DE10114774A1 - Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-Komposits und Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Körpers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-Komposits und Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen KörpersInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-Komposits bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form; Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten; Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form; und Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und dann Imprägnieren der Poren des geformten Körpers oder der Poren eines porösen keramischen Körpers, der durch das Brennen des geformten Körpers hergestellt worden ist, mit einem Metall. Das Verfahren kann ein Metall/Keramik-Komposit mit einer engen Metallverteilung mit geringem Kostenaufwand erzeugen, während der Metallgehalt frei kontrollierbar ist, wobei er für komplexe Formen, oder für Produkte mit unterschiedlicher Dicke oder sehr dicken Produkten, und darüber hinaus für einfache Formen ausgestaltet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Metall/Keramik-Komposits und ebenso
auf ein Verfahren zur Herstellung eines porösen
keramischen Körpers mit kommunizierenden Poren. Das in
der vorliegenden Erfindung hergestellte Metall/Keramik-
Komposit ist hoch kompakt und ist für Werkzeuge
beziehungsweise Vorrichtungen für verschiedene Öfen
geeignet. Der durch die vorliegende Erfindung
hergestellte poröse keramische Körper ist hauptsächlich
für die Herstellung von Metall/Keramik-Komposits
geeignet.
Ein Metall/Keramik-Komposit wurde im Allgemeinen durch
Imprägnierung eines im voraus hergestellten porösen
keramischen Körpers mit einem Metall hergestellt. Deshalb
hängt die Qualität des durch das vorstehende Verfahren
hergestellten Metall/Keramik-Komposits überaus von dem
Verfahren ab, mit welchem der poröse keramische Körper
hergestellt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers umfasst das Hinzufügen eines porenerzeugenden
Mittels, eines organischen Bindemittels und dergleichen
zu einem Ansatzpulver beziehungsweise Ausgangsstoffpulver
und deren Vermischung; das Formen einer erhaltenen
Mischung; und das Brennen eines getrockneten geformten
Körpers, um einen porösen keramischen Körper zu erhalten.
In einem weiteren Verfahren wird eine Brenntemperatur,
die geringer als die Temperatur zur Herstellung einer
kompakten Keramik ist, während des Verfahrens zur
Herstellung des kompakten keramischen Körpers eingesetzt,
um einen porösen keramischen Körper zu erhalten.
Jedes Verfahren umfasst einen Formungsschritt, z. B. eine
Pressformung, eine Spritzgussformung oder ein
Gießverfahren, wobei die Pressformung nicht für komplexe
Formen geeignet ist. Das Gießverfahren für komplexe
Formen ist zur Formung von dickwandigen Produkten und
Produkten mit unterschiedlicher Dicke nicht geeignet. Die
anderen in diesem Verfahren umfassten Probleme, schließen
eine kurze Verwendbarkeit der Form und die Notwendigkeit
eines Bindemittels ein. Die Spritzgussformung bedarf sehr
hohen Anlagenkosten, was einer der damit verbundenen
Hauptnachteile ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers, welches die Schritte des Hinzufügens eines
porenerzeugenden Mittels, eines organischen Bindemittels
und dergleichen zu einem Ansatzpulver und deren
Vermischung; das Formen einer erhaltenen Mischung; und
das Brennen eines getrockneten geformten Körpers, um den
porösen keramischen Körper zu erhalten, umfasst, hat
seine eigenen Nachteile: z. B., die Schwierigkeit beim
Abbinden, da große Mengen des porenerzeugenden Mittels
und des organischen Bindemittels verbrennen, und die
Produkte ziemlich leicht reißen.
Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits ist auf dieses Verfahren zur
Herstellung des porösen keramischen Körpers beschränkt,
und bis jetzt wurde kein Verfahren zur Herstellung von
Produkten mit komplexer Form, von Produkten mit
unterschiedlicher Dicke oder von sehr dicken Produkten
mit einer engen Metallverteilung mit einem geringen
Kostenaufwand, während der Metallgehalt frei
kontrollierbar ist, geschaffen.
Die vorliegende Erfindung wurde vollbracht, um die
vorstehenden Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Metall/Keramik-Komposits mit einer engen
Metallverteilung bei einem geringen Kostenaufwand
vorzusehen, während der Metallgehalt frei einstellbar
ist, wobei das Verfahren für Produkte mit komplexer Form
oder Produkte mit unterschiedlicher Dicke oder hochdicken
Produkten geschaffen ist, ganz zu schweigen von einfachen
Formen bei der Herstellung von Metall/Keramik-Komposits.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers vorzusehen, der zur Herstellung von
Metall/Keramik-Komposits geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Metall/Keramik-Komposits vorgesehen,
welches die folgenden Schritte umfasst: Hinzufügen von
Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der
Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige
Form; Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten
eines gehärteten Körpers auszuhärten; Freisetzen des
gehärteten Körpers aus der Form; Trocknen des gehärteten
Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und dann
Imprägnieren des geformten Körpers mit einem Metall in
seinen Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erhalten.
Es ist für das vorstehende Verfahren bevorzugt,
Siliciumcarbid als Keramik und Silicium oder Kupfer als
Metall einzusetzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Metall/Keramik-Komposlts vorgesehen,
welches die folgenden Schritte umfasst: Hinzufügen von
Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der
Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige
Form; Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten
eines gehärteten Körpers auszuhärten; Freisetzen des
gehärteten Körpers aus der Form; Trocknen des gehärteten
Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; Brennen
des geformten Körpers, um einen porösen keramischen
Körper zu erhalten; und Imprägnieren des Körpers mit
einem Metall in seine Poren, um das Metall/Keramik-
Komposit zu erhalten.
Es ist für das vorstehende Verfahren bevorzugt,
Siliciumcarbid als Keramik und Silicium oder Kupfer als
Metall einzusetzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein
Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers vorgesehen, welches die folgenden Schritte
umfasst: Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen
Aufschlämmung; Gießen der Aufschlämmung in eine für
Wasser nicht absorptionsfähige Form; Erwärmen der
Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten
Körpers auszuhärten; Freisetzen des gehärteten Körpers
aus der Form; Trocknen des gehärteten Körpers, um einen
geformten Körper zu erhalten; und dann Brennen des
geformten Körpers, um den porösen keramischen Körper zu
erhalten, wobei der poröse keramische Körper durch die
Vergrößerung der Keramikteilchen derart erhalten wird,
dass die durch das Brennen hervorgerufene Schrumpfung des
Körpers kaum auftritt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine offene
Porosität des porösen keramischen Körpers durch Änderung
des Stärkegehalts der keramischen Aufschlämmung erzeugen,
so dass sie bei 30% oder mehr, aber bei 60% oder
weniger liegt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen in der Herstellung des
porösen keramischen Körpers der vorliegenden Erfindung
umfassten Sinterungsmechanismus.
Fig. 2 stellt eine Fotografie der Mikrostruktur des
Si/SiC-Komposits der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 3 stellt eine Fotografie der Mikrostruktur des mit
Si imprägnierten SiC-Gussstücks dar, welches durch das
Vergleichsbeispiel hergestellt wurde.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch die
bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, welche
selbstverständlich die vorliegende Erfindung keineswegs
einschränken.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits (erstes Verfahren) ergibt ein
Produkt mit einer engen Dichteverteilung über den
gesamten Körper, unabhängig von der Dicke oder der Form
eines jeden Bereichs, selbst falls er eine komplexe Form
aufweist, und mit einer engen Metallverteilung, die in
dem mit einem Metall imprägnierten Komposit keine
Fehlstellen aufweist. Es kann ebenso durch Änderung des
Stärkegehalts einer keramischen Aufschlämmung der
Metallgehalt leicht und frei eingestellt werden.
Der geformte keramische Körper kann mit einem Metall in
seinen Poren, z. B., durch Schmelzen des auf dem
getrockneten Körper in einer Inertgasatmosphäre
platzierten Metalls und durch das Eindringen des Metalls
in die Poren imprägniert werden. Der Mechanismus, durch
den die geformte Keramik seine Form behält, während das
geschmolzene Metall in die Poren eindringt, ist nicht gut
verstanden. Man geht jedoch davon aus, dass die
keramischen Teilchen durch die van-der-Waals-Kraft
voneinander angezogen werden, um die Form des geformten
Körpers beizubehalten, was weiterhin durch eine
Kapillarkraft, die durch das geschmolzene Metall erzeugt
wird, welches die Oberfläche der keramischen Teilchen gut
benetzt, gefördert wird, wobei die Benetzung des Körpers
von den Bereichen aus stattfindet, an denen die Teilchen
miteinander in Kontakt kommen (ein solcher Bereich wird
als Hals bezeichnet).
Der geformte keramische Körper, dessen Zwischenräume
zwischen den keramischen Teilchen und dessen Hohlräume
rund um die Teilchen mit dem geschmolzenen Metall gefüllt
sind, geht in das gestärkte Metall/Keramik-Komposit über,
wenn es zur Verfestigung des Metalls abgekühlt wird. Das
Metall ist bevorzugt für die Keramik gut benetzungsfähig,
und das Metall ist bevorzugt Silicium, falls die Keramik
Siliciumcarbid ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung
eines Metall/Keramik-Komposits (zweites Verfahren)
umfasst die folgenden Schritte: Hinzufügen von Stärke zu
einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der Aufschlämmung
in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form; Erwärmen
der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten
Körpers auszuhärten; Freisetzen des gehärteten Körpers
aus der Form; Trocknen des gehärteten Körpers, um einen
geformten Körper zu erhalten; Brennen des geformten
Körpers, um einen porösen keramischen Körper zu erhalten;
und Imprägnierendes Körpers mit einem Metall in seinen
Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erzeugen.
Der durch die vorliegende Erfindung hergestellte poröse
keramische Körper weist eine enge Verteilung der offenen
Porosität über den gesamten Körper auf, da er durch das
Brennen des getrockneten geformten Körpers mit einer
engen Dichteverteilung über den gesamten Körper,
unabhängig von der Dicke oder dem Körper eines jeden
Bereichs, selbst falls er eine unterschiedliche Dicke
aufweist, sehr dick ist oder eine komplexe Form aufweist,
hergestellt wird.
Das Metall/Keramik-Komposit, das durch Imprägnieren eines
solchen porösen keramischen Körpers mit einer engen
Verteilung der offenen Porosität mit einem Metall
hergestellt wird, weist ebenso eine enge Metallverteilung
auf, unabhängig von der Dicke oder der Form. Der
gebrannte poröse keramische Körper kann mit einem Metall
in seinen Poren durch verschiedene Verfahren imprägniert
werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt,
durch das Schmelzen des Metalls, das auf dem porösen
keramischen Körper platziert ist, unter einer
Inertgasatmosphäre und durch das Eindringen des Metalls
in die Poren unter normalen Druck; durch das Pressen des
geschmolzenen Metalls in die Poren; und durch Verfestigen
des Metalldampfes in den Poren. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann das Metall/Keramik-Komposit mit einer
engen Metallverteilung erzeugen, selbst wenn es mit einem
Metall von niedriger Benetzbarkeit für den keramischen
Körper imprägniert wird.
Eines der charakteristischen Merkmale des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines
porösen keramischen Körpers (drittes Verfahren) ist, dass
der poröse keramische Körper mit kommunizierenden Poren
durch eine Vergrößerung der Keramikteilchen derart
erzeugt wird, dass eine durch das Brennen hervorgerufene
Schrumpfung kaum auftritt.
Ein weiteres Merkmal ist, dass der getrocknete geformte
Körper (Grünkompakt) ein getrockneter geformter Körper
ist, der durch das die folgenden Schritte umfassende
Verfahren hergestellt wird: Hinzufügen von Stärke zu
einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der Aufschlämmung
in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form; Erwärmen
der Aufschlämmung zum Aushärten; Freisetzen des
gehärteten Körpers aus der Form; und Trocknen des
Körpers.
In der vorliegenden Erfindung versteht man unter der
derartigen Vergrößerung der keramischen Teilchen, dass
eine durch das Brennen hervorgerufene Schrumpfung kaum
auftritt, dass das Brennen ohne große Schrumpfung während
des Schrittes des Brennens der groben, den getrockneten
geformten Körper aufbauenden Keramikteilchen durchgeführt
wird, weil Verdampfungs- und Kondensations- oder
Diffusionsphänomene wie in Fig. 1 veranschaulicht
auftreten. Die Verdampfung der keramischen Teilchen 1 von
der Oberfläche und die Kondensation auf die Abschnitte
der Kontakte 2 zwischen den Teilchen (Halsabschnitte)
oder die Diffusion in die Abschnitte der Kontakte 2
zwischen den Teilchen (Halsabschnitte) der Atome in der
Nachbarschaft zu der Teilchenoberfläche, rufen eine
Verbindung der Abschnitte der Kontakte 2 zwischen den
Teilchen (Halsabschnitte) verstärkt hervor, während der
Abstand von Zentrum zu Zentrum zwischen den Teilchen 1 im
Wesentlichen intakt bleibt, und daher wird im
Wesentlichen die Schrumpfung des Körpers kontrolliert.
Während des gewöhnlichen Brennens eines keramischen
Körpers werden die Teilchen im Allgemeinen durch den
viskosen Fluss oder die Diffusion innerhalb des Teilchens
gesintert, womit eine Verringerung des Abstands von
Zentrum zu Zentrum zwischen den Teilchen und eine
Verminderung der Zwischenräumen zwischen den Teilchen und
der Hohlräumen rund um die Teilchen verbunden ist, so
dass die Poren geschlossen oder eventuell zerstört sind.
Die durch das Verbrennen der Stärke erzeugten Poren
verbleiben als die geschlossenen Poren.
Im Gegensatz dazu werden in dem erfindungsgemäßen
Verfahren die groben Keramikteilchen gebrannt, um im
Wesentlichen die Schrumpfung des keramischen Körpers zu
kontrollieren, wobei die Pore 3 von den Teilchen 1
umgeben bleibt, welche mit den durch das Verbrennen der
Stärke erzeugten Poren verbunden ist (nicht gezeigt). Als
Ergebnis behält der poröse keramische Körper als Einheit
die kommunizierenden Poren bei, selbst nachdem er
gebrannt worden ist.
Außerdem weist der getrocknete geformte Körper eine enge
Dichteverteilung über den gesamten Körper, unabhängig von
der Dicke oder der Form, auf, da er durch das Verfahren
hergestellt wird, welches die folgenden Schritte umfasst:
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht
absorptionsfähige Form; Erwärmen der Aufschlämmung zur
Aushärtung; Freisetzen des gehärteten Körpers aus der
Form; und Trocknen des Körpers. Die für Wasser
absorptionsfähige Form, z. B., aus Gips, die im
Allgemeinen zur Erzeugung eines Körpers aus einer
keramischen Aufschlämmung eingesetzt wird, kann nur ein
dünnwandiges Produkt oder ein dickwandiges Produkt mit
gleichförmiger Dicke erzeugen. Ein Körper mit
unterschiedlichen Dicken weist unterschiedliche Dichten
in jedem Bereich auf und ein sehr dicker Körper kann
nicht erzeugt werden, falls eine solche Form eingesetzt
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt einen porösen
Körper, welcher eine enge Dichteverteilung über den
gesamten Körper, unabhängig von der Dicke oder der Form,
aufweist, selbst wenn er eine unterschiedliche Dicke
aufweist, sehr dick ist oder eine komplexe Form aufweist.
Das zu der keramischen Aufschlämmung hinzugefügte Wasser
verbleibt im Gesamten entweder in dem Gel mit Stärke oder
als in den Zwischenräumen zwischen den keramischen
Teilchen, die den Körper aufbauen, vorhandenes Wasser.
Der getrocknete geformte Körper wird auf eine solche
Weise gebrannt, um die Schrumpfung zu kontrollieren, und
der sich ergebene poröse Körper stellt in jedem Bereich
offene Poren und eine offene Porosität sicher, welche
frei und leicht auf 30 bis 40% durch Änderung des
Stärkegehalts kontrolliert werden kann. Er springt ebenso
nur in einem gewissen Ausmaß während des Brennschrittes.
Der erfindungsgemäße, somit hergestellte keramische
Körper kann das hochqualitative Metall/Keramik-Komposit
mit einer engen Metallverteilung, unabhängig von der Form
oder der Dicke, ergeben.
Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße poröse
keramische Körper, dessen Teilchen sich vergrößern, um im
Wesentlichen eine durch das Brennen hervorgerufene
Schrumpfung zu verhindern, wird geeigneter Weise für das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits eingesetzt (zweites Verfahren).
Ein weiterer Typ des porösen keramischen Körpers, der für
das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, ist ein
Körper, der unter Einsatz eines Materials wie etwa
Aluminiumoxid hergestellt wird, welches beim Backen
verdichtet wird. Der getrocknete geformte Körper in
diesem Falle weist ebenso eine enge Dichteverteilung über
den gesamten Körper, unabhängig von der Form oder der
Dicke, auf, da er durch das die folgenden Schritte
umfassende Verfahren hergestellt wird: Hinzufügen von
Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der
Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige
Form; Erwärmen der Aufschlämmung zur Aushärtung;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form; und
Trocknen des Körpers.
Der somit hergestellte getrocknete geformte Körper weist
eine enge Dichteverteilung über den gesamten Körper,
unabhängig von der Dicke oder der Form, auf, selbst wenn
er eine unterschiedliche Dicke aufweist, sehr dick ist
oder eine komplexe Form aufweist. Das insgesamt zu der
keramischen Aufschlämmung hinzugefügte Wasser verbleibt
im Gesamten entweder in dem Gel mit Stärke oder als ein
in den Zwischenräumen zwischen den keramischen Teilchen,
die den Körper aufbauen, vorhandenes Wasser.
Der poröse keramische Körper, der durch Brennen des
getrockneten geformten Körpers aus Aluminiumoxid oder
dergleichen, welcher beim Brennen verdichtet wird,
hergestellt worden ist, weist offene Poren und eine
offene Porosität in jedem Bereich auf, in dem die offene
Porosität frei und leicht auf 5 bis 60% durch Änderung
des Stärkegehalts kontrolliert werden kann. Der poröse
keramische Körper weist bevorzugt eine offene Porosität
von 20 bis 60% und weiter bevorzugt von 30 bis 60% auf,
um das hochqualitative Metall/Keramik-Komposit mit einer
engen Metallverteilung zu ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits (zweites Verfahren) ist zur
Herstellung des Komposits mit enger Metallverteilung
durch Imprägnieren des porösen keramischen Körpers mit
einer engen Verteilung der offenen Porosität mit einem
Metall geeignet. Die Herstellung des Metall/Keramik-
Komposits mit einer engen Metallverteilung ist nicht der
einzige Bereich, für den dieses Verfahren anwendbar ist.
Zum Beispiel ist es ebenso zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits mit dem in der
Oberflächenschicht konzentrierten Metall durch
Imprägnieren des porösen keramischen Körpers mit einer
offenen Porosität von 20% oder weniger nur in der
Nachbarschaft der Oberfläche mit dem Metall anwendbar.
Das Verhältnis von Wasser zu Stärke in der Aufschlämmung
liegt bevorzugt bei etwa 80% oder weniger, obwohl es in
Abhängigkeit von dem Typ des keramischen Materials
variiert. Bei mehr als etwa 80% kann die Trocknung des
geformten Körpers erschwert sein, und eine vergrößerte
Porosität kann nicht länger erwartet werden.
Die Stärke ist bevorzugt in zwei Masseteilen oder mehr
pro 100 Masseteilen des gepulverten keramischen Materials
vorhanden. Bei weniger als zwei Masseteilen kann der
geformte Körper vor der Trocknung übermäßig weich sein
und sich übermäßig deformieren.
Verschiedene Typen von oxidischen und nicht-oxidischen
keramischen Materialien sind für die vorliegende
Erfindung einsetzbar, einschließlich Aluminiumoxid,
Zirconiumoxid und Siliciumcarbid. Die bevorzugten
Materialien sind jedoch solche, die durch den
Evaporations/Kondensations-Mechanismus gesintert werden,
z. B. Siliciumcarbid.
Die Stärke wirkt gleichzeitig als das porenerzeugende
Mittel und als das Bindemittel und daher kann ein
weiterer Typ an organischem Bindemittel eingespart
werden, womit die Materialkosten reduziert werden und die
Verarbeitbarkeit verbessert wird. Ein gehärtetes Harz
kann eingespart werden, wodurch die Menge der durch das
Verbrennen während des Brennschrittes erzeugten und aus
dem Inneren des Körpers freigesetzten Gase reduziert
wird. Und daher verkürzt sich die Brennzeit, verbessert
sich die Produktivität und reduzieren sich die Kosten.
Die für Wasser nicht absorptionsfähige Form der
vorliegenden Erfindung kann aus einem Metall, Harz oder
dergleichen sein und ist solange nicht beschränkt, wie
sie nicht für Wasser absorptionsfähig ist. Jedoch ist sie
bevorzugt wärmeleitfähig und verschleißbeständig. Mit
einer solchen Form kommt es zu keinen Problemen, z. B.,
Klumpenbildung, und die Form ist über eine lange
Zeitdauer einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung wird durch Beispiele konkreter
beschrieben.
Eine Mischung aus 60 Masseteilen gepulvertem SiC mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von rund 100 µm,
40 Masseteilen gepulvertem SiC mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von rund 3 µm,
0,15 Masseteilen eines Dispergiervermittlers
(Ammoniumpolycarboxylatsalz) und 22 Masseteilen Wasser,
das einem Ionenaustausch unzerzogen worden war, wurden in
einem Topf vermahlen, um eine SiC-Aufschlämmung
herzustellen. Eine vorgegebene Menge an Kartoffelstärke
wurde zu der Aufschlämmung hinzugefügt, die Mischung
wurde in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form
gegossen und auf 90°C erwärmt, um einen geformten Körper
zu erzeugen. Er wurde mittels einer Heißluft-
Trockenvorrichtung getrocknet, um den getrockneten
geformten Körper herzustellen.
Der vorstehende getrocknete geformte Körper wird unter
einer Stickstoffatmosphäre entbunden und bei 2300°C
unter einer Argonatmosphäre gebrannt.
Die Werte der offenen Porosität der Proben des porösen
Körpers aus somit hergestelltem gebrannten SiC sind in
der Tabelle 1 angegeben.
Der poröse Körper des in Beispiel 1 hergestellten
gebrannten SiC wurde mit geschmolzenem Kupfer mittels
Einpressen imprägniert, um das Cu/SiC-Komposit
herzustellen. Die Volumengehalte an Kupfer der
Kompositproben sind in Tabelle 2 angegeben.
Der getrocknete geformte Körper aus SiC mit dem gleichen
Stärkegehalt wie in der in Tabelle 1 gezeigten Probe 1
wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1
hergestellt, und mit Si durch Platzieren von Si auf dem
getrockneten geformten Körper aus SiC imprägniert,
erwärmt und zur Herstellung des Si/SiC-Komposits
geschmolzen. Er hatte einen SiC-Gehalt von etwa 34%.
Fig. 2 zeigt die Fotografie von dessen Mikrostruktur, in
der SiC und Si durch die schwarzen bzw. weißen Bereiche
dargestellt sind.
Eine Mischung aus 100 Masseteilen gepulverten Al2O3 mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von rund 0,5 µm,
0,5 Masseteilen eines Dispergiervermittlers
(Ammoniumpolycarboxylatsalz) und 25 Masseteilen Wasser,
das einem Ionenaustausch unzerzogen worden war, wurde in
einem Topf vermahlen, um die Al2O3-Aufschlämmung
herzustellen. Eine gegebene Menge an Kartoffelstärke
wurde zu der Aufschlämmung hinzugefügt, die Mischung
wurde in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form
gegossen und auf 85°C erwärmt, um den geformten Körper
zu erzeugen. Er wurde getrocknet, um den Wassergehalt
einzustellen, um einen getrockneten geformten Körper zu
erhalten, unter Luft entbunden und bei 1600°C gebrannt.
Der somit hergestellte poröse Körper wurde dann mit
geschmolzenem Al durch Einpressen imprägniert, um das
Al/Al2O3-Komposit herzustellen. Die Aluminiumgehalte
(Vol.-%) der Al/Al2O3-Kompositproben (Proben 7 bis 11)
sind in Tabelle 3 angegeben.
Die in Tabelle 3 gezeigte Probe 7 enthält 5 Masseteile
hinzugefügter Stärke und dessen Komposit weist einen
Al-Gehalt 2 Vol.-% auf. Die Hauptmerkmale der Probe 7
sind die, dass das Komposit mit 2 Vol.-% Al nur in der
Nachbarschaft der Oberfläche imprägniert ist, und dass
der poröse Körper geschlossene Poren im Zentrum in der
Richtung der Dicke aufweist. Die Ergebnisse für die
Proben 8 bis 10 zeigen, dass das Komposit immer
gleichmäßig mit Al imprägniert ist, wenn 20 Masseteile
oder mehr an Stärke hinzugefügt worden sind, und sehr
gleichmäßig mit Al imprägniert ist, wenn 40 bis
50 Masseteile von Stärke hinzugefügt worden sind.
Für die Probe 11 übersteigt der Gesamtgehalt an Stärke
und Wasser 80 Vol.-% in der Aufschlämmung, da
75 Masseteile Stärke hinzugefügt worden sind. Sie weist
eine geringere offene Porosität als Beispiel 10 auf, in
dem 50 Masseteile Stärke hinzugefügt worden sind, wodurch
sich zeigt, dass es schwierig ist, einen rissfreien
gebrannten porösen Körper zu erhalten, falls Stärke mit
75 Masseteilen oder mehr hinzugefügt wird.
Der geformte Körper aus SiC, der mittels des
herkömmlichen Gießverfahrens hergestellt worden ist,
wurde mit Si auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3
imprägniert, um das Si/SiC-Komposit herzustellen. Die
Fig. 3 stellt die Fotografie von dessen Mikrostruktur
dar. Vergleicht man die in Fig. 1 gezeigte Fotografie mit
der in Fig. 3 für das imprägnierte Gussteil gezeigten,
zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Si/SiC-Komposit mit
Si in den Poren, die durch verbrannte Stärke
zurückbleiben, imprägniert worden ist.
Wie vorstehend diskutiert wurde, kann das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits das Komposit, dessen
Metallgehalt je nach Wunsch frei verändert werden kann,
und das Komposit mit einem geringen Gehalt an
imprägniertem Metall erzeugen. Es kann ebenso das
Metall/Keramik-Komposit mit einer engen Metallverteilung
über den gesamten Körper mit geringem Kostenaufwand
hergestellt werden, selbst wenn er eine komplexe Form
oder eine unterschiedliche Dicke aufweist oder sehr dick
ist. Außerdem kann das mit einem Metall imprägnierte
Metall/Keramik-Komposit nur in der Nachbarschaft der
Oberfläche erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
porösen keramischen Körpers kann das Produkt mit einer
engen Verteilung der offenen Porosität über den gesamten
Körper, unabhängig von der Dicke oder Form, mit geringen
Anlagenkosten, selbst falls es eine unterschiedliche
Dicke aufweist, sehr dick ist oder eine komplexe Form
aufweist, erzeugen.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Metall/Keramik-Komposits bereitgestellt, welches die
folgenden Schritte umfasst: Hinzufügen von Stärke zu
einer keramischen Aufschlämmung; Gießen der Aufschlämmung
in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form; Erwärmen
der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten
Körpers auszuhärten; Freisetzen des gehärteten Körpers
aus der Form; und Trocknen des gehärteten Körpers, um
einen geformten Körper zu erhalten; und dann Imprägnieren
der Poren des geformten Körpers oder der Poren eines
porösen keramischen Körpers, der durch das Brennen des
geformten Körpers hergestellt worden ist, mit einem
Metall. Das Verfahren kann ein Metall/Keramik-Komposit
mit einer engen Metallverteilung mit geringem
Kostenaufwand erzeugen, während der Metallgehalt frei
kontrollierbar ist, wobei er für komplexe Formen, oder
für Produkte mit unterschiedlicher Dicke oder sehr dicken
Produkten, und darüber hinaus für einfache Formen
ausgestaltet ist.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-
Komposits, das die folgenden Schritte umfasst:
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und
dann Imprägnieren des geformten Körpers mit einem Metall in seinen Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erhalten.
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und
dann Imprägnieren des geformten Körpers mit einem Metall in seinen Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erhalten.
2. Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-
Komposits gemäß Anspruch 1, wobei die Keramik
Siliciumcarbid ist und das Metall Silicium oder Kupfer
ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-
Komposits, das die folgenden Schritte umfasst:
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten;
Brennen des geformten Körpers, um einen porösen keramischen Körper zu erhalten; und
Imprägnieren des Körpers mit einem Metall in seinen Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erhalten.
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten;
Brennen des geformten Körpers, um einen porösen keramischen Körper zu erhalten; und
Imprägnieren des Körpers mit einem Metall in seinen Poren, um das Metall/Keramik-Komposit zu erhalten.
4. Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-
Komposits gemäß Anspruch 3, wobei die Keramik
Siliciumcarbid ist und das Metall Silicium oder Kupfer
ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers, das die folgenden Schritte umfasst:
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und dann
Brennen des geformten Körpers, um den porösen keramischen Körper zu erhalten, wobei der poröse keramische Körper durch eine Vergrößerung der Keramikteilchen derart erhalten wird, dass die durch das Brennen hervorgerufene Schrumpfung des Körpers kaum auftritt.
Hinzufügen von Stärke zu einer keramischen Aufschlämmung;
Gießen der Aufschlämmung in eine für Wasser nicht absorptionsfähige Form;
Erwärmen der Aufschlämmung, um sie zum Erhalten eines gehärteten Körpers auszuhärten;
Freisetzen des gehärteten Körpers aus der Form;
Trocknen des gehärteten Körpers, um einen geformten Körper zu erhalten; und dann
Brennen des geformten Körpers, um den porösen keramischen Körper zu erhalten, wobei der poröse keramische Körper durch eine Vergrößerung der Keramikteilchen derart erhalten wird, dass die durch das Brennen hervorgerufene Schrumpfung des Körpers kaum auftritt.
6. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen
Körpers gemäß Anspruch 5, wobei die offene Porosität des
porösen keramischen Körpers durch Änderung des
Stärkegehalts der keramischen Aufschlämmung auf 30% oder
mehr, aber weniger als 60%, erzeugt wird.
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