DE2211449C3 - Verfahren zum Herstellen langgestreckter Körner aus pulverförmigen Substanzen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen langgestreckter Formkörper, d. h. solcher mit großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, aus pulverförmigen Substanzen, wie z. B. metallischen, nichtmetallischen, oxidischen oder nichtoxidischen Rohstoffen sowie deren Gemischen, bei dem die pulverförmigen bo Substanzen in eine langgestreckte Preßmatrize eingefüllt, von den stirnseitigen Enden der Preßmatrize her unter Druck gesetzt, erhitzt und relativ zu der zu beheizenden Wärmequelle, in Richtung der langen Erstreckung des Formkörpers in Bewegung versetzt »·> werden (FR-PS 13 82 683).

Es ist in der Pulvermetallurgie bzw. Keramik bekannt, daß sich bestimmte Werkstoffe nicht durch Kaltpressen und anschließendes Sintern zu Formkörpern mit optimalen Eigenschaften verarbeiten lassen. Eine Kontrolle der MikroStruktur, der Porosität, des Kornwachstums u.dgl. ist bei vielen Werkstoffen bei Anwendung eines solchen Verfahrens nur schwer möglich. Auch sind die anzuwendenden Temperaturen bei einer drucklosen Sinterung technisch und auch wirtschaftlich häufig kaum noch vertretbar. Weiterhin gelingt die Erzeugung und Ausnutzung optimaler Werkstoffeigenschaften in den meisten Fällen nui unter Verwendung möglichst porenfreier Formkörper. Diese lassen sich im allgemeinen durch bloßes Sintern der reinen hochschmelzenden Substanzen nur unter Schwierigkeiten erreichen. Deshalb ist man dazu übergegangen, solche Formkörper heiß zu pressen. Man verwendet hierbei Widerstands- oder induktionsbeheizte Öfen oder solche, bei denen die Erhitzung im direkten Stromdurchgang erfolgt.

Die pulverförmigen Rohstoffe werden unter Zuhilfenahme hochwarmfester Matrizen und Preßstempei aus oxidischen und/oder nichtoxidischen Werkstoffen, im allgemeinen jedoch solchen aus Kunstkohle oder Graphit gepreßt

Die Preßtemperaturen reichen je nach zu pressender Substanz bis weit über 2000⁰C, die anwendbaren Preßdrücke sind durch die Hochtemperaturfestigkeit des Matrizen- und Stempelmaterials gegeben. Der Preßvorgang läuft vorteilhaft unter Vakuum oder Schutzgas ab, um sowohl die Matrizen als auch die häufig oxidationsempfindlichen zu pressenden Substanzen vor störenden Reaktionen zu bewahren. Zu diesem Zwecke befinden sich die Heizeinrichtungen sowie die Preßmatrize mit ihren Stempeln in einem geeigneten Vakuum- oder Schutzgasbehälter.

Es liegt in der Natur des Heißpreßverfahrens, daß nur sehr einfache Formen wie Platten, Stäbe oder Rohre, gegebenenfalls einfache Düsen oder Tiegel gepreßt werden können. Jedoch bereitet es bereits Schwierigkeiten, langgestreckte Formkörper, d. h. solche mit einem großen Verhältnis von Länge zu Durchmesser herzustellen.

Es zeigt sich jedoch, daß das aus der FR-PS 13 82 683 bekanntgewordene Verfahren nur in speziellen Fällen dann anwendbar ist, wenn bei der Einwirkung der Wärme keinerlei Reaktionen zwischen Preßkörper und Matrizenwand auftreten. Nur dann ist nämlich eine Bewegung des Preßgutes in axialer Richtung in der Matrize möglich. Somit scheidet das bekannte Verfahren z. B. für das Heißpressen von Siliziumnitrid völlig aus. Aber auch bei anderen nach diesem Verfahren heißzupressenden Materialien zeigen sich aus den angegebenen Gründen Oberflächenungenauigkeiten, die nicht immer toleriert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, langgestreckte Formkörper zu pressen, die in ihren Eigenschaften wie Dichte, Härte, Festigkeit u. dgl. über ihre Längserstreckung praktisch keinen Gradienten aufweisen und frei von Oberflächenschäden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Preßmatrize zusammen mit dem in ihr befindlichen, unter Druck gesetzten Formkörper aus der pulverförmigen Substanz relativ zu der ihn beheizenden Wärmequelle in Richtung der langen Erstreckung des Formkörpers in Bewegung versetzt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine die pulverförmige Substanz aufnehmende Matrize mit langgestreckter

Hohlform auf, die wenigstens an einer der beiden Stirnseiten von einem Preßstempel verschlossen und innerhalb einer Heizvorrichtung untergebracht ist, und wird dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizvorrichtung nur über einen Teil der Länge der Matrize erstreckt und Matrize und Heizvorrichtung in Längsrichtung der in die Matrize eingebrachten pulverförmigen Substanz relativ zueinander verschiebbar sind.

Vorteilhaft greift in die Matrize von beiden Stirnseiten her je ein Preßstempel ein und sind die Preßstempel unter dem Einfluß eines die Preßkraft erzeugenden Systems sowohl aufeinander zu als auch durch ein zweites, auf sie gemeinsam wirkendes System zusammen mit der Matrize relativ zur Heizvorrichtung in ihrer Achsrichtung bewegbar.

Als Heizvorrichtung kann eine Induktionsheizung vorgesehen werden. Die Heizvorrichtung kann aber auch eine Widerstandsheizung sein.

Die Zeichnung zeigt in einer Figur ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Ausgangspulver 1 wird in eine Matrize 2 aus hochtemperaturbeständigem Material, vorzugsweise aus Graphit, eingefüllt. Die Matrize 2 wird ic einen Vakuum- oder Schutzgasbehälter 3 eingesetzt Das Vakuum oder Schutzgas dient zum Schütze der Matrize sowie des zu pressenden Pulvers vor möglicher Oxydation. Die beiden Preßstempel 4 dienen sowohl zur Einstellung der Matrize 2 relativ zu einer Heizvorrichtung als auch zum Aufbringen des gewünschten Druckes auf das Pulver 1 zur Herstellung des Preßkörpers.

Die Heizvorrichtung arbeitet entweder als Widerstandsheizung 5a, wie es links vom Pulver 1 eingezeichnet ist, oder als induktive Heizung 56, wie es auf der Seite rechts vom Pulver 1 angedeutet ist. Gegenüber der verwendeten Matrize 1 weist die Heizvorrichtung 5a bzw. 5b eine vergleichsweise geringe Länge auf, was einen besonderen baulichen Vorteil darstellt.

Arbeitet eine solche Vorrichtung unter üblichen Bedingungen, dann ergibt sich ein außerordentlich starker Temperaturgradient, der durch das Temperaturprofil 9 angedeutet ist, woraus kaum kontrollierbare Preßbedingungen und Endprodukteigenschaften über die Gesamtlänge der Preßmairize und damit des Preßkörpers resultieren.

Erfindungsgemäß kann jedoch die Matrize 2 mit dem zu pressenden Pulver 1 mit Hilfe der beiden steuerbaren Preßstempel 4 hydraulisch in axialer Richtung, beim dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nach unten bzw. von unten nach oben, durch die Heizzone oder Heizvorrichtung 5a bzw. 5b verfahren werden. Die Kraft, mit welcher die beiden Stempel 4 gegeneinander und auf das Pulver 1 gedrückt werden, wird mit Hilfe eines Kraftaufnehmers 6 gemessen. Ein entsprechender Regler 7 sorgt für eine entsprechende Steuerung der Preßkraft. Der zur Pressung erforderliche Druck wird mit Hilfe eines Motors M und einer dazugehörigen Hochdruckpumpe HD erzeugt. Über Steuerventile SV wird der Druck auf die Stempel übertragen.

Die Bewegung der Preßstempel 4 und der Matrize 2 relativ zur Heizvorrichtung 5a bzw. 5/j wird durch ein geeignetes Niederdrucksystem mit entsprechenden Steuerventilen NSV, einer Niederdruckpumpe ND und den sie antreibenden Motor NM hervorgerufen. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Stempel-Matrizen-Pulver-System relativ zur Heizvorrichtung 5a bzw. 5h hindurchbewegt, wird durch einen Geschwindigkeitsregler 8 und das dazugehörige Steuerventil GSV gesteuert. Man erkennt, daß durch diese Relativbewegung des Stempel-Matrizen-Pulver-Systems und der Heizvorrichtung zwangsläufig das Temperaturprofil über die Längserstreckung des Pulverinhalts in der Matrize vollständig ausgeglichen wer r-:n kann.

Bei entsprechender Bauart kann die Preßmatrize auch in waagerechter Richtung durch eine waagerecht liegende Heizvorrichtung horizontal verfahren werden. Auch bei einer solchen Konstruktion verschiebt sich die Zone feößter Hitze und Verdichtung über die Preßmatrizenlänge, und es kommt zu einer gleichmäßigen Verdichtung des Pulvers.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, bei der die beiden Preßstempel lediglich zur Druckaufbringung auf das Pulver benutzt werden und die Heizvorrichtung längs der Matrize, dem Pulver und den Preßstempeln verfahren wird.

Nach dem Erfindungsprinzip lassen sich nicht nur langgestreckte Körper heiß pressen, sondern es lassen sich in der gleichen Matrize auch mehrere, z. B. plattenförmige Körper in einem einzigen Preßvorgang herstellen. In diesem Falle werden statt eir.es einzigen langgestreckten Körpers mehrere entsprechend kürzere Körper in der Matrize abwechselnd mit hochtemperatu. festen Scheiben aus feuerfestem Material, vorzugsweise aus Graphit eingesetzt. Beim anschließenden Pressen nach einer der beschriebenen Ausfuhrungsforinen wandert die Zone größter Hitze und damit stärkster Verdichtung abwechselnd über Pulver und Zwischenlageplatten, so daß innerhalb eines Aufheiz- und Preßvorganges im Zuge einer einzigen Pressung mehrere heißgepreßte dichte Platten in der Matrize entstehen. Auch ein solches Verfahren fällt demnach erkennbar in den Umfang der Erfindung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 22 It

1. Verfahren zum Herstellen langgestreckter Körper aus pulverförmiger Substanzen, wie z.B. metallischen, nichtmetallischen, oxidischen oder nichtoxidischen Rohstoffen sowie deren Gemischen, bei dem die pulverförmiger! Substanzen in eine langgestreckte Preßmatrize eingefüllt, von den Stirnenden der Matrize unter Druck gesetzt, erhitzt und relativ zu der sie beheizenden Wärmequelle in Bewegung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßmatrize zusammen mit dem in ihr befindlichen, unter Druck gesetzten Formkörper aus der pulverförniigen Substanz relativ zu der ihn beheizenden Wärmequelle in Richtung der langen Erstreckung des Formkörpers in Bewegung versetzt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer die pulverförmigen Substanzen aufnehmenden Matrize mit langgestreckter Hc'^form, die wenigstens an einer der beiden Stirnenden von einem Preßstempel verschlossen und innerhalb einer Heizvorrichtung untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizvorrichtung (5a oder Sb) nur über einen Teil der Länge der Matrize (2) erstreckt und Matrize (2) und Heizvorrichtung (5a, 5b) in Längsrichtung der in die Matrize (2) eingebrachten pulverförmigen Substanz (1) relativ zueinander verschiebbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Matrize (2) von beiden Stirnenden her je ein Preßstempel (4) eingreift und die Preßstempei (4) sowohl unter dem Einfluß eines die Preßkraft erzeugenden Systems (7) aufeinander zu als auch durch ein zweites auf sie gemeinsam wirkendes System (8) zusammen iut der Matrize (2) relativ zur Heizvorrichtung (5a bzw. 5b) in ihrer Achsrichtung bewegbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichner, daß die Heizvorrichtung eine Induktionsheizung (5b) ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine Widerstandsheizung (Sadist.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I zur Herstellung mehrerer plattenförmiger Körper, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere entsprechend kurze Pulversäulen abwechselnd mit hochtemperaturfesten Scheiben in die Matrize eingesetzt und dort heißgepreßt werden.