden Sintern mehr schrumpft, als sie sich in einer späteren Anwendung beispielsweise aufgrund von sich ändernden Temperaturen ausdehnt. Dadurch sind insbesondere neue Möglichkeiten im Bereich eines Formschlusses, eines Kraftschlusses und/oder von Hinterschnitten möglich.

[00113] In Fig. 5 sind in den Teilfiguren (a) bis (c) vergrößerte Schnittansichten von Hybridbauteilen 1 im Bereich der Grenzfläche 13 zwischen der ersten Bauteilkomponente 3 und der zweiten Bauteilkomponente 5 dargestellt, wie sie sich bei einer Fertigung des Hybridbauteils 1 mithilfe unterschiedlicher Herstellungsverfahren beobachten lassen.

[00114] Fig. 5 (a) veranschaulicht dabei die Grenzfläche 13, die sich ergibt, wenn das Hybridbauteil 1 durch konventionelles Einpressen der zweiten Bauteilkomponente 5 in die Ausnehmung 7 der ersten Bauteilkomponente 3 hergestellt wird. An der zweiten Bauteilkomponente 5, d.h. an dem Lager, werden dabei abgescherte Rauheitsspitzen beobachtet. Es wird vermutet, dass diese während der Herstellung aufgrund primär axialer Krafteinwirkungen beim Einpressen abgeschert wurden. Außerdem wird an einer als erste Oberfläche 31 bezeichneten Oberfläche der ersten Bauteilkomponente 3 im Bereich der Grenzfläche 13 eine Patina 35 beobachtet.

[00115] Fig. 5 (b) veranschaulicht die Grenzfläche 13, die sich ergibt, wenn das Hybridbauteil 1 durch konventionelles rein thermisch bedingtes Einschrumpfen der zweiten Bauteilkomponente 5 in die Ausnehmung 7 der zuvor temporär erwärmten ersten Bauteilkomponente 3 hergestellt wird. Auch in diesem Fall können an der zweiten Bauteilkomponente 5 abgescherte Rauheitsspitzen beobachtet werden, die wiederum durch die primär axiale Krafteinwirkung beim Einpressen abgeschert worden sein dürften. Außerdem werden im Bereich der Grenzfläche 13 lose mikroskopische Teilchen 37 aus dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff beobachtet.

[00116] Fig. 5 (c) veranschaulicht die Grenzfläche 13, die sich ergibt, wenn das Hybridbauteil 1 durch eine Ausführungsform des hierin beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt wird. An der Grenzfläche 13 wird eine Oberflächenstruktur 25 zwischen der ersten Oberfläche 31 an der ersten Bauteilkomponente 3 und der zweiten Oberfläche 33 an der zweiten Bauteilkomponente 5 beobachtet. Bei der Oberflächenstruktur 25 greifen beispielsweise Mikrozähne 27 an einer der beiden Bauteilkomponenten 3, 5 in Mikrovertiefungen 29 an einer gegenüberliegenden Bauteilkomponente 5, 3. Hierdurch kann im mikroskopischen Maßstab ein Formschluss zwischen beiden Bauteilkomponenten 3, 5 erreicht werden, der einen mechanischen Halt beider Komponenten aneinander verbessern kann. Eine Patinaschicht 35 oder lose mikroskopische Teilchen 37 werden in diesem Fall in aller Regel nicht beobachtet.

[00117] Abschließend werden mögliche Ausgestaltungen und dabei erreichbare Vorteile einer möglicherweise bevorzugten Ausführungsform nochmals mit teilweise geringfügig geänderter Wortwahl dargestellt.

[00118] Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des hierin beschriebenen Herstellungsverfahrens kann darin gesehen werden, zwei bereits etablierte Serien-Prozesse miteinander zu kombinieren: einerseits wird eine erste Bauteilkomponente beispielsweise durch einen (2K)-MIM-Prozess gebildet (Sintermetall-Bauteilkomponente), andererseits wird eine zweite Bauteilkompo-

nente beispielsweise durch einen PTS-Prozess gebildet (Kohlenstoff-Bauteilkomponente). Bereits durch die Kombination beider Verfahren werden die jeweils positiven Eigenschaften der beiden Werkstoffe genutzt. Der Kohlenstoff-basierte Werkstoff kann insbesondere einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie einen Selbstschmiereffekt bieten. Das MIM-Sintermetall kann sehr gute Formgebungseigenschaften und ein hohes Schrumpfverhalten beim Sintern bieten. Durch diese speziellen Eigenschaften kann es möglich sein, dass beispielsweise ein Kohlenstoff-Lager in eine MIM-Fassung eingelegt wird und diese zusammen durch den Sinterofen fahren. Das Kohlenstoff-Lager bleibt durch die vergleichsweise geringe Temperatur beim Sintern im Allgemeinen formstabil, während die MIM-Fassung durch den Sinterprozess auf das Lager schrumpft. Für die Schrumpfung wird der physikalische Effekt beim Sinterprozess genutzt, bei dem sich die Pulverpartikel miteinander verbinden. Durch das hohe Schrumpfverhalten der MIM-Fassung, welches über dem Wärmeausdehnungskoeffizienten in der späteren Anwendung liegt, können das Lager und die Fassung dauerhaft miteinander verbunden werden. Je nach Anforderungen können die miteinander verbundenen Bauteilkomponenten nachträglich bearbeitet werden.

[00119] Es können verschiedene Vorteile erreicht werden. Beispielsweise können zwei bereits etablierte Serienprozesse zu einem neuen Prozess kombiniert werden und so eine Komplexitätsreduzierung erreicht werden. Eine aufwändige Bearbeitung beider Bauteilkomponenten vor dem Fügen kann in der Regel entfallen. Formgebungsmöglichkeiten des MIM-Prozesses, das große Schrumpfverhalten der MIM-Bauteilkomponente sowie die hohe Temperaturbeständigkeit der Kohlenstoff-basierten Bauteilkomponente während des Sinterns können ein Höchstmaß eines Form- und Kraftschlusses in der Anwendung ermöglichen. Das Herstellungsverfahren kann hochautomatisierbar sein. Eine Bauteildimensionierung kann einfach durchführbar sein. Eine Konstruktion für eine Verwendung in Baugruppen und insbesondere Schnittstellen zu anderen Bauteilen (Stichwort: Mitnehmergeometrie) können einfach realisiert werden. Ein Wandel von einer Komponentenfertigung zu einer Baugruppenfertigung kann zum einen eine interne Wertschöpfung erhöhen, zum anderen bietet sie einem Kunden aber einen Mehrwert eines Systemlieferanten (Komplexitätsreduzierung beim Kunden).

[00120] Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Hybridbauteil

3 erste Bauteilkomponente 5 zweite Bauteilkomponente 6 Seitenwände

7 Ausnehmung

8 Rotationsachse

9 Metallpulverpartikel 10 granulare Struktur 11 Hohlräume

12 Durchgangsöffnung 13 Grenzfläche

15 Schrumpfrichtung 17 Vorsprung

19 Vertiefung

21 Wulst

23 Nut

25 Oberflächenstruktur 27 Mikrozahn

29 Mikrovertiefung

31 erste Oberfläche

33 zweite Oberfläche 35 Patinaschicht

37 lose mikroskopische Teilchen 39 Grünteil

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils (1) mit einer ersten Bauteilkomponente (3) aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente (5) aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff, wobei das Verfahren aufweist:

Bereitstellen der ersten Bauteilkomponente (3) als Grünteil (39), wobei das Grünteil (39) mit aneinander angrenzend angeordneten Metallpulverpartikeln (9) aufgebaut ist und wobei in einer Ausnehmung (7) der ersten Bauteilkomponente (3) die zweite Bauteilkomponente (5) aufgenommen ist, wobei das Grünteil (39) der ersten Bauteilkomponente (3) mittels Metallpulverspritzgießen gefertigt ist,

Sintern der ersten Bauteilkomponente (3) einschließlich der in deren Ausnehmung aufgenommenen zweiten Bauteilkomponente (5).

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente (5) vor dem Aufnehmen in der Ausnehmung (7) der ersten Bauteilkomponente (3) derart vorbehandelt wird, dass er sich chemisch inert in Bezug auf den metallischen Werkstoff der ersten Bauteilkomponente (3) verhält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Kohlenstoff-basierte Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente (5) vor dem Aufnehmen in der Ausnehmung (7) der ersten Bauteilkomponente (3) karbonisiert oder graphitiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der metallische Werkstoff der ersten Bauteilkomponente (3) wenigstens ein Metall enthält, welches sich chemisch inert in Bezug auf den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente (5) verhält.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der beiden Bauteilkomponenten (3, 5) an einer Grenzfläche (13), an der die jeweilige Bauteilkomponente (3, 5) im zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils an die jeweils andere Bauteilkomponente (5, 3) angrenzt, eine Metallschicht aus wenigstens einem Metall, welches sich chemisch inert in Bezug auf den Kohlenstoff-basierten Werkstoff der zweiten Bauteilkomponente (5) verhält, aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei das wenigstens eine Metall ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Kupfer, Nickel, Chrom und Zinn.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Bauteilkomponente (5) in die Ausnehmung (7) der ersten Bauteilkomponente (3) eingelegt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Abmessungen der Ausnehmung (7) vor dem Sintern größer sind als entlang gleicher Achsen gemessene Abmessungen der in die Ausnehmung (7) eingelegten zweiten Bauteilkomponente (5).

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grünteil (39) der ersten Bauteilkomponente (3) während des Sinterns schrumpft, wobei eine Geometrie des Grünteils (39) der ersten Bauteilkomponente (3), Eigenschaften der Metallpulverpartikel (9) des Grünteils (39) und Prozessparameter beim Sintern derart gewählt sind, dass das Grünteil (39) beim Sintern in einem Maße schrumpft, dass die Abmessungen der Ausnehmung (7) beim Sintern bei nicht in die Ausnehmung (7) eingebrachter zweiter Bauteilkomponente (5) auf Abmessungen schrumpfen würden, die kleiner wären als die entlang gleicher Achsen gemessenen Abmessungen der in die Ausnehmung (7) eingebrachten zweiten Bauteilkomponente (5), sodass bei in die Ausnehmung (7) eingelegter zweiter Bauteilkomponente (5) sich durch das Sintern eine kraftschlüssige Presspassung

zwischen Innenoberflächen der ersten Bauteilkomponente (3) im Bereich der Ausnehmung (7) und gegenüberliegenden Außenoberflächen der zweiten Bauteilkomponente (5) einstellt.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Gesamtvolumen aller Metallpulverpartikel (9) in dem Grünteil (39) der ersten Bauteilkomponente (3) vor dem Sintern kleiner ist als 50% des Volumens der ersten Bauteilkomponente (3).

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Bauteilkomponente (5) durch Pressen von Kohlenstoffpulver in eine vordefinierte Form gefertigt ist.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine der beiden Bauteilkomponenten (3, 5) einen Vorsprung (17) aufweist und wobei die andere (5, 3) der beiden Bauteilkomponenten eine zu dem Vorsprung (17) komplementär angeordnete und ausgebildete Vertiefung (19) aufweist, in die der Vorsprung (17) nach dem Sintern formschlüssig eingreift.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche der ersten Bauteilkomponente (3) und/oder eine Oberfläche der zweiten Bauteilkomponente (5) vor dem Sintern vorbehandelt wird durch Aufrauen der Oberfläche und/oder Beschichten der Oberfläche und/oder chemisches Aktivieren der Oberfläche.

14. Hybridbauteil (1) mit einer ersten Bauteilkomponente (3) aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente (5) aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff, wobei das Hybridbauteil (1) mithilfe eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.

15. Hybridbauteil (1) nach Anspruch 14, mit einer ersten Bauteilkomponente (3) aus einem metallischen Werkstoff und einer zweiten Bauteilkomponente (5) aus einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff, wobei die erste Bauteilkomponente (3) ein aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Metallpulverpartikeln (9) gebildetes Diffusionsgefüge aufweist.

16. Hybridbauteil (1) nach einem der Ansprüche 14 und 15, wobei an einer Grenzfläche (13), an der die erste Bauteilkomponente (3) mit einer ersten Oberfläche (31) einer Ausnehmung (7) an eine gegenüberliegende zweite Oberfläche (33) der zweiten Bauteilkomponente (5) angrenzt, eine an der ersten Oberfläche (31) ausgebildete Oberflächenstruktur (25) in eine zu dieser komplementär ausgebildete Oberflächenstruktur (25) an der zweiten Oberfläche (33) eingreift.

17. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei an einer Grenzfläche (13), an der die erste Bauteilkomponente (3) mit einer ersten Oberfläche (31) einer Ausnehmung (7) an eine gegenüberliegende zweite Oberfläche (33) der zweiten Bauteilkomponente (5) angrenzt, sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche (31, 33) frei von einer Patinaschicht (35) sind und die Grenzfläche (13) frei von losen mikroskopischen Teilchen (37) ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen