Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern und danach erhaltener Sinterkörper
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus pulverigem Gut, wie z. B. aus Pulvern von Metallen, Glas oder insbesondere von synthetischen organischen Kunststoffen und ein gemäss diesem Verfahren erhaltener Sinterkörper.
Sinterkörper aus Metallen, Kunststoffen und anderen Stoffen werden in neuerer Zeit in grossem Umfang als Werkstoffe für die verschiedensten Zwecke verwendet. Die bisher bekannten Sinterkörper haben jedoch den Nachteil, dass sie im allgemeinen nur eine geringe mechanische Festigkeit und insbesondere eine niedrige Biege- und Zugfestigkeit aufweisen, wobei diese Eigenschaften um so schlechter ausgebildet sind, je höher die Porosität der Körper ist. Die Verschlechterung der mechanischen Festigkeitseigenschaften durch eine hohe Porosität ist insofern von Bedeutung, als in sehr vielen Fällen, wie z. B. für die Verwendung von Sintermetallen als Gleitlager, eine hohe Porosität der Sinterkörper erwünscht ist.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, Sinterkörper zu schaffen, welche unter Beibehaltung der bei Sinterkörpern erwünschten Eigenschaften, insbefondere einer für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Porosität, gegenüber den bekannten Sinterkörpern wesentlich verbesserte mechanische Eigenschaften und vor allem eine bedeutend höhere Biegeund Zugfestigkeit aufweisen. Es konnte festgestellt werden, dass dies überraschenderweise dann der Fall ist, wenn die in den Sinterkörpern vorhandenen Sinterstellen nach verschiedenen Richtungen eine voneinander wesentlich verschiedene Ausdehnung haben.
Demgemäss ist nun das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das pulverige Gut auf dessen Sintertemperatur erwärmt wird, so dass die Körner des Pulvers nur stellenweise aneinander sintern, und dass anschliessend durch Recken bei Sintertemperatur ein Ausziehen von Sinterstellen in fadenförmige Gestalt bewirkt wird. Nach einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens werden Sinterkörper durch Verwendung von pulverigen Gemischen aus mindestens zwei Stoffen mit verschiedenen Erweichungspunkten erhalten, die fadenförmige Sinterstellen mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 5 : l und darüber aufweisen.
Sinterkörper dieser Art haben Vorzugsrichtungen, in welchen sie gegenüber anderen Richtungen je nach dem Sintermaterial verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine erhöhte Biege und Zugfestigkeit, oder auch verbesserte thermische, elektrische oder magnetische Eigenschaften, insbesondere eine erhöhte Leitfähigkeit, zeigen. Sinterkörper auf der Grundlage von synthetischen organischen Kunststoffen, wie z. B, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyäthylen, sind im vorliegenden Zusammenhang auf Grund der im allgemeinen schlechten Wärmeleitfähig- keit solcher Kunststoffe von besonderer Bedeutung.
Sie eignen sich vor allem als Material für Separatoren und Diaphragmen, insbesondere für Akkumulatoren.
Es konnte ferner festgestellt werden, dass sich ge sinterte und gereckte Materialschichten der angegebenen Art durch oberflächliche Sinterung oder Verklebung zu geschichteten Sinterkörpern bzw. Verbundkörpern vereinigen lassen, die gleichfalls hervorragende mechanische Eigenschaften zeigen. Eine Steigerung der mechanischen Festigkeitseigenschaften solcher geschichteter Sinterkörper lässt sich erzielen, indem man die einzelnen Sinterkörperteile derart anordnet, dass die Längsrichtung der fadenförmigen Sinterstellen in den einzelnen aufeinanderfolgenden Schichten abwechselnd verschieden ist. In ähnlicher Weise lassen sich geschichtete Sinterkörper mit meh- reren, einander kreuzenden Vorzugsrichtungen in mechanischer, thermischer, elektrischer oder magnetischer Hinsicht erhalten.
Die Herstellung der Sinterkörper gemäss der Erfindung erfolgt in der Weise, dass das als Ausgangsmaterial verwendete pulverige Gut, wie Pulver von Metallen oder Glas, insbesondere Pulver von synthetischen organischen Kunststoffen, auf die Sintertemperatur des Pulvers erwärmt und anschliessend bei Sintertemperatur gereckt wird. Durch diese Reckung des Sintergutes im sozusagen plastischen Zustand wird die bedeutende Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, vor allem der Biege- und Zugfestigkeit der fertigen Sinterkörper im Vergleich mit nicht gereckten Sinterkörpern bewirkt. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass beim Recken die annähernd kugelförmigen, in einem plastischen Zustand vorliegenden Berührungspunkte zwischen den einzelnen Körnern des Pulvers zu Fäden bzw. zu einseitig orientierten Körpern ausgezogen werden und sich diese Fäden bzw.
Verbindungskörper nach dem Abkühlen des Sinterkörpers miteinander verfilzen.
Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass es bereits bekannt ist, zur Herstellung von spanabhebend bearbeitbaren Werkstücken aus Molybdän einen gesinterten Rohling aus Molybdän derart zu verformen, dass die entstehenden Körner des Gefüges durchschnittlich höchstens viermal länger als breit sind. Im Gegensatz zu den nach diesem be kannten Verfahren erhaltenen Produkten stellen die Sinterkörper, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden, Körper dar, in welchen die Körner im wesentlichen in unveränderter Form, das heisst also in den im Ausgangsmaterial ; vor- handen gewesenen Dimensionen, vorliegen und nur die Sinterstellen durch das Recken fadenförmig ausgezogen sind.
Um solche Sinterkörper zu erhalten, darf das Ausgangsgut im allgemeinen nur kurzzeitig, das heisst weniger als 40 Minuten, und gerade bis zur Sinterungstemperatur erhitzt werden, so dass nicht das gesamte Gut erweicht, sondern nur eine Erweichung der Kornoberfläche bzw. feinster Kornanteile erfolgt und in weiterer Folge beim Recken nicht eine Verformung der Körner selbst, sondern nur der plastischen Schweissstellen erfolgt und nur diese fadenförmig ausgezogen werden. Bei dem angeführten bekannten Verfahren hingegen muss ein Erweichen des gesamten Kornmaterials herbeigeführt werden, da ja die Körner als solche gestreckt werden sollen, und zu diesem Zweck muss der zu verformende Rohling während einer verhältnismässig langen Zeit, beispielsweise 2 oder 1¯ bis 3 Stunden, gegenüber einem Zeitraum von weniger als 40 Minuten erhitzt werden.
Vorzugsweise wird gemäss einer Au sführungs art des erfindungsgemässen Verfahrens das pulverige Gut nach dem Erwärmen auf die Sintertemperatur leicht gepresst, z. B. in Form von Platten, Bahnen, Folien oder Bändern, und dann erst gereckt.
Die Vorpressung und die Reckung kann dabei durch Walzenpaare erfolgen, wobei man das zweite, die Reckung verursachende Walzenpaar mit entsprechend höherer Umfangsgeschwindigkeit laufen lässt.
Erfahrungsgemäss soll das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten vorteilhaft etwa 1:1,5 bis l : 3 betragen. Bei einigen Glas- und Kunststoffarten können jedoch auch Verhältnisse von 1:10 und darunter angewendet werden, und man erhält dann gewebeartige Sinterkörper.
Während der Reckung des Sintergutes, welche gegebenenfalls nur in einer Richtung zu erfolgen braucht, kann von einem weiteren Erhitzen des Materials abgesehen werden. Ferner ist es auch möglich, das auf die oben angegebene Weise erhaltene Sintergut nach dem Recken einer Pressung zu unterwerfen ; wenn erwünscht, kann das Sintergut dem Vorgang der Reckung und Pressung auch mehrmals unterzogen werden. Sinterkörper mit sehr günstigen mechanischen Eigenschaften werden dann erhalten, wenn die Rekkung so weit getrieben wird, dass der mittlere Querschnitt der fadenförmigen Sinterstellen weniger als 0,01 mm beträgt.
A isjillirungsbeispie1
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Herstellung eines Sinterkörpers mit fadenförmigen Sinterstellen aus Polystyrol sowie unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Ein handelsübliches Polystyrolpulver wird bei einer Ofenraumtemperatur von 2500 C während 7 Minuten gesintert. Anschliessend wird das Sintergut sofort, also bei ungefähr derselben Temperatur, einer Reckung unterworfen, die eine Vergrösserung der Längenausdehnung um 25% ergibt. Das erhaltene gesinterte und gereckte Material besitzt eine Struktur, wie sie in der Fig. 2 der Zeichnung in vergrössertem Massstab dargestellt ist.
Fig. list ein schematischer Querschnitt durch eine Gruppe von durch Sintern verbundenen Körnern.
Fig. 2 stellt einen schematischen Querschnitt durch eine Gruppe von Körnern dar, bei welchen ein Rekken der Sinterstellen in einer Richtung erfolgte. Fig. 3 zeigt einen z. B. aus drei Schichten zusammengesetzten Verbundkörper, bei dem die Schichten stufenweise abgetragen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine Gruppe von Körnern 1 ohne Reckung der Sinterstellen 2 und 3. Die in der Fig. 2 abgebildete Gruppe von Körnern ist in Richtung der Pfeile gereckt, was durch die fadenförmigen Sinterstellen 3' veranschaulicht wird. Bei dem Verbundkörper gemäss Fig. 3 sind die gereckten Sinterstellen 3' in der mittleren Schicht 4b quer zu den gereckten Sinterstellen 3' in der vorderen bzw. hinteren Schicht 4a orientiert; die drei Schichten sind an den Berührungsflächen 5 miteinander z. B. durch Verkleben oder Schweissen verbunden. Dieser Verbundkörper zeigt hinsichtlich der Festigkeit einen sperrholzartigen Effekt.