DE102017124064A1

DE102017124064A1 - Verfahren zur lokalen beeinflussung von eigenschaften eines bauteils und bauteil umfassend einen porösen grundwerk-stoff und einen zusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE102017124064A1
Application number: DE102017124064.0A
Authority: DE
Inventors: Vesselin Michailov; Ralf Ossenbrink; Matthias Wolf; Eric Wasilewski; Dennis Urban; Wei Zhang
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-10-18
Also published as: DE102017124064B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff, wobei der Werkstoff einen porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff umfasst. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Werkstoff, der eine so gebildete Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff umfasst, sowie einen Werkstoff, bei dem der Zusatzwerkstoff zumindest partiell in den Poren des Grundwerkstoffs verteilt vorliegt, wodurch der Werkstoff in Abhängigkeit von der Verteilung des Zusatzwerkstoffes lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff, wobei der Werkstoff den porösen Grundwerkstoff und den Zusatzwerkstoff umfasst. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Werkstoff, der eine so gebildete Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff umfasst, sowie einen Werkstoff, bei dem der Zusatzwerkstoff zumindest partiell in den Poren des Grundwerkstoffs verteilt vorliegt, wodurch der Werkstoff in Abhängigkeit von der Verteilung des Zusatzwerkstoffes lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist.
Stand der Technik:
Im Bereich der Chemietechnik, im Ofenbau, in der Energietechnik oder in der Luft- und Raumfahrt besteht ein Bedürfnis nach Werkstoffen, die an unterschiedlichen Orten innerhalb des Materials unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Insbesondere sollen Materialeigenschaften innerhalb des Materials variieren können, so dass die Eigenschaft 1 eines Werkstoffs an einer Stelle A eine andere Ausprägung aufweist als an einer Stelle B beziehungsweise die Eigenschaft 1 an einer Position A einen anderen Wert annimmt als an der Position B. Wünschenswert wäre es weiter, wenn die Eigenschaften eines Werkstoffs lokal veränderbar wären, d.h. dass diese in räumlicher Hinsicht beeinflussbar oder einstellbar sind. Es kann beispielsweise für eine spezielle Anwendung ein Werkstoff benötigt werden, der einen Gradienten in Bezug auf eine spezielle Materialeigenschaft aufweist.
Im Stand der Technik sind Verfahren für die Herstellung von Werksstoffen mit sich graduell verändernden Eigenschaften bekannt. Insbesondere ist es bekannt, sogenannte Gradienten-Werkstoffe mit Hilfe des 3D-Drucks herzustellen. Bei solchen generativen Herstellungsprozessen können die Eigenschaften des aufgebauten Materials lokal beeinflusst werden. Nachteilig an diesen, auf dem 3D-Druck basierenden Verfahren ist vor allem die lange Herstellungsdauer eines Werkstücks. Außerdem weisen generativ gefertigte Werkstoffe häufig deutlich schlechtere mechanische Festigkeiten auf als konventionell gefertigte Werkstoffe. Weitere Nachteile bestehen beispielsweise darin, dass aufwendige Nachbearbeitungen erforderlich sein können und dass Korrekturen der eingestellten Eigenschaften im Anschluss an die Fertigung nur mit sehr hohem Aufwand durchzuführen sind.
Eine weitere Möglichkeit, Eigenschaften in Werkstoffen zu verändern, ist die Wärmebehandlung eines Werkstoffs. Diese kann beispielsweise mit einem Laserstrahl durchgeführt werden. Allerdings greift die Wärmebehandlung hierbei üblicherweise nur in den Randbereichen oder in der Nähe der Oberfläche des Werkstoffs. Eine solche Wärmebehandlung ist nachteiligerweise beschränkt auf solche Werkstoffe, die thermisch beeinflussbar sind.
Es sind im Stand der Technik weitere Verfahren bekannt, bei denen ein Zusatzwerkstoff in einen Grundwerkstoff eingebracht wird. Dabei dringt der Zusatzwerkstoff in den Grundwerkstoff ein. Allerdings sind solche Verfahren bisher nur in Zusammenhang mit einer Nutzung von Temperatur und Druck in einem Ofen bekannt. Die Ofenerwärmung ist jedoch ein zeitintensiver Prozess, bei dem nachteiligerweise der Werkstoff als Ganzes erwärmt wird. Dadurch können unerwünschte Werkstoffveränderungen, wie Verzüge oder Eigenspannungen, auftreten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbinden von unterschiedlichen Materialien, wobei ein Grundwerkstoff beispielsweise von einer Keramik gebildet werden kann und ein Zusatzwerkstoff von einem Metall, das gleichzeitig ein elektrischer Leiter ist. Das stoffschlüssige Fügen von Keramiken kann im Allgemeinen je nach Anwendungsgebiet durch Löten, Kleben oder Schweißen erfolgen. Beispielsweise kann ein metallisches Element durch Aufbringen eines metallischen Lots als Kontakt mit der Keramik verbunden werden. Dabei kommen vor allem Aktivlote zum Einsatz, die eine gute Benetzung der Keramik bewirken und die für mittlere Einsatztemperaturen geeignet sind. Stoffschlüssige Verbindungen können darüber hinaus durch Reib- oder Diffusionsschweißen hergestellt werden. Diese Verfahren sind auch für höhere Anwendungstemperaturen geeignet. Weitere Verbindungsverfahren sind beispielsweise das Anpressen oder das Einpressen nach DIN 8593-3.
In bisherigen Anwendungen werden Lot- und Keramikwerkstoff, also Zusatz- und Grundwerkstoff, in der Regel so ausgewählt, dass die für den jeweiligen Prozess relevanten Werkstoffeigenschaften bei den beiden Materialien möglichst ähnlich sind. So ist es beispielsweise üblich, die Werkstoffe so auszuwählen, dass sie einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Dieses Vorgehen begrenzt jedoch die Auswahl der möglichen Werkstoffpaare erheblich. Außerdem erfolgt die Ausbildung der Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Zusatzwerkstoff bei konventionellen Verfahren nur in oberflächennahen Bereichen, was unter Umständen zu einem unerwünschten abrupten Übergang der Eigenschaften führen kann. Im speziellen Fall der Wärmedehnung kann es so beispielsweise temperaturbedingt zu großen Belastungen der Verbindungszone zwischen dem Grundwerkstoff und dem Zusatzwerkstoff kommen. Weitere Nachteile können sehr lange Prozesszeiten, das Erfordernis, zusätzliche Vermittlerschichten aufzubringen, oder ein hoher Aufwand bei notwendigen gekapselten Prozessen sein.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff bereitzustellen, das nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweist und mit dem eine schnelle Beeinflussbarkeit von Eigenschaften in einem Werkstoff beziehungsweise deren schnelle Verbindung erreicht werden kann und das für eine Vielzahl von Werkstoffpaaren, insbesondere aus den Bereichen Keramik auf der einen Seite und Metall auf der anderen Seite, anwendbar ist.
Beschreibung der Erfindung:
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs vorgesehen, wobei der Werkstoff einen porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellung eines porösen Grundwerkstoffs,
b) Bereitstellung eines Zusatzwerkstoffs durch Auflegen auf den porösen Grundwerkstoff,
c) Überführung des Zusatzwerkstoffs in einen schmelzflüssigen Zustand durch Wärmezufuhr mittels einer Wärmequelle, so dass der aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff in die Poren des Grundwerkstoffs eindringt.

Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Zusatzwerkstoff ganz oder teilweise in den Grundwerkstoff eindringt, um den Werkstoff zu bilden. Es war vollkommen überraschend, das mit dem Verfahren beispielsweise Gradienten-Werkstoffe mit sich graduell verändernden Eigenschaften erzeugt werden können, die eine gute mechanische Stabilität bei geringen Prozessdauern und Normaldrücken ermöglichen. Das Auflegen im Verfahrensschritt b) kann beispielsweise auch automatisiert erfolgen, wobei der Begriff „Auflegen“ im Sinne der Erfindung als Zuführung des Zusatzwerkstoffes zu verstehen ist, so dass vorzugsweise jede Zuführung oder jedes Miteinander-in-Kontakt-Bringen des Zusatzwerkstoffes mit dem Grundwerkstoff unter dem Begriff des Auflegens im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellung eines porösen Grundwerkstoffs,
b) Bereitstellung eines Zusatzwerkstoffs durch Auflegen auf den porösen Grundwerkstoff,
c) Überführung des Zusatzwerkstoffs in einen schmelzflüssigen Zustand durch Wärmezufuhr mittels einer Wärmequelle, so dass der aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff zumindest partiell in die Poren des Grundwerkstoffs eindringt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff hergestellt wird.

Das Verfahren kann in diesem zweiten Aspekt vorzugsweise als Fügeverfahren verstanden werden. Im Sinne der Erfindung wird ein Grundwerkstoff bereitgestellt, bei dem es sich vorzugsweise um eine Keramik und/oder um eine Oxidkeramik handeln kann. Der Grundwerkstoff ist porös, was im Sinne der Erfindung bevorzugt bedeutet, dass er Poren umfasst. Die Poren weisen vorzugsweise eine Größe von 1 bis 10 µm auf, sie können für einige Anwendungen auch größer als 10 µm sein. Die genannten Abmessungen stellen Durchmesserangaben dar unter der vereinfachenden Annahme, dass die Poren ein kugelförmiges Volumen aufweisen. Der durchschnittliche Fachmann weiß jedoch, dass das Volumen der Poren nicht auf kugelförmige Volumina beschränkt ist, sondern jede andere Form aufweisen kann. In diesen Fällen entsprechen die bevorzugten angegebenen Größen bevorzugt den charakteristischen äußeren Abmessungen der Poren. Der durchschnittliche Fachmann weiß auch, dass in dem Grundwerkstoff eine große Zahl von Poren vorliegt, so dass es sich bei den genannten bevorzugten Abmessungen um Durchschnittswerte handelt, die eine Standardabweichung aufweisen, so dass einzelne Poren aus dem angegebenen Größenbereich herausfallen können.
Der Grundwerkstoff kann beispielweise auch von einem Schaum, beispielsweise einem Metallschaum, gebildet werden. Die Poren des Grundwerkstoffs können beispielsweise vollständig im Inneren des Grundwerkstoffs vorliegen. Es kann aber ebenso bevorzugt sein, dass die Poren im Bereich der Oberfläche des üblicherweise dreidimensional ausgebildeten Werkstoffs vorliegen, so dass der Grundwerkstoff an der Oberfläche Öffnungen aufweist, die in einem Grundzustand mit Luft und/oder Schutzgas gefüllt sind, die bei oder nach Anwendung des Verfahrens ganz oder teilweise mit dem Zusatzwerkstoff gefüllt sein können. Es kann im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt sein, dass die Poren untereinander verbunden vorliegen, so dass vorzugsweise ein Austausch von Material und/oder Gas zwischen den einzelnen Poren untereinander erfolgen kann.
Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass ein Zusatzwerkstoff auf die Oberfläche des Grundwerkstoffs aufgelegt oder anderweitig zugeführt wird, zum Schmelzen gebracht wird und im flüssigen Zustand in die oberflächennahen Poren, die Öffnungen an der Außenseite des Grundwerkstoffs aufweisen, eindringt. Es kann insbesondere bevorzugt sein, dass sich der Zusatzwerkstoff aufgrund der Verbindungen der Poren untereinander im Grundwerkstoff ausbreitet und beispielsweise gleichmäßig in diesem verteilt. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass die Verteilung des Zusatzwerkstoffs innerhalb des Grundwerkstoffs durch die Anordnung und/oder Größe der Poren einstellbar ist. Dadurch wird vorteilhafterweise auch eine Einstellbarkeit von Materialeigenschaften erreicht, die vorzugsweise von der räumlichen Verteilung des Zusatzwerkstoffes innerhalb des Grundwerkstoffes abhängen können. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass durch das Verfahren ein Werkstoff erzeugt werden kann, der einen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff umfasst, wobei nach Durchführung des Verfahrens der Zusatzwerkstoff ganz oder teilweise in dem Grundwerkstoff vorliegt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass ein solcher Werkstoff umfassend ein Grund- und ein Zusatzwerkstoff erzeugt wird, beziehungsweise dass Eigenschaften des erzeugten Werkstoffs bevorzugt durch die Verteilung des Zusatzwerkstoffs im Grundwerkstoff beeinflussbar und/oder einstellbar sind. Es war vollkommen überraschend, dass der Grundwerkstoff, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, eine hohe mechanische Festigkeit und keine oder nur sehr geringe innere Spannungen aufweisen.
Vorzugsweise löst das Verfahren die Aufgabe der Herstellung einer kraftschlüssigen und direkten Verbindung zwischen einem porösen keramischen Werkstück und einem metallisch, elektrischen Leiter bei zugleich guter mechanischer Festigkeit und bedarfsgerechten Gebrauchseigenschaften, die je nach Anwendungsfall angepasst werden können. Der Grundwerkstoff, bei dem es sich vorzugsweise um eine poröse Keramik handelt, kann sowohl elektrisch leitend, als auch elektrisch nicht-leitend ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine elektrisch leitfähige Oxidkeramik als Grundwerkstoff verwendet werden, die beispielsweise als vollkeramischer Heizleiter einsetzbar ist.
Das vorliegende Verfahren löst überraschend die zugrundeliegende Aufgabe und ermöglicht eine lokale Beeinflussbarkeit von Werkstoffeigenschaften in einem porösen Grundwerkstoff. Lokale Eigenschaftsänderungen können überraschenderweise durch die kontrollierte Zugabe eines geeigneten Zusatzwerkstoffs eingestellt werden, der vorzugsweise örtlich steuerbar und/oder lokal begrenzt ausgehend von der Oberfläche von außen in den Grundwerkstoff eingebracht wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, diesen Prozess als Infiltration zu bezeichnen. Es ist insbesondere bevorzugt, dass durch die Infiltration des Zusatzwerkstoffs in den Grundwerkstoff ein Werkstoff erhalten wird, dessen Eigenschaften einerseits lokal durch Variation des Infiltrationsvolumens variiert und/oder eingestellt werden können beziehungsweise bei dem andererseits eine Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff erzeugt wird, wobei dadurch ein Werkstoff oder ein Bauteil und/ oder ein Körper umfassend diesen Werkstoff erhalten werden kann. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass der aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff zumindest partiell in die Poren des Grundwerkstoffs eindringt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff hergestellt wird.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass es sich bei den Eigenschaften, die mittels des Verfahren eingestellt werden können, um mechanische, elektrische und/oder thermische Werkstoffeigenschaften handelt; mit anderen Worten die Eigenschaften sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend mechanische, elektrische und/oder thermische Eigenschaften. Es war vollkommen überraschend, dass mittels der Infiltration auf verschiedene Funktionalitäten und/oder Eigenschaften des durch das Verfahren erzeugten Werkstoffs Einfluss genommen werden kann, so dass beispielsweise ein Werkstoff aufweisend einen Gradienten in Bezug auf eine der Werkstoffeigenschaften erzeugt werden kann.
Bei dem Zusatzwerkstoff, der im Rahmen der Erfindung bereitgestellt wird, handelt es sich vorzugsweise um ein Metall, insbesondere um einen elektrischen Leiter. Es kann aber auch bevorzugt sein, einen beliebigen Werkstoff in flüssiger oder fester Phase zu verwenden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Zusatzwerkstoff durch Auflegen auf den porösen Grundwerkstoff bereitgestellt wird. Dabei wird der Zusatzwerkstoff insbesondere auf eine Oberfläche des Grundwerkstoffs aufgelegt oder anderweitig zugeführt, wobei der Bereich, in dem der Zusatzwerkstoff auf die Oberfläche des Grundwerkstoffs aufgelegt wird, vorzugsweise als Kontaktbereich zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff bezeichnet wird. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Wärmezufuhr in einem Kontaktbereich von Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff erfolgt.
Bei den Verfahren wird der Zusatzwerkstoff in einen schmelzflüssigen Zustand überführt, wobei diese Überführung durch eine Wärmezufuhr mittels einer Wärmequelle erfolgt. Durch das Aufschmelzen wird der zunächst feste Zusatzwerkstoff flüssig und kann durch diese Zustandsänderung in die Poren des Grundwerkstoffs eindringen, wobei dieses Eindringen im Sinne der Erfindung bevorzugt als Infiltration bezeichnet wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Wärmequelle ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, Plasmastrahlung und/oder Lichtbogenlampe. Die Wärmezufuhr erfolgt bevorzugt durch einen Strahl, der bevorzugt punktförmig auf den Kontaktbereich zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff gelenkt wird, wo er bevorzugt lokal den Zusatzwerkstoff aufschmilzt. Dieser Vorgang wird im Kontext der vorliegenden Erfindung bevorzugt als lokale Wärmezufuhr bezeichnet, wobei dies insbesondere die punktförmige Wärmezufuhr durch eine strahlförmige Wärmestrahlung einschließt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass eine Form des Brennflecks von der Strahlformung, beispielsweise der Linienoptik, abhängig ist. Ferner kann eine Punktquelle auch über einen beliebigen Weg an der Oberfläche des Materials bewegt werden.
Durch die Erfindung wird der Werkstoff räumlich lokal in einem begrenzten Volumen mit einem weiteren Werkstoff, vorzugsweise den Zusatzwerkstoff, infiltriert. In diesem Infiltrationsvolumen liegen bevorzugt sowohl nicht-infiltrierte Bereiche des Grundwerkstoffs, als auch infiltrierte Bereiche des Grundwerkstoffs, d.h. solche Bereiche, in dem die Poren des Grundwerkstoffs zumindest partiell mit Zusatzwerkstoff vorliegen. Dabei findet vorteilhafterweise eine Überlagerung und/oder Beeinflussung der Eigenschaften der jeweiligen Bereiche beziehungsweise Werkstoffe statt. Diese Überlagerung ermöglicht vorteilhafterweise eine Einstellbarkeit der Werkstoffeigenschaften, die variiert werden sollen. Da die Geometrie des Infiltrationsvolumens vorzugsweise variabel ist, lassen sich relevante Eigenschaften des so erzeugten Werkstoffs lokal verändern. Über die zugeführte Menge an Zusatzwerkstoff und/oder die Ausgestaltung des angewendeten Temperaturfelds kann die Infiltrationstiefe und/ oder Infiltrationsbreite reguliert werden. Die gradierten Größen im Kontaktbereich sind auf diese Weise vorteilhafterweise variabel einstellbar. Das Verfahren kann insbesondere mit geringem Aufwand, ohne die Verwendung von Vermittlerschichten und in kurzen Prozesszeiten und/oder bei Normaldruck realisiert werden.
Es ist mit anderen Worten im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass, ausgehend von der Oberfläche des Grundwerkstoffs, eine lokale oder umfassende Einbringung von Zusatzwerkstoff in das Volumen des Grundwerkstoffs durch Infiltration erfolgt. Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass es sich bei dem Zusatzwerkstoff um einen Reinstoff handelt, wie zum Beispiel Kupfer, oder dass es sich bei dem Zusatzwerkstoff um eine Legierung handelt, also eine Mischung aus verschiedenen Materialien, insbesondere Metallen. Bei der Infiltration werden die Poren des Grundwerkstoffs in Abhängigkeit von Faktoren, wie zugeführte Werkstoffmenge, Vorhandensein von Schutzgas und/oder dem thermischen Gesamtzustand des Grundwerkstoffkörpers mit Zusatzwerkstoff aufgefüllt. Indem der Zusatzwerkstoff durch eine vorzugsweise lokale Wärmequelle in den schmelzflüssigen Zustand überführt wird, kann der Zusatzwerkstoff in das Innere der Poren des Grundkörpers infiltrieren. Es war vollkommen überraschend, dass durch die Anpassung des Infiltrationsumfangs, das heißt der Größe des Infiltrationsvolumens, eine lokale Beeinflussung von Werkstoffeigenschaften erfolgen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden durch ein Ausführungsbeispiel beschrieben: Beispielsweise kann eine Verbindung zwischen einem elektrisch leitenden metallischen Leiter (zum Beispiel Kupfer) und einer elektrisch leitenden Oxidkeramik (zum Beispiel einem vollkeramischen Heizleiter) mit den hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Durch Zugabe und/oder Auflegen von Metall in Form eines festen Körpers in den Kontaktbereich zwischen Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff und das anschließende Aufschmelzen des Metalls durch eine Wärmequelle kann eine Infiltration des Zusatzwerkstoffs, hier des Metalls, in den Grundwerkstoff, der vorzugsweise porös ausgebildet ist, erreicht werden. Diese Infiltration beeinflusst bevorzugt sowohl den Wärmeübergang im Kontaktbereich, als auch die Benetzbarkeit des Grenzwerkstoffs für weitere metallische Auftragsschichten. Der gradierte Stoffschluss der Verbindung ermöglicht vorteilhafterweise einen elektrischen Anschluss eines so erhaltenen keramischen Heizleiters mit angepassten elektrischen Widerständen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Eigenschaften eines Gesamtkörpers aus dem erhaltenen Werkstoff beeinflusst werden. Im Speziellen ist beispielsweise die schwingungsoptimierte Gestaltung von Bauteilen denkbar. Es ist im Sinne der Erfindung darüber hinaus bevorzugt, den Zusatzwerkstoff, der im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als Infiltrat bezeichnet wird, entlang einer zuvor definierten Spur lokal in den Grundwerkstoff einzubringen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Einfluss zu nehmen auf das Schwingungsverhalten des so erhaltenen Bauteils, insbesondere seine elastischen Eigenschaften. Es war vollkommen überraschend, dass die auf diese Weise geänderten elastischen Eigenschaften des so erhaltenen Bauteils entlang des Querschnitts Einfluss auf das Schwingungsverhalten des gesamten Bauteils nehmen können, wodurch überraschenderweise das Dämpfungsverhalten einer Gesamtstruktur verändert werden kann.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren können gezielt Eigenschaften eines Grundwerkstoffs durch Infiltration mit einer Metallschmelze verändert werden, wobei der Grundwerkstoff vorzugsweise von einer porösen Keramik gebildet wird. Das Verfahren kann in diesem Anwendungsfall als Fügeverfahren verstanden werden. Die Infiltration wird vorzugsweise genutzt, um in mehreren Verfahrensstufen eine Verbindung zwischen dem keramischen Grundwerkstoff und einem elektrischen Leiter als Zusatzwerkstoff herzustellen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der gradierte Übergang der Werkstoffeigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit, nicht sprunghaft, sondern graduiert gestaltet ist. Der Übergang kann durch das neuartige Kontaktierungsverfahren bewusst gestaltet und eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, die genannten Werkstoffeigenschaften durch Regulation der Menge an Zusatzwerkstoff und Anpassung der entsprechenden Prozessparameter anzupassen.
In einem Anwendungsfall der Erfindung wird die elektrische Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden keramischen Bauteils (zum Beispiel Lanthanchromit) derart verändert, dass sich eine zuvor festgelegte elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise ein zuvor definierter elektrischer Widerstand über das komplette Bauteil ergibt. Durch Infiltration mit einem bevorzugt metallischen Zusatzwerkstoff (zum Beispiel Kupfer) kann der elektrische Widerstand an den Stellen der Infiltration gezielt verändert werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass nicht-infiltrierte Bereiche des Bauteils unbeeinflusst bleiben.
Es ist dem Stand der Technik bekannt, Schweißprozesse unter einer Schutzgasatmosphäre durchzuführen, um Oxidationsprozesse zu vermeiden. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass der Grundwerkstoff unter Schutzgasatmosphäre schlecht benetzbar ist, was die Infiltration mit dem Zusatzwerkstoff nachteiligerweise erschweren kann. Eine Verbesserung des schlechten Benetzungsverhaltens und damit einer ungenügenden Infiltration kann mit einem mehrstufigen Infiltrationsprozess erreicht werden, der beispielsweise in einem ersten Schritt unter Atmosphäre-Bedingungen erfolgt und in einem zweiten Schritt unter Schutzgas-Bedingungen. Mit anderen Worten kann bei den vorgeschlagenen Verfahren Schritt c) in zwei Stufen erfolgen, nämlich durch einen

Schritt 1: Wärmezufuhr unter Atmosphäre-Bedingungen und einen
Schritt 2: Wärmezufuhr unter Schutzgas-Bedingungen.

Unter einer „Atmosphäre-Bedingung“ versteht der Fachmann bevorzugt, das Arbeiten unter der üblichen Umgebungsluft, wobei der Fachmann auch weiß, dass die als Luft bezeichnete Gasmischung Stickstoff, Sauerstoff und kleineren Mengen anderer Gase, wie Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und beispielsweise Edelgase, umfasst.
Üblicherweise weisen Kupfer und andere Metalle als Zusatzwerkstoffe ein schlechtes Benetzungsverhalten auf. Die Bildung von Kupfer- oder anderer Metalloxide an der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls des Zusatzwerkstoffs sorgt bevorzugt für eine verringerte Oberflächenspannung und infolgedessen zu einer großflächigen Benetzung des Grundwerkstoffs mit dem Zusatzwerkstoff. Der erste Schritt des Verfahrensschritts c), bei dem die Wärmezufuhr unter Atmosphäre-Bedingungen erfolgt, sorgt vorzugsweise für gradierte Eigenschaften im Inneren des Grundwerkstoffs und optimiert die Oberflächeneigenschaften des Grundwerkstoffs für eine verbesserte Benetzung bei Nutzung eines Schutzgases im zweiten Schritt des Verfahrensschritts c). Die Erwärmung des Zusatzwerkstoffs durch Wärmezufuhr durch eine Wärmequelle unter Atmosphäre-Bedingungen kann im Sinne der Erfindung als Vorbehandlung oder thermische Vorbehandlung bezeichnet werden. Die Vorbehandlung sorgt überraschenderweise für ein erheblich verbessertes Benetzungsverhalten des Zusatzwerkstoffs in Bezug auf den Grundwerkstoff und erleichtert somit vorteilhafterweise das Eindringen des Zusatzwerkstoffs im zweiten Schritt des Verfahrensschritt c), bei dem die Wärmezufuhr unter Schutzgas-Bedingungen erfolgt. Mögliche Schutzgase sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Edelgase sowie Mischungen davon. Es kann für einzelne Anwendungen des Verfahrens bevorzugt sein, weitere Bestandteile und/oder andere Gase als Schutzgas zu verwenden. Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, sauerstoffarme Gasmischungen zu verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt des Verfahrensschritts c) eine weitere Zuführung des Zusatzwerkstoffs, vorzugsweise mit definierter Masse, erfolgen. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt zusätzlich zu dem zunächst vorhandenen Zusatzwerkstoff weiteren Zusatzwerkstoff zuzuführen. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in 2 beschrieben. Die Zuführung des zusätzlichen Zusatzwerkstoffes kann manuell erfolgen. Es kann für einige Anwendungen aber ebenso bevorzugt sein, den zusätzlichen Zusatzwerkstoff bei geeigneten Prozessparametern automatisiert einzubringen. Die Erwärmung des Zusatzwerkstoffs bis zur Schmelze erfolgt vorzugsweise mittels eines Laserstrahls. Es können jedoch auch andere Wärmequellen zum Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffs verwendet werden. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Zuführung des Zusatzwerkstoffs von der räumlichen Lage eines Wärmestrahls, mit dem die Wärmezuführung bevorzugt erfolgt, räumlich getrennt erfolgt, um eine größere Flexibilität bei der Auswahl möglicher Prozessparameter zu ermöglichen. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass eine Werkstoffzufuhr während des Prozesses erfolgt, sodass keine separaten Teilschritte erkennbar sind. Diese Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise als kontinuierliche Werkstoffzufuhr bezeichnet.
Ein bevorzugter Verfahrensablauf mit beispielsweise vier Verfahrensstufen ist in 3 schematisch dargestellt. Dabei sind der erste Schritt und der zweite Schritt des Verfahrensschritts c) jeweils nochmal in zwei Einzelschritte unterteilt. 3 zeigt schematisch einen beispielhaften Verfahrensablauf einer bevorzugten Ausführungsform der hier beschriebenen Verfahren der bevorzugt vollständigen Infiltration und Kontaktierung. 3 zeigt vier Verfahrensschritte, wobei die ersten beiden Verfahrensschritte unter Atmosphäre-Bedingungen und der dritte und vierte Verfahrensschritt unter Schutzgas-Bedingungen durchgeführt werden. Bei der Durchführung der ersten beiden Verfahrensschritte unter Atmosphäre-Bedingungen kommt es zur Bildung einer Oxidschicht und zur Infiltration der Metallschmelze in den Grundwerkstoff hinein. Während des Kühlvorgangs im zweiten Verfahrensschritt platzen überflüssige Oxide, die prozessbedingt an der Oberfläche des Grundwerkstoffs verbleiben, ab und geben den Kontaktbereich frei. Es ist bevorzugt, dass im dritten und vierten Verfahrensschritt ein Schutzgas verwendet wird (zum Beispiel Argon), um die Metallschmelze vor Oxidation zu schützen. Da die Oberfläche des Zusatzwerkstoffs während der Abkühlphase nach wie vor stark oxidieren kann, ist ein Nachströmen des Schutzgases auch im vierten Verfahrensschritt vorgesehen. Eine oxidschichtfreie Oberfläche des Grundwerkstoffs ist anschließend für die Infiltration durch einen elektrischen Leiter, insbesondere einen Zusatzwerkstoff, vorbereitet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Werkstoff umfassend einen porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff, wobei der poröse Grundwerkstoff und der Zusatzwerkstoff nach dem hier vorgestellten Verbindungsverfahren miteinander verbunden vorliegen. Die erhaltenen Werkstoffe und Verbindungen sind durch besonders gute mechanische Festigkeit und einen guten stofflichen Verbund gekennzeichnet. Sie zeichnen sich darüber hinaus durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aus. Die für die Verfahren beschriebenen Vorteile und technischen Wirkungen gelten bevorzugt auch für die Werkstoffe und Bauteile, die durch die Verfahren erzeugt werden können, sowie für die Verbindungen zwischen einem Grundwerkstoff und einem Zusatzwerkstoff, die durch das Verbindungsverfahren erzeugt werden können.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Werkstoff umfassend einen porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff, wobei der Zusatzwerkstoff zumindest partiell in den Poren des Grundwerkstoffs verteilt vorliegt, wodurch der Werkstoff in Abhängigkeit von der Verteilung des Zusatzwerkstoffes lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Es war vollkommen überraschend, dass ein Werkstoff mit gradierten Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der nicht mit 3D-Druckverfahren erzeugt wird. Es stellt darüber hinaus eine Abkehr vom Stand der Technik dar, dass die Wärmezufuhr im Kontext der Herstellungs- und Verbindungsverfahren nicht in einem Ofen, sondern lokal durch eine Wärmequelle, zum Beispiel durch Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, Plasmastrahlung und/oder eine Lichtbogenlampe, erfolgt. Der Fachmann war bisher davon ausgegangen, dass eine Wärmezufuhr global in einem Ofen erfolgen muss und eine lokale Wärmezufuhr nicht ausreichend ist, um den Zusatzwerkstoff in den schmelzflüssigen Zustand zu bringen, wodurch die Infiltration des Zusatzwerkstoffes in den Grundwerkstoff ermöglicht wird, um den Werkstoff beziehungsweise ein Bauteil umfassend den Werkstoff zu erhalten. Wenn eine Temperaturbehandlung im Ofen erfolgt, geschieht dies üblicherweise unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck. Es war vollkommen überraschend, dass durch die lokale Wärmezufuhr, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, auf die Anwendung eines Überdrucks verzichtet werden kann. Dadurch kann der Werkstoff kostengünstiger und schneller erhalten werden als bei konventionellen Verfahren, die im Stand der Technik beschrieben werden. Die Eigenschaften des Werkstoffs, die lokal unterschiedlich eingestellt werden können, können beispielsweise mechanische, elektrische und/oder thermische des Werkstoffes sein.
Ein Vorteil der entwickelten Verfahren und der Werkstoffe umfassend den Grundwerkstoff und den Zusatzwerkstoff besteht darin, dass mit den entwickelten Verfahren eine gezielte Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit beziehungsweise des elektrischen Widerstands an lokalen Stellen eines Bauteils aus einem Grundwerkstoff erreicht werden kann. Dadurch wird vorteilhafterweise auch eine gezielte Einstellung von Temperaturniveaus an unterschiedlichen Stellen des Bauteils ermöglicht. Darüber hinaus kann mit den entwickelten Verfahren eine garantierte elektrische Leitfähigkeit durch einen bevorzugt mehrstufigen Infiltrationsprozess hergestellt werden, wobei das Verfahren vorteilhafterweise an die verwendeten Materialien angepasst werden kann und eine große Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Materialpaare aus Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff ermöglicht. Insbesondere ermöglichen die Verfahren eine besonders einfache und direkte Verbindung eines vorzugsweise keramischen Bauteils mit einem metallischen Leiter durch die Bereitstellung einer Kontaktierung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine Schädigung der elektrisch leitenden Keramik erfolgt, wie dies beispielsweise bei der Erwärmung des gesamten keramischen Bauteils in einem Ofen geschehen kann. Dies wird insbesondere durch eine schonende Vorerwärmung des Bauteils durch die Wärmequelle, zum Beispiel den Laserstrahl, ermöglicht. Es war vollkommen überraschend, dass die an den Kontaktbereichen auftretenden Temperaturen während des Betriebs des Heizleiters durch den Grad der Infiltration steuerbar sind. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die hier beschriebenen Verfahren und die erhaltenen Werkstoffe und oder Bauteile einen Beitrag leisten zur Entwicklung von energieeffizienten, einbaufertigen keramischen Heizelementen, die insbesondere mit Heiß-Gieß-Verfahren in Kombination mit den hier vorgestellten Infiltrationsverfahren hergestellt werden können.
Die Erfindung wird anhand durch die nachfolgende Figur näher beschrieben; es zeigt:

1 Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs beziehungsweise des Verfahrens zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff und einen Zusatzwerkstoff
2 Darstellung der Auswirkungen einer thermischen Vorbehandlung
3 Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens mit Wärmezufuhr unter Atmosphäre- und Schutzgasbedingungen

1 zeigt eine Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs (10) beziehungsweise des Verfahrens zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff (12) und einen Zusatzwerkstoff (14). Die Figur umfasst drei Einzelabbildungen, wobei , links, den Grundwerkstoff (12) mit Poren (16) zeigt. Dabei kann es sich insbesondere um eine poröse Keramik und/oder einen Metallschaum handeln. Zu sehen ist, dass die Poren (16) unterschiedliche groß ausgebildet sein können, wobei die Poren (16) unterschiedlicher Größe bevorzugt gleichmäßig im Grundwerkstoff (12) verteilt vorliegen. Es ist im Sinne der Erfindung auch bevorzugt, dass einige Poren (16) vollständig im Inneren des Grundwerkstoffs (12) vorliegen, während andere Poren (16) Öffnungen an den Randbereichen des Grundwerkstoffs (12) aufweisen. Es ist bevorzugt, dass aufgeschmolzener Zusatzwerkstoff (14) durch diese äußeren Öffnungen der Poren (16) in den Grundwerkstoff (12) eindringen kann, wodurch ein Werkstoff (10) mit Infiltrationsbereich (18) erhalten wird (siehe rechte Abbildung, ).
Der Zusatzwerkstoff (14) wird durch Auflegen auf den Grundwerkstoff (12) bereitgestellt, wobei der Grenzbereich zwischen Grundwerkstoff (12) und Zusatzwerkstoff (14) als Kontaktbereich (20) bezeichnet wird. Es erfolgt dann eine Wärmezufuhr (22), die beispielsweise mit einer punktförmigen und/oder strahlenförmigen, lokal wirkenden Wärmequelle erbracht wird, wobei es sich beispielsweise um Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, Plasmastrahlung und/oder eine Lichtbogenlampe als Wärmequelle handelt. Die Wärmezufuhr (22) und ihre Wirkrichtung werden durch die vertikal verlaufenden Pfeile in der mittigen Abbildung von 1 dargestellt. Insbesondere zeigt diese mittige Abbildung von 1 den Grundwerkstoff (12) mit aufgelegten Zusatzwerkstoff (14), der nach dem Auflegen mit Hilfe einer Wärmequelle durch Wärmezufuhr (22) in einen schmelzflüssigen, d.h. aufgeschmolzenen, Zustand überführt wird. Bei dem Zusatzwerkstoff (14) handelt es sich beispielsweise um ein Metall und/oder einen metallischen Leiter.
Die rechte Abbildung von 1 zeigte den durch Infiltration erhaltenen Werkstoff (10), der einen infiltrierten Bereich (18) umfasst, in dem Zusatzwerkstoff (14) in Poren (16) des Grundwerkstoffes (12) eingedrungen ist bzw. in den Poren (16) des Grundwerkstoffs (12) vorliegt. Der Werkstoff (10) nach dem in der rechten Abbildung von 1 dargestellten Beispiel zeigt aber auch uninfiltrierte Bereiche, in denen die Poren (16) des Grundwerkstoffs (12) (noch) nicht mit Zusatzwerkstoff (14) gefüllt sind.
2 zeigt eine Darstellung der Auswirkungen einer thermischen Vorbehandlung. Dabei wird Zusatzwerkstoff (14) auf den zunächst unbehandelten Grundwerkstoff (12) aufgelegt und mit Wärme behandelt, d.h. es wird Wärme zugeführt, mit anderen Worten, es erfolgt eine Wärmezufuhr (22). Durch die Wärmezufuhr (22) schmilzt der Zusatzwerkstoff (14) zumindest partiell auf und verändert dadurch vorteilhafterweise seine Form, wobei sich aufgrund der Oberflächenspannung des zumindest partiell aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffs (14) bevorzugt ein zumindest partiell kugelförmiges Volumen ausbildet. Es ist bevorzugt, dass der zumindest partiell aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff (14) ein gegenüber dem unbehandelten Zusatzwerkstoff (14) deutlich verbessertes Benetzungsverhalten in Bezug auf den Grundwerkstoff (12) aufweist. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass es durch die thermische Vorbehandlung bereits zu einer ersten Infiltration des Zusatzwerkstoffs (14) in den Grundwerkstoff (12) kommt, wobei diese erste Infiltration bevorzugt als Vor-Infiltration bezeichnet wird. Tests haben gezeigt, dass insbesondere vor-infiltrierter Grundwerkstoff (12) ein verbessertes Benetzungsverhalten des Zusatzwerkstoffs (14) ermöglicht.
Wenn die Wärmezufuhr (22) fortgesetzt wird oder beispielsweise nach einer Pause, in der es zu einer Abkühlung kommen kann, eine weitere Wärmezufuhr (22) erfolgt, kann zusätzlicher Zusatzwerkstoff auf den vorzugsweise vor-infiltrierten Grundwerkstoff (12) aufgebracht werden. Auch dieser zusätzliche Zusatzwerkstoff (14) wird gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wärmezufuhr (22) aufgeschmolzen und in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine zumindest partielle Infiltration des Zusatzwerkstoffs (14) in den Grundwerkstoff (12) ermöglicht, wodurch der Werkstoff (10) mit gradierten Eigenschaften oder eine Verbindung zwischen Zusatzwerkstoff (14) und Grundwerkstoff (12) erhalten wird. Es war vollkommen überraschend, dass die Größe und Beschaffenheit des Infiltrationsvolumens durch die Menge des bereitgestellten Zusatzwerkstoffs, die Größe oder Anordnung der Poren (16) im Grundwerkstoff (12), die zugeführte Wärmemenge, die Art der Wärmezuführung (22) und/oder durch die Auswahl der Materialpaare Grundwerkstoff (12)/Zusatzwerkstoff (14) eingestellt werden kann.
3 zeigt eine Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens mit Wärmezufuhr (22) unter Atmosphäre- und Schutzgasbedingungen (24). Die Teilabbildungen 1 und 2 zeigen vorzugsweise einen Infiltrierungsvorgang unter Atmosphärebedingungen, d.h. üblicherweise an Umgebungsluft umfassend überwiegend eine Mischung aus Stickstoff und Sauerstoff. Der Zusatzwerkstoff (14) wird auf den porösen Grundwerkstoff (12) aufgelegt und im Kontaktbereich (20) mit Wärme behandelt. Dadurch schmilzt der Zusatzwerkstoff (14) auf und dringt durch Infiltration in den Grundwerkstoff (12) ein, wodurch ein Infiltrationsbereich (18) erhalten wird. Durch das Vorhandensein insbesondere von Sauerstoff können sich Oxide des Zusatzwerkstoffs (14) bilden, die das Benetzungsverhalten zwischen Grundwerkstoff (12) und Zusatzwerkstoff (14) überraschend verbessern. Während des anschließenden Kühlvorgangs platzen die überflüssigen Oxidschichten ab, die prozessbedingt an der Oberfläche des Grundwerkstoffs (12) verblieben waren, so dass der Kontaktbereich (20) freigegeben wird. Eine oxidschichtfreie Oberfläche des Grundwerkstoffs (12) ist dadurch für die Infiltration durch den Zusatzwerkstoff (14) vorbereitet.
In einem dritten Schritt wird zusätzlicher Zusatzwerkstoff (14) auf den Infiltrationsbereich (18) des Grundwerkstoffs (12) aufgelegt. Es ist bevorzugt, dass im dritten und vierten Verfahrensschritt ein Schutzgas verwendet wird (zum Beispiel Argon), um die Metallschmelze vor Oxidation zu schützen. Der horizontale Pfeil in den Teilabbildungen 3 und 4 zeigt das Einströmen des Schutzgases in die vorzugsweise geschlossene Prozesskammer (26), in der die Infiltration durchgeführt wird. Diese Prozesskammer wird vorzugsweise auch als Schutzgasvorrichtung (26) bezeichnet. Die neuerliche Wärmezufuhr (22) erfolgt somit unter Schutzgasbedingungen (24), d.h. in einem vorzugsweise abgeschlossenen Behälter, der mit einem Schutzgas gefüllt ist. Die Reinheit der Schutzatmosphäre (24) kann durch mehrere Spülvorgänge erhöht werden.
Bezugszeichenliste

10: Werkstoff
12: Grundwerkstoff
14: Zusatzwerkstoff
16: Poren
18: Kontaktbereich
20: Infiltrationsbereich
22: Wärmezufuhr
24: Schutzgasatmosphäre/Schutzgasbedingungen
26: Prozesskammer/Schutzgasvorrichtung

Claims

Verfahren zur lokalen Beeinflussung von Eigenschaften eines Werkstoffs (10), wobei der Werkstoff (10) einen porösen Grundwerkstoff (12) und einen Zusatzwerkstoff (14) umfasst umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines porösen Grundwerkstoffs (12), b) Bereitstellung eines Zusatzwerkstoffs (14) durch Auflegen auf den porösen Grundwerkstoff (12), c) Überführung des Zusatzwerkstoffs (14) in einen schmelzflüssigen Zustand durch Wärmezufuhr (22) mittels einer Wärmequelle, so dass der aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff (14) in die Poren (16) des Grundwerkstoffs (12) eindringt.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem porösen Grundwerkstoff (12) und einen Zusatzwerkstoff (14) umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellung eines porösen Grundwerkstoffs (12), b) Bereitstellung eines Zusatzwerkstoffs (14) durch Auflegen auf den porösen Grundwerkstoff (12), c) Überführung des Zusatzwerkstoffs (14) in einen schmelzflüssigen Zustand durch Wärmezufuhr (22) mittels einer Wärmequelle, so dass der aufgeschmolzene Zusatzwerkstoff (14) zumindest partiell in die Poren (16) des Grundwerkstoffs (12) eindringt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff (12) und dem Zusatzwerkstoff (14) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) in zwei Schritten erfolgt, nämlich Schritt 1: Wärmezufuhr (22) unter Atmosphäre-Bedingungen, Schritt 2: Wärmezufuhr (22) unter Schutzgas-Bedingungen (24).
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt zusätzlich zu dem zunächst vorhandenen Zusatzwerkstoff (14) weiterer Zusatzwerkstoff (14) zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr (22) in einem Kontaktbereich (20) von Grundwerkstoff (12) und Zusatzwerkstoff (14) erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend mechanisch, elektrisch und/oder thermisch.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Laserstrahlung, Elektronenstrahlung, Plasmastrahlung und/oder Lichtbogenlampe.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Grundwerkstoff (12) eine Keramik ist und/oder der Zusatzwerkstoff (14) ein Metall ist.
Werkstoff (10) umfassend einen porösen Grundwerkstoff (12) und einen Zusatzwerkstoff (14) dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Grundwerkstoff (12) und der Zusatzwerkstoff (14) nach dem Verfahren gemäß Anspruch 2 miteinander verbunden vorliegen.
Werkstoff (10) umfassend einen porösen Grundwerkstoff (12) und einen Zusatzwerkstoff (14) dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwerkstoff (14) zumindest partiell in den Poren (16) des Grundwerkstoffs (12) verteilt vorliegt, wodurch der Werkstoff (10) in Abhängigkeit von der Verteilung des Zusatzwerkstoffes (14) lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist.