DE10027550A1

DE10027550A1 - Plastisch verarbeitbare Formmassen auf Basis von Petroleumfraktionen und sinterfähigen Pulvern

Info

Publication number: DE10027550A1
Application number: DE2000127550
Authority: DE
Inventors: Thomas Hesse; Andree Pehling
Original assignee: Thomas Hesse; Andree Pehling
Current assignee: HESSE, THOMAS, 28329 BREMEN, DE; PEHLING, ANDREE, 28844 WEYHE, DE
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine plastisch verarbeitbare Masse, die aus Petroleum-Fraktionen und unter 500 DEG C nicht schmelzbaren Pulvern besteht. Die Masse ist oberhalb einer bestimmten Temperatur fließfähig und vergießbar. Erst durch Abkühlen entsteht eine plastisch verformbare Masse, die sich z. B. in einem Extruder weiterverarbeiten läßt. Im Interschied zu den üblichen Extruder-, Heißguß- und Spritzgußmassen bleibt ein Teil der Binder nach der Formgebung flüssig. Die Anteile der Fraktionen sind dabei so gewählt, daß ein schnelles Entbindern außerhalb der Form möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dichter oder poröser Formkörper aus Petroleum- Fraktionen und unter 500°C nicht schmelzbaren Pulvern. Aus der Masse wird ein Grünkörper geformt, der entbindert und gesintert wird.

Zur Herstellung wurden bisher viskose Gemische aus Pulver und Binder (Wachse, Kunststoffe) einge setzt. Diese wurden unter Druck von einigen 100 bar in die vorbestimmte Form gepreßt. Aufgrund der hohen Viskosität der Massen lassen sich enge Hohlräume in der Form nur schwer füllen. Außerdem zeigt sich, daß beim anschließenden Entbindern der Grünkörper unerwünschte Rückstände im Werkstück ver bleiben können.

Es gibt Verfahren (EP 0 276 760 und DE 197 17 460 A1), nach denen aus Pulver, Binder und Lösungs mittel eine frei fließende Masse hergestellt wird, die sich zu Grünkörpern verarbeiten läßt. Im Unterschied zu dem hier vorgestellten Verfahren werden nur relativ geringe Mengen an Binder eingesetzt (2 bis 5 Vol%). Die Verfestigung geschieht durch Abdampfen des Lösungsmittels. Die Menge an Binder ist dabei so bemessen, daß sie gerade zur Verfestigung des Binder-Pulver-Gemisches ausreicht.

Auch bei den Verfahren EP 0 276 760 und DE 197 33 698 C1 wird zunächst ein frei fließendes Pulver aus Lösungsmittel, Binder und Pulver hergestellt. Jedoch wird vor der Formgebung das vorhandene Lö sungsmittel/Lösungsmittelgemisch entfernt und aus dieser Masse der Formkörper hergestellt.

Ferner ist ein Verfahren (EP 0 353 523) zur Herstellung von Extrusionsmassen bekannt, nach dem aus Pulver, Lösungsmittel, Polymeren und Fettsäureester eine Extrusionsmasse hergestellt wird, wobei das Polymer im Lösungsmittel aufgelöst wird.

Der Vorteil der hier vorgestellten Methode liegt zum einen darin, daß nur Alkane als Binder und Träger Verwendung finden. Da diese im geschmolzenen Zustand im beliebigen Verhältnis miteinander vermischt werden können, lassen sich die Fließeigenschaften und das Erstarrungsverhalten gut auf das jeweilige Formgebungsverfahren abstimmen. Vorteilhaft ist auch ein hoher Gehalt an schwerflüchtigen Petroleum- Fraktionen. Diese kondensieren vor, während oder nach dem Formgebungsprozeß, so daß die gegossenen oder gepreßten Körper formstabil sind und unmittelbar nach dem Abkühlen entformt werden können. Dies ist bei den in EP 0 276 760 und DE 197 17 460 A1 beschriebenen Verfahren nicht möglich. Das Abdampfen der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe kann daher außerhalb der Form erfolgen, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt. Des weiteren ist Petroleum und dessen Fraktionen im Ver gleich zu den z. B. beim Spritzguß eingesetzten Bindern relativ preiswert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein preisgünstiges Herstellungsverfahren bereitzustellen, das die eingangs genannten Nachteile weitestgehend vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gemisch derart aus dem Pulver und den Pe troleum-Fraktionen hergestellt wird, daß es im warmen Zustand fließfähig ist und sich zum Gießen, Auf tragen oder Sprühen in eine nicht poröse Form eignet, wobei bereits durch Abkühlen der Masse ein form beständiger Grünling entsteht, oder im erkalteten Zustand plastisch verformbar ist, so daß die Masse z. B. mittels Knetformgebung zu Grünkörpern verarbeitet werden kann.

Zunächst wird das zu sinternde Pulver mit den Petroleum-Fraktionen vermischt. Werden die Pulverteil chen vom Petroleum schlecht benetzt, müssen zusätzlich geringfügige Mengen an Benetzungsmittel zu gegeben werden. Die Homogenisierung der Masse kann mit Rührern oder in Kugelmühlen erfolgen.

Aus dem Gemisch wird dann in einem zweiten Schritt ein Grünkörper geformt. Zwei Herstellungsvari anten sind möglich: Die in der Masse enthaltenen Petroleumfraktionen (Gasolin, Schmieröle, Paraffin wachs, etc.) liegen vollständig im geschmolzenen Zustand vor. Die Masse ist dann flüssig und kann drucklos vergossen oder unter Druck in die vorbestimmte Form gepreßt werden. Durch Abkühlen verfe stigt sich die Masse und kann unmittelbar danach entformt werden. Die Masse kann jedoch auch nach dem Abkühlen, d. h. nach dem die schwerflüchtigen Kohlenwasserstoffe erstarrt sind, zu Formkörpern verarbeitet werden. Die Masse ist dann pastös und kann z. B. extrudiert werden.

Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist, daß eine oder mehrere Fraktionen nach der Verfestigung des Formkörpers im flüssigen Zustand vorliegen.

In einem dritten Schritt werden die im Formkörper enthaltenen Petroleum-Fraktionen abgedampft oder abgebrannt. Werden auch leichtflüchtige Alkane (C₅-C₁₀) eingesetzt, ist ein Abdampfen dieser Anteile auch bei Raumtemperatur möglich. Das Trocknen kann aber auch bei erhöhter Temperatur und/oder unter leichtem Unterdruck stattfinden und dadurch beschleunigt werden. Die noch verbliebenen Fraktionen werden anschließend durch Wärmezufuhr bei erhöhter Temperatur entfernt. Das Entbindern geschieht üblicherweise im Temperaturbereich 20°C bis 500°C.

Sowohl das Trocknen als auch das Entbindern kann zügig erfolgen. Heizraten von 1 K/min bis 10 K/min sind durchaus möglich und sind damit deutlich höher als beim Spritz- oder Heißguß.

Die Unempfindlichkeit der Grünlinge gegenüber dem speziellen thermischen Zyklus des Trocknungs- und Entbinderungsprozesses hat zwei Ursachen:

a) Dadurch, daß ein Teil der Petroleumfraktionen während des Abkühlens kondensiert, bildet sich ein stabiles Netzwerk aus Pulverpartikeln und erstarten Petroleumanteilen. Dieses hat eine relativ hohe Festigkeit, so daß die Formkörper zügig getrocknet werden können, ohne daß es zu Gefügeschädigun gen (Makrorissen) kommt.
b) Da die Formkörper nach dem Entfernen der leichtflüchtigen Fraktionen offenporös sind, können die beim Entbindern entstehenden Dämpfe und Zersetzungsprodukte unbehindert den Grünkörper verlas sen.

Die Braunlinge werden nach dem Entbindern gesintert. Enthalten die Körper oxidationsempfindliche Pulverteilchen (z. B. Graphit), muß die Sinterung unter Schutzgasadmosphäre ablaufen, es sei denn, daß eine Reaktion mit Sauerstoff erwünscht ist, z. B. um Platzhalter auszubrennen. Zur Steigerung der Dichte können die Braunlinge zusätzlich vor, während oder nach der Sinterung durch Druckbeaufschlagung ver dichtet werden.

Werkstücke aus unterschiedlichen Schichtungen (gradierte Werkstücke) lassen sich herstellen, indem die aus unterschiedlichen Materialien gebildeten (petroleumhaltigen) Massen nacheinander in eine Form gegossen werden, so daß ein Grünkörper aus übereinanderliegenden Schichten unterschiedlicher Zusam mensetzung entsteht. Auf diese Weise bildet sich ein Körper mit abgestufter Struktur, z. B. bezüglich Material, Porosität, Korn/Teilchengrößenverteilung.

Es können aber auch vor, während oder nach dem Gießen Körper oder Fasergewebe in die Form einge bracht werden oder ein Werkstück kurzzeitig in die Masse eingetaucht werden. Dadurch ist es z. B. mög lich, eine Beschichtung oder Umhüllung eines bereits erzeugten Körpers herzustellen.

Auch durch Extrudieren lassen sich Schichtwerkstoffe herstellen. Eine mögliche Verfahrensweise besteht darin, daß die aus zwei oder mehr Düsen austretenden Massen z. B. durch Zusammenwalzen zu einem Formkörper vereinigt werden.

Ausführungsbeispiel: ZrO₂/Graphit/Kfz-Benzin/Paraffinwachs

1. Werkstoffe:
Zirkoniumoxid (Tosoh TZ-3Y, Teilchengröße < 600 nm), 21 Vol.%
Graphit (Timcal KS-75, Teilchengröße < 128 µm), 21 Vol.%
Kfz-Benzin (C₆-C₁₀), 39 Vol.%
Paraffinwachs (C₂₀-C₃₀), 18 Vol.%
1 Vol.% Ölsäure (Benetzungsmittel)
2. Mischen der Komponenten: Die Petroleum-Fraktionen werden miteinander vermischt und auf ca. 80°C aufgewärmt. Danach werden die Pulver zugegeben und die Masse mit einem Hochgeschwin digkeitsrührer (IKA-T25, Dispergierwerkzeug S20-25NK-19G) für ca. 15 Min. bei 80°C gerührt. An schließend wird die Masse mit einem Ultraschall-Desintegrator (Branson-Sonifier, Modell W-450) für ca. 10 Min. beschallt.
3. Gießen (Formfüllung): Die Masse wird in eine Form aus Zahnabformmasse gegossen und unmittelbar nach dem Abkühlen entformt.
4. Trocknen: Die Körper werden für 24 h an Luft bei Raumtemperatur getrocknet.
5. Entbindern, Abbrennen des Graphits und Sintern: Das Verdampfen der schwerflüchtigen Fraktionen, das Abbrennen des Graphits sowie das Sintern des Restkörpers erfolgt in einem elektrisch beheizten Ofen an Luft. Der Formkörper wird mit 5°C/min. auf 1400°C aufgeheizt und 2 h bei dieser Tempera tur gesintert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung poröser oder dichter Formkörper, bei dem ein Gemisch aus unter 500°C nicht schmelzbarem Pulver oder Pulverkomposit und Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichem Dampfdruck zu einem Formkörper verarbeitet wird und die im Formkörper enthaltenen Kohlenwasser stoffe abgedampft/abgebrannt werden und der Restkörper gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Gemisch derart aus dem Pulver und den Kohlenwasserstoffen gebildet wird, daß es als fließ fähige oder plastisch verformbare Masse vorliegt, wonach diese zu einem Formkörper weiterverarbeitet wird, wobei die Masse so temperiert wird, daß bei keinem Verarbeitungsschritt alle Kohlenwasserstoffe unter ihrem Schmelzpunkt abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse während des Abdampfens bzw. Abbrennens der Kohlenwasserstoffe einem Über- oder Unterdruck und unterschiedlichen Gasadmosphä ren ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Kohlenwas serstoffe in der Masse 30 bis 70 Vol.% beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zur besseren Benetzung der Pulverteilchen bis zu 10 Vol.% andere Substanzen enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich oxidierbares oder thermisch zersetzbares Platzhaltermaterial enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünkörper mit Raten von 1 bis 10°C/min aufgeheizt wird und je nach Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe und Größe des gebildeten Körpers bis zur Entfernung dieser und der Platzhalter auf Temperaturen zwischen 200°C und 800°C gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper unmittelbar nach dem Entfernen der Kohlenwasserstoffe oder nach vorherigem Abkühlen mit einer Rate von 1 bis 10°C/min auf eine Sintertemperatur aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper bei unter schiedlichen Drücken und in unterschiedlichen Gasatmosphären gesintert wird.