DE2135876A1

DE2135876A1 - Sinterverfahren

Info

Publication number: DE2135876A1
Application number: DE19712135876
Authority: DE
Inventors: Osami Oyama Yhchi Nagoya Aichi Kamigaito (Japan)
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1970-07-18
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE2135876B2; CA955383A; JPS5231364B1; GB1356445A

Description

Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho

Sinterverfahren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbesaertee Verfahren zum Sintern eines hitzebeständigen Pulvers, wonach ein Körper, der durch Pressen de3 Pulvers geformt wird, unter Ausübung einer einachsigen oder mehracbsigen Druckwirkung einer hohen Sintertemperatur ausgesetzt wird (sogenanntes Heißpreßverfahren).

Bis jetzt ist angenommen worden, daß ein Sinterkörper komplizierter Gestalt sich nicht durch Heißpressen herstellen läßt, weil das zu sinternde Pulver in eine entsprechend gestaltete Matrize gebracht und mittels eines Stempels oder dergleichen einachsig bei der Herstellung eines zylindrischen Sinterkörpers oder dreiachsig bei der Herstellung eines Körpers mit sechs Kanten gepreßt wird. Bei dem bekannten Heißpressen gleicht der absolute Wert der Schrumpfung an einer beliebigen Stelle einer Oberfläche dem Stempelhub. Daraus resultiert, daß jeder Teil um den gleichen absoluten Betrag zusammengedrückt wird, und daß die

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Gestalt des Stempels keinen Einfluß auf diese Zusammendrückung hat. Man kann aus diesem Grunde einen Körper mit einer einfachen Gestalt, wie z.B. eine kreisförmige Platte oder ein Parallelopiped herstellen. Ils i3t jedoch unmöglich, einen Sinterkörper mit gleichbleibender Dichte und sich verändernder Stärke (Höhe) herausteilen.

Weil im allgemeinen die Beweglichkeit des Sinterpulvere beim Mßpressen nicht sehr hoch ist, bev/egt sich das Pulver nur schwer aus dem dickeren Teil in den dünneren Teil oder umgekehrt. Es ist somit nötig, bei der Herstellung eines eine gleichmäßige Dichte aufweisenden Sinterkörpers jeden Teil des Körpers mit dem gleichen Verhältnis mit bezug auf den Körper vor dem Pressen in der betreffenden Richtung bzw. in den betreffenden Rrichtungen zu pressen. Dies läßt sich mit bezug auf die Zeichnung später erklären.

Bei der Herstellung eines Körpers mit einer komplizierten Gestalt wird das isostatische Heißpreßverfahren eingesetzt. Gemäß diesem Verfahren wird das Sinterpulver in einen Behälter aus Metall oder Gummi eingebracht und unter Vakuum oder vermindertem Druck abgedichtet. Das Pulver wird sodann bei hoher Temperatur unter hohem Gas- oder Öldruck bei hoher Temperatur gesintert. Meist wird das Pulver aus allen Richtungen gleichmäßig gepreßt, so daß ein Sinterkörper mit der gewünschten Gestalt und Größe aus einem Körper hergestellt wird, der ursprünglich in allen Richtungen um ein vielfaches größer ist.

Weil bei dem isostatischen Heißpreßverfahren das Pulver

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in einen abgeechlossenen Behälter durchgecintert wird Gas, Feuchtigkeit und dergleichen, das in das Pulver aufgenommen wird, in den abgedichteten Behälter freigegeben, wonach es mit dem eine hohe Temperatur aufweisenden Pulver reagiert, so daß ein Sinterkörper mit der gewünschten Gestalt nicht hergestellt werden kann. Zum Beispiel wird beim Sintern von Magnesia (MgO) Blueit (Mg(OH)₂) durch die Umsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes mit dem Magnesia Zustandekommen, so daß die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers aus Magnesia weitgehend oder ganz verlorengehen. Auch wefin die Feuchtigkeit mit dem Pulver nicht reagiert, so daß das Pulver Magnesia bleibt, wirkt die Feuchtigkeit der engen Adhäsion zwischen der Oberfläche des abgeschlossenen Behälters und dem in dem Behälter gehaltenen Pulver entgegen, so daß der Druck nicht gleichmäßig auf das Pulver ausgeübt werden kann. Dadurch ist es nicht möglich, das Pulver so weit zu sintern, daß die gewünschte Gestalt hergestellt wird. Obwohl im übrigen der Behälter aus Gummi, Metall oder ähnlichen Materialien, die leicht verformt werden können bestehen nuß, mangelt es bei solchen Materialien an einer auereichenden Hitzebeständigkeit, so daß das Sintern eines Pulvers mit einem hohen Schmelzpunkt, file z.B. eine« litrids, eines Bore ids oder dergl. sich sehr schwierig gestaltet. Beim Sintern eines Nitridpulvers ist es nötig, dessen Zersetzung zu verhindern oder die üblichen Heißpreßverfahren (Einschl. des isostatischen Heißpreßverfahrens) weiter zu entwickeln.

Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Heißpreßverfahren anzugeben, das die Herstellung von Sinterkörpern ermöglicht, die

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eine komplizierte Gestalt und eine gleichmäßige Dichte aufweisen.

Eine noch v/eitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes Heißpreßverfahren anzugeben, das die obengenannten Eigenschaften besitzt, aber bequem und billig durchzuführen ist.

Die neuen Merkm_aie, die als Kennzeichen für die Erfindung zu betrachten sind, sind im einzelnen in den Ansprüchen beschrieben. Die Erfindung selber sowohl mit bezug auf ihren Aufbau und ihrer Arbeitsweise, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen ist am besten anhand der folgenden Beschreibung zu verstehen, die die spezifischen AusfUhrungsformen abhandelt und anhand der beigelegten Zeichnungen zu lesen ist. In der Be-r Schreibung bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Es zeigen

Figur 1 einen Querechnitt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrene zur Herstellung eines Sinterkörpers,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines anderen Körpers, G, zur Heretellung eines Sinterproduktes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren

Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Deck-Körperteiles, die sich für die Anwendung mit dem Körper gemäß Figur 2 und gemäß dem Verfahren der Erfindung eignet,

Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines vollständigen

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zusammengesetzten Körpers, der den Körper gemäß Figur 2 umfaßt, und *4.er im Rahmen des erfindungsgemäßen Heißpreßverfahrens hergestellt wird,

Figur 5 eine perspektivische Ansicht und fceilvveisen ochnitt eines weiteren zusammengesetzten Körpers, der sich für die Herstellung eines von den in Figuren 1 und 2 abgebildeten Produkten abdeichenden Sinterprodukts eignet und

Figur 6 einen schematisohen Querschnitt einer sich für die Herstellung eines weiteren Sinterprodukts gemäß den Verfahren der Erfindung eignenden Vorrichtung.

Mit bezug auf die Zeichnungen zeigt Figur 1 einen zusammengesetzten Körper, der sich für die Herstellung eines Sinterprodukts gemäß dem Verfahren der Erfindung eignet. Diese Figur erläutert obendrein die Nachteile des schon erwähnten bekannten Heißpreßverfahrens. Es ist zum Beispiel unmöglich, gemäß dem bekannten Heißpreßverfahren einen Sinterkörper A mit gleichmäßiger Dichte und ungleichmäßiger Stärke in der senkrechten Richtung herzustellen, weil der absolute Wert der Schrumpfung in den verschiedenen Teilen gleichmäßig ist. Stellt man zum Beispiel den Hub des Stempels auf die Schrumpfung P₁ in den oberen Teil I^ ein, so würde der hohle Teil 2^ des Stempels bei Druckanwendung den unteren Teil des Körpers A erreichen. Somit würde man die gewünschte Schrumpfung P₂ erheblich Überschreiten, so daß die gewünschte Gestalt unmöglich herzustellen wäre.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch stellt man einen Körper B des Sinterpulvers, wie durch die unterbrochenen Striche angedeutet, derart her, daß das Verki einerungsverhältnis mit bezug auf den herzustellenden Sinterkörper A, der durch vollgezogene Striche angedeutet ist, überall den gleichen Wert besitzt. Setzt man den Deck-Körper C unter Druck, v.ird dementsprechend der Körper B auf die gewünschte G-estalt und Form, d.h. auf den Körper A, verkleinert.

Zur weiteren Erläuterung sei angenommen, daß ein erster Körper D von einem ersten aus hitzebc-ständigem Pulver bestehenden Körper B hergestellt wird, so daß die

. untere Fläche des Körpers mit bezug auf die Größe und Gestalt mit dei» herzustellendem Sinterprodukt ungefähr übereinstimmt. Der Körper B ist mit bezug auf den gewünschten Sinterkörper A nur in der Preßrichtung, die durch die Pfeile oben in Figur 1 angedeutet ist, vergrößert, wobei diese Vergrößerung ein festes Verhältnis mit bezug auf jeden senkrechten Schnitt des Körpers aufweist. Der zusammengesetzte Körper D ist als zylindrische Säule ausgebildet, die eine gleichmäßige Stärke in der Richtung der Achse des ersten Körpers B besitzt. Legt man den zusammengesetzten Körper in eine Matrize und übt man einen Druck in der Richtung . der Achse aus, während der zusammengesetzte Körper

} einer hohen Sintertemperatur des Pulvers in dem Körper B ausgesetzt v/ird, so 7iird der Körper B auf die Größe und die Gestalt des gewünschten Produkts A verkleinert.

Der im letzten Absatz beschriebene zusammengesetzte

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Körper läßt sich nach einer der folgenden Arbeitsweisen herstellen:

1. Ein erstes hitzebeständiges Pulver wird zu einem ersten Körper gepreßt, der im Verhältnis zu dem gewünschten Produkt in der Achsrichtung vergrößerte Abmessungen aufweist; Einlegen eines zweiten hitzebeständigen Pulvers in den Hohlraum der Matrize bzw. der Form; Eingraben des ersten Körpers in das zweite Pulver, so daß er durch dieses bedeckt v?ird. Dabei soll die Körperlängsachse der Hohlraumachse der Matrize parallel liegen.

2. Ei, zweiter Körper, bzw. ein Deck-Körper wird durch Presf?en des zweiten hitzebeständigen Pulvers zu einem eine geeignete Größe zur Aufnahme des ersten Körpers aufweisenden Körper gepreßt, wonach der Hohlraum des zweiten Körpers mit dem ersten hitzebeständigen Pulver gefüllt wird, um den ersten Körper zu bilden, der nach Druckanwendung bis auf die Größe des gewünschten Sinterprodukts verkleinert wird,

3. Pressen des ersten hitzebeständigen Pulvers zu einem ersten Körper gemäß (1) oben, um einen ersten Körper mit in der Achsrichtung vergrößerten Abmessungen zu geben; Die Herstellung eines zweiten Körpers durch Pressen des zweiten hitzebeständigen Pulvers zu einem Körper mit einer Hohlraumgröße, diezur Aufgabe des ersten Körpers geeignet ist, Einbringen des ersten Körpers in den Hohlraum des zweiten Körpers, so daß bei Druckanwendung auf den zusammengesetzten Körper, der erste Körper auf die Größe des sich ergebenden Sinterkörpers verkleinert wird.

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Das erste oben erwähnte hitzebeständige Pulver kann dem zweiten hitzebeständigen Pulver entsprechen. Es ist jedoch möglich, ein andersartiges hitzebeständiges Pulver einzusetzen, das eine ähnliche Zusammendruckbarkeit und eine ähnliche Sinterteraperatur aufweist, so daß die beiden Pulver dieselben Sintereigenschaften aufweisen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die Sintertemperatur des zweiten hitzebeständigen Pulvers die des ersten hitzebeständigen Pulvers übersteigt. Wird dasselbe Pulver zur Herstellung des ersten Körpers und des zweiten }£örpers bzw. des Deck-Körpers eingesetzt, oder hat das Deckpulver dieselben Sintereigenschaften wie das erste Pulver, so wird das Deckpulver mit dem gleichen Verhältnis in allen Teilen des zusammengesetzten " Körpers parallel|fbur Preßrichtung bzw. zu den Preßrichtungen gepreßt, so daß beim Sintern des ersten Körpers eine gleichmäßige Dichte in allen Teilen erreicht wird. In diesem !Falle ist es jedoch nötig, ein Trennmittel zwischen den ersten und den zweiten Körper anzuwenden, da sie sonst auf den Berührungsflächen während des Sinterns miteinander verbunden werden.

Als Trennmittel kommt ein hitzebeständiges Pulver in Frage, dessen Schmelzpunkt den des zu sinternden Pulvers, d.h. des ersten Pulvers übersteigt, wobei das Trennmittel mit dem zu sinternden Pulver nicht reagieren darf. Gemäß einer bevorzugten Form der Erfindung wird das Trennmittel als eine dünne Platte hergestellt, indem man das hitzebeständige Pulver mit einem organischen Bindemittel mischt; das Gemisch wird auf eine flache Platte,wie z.B. eine Glasplatte

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nach Entgasung gegossen wird, so daß es fest wird. Ist das erste Pulver zum Bilden des Sinterprodukts Aluminiumoxyd.

(AI2O3) so kann das Trennmittel aus Zirkon oder Bornitrid sein. Sollte Glimmer als erstes Pulver zur Bildung des Sinterprodukts angewandt werden, so kann Zirkon, Bornitrid, AlrjO-j - · ,Quarz oder Magnesia als Trennmittel eingesetzt werden. Sollte das erste zu sinternde. Pulver aus Kieselstein bestehen, so kann Zirkon, Bornitrid oder

AlgO.j-,. als Trennmittel angewandt werden. Als organisches Bindemittel im Trennmittel ist es möglich, Polymethylmethakrylat, Polystyrol, Zellujoae, Dextrin oder dergleichen einzusetzen.

Bei Anwendung eines Trennmittels in Porm einer dünnen Platte lassen sich der Sinterkörper und das Deckpulver oder der zweite Körper, bzw. der Deck-Körper leicht voneinander trennen, "." * dabei": sind die Oberflächen des Sinterprodukts sehr glatt, weil das organische Bindemittel während des Sintervorgangs zersetzt und verdampft wird, während das Trennmittel als dünner Film zurückbleibt.

Sollte das im Verfahren einzusetzende zweite Pulver bzw. Deckpulver eine höhere Sintertemperatur als das erste Pulver, das den ersten Körper bildet, hab--?n,s:o daß das Sintern schwieriger ist, ist ein Trennmittel entbehrlich, weil der Deckkörper sich niCüt während des Sinterns des ersten Körpers sintert. Das Deckpulver sollte bei hoher Temperatur eine gewisse Beweglichkeit besitzen, weil das Pulver des ersten Körpers während des Heißpressens zusammengedrückt wird, während das umgebende Deckpulver höchstens nur geringfügig

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zusammengedrückt wird. Aus diesem Umstand ergibt sich die Notwendigkeit, daß die Deckpulverteilchen beweglich sein müssen, damit eine gleichmäßige Druckwirkung auf den ersten Körper ausgeübt werden kann. Bornitrid, Graphit und ähnliche Pulver sind als Deckpulver einzusetzen, weil sie die oben genannte Eigenschaft der Beweglichkeit besitzen.

Während des Zusammendrückens des zusammengesetzten Körpers bei Sintertemperatur im erfindungsgemäßen Verfahren wird der erste Körper gesintert und zu einem Produkt verkleinert, das eine gleichmäßige Dichte und die gewünschte Gestalt besitzt, wobei das Pressen bzw. Zusammendrücken mit demselben Verhältnis in allen Teilen in den vergrößerten Richtungen des Körpers zustandekommt. Während des Heißpressen3 findet keine Vermischung des ersten Körpers und des Deckkörpers statt, auch findet eine Änderung des sich ergebenden Sinterkörpers in eine kompliziertere Gestalt statt. Dabei wird der Körper nicht in senkrecht zu der Preßrichtung stehenden Richtung verbogen. Es hat sich gezeigt, daß der erste Körper einer gleichmäßigen Verkleinerung unterliegt, die durch die Verlagerung parallel zur Druckachse herbeigeführt wird. Die Verkleinerung ist der Stärke des Körpers proportional.

Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich ein eine gleichmäßige und hohe Dichte aufweisende, eine einfache Gestalt, wie z.B. G, eine Säule, eines Kegels oder einer Pyramide, oder wohl eine komplizierte Gestalt, wie eines Turbinenflttgels, besitzendes Sinterprodukt hergesteilenwerden kann. Sollte das gewünschte

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Produkt eine gewisse Krümmung aufweisen, so läßt sich diese Krümmung ohne weiteres dadurch erzeugen, daß man eine geeignete Preßrichtung hält, daß der zu sinternde Körper zunächst mit einer geringfügigen Krümmung erzeugt wird, und daß der Körper danach druckgesintert wird, wobei die Preßrichtung in dem angewärmten Heißpreßverfahren die Krümmung erhält.

Beispiele verschiedener Produkte, die sich gemäß der vorliegenden Erfindung herstellen lassen, werden in der folgenden Beschreibung im einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert.

Beispiel 1

(In allen folgenden Teilen der Beschreibung sind Prozentangaben als Gewichtsprozent zu verstehen).

Ein Ansatz aus 98 % aus 200 Mesh feinem c^-Tonerdepulver, und 2 i» 200-meshfeinem Magnesiapulver wurde: ipnig ■ ■ .·:. .';■■-.." ; vermischt. Danach wurde die Mischung mit 1 > einer einprozentigen Polyvinylalkohol (P. V.A. )-Wasserlösung versetzt. Das sich ergebende Material wurde in einer Form mit einem Innendurchmesser von 40 mm

—2 unter einem Druck von 300 kp fern zu einem säulenförmigen Körper gepreßt, dessen Durchmesser und dessen Höhe 40 mm betrug. Auf diesen Körper wurde ein Oktaeder E (3?ig2)b.ei spanabnehraender Bearbeitung geschnitten. Man erkennt, daß der Körper E, d.h. der erste Körper, zwei Pyramiden , E-^ und Eg, umfaßt, dessen quadratförmige Basisflächen sich berühren und miteinander gepreßt sind. Die Höhe einer Pyramide und die Länge einer Bodenkante betrug 20 mm. Danach wurde ein weiterer säulenförmiger Körper aus derselben Pulverzusammensetzung gemäß dem letzten Absatz in derselben Preßform gepreßt. Zwei Säulen, F₁ und !^»(-^S· 5 und 4) mit je einem Durchmesser von 40 mm und einer Höhe von 25 mm wurden spanabnehmend aus diesem säulenförmigen Körper geschnitten. Aus Figur 3 erkennt man, daß die Säulen ^F1» ^F2 3e mit einem kegelstumpfförmigen Hohlraum f gebildet wurden, dessen Höhe 20,2 mm betrug und dessen Achse

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BAD

der Achse der Säule parallel lag. Der kegelstumpfförmige Hohlraum f besaß einen rechteckigen Boden, dessen Seitenlänge 21,6 mm betrug. Die zwei Säulen F₁ und F₂ bildeten zusammen den Deck-Körper, hzw. den zweiten Körper G (Fig. 4)

öodann wurde jede Oberfläche des Oktaeders E (Fig. 2) mit je einem 0,3 mm starken Film als irennmittel augedeckt. Dieser Film wurde dadurch hergestellt, daß man Polymethylmethacrylat -40$ Bornitrid auf eine Glasscheibe goß und trocknen ließ. Danach wurde der Pyramidenteil E₁ in den Hohlraum f derSäule F₁ eingeführt. Der Pyramidenteil E₀ des herausragenden Oktaeders wurde " in den Hohlraum f der anderen Säule E₂ eingeführt, um den säulenförmigen zusammengesetzten Körper G mit einer Höhe von ca. 50 mm (Fig. 4) zu bilden. Beim Zusammenbau des zusammengesetzten Körpers G wurde eine zweite Platte desselben Trennfilma mit einer Stärke von 0,3mm, der auf dieselbe Y/eiae vorbereitet wurde, zwischen die Berührungsflächen der zwei Säulen F, und F₂ eingelegt, um das Oktaeder E zu umgeben.

Der zusammengesetzte Körper G wurde in eine einen Innendurchmesser von 40 mm aufweisende rohrförmige Graphitmatrize gebracht, wonach der Körper durch Hochfrequenzheizung erwärmt und bei 165O⁰C unter einem Druck von 300 kpcm 15 Minuten heiß gepreßt wurde. Dabei wurde der Preßdruck durch einen eine plattenförmige Oberfläche mit einem äusseren Durchmesser von 40 mm aufweisenden Stempel ausgeübt. Des während des Sinterns entwickelte Gas entwich nach aussen durch den Spielraum zwischen der Matrize und dem Stempel. Nach dem Heißpressen wurde die Matrize allmählich abgekühlt und der zusammengesetzte Körper G aus der Graphitmatrize entfernt. Der gepreßte Körper G v;ies einen Aussendurchmesser von 40 mm und eine Höhe von 35 mm auf. Indem man den Körper G leicht anschlug und den oberen und den unteren Teil sanft auseinanderzog,

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konnte der zusammengesetzte Körper ohne weiteres in die drei entsprechenden Teile E, F₁ und P₂ getrennt werden, sodaß ein Aluminiumoxydsinterprodukt mit der Gestalt eines Oktaeders und mit der Abmessung E aber von herabgesetzter Höhe erhalten wurde. Die Pyramidenteile des gewünschten Produkts besaßen untere quadratförmige Oberflächen mit einer Kantenlänge von ca. 19,3 mm. Die Höhe der Pyramiden betrug ebenfalls ca. 14 ram. Sämtliche Oberflächen des Oktaeders v/aren glatt und eben. Die gesamte offene Porosität P₀. die durch die Wasseiealfnahmemethode bestimmt wurde, lag unter 0,2$. Es wurde festgestellt, daß das auf die oben beschriebene Weise hergestellte Sinterprodukt ausreichend homogen war.

Beispiel 2

Es wurden zwei Graphitmatrizen zur Herstellung zweier Probeprodukte eingesetzt. Dabei wurde 200-raeshfeines Graphitpulver als Deckpulver, bzw. zweites Pulver eingelegt. Danach wurde Bornitridpulver, das ein 200 Mesh feines Sieb passieren konnte, als Deckpulver in die zweite Matrize eingelegt. Es wurden zwei Oktaeder aus Aluminiumoxyd etwa gemäß E (Pig. 2) wie in Beispiel 1 hergestellt. Die zwei Oktaeder wurden dann in das Deckpulver in iede Matrize vergraben, so daß die zwei entferntesten Punkte der Pyramiden bei ^edemOktaeder mit der Mittelachse des inneren Umfanges der GrapTiitmatrize zusammenfielen. Danach wurde das Oktaeder mit Pulver zugedeckt. Auf diese Weise enthielt jede Matrize einen zusammengesetzten Körper mit dem Oktaeder aus Aluminiumoxyd als der erste Körper und das Deokpulver als der zweite Körper. Die Höhe der zwei zusammengesetzten Körper betrug ca. 70 mm. Ihre Oberfläche wurde senkrecht zu der Achsrichtung der Graphitmatrize angeordnet. Die »wei zusammengesetzten Körper wurden sodann unter den Bedingungen gemäß Beispiel heiß gepreßt. Nach dem Abkühlen wurden die zwei Aluminiumoxydsinterkörper dem Graphitpulver bzw. dem Bornitridpulver entnommen. Die Oberflächen der Sinter-

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körper hafteten nicht an den Deckpulvern. Daher waren diese Oberflächen glatt. Der Pyramidenteil jedes Sinterkörpers besaß eine quadratföriaige untere Fläche mit einer Kantenlänge von ca. 18 mm. Die Höhe betrug ca. 17 mm. An den beiden Sinterkörpern wurde eine offene Porosität von unter 0,2$ gemessen.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurden Sinterprodukte zuerst hergestellt und danach miteinander verbunden. Ein plattenförmiges Sinterprodukt wurde zunächst mit einem ersten Pulver hergestellt, das dieselbe Zusammensetzung die das erste Pulver gemäß Beispiel 1 hatte. Das Heißpressen

ι entsprach dem Heißpressen bei Beispiel 1. Der plattenförmige Sinterkörper besaß eine Breite von 20 mm, eine Länge von 30 mm und eine Stärke von 2,5 mm. Eine Porosität von unter 0,2$ wurde festgestellt. Zwei einzelne Pyramiden wurden sodann mit derselben Zusammensetzung, die zur Herstellung des genannten plattenförmigen Sinterkörpers eingesetzt worden war, durch Heißpressen hergestellt. Jede Pyramide besaß eine quadratförmige untere Fläche mit einer Seitenlänge von 20 mm und einer Höhe von 10 mm. Die unteren Flächen der zwei Pyramiden wurden glatt gerieben und die untere Fläche der einen Pyramide mit einer Oberfläche des plattenförmigen Körpers in Berührung gebracht, der ebenso glatt gerisben

\ worden war, während die untere Fläche der anderen Pyramide mit aer gegenüberliegenden Fläche des plattenförmigen Körpers in Berührung gebracht wurde, sodaß die zwei Pyramiden zu beiden Seiten des zwischengelegten plattenförmigen Körpers lagen. Diese drei !Peile wurden danach mit Klebefilmen miteinander verbunden.

Die drei mittels Klebefilm miteinander verbundenen Teile wurden in eine rohrförmige Graphitinatrize mit einem Innendurchmesser von ca. 60 ram und die Matrize mit einem 200 Mesh-Feinheit aufweisenden Bornitridpulver auf·

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gefüllt, ao daß der ganze Körper zugedeckt war. Die Gesaathöhe des vollständig mit Deckpulver ausgefüllten Matrizenhohlrauma betrug 60 mm. Auf diese Weise in die Matrize eingeführt wurden die miteinander verbundenen Körper unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 heiß gepreßt und sodann abgekühlt. Ein einstückiges Produkt wurde erhalten, das die zvei Pyramiden umfaßt. Jede Pyramide beaeß eine untere Fläche mit einer Seitenlänge τοπ 20 Bn. Die Höhe betrug 10 mm. Die Zwei Pyramiden hafteten an gegenüberliegende Oberflächen des plattenförmigen Körpers, die eine Breite von 20 mm, eine Länge .von 30 ns und eine Stärke von 2,5 mm aufwies. Beide Pyramiden waren alt den plattenförmigen Körper einstöckig und gleichmäßig verbunden. Ee gab keinerlei Risse oder sonstige Beschädigungen Irgendwo im erhaltenen Sinter« produkt.

Gemäß den üblichen bekannten Heißpreßverfahren zum Verbinden fester Körper kommt es wegen örtlicher Unterschiede in der Stärke und wegen der ungleichmäßigen

Berührung der Teil· nie z.B. des plattenförmigen Teil·· gemäß diesem Beiepiel, mit anliegenden Teilen der miteinander zu verbindenden Körper wie z.B. der Pyramiden, zu einer ungleichmäßigen Haftung. Da der Druck zwisohen den sich nicht berührenden Teilen niedriger als anderswo ist, werden die Fremdteile der Niedrigdruckteile und die gepreßten Teile, wie z.B. die unteren Flächen der Pyramiden, verformt. (In solchen Fällen erscheinen Risse in den Produkten, in diesem Beispiel in dem plattenförmigen Körper). Bei der vorliegenden Erfindung jedoch erscheinen keine Sprünge oder Risse, denn gemäß der Erfindung wird der Körper gleichmäßig gepreßt, sodaß eine gleichmäßige Verbindung erhalten wird.

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BAD ORIGINAL^ Beispiel 4

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in diesem Beispiel

bei der Herstellung eines zylindrischen Schmelztiegel«

aus 9, -Aluminiumojryä mit einem Durchmesser von 18 mm

und einer Tiefe von 30 mm eingesetzt.

Ot-Aluminiumoxyd (Al₂O^) wurde mit 8fo Natriumkarbonat (Na₂CO,) versetzt und die beiden Substanzen innigst miteinander vermischt. 2<fo einer 0,5#Polyvinylalkohol-Lösung in Wasser wurde der Mischung zugesetzt. Die Mischung wurde' bei Zimmertemperatur unter einem Druck von 200 kp/cm zu einem festen Zylinder gepreßt, worauf ein Schmelztiegel H, der den ersten Körper bildete, durch spanabnehmende Bearbeitung hergestellt wurde. Der Zylinder umfaßte einen Hauptkörperteil E₁ und einen sich nach außen erstreckenden Randteil H₂, der das obere Ende umgab (Fig. 5) Der Außendurchmesser des Hauptkörpers H₁ betrug 20 mm und der innere Durchmesser 18 mm. Der Außendurehmesser des Randteiles H2 betrug 30 mm und die Stärke 7,5 mm. Die Höhe des Schmelztiegels (Abstand zwischen der Oberfläche des Randteiles und der unteren Fläche des Hauptkörpers H₁) betrug 45 mm. Sodann wurde Bornitrid als Trennmittel bis auf eine Stärke von ca. 0,2 mm über die gesamte innere und äußere Fläche des Schmelztiegels H aufgespritzt. Ein Zylinder J₂ und ein Becher J₁ wurden vorbereitet, so daß sie in den Tiegel unterhalb des Randteiles paßten, um einen Deck- bzw, Zweitkörper zu bilden. Die Zylinder J₁ und J₂ wurden mit demselben Sint eipulver hergestellt, wie bei der Herstellung des Schmelstiegels H beschrieben. Der Becher J₁ besaß einen Außendurehmesser von 30 mm und eine Höhe von 60.mm. Er umfaßte einen Hohlraum, der zur Aufnahme des zylindrischen Teiles des Schmelztiegels diente. Der Zylinder J₂ wurde so gestaltet, daß der Durchmesser 18 mm und die Länge bzw. Höhe 45 mm betrugen. Der Zylinder J₂ konnte in den Schmelztiegel eingeführt werden. Fach dem Zusammenbau der Teile J₁ und J₂ in bzw. um

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den Schmelztiegel H entstand ein säulenförmiger zusammengesetzter Körper gemäß Fig. 5 mit einem Aussendurchmesser von 30 mm und einer Höhe von 76 mm.

Dieser zusammengesetzte Körper wurde in eineGraphitmatrize mit einem Innendurchmesser von 30 mm eingeführt und

» »2 unter Druckwirkung auf 300 kpcm eines sich in der Achsrichtung des zusammengesetzten Körpers erstreckenden Stempels 15 Minuten bei 1500°0 heiß gepreßt. Nach dem Sintern besaß der sich ergebende Schmelztiegel H aus P> -Aluminiumoxyd verkleinerte Abmessungen, wobei die Höhe bzw. Tiefe 30 mm betrug. Der Aussendurchmesser verblieb bei 18 mm. Vorher aussen um die Graphitmatrize angeordnetes Graphitpulver und der Stempel wurde verschoben, weil Gaa innerhalb der Matrize erzeugt wurde, woraus es hervorging daß Kohlendioxyd in der Zersetzung des bei der Herstellung des ersten Körpers H verwendeten Natriumkarbonats erzeugt wurde. Beim oben erwähnten bekannten Verfahren ist es nicht möglich, Sinterpulver einzusetzen, die beim Sintern Gas erzeugen.

Nach dem Heißpressen wurde die Temperatur abgekühlt und der aus dem Körper H gebildete Sintertiegel dem zusammengesetzten Körper entnommen. Der sich ergebende Tiegel besaß mit einem Innendurchmesser von 18,1 mm und einer Tiefe von 30,5 mm beinahe die gewünschte Größe. Eine Röntgenuntersuchung des Randteiles zeigt daß das Material des Tiegels in erster linie aus fi> -Aluminiumoxyd (Na₂O,IiAl₂O^) bestand. Etwas öC-Aluminiumoxyd und eine sehr kleine Menge an Natriumaluminat wurde festgestellt. Beim Heißpressen gab es die folgende Reaktion:

Al₂O₅ + Na₂CO₃ > Na₂0,ilAl₂0j + CO₂^

Beispiel 5

Siliziumnitridpulver wurde mit 8# Silizium innig vermischt, üoctann wurde eine zweiprozentige Lösung von Polyvinylalkohol

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in Wasser zugesetzt. Nach Trocknung wurde das Material bei 500 kp cm in einer Gummipresse verdichtet. Der erste Körper K in Form eines Schraubenbolzens wurde durch spanabnehmende Bearbeitung aus diesem Material hergestellt. Der Gewindeteil des Bolzens besaß einen Außendurchmeaser von 20 mm und eine Länge von 30 mm. Eine Schraubenmutter L, die einen Deck- oder Zweitkörper bildete, v;urde auf dieselbe Y/eise und aus demselben Material hergestellt. Das Spiel zwischen den Schraubenbolzen und der Mutter betrug 0,15 mm,

Als /trennmittel wurde in Äthyläther dispergiertes Bornitridpulver auf die Oberflächen des Bolzens K und der Schraubenmutter L gespritzt. Scheiben 11 und 12 ■wurden auf dieselbe Weise und aus demselben Material hergestellt. Die Scheiben wurden auf die untere und ooere Fläche des durch den Bolzen K und die Mutter L gebildeten Körper gelegt. Beide Scheiben besaßen einen Außendurchmesser von 20 mm und eine Stärke von 15 mm.

Aus Bornitridpulver und Polymethylmethakrylat als Bindemittel wurden zwei Trennfilme gebildet. Diese Filme besaßen eine Stärke von 0, 2 mm. Sie wurden zwischen die Scheiben und den Bolzen K eingeführt. Sodann wurden alle erwähnten Teile in einer einen Innendurchmesser von 20 mm aufweisenden rohrförmigen Graphitmatrize 2 zusammengebaut. Zwischen der inneren Fläche der Matrize 2 und dem Bolzenkopf verbleibende Hohlräume wurden mit Bornitridpulver ausgefüllt. Teile 11, 12, K und L zusammen mit dem Bornitrid als Füllstoff bildeten einen zusammengesetzten Körper.

Die Matrize 2, die sich auf einen in sie ragenden unteren Stempel 22 abstützte, sowie ein Sockel 23 aus adiabatischem Stein wurden zusammen in einen Quarzzylinder eingeführt, der einen Aussendurchmesser von 200 mm und

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einen Innendurchmesser von 180 mm besaß, wobei die Matrize 2, der Stempel 22, der Sockel 23 und der obere Stempel 21 von dem Quarzzylinder 3 durch firaphitfasern 4 abgetrennt waren, die den Hohlraum innerhalb des Zylinders ausfüllten und die Matrize und den Stempel umgaben. Diese zusammengebauten Teile wurden danach in einen weiteren Quarzzylinder 5 eingeführt. Stickstoffes wurde in den Zylinder 5 über eine in einem unteren Stütztisch 7 vorgesehene Leitung 71 eingeführt. Luft wurde aus dem Zylinder 5 über eine obere Auslaßlüftung 6 mittels einer Vakuumpumpe entnommen, bis die Luft vollständig durch Stickstoff ersetzt wurde» wonach die Vakuumpumpe stillgesetzt wurde. Stickstoffgas wurde kontinuierlich bei 500 Bl/min eingeführt. JDer sich in der Matrize befindliche Körper wurde durch den Stempel 21 unter einer Druckwirkung von 300 kpcm gegen den unteren Stempel 22, der sich am adiabatischen Stein 23 abstützte, zusammengepreßt und allmählich auf 1800⁰C tür 30 Minuten erwärmt. Fach der Kühlung wurden die sich ergebenden Sinterprodukte, d.h. der Bolzen K und die Mutter L, entnommen. Man konnte die zwei Teile leicht auseinanderschrauben. Der Auseendurchmesser des Gewindeteils des Bolzens betrug 10 mm, seine Steigung 1 mm und seine Länge 19,5 mm. Zwischen dem Bolzen und der Mutter, die auf diese Weise erzeugt wurden, war ein zufriedenstellender Paßsitz vorhanden. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß sie auch bei 154O⁰C eine ausreichende Festigkeit besaßen.

Röntgenuntersuchungen an dem Bolzen und an der Mutter zeigten, daß eine ausreichende Nitrierung des Sinterkörpers stattgefunden hatte, denn es wurde wenig, im Körper verbleibendes Silizium festgestellt. Unter üblichen Bedingungen und ohne Stickstoffzufuhr verbleibt das SiIail» fast ganz, so daß der Bolzen und die Mutter nicht ausreichend gesintert werden können. Während des Heißprescens beim erfindungsgemäßen Verfahren djBritUKäh daß

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■ ffaickstoffgas in die Matrize eingeführt wird, wird ein Sinterkörper aus Siliziumnitrid mit eimer ausreichenden Dichte erhalten. Weiterhin wurde festgestellt, daß das Heißpressen des Siliziumnitrides dessen Zersetzung entgegenwirkt, bzw. unterbindet.

Aus der obigen Besehreibung geht hervor, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Gas, Feuchtigkeit unc3 dergleichen, das in den Sinterpulvern während des Heißpressens entwickelt wird,und das ein etwa zum Sintern notwendiges Gas in das Pulver während des Heißpressens eingeführt werden kann. Es besteht übrigens keine Einschränkung mit bezug auf die Sintertemperatur, im Gegensatz zu dem üblichen Verfahren, bei dem ein nicht hitzebeständiger Wirkstoff, wie z.B. Metall oder Gummi für die Behälter eingesetzt wird. Aus diesem Grund füfcrt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem erheblichen technischen Fortschritt.

Obwohl gewisse spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt sind, liegt es nah, daß verschiedene Abänderungen des Erfindungsgedankens möglich sind. Es besteht daher nicht die Absicht, die Erfindung auf dem genauen Inhalt der Zeichnungen und der Beschreibung einzuschränken. Der Anmeldungsgegenstand ist so aufzulegen, daß er vertretbare und naheliegende Äquivalente umfaßt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Sinterprodukts durch ein- oder mehrachsiges Pressen eines aus hitzebeständigem Pulver gebildeten Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß;

1) man aus einem ersten hitzebeständigem Pulver einen ersten Körper bildet, der in der.Form dem gewünschten Produkt entspricht, aber in der Achsrichtung verlängert ist,

2) man den ersten Körper in eine Matrize legt, so daß er durch ein zweites hitzebeständiges Pulver umgeben ist, um einen zweiten, die Matrize ausfüllenden Körper zu bilden,

3) man den zusammengesetzten Körper innerhalb der Matrize in eine Achsrichtung des ersten Körpers preßt, wobei der zusammengesetzte Körper der Sintertemperatur des ersten hitzebeständigen Pulvers ausgesetzt wird,

4) man den zusammengesetzten Körper aus der Matrize entfernt und

5) man daa zweite hitzebeständige Pulver von dem ersten Körper entfernt, um ein eine in der genannten Preßrichtung eine verkleinerte Stärke aufweisendes Sinterprodukt zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem zweiten hitzebeständigen Pulver

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'- einen zweiten Körper bildet, der vor dem Einlegen der Matrize einen Hohlraum aufweist, wobei der erste und der zweite Körper zu den zusammengesetzten Körpern zusammengebaut werden, indem man den ersten Körper in den zweiten Körper einfuhrt, um den Hohlraum von diesem auszufüllen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite hitzebeständige Pulver verschieden sind, und daß das erste eine höhere Sintertemperatur besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dem zweiten hitzebeständigen Pulver weitgehend entspricht und weitgehend dieselbe Sintertemperatur besitzt und daß der erste Körper durch ein Trennmittel beim Pressen und Silbern von dem zweiten Pulver abgetrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der zusammengesetzte Körper unter einem Druck von ca. 300 kpcm und bei einer Druckwirkung zwischen der Sinter- und der Schmelztemperatur des ersten Pulvers liegenden Temperatur durch mindestens einem Stempel in der Matrize gepreßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste hitzebeständige Pulver Aluminiumoxyd, Magnesia oder Siliziumnitrid ist und daß das zweite 'hitzebeständige Pulver Boronnitrid oder Graphit ist.

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7. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, da£ das erste und das zweite hitzebeständige Pulver Aluminiumoxyd, Magnesia oder Siliziumnitrid sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, -. daß das Trennmittel als fester Film vorliegt, der aus einem hitzebeständigen Pulver, wie z.B. Boronnitrid, oder Graphit besteht und aus einem organischen Bindemittel, wie z.B. Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Zellulose oder Dextrine besteht.

y* Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper mit bezug auf das gewünschte Produkt in einer axialen Richtung vergrößert ist, . daß man diesen ersten Körper in in den Hohlraum einer rohrförmigen Matrize eingelegtes zweites hitzebeständiges Pulver einbringt, so daß die vergrößerte Achse der vorherigen Matrize parallel liegt, und daß der zusammengesetzte Körper durch Stempelwirkung in der Achsrichtung der rohrförmigen „atrize gepreßt wird.

10, Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der zr.eite Körper als säulenförmiges Gebilde mit einer gleichmäßigen Höhe vorgeformt wird, daß .. der zweite Körper in den Hohlraum einer rohrförmigen Matrize eingelegt wird, so daß sein Hohlraum durch den ersten Körper ausgefüllt wird_tum den zusammengesetzten Körper zu bilden, und daß der zusammengesetzte Körper durch einen Stempel in der Achsrichtung der rohrförmigen Matrize gepreßt wird.

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