DE10323720A1 - Method for producing a workpiece from a composite material - Google Patents

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Marco Dipl.-Ing. Fandel
Nicole Dipl.-Ing. Neumann
Martin Dr. Schlegl
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial, wobei Verstärkungspartikel in ein Gussmaterial eingebettet werden, wobei eine vorbestimmte Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und einem Bindemittel im Volumen einer Gussform des Werkstücks die Verteilung der Verstärkungspartikel in dem Gussmaterial des herzustellenden Verbundmaterials definiert. Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird das Bindemittel in einem entsprechenden Gussvorgang durch das Gussmaterial ersetzt, wobei die vorbestimmte Verteilung der Verstärkungspartikel, welche durch die Verteilung zwischen den Verstärkungspartikeln und dem Bindemittel in dem Volumen der Gussform vorgegeben wird, beibehalten bleibt. Die Erfindung betrifft auch ein Werkstück aus einem Verbundmaterial, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.The invention relates to a method for producing a workpiece from a composite material, wherein reinforcing particles are embedded in a casting material, wherein a predetermined distribution between reinforcing particles and a binder in the volume of a casting of the workpiece defines the distribution of the reinforcing particles in the casting material of the composite material to be produced. In the manufacturing method according to the invention, the binder is replaced by the casting material in a corresponding casting operation, whereby the predetermined distribution of the reinforcing particles, which is predetermined by the distribution between the reinforcing particles and the binder in the volume of the casting mold, is maintained. The invention also relates to a workpiece made of a composite material which can be produced according to the method according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial, wobei Verstärkungspartikel in ein Gussmaterial eingebettet sind, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit komplexer Geometrie, sowie auf ein nach einem entsprechenden Verfahren hergestelltes Werkstück aus einem solchen Verbundmaterial.The The present invention relates to a method of manufacture a workpiece made of a composite material, wherein reinforcing particles in a casting material embedded, in particular to a process for the preparation a workpiece with complex geometry, as well as one after a corresponding procedure made workpiece such a composite material.

In bestimmten Anwendungsfällen ist beispielsweise die Festigkeit von gegossenen Aluminium-Kompressorrädern, wie sie zum Beispiel in Turboladern für Motoren in Fahrzeugen Verwendung finden, aufgrund der heutzutage vorgesehenen hohen Drehzahlen solcher Kompressorräder nicht mehr ausreichend. Demzufolge müssen diese Kompressorräder verstärkt werden. Allgemein können Konstruktionsbauteile insgesamt oder nur an bestimmten Stellen lokal durch Einbringung von Verstärkungspartikeln in ein eigentliches Gussmaterial verstärkt werden. So kann beispielsweise im Fall von Aluminium-Kompressorrädern in Turboladern eine Verstärkung sowohl im Bereich der Flügel dieser Kompressorräder als auch im Bereich der Nabe dieser Kompressorräder erreicht werden. Allgemein ist es jedoch bei Bauteilen mit komplexer Geometrie schwierig bzw. unmöglich, eine gleichmäßige Verteilung von Verstärkungspartikeln in dem eigentlichen Gussmaterial zu erzielen. So behindern beispielsweise im Fall der genannten Aluminium-Kompressorräder die unterschiedlichen Materialstärken im Bereich der Flügel (dünn) und im Bereich der Nabe (dick) üblicherweise eine gleichmäßige Verteilung der Verstärkungspartikel.In certain applications For example, the strength of cast aluminum compressor wheels, such as They use for example in turbochargers for engines in vehicles find, due to the high speeds currently provided such compressor wheels not enough anymore. As a result, these compressor wheels must be reinforced. General can Construction components in total or only in certain places locally by introducing reinforcing particles reinforced into a real casting material. So, for example in the case of aluminum compressor wheels in turbochargers, a reinforcement both in the area of the wings these compressor wheels as well as in the hub of these compressor wheels can be achieved. General However, it is difficult for components with complex geometry impossible, a uniform distribution of reinforcing particles to achieve in the actual casting material. So hinder, for example in the case of said aluminum compressor wheels the different material thicknesses in Range of wings (thin) and in the area of the hub (thick) usually one even distribution the reinforcing particle.

Aus DE 10113590 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Konstruktionsteils bekannt, bei welchem ein poröser Precursor-Vorkörper hergestellt wird aus Metalloxid-Körnern, welche als Verstärkungspartikel vorgesehen sind, welche jeweils von einer Bindemittelschicht umgeben sein können, wobei durch lokale Erhitzung die von der jeweiligen Bindemittelschicht umgebenen Metalloxid-Verstärkungspartikel in einem Sintervorgang zu dem genannten Precursor-Vorkörper verbindbar sind. Dieser Precursor-Vorkörper kann dann durch ein Gussmaterial ausgegossen werden, wobei die entsprechenden Metalloxid-Körner in das Gussmaterial eingebettet werden, wodurch ein Konstruktionsteil entsteht.Out DE 10113590 A1 already a method for producing a structural part is known, in which a porous precursor preform is made of metal oxide grains, which are provided as reinforcing particles, which may each be surrounded by a binder layer, wherein by local heating surrounded by the respective binder layer metal oxide Reinforcing particles can be connected in a sintering process to said precursor preform. This precursor preform may then be poured through a casting material, with the corresponding metal oxide grains embedded in the casting material, thereby forming a structural part.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere eine vorbestimmte Partikelverteilung von Verstärkungspartikeln, welche in ein Gussmaterial eingebettet sind, in dem fertigen Werkstück ermöglicht, um so eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung eines solchen Werkstücks bei gleichzeitig erhöhter Werkstückfestigkeit bzw. bei gleichzeitig erhöhter Festigkeit des Verbundmaterials, aus welchem das hergestellte Werkstück besteht, vorzusehen.It The object of the present invention is a process for the preparation a workpiece to provide a composite material which has the disadvantages of the prior art overcomes and in particular a predetermined particle distribution of reinforcing particles, which are embedded in a casting material in which allows finished workpiece, so a particularly simple and inexpensive production of such workpiece at the same time increased Workpiece strength or at the same time increased Strength of the composite material constituting the manufactured workpiece, provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein gemäß diesem Verfahren herstellbares Werkstück gemäß Anspruch 19.This The object is achieved by a method according to claim 1 and by a according to this Method manufacturable workpiece according to claim 19th

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.preferred embodiments The invention are defined in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial, wobei das Verbund material aus Verstärkungspartikeln besteht, die in ein Gussmaterial eingebettet werden. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zunächst eine vorbestimmte Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und einem Bindemittel, welches in Partikelform vorliegt, im Volumen einer Gussform des herzustellenden Werkstücks eingestellt. Bei der Einbettung der Verstärkungspartikel in das Gussmaterial des Verbundmaterials wird das Bindemittel aus der Gussform entfernt und durch das Gussmaterial ersetzt. Dabei werden die Verstärkungspartikel in dem Gussmaterial des Werkstücks, welches das Volumen der Gussform ausfüllt, definiert gemäß der vorbestimmten Verteilung in dem Volumen der Gussform verteilt, beziehungsweise die Verteilung der Verstärkungspartikel, welche durch die vorbestimmte Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und dem Bindemittel vorgegeben war, bleibt nach Entfernen des Bindemittels aus der Gussform durch das Gussmaterial dann als entsprechende Verteilung der Verstärkungspartikel in dem Gussmaterial bestehen.The inventive method is used to produce a workpiece from a composite material, wherein the composite material consists of reinforcing particles, the embedded in a casting material. According to the invention is at the procedure first a predetermined distribution between reinforcing particles and a binder, which is in particulate form, in the volume of a mold of the to be produced workpiece set. When embedding the reinforcing particles in the casting material of the composite material, the binder is removed from the mold and replaced by the casting material. This will be the reinforcing particles in the casting material of the workpiece, which fill in the volume of the mold, defined according to the predetermined Distribution distributed in the volume of the mold, respectively the distribution of the reinforcing particles, which by the predetermined distribution between reinforcing particles and the binder, remains after removal of the binder from the mold through the casting material then as appropriate distribution the reinforcing particle exist in the casting material.

Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen dem Bindemittel und den Verstärkungspartikeln durch exaktes Einwiegen der beiden Komponenten eingestellt werden. Die Größe der Partikel der Bindemittelpartikel und der Verstärkungspartikel kann (jeweils) beispielsweise durch an sich bekannte Zerkleinerungsprozesse eingestellt werden. Alternativ können die Bindemittelpartikel und/oder die Verstärkungspartikel auch mittels eines Sprühverfahrens hergestellt werden, wobei durch Einstellung geeigneter Parameter neben der Form und Größe der jeweiligen Partikel auch der Anteil der Verstärkungspartikel im Verhältnis zu dem Bindemittel einstellbar ist.For example can the relationship between the binder and the reinforcing particles by exact Weighing the two components can be adjusted. The size of the particles the binder particle and the reinforcing particle can (respectively) For example, set by known comminution processes become. Alternatively you can the binder particles and / or the reinforcing particles also by means produced by a spraying process be adjusted by setting appropriate parameters in addition to the form and size of each Particles also the proportion of reinforcing particles in relation to the binder is adjustable.

Die Verstärkungspartikel und das Bindemittel werden in die Gussform eingefüllt, wobei die Schüttdichte bzw. die Homogenität der Schüttung durch unterstützende Maßnahmen, wie zum Beispiel einem Rütteln der Gussform, erhöht werden kann. Beispielsweise kann sich auf diese Weise eine homogene Verteilung der Verstärkungspartikel in der Gussform ergeben.The reinforcing particles and the binder are introduced into the mold, wherein the bulk density or the homogeneity of the bed by un supporting measures, such as a shaking of the mold, can be increased. For example, a homogeneous distribution of the reinforcing particles in the casting mold can result in this way.

Die Entfernung des Bindemittels aus der Gussform erfolgt erfindungsgemäß, während die Schmelze des Gussmaterials, beispielsweise eine Metallschmelze, in die Gussform eingegossen wird. Die Prozessparameter müssen dabei so eingestellt werden, dass die Verstärkungspartikel nicht ausgespült werden.The Removal of the binder from the mold is carried out according to the invention, while the melt of the casting material, for example a molten metal, into the casting mold is poured. The process parameters must be set in this way that the reinforcing particles not rinsed out become.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein Verbundmaterial mit besonders verbesserten Materialeigenschaften bzw. ein daraus hergestelltes Werkstück mit verbesserter Festigkeit einfach und besonders kostengünstig herstellbar, da die entsprechenden Verstärkungspartikel gemäß der zwischen den Verstärkungspartikeln und dem Bindemittel eingestellten Verteilung dann, im Volumen der Gussform und somit im Volumen des Gussmaterials eingebettet, ein einfach herzustellendes, belastbares Verbundmaterial bilden.By the inventive method is thus a composite material with particularly improved material properties or a workpiece made therefrom with improved strength simple and very inexpensive produced, since the corresponding reinforcing particles according to the between the reinforcing particles and the binder then set distribution, in the volume of the mold and thus embedded in the volume of the casting material, an easy one form to be produced, resilient composite material.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher die Verstärkungspartikel außerhalb der Partikel des Bindemittels verteilt werden, bevorzugt an die Partikel des Bindemittels außen angelagert werden. In dieser Ausführungsform bildet das Bindemittel, welches in Partikelform vorliegt, bevorzugt kugelförmige "Platzhalter", wodurch der Volumengehalt an Verstärkungspartikeln in dem Gussmaterial besonders niedrig eingestellt werden kann.Prefers is an embodiment the method in which the reinforcing particles outside the particles of the binder are distributed, preferably to the Particles of the binder outside be attached. In this embodiment, the binder forms which is in particle form, preferably spherical "placeholder", whereby the volume content on reinforcing particles can be set particularly low in the casting material.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Verstärkungspartikel auch in den Partikeln des Bindemittels verteilt werden. Auch eine Kombination beider Möglichkeiten, das heißt der Verteilung der Verstärkungspartikel außerhalb der Partikel des Bindemittels und die Verteilung der Verstärkungspartikel in den Partikeln des Bindemittels, kann gleichzeitig angewandt werden.According to one another preferred embodiment of the invention the reinforcing particles also be distributed in the particles of the binder. Also one Combination of both possibilities, this means the distribution of the reinforcing particles outside the particle of the binder and the distribution of the reinforcing particles in the particles of the binder, can be applied simultaneously.

Besonders bevorzugt ist es, falls die Verteilung der Verstärkungspartikel in den Partikeln des Bindemittels im Wesentlichen homogen erfolgt. Dadurch kann auf besonders einfa che Weise eine homogene Verteilung der Verstärkungspartikel in der Gussform des Werkstücks und somit letztendlich in dem Gussmaterial des Verbundmaterials, aus welchem das Werkstück hergestellt wird, erreicht werden.Especially it is preferred if the distribution of the reinforcing particles in the particles the binder is substantially homogeneous. This can be up particularly simple way a homogeneous distribution of the reinforcing particles in the mold of the workpiece and thus ultimately in the casting material of the composite material, from which the workpiece is achieved.

Generell ist es zur Erzielung einer homogenen Werkstückfestigkeit bevorzugt, dass die Verteilung der Verstärkungspartikel über das gesamte Volumen des Werkstücks im Wesentlichen homogen erfolgt. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass die Verteilung der Verstärkungspartikel im Wesentlichen an der Oberfläche des Werkstücks erfolgt, um somit eine besonders gute Oberflächenfestigkeit entsprechend hergestellter Werkstücke zu erzielen.As a general rule it is preferred to achieve a homogeneous workpiece strength that the distribution of the reinforcing particles over the entire volume of the workpiece essentially homogeneous. However, it may also be preferable that the distribution of the reinforcing particles essentially on the surface of the workpiece takes place, thus corresponding to a particularly good surface strength produced workpieces to achieve.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Verstärkungspartikel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,003 μm bis 500 μm auf.According to one particularly preferred embodiment of the invention have the reinforcing particles a mean diameter in the range of 0.003 microns to 500 microns.

Bevorzugt bestehen die Verstärkungspartikel aus keramischen Materialien, insbesondere aus der Gruppe Al2O3, ZrO2, SiC, TiO2 oder Ähnlichem.The reinforcing particles preferably consist of ceramic materials, in particular from the group Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, TiO 2 or the like.

Als Gussmaterial kann ein Metall, eine Metalllegierung, metallisches Material oder ein geeignetes entsprechend gießfähiges Kunststoffmaterial Verwendung finden.As Cast material can be a metal, metal alloy, metallic Material or a suitable suitably pourable plastic material use Find.

Als Bindemittel finden bevorzugt Materialien aus der Gruppe Harze, Wachse, Polymere, leicht oxidierbare Substanzen oder aus einer Kombination der genannten Materialien Verwendung.As Binders preferably find materials from the group of resins, waxes, Polymers, easily oxidizable substances or a combination the materials mentioned use.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher das Bindemittel, welches in Partikelform vorliegt, besonders bevorzugt in loser Form, das heißt als lose Partikel, vorliegt.Especially preferred is an embodiment of the method according to the invention, in which the binder, which is in particulate form, especially preferably in loose form, that is, as loose particles present.

Generell ist eine besonders einfache Herstellung von belastbaren Werkstücken gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mög lich, wenn die Abmessungen der Partikel des Bindemittels und/oder die Abmessungen der Verstärkungspartikel bevorzugt so festgelegt werden, dass das gesamte Volumen der Gussform ausgefüllt werden kann.As a general rule is a particularly simple production of resilient workpieces according to the inventive method possibly if the dimensions of the particles of the binder and / or the Dimensions of the reinforcing particles preferably be set so that the entire volume of the mold filled out can be.

Insbesondere ist es besonders bevorzugt, falls die Abmessungen der Partikel des Bindemittels so festgelegt werden, dass diese Abmessungen kleiner sind als die kleinsten Abmessungen der Gussform, welche das Volumen der Gussform bestimmen.In particular it is particularly preferred if the dimensions of the particles of the Bindemittels be set so that these dimensions smaller are the smallest dimensions of the mold, which is the volume determine the mold.

Besonders bevorzugt ist es ferner, falls die Abmessungen der Partikel des Bindemittels so festgelegt werden, dass diese Abmessungen größer sind als die Abmessungen der Verstärkungspartikel, wobei die Abmessungen der Verstärkungspartikel bevorzugt bestimmt werden durch deren mittleren Durchmesser. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise, dass die Verstärkungspartikel bevorzugt in den Partikeln des Bindemittels aufgenommen werden, insbesondere dort homogen verteilt sind, um somit besonders bevorzugt eine homogene Verteilung der Verstärkungspartikel auch in dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstück zu ermöglichen.Especially It is also preferable if the dimensions of the particles of the Bindemittels be set so that these dimensions are greater than the dimensions of the reinforcing particles, the dimensions of the reinforcing particles preferably be determined by their average diameter. This allows in a particularly simple manner that the reinforcing particles are preferred in the particles of the binder, in particular There are distributed homogeneously, thus more preferably a homogeneous Distribution of the reinforcing particles also in the according to the inventive method produced workpiece to enable.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Partikel des Bindemittels und/oder die Verstärkungspartikel eine normalverteilte Größenverteilung bezüglich der Partikelabmessungen auf. Die Partikel des Bindemittels und/oder der Verstärkungspartikel können auch eine bimodale Größenverteilung aufweisen.According to a particularly preferred Aus According to the invention, the particles of the binder used in the method according to the invention and / or the reinforcing particles have a normally distributed size distribution with respect to the particle dimensions. The particles of the binder and / or the reinforcing particles may also have a bimodal size distribution.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Bindemittel durch Ausgasen, Auflösen oder andere geeignete Verfahren aus der Gussform entfernt werden, während und/oder bevor das Gussmaterial des erfindungsgemäß hergestellten Verbundmaterials in die Gussform eingebracht wird. Das Einbringen des Gussmaterials kann insbesondere durch ein Druckgussverfahren oder durch Pressgießen erfolgen. Diese Verfahren sind allgemein bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben.According to one preferred embodiment of inventive method The binder can be made by outgassing, dissolving or other suitable method be removed from the mold during and / or before the casting material of the invention produced Composite material is introduced into the mold. The introduction of the casting material can in particular by a die-casting process or by compression molding respectively. These methods are well known and will therefore not closer here described.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Partikel des Bindemittels durch Wärmeeinbringung zu einer größeren Einheit verbunden werden, wobei diese größere Einheit bevorzugt der Gussform entnommen und getrennt davon weiter verarbeitet wird.According to one preferred embodiment of Invention can the binder particles are joined by heat input to a larger unit be, being this larger unit preferably removed from the mold and further processed separately becomes.

Die Verstärkungspartikel und die Partikel des Bindemittels können insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils für sich oder zusammen als spritzgussfähige Masse(n) vorliegen, wodurch eine Ausfüllung der Gussform auf besonders einfache Art und Weise ermöglicht werden kann.The intensifier and the particles of the binder can in particular in a preferred embodiment the method according to the invention each for be present or together as an injection-moldable mass (s), whereby a completion the mold are made possible in a particularly simple manner can.

Generell kann die gesamte Gussform oder nur ein Teil der Gussform mit einer vorbestimmten Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und einem Bindemittel ausgefüllt werden.As a general rule can be the entire mold or just part of the mold with a predetermined distribution between reinforcing particles and a binder filled out become.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Werkstück aus einem Verbundmaterial, bestehend aus Verstärkungspartikeln, die in ein Gussmaterial eingebettet sind, wobei das Werkstück gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist und insbesondere eine homogene Verteilung von Verstärkungspartikeln in dem Gussmaterial des Werkstücks herstellbar ist, um ein Werkstück von besonderer Stabilität vorzusehen, welches dabei dennoch kostengünstig herstellbar ist.The The invention further relates to a workpiece made of a composite material, consisting of reinforcing particles, which are embedded in a casting material, wherein the workpiece according to the above-described Process is prepared and in particular a homogeneous distribution of reinforcing particles producible in the casting material of the workpiece is to a workpiece of particular stability provide, which is still inexpensive to produce.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen:The Invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings become. Show it:

1 eine Schnittansicht einer Gussform mit einer vorbestimmten Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und einem Bindemittel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a sectional view of a mold with a predetermined distribution between reinforcing particles and a binder according to a first embodiment of the invention;

2 eine Gussform mit einer vorbestimmten Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und Partikeln eines Bindemittels gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 2 a mold having a predetermined distribution between reinforcing particles and particles of a binder according to a second embodiment of the invention.

In 1 ist eine Gussform 1 zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial gezeigt, welche mit Verstärkungspartikeln 2 gefüllt ist, welche im Wesentlichen homogen in den kugelförmigen Partikeln eines Bindemittels 3 verteilt angeordnet sind. Die Partikel des Bindemittels 3, in welchen gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verstärkungspartikel 2 homogen verteilt enthalten sind, sind in der Gussform 1 gemäß der Darstellung der 1 in dichtester Kugelpackung angeordnet. Somit ergibt sich eine besonders homogene Verteilung der Partikel des Bindemittels 3 und somit der Verstärkungspartikel 2 innerhalb der Gussform. Gezeigt ist der Schritt des erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem das Gussmaterial, in welches die Verstärkungspartikel 2 eingebettet werden sollen, noch nicht in die Gussform 1 eingebracht ist.In 1 is a mold 1 for producing a workpiece from a composite material, which with reinforcing particles 2 which is substantially homogeneous in the spherical particles of a binder 3 are arranged distributed. The particles of the binder 3 in which according to the first embodiment of the method according to the invention, the reinforcing particles 2 contained homogeneously are in the mold 1 according to the representation of 1 arranged in tightest spherical packing. This results in a particularly homogeneous distribution of the particles of the binder 3 and thus the reinforcing particle 2 inside the mold. Shown is the step of the inventive method in which the casting material into which the reinforcing particles 2 not yet embedded in the mold 1 is introduced.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft bevorzugt so ab, dass zunächst die Verstärkungspartikel 2 in den Partikeln des Bindemittels 3 homogen verteilt vorgesehen werden. Sodann werden diese Partikel des Bindemittels 3 mit den darin enthaltenen Verstärkungspartikeln 2 in die Gussform eingefüllt. Auf diese Weise ergibt sich eine vorbestimmte Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und dem Bindemittel im Volumen der Gussform des herzustellenden Werkstücks. In einem nächsten Verfahrensschritt (nicht dargestellt) wird ein Gussmaterial in die Gussform 1 eingebracht, was beispielsweise durch ein Druckgussverfahren oder ein Pressgussverfahren erfolgen kann, wobei das Bindemittel aus der Gussform entfernt wird. Bevor zugt wird das Bindemittel 3 durch Ausgasen, Auflösen oder andere geeignete Verfahren aus der Gussform entfernt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren entsteht somit ein Werkstück aus einem Verbundmaterial, wobei Verstärkungspartikel 2 in das Gussmaterial derartig gemäß der vorbestimmten und eingestellten Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln 2 und dem Bindemittel 3 in dem durch die Gussform vorgegebenen Volumen des Werkstücks enthalten sind. Die Verteilung der Verstärkungspartikel 2 in dem fertigen Werkstück ergibt sich dabei, wie gesagt, aufgrund der vorbestimmten Verteilung der Verstärkungspartikel 2 und des Bindemittels 3 in der Gussform 1, wie sie in 1 dargestellt ist. Als Verstärkungspartikel 2 können keramische Materialien Verwendung finden, insbesondere aus der Gruppe Al2O3, ZrO2, SiC, TiO2 oder Ähnliches. Als Bindemittel 3 können Materialien aus der Gruppe Harze, Wachse, Polymere, leicht oxidierbare Substanzen oder aus einer Kombination der genannten Materialien Verwendung finden. Als Gussmaterial kann ein Metall, eine Metalllegierung, metallisches Material oder ein geeignetes entsprechend gießfähiges Kunststoffmaterial Verwendung finden.The inventive method is preferably such that initially the reinforcing particles 2 in the particles of the binder 3 be provided homogeneously distributed. Then these particles of the binder 3 with the reinforcing particles contained therein 2 filled into the mold. In this way results in a predetermined distribution between reinforcing particles and the binder in the volume of the mold of the workpiece to be produced. In a next method step (not shown), a casting material is introduced into the casting mold 1 introduced, which can be done for example by a die-casting or a pressure casting method, wherein the binder is removed from the mold. Before given to the binder 3 be removed by outgassing, dissolution or other suitable method from the mold. The inventive method thus results in a workpiece made of a composite material, wherein reinforcing particles 2 into the casting material in accordance with the predetermined and adjusted distribution between reinforcing particles 2 and the binder 3 are contained in the predetermined by the mold volume of the workpiece. The distribution of the reinforcing particles 2 In the finished workpiece results, as I said, due to the predetermined distribution of the reinforcing particles 2 and the binder 3 in the mold 1 as they are in 1 is shown. As reinforcing particles 2 Ceramic materials can be used, in particular from the group Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, TiO 2 or the like. As a binder 3 may include materials from the group resins, waxes, polymers, easily oxidisable substances or from a combination of the genann materials are used. As a casting material, a metal, a metal alloy, metallic material or a suitable corresponding pourable plastic material can be used.

2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorbestimmten Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln 2 und Bindemittel 3 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Die Ausführungen zu 1 gelten dabei auch für 2, jedoch mit dem Unterschied, dass die Verstärkungspartikel 2 nun nicht mehr wie in 1 homogen in den Partikeln des Bindemittels 3 verteilt vorgesehen sind, sondern dass die Verstärkungspartikel 2 in 2 außerhalb der Partikel des Bindemittels 3 verteilt werden. Bevorzugt können die Verstärkungspartikel 2 außen an die Partikel des Bindemittels 3 angelagert werden. Die Partikel des Bindemittels 3 bilden gemäß der Ausführungsform, wie sie in 2 dargestellt ist, sogenannte "Platzhalter". Auf diese Art und Weise ist eine Konzentration von Verstärkungspartikeln 2 in dem Verbundmaterial, welches gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird, möglich, wel che geringer ist als die Konzentration, welche beispielsweise gemäß der Ausführungsform nach 1 eingestellt ist. 2 shows a second preferred embodiment of the predetermined distribution between reinforcing particles 2 and binders 3 according to a second preferred embodiment of the method. The remarks to 1 also apply to 2 , but with the difference that the reinforcing particles 2 not anymore like in 1 homogeneous in the particles of the binder 3 are provided, but that the reinforcing particles 2 in 2 outside the particle of the binder 3 be distributed. Preferably, the reinforcing particles 2 on the outside of the particles of the binder 3 be attached. The particles of the binder 3 form according to the embodiment, as in 2 is shown, so-called "placeholder". In this way is a concentration of reinforcing particles 2 in the composite material, which is produced according to this embodiment of the method according to the invention, possible, wel che is less than the concentration, which, for example according to the embodiment of 1 is set.

Das erfindungsgemäß hergestellte Werkstück weist sowohl gemäß der Ausführungsform nach 1 als auch gemäß der Ausführungsform nach 2 eine vorbestimmte Verteilung von Verstärkungspartikeln 2 in einem Gussmaterial (in beiden Figuren nicht gezeigt) auf, wobei diese vorbestimmte Verteilung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Verteilung der Verstärkungspartikel 2 im Verhältnis zu dem Bindemittel 3 einstellbar ist. Auf diese Art und Weise ist insbesondere eine homogene Verteilung von Verstärkungspartikeln 2 in einem Gussmaterial eines Verstärkungsmaterials möglich, wodurch ein besonders einfach zu realisierendes Verfahren zur Herstellung eines auf diese Art und Weise besonders verstärkten Werkstücks erfindungsgemäß vorgesehen werden kann.The workpiece produced according to the invention shows both according to the embodiment 1 as well as according to the embodiment according to 2 a predetermined distribution of reinforcing particles 2 in a cast material (not shown in both figures), this predetermined distribution being determined according to the method according to the invention by the distribution of the reinforcing particles 2 in relation to the binder 3 is adjustable. In this way, in particular, a homogeneous distribution of reinforcing particles 2 in a casting material of a reinforcing material, whereby a particularly easy to implement method for producing a particularly reinforced in this way workpiece according to the invention can be provided.

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial, wobei Verstärkungspartikel in ein Gussmaterial eingebettet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Verteilung zwischen Verstärkungspartikeln und einem Bindemittel, welches in Partikelform vorliegt, im Volumen einer Gussform des Werkstücks eingestellt wird, und dass bei der Einbettung der Verstärkungspartikel in das Gussmaterial das Bindemittel aus der Gussform entfernt wird und durch das Gussmaterial ersetzt wird, wobei die Verstärkungspartikel definiert verteilt werden in dem Gussmaterial des Werkstücks, welches das Volumen der Gussform ausfüllt, gemäß der vorbestimmten eingestellten Verteilung in dem Volumen der Gussform.A method for producing a workpiece from a composite material, wherein reinforcing particles are embedded in a casting material, characterized in that a predetermined distribution between reinforcing particles and a binder, which is in particle form, in the volume of a casting mold of the workpiece is set, and that in the embedding of the Reinforcing particles into the casting material, the binder is removed from the casting mold and replaced by the casting material, the reinforcing particles being distributed in the casting material of the workpiece which fills the volume of the casting mold according to the predetermined adjusted distribution in the volume of the casting mold. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungspartikel außerhalb der Partikel der Bindemittel verteilt werden, bevorzugt an die Partikel des Bindemittels außen angelagert werden.Method according to claim 1, characterized in that that the reinforcing particles except for Particles of the binder are distributed, preferably to the particles the binder outside be attached. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungspartikel in den Partikeln des Bindemittels verteilt werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the reinforcing particles be distributed in the particles of the binder. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Verstärkungspartikel in den Partikeln des Bindemittels im wesentlichen homogen erfolgt.Method according to claim 3, characterized that the distribution of the reinforcing particles is carried out substantially homogeneously in the particles of the binder. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass. die Verteilung der Verstärkungspartikel über das Volumen des Werkstücks im Wesentlichen homogen erfolgt.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the distribution of the reinforcing particles over the Volume of the workpiece essentially homogeneous. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Verstärkungspartikel im Wesentlichen im Bereich der Oberfläche des Werkstücks erfolgt.Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the distribution of the reinforcing particles essentially in the area of the surface of the workpiece. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungspartikel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,003 μm bis 500 μm aufweisen.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the reinforcing particles have a middle Diameter in the range of 0.003 μm up to 500 μm respectively. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungspartikel keramische Materialien Verwendung finden, insbesondere aus der Gruppe Al2O3, ZrO2, SiC, TiO2 oder ähnliches.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that ceramic materials are used as reinforcing particles, in particular from the group Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, TiO 2 or the like. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Materialien aus der Gruppe Harze, Wachse, Polymere, leicht oxidierbare Substanzen oder aus einer Kombination der genannten Materialien Verwendung finden.Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that as a binder materials the group resins, waxes, polymers, easily oxidizable substances or from a combination of said materials use Find. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Bindemittels in loser Form vorliegen.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the particles of the binder in loose form. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Partikel des Bindemittels und/oder die Abmessungen der Verstärkungspartikel so festgelegt werden, dass das gesamte Volumen der Gussform ausgefüllt werden kann.Method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the dimensions of the particles of Binder and / or the dimensions of the reinforcing particles set so be filled in that the entire volume of the mold can. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Partikel des Bindemittels so festgelegt werden, dass diese Abmessungen kleiner sind als die kleinsten Abmessungen der Gussform, welche das Volumen der Gussform bestimmen.Method according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the dimensions of the particles of the binder so festge be set that these dimensions are smaller than the smallest dimensions of the mold, which determine the volume of the mold. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Partikel des Bindemittels so festgelegt werden, dass diese Abmessungen größer sind als die Abmessungen der Verstärkungspartikel, wobei die Abmessungen der Verstärkungspartikel bevorzugt bestimmt werden durch deren mittlere Durchmesser.Method according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the dimensions of the particles of Bindemittels be set so that these dimensions are greater than the dimensions of the reinforcing particles, the dimensions of the reinforcing particles preferably be determined by their average diameter. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Bindemittels eine normalverteilte Größenverteilung bezüglich der Abmessungen aufweisen.Method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the particles of the binder a normally distributed size distribution in terms of have the dimensions. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Bindemittels eine bimodale Größenverteilung bezüglich der Abmessungen aufweisen.Method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the particles of the binder a bimodal size distribution in terms of have the dimensions. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch Ausgasen, Auflösen oder andere geeignete Verfahren aus der Gussform entfernt wird.Method according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the binder by outgassing, Dissolve or other suitable methods are removed from the mold. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Bindemittels durch Wärmeeinbringung zu einer größeren Einheit verbunden werden, wobei diese größere Einheit bevorzugt der Gussform entnommen wird und getrennt davon weiterverarbeitet wird.Method according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the particles of the binder by heat input to a larger unit be connected, this larger unit Preferably, the mold is removed and further processed separately becomes. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungspartikel und die Partikel des Bindemittels als spritzgussfähige Masse vorliegen.Method according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that the reinforcing particles and the particles of the binder as injection-moldable Mass available. Werkstücks aus einem Verbundmaterial, bestehend aus Verstärkungspartikeln, die in ein Gussmaterial eingebettet sind,dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt ist.workpiece made of a composite material consisting of reinforcing particles in a Casting material are embedded, characterized in that the workpiece after a method according to at least one of the claims 1 to 18 is made.
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