DE2025793B2

DE2025793B2 - Anwendung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Sinterkörper hoher Dichte auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden

Info

Publication number: DE2025793B2
Application number: DE2025793A
Authority: DE
Inventors: Richard Ira Hunter; Joseph Richard Sagmuller
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1969-05-26
Filing date: 1970-05-26
Publication date: 1979-02-22
Also published as: NL7007610A; AT304089B; DE2025793A1; DE2025793C3; BE751245A; CA928482A; US3672882A; ES380870A1; ZA703567B; GB1300433A; LU60995A1; TR17159A; FR2048854A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf & Anwendung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Sinterkörper hoher Dichte auf einen Gießschlicker mit pulverförmiger! Metalloxiden.

Das Schlickergießverfahren dient zur Herstellung von Gegenständen, bei dem ein Brei, Schlamm oder eine Dispersion aus körnigem Material in einer Trägerflüssigkeit in eine Form gegeben wird, die aus einem Material hergestellt ist, das die Trägerflüssigkeit absorbieren kann. Die Form zieht also die Trägerflüssigkeit bzw. das Trägermedium ab, so daß sich die Teilchen an den Innenwänden der Form in der gewünschten Gestalt niederschlagen können. Ein teilweises oder vollständiges Trocknen bewirkt, daß das durch dieses Verfahren niedergeschlagene körnige Material hinreichend schrumpft, um von der Form entfernt zu werden. Ein auf diese Weise hergestellter Artikel, der aus kompakten Teilchen besteht, wird im allgemeinen durch Wärmebehandlung und Verschmelzen der einzelnen Teilchen zu einem Festkörper verfestigt.

Dieses Verfahren ist lange bekannt, soweit es sich auf das Gießen von Gegenständen aus Ton bezieht. Es ist jedoch verhältnismäßig neu in seiner Anwendung auf das Gießen von Metall- und Metalloxidteilchen. .Schlickergegossene Tongegenstände werden gebrannt und ergeben so keramische Gegenstände; schlickergegossenc MeIaIIc und Metalloxide werden gesintert und ergeben ein dichtes Metall oder keramische Gegenstände (vgl. z. B. DE-OS 14 83 694).

Das Gebiet des Schlickergießens, insbesondere soweit es sich auf das Gießen von Teilen aus Metiilloxiden und Metallpulver bezieht, ist sehr komplex. Der Schlicker muH eine Viskosität besitzen, die ein leichtes Gießen gestaltet. Ist er nämlich zu dick.

so dringt er nicht in die Einzelheiten der Form ein. Setzt sich das dispergierte Material zu schnell beim Gießen hohler Gegenstände ab, so schwankt die Wanddicke des Gußstückes. Die Viskosität eines Schlickers muß verhältnismäßig konstant in einem bestimmten Bereich Festteilchen—Flüssigkeit sein. Es mufl sich ein gewisses Schrumpfen ergeben, so daß das Gießstück von der Form entfernt werden kann. Ein übermäßiges Schrumpfen jedoch kann eine Belastung der WänHe der

in Grünstücke verursachen, so daß die Gefahr, daß Teile vor dem Sintern, bzw. während dieses Prozesses brechen, wächst Bei der Rezeptur für diesen Schlicker muß ferner die Festigkeit oder Bruchfestigkeit der Grünstücke die Loslösrate von der Form und eine mögliche chemische Veränderung des Schlickers beim Lagern berücksichtigt werden.

Bei der Auswahl eines Schlickers, der die erwähnten sich ändernden Eigenschaften besitzt, muß auch die Trägerflüssigkeit oder das Trägermedium ausgesucht

:<> werden, ferner dem Schlicker beizugebende Additive, wie Dispersionsmittel, und die Teilchengröße des Oxides oder Metalls.

Aus wirtschaftlichen Gründen wird für die Trägerflüssigkeit im allgemeinen Wasser genommen. Das

2j bevorzugte Dispersionsmittel, wenn es überhaupt erforderlich ist, hängt von dem herzustellenden Guß und dem einzelnen Verfahren des Schlickergießens ab. Unabhängig von diesen Überlegungen ist der wichtigste Parameter zur Erzielung einer geeigneten rheologi-

H) sehen Kontrolle des Schlickers die Teilchengröße und die Verteilung der Teilchengröße.

Gewöhnlich wird das Schlickergießen von Metallen mit Teilchen durchgeführt, deren Durchmesser unter 10 μιη liegt. Diese Teilchen sind jedoch nicht klassiert,

r> so daß sie in Wirklichkeit aus Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung von etwa 20 bis 1 μπι bestehen. Sind die Teilchen feiner so wird die Ausübung einer hinreichenden Theologischen Kontrolle über den Schlicker schwierig. Feine Teilchen neigen dazu, mit der umgebenden Atmosphäre zu reagieren, so daß geringe Änderungen in der ionischen Zusammensetzung der Atmosphäre unerwünschte Änderungen in der Viskosität hervorrufen können.
Überlegungen bezüglich des Schlickergießens schlie-

•i) Ben die luftentzündlichen Eigenschaften pulverförmiger Metalle ein. Eisenpulver kann beispielsweise durch direkte Reduktion von Eisenoxidpulver hergestellt werden. Besitzt jedoch das Eisenpulver eine Teilchengrößenverteilung, be· der ein größerer Teil aus Teilchen

~,o mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 μπι zusammengesetzt ist, so wird das Pulver zu Eisendioxid umgewandelt, nachdem es lediglich einige Minuten der LuTi ausgesetzt worden ist.

Obgleich dieses Problem weitgehend durch eine

Vi bestimmte Umgebung und durch eine beschränkte Oxydationsvorbehandlung umgangen werden kann, stellt es doch einen definierten, begrenzenden Faktor für die Teilchengröße bei Metallpulvern für das Schlickergießen dar.

h<> Die Dichte gesinterter fester Gegenstände aus MeIaII steht mit der Größe der Metallteilchen in Beziehung, Je kleiner die Teilchengröße ist, um so größer ist im allgemeinen die Dichte. Wie oben dargelegt wurde, besitzt jedoch die pyrophorische Natur der Metallpul-

h"> ver, beispielsweise von Eisenpulver, eine beschränkende Wirkung auf die verwendbare Teilchengröße, wodurch eine Vorbehandlung oder eine Behandlung in einer kontrollierten Atmosphäre notwendig wird. Falls

jedoch pulverisierte Metalle schlickergegossen werden, ergibt sich eine zusätzliche Grenze für die verwendbare Teilchengröße wegen der erforderlichen Theologischen Eigenschaften des Schlickers.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung metallischer Gegenstände mitteis Schlickergießen werden Metalloxide verwendet, wobei die gegossenen Gegenstände aus Metalloxid durch Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre reduziert und gesintert werden, so daß ein Metallgegenstand erhalten wird (vgl. M. Zadrovitch und A. Mitav M ο h a η t y, Powder Matallurgy, 1965, Wand 8, Nr. 15, Seiten 152 bis 161). D're hierbei erhaltenen Gegenstände sind sehr porös. Ferner sind die ursprünglichen Teilchen in der MikroStruktur sichtbar unci die Dichte dieser Produkte liegt bei nur etwa 80% des theoretischen vollständigen Wertes. Diese Porosität und die geringe Dichte lassen dieses bekannte Verfahren wirtschaftlich nicht attraktiv erscheinen.

Es wurde gefunden, daß Pulver mit einer metallischen Zusammensetzung schlickergegossen, reduziert und gesintert werden können, so daß Metallgegenstände mit einer verhältnismäßig glatten, porenfreien Oterfläche und einer Dichte über 90% des theoretischen Wertes erreicht werden können, wenn wenigstens 35% der Oxidteilchen eine Teilchengröße von 10 μπι oder weniger besitzen (Teilchengrößenbestimmung nach Coulter-Zählanalyse).

Die Erfindung besteht daher in der Anwendung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Sinterkörper hoher Dichte, bei dem ein Gießschlicker aus einem Metalloxide enthaltenden Pulver und einer Trägerflüssigkeit hergestellt, der Schlicker in eine die Flüssigkeit aufsaugende Gußform eingegossen, der Formkörper aus der Gußform herausgenommen und reduziert und gesintert wird, auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden mit mindestens 35 Gew.-% der Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 10 μπι.

Vorzugsweise liegt die Teilchengrößenverteilung beträchtlich unter dem Maximum von 35 Gew.-% unter 10 μίτι und besitzt einen mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 6 μπι, wobei wenigstens 25 Gew.-% der Teilchen 25 μπι nicht überschreiten. Die mindeste Teilchengröße ist so gewählt, daß sie einen Schlicker mit akzeptierbarer Viskosität für Schiickerguß besitzt.

Eine optimale Dichte wird mit pulverförmigen Metalloxiden mit 50 Gew.-% der Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 μπι erhalten.

Es wurde gefunden, daß pin gießbarer Schlicker aus Metalloxidpulver, wie Eisenoxidpulvern, mit einer Teilchengrößenverteilung innerhalb dieser angeführten Bereiche sowie in diesem Schlickerguß hergestellte Gegenstände erreicht werden können, die nach Reduzierung und Sinterung ein dichtes Gefüge mit einer Dichte von über 90% des theoretischen Wertes aufweisen.

Ferner wurde gefunden, daß gemäß der Erfindung im Schlickerguß hergestellte und reduzierte sowie gesinterte Gegenstände in ihrer Gußoberfläche verglichen mit nach bekannten Verfahren hergestellten Gegenständen hervorragend reproduzierbar sind. Bei der Erfindung ist es möglich, die Schrumpfungseigenschaften von reduzierten und gesinterten Schlickerguß-Metallzusammensetzungen bzw. Metallverbindungen vorteilhaft zu verwenden, so daß die fertigen Gegenstände besonders feine Details der Oberfläche wiedergeben.

Des weiteren wurde gefunden, daß bei Einhaltung der angeführten Teilchengrc 3enverteilung die für das Reduzieren und Sintern benötigten Zeiten im allgemeinen geringer sind als die Dauer und/oder Temperaturen, die bei herkömmlichen Sinterverfahren für Gegenstände aus pulverisiertem Metall benötigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine zusammengesetzte Schlickerform und

Fig.2a und 2b erläuternde, fragmentarische vergrößerte Querschnitte einer Gußoberfläche und einer entsprechenden im Schlickergußverfahren hergestellten Oberfläche, woraus die SchHckergußoberfläche vor der Reduktion und dem Sintern bzw. nach der Reduktion und dem Sintern hervorgeht.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf jede beliebige reduzierbare Metallzusammensetzung anwendbar, insbesondere auf nachstehend der Einfachheit halber »Metallverbindungen« der vorgenannten Art, die sich mit Wasserstoff reduzieren lassen und mit Wasserstoff eine feststehende freie Reaktionsenergie bzw. Reaktionswärme haben bzw. entwickeln, die bei der Reduktionstemperatur geringer au> nlus 15 kcal pro Grammatom des Wasserstoffs besitzen, üie Metallzusammensetzungen, die von besonderem Interesse sind, sind Metalloxide, z. B. die Oxide von Eisen, Kohalt, Nickel, Kupfer, Molybdän und Wolfram.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Wasserstoff verwendet, um eine Atmosphäre zu schaffen, die Pulver der Metallverbindung zu dem elementaren Metall reduziert; jedoch wurde gefunden, daß zur Reduktion auch andere reduzierende Stoffe verwendet werden können. Zum Beispiel wurde gefunden, daß die oben zitierten Metallverbindungen und insbesondere Eisenoxid erfindungsgemäß reduziert werden können, indem man als reduzierende Atmosphäre oder Umgebung anstelle von Wasserstoff ganz oder teilweise Kohlenmonoxid verwendet.

Bei der Herstellung eines Schlickers zum Gießen, zu dessen Reduzieren und Sintern können gemäß der Erfindung beliebige Pulver von Metallverbindungen verwendet werden, die Teilchen beliebiger allgemeiner Forrr aufweisen (d. h. sphärischer, langgestreckter Form, Nadelform oder Stäbchenform etc.). und die von einer beliebigen Quelle bzw. Herstellungsart und -form herrühren (d.h. zum Beispiel in Form von Etzniederschlagen, Erzkonzentraten, Ausfällungen 3der Präzibitaten etc.). Der erzeugte gesinterte Gegenstand besitzt ein im wesentlichen porenfreies Gefüge und eine glatte Oberfläche und weist eine Dichte auf, die mehr als 90% der theoretischen Dichte beträgt. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß sich aus Metalloxidpulvern, die nach dem Verfahren der Sprühtrocknung hergestellt sind, bessere Schlämme ergeben, die eine solche Reduktion und Sinterung erfahren, daß Gegenstände größerer Dichte und besserer Oberflächenbeschaffenheit sowie besserem strukturellem Zusammenhang geschaffen werden als bei anderen Herstellungsarten.

Die sogenannte Sprühtrocknung von Lösungen, die lösliche Metallverbindungen enthalten, zum Zweck der Herstellung von Metalloxidpulvern ist ein bekanntes Verfahren. Zum Beispiel wird dieses Verfahren dazu verwendet. Ätz- oder Beizlösungen vor, Salzsäure zu regenerieren, welche in der Eisen- oder Stahlvcrarbeitung dazu verwendet wurden, um Walzzunder oder andere Formen vo.' Eisenoxid von Eisen- oder Stahlprodukten zu entfernen. Die dabei und hier verwendete wäßrige Ätzlösung enthält bis zu 11%

I men C h lor wassers toi I und bis zu ctw n J'j"/n I crnu hl"· nil. und dieses und durch eine Düse in eine auf etwa 5-10 C erhil/le Kammer eingesprüht, in der d.is I errochlorid in I.imjmomiI und Sül/siiiirt' k-'eiu.iH folgender Gleichung iimiresei/l wird:

"I e(

4IK

lime Aiisfiihnmgs.irt 'st durch |oseph A. B ti c k I c \ in .■'■ Zeitschrift »(. hrmical Engineering» vom 2. lanuar in". Seile lh - - 3X Ui einem Aufsatz mil dem 1 itcl '.iquor Regeneration Slashes (Osi of Steel Pk kling» .■schriebt¹!!

Is ist anzunehmen, daß durch Sprühtrocknung .■!'gestellte Metalloxide und insbesondere durch Spn'ihocknung hergestellte Eisenoxide aus sehr kleinen ihlen Sphan pillen lizw Kugelkorpcrchen bestehen. vi z'Aar iinabhatiL'iL' davon, weiche sjenaiicr l'/.ramc

Spharo

ur
ide

ndet
uiiL'S
ι,ιι h

iler^vlhng angewendet winden. Die lhw tonnen nicht /ur I lerMeHiing zufnc-

S· !linker fur den Schhckerguß. für das u;\; das Sintern gemäß der Erfindung

itiKt. vielmehr gehört es zu dem l.irken bzw. /ur Theorie der [ .rf mein π ■_'. C^-'ru'-i;i!i.'i'ung b/Ά /erkleinening der

i- |'ί!·.er ergeben, die einen Schlicker -.rr. ■.<.··:■ her /um Gebrauch bei dem rfahren hervorragende Eigen-

i'en V

■v

'(.κ h .!ι·- t.-indurig lsi anzunehmen, daß die durch "Nir;^K'ro. K'vjr.;! hergestellten zerinimmcrten Teilchen 'zw i "ir. '■!e'ibr'v.hsiücx.e dazu neige," sich /v agglome- -,ν.·:'. .!. r i::e n.inder anzulagern. *a> eine Besti-n ■■■■:■■ ζ p.-::-,er ger.auen oder gleichbleibenden Teilchen ■-'■■'■■ ·;πι: 'leren Festlegung schwierig macht. Jedocr. "■: '·:" Mc-v.ngen m:t dem Coulter Counter gezeigt, daß :.:■ ' . '.er. nachdem es in der hier verwendeten Mühle.

.■■ : .-A,:;- .-iner kugelmühle, drei Stunden trocken j·. ·■.:· ·-. ^:Ai:rde. im wesentlichen oder praktisch ■:■-.:_'-■■'■ ei: aus Teilchen besteh;, die sämtlich cmc Große "./■.·. -.-!"CP Durchschnittsdurchmcsser unter I μη

[ wurde "ac" der Erfindung als sehr wahrscheinlich •V-.";.'e^c;!\ daß d;e Ursache der hervorragenden Fliet." ..",::"'·:-- und Eignung des erfindungsgemäß -erge-'.eiiTcr ? :ivers :n der Neigung bzw. in den Besrreber ce- ze-:rürr:rr.erten und im Sprühverfahren cC'-o.kr.eter: M-i'alioxidteüchen besteht, beim Schlikke-guLl zu agglomerieren, sich zusammenzulagern und '."einander zu greife" oder sich dichter zusammenzupak- <er.. ar-, bein-, herkorrimiicheri Schlickerguß, wobei aber dennoch ein Produkt genügender Porosität erzeugt wird, das es erlaubt, die Trägerflüssigkeit dem Schlicker zu entziehen und in die Form hineinzubringen. Dabei ergibt sich aus dem Schlicker ein Gußstück von hoher Griir.festigkeit und hoher Dichte nach dem Reduktions und Sintervorgang, und zwar mit einem Gefüge, das dem Gußgefüge mindestens nahe kommt.

! Inter dem Ausdruck »zertrümmert«, wie er hier in Zusammenhang mit den hohlen Sphäroiden verwendet wird, die nach der oben beschriebenen Sprühtrocknungstechnik hergestellt werden, ist das Aufbrechen und Zerbrechen der hohlen Sphäroide in kleinere Teilchen zu verstehen. Zweckmäßig wird dieses Aufbrechen durch mechanische Vorrichtungen, z. B. durch Mahlen, bewerkstelligt. Gemäß der Erfindung ergab sich ein besonders gutes Ergebnis durch Mahlen der kugelförmigen Teilchen wahrend Zeitspannen voi etwa ein bis zehn Stunden in einer Kugelmühle: jedocl können auch andere Mahl- oder l'ulverisierungstechni ken ,ingewendet werden. Die gemäß der llrfindung au' Schlickeiguß hergestellten Metallverbindungen könnei natürlich a"s Mischungen zweier oder mehr Verbindun gen untersi hiedlicher MeIaIIe bestehen, um ein l.egie ningscr/eiigms herzustellen. In gleicher Weise könnei die aus einer oder mehr Metallverbindungen bestehen den Teilchen oder kann ein Teil der Teilchenmenge air Verbindungen oder Zusammensetzungen von zwei oilei mehr Metallen bestehen, die also mehr als ein Metall ii der Verbindung enthalten. Auch können elementar« Mclallc oder l.egicriingspiilver mit dem Schlicker, tlei aus ;\t<r MeiiilK erbindung besteht, gemischt werden. Be der letzteren Verfahrensweise gehen jedoch dii \ orteile der lirfmdung in hohem Maße verloren, wem '■lehr als etwa 50 Volumenprozente der Mischung air

Hei der Durchführung der bevorzugten Ausführungs tonn der llrfindung. bei der im Sprühtrockniingsverfah reη getrocknete und zertrümmerte Metalloxide zur I lerstellung des Schlickers verwendet werden, ist c vorzuziehen, daß die legierenden Verbindungen auch ir einer I orm verwendet werden, die durch Sprühtrock nii;ig und Zertrümmerung gewonnen ist. Ms haben siel· gewisse Vorteile ergeben, wenn mar. einen beliebige! Reinig or¹ .r Mengenanteil von im Sprühtrocknungsver !.ihren gewonnenen und zertrümmerten Metalloxiden ir dem Schlicker verwendet, unabhängig davon, wie gering der Anteil dieser Metallverbindungsbruchstücke ir bezug auf die übrigen aus dec Metallverbindung bestehenden Teilchen ist: jedoch sind diese Vorteilt (nämlich der Gründichte und der Dichte in gesinterten: Zustand sowie in der Simcrstruktur) nicht leichi wahrnehmbar oder kaum noch wahrnehmbar, wenn die genannten Bruchstücke nicht mindestens etwa K. Volumenprozente der vorhandenen Teilchen betragen.

hrfinilungsgemäß wurde gefunden, daß sich au* Schlicker von Metalloxid gegossene Gegenstande miteinander verbinden und vereinigen lassen, indem man solche Gegenstände vor der Reduktion und dem Sintern mit den Stoßflächen aneinander anlegt. Nach der Reduktion und dem Sintern zeigt sich eine Verbindung zwischen den aneinander angelegten Gegenständen, die bei mikroskopischer Prüfung einer polierten und geätzten Schnittfläche sich nicht mehr von anderen Stellen unterscheiden läßt. Diese Entdeckung ist von großer Bedeutung, da sich hieraus eine erhöhte außerordentlich vielseitige Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt. Wendet man jie letztgenannte Verfahrensweise an. so kann man massive und hohle, durch Schlickerguß hergestellte Gegenstände miteinander vereinigen, die als Schlickergußteile in einer einzigen Form nicht hergestellt werden können Außerdem ist es möglich, um einen aus Schlicker hergestellten Gußteil herum einen weiteren Schlickergußteil anzugießen und auf diese Weise eigenartige Gußstrukturen zu erzielen.

Wenn man zwei grüne Schlickergußstücke verbinden will, sollten diese vorzugsweise dann aneinander angelegt werden, wenn sie noch feucht sind oder bevor sie vollständig getrocknet sind. Gemäß der Erfindung ergeben sich besonders günstige Resultate, wenn man auf denjenigen Oberflächen, die aneinander gelegt werden soiien, vor der Reduktion und vor dem Sintern einen Anstrich, z. B. einen Färb- oder Lackanstrich anbringt.

Die Vorteile, die durch das erfindungsgemäße Anwenden des .Schlickergießens gegenüber der herkömmlichen Mctallgiißtechnik erzielt werden, sind beträchtlich. Der größte Vorteil liegt darin, daß die Oberfläche der Form, insbesondere auch hinsichtlich kleinerer Einzelhei'i.Mi, an dem !Endprodukt reproduziert uerden kann. Wenn man Metallverbindungen, z.B. Metall«*'·',.*, durch Schlickerguß herstellt, reduziert und sintert, so ist die Schrumpfung, ausgehend von dem wie vorstehend gegossenen Zustand bis zu dem fertig gesinterten Gegenstand, sehr beträchtlich. Zum Beispiel haben Kisenkörpcr. die durch Schlickerguß. Reduzieren und Sintern aus Kiscnoxid hergestellt werden, eine Größe von nur zwei Dritteln der Größe der anfänglich durch Schlickerguß hergestellten Körper. Wenn jedoch Metallteilchen im Schlickcrgußverfahrcn vergossen und gesintert werden, beträgt die Schrumpfung im allgemeinen weniger als 10°/», und bei in der üblichen Weise aus

- u...~i „ HU..II „... ι/ ii 1....-U-. -j:„

Ρ¹"- ""•^UIU" l.lU«ll₆l._f«.JUI,tM IWIJX-IM UtUtIgIVIIL

Schrumpfung weniger als 2%. Die gemäß der Erfindung hergestellten gesinterten Körper besitzen eine relativ glatte, glänzende Oberfläche und geben die Formoberflächc außerordentlich genau wieder, obgleich die Größe dieser Körper von der Größe des ursprünglichen Schlickcrgußstücks auf etwa zwei Drittel dieser Größe verringert wurde. Dies ist in der Hinsicht wichtig, daß ili'.¹ Möglichkeit gegeben wird, für die Einzelheiten der Oberfläche Genauigkeitsgrenzen vorzuschreiben, die bisher nicht als erzielbar angesehen wurden.

Die vorgenannte Erscheinung ist am besten an Hand der Fi g. _a und 2b der Zeichnungen zu erläutern. Um die Einschnitte oder Nuten bzw. Schlitze mit einer Breite H an einem Metallgegenstand 18 (Fig. 2b) herzustellen, muß man an der inneren Oberfläche der Form 22 einen Vorsprung 20 ausbilden. Besteht die Nut 16 aus einem feinen Detail, z. B. mit einer Breite W, die ungefähr 0.254 mm sein soll, so muß ein Vorsprung bzw. eine zunächst breitere Nut mit der Breite von ungefähr 0.257 mm an der Oberfläche des Formmusters vorgesehen werden, wenn man geschmolzenes Metall gießen will, und eine zunächst breitere Nut von ungefähr 0.266 mm, wenn man Schlickerguß aus Metallteilchen und Sintern der Metallteilchen durchführen will (wobei der Zuschlag an Breite von 1 bzw. 5% der Schrumpfung Rechnung trägt). Eine so kleine Nut ist durch die zur Verfügung stehenden üblichen Mittel, z. B. durch spanabhebende Bearbeitung, schwer mit einem auch nur geringen Grad von Genauigkeit herzustellen. Außerdem werden bei den üblichen Gießverfahren mit geschmolzenem Metall und mit Schlicker Vertiefungen von so geringer Größe, wie Nuten von nur 0,25 mm Breite, beim Gießen nicht genau als entsprechend fein geformte Detailoberfläche reproduziert Bei Anwen dung des Verfahrens nach der Erfindung hat die Nut des Musters am Gußstück und der Vorsprung 22 an der Form eine Breite W-I von ungefähr 0379 mm, da nach der Reduktion und nach dem Sintern das Gußstück einschließlich der Nut 16' auf zwei Drittel seiner ursprünglichen Größe schrumpft; hieraus ergibt sich eine genaue Wiedergabe des Vorsprungs bzw. eine genaue Ausbildung des Musters bzw. der Breite der Nut die jetzt nur noch eine Breite W wie gewünscht von 0,254 mm hat. Es ist klar ersichtlich, daß es leichter ist eine Nut bzw. einen Vorsprung von 0379 mm in der Formoberfläche als einen solchen bzw. eine Nut von 0,257 mm bzw. von 0,266 mm Breite herzustellen. Demzufolge liefert die erfindungsgemäße Anwendung einen beträchtlichen Fortschritt in der Technik der Herstellung von Schlickergußstücken, bei denen es auf Details der Oberfläche ankommt.

It e ι s ρ i e I e

Aus durch Sprühtrocknung von wäßrigen Lösungen von led.- b/v.. i'i izflüssigkoi» gewonnene Eisenoxidpulver mit hohlen !•"c.Oj-Kiigelkörperchen wurden

in während dreier .Stunden trocken in einer Kugelmühle gemahlen. Misslingen mit dem Coulter Counter ergaben tür die Bruchstücke der Teilchen dieser Pulver eine Durchsdinittsteilehcngröße von ungefähr 0.80 μηι, wobei die größten Teilchen eine Größe von etwa 10 μπι

ι-, haben. Dieses Pulver wurde zur Herstellung des folgenden Giellschlickcrs verwendet:

600 g Eisenoxid,

I O ... 1 ΓΛ » \

I ,O ItII LVtII V ti I I /,

;n 0,5 g Zitronensäure,

Kest: Wasser.
pH = 1.8·*).

*) »Darvan« ist ein wasserlösliches Dispersionsmit-,- tel, das durch die Firma R. T. Vanderbilt Company hergestellt wird.

**) Es wurden ptI-Werte zwischen 1,5 bis zu 7 verwendet.

jn Der Schlicker wurde in Gießformen aus Pariser Gips gegossen, die Hohlräume in Gestalt einer Pferdekopfkruppe und eine becherförmige Verzierung aufwiesen, und zwar etwa 50,8 mm im Durchmesser und 101.6 mm tief. Die Wanddicke der Gegenstände betrug ungefähr

ii 6.3 mm. Man ließ dann den eingegossenen Schlicker so weit trocknen, daß er von der Wandung des Formhohlraums wegschrumpfte; danach wurde das Gußstück jeweils aus seiner Form entnommen und in einem Trockenofen bei 60⁰C getrocknet Die Gußstük-

4i) ke wurden dann in Wasserstoffatmosphäre auf ungefähr 650" C erhitzt, und zwar während einer Zeit, die dazu ausreichte, das Eisenoxid zu elementarem Eisen zu reduzieren. Hierauf wurden die Werkstücke bei ungefähr 1150⁰C in einer reduzierenden Atmosphäre

r> gesintert.

Die erzielten Gegenstände besaßen eine glatte, von Sprüngen freie Außenseite und Dichten von mehr als 90% der theoretischen Dichte. Obgleich die Werkstücke ungefähr um ein Drittel ihrer ursprünglichen Größe

-,η geschrumpft waren, waren die ursprünglichen Ornamente erhalten und genau wiedergegeben worden, und zwar dies auch in einem Fall, in dem der Durchmesser der Verzierungen, z. B. in Becherform, nur 0,050 mm und deren Tiefe nur 0,1 mm betrug.

Ein Eisenoxidschlicker der vorgenannten Zusammensetzung und mit den gleichen Eigenschaften wurde in eine Gipsform aus Pariser Gips gegossen, wobei ein am einen Ende geschlossener hohler Zylinder (Außendurchmesser: 32 mm und Länge: 44,2 mm) gebildet wurde.

Dieser Teil ist in Fig. 1 der Zeichnung mit 12 bezeichnet Der Zylinder 12 wurde aus seiner Form herausgenommen und in noch feuchtem Zustand mit dem unteren Ende nach oben in eine größere becherförmige Form aus Pariser Gips eingesetzt Die

es größere Form wurde dann mit dem Schlicker gefüllt und es wurde dabei ein becherartiger Teil 14 gemäß F i g. 1 (Innendurchmesser etwa 127 mm an der Lippe des Bechers) gebildet Nach dem Gießen befand sich der

untere Teil des becherartigen Gegenstands in Berührung mit dem Hohlzylinder, wie es K i g. I der Zeichnung zeigt, so daß ein einziger Gegenstand gebildet wurde, der aus dem Hohlzylinder und dem becherförmigen Teil bestand.

Nach der Entfernung des ganzen Gebildes aus der /weiten Form wurde es getrocknet, reduziert und gesintert wie folgt:

(a) Trocknung bei 60"C,

(b) Erhitzung auf 62I"C und mit 149"C pro Stunde in einer Wasserstoffatmosphäre.

(e) Halten des Körpers während einer halben Stunde bei621°C in einer Wasscrstoffatmospharc,

10

(d) Erhitzen von 62PC auf 117b"C und mit 149"C pro Stunde in ein^r Wass^rstoffatmosphäre,

(e) Halten des Körpers bei 1176°C während einer halben Stunde in einer Wasserstoffatmosphärc,

(f) Kühlen in einem Kühlofen.

Nach der Reduktion und dem Sintern ergab sich ein einstückiger Formkörper mit einer glänzenden und von Sprüngen freien Oberfläche. Ein Mikrofoto im Bereich »4« der Zeichnung zeigte ein feinkörniges Gefüge (ASTM Korngröße 8 oder weniger). An der Stoßstelle war keine Linie erkennbar. Die Dichte, die durch den Gewichtsverlust in Wasser bestimmt wurde, betrug ungefähr 93% der theoretischen Dichte von Eisen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anwendung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Sinterkörper hoher Dichte, bei dem ein Gießschlicker aus einem Metalloxide enthaltenden Pulver und einer Trägerflüssigkeit hergestellt, der Schlicker in eine die Flüssigkeit aufsaugende Gußform eingegossen, der Formkörper aus der Gußform herausgenommen und reduziert und gesintert wird, auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden mit mindestens 35 Gew.-% der Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 10 μηι.

2. Anwendung nach Anspruch 1 auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden mit einem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 6 μπι, wobei wenigstens 25 Gew.-°/o der Teilchen 25 μπι nicht überschreiten.

3. Anwendung nach Anspruch 2 auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden mit 50 Gew.-% der Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 μπι.

4. Anwendung nach Anspruch 2 auf einen Gießschlicker mit pulverförmigen Metalloxiden aus Teilchen, die aus der Sprühtrocknung von Lösungen löslicher Metallverbindungen erhalten worden sind.

5. Anwendung nach Anspruch 2 auf einen Gießschlicker mit wenigstens 50 Vol.-% Metalloxiden und Metallteilchen als Rest.