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Die
Erfindung betrifft einen Vorkörper für ein keramisches
Bauteil, umfassend eine Pressform mit einem Aufnahmeraum für
eine Pulverschüttung, und mindestens einen Stempel, über
welchen auf das Pulver der Pulverschüttung im Aufnahmeraum
ein Pressdruck ausübbar ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Vorkörpers
für ein keramisches Bauteil, bei dem der Vorkörper
durch Pressung einer Pulverschüttung hergestellt wird.
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Es
ist bekannt, Vorkörper zur Herstellung von keramischen
Bauteilen und insbesondere carbidkeramischen Bauteilen durch Pressung
einer Pulvermischung herzustellen. Die Pulvermischung enthält
ein Bindemittel wie ein Harz und kohlenstoffhaltiges Material wie
Holz. Durch Pressung und Aushärtung wird ein Grünkörper
hergestellt. Dieser wird anschließend pyrolysiert, um den
Grünkörper in einen offenporösen Kohlenstoffkörper
zu wandeln. Dieser Kohlenstoffkörper wiederum wird dann
keramisiert beispielsweise durch Schmelzinfiltration eines Carbidbildners
wie Silicium.
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Aus
der
DE 103 29 822
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Strukturkeramiken
und/oder Funktionskeramiken aus Siliciumcarbid-Keramik bekannt, bei
welchem aus einem cellulosehaltigen Werkstoff ein poröser
Vorkörper hergestellt wird, der poröse Vorkörper
mittels Pyrolyse in einen offenporösen Kohlenstoffkörper
umgewandelt wird und der offenporöse Kohlenstoffkörper
durch Infiltration von Silicium umfassenden Materialien in eine
Silicium umfassende Carbidkeramik, insbesondere Siliciumcarbidkeramik,
umgewandelt wird. Zur Herstellung des Vorkörpers als Ausgangsbestandteil
wird cellulosehaltiges Pulver verwendet.
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Aus
der
DE 10 2004
043 985 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Carbidkeramikmaterials bekannt,
bei dem einem Ausgangsmaterial, welches cellulosehaltiges Pulver
umfasst, Kohlenstoff-Kurzfasern zugegeben werden.
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Aus
der
DE 10 2004
056 072 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Carbidkeramikmaterials bekannt,
bei dem der Vorkörper mit einem definierten gradierten
Dichteprofil hergestellt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pressvorrichtung und
ein Verfahren zur Herstellung eines Vorkörpers für
ein keramisches Bauteil bereitzustellen, mit welchem sich Vorkörper
mit einer geringen Anzahl von Werkstoffdefekten herstellen lassen.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Pressvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass mindestens eine Begrenzung des Aufnahmeraums mindestens eine Öffnung
aufweist, die so angeordnet und ausgebildet ist, dass das Pulver
in dem Aufnahmeraum gehalten wird und über die mindestens
eine Öffnung Luft und/oder Feuchtigkeit entweichbar ist.
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Bei
der Herstellung eines Vorkörpers können Volumendefekte
entstehen, die durch eine zu geringe Abfuhr an Wasserdampf verursacht
sind und durch Lufteinschlüsse beim Aufheizen von Pressgut
verursacht sind. Außerdem kann es bei Druckentlastung zur
Ausbildung von Mikrorissen undefinierter Länge und Verteilung
im Werkstoffgefüge kommen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich
während des Pressvorgangs Luft und/oder Feuchtigkeit aus
dem Aufnahmeraum und damit von dem Pressgut abführen. Dadurch
lassen sich Volumendefekte zumindest reduzieren, da Lufteinschlüsse
reduzierbar sind.
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Das
Ausgangsmaterial für den Pressvorgang kann mit einem höheren
Feuchtegehalt als bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
verwendet werden. Der Feuchtigkeitsgehalt kann sehr hoch eingestellt
werden; er kann beispielsweise im Bereich zwischen 5% und 50% liegen.
Dadurch erhöht man die thermische Leitfähigkeit
im Pressgut und das Pressgut wird schneller durchwärmt.
Dadurch kann ein Warmpressvorgang beispielsweise mit beheiztem Oberstempel
und/oder Unterstempel durchgeführt werden und es lassen
sich verkürzte Haltezeiten während der Aushärtung
erreichen.
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Man
erhält dann geringe lokale Dichtestreuungen im Vorkörper;
weiterhin lässt sich eine geschlossene Porosität
im Vorkörper vermeiden, da der beim Aushärten
eines Bindemittels wie eines Kondensationsharzes entstehende Wasserdampf über die
mindestens eine Öffnung entweichen kann.
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Weiterhin
lässt es sich dann vermeiden, dass bei der Druckentlastung
beim Entformungsvorgang an der Pressvorrichtung Mikrorisse undefinierter
Länge und Verteilung im Werkstoffgefüge des Vorkörpers entstehen.
(Solche Werkstoffdefekte im Vorkörper bleiben auch nach
der Pyrolyse im offenporösen Kohlenstoffkörper
und im Keramikbauteil erhalten.) Die Defektanfälligkeit
ist grundsätzlich um so größer, je größer
das Bauteilvolumen und der Feuchtegehalt der eingesetzten Pulverschüttung
ist, da das Gasvolumen und der Wasserdampfdruck erhöht
ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung
lässt sich Luft und Feuchtigkeit gezielt abführen,
um die geschilderten Probleme zu vermeiden.
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Ein
Pressvorgang kann mittels der erfindungsgemäßen
Pressvorrichtung insbesondere als Warmpressvorgang durchgeführt
werden, so dass nach dem Verdichten schneller auf die Aushärtetemperatur
des Bindemittels aufgeheizt werden kann.
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Günstig
ist es, wenn die mindestens eine Pressform mindestens eine Unterlage
aufweist. Die Unterlage lässt sich beheizen, um eine definierte
und gleichmäßige Aufheizung des Pressguts im Aufnahmeraum
zu ermöglichen. Auf der Unterlage lassen sich Begrenzungswände
für den Aufnahmeraum positionieren. Die Unterlage bildet
dabei insbesondere einen Unterstempel eines Gesenks.
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Es
ist günstig, wenn die mindestens eine Unterlage eine Platte
ist. Sie lässt sich dadurch auf einfache und kostengünstige
Weise fertigen.
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Vorteilhafterweise
ist die mindestens eine Unterlage aus einem Massivmaterial und vorzugsweise
aus Metall hergestellt. Beispielsweise ist sie aus Stahl hergestellt.
Es lässt sich dann über diese Unterlage gezielt
Wärme in das Schüttgut einbringen. Ferner erhält
man dadurch eine stabile mehrfach verwendbare Pressvorrichtung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform sind Begrenzungswände
des Aufnahmeraums auf die mindestens eine Unterlage aufgestellt.
Dadurch lässt sich die entsprechende Pressform variabel
gestalten und auf einfache Weise umrüsten und für
andere Vorkörpergeometrien anwenden.
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Es
ist ferner günstig, wenn der mindestens eine Stempel aus
einem Massivmaterial und insbesondere aus Metall hergestellt. Beispielsweise
ist er aus Stahl hergestellt. Dadurch kann über den Stempel
eine große Druckkraft auf Pressgut ausgeübt werden. Über
den Stempel lässt sich auch Wärme in das Pressgut
einleiten.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der mindestens einen
Unterlage und der Pulverschüttung mindestens eine fluiddurchlässige (gasdurchlässige
und/oder flüssigkeitsdurchlässige) Matte angeordnet
ist. Dadurch kann Luft und Wasserdampf, welche aus dem Pressgut
austreten, über die fluiddurchlässige Matte abgeführt
werden.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig, wenn zwischen der Pulverschüttung
und dem Stempel mindestens eine fluiddurchlässige Matte
angeordnet ist.
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Insbesondere
ist die mindestens eine Matte eine Gewebematte oder Gittermatte.
Dadurch lässt sich auch bei der Druckausübung
vermittelt über die Matte eine gleichmäßige
Druckkrafteinbringung über die Oberfläche des
Pressguts erreichen. Durch die Gewebe- oder Gitterausbildung kann
Fluid abströmen.
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Beispielsweise
ist die mindestens eine Matte aus Metall oder C/C hergestellt. Die
Matte kann dann die über den Stempel ausgeübten
großen Kräfte aufnehmen.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Matte mit
dem Außenraum und/oder mit der mindestens einen Öffnung
in fluidwirksamer Verbindung steht. Dadurch kann aus dem Aufnahmeraum
von dem Pressgut Luft und Feuchtigkeit durch die Matte als Strömungskanaleinrichtung
in den Außenraum abgeführt werden.
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Bei
einer Ausführungsform steht die mindestens eine Matte mit
einem gasdurchlässigen Begrenzungsbereich des Aufnahmeraums
in Verbindung. Der Begrenzungsbereich ist beispielsweise eine Wand,
welche den Aufnahmeraum begrenzt und offenporös ausgebildet
ist.
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Günstig
ist es, wenn an einer Oberfläche der am Aufnahmeraum aufgenommenen
Pulverschüttung mindestens ein Abreißgewebe angeordnet
ist. Dadurch lässt sich eine einfache Entformung erreichen.
Insbesondere lässt sich eine fluiddurchlässige (gasdurchlässige
und/oder flüssigkeitsdurchlässige) Matte, welche
zur Abführung von Luft und Feuchtigkeit dient, auf einfache
Weise entfernen.
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Es
ist dann vorteilhaft, wenn das mindestens eine Abreißgewebe
mit einer Antihaftbeschichtung versehen ist, um es auf einfache
Weise von einem hergestellten Vorkörper lösen
zu können.
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Bei
einer Ausführungsform ist mindestens eine Wand, welche
den Aufnahmeraum begrenzt, mit mindestens einer Öffnung
versehen. über diese mindestens eine Öffnung kann
dann Luft und Feuchtigkeit abgeführt werden.
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Bei
einer Ausführungsform ist die mindestens eine Wand offenporös
ausgebildet. Beispielsweise ist sie aus Faservliesen, Polymerschäumen oder
dergleichen hergestellt. Durch die Offenporosität der Wand
lässt sich über einen großen Flächenbereich
Luft und Wasserdampf aus dem Aufnahmeraum von dem Pressgut abführen,
um die oben geschilderten Vorteile zu erhalten.
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Bei
einer Ausführungsform ist die mindestens eine Wand beabstandet
zu einer Unterlage angeordnet. Durch den Abstandsbereich zwischen
der Wand und der Unterlage lässt sich Luft und/oder Feuchtigkeit
abführen.
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Insbesondere
ist zwischen der Unterlage und der mindestens einen Wand eine fluiddurchlässige
Matte angeordnet. Dadurch kann die mindestens eine Wand auf einfache
Weise auf der Unterlage positioniert werden. Über die fluiddurchlässige
Matte lässt sich aus dem Pressgut axial austretende Luft und
Wasserdampf in den Außenraum "durch die Wand hindurch"
abführen. Alternativ oder zusätzlich nimmt die
Matte mindestens einen Teil des Fluids auf.
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Es
ist möglich, dass mindestens eine Öffnung zwischen
dem mindestens einen Stempel und der mindestens einen Wand, welche
den Aufnahmeraum begrenzt, angeordnet ist. Über den entsprechenden
Spaltbereich lässt sich Luft und Wasserdampf abführen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform wirkt der mindestens
eine Stempel auf eine Oberseite der mindestens einen Wand, welche
den Aufnahmeraum begrenzt. Bei einem Pressvorgang wird dann zusätzlich
zu dem Pressgut auch die entsprechende Wand gleichartig verpresst.
Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine flexible Pressform
erhalten, die auf einfache und kostengünstige Weise an
unterschiedliche Vorkörpergeometrien anpassbar ist.
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Es
ist dann vorteilhaft, wenn an der Oberseite der mindestens einen
Wand eine fluiddurchlässige Matte angeordnet ist. Über
diese lässt sich dann auch zwischen dem Stempel und der
Oberseite der Wand Luft und Wasserdampf abführen.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Heizvorrichtung für
Pressgut im Aufnahmeraum vorgesehen ist. Dadurch lässt
sich ein Warmpressvorgang durchführen, d. h. das Pressgut
lässt sich bereits beim Pressen aufheizen.
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Dadurch
lässt sich der Aushärtevorgang für ein
Bindemittel (wie beispielsweise ein Kondensationsharz) verkürzen.
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Günstig
ist es, wenn mindestens eine Kontureinrichtung zur Herstellung von
Außenkonturen und/oder Innenkonturen am Vorkörper
vorgesehen ist. Dadurch lassen sich beispielsweise innere Kavitäten
an einem Vorkörper herstellen. Beispielsweise lassen sich
dadurch verrippte Vorkörper herstellen. Die Kontureinrichtung
definiert die Kontur des Vorkörpers.
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Die
Kontureinrichtung ist an der Pressform oder dem Stempel fixiert.
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Insbesondere
weist die mindestens eine Kontureinrichtung durchgehende Öffnungen
auf. Diese dienen als Entlüftungsbohrungen, um durch diese Gas
und Wasserdampf abführen zu können.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
Luft und/oder Feuchtigkeit über Öffnungen in den
Außenraum abgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung
erläuterten Vorteile auf.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pressvorrichtung
erläutert.
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Insbesondere
wird Luft und/oder Feuchtigkeit über mindestens eine mit Öffnungen
versehene Wand, welche den Aufnahmeraum begrenzt, abgeführt,
um eine hohe Bauteilqualität zu erhalten.
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Es
ist günstig, wenn Luft oder Feuchtigkeit über
mindestens eine fluiddurchlässige Matte abgeführt
wird. Dadurch lässt sich auch Luft und Feuchtigkeit aus
dem Pressgut abführen, welches aus diesem axial austritt
und in die Matte eintritt.
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Insbesondere
ist die Matte unterhalb und/oder oberhalb der Pulverschüttung
positioniert, um an dieser Grenzfläche bzw. diesen Grenzflächen Luft
und Feuchtigkeit abführen zu können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform werden Wände,
welche den Aufnahmeraum begrenzen, mitverpresst. Es erfolgt eine
gleichartige Verdichtung des Pressguts und der Wände. Dadurch
erhält man eine flexible Pressvorrichtung, welche auf einfache und
kostengünstige Weise an unterschiedliche Vorkörpergeometrien
anpassbar ist.
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Beispielsweise
umfasst das Pulver ein Bindemittel wie ein Harz und insbesondere
ein Kondensationsharz.
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Ferner
umfasst das Pulver als Ausgangsmaterial für den Vorkörper
kohlenstoffhaltiges Material und insbesondere cellulosehaltiges
Material wie Holzpulver.
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Es
hat sich gezeigt, dass man mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren auch hohe Bauteilqualitäten erhält,
wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Ausgangspulver größer
5% ist und insbesondere zwischen 5% und 50% liegt. Bei einem hohen
Feuchtigkeitsgehalt erhält man eine hohe thermische Leitfähigkeit
des Pressguts. Dadurch wird dieses schneller durchwärmt
und es lassen verkürzte Haltezeiten während der
Aushärtung erreichen. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren ist es möglich, das Ausgangspulver gezielt anzufeuchten,
um kürzere Herstellungszeiten zu erhalten. Bei aus dem
Stand der Technik bekannten Verfahren ist es ein Ziel, den Feuchtigkeitsgehalt
möglichst gering zu halten.
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Insbesondere
wird eine Warmpressung mit aufgeheiztem Stempel und/oder aufgeheizter
Pressform durchgeführt. Dadurch lässt sich eine
kurze Herstellungszeit erreichen. Weiterhin lassen sich die Probleme
bei Druckentlastung beim Entformungsvorgang verringern.
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Der
hergestellte Vorkörper ist ein Grünkörper,
welcher anschließend der Pyrolyse zur Herstellung eines
offenporösen Kohlenstoffkörpers unterworfen werden
kann. Es ist dann eine anschließende Keramisierung insbesondere
mit einem Carbidbildner vorgesehen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung; und
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4 eine
Draufsicht auf einen Teilbereich eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung.
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Keramische
Bauteile wie carbidkeramische Bauteile werden aus Vorkörpern
(Grünkörper) hergestellt, die pyrolysiert werden
und keramisiert werden. Durch die Pyrolyse wird aus dem Grünkörper
ein offenporöser Kohlenstoffkörper hergestellt.
Dieser offenporöse Kohlenstoffkörper wird dann
bei der Keramisierung mit einem Carbidbildner wie beispielsweise
Silicium beaufschlagt. Bei dem bekannten LSI-Verfahren erfolgt die
Keramisierung über die Infiltration von flüssigem
Carbidbildnersilicium in den offenporösen Kohlenstoffkörper.
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Zur
Herstellung des Vorkörpers wird ein Pulver verpresst. Das
Pulver umfasst einen Anteil eines aushärtbaren Bindemittels
(wie ein Kondensationsharz) und einen Kohlenstoffanteil, wobei der
Kohlenstoffanteil insbesondere ein cellulosehaltiger Anteil ist
und insbesondere Holzpulver ist. Gegebenenfalls kann auch noch ein
Faseranteil vorgesehen sein. Das entsprechende Pulvergemisch wird
beispielsweise in einem Gesenk verpresst. Es kann dabei ein Warmpressvorgang
durchgeführt werden oder die Verpressung kann kalt erfolgen
und nach der Verpressung kann eine Erwärmung zur Aushärtung
des Bindemittels erfolgen.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Pressvorrichtung, welches in 1 schematisch
in einer Schnittansicht gezeigt und dort mit 10 bezeichnet
ist, ist als Gesenkvorrichtung ausgebildet mit einem Stempel 12 (Oberstempel)
und einer Pressform 14 (Unterstempel). Die Pressform 14 umfasst
eine Unterlage 16, welche aus einem metallischen Massivmaterial
wie Stahl hergestellt ist. Die Unterlage 16 ist insbesondere
plattenförmig ausgebildet.
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An
der Unterlage 16 sind eine oder mehrere Wände 18 angeordnet,
wobei zwischen der oder den Wänden 18 und der
Unterlage 16 ein Aufnahmeraum 20 gebildet ist.
Die Form des Aufnahmeraums 20 und dadurch die Anordnung
der Wände 18 richtet sich nach dem herzustellenden
Vorkörper.
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Die
Wände 18 ragen über die Unterlage 16 quer
und insbesondere senkrecht hinaus.
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Der
Stempel 12 ist in einer axialen Kraftrichtung 22 in
Richtung der Unterlage 16 quer zu dieser und insbesondere
senkrecht zu dieser beweglich. Über den Stempel 12 lässt
sich eine Druckkraft auf eine Pulverschüttung 24 in
dem Aufnahmeraum 20 ausüben.
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Der
Stempel 12 weist eine Druckfläche 26 auf,
mit welcher er auf die Pulverschüttung 24 wirkt. Diese
Druckfläche 26 weist eine etwas geringere Querschnittsfläche
als der Aufnahmeraum 20 auf. Dadurch ist zwischen dem Stempel 12 und
der Wand oder den Wänden 18 eine spaltartige Öffnung 28 gebildet.
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Bei
einer Ausführungsform, bei welcher der Aufnahmeraum 20 hohlzylindrisch
ist und der Stempel 12 zylindrisch ist, hat die Öffnung 28 die
Form eines Hohl-Ringzylinders.
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Die
Wand oder Wände 18 sind ebenfalls aus einem metallischen
Material hergestellt. Sie sind fluiddicht und insbesondere gasdicht.
Zwischen der oder den Wänden 18 und der Unterlage 16 sind Öffnungen 30 angeordnet,
welche den Aufnahmeraum 20 fluidwirksam mit einem Außenraum 32 verbinden. Über
die Öffnung oder Öffnungen 28 wird der
Aufnahmeraum 20 ebenfalls fluidwirksam mit dem Außenraum 32 verbunden.
Die Öffnungen 30 sind beispielsweise als Bohrungen
ausgebildet, welche durch die Wand oder Wände 18 quer
und insbesondere senkrecht zur Kraftrichtung 22 durchgehen.
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Die
Pressvorrichtung 10 umfasst eine Heizeinrichtung 34,
mittels welcher die Pressform 14 und/oder der Stempel 12 heizbar
ist, um einen Warmpressvorgang durchführen zu können,
d. h. um bereits während des Pressvorgangs die Pulverschüttung 24 aufheizen
zu können. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung 34 einen
ersten Heizteil umfasst, welcher zur Heizung der Pressform 14 dient,
und einen zweiten Heizteil umfasst, welcher zur Heizung des Stempels 12 dient.
Beispielsweise ist die Heizeinrichtung 34 in die Pressform 14 und/oder
den Stempel 12 integriert.
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Auf
der Unterlage 16 ist eine Matte 36 angeordnet,
welche fluiddurchlässig ist. Diese Matte 36 steht
in fluidwirksamer Verbindung mit den Öffnungen 30.
Dadurch kann durch die Matte 36 hindurch Fluid und insbesondere
Gas über die Öffnungen 30 in den Außenraum
gelangen. Die Matte 36 ist als Gewebe oder Gitter ausgebildet.
Sie ist beispielsweise aus einem metallischen Material oder C/C
hergestellt, wobei sie insbesondere auch bei Ausübung der Druckkraft
durch den Stempel 12 auf die Pulverschüttung 24,
wodurch eine Druckkraft auf die Matte 36 ausgeübt
wird, fluiddurchlässig bleibt. Durch die Matte 36 ist
eine axiale Ableitung von Luft und/oder Feuchtigkeit aus der Pulverschüttung 24 während des
Pressvorgangs möglich, wobei durch die fluiddurchlässige
Ausbildung der Matte 36 die Luft und die Feuchtigkeit über
die Öffnung 30 in den Außenraum 32 abgeleitet
werden können.
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Auf
der Matte 36 ist ein Abreißgewebe 38 angeordnet,
welches fluiddurchlässig ist, so dass Luft und Wasserdampf
zu der Matte 36 gelangen können. Das Abreißgewebe 38 ist
mit einer Antihaftbeschichtung wie beispielsweise mit einer Teflonbeschichtung versehen.
Nach einem Pressvorgang kann der hergestellte Körper von
dem Abreißgewebe 38 auf einfache Weise getrennt
werden und damit von der Pressform 14 getrennt werden.
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Die
Matte 36 und das Abreißgewebe 38 decken
die Öffnungen 30 an dem Aufnahmeraum 20 ab,
so dass Pulver aus der Pulverschüttung 24 nicht direkt
in die Öffnungen 30 gelangen kann.
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Auf
der Pulverschüttung 24 ist weiterhin eine Matte 40 angeordnet,
welche grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie die Matte 36.
Die Matte 40 steht in fluidwirksamer Verbindung mit der
oder den Öffnungen 28, so dass über eine Öffnung 28 Luft
und/oder Feuchtigkeit in den Außenraum 32 abgegeben
werden kann. Die Matte 40 sorgt ebenfalls dafür,
dass bei einem Pressvorgang Luft und Feuchtigkeit aus der Pulverschüttung 24 axial
abgegebenen werden kann und in den Außenraum 32 abgeführt
werden kann.
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An
einer Oberfläche der Pulverschüttung 24, welche
der Matte 40 zugewandt ist, ist zwischen der Matte 40 und
dieser Oberfläche ein Abreißgewebe 42 angeordnet,
welches grundsätzlich gleich ausgebildet ist und die gleiche
Funktion hat wie das Abreißgewebe 38.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt:
Bei
entferntem Stempel 12 wird Pulver zur Bildung der Pulverschüttung 24 in
den Aufnahmeraum 20 gefüllt.
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Das
Pulver ist dabei beispielsweise eine angefeuchtete Pulvermischung
aus Harzpulver und cellulosehaltigem Pulver (insbesondere Holzpulver). Das
Gemisch kann auch noch Kurzfasern enthalten. Vorzugsweise beträgt
der Feuchtegehalt in der Pulverschüttung 24 5%
bis zu 50%. Das Pulvergemisch wird dazu vorzugsweise gezielt angefeuchtet.
Durch einen entsprechenden Feuchtigkeitsgrad erhält man eine
relativ hohe thermische Leitfähigkeit im Pressgut. Dadurch
lässt sich das Pressgut (die Pulverschüttung)
relativ schnell durchwärmen. Dadurch wiederum ist es möglich,
von Beginn des Pressvorgangs an mit aufgeheiztem Gesenk (Stempel 12 und/oder
Pressform 14) zu arbeiten. Dadurch wiederum lassen sich
verkürzte Haltezeiten während der Aushärtung
realisieren.
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Die
Pulverschüttung 24 wird dabei auf die Matte 36 und
das darauf liegende Abreißgewebe 38 aufgeschüttet.
Nach Glättung der Oberfläche der Pulverschüttung 24 wird
das Abreißgewebe 42 und die Matte 40 aufgelegt.
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Der
Stempel 12 wirkt dann auf die Pulverschüttung 24 und
presst sie zusammen. Luft und Feuchte in Form von Wasserdampf wird
dabei über die Matten 36 und 40 axial
abgeführt und aus den Matten 36, 40 über
die Öffnungen 30, 28 in den Außenraum 32 abgeführt.
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Die
Verdichtung erfolgt mit aufgeheiztem Stempel 12 und/oder
aufgeheizter Pressform 14. Es ist aber auch grundsätzlich
möglich, dass keine Aufheizung erfolgt.
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Durch
die Feuchteabfuhr und durch die Luftabfuhr lassen sich Einschlüsse
insbesondere beim Aufheizen des Pressguts vermeiden. Dadurch lassen
sich lokale Dichtestreuungen vermeiden. Weiterhin wird dadurch verhindert,
dass sich geschlossene Poren in dem hergestellten Vorkörper
ausbilden können. Solche geschlossenen Poren können
entstehen, wenn Wasserdampf gefangen wird, der beim Aushärten
des Harzes nicht mehr entweichen kann.
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Nach
Durchführung des Pressvorgangs erfolgt die Druckentlastung,
indem der Stempel 12 entgegen der Kraftrichtung 22 wegbewegt
wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung
lässt sich die Ausbildung von Mikrorissen bei diesem Druckentlastungsvorgang
(Entformungsvorgang) verhindern oder zumindest verringern. Damit
werden aber auch entsprechende Defekte in einem pyrolysierten Körper oder
keramischen Körper verhindert, da diese bei der Pyrolyse
(im C-Zustand) und im keramisierten Zustand erhalten bleiben. Die
Defektanfälligkeit wird so verringert. Je größer
das Vorkörpervolumen ist und je größer
der Feuchtegehalt der eingesetzten Pulvermischungen ist, desto größer
ist grundsätzlich die Defektanfälligkeit, da das
Gasvolumen und der Wasserdampfdruck erhöht sind. Auch ist
die Defektanfälligkeit bei kleineren Partikeln in der Regel
höher als wenn größere Partikel verwendet
werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung
lässt sich eben Luft und Feuchtigkeit definiert abführen.
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Der
Vorkörper, welcher nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist, wird anschließend pyrolysiert.
Dieser Grünkörper-Vorkörper wird beispielsweise
unter Inertgasatmosphäre wie in einer Stickgasatmosphäre
unter Normaldruck pyrolysiert mit Maximaltemperaturen, welche zwischen
ca. 800°C und 1700°C liegen.
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Anschließend
wird der dabei entstandene offenporöse Kohlenstoffkörper
keramisiert.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Pressvorrichtung, welches
in 2 schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt
und dort mit 44 bezeichnet ist, umfasst einen Stempel 46 und
eine Pressform 48 mit einer Unterlage 50. Auf
der Unterlage ist eine Matte 52 angeordnet, welche die
gleiche Funktion hat wie die Matte 36 bei der Pressvorrichtung 10.
Auf der Matte 52 ist ein Abreißgewebe 54 angeordnet.
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Auf
der Matte 52 und dem Abreißgewebe 54 sind
eine Wand oder Wände 56 angeordnet. Die Wand oder
Wände 56 sind auf der Unterlage 50 aufgestellt,
wobei zwischen ihnen die Matte 52 und das Abreißgewebe 54 liegen.
Zwischen Wänden 56 und der Unterlage 50 ist
ein Aufnahmeraum 58 gebildet.
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Die
Wand 56 ist mit Öffnungen 60 versehen, durch
die Luft und Feuchtigkeit entweichen können. Die Öffnungen 60 sind
dabei so ausgebildet, dass Pulver in dem Aufnahmeraum 58 durch
diese nicht in den Außenraum 32 gelangen kann
und Pulver aus dem Aufnahmeraum 58 höchstens in
geringem Maße in die Öffnungen 60 eindringen
kann (auch beim Pressvorgang). Weiterhin erlauben die Öffnungen 60 das
Herausführen von Luft und Feuchtigkeit.
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Die Öffnungen
können grundsätzlich durch Bohrungen in der Wand
oder den Wänden 56 gebildet sein. Bei einer Ausführungsform
sind die Wand oder die Wände 56 mindestens in
einem Teilbereich offenporös. Beispielsweise ist eine entsprechende Wand
aus einem Faservlies, einem Polymerschaum oder einem offenporösen
metallischen Material hergestellt.
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In
dem Aufnahmeraum 58 ist eine Pulverschüttung 62 aufgenommen.
Diese liegt eben mit einer Oberseite 64 der Pulverschüttung 62.
Auf der Oberseite 64 und der entsprechenden Oberfläche der
Pulverschüttung 62 sind ein Abreißgewebe 66 und
eine gasdurchlässige Matte 68 aufgelegt.
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Der
Stempel 46 weist eine Grundfläche auf, welche
größer ist als die Innenfläche des Aufnahmeraums 58.
Der Stempel 46 wirkt auch auf die Oberseite 64 der
Wand oder Wände 56. Beim Pressvorgang werden auch
die Wand oder Wände 56 mitverpresst.
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Die Öffnungen 60 in
der Wand oder den Wänden 56 sind dabei so ausgestaltet,
dass beim Verpressen der Wand 56 die Offenporosität
erhalten bleibt, so dass Luft und Feuchtigkeit abgeführt
werden können.
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Die
Wand oder Wände 56 werden beim Verpressen des
Pulvers gleichzeitig mitverdichtet. Die Dichte einer verdichteten
Wand 56 ist in der Regel kleiner als die Dichte des verpressten
Pulvers. In axialer Richtung kann Luft und Feuchtigkeit über
die Matten 52 und 68 abgeführt werden.
Da die Matten 52, 68 mit dem Außenraum 32 in
fluidwirksamer Verbindung stehen, kann eine Abführung von
Luft und Feuchtigkeit in den Außenraum erfolgen. Über
die Öffnungen 60 der Wand oder Wände 56 kann
ebenfalls großflächig Luft und Feuchtigkeit abgeführt
werden.
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Die
Pressvorrichtung 44 kann auch eine Heizeinrichtung entsprechend
der Heizeinrichtung 34 der Pressvorrichtung 10 aufweisen
(in 2 nicht gezeigt), um insbesondere die Unterlage 50 und/oder den
Stempel 46 aufzuheizen.
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Ansonsten
funktioniert die Pressvorrichtung 44 wie die Pressvorrichtung 10.
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Die
Pressform 48 mit den Wänden 56, welche
auf der Unterlagen 50 aufstehen, ist dabei kein starres
Metallgesenk. Je nach herzustellendem Vorkörper können
die Wände 56 positioniert werden. Dadurch ist
eine einfache und kostengünstige Anpassung der Pressvorrichtung 44 an
herzustellende Vorkörpergeometrien möglich. Komponenten
der Pressvorrichtung lassen sich auf einfache Weise herstellen,
indem sie aus Untereinheiten zusammengesetzt werden oder aus Plattenmaterial
oder dergleichen über Sägen oder Schneiden herausgearbeitet
werden.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Pressvorrichtung, welches in 3 schematisch
gezeigt und dort mit 70 bezeichnet ist, umfasst eine metallische
Unterlage 72. Diese ist beispielsweise aus Stahl hergestellt.
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Auf
dieser sind eine oder mehrere Wände 74 direkt
aufgesetzt. Zwischen den Wänden 74 und der Unterlage 72 ist
ein Aufnahmeraum 76 gebildet, welcher eine Pulverschüttung 78 aufnimmt.
Die Wände 74 weisen Öffnungen 80 auf,
mit denen der Aufnahmeraum 76 fluidwirksam mit dem Außenraum 32 verbunden
ist. Beispielsweise sind die Wände 74 offenporös.
Die Öffnungen 80 sind so ausgestaltet, dass die
Pulverschüttung 78 in dem Aufnahmeraum 76 auch
bei der Verpressung gehalten wird und Luft und Feuchtigkeit durch
die Öffnungen 80 in den Außenraum 32 entweichen
kann.
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Zwischen
den Wänden 74 ist auf der Unterlage 72 eine
Matte 82 angeordnet, welche die gleiche Funktion hat wie
die Matte 36. Über die Matte 82 lässt sich
Luft und Feuchtigkeit axial abführen und zu den Wänden 74 leiten
und von dort über Öffnungen 80 in den
Außenraum 32 abgeben.
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Auf
der Matte 82 ist ein Abreißgewebe 84 angeordnet.
Auf dem Abreißgewebe 84 wiederum ist die Pulverschüttung 78 aufgeschüttet.
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Auf
einer geglätteten ebenen Oberfläche der Pulverschüttung 78 ist
ein Abreißgewebe 86 positioniert, auf dem wiederum
eine Matte 88 zwischen den Wänden 74 angeordnet
ist. Ein Stempel 90 wirkt auf die Pulverschüttung 78,
wobei der Stempel 90 eine Grundfläche aufweist,
welche der Innenquerschnittsfläche des Aufnahmeraums 76 im
Wesentlichen entspricht.
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Über
die Matte 88 kann Luft und Feuchtigkeit axial abgeführt
werden und den Wänden 74 zugeführt werden
und dabei über die Öffnungen in den Außenraum 32 austreten.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden
die Wände 74 nicht axial mitverdichtet.
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Ansonsten
funktioniert die Pressvorrichtung 70 wie oben beschrieben.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 4 schematisch
in einer Teildarstellung gezeigt ist, ist innerhalb einer Pressform 94 eine
Kontureinrichtung 96 angeordnet. Die Kontureinrichtung 96 kann
dabei an einem Stempel (wie beispielsweise dem Stempel 12)
oder an der Pressform 14 fixiert sein; sie kann an einem
Oberstempel oder an einem Unterstempel fixiert sein. Die Kontureinrichtung 96 dient
zur Herstellung von Innenkonturen und/oder Außenkonturen.
Beispielsweise kann über eine entsprechende Kontureinrichtung 92 ein
Vorkörper 98 hergestellt werden, welcher verrippt
ist.
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Die
Kontureinrichtung 96 dient beispielsweise zum Ausfüllen
von Kavitäten im Bauteil. Es kann vorgesehen sein, dass
sie aus einem metallischen Material wie porösem Stahl hergestellt
ist, um beispielsweise Innenkonturen definiert abbilden zu können.
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Beispielsweise
weist die Kontureinrichtung durchgehende Öffnungen auf,
welche als Entlüftungsbohrungen dienen. Dadurch lässt
sich eine gleichmäßige Entlüftung und/oder
Entgasung von Pressgut beim Verdichten erhalten sowie beim Aushärten
zur Herstellung des Vorkörpers.
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Ansonsten
funktioniert die Pressvorrichtung 92 wie oben beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10329822
A1 [0004, 0058]
- - DE 102004043985 A1 [0005, 0058]
- - DE 102004056072 A1 [0006, 0058]