CH657793A5

CH657793A5 - Verfahren zur herstellung eines sintererzeugnisses.

Info

Publication number: CH657793A5
Application number: CH6399/81A
Authority: CH
Inventors: Lars M Bruce
Original assignee: Uddeholms Ab
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1986-09-30
Also published as: WO1981002126A1; PT72399A; EP0044841A1; ATA913680A; DE3050243A1; EP0044841B1; AT376920B; US4455353A; PT72399B; JPS57500029A; AU6709481A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sintererzeugnisses gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Sintererzeugnis gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 15.

Giess- oder Pressformen der vorgenannten Art und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus der SE-PS 411 306 (GB-PS 1 541 546) bekannt. Nach diesem bekannten Vorschlag wurden auch in der Praxis bereits Giess-oder Pressformen in Giess- oder Presswerkzeugen aus Kunststoff hergestellt, was beträchtliche technische Vorteile im Vergleich zu den herkömmlich hergestellten Giess- oder Pressformen brachte, hauptsächlich deshalb, weil die Herstellungskosten niedriger sind und weil die Herstellung viel rascher erfolgen kann, was in vielen Fällen von entscheidungserheblicher Wichtigkeit ist.

Es ist auch bekannt, Kühlkanäle in Giess- oder Presswerkzeugen anzulegen, damit die Produkte, die in dem Werkzeug vergossen oder verpresst werden, rascher verfestigen und/oder damit ein kontrollierter Verfestigungsprozess erreicht wird. Diese Kühlkanäle werden konventionell durch eine Bohrung in dem Werkzeug oder dem Material des Werkzeuges hergestellt. Dadurch sind für diese bekannte Technik grosse Einschränkungen gegeben. So ist es beispielsweise nicht möglich, gekrümmte Kühlkanäle zu bohren; es können vielmehr nur gerade Kanäle oder aus geraden Abschnitten zusammengesetzte Kanäle gebohrt werden. Weiterhin ist es nur ausnahmsweise möglich, die Kanäle so zu plazieren, dass sie alle Oberflächen des Werkzeuges oder zumindest wesentliche Bereiche derselben unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer Kühlung überdecken. Ein weiterer Nachteil dieser herkömmlich mittels eines Bohrens bereitgestellter Kühlkanäle ist darin zu sehen, dass ihre Wände im Vergleich zu dem Material des Werkzeuges keine grössere Korrosionsbeständigkeit haben. Dies trifft sowohl auf die Giess- oder Presswerkzeuge zu, die in herkömmlicher Weise hergestellt werden, als auch auf diejenigen, die einleitend näher beschrieben wurden. Während des Gebrauchs des Werkzeuges kann daher das Kühlwasser die Kühlkanäle korrodieren, so dass sie in der Gesamtheit oder teilweise blockiert werden. In einigen Fällen kann dies zwar mittels Korrosions-Inhibitoren verhindert werden oder dadurch, dass die Kühlkanäle mit einem korrosionsbeständigeren Material ausgekleidet werden. Für diese beiden Möglichkeiten bestehen aber grosse Beschränkungen, und sie verursachen unter allen Umständen Komplikationen; grössere Komplikationen treten insbesondere bei einer Auskleidung der Kühlkanäle auf, so dass dieses Verfahren in der Praxis kaum angewandt wird.

In der GB-PS 728 427 ist ein Verfahren zum Imprägnieren von ausgewählten Teilen eines porösen Metalls mit einem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als des zu imprägnierenden Teiles beschrieben, wobei dieses Verfahren für einen anderen Zweck eingesetzt wird als bei der vorliegenden Erfindung und dabei für Oberflächen sehr hoher Dichte nicht geeignet ist.

Aus der GB-PS 584 174 sowie der SE-PS 350 918 ist es bekannt, Metallrohre in einer porösen Masse aus Sintermetall anzubringen. Dabei wird der Körper aus Metallpulver einschliesslich der Rohre einen isostatischen Druck auf volle Dichte unterworfen. In keinem dieser Fälle wird ein Matrixmetall zum Einfiltrieren in den Pulverkörper gebracht, um darin zu erstarren. Infolgedessen erbringen diese beiden Patente keine Lösungen des Problems der vorliegenden Erfindung.

Eine spezielle Komplikation bei der Herstellung eines oben angesprochenen Artikels resultiert aus der Tendenz des Metalls der Matrix, bei der Verfestigung zu schrumpfen. Normal tritt die Verfestigung nicht gleichzeitig in allen Teilen des porösen Körpers ein, sie findet vielmehr zuerst in den Teilen statt, bei denen die Kühlung am grössten ist, so dass in diesen Teilen die Formgebung und die Struktur des Körpers stabilisiert wird. Als Folge der Schrumpfung kann das noch nicht verfestigte Metall der Matrix in einem bestimmten Ausmass aus anderen Teilen des porösen Körpers absacken, so insbesondere aus den Oberflächenbereichen, die noch nicht stabilisiert sind. Als Ergebnis davon steht das gesinterte Material in diese Oberfläche vor, so dass die Oberfläche rauh ist. Dies kann sich in bestimmten Fällen fatal auswirken, insbesondere dort, wo eine solche Oberfläche bei einem Giess- oder Presswerkzeug eine der Formgebung dienende Oberfläche bildet, an die bezüglich der Genauigkeit der Abmessungen und der Feinheit hohe Anforderungen gestellt werden. In den meisten Fällen kann dieses Problem zwar dadurch gelöst werden, dass eine solche Oberfläche durch ein Abschleifen fein bearbeitet wird und/oder die Oberfläche eine Beschichtung erhält, was aber nur eine

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Hilfsmassnahme darstellt, die möglichst nicht verwirklicht werden sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Beschränkungen und Nachteile der bekannten Verfahren und Erzeugnisse zu vermeiden. Dabei sollen insbesondere die Kanäle im Erzeugnis und/oder im Material der Giess- oder Pressform zur Herstellung des Erzeugnisses derart ausgebildet sein, dass während der Herstellung des Erzeugnisses eine Oberfläche entsteht, die höchstens eine minimale Nachbehandlung erfordert.

Nach der Erfindung soll auch ein Sintererzeugnis, insbesondere eine Giess- oder Pressform zur Einfügung in ein Giess- oder Presswerkzeug bereitgestellt werden, das Kühlkanäle mit einem sehr befriedigenden Korrosionswiderstand gegenüber den üblichen Kühlmitteln aufweist.

Daher soll es möglich sein, das Sintererzeugnis mit Kühlkanälen zu versehen, die sowohl während der Verwendung des Erzeugnisses, beispielsweise in einem Giess- oder Presswerkzeug, als auch während der Herstellung des Erzeugnisses benutzt werden können.

Schliesslich soll das Verfahren einfach sein und keine hohen Einrichtungskosten erfordern.

Diese Aufgabe ist mittels der Merkmale im Kennzeichnungsteil der Ansprüche 1 und 15 gelöst.

Der eine Kanal oder mehrere Kanäle kann bzw. können dabei aus einem oder mehreren Rohren aus einem Metall oder einer Legierung mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials höheren Schmelzpunkt bestehen, wobei das oder die Rohre in der Giess- oder Pressform an der Innenseite der Oberfläche angeordnet ist bzw. sind, die eine besonders feine und kontrollierte Struktur erhalten soll, und wobei dann die Giess- oder Pressform mit dem pulvrigen oder körnigen sinterfähigen Material aufgefüllt wird, so dass das Rohr in das sinterfähige Material eingebettet wird, worauf das Metall der Matrix geschmolzen und zum Einfiltrieren in den Pulverkörper gebracht wird, damit es um das in den Pulverkörper eingebettete Rohr her-umfliessen kann und metallisch mit dem Rohr gebunden wird.

Als eine Alternative oder in Kombination mit diesem Verfahren ist es auch möglich, einen oder mehrere Kühlkanäle in dem Material der Giess- oder Pressform nahe der Oberfläche anzulegen, die dem Artikel eine besonders feine und kontrollierte Struktur aufgeben soll. Auch in diesem Fall ist der Kanal bzw. die Mehrzahl an Kanälen so angelegt, dass die gesamte Oberfläche oder ausgewählte wichtige Bereiche derselben zur Kühlung überdeckt sind, so dass ein Kühlmittel, das durch diesen Kühlkanal bzw. die Mehrzahl an Kühlkanälen hindurchgeleitet wird, ein rascheres Einfrieren der Matrix in dem Bereich nahe dem Kühlkanal bzw. den Kühlkanälen bewirkt als in anderen Teilen des Pulverkörpers.

Der Kanal oder die Kanäle kann bzw. können die Oberfläche durch eine schraubenlinienförmige Windung, eine mä-anderförmige Biegung oder durch eine Kombination verschiedener Windungen oder Biegungen «überdecken», oder es kann eine Anlage des oder Kanäle in Richtungen parallel zu der Oberfläche erfolgen. Wenn das Kühlmittel durch den oder die Kanäle geleitet wird, wird es alle «überdeckten» Bereiche der Oberfläche wirksam kühlen, wobei eine Kühlung auch der Bereiche stattfindet, die zwischen oder neben den einzelnen Windungen oder Schleifen des Rohres liegen.

Der Artikel kann einen oder mehrere Kanäle aus Metallrohren enthalten, in dem Pulverkörper angeordnet sind und einen höher als die Sintertemperatur des sinterfähigen Materials liegenden Schmelzpunkt haben, wobei die Aussenseiten dieser Rohre mit dem infiltrierten Metall der Matrix metallisch verbunden sind. Das Metall in den Rohren hat vorzugsweise eine gewisse Lösungskapazität in dem geschmolzenen Metall der Matrix, so dass es teilweise von der Aussen-seite der Rohre bis in eine Tiefe entfernt wird, die für die Arbeitsweise der Rohre unschädlich ist, und es wird in dem Metall der Matrix noch vor dessen Verfestigung gelöst, so dass die Materialien der Matrix und der Rohre aneinander gebunden werden.

Für das Sintermaterial, das Metall der Matrix und für die Rohre kann eine verschiedene Auswahl getroffen werden. Das Sintermaterial besteht vorzugsweise aus einem Pulver auf der Basis Eisen, wobei ein aushärtbares Stahlpulver geeignet ist. Das Metall der Matrix (worunter auch Legierungen verstanden werden) kann hauptsächlich aus einem oder mehreren der Metalle Kùpfer, Zinn, Nickel, Zink, Aluminium, Niobium und Beryllium bestehen. Das Metall der Matrix besteht zweckmässig hauptsächlich aus Kupfer mit einer gewissen Menge an Zinn und/oder einem anderen Metall, das die Kapazität von Kupfer, sich in Eisen in der geschmolzenen Phase zu lösen, verringert. Wenn das oder die Rohre zu dem Pulverkörper angeordnet ist bzw. sind, dann sollen sie vorzugsweise aus einem Metall (bzw. einer Legierung) mit derselben Basis wie das Sintermaterial bestehen oder aus einem anderen Material, dessen Löslichkeit in dem geschmolzenen Metall der Matrix dadurch verringert ist,

dass eine gewisse Menge des Sintermaterials in dem Metall der Matrix gelöst wird. Das Material des oder der Rohre besteht vorzugsweise aus Stahl, wobei rostfreier Stahl besonders geeignet ist. Auch andere Materialien können für die Rohre in Frage kommen, falls damit besondere Eigenschaften erzielt werden sollen, so beispielsweise ein Material auf der Basis Nickel.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird der Pulverkörper gesintert und das Metall der Matrix geschmolzen sowie in den Pulverkörper einfiltriert in einem Wärmeofen od.dgl. bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 °C und vorzugsweise unter Vakuum oder in einer Atmosphäre eines inerten Gases. Nachdem das Metall der Matrix in den Pulverkörper einfiltriert ist und zum teilweisen Lösen in dem Sintermaterial und in dem Material des oder der Rohre gebracht wurde, wird dann ein Kühlmittel, vorzugsweise Luft oder ein anderes Gas, durch das oder die Rohre hindurchgeleitet, bis das Metall der Matrix wenigstens in den Bereichen des Pulverkörpers verfestigt ist, die nahe dem oder den Rohren liegen, so dass der Pulverkörper in diesen Bereichen stabilisiert wird. Das Kühlmittel kann zweckmässig über Anschlüsse zugeleitet werden, die sich bezüglich der Ofenkammer nach aussen erstrecken, in welcher der Pulverkörper wenigstens während eines Teils der Verfestigung angeordnet bleibt, bis die Temperatur in der Ofenkammer unter die Verfestigungstemperatur des Metalls der Matrix abgesunken ist, vorzugsweise auf weniger als 800 °C und zweckmässig auf weniger als 700 °C, wonach dann der Rest der Matrix zur Verfestigung gebracht wird, vorzugsweise durch ein forciertes Kühlen der gesamten Giess- oder Pressform einschliesslich ihres Inhalts. Als eine Alternative oder zusätzlich zu der Massnahme, die Giess- oder Pressform einschliesslich ihres Inhalts in der Ofenkammer zu belassen, kann die Giess- oder Pressform auch eine von einer äusseren Kühlung isolierte Anordnung erfahren, während das Kühlmittel durch das oder die Rohre hindurchgeleitet wird.

Ein Pulver, das durch eine Gaskörnung einer Metallschmelze hergestellt wird, kann zweckmässig als Metallpulver benutzt werden. Das Pulver sollte keine Körner einer Grösse von mehr als etwa 200 um erhalten, und der Anteil von feinem Pulver mit Korngrössen von weniger als 45 um

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sollte nicht mehr als etwa 5 Gew.-% sein. Nach seiner Ein-füllung in die Giess- oder Pressform sollte das Metallpulver durch Schlageinwirkung verdichtet und/oder vibriert werden, bis es hinreichend dicht gepackt ist. Die Menge des Infiltranten kann in Abhängigkeit von dessen Auswahl und der Auswahl des Metallpulvers wechseln, wobei für den Normalfall Mengen zwischen etwa 55 und 60 Gew.-% der Menge des Pulvers genügen.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen umschrieben und sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Sintererzeugnisse, die aus einer Patrize und einer Matrize für ein Giess- oder Presswerkzeug aus Kunststoff bestehen,

Fig. 2 die Herstellung der Patrize, gemäss einer ersten Ausführungsform und

Fig. 3 wie Fig. 2, jedoch gemäss einer zweiten Ausführungsform.

In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind nur die Einzelheiten gezeigt, die für ein Verständnis der Erfindung beitragen, während andere Einzelheiten für ein verbessertes Verständnis der Erfindung nicht dargestellt sind. So sind beispielsweise in Fig. 1 die Angüsse bzw. Angussverteiler, die Führungsstifte und Führungsbuchsen sowie die Hebehilfen nicht gezeigt, die mithin alle in herkömmlicher Weise ausgeführt sein können, und in den Fig. 2 und 3 sind nur die Einzelheiten prinzipiell dargestellt, die für eine nähere Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigt werden.

In Fig. 1 sind die Patrize 1 und die Matrize 2 für ein Giess- oder Presswerkzeug aus Kunststoff gezeigt, das zur Herstellung eines Topfes ausgebildet ist. Zwischen der Patrize 1 und der Matrize 2 ist ein Hohlraum 7 ausgebildet, der durch Oberflächen 13 und 14 an der Patrize 1 und an der Matrize 2 begrenzt ist. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Material der Patrize 1 und der Matrize 2 aus einem Kohlenstoff enthaltenden Stahlpulver, das zu einem Pulverkörper gesintert ist, der genau die Formgebung dieser beiden Teile aufweist, worauf dann eine Matrix zum Ausfüllen der Poren dieses Pulverkörpers gebracht wird, indem in den Pulverkörper ein Infiltrant eingefiltert wird. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform besteht die Matrix aus einer Legierung auf der Basis Kupfer, vorzugsweise Kupfer mit einer bestimmten Menge an Zinn und möglicherweise weiteren Elementen, welche die Härte des Metalls der Matrix vergrössern. Das Gewichtsverhältnis der Matrix zu dem Stahlpulver beträgt etwa 35:65.

Jedes der beiden Werkzeugteile 1 und 2 enthält einen Kühlkanal 3 und 4. Die Kühlkanäle bestehen jeweils aus einem Rohr 5 bzw. 6 aus rostfreiem Stahl und erstrecken sich als eine Spule durch die Werkzeugteile 1 und 2.

Das Rohr 5 erstreckt sich zunächst geradlinig nach unten bis zu dem Boden des Formenteils 11, durch welchen der Hauptteil des Topfes geformt wird, und beschreibt dann eine Schlaufe 8, aus welcher heraus die Wendel 9 nach oben entwickelt ist in einer Anordnung längs der Wände des «Topfes». Das Rohr 5 ist dann über die Kante des «Topfes» umgebogen, um einen mäanderförmigen Spulenteil 10 überzugehen, der in dem Teilbereich 12 der Patrize 1 angeordnet ist, durch welchen der Handgriff des Topfes geformt wird. Danach ist das Rohr 5 wieder senkrecht nach oben geführt und mündet an der oberen Stirnfläche der Patrize 1. Das Rohr 5 kann einstückig ausgebildet sein oder aus einer Vielzahl zu-sammengeschweisster, zusammengelöteter oder sonstwie vereinigter Abschnitte bestehen, damit der etwas komplizierte Verlauf des Rohres erhalten wird. Das Rohr 6 ist in ähnlicher Art und Weise in der Matrize 2 angeordnet. Der Aussendurchmesser der beiden Rohre 5 und 6 beträgt 10 Millimeter, und die Wanddicke der Rohre ist etwa 1 Millimeter. Der Abstand von den Wänden der beiden Giessformen 1 und 2, also von den Oberflächen 13 und 14, beträgt etwa 10 5 Millimeter, und der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten der Rohre beträgt etwa 25 Millimeter. Die Kühlwirkung der Rohre 5 und 6 kann folglich alle Teile der Oberflächen 13 und 14 des Hohlraumes 7 wirksam erreichen.

Neben dem ursprünglichen Infiltranten enthält die Maio trix auch Eisen, Kohlenstoff und möglicherweise weitere Elemente, die aus dem Stahlpulver in das Metall der Matrix gelöst sind. Auch von der Aussenseite der Stahlrohre ist Material teilweise in die Matrix gelöst worden. Durch das Lösen von Eisen in den Infiltranten primär aus dem Stahlpulver 15 und teilweise auch von den Stahlrohren 5 und 6 ist die Matrix in bezug auf Eisen gesättigt. In Verbindung mit diesem Lösungsprozess ist die Oberfläche der Stahlrohre 5 und 6 mit der Matrix wirksam vereinigt, während gleichzeitig die Rohre in dem stabilisierten Pulverkörper sicher angeordnet 20 sind.

In Fig. 2 sind die beiden Rohre und ihre Abschnitte mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Das zuvor gebogene — und möglicherweise aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzte — Rohr 5 ist in einer keramischen Giess-25 oder Pressform 21 angeordnet und mittels einer Halteeinrichtung behelfsmässig fixiert. Die Giess- oder Pressform 21 weist eine Oberfläche 22 auf, welche die Konturen der Patrize 1 bestimmt. Die Giess- oder Pressform 21 wird mit Stahlpulver 20 in einer Menge bzw. einem Volumen aufgefüllt, 30 das der Grösse der Patrize 1 entspricht, wobei die Auffüllung mit dem Stahlpulver zusammen mit einem Pulver vorgenommen wird, das für Entfernungszwecke an der rückseitigen Platte der Form angeordnet wird. Das Stahlpulver wird dann durch eine Schlageinwirkung verdichtet und/oder 35 vibriert, so dass das Pulverbett in hohem Masse verdichtet ist und sehr dicht an die formgebende Oberfläche 22 der Giess- oder Pressform 21 anliegt, die mit einem Entfor-mungsmittel versehen worden sein kann. Dann wird eine der Pulvermenge entsprechende Menge der als Infiltrant benutz-40 ten Legierung in die Giess- oder Pressform 21 eingebracht, wobei die Legierung eine Blockform 23 aufweisen kann und folglich auf das Pulverbett 20 aufgelegt wird. Die Giess- oder Pressform 21 wird dann einschliesslich ihres Inhalts in einen Ofen 24 eingebracht, der durch Heizkörper 25 aufheizbar ist. 45 Die beiden Enden des Rohres 5 sind über ein Anschlussstück

26 aus der Ofenkammer herausgeführt und mit Ventilen 27 und 28 versehen.

Nachdem die Ofenkammer 30 evakuiert worden ist, wird über ein Rohr 29 ein inertes Gas, vorzugsweise Argon, einge-50 leitet, mit dem die Ofenkammer auch während des fortgesetzten Prozesses kontinuierlich ausgespült wird. Die Absaugung des inertes Gases aus der Ofenkammer 30 erfolgt über ein Absaugrohr 31. Die Ofenkammer 30 wird mittels der Heizkörper 25 auf die Sintertemperatur des Stahlpulvers 55 aufgeheizt, vorzugsweise auf 1150 °C, und wird auf dieser Temperatur mittels eines Thermostaten gehalten, solange der Pulverkörper 20 gesintert und der Infiltrant 23 geschmolzen wird. Während dieser Phase bleiben die beiden Ventile

27 und 28 geschlossen. Sobald der Pulverkörper 20 zu einem 60 mehr oder weniger festen zusammenhängenden Skelett zusammengesintert ist, dringt der dann geschmolzene Infiltrant 23 in den jetzt gesinterten Pulverkörper 20 ein und füllt alle dessen Poren aus, wobei er auch die Oberfläche 22 der Giess-oder Pressform 21 erreicht. Sobald diese Einfiltrierung abge-

65 schlössen ist, wird die Temperatur in der Ofenkammer 30 noch auf etwa 1150 °C über wenigstens weitere 30 Minuten gehalten oder selbst länger, was abhängig ist von der Grösse des hergestellten Produkts. Während dieser gesamten Zeit

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wird folglich der Infiltrant in einem geschmolzenen Zustand gehalten, so dass das Stahlpulver 20 und primär auch die Oberfläche des Stahlrohres 5 teilweise in dem Infiltranten gelöst wird, so dass dieser in bezug auf Eisen gesättigt wird. Wegen der feinen Korngrösse hauptsächlich zwischen 45 und 200 um des Stahlpulvers und der folglich relativ grossen Oberfläche ist das Lösen von Eisen aus dem Stahlpulver primär für die Sättigung des Infiltranten in bezug auf Eisen verantwortlich, weshalb die Abtragung des Stahlrohres 5 innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden kann, bevor die Matrix mit Eisen gesättigt ist, so dass dann danach eine weitere Schwächung des Stahlrohres verhindert wird.

Die Wärmezufuhr in die Ofenkammer 30 wird dann unterbrochen. Nach dem Öffnen der Ventile 27 und 28 wird Kühlluft durch das Rohr 5 hindurchgeleitet, bis die Temperatur in der Ofenkammer 30 auf 700 °C abgefallen ist. Durch die Hindurchleitung von Luft durch das Rohr 5 wird das Metall der Matrix in den Bereichen nahe dem Rohr 5 anfänglich eingefroren, was mithin insbesondere die Bereiche nahe der Oberfläche 13 der Patrize 1 anbetrifft, die zusammen mit der Oberfläche 14 der Matrize 2 den Hohlraum 7 begrenzt. Erst später verfestigt auch das Metall der Matrix in den übrigen Bereichen des Pulverkörpers. Die dann stattfindende Schrumpfung führt dazu, dass das geschmolzene Metall der Matrix kontinuierlich aus den anderen Teilen des Pulverkörpers einsackt, nicht jedoch aus den anfänglich verfestigten Bereichen, die mithin dann bereits stabilisierte Bereiche darstellen, die sich hauptsächlich längs des Rohres 5 befinden, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Oberfläche 13, für die eine besonders feine und kontrollierte Struktur erwünscht ist, von dieser weiteren Verfestigung nicht mehr beeinflusst wird.

Sobald die Temperatur in der Ofenkammer auf 700 °C abgefallen ist, sind alle Oberflächen der Patrize stabilisiert, so dass jetzt die Giess- oder Pressform 21 einschliesslich ihres Inhalts in eine in der Zeichnung nicht gezeigte Kühlkammer überführt werden kann, in welcher eine forcierte Kühlung mittels Ventilatoren vorgenommen wird. Die dann fertige Patrize 1 muss dann nur noch der Giess- oder Pressform 21 entnommen werden, und nachdem die vorstehenden Rohrenden abgeschnitten sind, wird abschliessend noch die Druckplatte 15 der Patrize 1 abgedreht oder abgeschliffen, damit eine glatte Oberfläche erhalten wird.

In Fig. 3 ist eine alternative Möglichkeit für die Herstellung der Patrize gezeigt. In diesem Fall ist ein Ofen 24A verwendet, in dessen Ofenkammer 30A eine aus einem keramischen Material bestehende Giess- oder Pressform 21A angeordnet ist, deren Oberfläche 22A die Formgebung eines gewünschten Produktes bestimmt. Ein zuvor gebogenes Rohr 5A wird in der Giess- oder Pressform 21A in gleicher Art und Weise angeordnet wie es vorstehend für das Rohr 5 beschrieben wurde. Die Giess- oder Pressform 21A wird dann mit Stahlpulver aufgefüllt, das anschliessend durch Schlageinwirkung verdichtet und/oder vibriert wird, um ebenfalls eine sehr dichte Packung zu erhalten. Gleichartig wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform wird dann ebenfalls eine Legierung als Infiltrant auf die verdichtete Pulvermasse aufgelegt.

Ein Unterschied der Ausführungsform gemäss Fig. 3 besteht nun darin, dass hier auch die Giess- oder Pressform 21A mit einer Rohrleitung 40 versehen ist, deren Anschlüsse 41 ebenfalls nach aussen geführt sind. Die Rohrleitung 40 ist in einem kleinen Abstand von der Oberfläche 22A angeordnet und in die Keramikmasse eingebettet, aus der die Giess-oder Pressform 21A besteht. Auch die Rohrleitung 40 folgt der Formgebung der Oberfläche 22A in der Ausbildung einer Spule ähnlich dem Rohr 4, das in die Patrize 2 eingebettet ist.

Das Rohr 40 kann aus verschiedenen geeigneten Materialien bestehen. Vorzugsweise weist das Rohr 40 einen sehr niedrigen Ausdehnungskoeffizienten auf oder denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramikmasse der Giess-oder Pressform 21A. Ein geeignetes Material ist ein Stahl, der etwa 40% Nickel und den Rest im wesentlichen Eisen enthält. Ein solches Material ist unter dem Warenzeichen INVAR bekannt. Es ist auch möglich, die Kühlkanäle 40 als Aushöhlungen der keramischen Masse der Giess- oder Pressform 21A auszubilden, indem ein oder mehrere Kerne aus Wachs oder dergleichen beim Brennen der Giess- oder Pressform zum Schmelzen gebracht werden.

Die Herstellung eines Produktes unter Verwendung dieser Giess- oder Pressform 21A läuft gleich ab wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform, nur dass dabei zusätzlich ein Kühlmittel durch die Rohrleitung 40 hindurchgeleitet wird, um eine entsprechend verstärkte Einfrierung des Metalls der Matrix in den Bereichen zu bewirken, die die gewünscht feine und kontrollierte Struktur einer Oberfläche ergeben. Auch in diesem Fall ist im übrigen der Ofen 24A mit einer Einrichtung zum Evakuieren versehen, und ebenfalls vorgesehen sind Leitungen, über die während des Prozesses ein inertes Gas in die Ofenkammer 30A zugeleitet und aus dieser wieder kontinuierlich abgesaugt werden kann.

Für die vorbeschriebenen Ausführungsformen ist vorausgesetzt, dass die einzelnen Kanäle durch ein Rohr gebildet sind, das die wichtigsten Oberflächen abdeckt und durch ein Biegen zu einem gewünschten Muster geformt ist. Unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer ausreichenden Kühlung ist es stattdessen aber auch möglich, die Kanäle in einer Richtung parallel zu der zu kühlenden Oberfläche sehr breit anzulegen, so dass die Kanäle folglich senkrecht zu dieser Oberfläche sehr eng sind. Diese Möglichkeit eignet sich insbesondere für die Kühlkanäle, die in der Keramikmasse der Giess- oder Pressform angelegt werden.

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3 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zum Herstellen eines Sintererzeugnisses, das hauptsächlich aus einem sinterfähigen Material (20) besteht, das vor dem Sintern leicht geformt werden kann und beim Sintern einen porösen Körper bildet, und der überdies eine aus einem Metall (23) mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials (20) niedrigeren Schmelzpunkt bestehende Matrix aufweist, bei welchem Verfahren eine Giess- oder Pressform (21), die eine für die Formgebung des Sintererzeugnisses massgebende Formfläche (22) aufweist, mit dem pulverförmigen oder körnigen sinterfähigen Material (20) gefüllt wird, das anschliessend auf seine Sintertemperatur erhitzt wird, um den porösen Körper zu erhalten, in dem das geschmolzene Metall (23) der Matrix einfiltriert und danach verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens je ein Kanal im Abstand von der Formflä-che im Formhohlraum und/oder im Material der Giess- oder Pressform angeordnet wird, um der zu formenden Oberfläche des Sintererzeugnisses eine feine, im voraus bestimmbare Struktur zu geben, wobei der Kanal bzw. die Kanäle im gesamten oder in ausgewählten Bereichen dieser Formfläche (22) zu deren Kühlung angeordnet ist, bzw. sind, und dass durch den Kanal bzw. den Kanälen während der Verfestigung des Metalls (23) der Matrix ein Kühlmittel geleitet wird, so dass die Matrix in dem dem Kanal benachbarten Bereich bzw. den Kanälen benachbarten Bereichen rascher erstarrt als in den vom Kanal bzw. von den Kanälen beab-standeten Bereichen des porösen Körpers, wodurch einem Einsaugen des Metalls (23) der Matrix aus dem Bereich bzw. den Bereichen an der Oberfläche in die vom Kanal (3) bzw. von den Kanälen beabstandeten Bereiche des porösen Körpers als Folge der Schrumpfung der Matrix in Verbindung mit der fortgesetzten Verfestigung entgegengewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle aus einem oder mehreren Rohren (6) aus einem Metall oder einer Legierung mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials höheren Schmelzpunkt gebildet wird bzw. werden, dass das oder die Rohre in der Giess- oder Pressform im Formhohlraum angeordnet wird, bzw. werden, dass die Giess- oder Pressform dann mit dem pulverförmigen oder körnigen sinterfähigen Material (20) gefüllt wird, so dass das Rohr in das sinterfähige Material eingebettet wird, und dass das Metall (23) der Matrix geschmolzen und anschliessend zum Einfiltrieren in den Pulverkörper (20) gebracht wird, so dass es um das in den porösen Körper eingebettete Rohr herumfliessen kann und sich mit diesem Rohr metallisch bindet.

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PATENTANSPRÜCHE

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oder mehreren in seinem Inneren angeordneten Metallrohren gebildet ist bzw. sind, das bzw. die einen gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials höheren Schmelzpunkt hat bzw. haben, und dass die Aussenseite des oder der Rohre mit dem infiltrierten Metall der Matrix metallisch verbunden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrmaterial im geschmolzenen Metall der Matrix auflöst, und dass das Rohrmetall auf der Rohr-aussenseite entfernt und im Metall der Matrix gelöst wird, bevor es sich verfestigt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sinterfähige Material aus einem Kohlenstoff enthaltenden, härtbaren Stahlpulver besteht, und dass das Rohr ein Stahlrohr ist, vorzugsweise ein Rohr aus rostfreiem Stahl.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Matrix aus nur einer Komponente besteht, oder eine Legierung ist, die Kupfer, Zinn, Nickel, Zink, Aluminium, Niobium und/oder Beryllium aufweist, wobei Zinn und/oder ein anderes Metall die Kapazität des Kupfers zur Lösung von Eisen in der geschmolzenen Phase verringert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper gesintert und das Metall der Matrix geschmolzen und zum Einfiltrieren in den porösen Körper gebracht wird in einem Heizofen bei einer

Temperatur zwischen 1000 und 1200 C, vorzugsweise unter Vakuum oder in einer Atmosphäre eines inerten Gases, das ein Kühlmittel, vorzugsweise Luft, über Anschlüsse durch das Rohr befördert wird, die sich nach ausserhalb der Kammer des Ofens erstrecken, in welcher der poröse Körper wenigstens während eines Teils der Verfestigungsphase angeordnet bleibt, bis die Temperatur in der Ofenkammer auf weniger als 800 °C, vorzugsweise auf weniger als 700 °C, abgefallen ist, und zwar wenigstens bis zu dem Zeitpunkt, in welchem das Erstarren in dem Bereich der Matrix nahe dem Rohr stabilisiert ist, und dass danach der Rest der Matrix zum Verfestigen gebracht wird, vorzugsweise durch ein forciertes Kühlen der gesamten Giess- oder Pressform einschliesslich ihres Inhalts.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal bzw. die Kühlkanäle (40) in dem Material der Giess- oder Pressform (21A) nahe der Formfläche (22A) angeordnet wird, bzw. werden, wobei der oder die Kühlkanäle innerhalb des Bereichs der Formfläche so verlegt wird bzw. werden, dass er bzw. sie deren Form im wesentlichen folgen, um die Formfläche im gesamten Bereich oder in den ausgewählten Bereichen zwecks Kühlung zu überdecken, und dass während der Verfestigung des Metalls der Matrix ein Kühlmittel durch den Kühlkanal oder die Kühlkanäle hindurchgeleitet wird, so dass ein rascheres Erstarren der Matrix nahe dieser Kühlkanäle als in übrigen Bereichen des porösen Körpers erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkanäle aus Rohren gebildet wird bzw. werden, die in die Keramikmasse der Giess- oder Pressform eingebettet werden, aus welcher die Giess- oder Pressform durch ein Brennen hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Giess- oder Pressform eingebettete Rohr einen niedrigeren oder gleichen Ausdehnungskoeffizienten, wie die Keramikmasse aufweist, und dass es vorzugsweise aus einem Stahl mit 40% Nickel und 60% Eisen besteht.

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10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal bzw. die Kanäle durch Hohlräume in der Keramikmasse der Giess- oder Pressform gebildet wird bzw. werden, die in der Keramikmasse mittels schmelzbarer Kerne aus Wachs erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal oder die Kanäle aus einem Rohr gebildet wird bzw. werden, das aus einem keramischen Material von derselben Art wie die Giess- oder Pressform besteht oder wenigstens im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Giess- oder Pressform hat.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal oder die Kanäle in schraubenlinienförmigen Windungen durch ein mäanderför-miges Biegen oder durch Kombinationen von verschiedenen Windungen oder Biegungen gebildet wird bzw. werden, um die gesamte Formfläche oder Bereiche derselben zwecks Kühlung zu überdecken.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal oder die Kanäle parallel zueinander in dem zu kühlenden Bereich der Formfläche angeordnet wird bzw. werden, um im wesentlichen den gesamten Bereich dieser Fläche oder ausgewählten Teile davon zu überdecken.

" 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Kanäle sowohl in dem porösen Körper als auch in dem Material der Giess-oder Pressform angeordnet wird bzw. werden.

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15. Sintererzeugnis, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kanal oder mehrere Kanäle (6) aufweist, der bzw. die aus einem

16. Sintererzeugnis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrmaterial im äusseren Bereich der Rohrwand in dem Metall der Matrix gelöst ist, so dass die Materialien der Matrix und des Rohres aneinander gebunden sind.

17. Sintererzeugnis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das sinterfähige Material (20) die Fähigkeit zur Auflösung eines Teils des geschmolzenen Metalls der Matrix aufweist.

18. Sintererzeugnis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial und das Material des Rohres hauptsächlich aus demselben Material, vorzugsweise Eisen, bestehen.

19. Sintererzeugnis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial ein Kohlenstoff enthaltendes, aushärtbares Stahlpulver ist, und dass das Rohr aus Stahl, vorzugsweise rostfreiem Stahl, besteht.

20. Sintererzeugnis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus einem Metall oder einer Legierung besteht, die hauptsächlich Kupfer, Zinn, Nickel, Zink, Niobium, Aluminium und Beryllium, einzeln oder zu mehreren, enthält, vorzugsweise hauptsächlich Kupfer zusammen mit einer Menge an Zinn und/oder einem anderen Metall, das die Kapazität von Kupfer zum Lösen von Eisen verringert.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

21. Sintererzeugnis nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Teil einer Giess- oder Pressform, vorzugsweise für ein Giess- oder Presswerkzeug aus Kunststoff ist.

22. Sintererzeugnis nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5,6) in geringer Tiefe von der Oberfläche (13,14) des Giess- oder Pressformteils angeordnet ist und dass es schraubenlinienförmig längs dieser Oberfläche verläuft und einstückig ausgebildet oder durch Kombinationen aus verschiedenen Windungen und Biegungen zusammengesetzt ist, und die gesamte Oberfläche des Formteils oder Bereiche derselben abdeckt.