DE1583750A1

DE1583750A1 - Verfahren zum Sintern von kolloidalen Metallteilchen

Info

Publication number: DE1583750A1
Application number: DE19671583750
Authority: DE
Inventors: Akira Oka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-01-25
Filing date: 1967-01-23
Publication date: 1970-09-24
Also published as: US3716358A; AT274396B; GB1178722A

Description

Anmelder:

Akira OKA,

71, l-ohome, 3u<amo,

Toahima-ku,

Tokio (Japan)

Vertreter:

Patentanwalt

7 Stuttgsrt-Weilimdorf
WoIzο^anstr. 4

Stuttgart-Weilimdorf, den 19. 1. 1967

Ja 1.0 101

Str/ma

Verfahren zum Sintern von kolloidalen Metallteilchen

Ll-j Erfindung; becrii'f t ein Verfahren zum Sintern von kolloidalen Metallteilchen. Sie lö\^:it die auf dem Gebiete der Pul vermetallurgie lie_r<,jnde Aufgabe, durch Sintern Ge^eiutcinde herzustellen, deren .Dichte α ο vollkommen i.jt, wie die dea Metallea

Die durch in der Pulvermetallurgie bis jetzt bekannte Sinter-Verfahren horge;j t; eilten Gegenstände, sind überwiegend porös, wenn sie nicht durch Walzen öler ähnliche Behandlung v/eiterverarbeitet waren. Trotz der Porosität uind derartige Krzeugn:i.rj3 3 für ölfreie Lager brauchbar, haben ober verschiedene Mängel, Νί'ϊ z.B. ^erinj/a mechanik oho i'e.j ti^keit, beschränkte

keiten uaw.. Nur mittelü dar bekannten

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Ja 1 O 101
Str./ms

Sinter-Verfahren, bei denen eine oder eine Mehrzahl der zu sinternden Komponenten geschmolzen wird, oder mittels des Infiltrationsverfahrens konnten bisher porenlose Erzeugnisse hergestellt werden, aber bis heute ist kein Sinter-Verfahren ohne flüssige Phase bekannt, dessen Erzeugnis eine vollkommen dichte Struktur zeigte.

Der Umstand, daß Sinter-Produkte mit vollkommen dichter Struktur mittels eines Verfahrens hergestellt werden können, welches ohne Schmelzverflüssigung von Komponenten in einer Erweichung und Sinterung der Partikel das Metallpulvers durch Wärmezufuhr besteht, bedeut nicht nur in .värmeökonomischer Hinsicht einen industriell auswertbaren Vorschritt.

Durch die Erfindung wurde der im folgenden beschriebene Weg zur Lösung der oben genannten Aufgabe gefunden:

Kolloidales Titan wurde durch Enthydrierung von Titanhydrid exakt nach Gesetzen der Stöchiometrie erhalten (fiR\ ^₀)· Dieses enthydrierte Titan wurde einem Prei.io.ruck von ö fco/cm in einer StickstoffUmgebung unterworfen und darauf zwei Stunden, lang bei HOO ⁰G gesintert. Durch dieses Verfahren jvird ein

roLiös Erzeugnis gewonnen. Fur die Dichte wurde ein Wert von 4,54 g/cm gefunden, was der vollen Dichte des metallischen Titans entspricht.

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Erfindungsgemäß ibt das neue Verfahren zum Sintern von kolloidalen Metallteilchen dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen zuerst gepreßt und darauf gesintert werden, wobei sowohl das Pressen als auch das Sintern in einer sauerstofffreien oder luftfreien Umgebung erfolgt.

Bei Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wurde festgestellt, daß das Sintern mit einem ebenso hervorragenden Ergebnis durchführbar war, wenn die Metallkolloide durch Zerlegung von organischen Metallverbindungen oder durch An- »venduni, des bekannten, Ammoniak verwendenden I.vatani-Verfahrens (s. französische Patentschrift 1 435 501, schwedische Patentschrift 212 143 und belgische Patentschrift 605 832) oder initials de^ verbesserten, eine hohe Ausbeute ergebenden Breding-Verfahrens hergestellt wird.

Außer durch das Iwatani-Verfahren kann das beim Verfahren nach der Erfindung verwenubare Pulver aus- kolloidalen Metallteilchen daher nacn einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Zerlegung von Metallhydriden oder organischen Metallverbindungen hergestellt sein. Wenn sowohl da,.. Pressen des Pulvera auο kolloidalen Metallteilchen als auch das Sintern der Preßlinge in einer sauerstoffr^ien Umgebung erfolgt, wird die Sinterung sehr Ie ic int in Gong g^ bracht arm enaet mit der BiI- ;-·; /cn ointyrprouukten mit opting!dicht^m G^t'u.^e.

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Kolloidal':; Tailchiii des Übe r_oa η ^metalles, wie Lanthanid und Aktinid der Gruppe IHb, IVb und Vb λ erden durch Zerlegung der entsprechenden Metallhydride unter Hitzoein-virkunj und die Kolloide Vb, VIb und VIIb durch Zerle^un^ dab entsprechenden Metjll-Karbonyls unter Hitzeeinwirkung, a>-:;cu£t, während kolloidale Teilchen aua Fe-, Ni- und Co-Ieilohen aer Gruppen IVb, Vb, VIb, VIIb und VIII durch Hitzezerid jUn^, der entsprechenden Alicohoxyde gewonnen <vei\ien. Eureh iau Iwatani-Verf-hren kuimen kolloidale Teilchen aller Metalle erzeugt «verden.

lie zu:;; Ersatz des o^uerstofies oder der Luft ver-vejiaeten inerten Gase sollen sehr rein ^ein, da die Reinheit den Sintervor::?ng beeinflußt. Im Fall der Herstellung der kollidalen Teilchen aub H,yariden war Stickstolf ausreichend, in anderen Fällen v/urde Ar_eon nit einem Taupunkt von -1(JO⁰G in dab Vakuum von 10 mmlig eingeftüirt.

Bei An»-/endun_r; deb Verfahrens nach eier Frfindun,; iut die Sinierun^stemper'jtür ■·.e^cntlich yeringor alt; dei· Schmelzpunkt deo Metallen, trotzdem ein Erzeugnia .mit optimaler lichte erhalten ./ird. Ia]-U... _c>l:t hervor, dai' eint; aui-ercraentlich starke Sinterun.wiiei^un^ dew von der Luftojcydation ferngehaltenen kclloid len Meto Jd pulver- besteht. Beiapieloweiae^nicht pcroaeB, ijöhintnrtea Titan bei 50O⁰C und Tantal bei 1200⁰C gewonnen.

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ΏΙτΖΘ hervorragende Sintereigenschaft kann für die Erzeugung von nichtporööen Metallen, Legierungen, metallkeramischen Teilen und dispersionsverstärkten Legierungen ausgenutzt werden. Speziell dia Produktion von nichtporö3en Legierungen und verschisdenan Zusammensetzungen bei geringer Sinter-Temperatur ist für die Industrie wertvoll.

Beispiel I: Sintern von durch Zerlegung von TiHp ₀₀ in der Hitze gewonnenem Tifcan-Kolloid-Pulver:

Eine sch,.<ammiga Titan-Masse (Beinheit 99,9$ (ASTM-Norm)) wurde mit reinem vorsichtig in das die Titan-Masse enthaltende Gefäß eingebrachtem Wasserstoff zur Beaktion gebracht und ein nicht unter 99»999% liegender Reinheitsgrad dadurch aufrechterhalten, laß man die Masse eine Membran aus Palladium-Legierung durchqueren ließ. Dadurch /mrde ein Material aus Titan-Hydrid mit einer Zusammensetzung gewonnen, welche genau dem TiHp ^ entsprach. Bas so gewonnene Titan-H./drid wurde darauf über visrzig Stunden in einer Umlaufmühle aus gesintertem Alluminium gemahlen. Die Teilchen dös so hergestellten H^lridpulvers hatten, ή la durch das Elyktronenmikroukop festgestellt wurde, eine Größe von 60 bis j)UO A. Da^ Hydrid wurde dann thermisch bei 4^0⁰C in einem Rohrofan enth/driert, der auf 2 χ icT^ evakuiert war.

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Die spezifische Oberfläche des gewonnenen kolloidalen Titana wurde mit 16 m /g .festgestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße wurde daraus zu 0,08 JlL berechnet. Der Wasaerstoff-Rückstand wurde durch die Schmelz-*Methode zu 27,7 Ppm ermittelt. Las kolloidale Titan wurde in einem luftdicht verachlossenei» und mit Stickstoff gefülltem Topf aufbewahrt, da es sehr luftentzündlich ist. Es wurde darauf in einer Umgebung von Stickstoff unter einem Druck von 5 to./cm zu einer Scheibe von 11,? mm Durchmesser und einer Dicke von annähernd 2 bis 3 mm gepreßt. Die Dichte betrug ;3, Ig/cm .

Die auf diise Weise her^aj teil te Scheibe wurde nach einer Imprägnierung mit flüssigem Paraffin zum Schutz ge .-,en Luftzutritt z.vei Stunden Iyng bei HOO⁰C in einem auf Vakuum von 5 x 10 mmHg gehaltenen Oien gesintert. Die Dichte des so entstandenen SinLerproduktas betrug 4,54 g/cm'", während die porenlose Struktur durch day Mikroskop sichtbar gemacht wurde (4u0-fache Vergrößerung).

Beispiel II: Sintern von aus durch Hitze behandlung zerlegtem ZrILj _nn gewonnenem kt.lloidalen Zirkonium:

C. j \j\J

Daj Verfahren war im wesentlichen das gleiche -\ie im Fall des ßeipielti I mit Ausnahme der Sintertemperatur, die hier TjOO⁰C, und der Dichte den erzielten gesinterten Produktes, die hier 6,^cj g/cm betrug.

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badorg-

Beispiel III: Sintern von Karbonyl-Nickel:

iij1-ITic k dl-Pulver von einer durchschnittlichen Teil-Ciidii .rote von 0,02 JU, wurae unter einem Druck von 7 to./cm in einer Ar^on-Um^jbung verdichtet und d^rin in einem Ofen

-4 - ο

unter 10 mmH~; Vakuuin bei 1500 C gesintert, tie Eichte des erlr-.lt-.nen gesinterten produkten oetrug 8,9 g/cni^ .

Bei:;i.iel IV: Sintern eineb kolloidylen Pulvero aua Nickel-, dafi nach dem r.vatani-Verfjhren hergestellt war:

Ta;- Kickül-Kcllcid-Pulver ;.urde durch Funkenerzeugung an I!iok-3l-Ta.bl3tten und Nickel-Elektrode bei 10000 V und 50 Hz in f ] u.i -.i yivii Aiii.'iioniak gewonnen. Dieoea Pulver wurde in einer Ar^on-Un.jibunj unter einem Eruck von 7 to./cm verdichtet

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und unt3f V.· KUJF' von 10 mmHg zehn Stunden lan^ bei 1300 C ^.',wintert. Lie D:ichi; de..; Produktes betrug 8,7 g/cm^.

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Claims

19. 1. 1967 Ja ι ο ιοί g - T583750 Str.:ms Patentansprüche

1. Verfahren zum Sintern von kolloidalen Metallteiichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen zuerst geprei.-t und darauf gesintert werdenj wobei bo«ohl das Pressen als auch das Sintern in einer sauerstofffreien oder luftfreien Umgebung erfolgt.

2. Verfahren nech Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab dab Pulver aus kolloid·, len Metallteilchen durch Zerlegung von Metallhydriden oder organischen Metallverbindungen hergestellt wird.

ί. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung durch Wärmezufuhr erfolgt.

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