DE10113590A1 - Production of a casting mold comprises forming a porous precursor produced from a metal oxide ceramic material by sintering with the aid of local heating, and infiltrating with a metal melt made from aluminum and/or magnesium - Google Patents

Production of a casting mold comprises forming a porous precursor produced from a metal oxide ceramic material by sintering with the aid of local heating, and infiltrating with a metal melt made from aluminum and/or magnesium

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Abstract

Production of a casting mold comprises: forming a porous precursor produced from a metal oxide ceramic material by sintering with the aid of local heating; and infiltrating with a metal melt made from aluminum, magnesium or an aluminum-magnesium alloy. Preferred Features: The local heating is carried out using a laser beam, electron beam, plasma beam or electric arc. The metal oxide is made from a metal oxide compound which can be reduced with aluminum, preferably TiO2, Fe2O3, FeTiO3, CaO, Cr2O3, CuO, Cu2O, CoO, Co2O3, FeO, Fe2O3, Fe3O4, HfO2, Li2O, MnO, MgO, MoO3, Na2O, Nb2O, Nb2O5, NiO, Si2O, TiO2, V2O5, WO3, Y2O3, ZrO2, a mullite, a spinel, a zirconate or titanate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Konstruktionsteils, ins­ besondere eines Gießformteiles, bei dem ein poröser Precursor-Vorkörper aus einem Metalloxid-Keramikmaterial hergestellt wird, und mit einer Metallschmelze aus Aluminium, Magnesium oder einer Aluminium- oder Magnesium-Legierung infiltriert wird, sowie ein Konstruktionsteil, das durch ein derartiges Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a structural part, ins special of a mold part, in which a porous precursor preform a metal oxide ceramic material is produced, and with a molten metal made of aluminum, magnesium or an aluminum or magnesium alloy is infiltrated, as well as a structural part that is produced by such a method is made.

Neben metallischen und keramischen Materialien werden zunehmend Verbund­ materialien verwendet, die sowohl keramische Phasen als auch metallische oder intermetallische Phasen aufweisen. Hierdurch können die vorteilhaften Eigen­ schaften eines keramischen Materials, insbesondere die hohe Verschleißfestig­ keit und Härte, das geringe Gewicht und die hohe Temperatur- und Oxidations­ beständigkeit, mit den vorteilhaften Eigenschaften eines Metalls, insbesondere der hohen Bruchzähigkeit, verbunden werden.In addition to metallic and ceramic materials, composite materials are increasingly being used materials used, both ceramic and metallic or have intermetallic phases. As a result, the advantageous Eigen of a ceramic material, especially the high wear resistance speed and hardness, the low weight and the high temperature and oxidation resistance, with the advantageous properties of a metal, in particular the high fracture toughness.

Als Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe sind hierbei insbesondere Werkstoffe interessant, die einen als Stützmatrix dienenden, porösen Keramikkörper aufwei­ sen, in dessen Poren eine metallische oder intermetallische Phase vorhanden ist. Hierzu sind zum einen reaktionsgeformte Al2O3-Al-Werkstoffe bekannt, bei denen eine flüssige Aluminium-Legierung mit geeigneten Bestandteilen teilweise oxidiert wird, wobei ein Teil der Aluminium-Schmelze zu Alumina (Al2O3) oxidiert und der restliche Teil als Metall oder intermetallische Phase zwischen den Alu­ mina-Körnern bleibt. Die Herstellung ist jedoch relativ Zeit- und kostenaufwendig; weiterhin ist der Einsatz auf spezielle Aluminium-Legierungen mit gewünschten Oxidations- und Benetzungsverhalten beschränkt.As metal-ceramic composite materials, materials which have a porous ceramic body serving as a support matrix and in whose pores a metallic or intermetallic phase is present are particularly interesting. For this purpose, reaction-formed Al 2 O 3 -Al materials are known in which a liquid aluminum alloy with suitable components is partially oxidized, with part of the aluminum melt being oxidized to alumina (Al 2 O 3 ) and the remaining part as Metal or intermetallic phase remains between the aluminum grains. However, the manufacture is relatively time-consuming and costly; Furthermore, the use is limited to special aluminum alloys with the desired oxidation and wetting behavior.

Zum anderen kann zunächst ein poröser Keramikkörper hergestellt werden, der anschließend mit einer Metallschmelze infiltriert wird. Hierbei kann das Kera­ mikmaterial auch mit der infiltrierten Schmelze reagieren, sodass die Keramik­ matrix verändert wird.On the other hand, a porous ceramic body can first be produced is then infiltrated with a molten metal. Here the Kera Mikmaterial also react with the infiltrated melt, so that the ceramic matrix is changed.

Die DE 196 05 858 A1 zeigt ein derartiges Verfahren, bei dem zunächst ein po­ röser Vorkörper aus einer von Aluminium reduzierbaren metalloxidischen Ver­ bindung und gegebenenfalls weiteren Verbindungen hergestellt wird. Als poröser Vorkörper kann ein gepresster Grünkörper oder ein gesinterter Precursor ver­ wendet werden. Der Vorkörper wird mit flüssigem Aluminium oder einer Alumini­ um-Legierung bei Temperaturen zwischen 1000 und 1400 Grad Celsius infiltriert. Hierbei wird ein Teil des flüssigen Aluminiums zu Alumina (Al2O3) oxidiert und das Metalloxid reduziert. Es bildet sich aus dem restlichen Aluminium und dem reduzierten Metall eine intermetallische Aluminid-Phase, die eine hohe Festigkeit aufweist. Der Werkstoff wird auch als infiltrated alumina-aluminide alloy (i-3A) bezeichnet.DE 196 05 858 A1 shows a method of this type, in which a porous preform is first produced from a metal oxide compound which can be reduced by aluminum and, if appropriate, further compounds. A pressed green body or a sintered precursor can be used as the porous preform. The preform is infiltrated with liquid aluminum or an aluminum alloy at temperatures between 1000 and 1400 degrees Celsius. Part of the liquid aluminum is oxidized to alumina (Al 2 O 3 ) and the metal oxide is reduced. An intermetallic aluminide phase is formed from the remaining aluminum and the reduced metal, which has a high strength. The material is also known as infiltrated alumina-aluminide alloy (i-3A).

Der Grünkörper kann hierbei durch isostatisches Pressen, Spritzgießen, Schlick­ ergießen, Aufsprühen oder Spritzen, zum Beispiel Plasmaspritzen hergestellt werden. Er wird bei Luft zwischen 1000 und 1400 Grad Celsius gesintert.The green body can here by isostatic pressing, injection molding, silt pouring, spraying or spraying, for example plasma spraying become. It is sintered in air between 1000 and 1400 degrees Celsius.

Nachteilhaft an den hier gezeigten Verfahren ist jedoch, dass die Herstellung des gesinterten Precursors relativ aufwendig ist. Der gepresste Grünkörper muss auf hohe Temperaturen erhitzt und eine vorgegebene Mindestdauer getempert wer­ den, um den gewünschten porösen, dreidimensional vernetzten Keramikkörper zu ergeben. Dieser Verfahrensschritt des Sinterns führt zu einem hohen Zeitauf­ wand, hohen Energiekosten und zu einer unerwünschten Volumenkontraktion gegenüber dem Grünkörper.A disadvantage of the method shown here, however, is that the production of the sintered precursor is relatively complex. The pressed green body has to open high temperatures are heated and a specified minimum duration is annealed the desired porous, three-dimensionally cross-linked ceramic body to surrender. This step of sintering leads to a long time wall, high energy costs and an undesirable volume contraction towards the green body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere ein kostengünstiges, schnell durchführbares Herstellungsverfahren für ein Konstruktionsteil zu schaffen, mit dem eine zuverlässige und genaue Herstellung sichergestellt ist.The object of the invention is based on the prior art To create improvements and in particular an inexpensive, fast create feasible manufacturing process for a structural part with which ensures reliable and accurate production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass der poröse Precursor-Vorkörper (5) durch Sintern mittels lokaler Erhitzung hergestellt wird. Die lokale Erhitzung kann hierbei insbesondere durch einen oder mehrere Laserstrahl(en), Elektronenstrahl(en), Plas­ mastrahl(en) oder einen oder mehrere Lichtbogen erfolgen. Als Lichtbogen kann insbesondere ein auch beim Schweißen, zum Beispiel beim WIG (Wolfram iner­ tes Gas) - Schweißen verwendbarer Lichtbogen verwendet werden.This object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset in that the porous precursor preform ( 5 ) is produced by sintering by means of local heating. Local heating can take place in particular by means of one or more laser beam (s), electron beam (s), plasma beam (s) or one or more arcs. In particular, an arc that can also be used in welding, for example in TIG (tungsten inert gas) welding, can be used as the arc.

Hierdurch wird ein schnellerer Sintervorgang gewährleistet, bei dem eine auf­ wendige Erhitzung des Precursor-Vorkörpers in einem Ofen nicht mehr notwendig ist. Bei dem Sintern kann durch die lokale Erhitzung ein gesinterter Precur­ sor-Vorkörper mit gewünschter Formgebung hergestellt werden. Die Formge­ bung kann hierbei durch eine entsprechende Steuerung des Strahls oder Licht­ bogens sicher und genau erfolgen, ohne den bei einer Erhitzung des ganzen Körpers erforderlichen Energieeinsatz und die hierbei auftretende Formände­ rung. Hierdurch ist insbesondere auch eine bessere Formbeeinflussung als bei einer Herstellung des porösen Precursor-Vorkörpers zum Beispiel mittels einer Sprühtechnik möglich.This ensures a faster sintering process, with one on Agile heating of the precursor pre-body in an oven is no longer necessary  is. During the sintering, a local sintered Precur sor preforms can be produced with the desired shape. The form Exercise can be done by appropriate control of the beam or light arc safely and accurately, without heating the whole Body required energy use and the resulting shape tion. This in particular also has a better shape influence than in the case of a production of the porous precursor preform, for example by means of a Spray technology possible.

Erfindungsgemäß kann vorteilhafterweise ein Bindemittel verwendet werden, das die Metalloxid-Körner zusammenhält. Somit ist es beim Sintern mittels zum Bei­ spiel eines Lasers nicht mehr erforderlich, die keramischen Metalloxid-Körner lokal aufzuschmelzen. Es kann vielmehr eine dreidimensional vernetzte Matrix aus dem Bindemittel hergestellt werden, die den Precursor-Vorkörper zusam­ menhält und die Metalloxid-Körner aufnimmt. Hierdurch kann insbesondere auch eine Volumenkontraktion beim Sintervorgang gering gehalten oder ganz ausge­ schlossen werden.According to the invention, a binder can advantageously be used which holding the metal oxide grains together. Thus, it is used for sintering A laser no longer requires the ceramic metal oxide grains to melt locally. Rather, it can be a three-dimensionally networked matrix be made from the binder that the precursor precursor together holds and picks up the metal oxide grains. In this way, in particular a volume contraction during the sintering process is kept low or completely be closed.

Die Zusammensetzung des porösen Precursor-Vorkörpers kann in gewünschter Weise variiert werden, so dass nach der Infiltration gewünschte Eigenschaften ausgebildet werden. Dies kann insbesondere durch eine Gradierung der Zu­ sammensetzung des porösen Precursor-Vorkörpers erfolgen, so dass nach der Infiltration äußere Bereiche eine größere Härte und innere Bereiche eine größere thermische Wärmeleitfähigkeit aufweisen können.The composition of the porous precursor pre-body can be as desired Ways can be varied so that after infiltration desired properties be formed. This can be done in particular by grading the Zu composition of the porous precursor body take place, so that after the Infiltration outer areas greater hardness and inner areas greater can have thermal thermal conductivity.

Der gesinterte Precursor-Vorkörper kann anschließend in an sich bekannter Weise mit der Metallschmelze infiltriert werden. Bei der Infiltration kann hierbei das Bindemittel zum einen von der Metallschmelze verdrängt werden. Dies kann insbesondere bei Verwendung eines organischen Bindemittels erfolgen. Weiter­ hin ist es möglich, dass das Bindemittel - zum Beispiel eine Metall-Legierung - nicht vollständig verdrängt wird und bei der nachfolgenden Reaktion zum Bei­ spiel zur Bildung der intermetallischen Phase teilnimmt.The sintered precursor pre-body can subsequently be known Be infiltrated with the molten metal. With infiltration, this can on the one hand, the binder is displaced by the molten metal. This can in particular when using an organic binder. more it is possible that the binding agent - for example a metal alloy - is not completely displaced and in the subsequent reaction to the game for the formation of the intermetallic phase.

Somit wird ein schnell und mit geringem Aufwand durchführbares Herstellungs­ verfahren für ein reaktionsgebundenes Konstruktionsteil geschaffen, das eine sichere Herstellung mit vorteilhafterweise geringer Volumenkontraktion gewährleistet. Als Konstruktionsteil kann insbesondere ein Gießformteil hergestellt wer­ den, wodurch ein rapid tooling ermöglicht wird.This means that production can be carried out quickly and with little effort created for a reaction-bound construction part, the one safe manufacture with advantageously low volume contraction guaranteed.  In particular, a mold part can be produced as a structural part that which enables rapid tooling.

Hierbei können bereits in dem Grünkörper zusätzlich Alumina-Körner verwendet werden, um den Anteil der Alumina-Phase in dem reaktionsgebundenen Kon­ struktionsteil zur erhöhen und eine stützende Matrix aus Alumina-Körnern si­ cherzustellen.Alumina grains can already be used in the green body the proportion of the alumina phase in the reaction-bound con structural part to increase and a supporting matrix of alumina grains si cherzustellen.

Die Infiltration mit der Metallschmelze kann in an sich bekannter Weiser durchgeführt werden. Infiltration with the molten metal can be carried out in a manner known per se be performed.  

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert.The invention will be explained in the following with reference to the attached drawing Embodiments explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem gepressten Grünkörper als Ausgangsma­ terial des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 1 shows a section of a pressed green body as material of the inventive method.

Fig. 2 den erfindungsgemäß hergestellten gesinterten porösen Precursor- Vorkörper. Fig. 2 shows the sintered porous preform precursor according to the invention.

Gemäß Fig. 1 sind Metalloxid-Körner aus einem oxidischen Keramikmaterial, zum Beispiel einer oder mehrerer der Verbindungen: TiO2, Fe2O3, FeTiO3, CaO, Cr2O3, CuO, Cu2O, CoO, Co2O3, FeO, Fe2O3, Fe3O4, HfO2, Li2O, MnO, MgO, MoO3, Na2O, Nb2O, Nb2O5, NiO, Si2O, TiO2, V2O5, WO3, Y2O3, ZrO2, einem Mul­ lit, einem Spinell, einem Zirkonat oder einem Titanat vorgesehen, die auf ihren Oberflächen mit Bindemittelschichten 3 versehen sind. Die Bindemittelschichten können hierbei eine einheitliche Dicke aufweisen oder unterschiedlich dick sein. Sie können auf die Metalloxid-Körner zum Beispiel durch einen Sprühvorgang, durch einen Eintauchvorgang in eine Lösung oder Schmelze oder ein anderes geeignetes Auftragverfahren aufgebracht werden. Das Bindemittel kann hierbei zum einen eine aufschmelzbare organische Verbindung sein. Weiterhin kann als Bindemittel der Bindemittelschichten 3 ein Metall beziehungsweise eine Metallle­ gierung verwendet werden.Referring to FIG. 1, metal oxide grains of an oxide ceramic material, for example one or more of the compounds: TiO 2, Fe 2 O 3, FeTiO 3, CaO, Cr 2 O 3, CuO, Cu 2 O, CoO, Co 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , HfO 2 , Li 2 O, MnO, MgO, MoO 3 , Na 2 O, Nb 2 O, Nb 2 O 5 , NiO, Si 2 O, TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , a mul lit, a spinel, a zirconate or a titanate are provided, which are provided on their surfaces with binder layers 3 . The binder layers can have a uniform thickness or different thicknesses. They can be applied to the metal oxide grains by, for example, spraying, dipping in a solution or melt, or other suitable application method. On the one hand, the binder can be a meltable organic compound. Furthermore, a metal or a metal alloy can be used as the binder of the binder layers 3 .

Die einzelnen Körner 4 werden in an sich bekannter Weise zu einem Grünkörper gepresst, zum Beispiel durch isostatisches Pressen. Hierbei wird die Herstellung des gepressten Grünkörpers durch die Bindemittelschichten 3 vereinfacht, da diese Bindemittelschichten beim Zusammenpressen besser aneinander haften als die Metalloxid-Körner.The individual grains 4 are pressed into a green body in a manner known per se, for example by isostatic pressing. Here, the production of the pressed green body is simplified by the binder layers 3 , since these binder layers adhere better to one another than the metal oxide grains when pressed together.

Anschließend wird der gepresste Grünkörper 1 durch einen Sintervorgang unter Verwendung eines Lasers, Plasma- oder Elektronenstrahls oder eines Lichtbo­ gens zu dem in Fig. 2 gezeigten Precursor-Vorkörper 5 gesintert. Hierbei wer­ den die Bindemittelschichten 3 um die einzelnen Metalloxid-Keramikkörner 2 herum durch den verwendeten Strahl oder Lichtbogen lokal aufgeschmolzen, so dass sich gemäß Fig. 2 eine dreidimensional vernetzte Bindemittel-Matrix 6 bildet. Hierbei können je nach dem verwendeten Bindemittel unterschiedliche Strahlen, zum Beispiel unterschiedlicher Intensität und/oder Strahlbreite, und insbesondere auch Laser unterschiedlicher Frequenz eingesetzt werden. Wei­ terhin kann in gewünschter Weise die Geschwindigkeit des Strahls oder Lichtbo­ gen eingestellt werden, durch die zusammen mit der Intensität die auf die Ober­ fläche abgegebene Energie eingestellt werden kann. Wichtig ist hierbei, dass durch den Strahl oder Lichtbogen eine lokale Temperaturerhöhung bewirkt wird, die zu einem Aufschmelzen des jeweiligen Bindemittels führt. Gemäß Fig. 2 sind die einzelnen Metalloxid-Körner 2 nunmehr in der Bindemittel-Matrix 6 ein­ gebettet. Weiterhin sind in der Bindemittel-Matrix 6 Poren 7 ausgebildet, die im Wesentlichen den Freiräumen zwischen den Körnern 4 in dem Grünkörper 1 entsprechen.Subsequently, the pressed green body 1 is sintered by a sintering process using a laser, plasma or electron beam or an electric arc to form the precursor precursor 5 shown in FIG. 2. Here, who melted the binder layers 3 around the individual metal oxide ceramic grains 2 around by the beam or arc used, so that a three-dimensionally crosslinked binder matrix 6 is formed according to FIG . Depending on the binder used, different beams, for example different intensities and / or beam widths, and in particular lasers of different frequencies can be used. Wei terhin can be set in the desired manner, the speed of the beam or Lichtbo gene, through which the energy emitted on the surface can be adjusted together with the intensity. It is important here that a local temperature increase is brought about by the beam or arc, which leads to melting of the respective binder. Referring to FIG. 2, the individual metal grains 2 are now embedded in a binder matrix. 6 Furthermore, pores 7 are formed in the binder matrix 6 , which essentially correspond to the free spaces between the grains 4 in the green body 1 .

Das Bindemittel der Bindemittelschichten 3 des Grünkörpers 1 wird beim Sintern mittels lokaler Erhitzung vorteilhafterweise nicht vollständig verflüssigt, sodass eine Benetzung der einzelnen Metalloxid-Körner 2 weiterhin sichergestellt ist und die Poren 7 nicht durch verflüssigtes Bindemittel verstopft werden. Beim Sintern wird somit eine lokale Aufweichung des jeweiligen Bindemittels bewirkt, sodass die Form des Grünkörpers beibehalten wird, vorteilhafterweise keine oder ledig­ lich eine geringe Volumenveränderung erfolgt und durchgängige Poren 7 sichergestellt werden.The binder of the binder layers 3 of the green body 1 is advantageously not completely liquefied during sintering by means of local heating, so that wetting of the individual metal oxide grains 2 is still ensured and the pores 7 are not blocked by liquefied binder. During sintering, a local softening of the respective binder is thus effected, so that the shape of the green body is retained, advantageously no or only a slight volume change takes place and continuous pores 7 are ensured.

Nachfolgend wird der Precursor-Vorkörper 5 in an sich bekannter Weise mit ei­ ner Metallschmelze aus Aluminium, Magnesium oder einer Aluminium- oder Magnesium-Legierung infiltriert. Diese Infiltration kann zum Beispiel durch ein Druckguss-, Pressguss- oder Gasdruckinfiltrationsverfahren erfolgen. Hierbei dringt die Metallschmelze in die Poren 7 ein. Das Bindemittel der Bindemittel- Matrix 6 wird durch die eindringende Metallschmelze erhitzt und aufgeweicht. Das Bindemittel kann hierbei aus dem Precursor-Vorkörper vollständig verdrängt werden. Weiterhin ist es möglich, dass das Bindemittel zum Beispiel bei einer zeitlich kürzeren Infiltration nicht vollständig verdrängt wird und an der nachfol­ genden Reaktion teilnimmt. Dies kann insbesondere bei Verwendung eines me­ tallischen Bindemittels erfolgen. Subsequently, the precursor precursor 5 is infiltrated in a manner known per se with a metal melt made of aluminum, magnesium or an aluminum or magnesium alloy. This infiltration can be carried out, for example, by a die casting, die casting or gas pressure infiltration process. The molten metal penetrates into the pores 7 . The binder of the binder matrix 6 is heated and softened by the penetrating metal melt. The binder can be completely displaced from the precursor preform. It is also possible that the binder, for example in the case of a shorter infiltration, is not completely displaced and takes part in the subsequent reaction. This can be done in particular when using a metallic binder.

Während der Infiltration und/oder nach der Infiltration findet die grundsätzlich bekannte Reaktionsbindung statt, bei der das Metalloxid der Metalloxid-Körner 2 durch die eindringende Metallschmelze reduziert wird, worauf hin das reduzierte Metall an der Bildung einer intermetallischen Phase, insbesondere einer Alumi­ nid-Phase teilnimmt. Die Metallschmelze wird teilweise oxidiert und bildet mit den verbleibenden Sauerstoff-Ionen neue Metalloxid-Körner, insbesondere Alumina- Körner. Bei Verwendung eines metallischen Bindemittels kann dieses an der Bildung der intermetallischen Phase beteiligt werden. Somit kann ein Teil der zur Reaktion verwendeten metallischen Verbindung bereits vorab als Bindemittel­ schicht 3 auf die Metalloxid-Körner aufgetragen werden. Hierbei kann zum Bei­ spiel eine kostengünstigere Metallschmelze aus zum Beispiel reinem Aluminium für die Infiltration verwendet werden, wenn weitere gewünschte Reaktionspartner bereits in dem Bindemittel vorhanden sind.During the infiltration and / or after the infiltration, the basically known reaction binding takes place, in which the metal oxide of the metal oxide grains 2 is reduced by the penetrating metal melt, whereupon the reduced metal forms an intermetallic phase, in particular an alumina phase participates. The molten metal is partially oxidized and forms new metal oxide grains, in particular alumina grains, with the remaining oxygen ions. If a metallic binder is used, it can be involved in the formation of the intermetallic phase. Thus, part of the metallic compound used for the reaction can be applied in advance as a binder layer 3 to the metal oxide grains. In this case, for example, a less expensive metal melt made of, for example, pure aluminum can be used for the infiltration if further desired reactants are already present in the binder.

Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform ist auch ein direktes Sintern von Metalloxid-Körnern 2 ohne Bindemittelschicht möglich. Hierbei wird zum Beispiel durch einen oder mehrere Laser-, Elektronen- oder Plasmastrahl(en) oder einen oder mehrere Lichtbogen eine starke lokale Erhitzung und hierdurch ein Sinter­ vorgang der Metalloxid-Körner gewährleistet, ohne eine aufwendige Erhitzung des gesamten Grünkörpers in einem Ofen auf sehr hohe Temperaturen zu benötigen. As an alternative to the embodiment shown, direct sintering of metal oxide grains 2 without a binder layer is also possible. Here, for example, strong local heating and thereby a sintering process of the metal oxide grains is ensured by one or more laser, electron or plasma beam (s) or one or more arcs, without extensive heating of the entire green body in an oven to a very high degree need high temperatures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Grünkörper
green body

22

Metalloxid-Körner
Metal oxide grains

33

Bindemittelschicht
binder layer

44

Körner
grains

55

Precursor-Vorkörper
Precursor preform

66

Bindemittel-Matrix
Binder matrix

77

Poren
pore

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines Konstruktionsteils, insbesondere eines Gießformteiles, bei dem ein poröser Precursor-Vorkörper (5) aus einem Metalloxid-Keramik­ material hergestellt und mit einer Metallschmelze aus Aluminium, Magne­ sium oder einer Aluminium- oder Magnesium-Legierung infiltriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Precursor-Vorkörper (5) durch Sintern mittels lokaler Er­ hitzung hergestellt wird.1. A method for producing a structural part, in particular a casting mold part, in which a porous precursor preform ( 5 ) made of a metal oxide ceramic material and infiltrated with a molten metal made of aluminum, magnesium or an aluminum or magnesium alloy, thereby characterized in that the porous precursor preform ( 5 ) is produced by sintering by means of local heating. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Erhitzung durch mindestens einen Laserstrahl, Elektro­ nenstrahl, Plasmastrahl oder Lichtbogen erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized, that local heating by at least one laser beam, electro beam, plasma beam or arc. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Laserstrahl, Elektronenstrahl, Plasmastrahl oder Lichtbogen zeitlich und räumlich derartig bewegt wird, dass der Pre­ cursor-Vorkörper (5) mit vorgegebener Form hergestellt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the at least one laser beam, electron beam, plasma beam or arc is moved in time and space in such a way that the pre-cursor pre-body ( 5 ) is produced with a predetermined shape. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der infiltrierte Precursor-Vorkörper einer Temperaturbehandlung un­ terzogen wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the infiltrated precursor pre-body of a temperature treatment un is educated. 5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Metalloxid-Körner (2) direkt zu dem porösen Precursor- Vorkörper (5) zusammengesintert werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that metal oxide grains ( 2 ) are sintered together directly to form the porous precursor preform ( 5 ). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Metalloxid-Körner (2) des porösen Precursor-Vorkörpers durch ein Bindemittel (6) zusammengehalten werden.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that metal oxide grains ( 2 ) of the porous precursor preform are held together by a binder ( 6 ). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Körner (2) auf ihrer Oberfläche Bindemittelschich­ ten (3) aufweisen, die bei der lokalen Erhitzung zusammengesintert wer­ den.7. The method according to claim 6, characterized in that the metal oxide grains ( 2 ) on their surface have binder layers ( 3 ), which are sintered together during local heating. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Metall oder eine organische Substanz ist8. The method according to claim 6 or 7, characterized, that the binder is a metal or an organic substance 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Grünkörper (1) aus Metalloxid-Körnern zusammenge­ setzt, insbesondere schichtweise zusammengesetzt wird, und nachfol­ gend zu dem Precursor-Vorkörper (5) gesintert wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that first a green body ( 1 ) is composed of metal oxide grains, in particular is assembled in layers, and is subsequently sintered to form the precursor precursor body ( 5 ). 10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Keramikkörner eine von Aluminium reduzierbare Me­ talloxid-Verbindung aufweisen, vorzugsweise eine oder mehrere der Ver­ bindungen: TiO2, Fe2O3, FeTiO3, CaO, Cr2O3, CuO, Cu2O, CoO, Co2O3, FeO, Fe2O3, Fe3O4, HfO2, Li2O, MnO, MgO, MoO3, Na2O, Nb2O, Nb2O5, NiO, Si2O, TiO2, V2O5, WO3, Y2O3, ZrO2, ein Mullit, ein Spinell, ein Zirko­ nat, ein Titanat. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal oxide ceramic grains have an aluminum reducible metal oxide compound, preferably one or more of the compounds: TiO 2 , Fe 2 O 3 , FeTiO 3 , CaO, Cr 2 O 3 , CuO, Cu 2 O, CoO, Co 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , HfO 2 , Li 2 O, MnO, MgO, MoO 3 , Na 2 O, Nb 2 O, Nb 2 O 5 , NiO, Si 2 O, TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , a mullite, a spinel, a zirconate, a titanate. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalloxid-Keramikkörner zusätzlich Al2O3 - Körner verwendet werden.11. The method according to claim 10, characterized in that Al 2 O 3 grains are additionally used as the metal oxide ceramic grains. 12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des infiltrierten Precursor-Vorkörpers räum­ lich variiert wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the composition of the infiltrated precursor body clears is varied. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der verwendeten Metalloxid-Keramikkörner und/oder des Bindemittels räumlich variiert wird.13. The method according to claim 12, characterized, that the composition of the metal oxide ceramic grains used and / or the binder is spatially varied. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der infiltrierte Precursor-Vorkörper in einem oder mehreren äußeren Bereichen eine größere Härte als in inneren Bereichen aufweist.14. The method according to claim 12 or 13, characterized, that the infiltrated precursor pre-body in one or more outer Areas has a greater hardness than in inner areas. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der infiltrierte Precursor-Vorkörper in zumindest einigen inneren Be­ reichen eine größere thermische Leitfähigkeit als in äußeren Bereichen aufweist.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized, that the infiltrated precursor pre-body in at least some inner Be a higher thermal conductivity than in external areas having. 16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze eine Temperatur von 750°C bis 900°C, insbe­ sondere 850°C aufweist. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the molten metal has a temperature of 750 ° C to 900 ° C, esp has a special 850 ° C.   17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Precursor- Vorkörper durch ein Druckguss-, Pressguss- oder Gasdruckinfiltrationsverfahren infiltriert wird.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the porous precursor preform is made by a die casting, die casting or gas pressure infiltration process. 18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Teil nach der Temperaturbehandlung einen Kera­ mikkörper aufweist, in dessen Poren im wesentlichen eine intermetal­ lische Phase, vorzugsweise eine Aluminid-Phase vorhanden ist.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the manufactured part has a Kera after the heat treatment has micro-bodies, in the pores of which is essentially an intermetal phase, preferably an aluminide phase is present. 19. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gießform oder ein Teil einer Gießform, insbesondere eine Druckgießform oder ein Teil einer Druckgießform hergestellt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a mold or part of a mold, especially one Die casting mold or part of a die casting mold is produced. 20. Konstruktionsteil, insbesondere Gießformteil, das mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.20. Construction part, in particular mold part, using a method is produced according to one of the preceding claims.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004103610A1 (en) * 2003-05-24 2004-12-02 Daimlerchrysler Ag Method for production of a workpiece from a composite material
WO2009015642A2 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Josch Strahlschweisstechnik Gmbh Mechanically resistant member for castings, and method for the production thereof
DE112007000923B4 (en) * 2006-12-12 2017-02-16 Technische Universität Bergakademie Freiberg Composite material of metal and ceramic, process for its production, its use and energy absorption component
DE102017008848A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-21 Wolfgang Kochanek Method for producing intermetallic components
DE102017124064A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-18 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg METHOD FOR THE LOCAL INFLUENCE OF PROPERTIES OF A COMPONENT AND COMPONENT COMPRISING A POROUS BASE MATERIAL AND AN ADDITIONAL MATERIAL

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3924268A1 (en) * 1989-07-22 1991-01-31 Vaw Ver Aluminium Werke Ag CERAMIC METAL COMPOSITE
DE3914010C2 (en) * 1989-04-26 1995-09-14 Osaka Fuji Corp Process for the production of metal-ceramic composites and use of the process for controlling the material properties of composites

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3914010C2 (en) * 1989-04-26 1995-09-14 Osaka Fuji Corp Process for the production of metal-ceramic composites and use of the process for controlling the material properties of composites
DE3924268A1 (en) * 1989-07-22 1991-01-31 Vaw Ver Aluminium Werke Ag CERAMIC METAL COMPOSITE

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004103610A1 (en) * 2003-05-24 2004-12-02 Daimlerchrysler Ag Method for production of a workpiece from a composite material
DE112007000923B4 (en) * 2006-12-12 2017-02-16 Technische Universität Bergakademie Freiberg Composite material of metal and ceramic, process for its production, its use and energy absorption component
WO2009015642A2 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Josch Strahlschweisstechnik Gmbh Mechanically resistant member for castings, and method for the production thereof
DE102008032271A1 (en) 2007-07-30 2009-02-12 Ambos, Eberhard, Prof. Dr.-Ing. Hard material body for molded parts and method for its production
WO2009015642A3 (en) * 2007-07-30 2009-05-22 Josch Strahlschweisstechnik Gm Mechanically resistant member for castings, and method for the production thereof
DE102017008848A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-21 Wolfgang Kochanek Method for producing intermetallic components
DE102017124064A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-18 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg METHOD FOR THE LOCAL INFLUENCE OF PROPERTIES OF A COMPONENT AND COMPONENT COMPRISING A POROUS BASE MATERIAL AND AN ADDITIONAL MATERIAL
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