DE10256221B3 - Shaped sintered body having hollow interior cells has cell walls comprising plastics particles containing an expanding agent within a shell, and is produced by using a rotating sinter mold - Google Patents

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Abstract

A shaped sintered body has interior hollow cells whose walls have a constant thickness, with a maximum thickness deviation of at most 20% of the mean wall thickness. Neighboring cells are bonded together at their outer edges or by knots. The cells' walls are formed by plastics particles containing at least 1 mass% of an expanding agent, within a shell, using polymer or organic or inorganic materials. During sintering, the mold is rotated.

Description

Die Erfindung betrifft gesinterte Formkörper und Verfahren zu deren Herstellung, wobei im Formkörper hohle Zellen ausgebildet sind. Deren Zellwände trennen die Hohlräume jeweils benachbarter Zellen und stellen gleichzeitig die Verbindung der entsprechend benachbarten Zellen her.The invention relates to sintered Molded body and Process for their production, hollow cells being formed in the molded body are. Their cell walls separate the cavities neighboring cells and simultaneously make the connection the corresponding neighboring cells.

An sich bekannte gesinterte Formkörper in denen solche hohlen Zellen ausgebildet sind, weisen entweder so hohe Porositäten auf, dass keine geschlossenen Zellstrukturen erreicht werden oder die Zellen sind so angeordnet und ausgebildet, dass die mechanischen Eigenschaften über das Formkörpervolumen inhomogen sind, und dadurch können insbesondere beim Einsatz im Leichtbau solcher Formkörper nicht alle Vorteile einer Massereduzierung ausgenutzt werden..Known sintered shaped bodies in which such hollow cells are either porosities so high that no closed cell structures or cells are reached are arranged and designed so that the mechanical properties over the Form body volume are inhomogeneous and can especially when used in the lightweight construction of such moldings all advantages of mass reduction can be exploited ..

So ist die Biege- und Bruchfestigkeit, die elastische und plastische Verformbarkeit in den verschiedenen möglichen Kraftangriffsrichtungen und -punkten auch infolge der unterschiedlichen Anordnung und Ausbildung solcher Zellen innerhalb der bekannten Formkörper nicht gleich bzw. dadurch nicht gezielt beeinflussbar.So is the bending and breaking strength, the elastic and plastic deformability in the different potential Force application directions and points also due to the different Arrangement and formation of such cells within the known moldings cannot be influenced immediately or therefore cannot be influenced in a targeted manner.

So sind in DE 39 02 032 C2 ein gesintertes Leichtbaumaterial und Möglichkeiten zur Herstellung eines solchen Materials beschrieben. Ein metallisches Leichtbaumaterial soll eine gitterförmige Struktur von Stegen aus intermetallischen Verbindungen aufweisen, die gleichmäßig verteilte kugelförmige Hohlräume ausbilden, die als dichteste Kugelpackung angeordnet sind. Für die Herstellung werden metallische Hohlkugeln zu einer dichtesten Kugelpackung gestapelt. Die Hohlkugeln werden dann vorgesintert. Im Anschluss an das Vorsintern werden die Hohlräume zwischen den Kugeln mit pulverförmigem Metall, Metalllegierungen. oder intermetallischen Verbindungen aufgefüllt, um so Stege zwischen kugelförmigen Hohlräumen, mit einem nachfolgenden Sinterprozess, zu bilden.So are in DE 39 02 032 C2 described a sintered lightweight material and ways of producing such a material. A metallic lightweight construction material should have a lattice-like structure of webs made of intermetallic compounds, which form evenly distributed spherical cavities, which are arranged as the densest spherical packing. For the manufacture, hollow metallic spheres are stacked to form the densest spherical packing. The hollow spheres are then presintered. Following the pre-sintering, the cavities between the balls are made with powdered metal, metal alloys. or intermetallic compounds, so as to form webs between spherical cavities with a subsequent sintering process.

In DE 43 38 457 C2 sind Bauteile mit dichter Außenschale und porösem Kern beschrieben. Dabei werden gesinterte Hohlkugeln lagenweise beschichtet und von einer Schale aus dichtgesintertem Pulvermaterial umschlossen.In DE 43 38 457 C2 components with a dense outer shell and porous core are described. Sintered hollow spheres are coated in layers and enclosed by a shell made of densely sintered powder material.

Aus US 4,925,740 sind Strukturelemente bekannt, bei denen metallische Hohlkugeln innerhalb eines Schalenaufbaus in bestimmter Form angeordnet und miteinander verbunden sind.Out US 4,925,740 Structural elements are known in which metallic hollow spheres are arranged in a certain shape within a shell structure and are connected to one another.

Möglichkeiten für die Herstellung von Körpern aus Siliciumkarbid mit einer Honigwabenstruktur sind in US 2002/0011683 A1 beschrieben. Dabei wird eine Mischung eines Pulvers, das zur Bildung von Siliciumkarbid geeignet ist, mit einem organischen Binder extrudiert. Beim Extrudieren werden langgestreckte Kanäle ausgebildet, die auch nach einer Sinterung im fertigen Körper aus Siliciumkarbid, als Kanäle beispielsweise für einen Partikelfilter ausgebildet bleiben.Possibilities for the production of silicon carbide bodies with a honeycomb structure are in US 2002/0011683 A1 described. A mixture of a powder which is suitable for forming silicon carbide is extruded with an organic binder. Elongated channels are formed during the extrusion and remain as channels, for example for a particle filter, even after sintering in the finished silicon carbide body.

Ein Verfahren zur Herstellung von metallischen oder keramischen Hohlkugeln ist aus DE 37 24 156 A1 bekannt. Dort ist auch beispielhaft auf die Möglichkeit zur Herstellung von Schwammkörpern mit solchen Hohlkugeln hingewiesen worden.A process for producing metallic or ceramic hollow spheres is known DE 37 24 156 A1 known. There is also an example of the possibility of producing sponge bodies with such hollow spheres.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gesinterten Formkörper zur Verfügung zu stellen, der bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften ein dreidimensionales isotropes Verhalten aufweist.It is therefore an object of the invention a sintered molded body to disposal to ask who regarding its mechanical properties a three-dimensional isotropic Behavior.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Mit dem Verfahren hergestellte erfindungsgemäße Formkörper werden mit den Merkmalen des Anspruchs 12 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved with a Method having the features of claim 1 solved. With Shaped bodies according to the invention produced by the method are provided with the features of claim 12 defined. Advantageous designs and Developments of the invention can with those in subordinate claims mentioned features can be achieved.

Der erfindungsgemäße gesinterte Formkörper weist über das gesamte Volumen verteilt oder auch nur bereichsweise innerhalb seines Volumens geschlossene Zellen auf, die hohl sind. Die die Zellenhohlräume gegenüber benachbarten Zellen abschließenden und benachbarte Zellen verbindenden Zellwände, bevorzugt aus einem anorganischen Werkstoffweisen aber eine nahezu konstante Zellwanddicke auf. Die Zellwände sind dabei auch in Knoten- bzw. Zwickelbereichen nicht dicker ausgebildet und auch dort ist, wie in den übrigen Zellwandbereichen, eine maximale Dickenabweichung in Bezug zur mittleren Zellwanddicke ≤ 20%, bevorzugt ≤ 10% eingehalten.The sintered molded body according to the invention has the entire volume distributed or even only partially within its Volume closed cells that are hollow. Which oppose the cell cavities adjacent Final cells and cell walls connecting adjacent cells, preferably of an inorganic material but an almost constant cell wall thickness. The cell walls are not even thicker in knot or gusset areas and there too, like in the rest Cell wall areas, a maximum thickness deviation in relation to the middle Cell wall thickness ≤ 20%, preferably ≤ 10% observed.

Die Zellwände weisen flächige, überwiegend in einer Ebene ausgebildete flächige Bereiche auf. Diese bilden dann an ihren äußeren Enden benachbarte Zellen miteinander verbindende Kanten/Knoten.The cell walls are flat, mostly in one-level flat Areas on. These then form neighboring cells at their outer ends connecting edges / nodes.

Dadurch können homogene mechanische Eigenschaften dreidimensional erreicht werden, wie dies theoretisch bei einer entsprechenden dreidimensionalen Honigwabenstruktur erreichbar ist, die sich jedoch durch Sinterung nicht herstellen lässt.This allows homogeneous mechanical properties can be achieved three-dimensionally, as theoretically with a corresponding three-dimensional honeycomb structure can be reached, which, however, cannot be produced by sintering.

Die einzelnen Zellen können innerhalb des Formkörpers regelmäßig angeordnet sein.The individual cells can be inside of the shaped body arranged regularly his.

Es lassen sich Zellanordnungen in verschiedenen Formen von dichten Packungen realisieren. Sie können kubisch einfach dicht, kubisch raumzentriert, oder als dichte hexagonale Packung ausgebildet werden. Mit Packungen von Zellen können ein- oder auch mehrlagige „Bienenwabenstrukturen" ausgebildet werden.There are cell arrangements in realize different forms of tight packing. You can be cubic simply dense, cubic centered, or as a dense hexagonal Pack are trained. With packs of cells one can multilayer "honeycomb structures" are also formed.

Unter Berücksichtigung des Leichtbauaspektes, also einer möglichst hohen Massereduzierung der entsprechend hergestellten Formkörper und trotzdem einer ausreichend hohen mechanischen Festigkeit und Verformbarkeit sollten die mittleren Zellwanddicken im Bereich zwischen 10 und 1000 um gehalten werden.Taking into account the lightweight construction aspect, that is, the greatest possible reduction in mass of the correspondingly produced molded bodies and nevertheless a sufficiently high mechanical one Strength and deformability, the average cell wall thicknesses should be kept in the range between 10 and 1000 µm.

Die Zellwände und gegebenenfalls von solchen Zellen freigehaltene Bereiche können aus reinen Metallen, Metalllegierungen, Intermetallen, wie z.B. Silizide und Aluminide aber auch aus verschiedenen oxidischen, nichtoxidischen Keramiken oder Kombinationen mit mindestens zwei dieser Werkstoffe gebildet sein.The cell walls and possibly from Areas kept free of such cells can be made of pure metals, metal alloys, Intermetals such as Silicides and aluminides but also from different oxidic, non-oxide ceramics or combinations with at least two of these materials can be formed.

Es ist gegebenenfalls auch möglich, dass die Trenn wände aus einem bei Erwärmung fließfähigen plastisch verformbaren Kunststoff gebildet werden.It is also possible that the partitions from one when heated flowable plastic deformable plastic are formed.

Für viele Anwendungsfälle solcher gesinterten erfindungsgemäßen Formkörper kann es vorteilhaft sein, die geschlossenen Zellen homogen innerhalb des gesamten Volumens des Formkörpers verteilt anzuordnen, so dass die mechanischen Eigenschaften lediglich durch die äußere Gestalt des Formkörpers beeinflusst sind, lokal begrenzt innerhalb seines Volumens jedoch nahezu konstante mechanische Eigenschaften, was die Festigkeit und die Verformbarkeit betrifft, eingehalten werden können.For many use cases Such sintered shaped bodies according to the invention can be advantageous the closed cells homogeneous within the entire volume of the shaped body to be distributed so that the mechanical properties only through the outer shape of the shaped body are influenced, but limited locally within its volume almost constant mechanical properties, what the strength and the deformability concerns can be met.

Die erfindungsgemäßen gesinterten Formkörper können aber auch so hergestellt worden sein, dass in bestimmten Volumenbereichen keinerlei Zellen vorhanden sind und andere Bereich jedoch solche Zellen aufweisen. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, innerhalb eines Formkörpers eine Zellenstruktur vorzusehen, die am fertigen Formkörper radial nach außen eine geschlossene zellenfreie Sinterstruktur aufweist. Dadurch kann eine äußere glatte Oberfläche eines entsprechend hergestellten Formkörpers erreicht werden.However, the sintered moldings according to the invention can have also been manufactured so that in certain volume ranges there are no cells and other areas, however Have cells. For example, it can be advantageous within of a shaped body to provide a cell structure that radially on the finished molded body outward has a closed cell-free sintered structure. This can an outer smooth surface of a correspondingly produced molded body can be achieved.

Es besteht aber auch die Möglichkeit einen Formkörper zur Verfügung zu stellen, der im radial äußeren Bereich die geschlossenen Zellenstrukturen aufweist, in dessen Inneren ein Hohlraum ausgebildet sein kann.But there is also the possibility a molded body to disposal to put up in the radially outer area which has closed cell structures, inside of which one Cavity can be formed.

Innerhalb eines Formkörpers kann aber auch mindestens ein Kanal ausgebildet sein, der beispielsweise für Kühlzwecke genutzt werden kann.Can be inside a molded body but also at least one channel can be formed, for example for cooling purposes can be used.

Neben der nahezu konstanten Zellwanddicke sollten aber auch die Volumina der einzelnen Zellen annähernd gleich sein. Dabei sollte die Abweichung der jeweiligen Einzelzellvolumina um einen Mittelwert ≤ 25% gehalten sein. Dabei soll aber berücksichtigt sein, dass die Zellen, die im wesentlichen die äußere Kontur eines Formkörpers mit bilden, von dieser Vorgabe abweichen können, da sie herstellungsbedingt auch andere Gestaltungsformen aufweisen, als die Zellen, die im Inneren des Formkörpers ausgebildet worden und dort angeordnet sind.In addition to the almost constant cell wall thickness the volumes of the individual cells should also be approximately the same his. The deviation of the individual cell volumes should be considered around an average ≤ 25% be kept. However, it should be taken into account that the cells which is essentially the outer contour of a shaped body with form, can deviate from this specification because they are production-related also have different design forms than the cells that are in the Inside of the molded body have been trained and arranged there.

Die erfindungsgemäßen gesinterten Formkörper können mit Hilfe von Kunststoffpartikeln, die mindestens 1 Masse-%, bevorzugt mindestens 2,5 Masse-% eines Treibmittels enthalten, hergestellt werden. Die Kunststoffpartikel können unterschiedliche geometrische Gestalt aufweisen, wobei für viele Anwendungen sphärische Formen zu bevorzugen sein werden.The sintered moldings according to the invention can also be used Help of plastic particles, which is at least 1% by mass, preferred contain at least 2.5% by mass of a blowing agent. The plastic particles can have different geometrical shapes, being used for many applications spherical Shapes will be preferred.

Die jeweilig eingeschlossenen Zellvolumina können durch entsprechende Auswahl der jeweils eingesetzten Kunststoffpartikel und allein oder zusätzlich durch den jeweiligen Treibmittelgehalt beeinflusst werden.The respective enclosed cell volumes can by appropriate selection of the plastic particles used in each case and alone or in addition can be influenced by the respective blowing agent content.

Insbesondere mit steigendem Treibmittelgehalt kann die besonders vorteilhafte Konstantheit der Zellwanddicken verbessert werden.Especially with increasing blowing agent content can the particularly advantageous constant cell wall thickness be improved.

Als Kunststoff kann bzw. können vorteilhaft ein Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen sowie deren Derivate eingesetzt werden.The plastic can advantageously be a Polystyrene, polypropylene, polyethylene and their derivatives are used become.

Die das Treibmittel enthaltenden Kunststoffpartikel können von einer Hülle umschlossen sein. In der Hülle ist in Pulverform der die Trennwände für die Zellen bildende Werkstoff oder eine geeignete chemische Ver bindung dieses Werkstoffes enthalten. Üblicherweise kann die Ausbildung der Hülle um die Kunststoffpartikel mit Hilfe eines herkömmlichen Bindemittels ausgebildet worden sein. Wird eine chemische Verbindung eines solchen Werkstoffes eingesetzt, kann diese beispielsweise beim Sintern aufgespalten bzw. reduziert werden.The ones containing the blowing agent Plastic particles can from a shell be enclosed. In the shell is in powder form of the partitions for the cells forming material or a suitable chemical Ver this Contain material. Usually can the formation of the shell around the plastic particles using a conventional binder have been. Becomes a chemical compound of such a material used, it can split, for example, during sintering or be reduced.

Die so beschichteten Kunststoffpartikel können dann in ein Formwerkzeug gegeben werden, das nach der Befüllung bevorzugt allseitig abgeschlossen wird.The plastic particles coated in this way can then be placed in a mold that is preferred after filling is completed on all sides.

Anschließend erfolgt eine Erwärmung auf mindestens 80 °C, bevorzugt im Bereich um 100 °C, wobei jedoch 150 °C nicht überschritten werden sollte.Then it is heated to at least 80 ° C, preferred in the range around 100 ° C, whereby however 150 ° C not exceeded should be.

Durch diese Erwärmung wird eine Volumenvergrößerung der Kunststoffpartikel erreicht, wobei gleichzeitig die in der Hülle enthaltenden Partikel, die für die Ausbildung der Zellwände erforderlich sind, zum Fließen gebracht werden und infolge von Kraftwechselwirkungen der sich in ihren Volumina vergrößernden Kunststoffpartikel eine formgebende Gestaltung der einzelnen Zellen erfolgt. Dabei gibt das dabei geschlossene Formwerkzeug die Form und das Volumen eines Formkörper Vorproduktes (Grünkörper) vor. Dieses Fließen soll so verstanden werden, dass unter bestimmten Bedingungen die Pulverpartikel, aus denen die dann fertig gesinterten Zellwände gebildet werden, infolge der bei der Volumenvergrößerung wirkenden Kräfte Bewegungen vollziehen können, so dass lokale Anhäufungen von Pulverpartikeln vermieden werden können.This heating causes an increase in volume Plastic particles reached, while those contained in the shell Particles for the formation of the cell walls are required for flow brought and as a result of force interactions in increasing their volumes Plastic particles shape the design of the individual cells he follows. The closed mold gives the shape and the volume of a molded body Preliminary product (green body). This flow should be understood to mean that under certain conditions the Powder particles from which the sintered cell walls are then formed movements, due to the forces acting on the volume increase can accomplish so local accumulations of powder particles can be avoided.

Dabei können diese Pulverpartikel in einem Medium, einer Hülle um den sich im Volumen vergrößernden Kunststoff oder einer Matrix enthalten oder eingebettet sein. Diese bestehen aus Stoffen oder Stoffgemischen, die bevorzugt durch Energieeintrag zumindest erweicht und plastisch oder elastisch verformbar werden, wobei während der Phase der Verformbarkeit die erwähnte Bewegung der die Zellwände bildenden Partikel (Fließen) möglich ist. Die Verformbarkeit dieser Stoffe oder Stoffgemische kann aber auch vorteilhaft reversibel sein. Dies kann beispielsweise durch thermische Beeinflussung oder chemische Umwandlung erreicht werden, so dass ein ausreichend fester Grünkörper herstellbar ist. Geeignete Stoffe/Stoffgemische sind beispielsweise Polymere, anorganische oder organische Stoffe, wie z.B. venylacetatbasierte Alkohole, Polyacrylate, Polyvenylbutyrale, Cellulosederivate oder polymere Siliziumverbindungen.These powder particles can be contained or embedded in a medium, a shell around the plastic, which increases in volume, or in a matrix. These consist of substances or mixtures of substances, which are preferably at least softened by the introduction of energy and become plastically or elastically deformable, the movement of the particles forming the cell walls (flow) being possible during the deformability phase. The deformability of these substances or mixtures of substances can, however, also advantageously be reversible. This can be done, for example, by thermal influence or chemical conversion can be achieved so that a sufficiently solid green body can be produced. Suitable substances / substance mixtures are, for example, polymers, inorganic or organic substances, such as, for example, vinyl acetate-based alcohols, polyacrylates, polyvinyl butyrals, cellulose derivatives or polymeric silicon compounds.

Bei der Expansion der Kunststoffpartikel sollte die Temperatur solange gehalten werden, bis das Treibmittel weitestgehend entfernt ist.When expanding the plastic particles the temperature should be kept until the blowing agent is largely removed.

Der eine ausreichende Grünfestigkeit aufweisende Formkörper, dessen äußere Gestalt durch das Formwerkzeug bestimmt worden ist, kann anschließend einer Pyrolyse unterzogen werden, bei der auch die Kohlenwasserstoffe aus den Zellen sowie gegebenenfalls noch Bindemittelreste in Gasform abgezogen werden.A sufficient green strength molded articles, its outer shape has been determined by the mold, then one Be subjected to pyrolysis, which also includes the hydrocarbons from the cells as well as any residual gaseous binder subtracted from.

Der Grünkörper kann vor oder im Anschluß an die Pyrolyse mechanisch und/oder thermisch bearbeitet werden. So kann durch lokale mechanische und/oder thermisch bewirkten Werkstoffabtrag eine gezielte äußere und/oder innere Formgebung erreicht werden. Wegen der Werkstoffeigenschaften ist der Aufwand für eine solche Formgebung deutlich geringer, als an einem fertig gesinterten Formkörper.The green body can before or after the Pyrolysis can be processed mechanically and / or thermally. So can through local mechanical and / or thermal material removal a targeted exterior and / or inner shape can be achieved. Because of the material properties is the effort for such a shape is significantly less than that of a finished sintered one Moldings.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann dann der Formkörper fertig gesintert werden, wobei hierfür die verschiedensten bekannten Sinterverfahren und Sinterregime eingesetzt werden können.In a further process step can then the molded body are ready to be sintered using a wide variety of known ones Sintering processes and sintering regimes can be used.

Das Sintern kann in einer gezielt ausgewählten Gasathmosphäre erfolgen, wobei nicht nur Einfluß auf die Zellwandstruktur beim Sintern, sondern auch ein Einschluß des Gases innerhalb der dicht gesinterten Zellen erreichbar ist. So können beispielsweise inerte Gase in die Zellen eingeschlossen werden.The sintering can be targeted in one chosen gas atmosphere take place, not only influencing the cell wall structure during sintering, but also an inclusion of the gas within the tight sintered cells can be reached. For example, inert Gases are trapped in the cells.

Wird bei entsprechend erhöhten Gasdrücken gesintert, kann in den dicht gesinterten Zellen ein gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck erhöhter Innendruck im fertigen Formkörper eingestellt werden. Auch dadurch kann Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Formkörpers genommen werden.If sintered at correspondingly higher gas pressures, can be in the densely sintered cells compared to the atmospheric Ambient pressure increased Internal pressure in the finished molded body can be set. This can also influence the mechanical properties of the shaped body be taken.

Eine weitere Möglichkeit für die Herstellung der erfindungsgemäßen gesinterten Formkörper besteht darin, dass die entsprechende Anteile von Treibmittel enthaltenden Kunststoffpartikel gemeinsam mit pulverförmigem die Zellwände bildenden Werkstoff oder eine entsprechend geeignete chemische Verbindung dieses Werkstoffes mit einem herkömmlichen Bindemittel in das Formwerkzeug gegeben werden.Another possibility for the production of the sintered according to the invention moldings is that the corresponding proportions of blowing agents Plastic particles together with powdered material that forms the cell walls or a suitable chemical compound of this material with a conventional one Binding agents are added to the mold.

Dabei können alle Komponenten in fester Form eingesetzt werden.All components can be in solid form be used.

Gegebenenfalls sollte eine gute Vermischung, die eine homogene Verteilung der Kunststoffpartikel sichert, vorab bzw. auch innerhalb des Formwerkzeuges durchgeführt worden sein.If necessary, a good mix, which ensures a homogeneous distribution of the plastic particles in advance or have also been carried out within the mold.

Nachfolgend kann dann wie vorab beschrieben verfahren werden. Demzufolge wird mittels der Erwärmung in dem bezeichneten Temperaturbereich die Volumenvergrößerung der Kunststoffpartikel initiiert und die Zellstruktur durch Fließen der Pulverpartikel und die formgebende Gestaltung der Zellstrukturen ausgelöst.The following can then be described as before be moved. As a result, the heating in the designated temperature range the volume increase of Plastic particles initiated and the cell structure by flowing the Powder particles and the shape of the cell structures triggered.

In diesem Fall sollte jedoch ein Bindemittel eingesetzt werden, das für den relativ niedrigen Temperaturbereich geeignet ist und eine entsprechend geringe Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur aufweist.In this case, however, one should Binders are used for the relatively low temperature range is suitable and a correspondingly low melting or softening temperature having.

Es kann aber auch so verfahren werden, dass die das Treibmittel enthaltenden Kunststoffpartikel in einer flüssigen Phase bzw. mit einer flüssigen Phase in das Formwerkzeug gegeben werden. Dabei kann ein flüssiges Bindemittel, eine Bindemittelschmelze oder eine Bindemittellösung, in der der pulverförmige Werkstoff für die Ausbildung der Trennwände in dispergierter Form enthalten ist, eingesetzt und im Übrigen, wie bereits beschrieben, verfahren werden kann.But it can also be done in such a way that the plastic particles containing the blowing agent in a liquid phase or with a liquid phase be placed in the mold. A liquid binder, a molten binder or a binder solution in which the powdered material for the Formation of the partitions is contained in dispersed form, used and, moreover, can be operated as already described.

Vorteilhaft kann nach dem Aufgeben der den gesinterten Formkörper bildenden Komponenten in das Formwerkzeug eine Vorverdichtung durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Vibration des Formwerkzeuges aber auch mit einem stempelförmigen Teil des Formwerkzeuges, mit dem dieses dann nach der Befüllung verschlossen wird, durch Ausübung einer Druckkraft erreicht werden.Can be beneficial after giving up of the sintered molded body forming components in the mold a precompression. This can be caused, for example, by vibration of the molding tool but also with a stamp-shaped one Part of the mold with which it is then closed after filling will, through exercise a pressure force can be achieved.

Für die Herstellung von Formkörpern mit radial außen angeordneten Zellstrukturen, die in ihrem zentralen Inneren auch hohl ausgebildet sein können, besteht die Möglichkeit, das Formwerkzeug um eine Drehachse rotieren zu lassen, so dass bei der Herstellung des Grünkörpers die Fliehkraftwirkung ausgenutzt werden kann.For the production of moldings with radially outside arranged cell structures in their central interior too can be hollow, it is possible, to let the mold rotate about an axis of rotation, so that at the manufacture of the green body Centrifugal force can be exploited.

Für die Ausbildung von Kanälen oder auch Hohlräumen innerhalb des Formkörpers besteht die Möglichkeit, dass vor dem Befüllen entsprechend ausgebildete Kernelemente in das Formwerkzeug eingesetzt werden. Dabei kann ein solches Kernelement ebenfalls bereits hohl ausgebildet sein und im fertigen Formkörper beispielsweise einen Kanal durch den Formkörper bilden.For the formation of channels or cavities inside the molded body it is possible, that before filling appropriately trained core elements used in the mold become. Such a core element can also be hollow be formed and for example through a channel in the finished molded body the molded body form.

Es können auch Kernelemente aus einem bei Erwärmung sein Volumen vergrößernden Kunststoff eingesetzt werden.It can also consist of core elements one with warming increasing its volume Plastic are used.

Solche Kernelemente können aber auch für die Herstellung von kanalförmigen Zellenstrukturen in einem Formkörper eingesetzt werden. Diese Kanäle sind dann nahezu parallel zueinander ausgerichtet und können an ihren sich gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen Öffnungen aufweisen. Die freien Querschnitte solcher Kanäle können hexagonal oder auch oktagonal ausgebildet sein.Such core elements can also for them Manufacture of channel-shaped Cell structures in a molded body be used. These channels are then aligned almost parallel to each other and can their arranged opposite each other End faces openings exhibit. The free cross-sections of such channels can be hexagonal or octagonal be trained.

Für die Herstellung solcher Formkörper können solche Kunststoffkernelemente, die bevorzugt zylinderförmig sind, mit ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet in ein Formwerkzeug eingesetzt werden. Die Mantelflächen der Kernelemente können, wie bereits bei den Kunststoffpartikeln beschrieben, von einer Hülle oder einer geeigneten Matrix umgeben sein, in denen wiederum der die Zellwände bildende Werkstoff oder eine entsprechende chemische Verbindung dieses Stoffes enthalten ist. Durch die Volumenvergrößerung der Kernelemente und die durch die Formwerkzeug aussenwände erreichbare Gegenkräfte kann ein Formkörper mit einer solchen auch regelmäßigen waben- und kanalförmigen Zellstruktur hergestellt werden.For the production of such moldings, such plastic core elements, which are preferably cylindrical, with their longitudinal axes aligned parallel to one another, can be inserted into a mold. The outer surfaces of the core elements can be, as already with the plastic particles wrote, be surrounded by a shell or a suitable matrix, which in turn contains the material forming the cell walls or a corresponding chemical compound of this substance. Due to the increase in volume of the core elements and the counterforces that can be achieved by the mold outer walls, a molded body with such a regular honeycomb and channel-shaped cell structure can be produced.

Die Kernelemente können hierzu aus einem Kernteil, der aus Treibmittel enthaltendem Kunststoff, der von einem bei Erwärmung plastisch verformbaren Kunststoff in Mantelform umhüllt ist, gebildet sein.The core elements can do this from a core part, the plastic containing blowing agent, the from one when heated plastically deformable plastic is encased in the form of a jacket, be educated.

Für die chemische Bindung von bei der Pyrolyse freigesetztem Sauerstoff und/oder Kohlenstoff können für diese Elemente affine Stoffe (z.B Ti, Zr, Hf, Ta, Mg, Cr, V, Si, W, Al) eingesetzt werden. Solche Stoffe können in den Kunststoffpartikeln enthalten sein oder diese umgeben.For the chemical bonding of oxygen released during pyrolysis and / or carbon for this Elements affine substances (e.g. Ti, Zr, Hf, Ta, Mg, Cr, V, Si, W, Al) be used. Such substances can be found in the plastic particles be included or surround them.

Für die Ausbildung besonders dichter Zellwände ist es vorteilhaft, ein aus zwei Komponenten gebildetes Pulver einzusetzen, die unterschiedliche Schmelz- und Erweichungstemperaturen aufweisen. So können mit einer Komponente, die eine kleinere Schmelz- und Erweichungstemperatur beim Sintern offene Poren der jeweils anderen Komponente geschlossen werden.For the formation of particularly dense cell walls, it is advantageous to to use powder formed from two components, the different melting and have softening temperatures. So with one component, which open a lower melting and softening temperature during sintering Pores of the other component are closed.

Hierfür geeignete Kombinationen sind beispielsweise
Fe-P, Fe-Cu, Fe-Cu-C, Fe-Si,
Fe-Ni-B, Fe-Nb-B, Fe-Cu-Sn-C, Fe-Ni-Mo-C,
Cu-Sn, Cu-Ag-Pd,
Al-Cu, Al-Sn, Al-Pb,
W-Ni-Fe, W-Cu, W-Ni-Fe-Cr,
WC-Co,
Mo-Cu,
Ti-Cu,
Ni-Cr-Co-B.Combinations suitable for this are, for example
Fe-P, Fe-Cu, Fe-Cu-C, Fe-Si,
Fe-Ni-B, Fe-Nb-B, Fe-Cu-Sn-C, Fe-Ni-Mo-C,
Cu-Sn, Cu-Ag-Pd,
Al-Cu, Al-Sn, Al-Pb,
W-Ni-Fe, W-Cu, W-Ni-Fe-Cr,
WC-Co,
Mo-Cu,
Ti-Cu,
Ni-Cr-Co-B.

Diese Systeme basieren im Wesentlichen auf der Aus bildung einer schmelzflüssigen Phase während der Sinterung, entweder durch Bildung einer flüssigen Phase "oder durch Auftreten eines Eutektikums.These systems are essentially based on the formation of a molten Phase during sintering, either by formation of a liquid phase "or by occurrence of a eutectic.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.The invention will be explained by way of example below.

Dabei zeigt:It shows:

1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen gesinterten Formkörper mit einer geschlossenen Zelle. 1 a partial section through a sintered molded body according to the invention with a closed cell.

Der entsprechende Formkörper wurde dabei wie folgt hergestellt:
Es wurden 2 l sphärische Kunststoffpartikel aus vorexpandiertem Polystyrol mit einem mittleren Aussendurchmesser von 4,4 mm und einem Anteil von 2,7 Masse-% eines Treibmittels mit einer Suspension in einer herkömmlichen Wirbelbeschichtungsanlage beschichtet. Für die Ausbildung der Hülle um die sphährischen Kunststoffpartikel wurde eine Suspension mit 1340 g Edelstahlpulver 316 L, 540 g 10%-ige wässrige Lösung aus Polyvinylalkohol eingesetzt. The corresponding shaped body was produced as follows:
2 l of spherical plastic particles made of pre-expanded polystyrene with an average outside diameter of 4.4 mm and a proportion of 2.7% by mass of a blowing agent were coated with a suspension in a conventional fluidized-bed coating installation. A suspension with 1340 g of stainless steel powder 316 L, 540 g of 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol was used to form the shell around the spherical plastic particles.

Die mit der Hülle versehenen Kunststoffpartikel wurden aus der Wirbelbeschichtungsanlage in ein Formwerkzeug aus Aluminium gegeben und das Formwerkzeug dann allseitig geschlossen. Danach wurde eine Erwärmung in einem Muffelofen auf Temperaturen im Bereich 100 bis 120 °C mit einer Aufheizgeschwindigkeit im Bereich 20 K/h bis 50 K/h, wobei kleinere Heizraten zu bevorzugen sind, durchgeführt.The plastic particles provided with the envelope were made from the fluidized bed coating system into a mold Aluminum and then closed the mold on all sides. After that there was a warming in a muffle furnace to temperatures in the range of 100 to 120 ° C with a Heating rate in the range 20 K / h to 50 K / h, being smaller Heating rates are preferred.

Die Kunststoffpartikel vergrößerten ihr Volumen, so dass das gesamte Formwerkzeugvolumen ausgefüllt wur de. Durch die wirkenden Kräfte begannen die Edelstahlpulverpartikel zu fließen und sich an die sich ändernde äußere Kontur der ihr Volumen vergrößernden Kunststoffpartikel anzupassen, so dass die geometrische Form der Zellen und die Ausbildung und Ausrichtung der Zellwände erfolgen konnte.The plastic particles enlarged her Volume so that the entire mold volume was filled. By the forces that work The stainless steel powder particles began to flow and adapt to the changing outer contour the one that increases their volume Adjust plastic particles so that the geometric shape of the Cells and the formation and alignment of the cell walls could take place.

Der so erhaltene Grünkörper wurde einer weiteren Erwärmung in einer Argon-Wasserstoffatmosphäre unterzogen, um die noch verbliebenen Kohlenwasserstoffe auszutreiben. Nach diesem Pyrolyseschritt, wurde der Formkörper in einer Wasserstoffatmoshäre bei einer Temperatur von 1250 °C über einen Zeitraum von 60 min fertig gesintert.The green body thus obtained was further warming subjected in an argon-hydrogen atmosphere to the still to expel remaining hydrocarbons. After this pyrolysis step, became the molded body in a hydrogen atmosphere at a temperature of 1250 ° C over a Sintered for a period of 60 minutes.

Die ausgebildeten Zellwände wiesen eine mittlere Zellwanddicke von 50 μm mit einer Dickentoleranz kleiner 12 % und eine Porosität von 4,5 % auf.The trained cell walls showed an average cell wall thickness of 50 μm with a thickness tolerance smaller 12% and a porosity from 4.5%.

Claims (25)

Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Formkörpers, mit benachbarte Zellen abschließenden und verbindenden Zellwänden, die flächige überwiegend in einer Ebene ausgebildete Bereiche und an ihren äußeren Enden benachbarte Zellen miteinander verbindende Kanten/Knoten aufweisen, bei dem (i) mindestens 1 Masse-% eines Treibmittels enthaltende Kunststoffpartikel, die mit einer Hülle umschlossen sind, in der der die Zellwände bildende Werkstoff oder eine chemische Verbindung dieses Werkstoffes in Pulverform zumindest enthalten ist, oder (ii) mindestens 1 Masse-% eines Treibmittels enthaltende Kunststoffpartikel mit einem pulverförmigen die Zellwände bildenden Werkstoff oder eine chemische Verbindung dieses Werkstoffes und ein Bindemittel oder (iii) sich bei Erwärmung ausdehnende Kernelemente aus Kunststoff, die eine den die Zellwände bildenden pulverförmigen Werkstoff oder eine chemische Verbindung dieses Werkstoffes bildende Hülle auf der äußeren Mantelfläche aufweisen oder von einer den die Zellwand bildenden pulverförmigen Werkstoff oder eine chemische Verbindung dieses Werkstoffes enthaltende Matrix umgeben sind, in ein abschließbares Formwerkzeug gegeben anschließend eine Erwärmung durchgeführt wird, die zu einer Volumenvergrößerung der Kunststoffpartikel oder Kernelemente, zum Fließen der Pulverpartikel und zur formgebenden Gestaltung der Zellen führt; der eine ausreichende Grünfestigkeit aufweisende Formkörper nachfolgend durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen befreit und fertig gesintert wird.Process for the production of a sintered molded body, with cell walls closing and connecting adjacent cells, which have flat areas predominantly formed in one plane and edges / nodes connecting cells at their outer ends, in which (i) contains at least 1 mass% of a blowing agent Plastic particles which are enclosed in a shell in which the material forming the cell walls or a chemical compound of this material is at least contained in powder form, or (ii) plastic particles containing at least 1% by mass of a blowing agent with a powdery material forming the cell walls or a chemical compound of this material and a binder or (iii) heat-expanding plastic core elements which have a powdery material forming the cell walls or a chemical compound forming this material on the outer surface or are surrounded by a matrix containing the powdery material forming the cell wall or a chemical compound of this material, then placed in a lockable mold, heating is carried out, which leads to an increase in volume of the plastic particles or core elements, to the flow of the powder particles and to the shaping of the cells; the molded body having sufficient green strength is subsequently freed of hydrocarbons by pyrolysis and sintered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pulverpartikel in einem Medium, einer Hülle oder einer Matrix enthalten sind oder eingebettet werden, die aus einem Stoff oder, Stoffgemisch bestehen, der/das durch einen Energieeintrag erweicht und plastisch oder elastisch verformbar wird.A method according to claim 1, characterized in that contain powder particles in a medium, a shell or a matrix are or are embedded that consist of a substance or mixture of substances, which softens through an energy input and is plastic or elastic becomes deformable. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges Bindemittel oder eine Lösung eines Bindemittels verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that a fluid Binder or a solution a binder is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug eine Vorverdichtung durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that pre-compaction is carried out in the mold. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug um eine Drehachse in Rotation versetzt wird.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the molding tool about an axis of rotation is set in rotation. Verfahren nach mindestes einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Volumenvergrößerung der Kunststoffpartikel oder der Kernelemente, das Fließen der Pulverpartikel und die formgebende Gestaltung der Zellen eine Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 80 °C durchgeführt wird.Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that for the volume increase of Plastic particles or the core elements, the flow of the Powder particles and the shape of the cells cause heating a temperature of at least 80 ° C is carried out. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung für die Expansion der Kunststoffpartikel oder von Kernelementen aus einem Kunststoff innerhalb eines Ofens, durch chemische Reaktion und/oder mittels Mikrowellen durchgeführt wird.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the heating for the expansion of the plastic particles or of core elements made of plastic within an oven, is carried out by chemical reaction and / or by means of microwaves. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper vor dem Sintern mechanisch und/oder thermisch bearbeitet wird.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the green body mechanically before sintering and / or thermally processed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei erhöhtem Gasdruck durchgeführt wird.Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the sintering at increased gas pressure carried out becomes. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel neben dem die Zellwände bildenden Werkstoff zusätzlich von einem für Sauerstoff und/oder Kohlenstoff affinen Stoff umgeben sind oder dieser Stoff in den Kunststoffpartikeln enthalten ist, so dass bei der Pyrolyse freigesetzter Sauerstoff und/oder Kohlenstoff chemisch gebunden wird.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the plastic particles next to the the cell walls forming material in addition from one for Oxygen and / or carbon affine substance are surrounded or this Substance is contained in the plastic particles, so that the Pyrolysis released oxygen and / or carbon chemically is bound. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausbildung von Zellwänden ein mindestens zwei Komponenten aufweisendes Pulver eingesetzt wird, wobei diese Komponenten unterschiedliche Schmelz- und Erweichungstemperaturen aufweisen.Method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that for the formation of cell walls Powder containing at least two components is used, wherein these components have different melting and softening temperatures exhibit. Formkörper hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem geschlossene hohle Zellen ausgebildet sind, wobei benachbarte Zellen abschließende und verbindende Zellwände flächig überwiegend in einer Ebene ausgebildete Bereiche und an ihren äußeren Enden benachbarte Zellen miteinander verbindende Kanten/Knoten eine nahezu konstante Zellwanddicke aufweisen, deren maximale Dickenabweichung in Bezug zu einer mittleren Zellwanddicke ≤ 20 ist.moldings produced by a method according to any one of claims 1 to 11, in which closed hollow cells are formed, with adjacent ones Final cells and connecting cell walls overwhelmingly areas formed in a plane and at their outer ends edges / nodes connecting neighboring cells with one another almost have constant cell wall thickness, its maximum thickness deviation in relation to an average cell wall thickness ≤ 20. Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Dickenabweichung ≤ 10 % ist.moldings according to claim 12, characterized in that the maximum thickness deviation is ≤ 10%. Formkörper nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Zellwanddicke im Bereich zwischen 10 bis 1000 μm gehalten ist.moldings according to claim 12 or 13, characterized in that the middle Cell wall thickness is kept in the range between 10 to 1000 microns. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellwände aus einem Metall, einer Legierung, einem Intermetall, einer Keramik oder einer Kombination aus mindestens zwei dieser Stoffe gebildet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 14, characterized in that the cell walls a metal, an alloy, an intermetall, a ceramic or a combination of at least two of these substances are. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen homogen innerhalb des Volumens im Formkörper verteilt angeordnet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 15, characterized in that the cells are homogeneous within of the volume in the molded body are distributed. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ein zelnen Zellen innerhalb des Formkörpers regelmäßig angeordnet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 16, characterized in that the individual cells within of the shaped body arranged regularly are. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in Form einer kubisch raumzentrierten oder hexagonalen Packung angeordnet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 17, characterized in that the cells in the form of a cubic body-centered or hexagonal packing are arranged. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Zellen im Inneren des Formkörpers angeordnet sind und im radial äußeren Bereich des Formkörpers eine geschlossene zellenfreie gesinterte Werkstoffstruktur ausgebildet ist.moldings according to at least one of the claims 12 to 18, characterized in that cells are arranged inside the molded body are and in the radially outer area of the shaped body a closed cell-free sintered material structure is formed is. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in einem radial äußeren Bereich um einen Hohlraum angeordnet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 19, characterized in that the cells in a radially outer area are arranged around a cavity. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Formkörpers mindestens ein Kanal oder Hohlraum ausgebildet ist.moldings according to at least one of the claims 12 to 20, characterized in that at least inside the molded body a channel or cavity is formed. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Volumina der einzelnen Zellen um einen Mittelwert ≤ 25 % ist.moldings according to at least one of the claims 12 to 21, characterized in that the deviation of the volumes of the individual cells around an average ≤ 25%. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb von dichten Zellen ein Gas eingeschlossen ist.moldings according to at least one of the claims 12 to 22, characterized in that within dense cells a gas is trapped. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Zellen mit für Gas dichten Zellwänden ein Druck o berhalb des atmosphärischen Umgebungsdrucks eingestellt ist.moldings according to at least one of the claims 12 to 23, characterized in that in cells with tight for gas cell walls a pressure above atmospheric Ambient pressure is set. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in Form von entlang nahezu paralleler Längsachsen ausgerichteten Kanälen mit stirnseitigen Öffnungen und hexagonalen oder oktagonalen freien Querschnitten ausgebildet sind.moldings according to at least one of the claims 12 to 24, characterized in that the cells are in the form of along almost parallel longitudinal axes aligned channels with front openings and hexagonal or octagonal free cross sections are.
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