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 Körpers

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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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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.
Beispiel 1
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.
Tabelle 1
Beispiel 2
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.
Tabelle 2
Beispiel 3
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.
Beispiel 4
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.
Tabelle 3
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.
Vergleichsbeispiel
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.
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.
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.
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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