DE2261644C3 - Isostatic hot pressing process for the production of dense sintered products - Google Patents
Isostatic hot pressing process for the production of dense sintered productsInfo
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Description
Anschließend werden Behälter samt Inhalt abgekühltThe container and its contents are then cooled down
Die Erfindung bezieht sich auf ein isostatisches und wird der Glasbehälter vom Preßkörper abgetrennt.The invention relates to an isostatic and the glass container is separated from the pressed body.
Heißpreßverfahren zur Herstellung dichter Sinter- Die bekannten isostatischen Verfahren haben denHot pressing process for the production of dense sintering The known isostatic processes have the
produkte und insbesondere Gegenstände aus Keramik, Nachteil, daß das zu verdichtende Pulver in einen ge-products and especially objects made of ceramics, disadvantage that the powder to be compacted in a
wobei solche aus piezoelektrischer, ferroelektrischer 45 sonderten, zu evakuierenden Behälter gebracht wird,where such from piezoelectric, ferroelectric 45 separated, is brought to be evacuated,
oder ferromagnetischer Keramik sowie transparenter der nach dem isostatischen Heißpressen vom Preß-or ferromagnetic ceramic as well as more transparent that after the hot isostatic pressing from the pressing
Keramik für optische Zwecke von besonderem körper abgetrennt werden muß.Ceramic must be separated from a special body for optical purposes.
Interesse sind. Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren, bei demAre interested. The invention includes a method in which
Für bestimmte Anwendungen derartiger Sinter- diese Verfahrensschritte wegfallen und das somit denFor certain applications of such sintering these process steps are omitted and thus the
produkte sind porenfreie Materialien erforderlich. Zu 50 genannten Nachteil nicht aufweist. Der technische Auf-products require non-porous materials. Does not have the disadvantage mentioned to 50. The technical
diesen Anwendungen zählen z. B. transparente ferro- wand bei der Durchführung des erfindungsgemäßenthese applications include B. transparent ferro- wall when performing the invention
elektrische oder paraelektrische Keramiken für elektro- Verfahrens ist dadurch wesentlich geringer als bei denelectrical or paraelectric ceramics for electro-process is significantly less than with the
optische Zwecke, piezoelektrische Keramiken für bekannten Verfahren.optical purposes, piezoelectric ceramics for known processes.
Oberflächenwellenfilter, ferromagnetische Keramiken Die nach den bekannten Verfahren (d. h. ohneSurface acoustic wave filters, ferromagnetic ceramics The known methods (i.e. without
für Magnetköpfe und für Mikrowellenanwendungen, 55 Druckanwendung) hergestellten Sinterkörper weisenfor magnetic heads and for microwave applications, 55 pressure application) have produced sintered bodies
und transparente Keramiken für Lampenumhüllungen. noch eine Restporosität auf, die sich im allgemeinenand transparent ceramics for lamp envelopes. still a residual porosity, which is generally
So muß z. B, namentlich für die Anwendungen von und insbesondere für bestimmte Anwendungen alsSo must z. B, namely for the applications of and in particular for certain applications as
z. B. Lithiumzinkferriten der Formel nachteilig erweist.z. B. lithium zinc ferrites of the formula proves disadvantageous.
(Li Fe ) Zn Fe O ^'e Erfindung beinhaltet nun weiter eine Verfahren(Li Fe) Zn Fe O ^ ' e invention now further includes a method
o,s 0.6 l-x 2 4 6o zur Hersteiiung von Sinterkörpern ohne wesentlicheo, s 0.6 lx 2 4 H 6o to ers e ii un g t of sintered bodies without significant
wobei χ von 0,2 bis 0,7 variiert, im Mikrowellen- Restporosität.where χ varies from 0.2 to 0.7, in the microwave residual porosity.
bereich für Zirkulatoren und Phasenschieber in Hohl- Weitere Nachteile der bekannten Verfahren (Heißleitern die Porosität der Ferrite sehr gering sein, da die preßverfahren) sind zuweilen, daß damit nicht oder entmagnetisierenden Felder der Poren die gewünschte nur schwierig Gegenstände beliebig komplizierter Homogenität des Magnetfeldes im Ferrit stören. 65 Form herzustellen sind.area for circulators and phase shifters in hollow Further disadvantages of the known methods (NTC thermistors The porosity of the ferrites can be very low, because the pressing process) are sometimes that not or Demagnetizing fields of the pores the desired only difficult objects arbitrarily complicated Disrupt the homogeneity of the magnetic field in the ferrite. 65 form are to be produced.
In der Anwendung von Ferriten als Material für Die Erfindung beinhaltet nun auch ein Verfahren,In the application of ferrites as a material for the invention now also includes a method
Magnetköpfe für die magnetische Aufzeichnung und das diesen Nachteil nicht aufweist.Magnetic heads for magnetic recording and which do not have this disadvantage.
Widergabe hat es sich herausgestellt, daß die Ver- Bei Verwendung der üblichen Sinterverfahren zurReproduction it has been found that the When using the usual sintering process for
Herstellung von keramischen Gegenständen, d.h. durch Sintern ohne Druckanwendung, werden Gegenstände erhalten, deren Dichte 90 bis 99% der theoretischen Dichte beträgt.Manufacture of ceramic objects, i.e. by sintering without the application of pressure, become objects obtained whose density is 90 to 99% of the theoretical density.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch xur weiteren Verdichtung von Sinterkörpern, die aus Keramik and Metall (Cermet) bestehen.The method according to the invention is also suitable for the further densification of sintered bodies made from Ceramic and metal (cermet) consist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein isostatisches Heißpreßverfahren zur Herstellung eines dichten Sinterprodukts aus Keramik oder aus Keramik und Metall, bei dem ein Sinterprodukt mit geschlossener Porosität aus Keramik oder aus Keramik und Metall bei der Sintertemperatur direkt und allseitig einem Gasdruck ausgesetzt wird.The invention relates to a hot isostatic pressing process for producing a sealed Sintered product made of ceramic or made of ceramic and metal, in which a sintered product with closed Porosity made of ceramic or of ceramic and metal at the sintering temperature directly and on all sides Is exposed to gas pressure.
Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 35 62 371 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren werden Gasdrücke von mindestens 700kg/cma (= 700 atm) verwendet.Such a process is described in US Pat. No. 3,562,371. In this known method, gas pressures of at least 700 kg / cm a (= 700 atm) are used.
Bei Anwendung derart hoher Drücke muß eine Apparatur besonderer Bauart gebraucht werden, unter ao anderem im Zusammenhang mit der zu berücksichtigenden Sicherheit. Dieser Nachteil ergibt sich namentlich auch dadurch, daß die Apparatur bei hoher Temperatur verwendet wird. Bei dem in der genannten Patentschrift beschriebenen (einzigen) Ausführungsbeispiel wird eine Temperatur von 165O0C angewendet. If such high pressures are used, a special type of apparatus must be used, including in connection with the safety to be taken into account. This disadvantage arises in particular from the fact that the apparatus is used at high temperature. In the (single) exemplary embodiment described in the cited patent, a temperature of 165O 0 C is used.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden erheblich niedrigere Gasdrücke angewandt, so daß der genannte Nachteil dabei nicht auftritt.In the method according to the invention significantly lower gas pressures are used, so that the mentioned disadvantage does not occur.
Es wurde gefunden, daß durch isostatisches Heißpressen Sinterprodukte mit geschlossener Porosität unter Verwendung eines viel niedrigeren Gasdruckes als bei dem bekannten Verfahren weiter verdichtet werden können, wenn in den Kristallen, aus denen ein der Behandlung unterworfenes polykristallines Sinterprodukt, Gitterfehler vorhanden sind.It has been found that closed porosity sintered products can be produced by hot isostatic pressing further compressed using a much lower gas pressure than in the known method can be, if in the crystals from which a polycrystalline sintered product subjected to the treatment, Lattice defects are present.
Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zur Verdichtung eines polykristallinen Sinterkörpers mit geschlossener Porosität, bei dem dieser Körper bei der Sintertemperatur direkt und allseitig einem inerten Gas erhöhten Druckes ausgesetzt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein polykristalliner Sinterkörper, in dessen Kristallen Gitterfehler auftreten, einem inerten Gas mit einem Druck von 25 bis 300 kg/cm* ausgesetzt wird.The invention now relates to a method for densifying a polycrystalline sintered body with closed porosity, in which this body is directly inert on all sides at the sintering temperature Gas is exposed to increased pressure, and is characterized in that a polycrystalline sintered body, lattice defects appear in its crystals, an inert gas with a pressure of 25 to 300 kg / cm * is exposed.
Die Herstellung polykristalliner Sinterkörper, in deren Kristallen Gitterfehler auftreten, kann durch an sich bekannte Verfahren erfolgen.The production of polycrystalline sintered bodies, in the crystals of which lattice defects occur, can be carried out by per se known methods take place.
Die Gitterfehler können durch Leerstellen in dem Kristallgitter (Kation- oder Anionleersteilen), durch Zwischengitterionen, durch Abweichungen von der Stöchiometrie, durch piatische Deformation oder durch Kombination zweier oder mehrerer dieser Ursachen herbeigeführt sein.The lattice defects can be caused by vacancies in the crystal lattice (cation or anion vacancies) Interstitial ions, through deviations from stoichiometry, through piatical deformation or through Combination of two or more of these causes may be brought about.
Die Gitterfehler können z. B. durch Einbau von Fremdionen (Dotierung) erzielt werden, deren Wertigkeit von der Wertigkeit abweicht, die üblicherweise die Stelle dieser Ionen einnimmt.The lattice errors can e.g. B. can be achieved by incorporating foreign ions (doping), their valence differs from the valency that usually takes the place of these ions.
Sie können dadurch erhalten werden, daß in einer derartigen Atmosphäre gesintert oder nachgeheizt wird, daß bei der verwendeten Temperatur der Sinterkörper Sauerstoff aufnimmt oder abgibt. Auch können sie in gewissen Fällen durch einen Überschuß an einem der Bestandteile erhalten werden.They can be obtained by sintering or post-heating in such an atmosphere is that at the temperature used, the sintered body absorbs or releases oxygen. Also can they are obtained in certain cases by an excess of one of the constituents.
Es sei noch erwähnt, daß einem Referat in »Ceramic Abstracts«, April 1969, S. 160, c, zu entnehmen ist, daß bei Anwendung hoher Drücke Poren durch eineIt should also be mentioned that a paper in "Ceramic Abstracts", April 1969, p. 160, c, can be found that when using high pressures pores through a
Lcerstellendiffusion verschwinden. Dieser Vorgang ist offenbar von der Porengrößa abhängig. Aus dem Referat geht somit hervor, daß die Gitterfehler erst durch die Anwendung hoher Drücke entstehen. Dieser Arbeit ist somit nicht die Lehre zu entnehmen, daß beim isostatischen Heißpressen von vorgesintertem Material mit geschlossenen Poren die Gitterfehler Voraussetzung dafür sind, daß man eine sehr große Dichte auch bei Anwendung relativ niedriger Drücke ei halten kann.Make diffusion disappear. This process obviously depends on the pore size. From the The report shows that the lattice defects only arise through the use of high pressures. This Work is therefore not the teaching that the hot isostatic pressing of presintered Material with closed pores the lattice defects are a prerequisite for having a very large Density can hold ei even when using relatively low pressures.
Bei den nachstehenden Beispielen sind Gitterfehler auf verschiedene Weise erzielt, und zwar:In the examples below, lattice errors are achieved in a number of ways, namely:
Bei Blei-Titanat-Zirkonat durch Einbau von Lanthan (Beispiele I, II, III, VI und VII) oder durch Einbau von Eisen (Beispiel IV); bei dem nachstehend genannten Mn-Zn-Ferrit (Beispiel X) und dem Ni-Zn-Ferrit (Beispiel XI) durch einen Überschuß an Oxyd eines zweiwertigen Metalls; bei dem nachstehend genannten Aluminiumoxyd durch Zusatz von Magnesiumoxyd;In the case of lead titanate zirconate by incorporating lanthanum (Examples I, II, III, VI and VII) or by incorporation of iron (Example IV); for the Mn-Zn ferrite mentioned below (Example X) and the Ni-Zn ferrite (Example XI) by an excess of oxide of a divalent metal; in the case of the aluminum oxide mentioned below by adding magnesium oxide;
bei Barium-Titanat durch einen Überschuß an Titan.in the case of barium titanate by an excess of titanium.
Das e-findungsgemäße Verfahren dient zur weiteren Verdichtung von aus Keramik oder aus Keramik und Metall zusammengesetzten Sinterkörpern, die nach bekannten Verfahren hergestellt sein können und wobei die in den Körpern befindlichen Poren keine direkte Verbindung zu den Körperoberflächen haben, d. h. Sinterkörper, die eine sogenannte geschlossene Porosität aufweisen. Dies ist bei den nach dem üblichen Sinterverfahren hergestellten Sinterkörpern aus Keramik oder aus Keramik und Metall mit einer Dichte von über 90% der theoretischen Dichte für praktisch alle Poren der Fall. Für solche Sinterkörper kann also das erfindungsgemäße Verfahren mit gutern Erfolg angewendet werden.The method according to the invention serves for the further compression of ceramic or ceramic and Metal composite sintered bodies, which can be produced by known methods and the pores in the body have no direct connection to the body surfaces, d. H. Sintered bodies that have a so-called closed porosity. This is with the after the usual Sintered bodies made of ceramic or made of ceramic and metal with a sintering process Density of over 90% of the theoretical density is the case for practically all pores. For such sintered bodies the method according to the invention can therefore be used with good success.
Bei den bekannnten isostatischen Heißpreßsinterverfahren wird das zu sinternde Material in einen Behälter, der z. B. aus Glas oder aus Gummi (s. DT-OS 14 49 403) besteht, gebracht, der Behälter geschlossen und evakuiert. Dann wird der Behälter mit Inhalt auf Sintertemperatur erhitzt und der Behälter einem hydrostatischen Druck ausgesetzt.In the known isostatic hot press sintering process, the material to be sintered is placed in a container, the z. B. made of glass or rubber (see DT-OS 14 49 403) is brought, the container is closed and evacuated. Then the container with its contents is heated to sintering temperature and the container is a exposed to hydrostatic pressure.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der weiter zu verdichtende Sinterkörper nicht in einen gesonderten Behälter gebracht, sondern (bei Sintertemperatur) direkt einem Gasdruck ausgesetzt.In the method according to the invention, the sintered body to be further compacted is not combined into one Brought to a separate container, but (at sintering temperature) directly exposed to a gas pressure.
Dies bedeutet einen besonderen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens: durch die Anwendung des allseitigen Gasdruckes können Sinterkörper jeder beliebigen Form weiter verdichtet werden.This means a particular advantage of the method according to the invention: by using the With gas pressure on all sides, sintered bodies of any shape can be further compressed.
Im allgemeinen wird als Arbeitsgas ein inertes Gas benutzt. In einigen Fällen wird ein Gasgemisch benutzt, worin eine Komponente nicht als inert zu betrachten ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn beim weiteren Verdichten von z. B. Ferritkörpern ein bestimmter Sauerstoffpartialdruck erforderlich ist, um den gewünschten Sauerstoffgehalt des Ferrits aufrechtzuerhalten. In general, an inert gas is used as the working gas. In some cases a gas mixture is used wherein a component is not to be considered inert. This is e.g. B. the case when further Compaction of z. B. ferrite bodies a certain oxygen partial pressure is required to achieve the desired Maintain the oxygen content of the ferrite.
Als Inertgase kommen z, B. in Betracht Edelgase, wie Argon; weiter ist z. B. Stickstoff ein geeignetes Gas.Inert gases that can be used are, for example, noble gases such as argon; further is z. B. nitrogen is a suitable gas.
Als Inertgase im Sinne der Erfindung wird ein Gas betrachtet, das während der Durchführung des Verfahrens die chemische Zusammensetzung des Sinterkörpers unbeeinflußt läßt.In the context of the invention, an inert gas is considered to be a gas that is released while the method is being carried out leaves the chemical composition of the sintered body unaffected.
Es hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung desIt has been found that when using the
erfindungsgemäßen Verfahrens noch eine beträchtliche ventil (zum Einlaß des Arbeitsgases), 10 ein Manoweitere Verdichtung bei solchen Temperaturen statt- meter und 11 ein Gasauslaßventil, finden kann, die niedriger sind als die Temperaturen, Es hat sich herausgestellt, daß an die Reinheit der bei welchen noch eine Sinterung bei den üblichen Arbeitsgase (z. B. Stickstoff oder Argon) keine beson-Sinterverfahren stattfindet und wobei also die zu 5 deren Anforderungen gestellt werden, sinternden Gegenstände keinem äußeren Druck aus- Im folgenden werden einige Versuche und die Ergesetzt sind. Der Begriff Sintertemperatur im Sinne gebnisse derselben beschrieben. Hierzu wurden Prodes erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt deshalb ben verwendet, die nach dem üblichen Sinterverfahren auch die Temperaturen, wobei nach dem anmeldungs- hergestellt sind. Diese Körper wurden nach dem gemäßen Verfahren noch eine weitere Verdichtung der io erfindungsgemäßen Verfahren weiter verdichtet. So dem Verfahren unterworfenen Gegenstände statt- wurden z. E. in üblicher Weise durch Sinterung in findet und bei denen nach dem üblichen Verfahren O8-Atmosphäre während 4 Stunden bei 1250° C Proben ohne Anwendung eines äußeren Drucks keine oder mit der Zusammensetzung keine nennenswerte Sinterung stattfinden würde. ph T rr·· 7 sn The method according to the invention still has a considerable valve (for the inlet of the working gas), 10 a mano further compression at such temperatures instead of meter and 11 a gas outlet valve, which are lower than the temperatures. It has been found that the purity of which nor a sintering with the usual working gases (e.g. nitrogen or argon) no special sintering process takes place and so the requirements of 5, sintering objects do not exert any external pressure. The term sintering temperature in the sense of the same results. For this purpose, methods according to the invention were therefore used, which, according to the customary sintering process, also the temperatures, wherein according to the application, are produced. These bodies were further densified in accordance with the method according to the present invention. Objects subject to the procedure were held for example. E. in the usual way by sintering in and in which, according to the usual method, O 8 atmosphere for 4 hours at 1250 ° C samples without the application of external pressure no sintering or no significant sintering would take place with the composition. ph T rr 7 sn
dichtung der dem erfindungsgemäßen Verfahren unter- hergestellt. Diese Proben wiesen eine Dichte vonseal of the method according to the invention under- produced. These samples had a density of
worfenen Sinterkörper eine erneute Sinterung statt- 7,68 ± 0,01 g/cm* auf. Die theoretische Dichte solltesintered bodies caused renewed sintering instead of 7.68 ± 0.01 g / cm *. The theoretical density should
findet, auch in den Fällen, wobei die Temperatur, bei je nach Leerstellenverteilung zwischen 7,79 undtakes place, even in cases where the temperature, depending on the vacancy distribution, is between 7.79 and
welcher das Verfahren durchgeführt wird, niedriger ist 7,82 g/cm' liegen. Aus den Proben wurden prismatischeat which the process is carried out is lower than 7.82 g / cm '. The samples became prismatic
als die übliche Sintertemperatur. Es wird weiter an- ao Körper mit den ungefähren Abmessungen vonthan the usual sintering temperature. It is further an- ao body with the approximate dimensions of
genommen, daß dieses dadurch ermöglicht wird, daß 16 χ 5 X 5 mm geformt.taken that this is made possible in that 16 χ 5 X 5 mm formed.
der angewendete Druck die Sinterung fördert und ins- Nach isostatischem Heißpressen nach der Erfindungthe pressure applied promotes sintering and ins- After hot isostatic pressing according to the invention
besondere dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Ver- bei 1250° C in 200 atm N2 als Arbeitsgas war die Dichtespecial in that in the inventive method at 1250 ° C. in 200 atm N 2 as the working gas, the density was
fahren die Ausübung des Druckes in isostatischer Hin- auf 7,78 g/cm' und bei isostatischem Heißpressendrive the exertion of the pressure in isostatic up to 7.78 g / cm 'and with hot isostatic pressing
sieht als ideal zu betrachten ist. Bei den bekannten as nach der Erfindung mit 200 atm Argon als Arbeitsgaslooks to be considered ideal. In the known as according to the invention with 200 atm of argon as the working gas
isostatischen Verfahren hingegen, bei der der zu ver- auf 7,81 g/cm* angestiegen.isostatic method, on the other hand, in which the to be increased to 7.81 g / cm *.
dichtende Körper sich in einem Behälter befindet, auf In F i g. 2 ist die Zunahme der Dichte D — ange-sealing body is in a container, on In F i g. 2 is the increase in density D - appropriately
den ein isostatischer Druck ausgeübt wird, wird die geben in Prozenten der theoretischen Dichte — beithe isostatic pressure is exerted, it will give as a percentage of the theoretical density - at
isostatische Druckausübung auf den zu verdichtenden Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens inisostatic exertion of pressure on the application of the method according to the invention to be compacted in
fahren weiter zu verdichtenden Sinterkörper können dargestellt,drive further to be compacted sintered bodies can be shown
mit verschiedenartigen Gasen gefüllt sein. In Kurve 1 ist die Dichtezunahme für eine BaTiO3-be filled with various gases. In curve 1, the density increase for a BaTiO 3 -
mischen Sinterkörpern mit Perowskitstruktur, die nach 35 theoretischen Dichte bei einer Arbeitstemperatur vonmix sintered bodies with perovskite structure, which after 35 theoretical density at a working temperature of
üblichen Verfahren durch Sinterung in einer Sauer- 125O0C und einer Dauer von 1 Stunde aufgezeigt.usual method shown by sintering in an acidic 125O 0 C and a duration of 1 hour.
sind. Da in solchen Materialien bei der Sintertempe- ^b018876La01076(I i0i4,£r0.M)Os are. Since in such materials at the sintering tempe- ^ b 018876 La 01076 (I i 0i4 , £ r 0. M ) O s
ratur die O2-Diffusion groß ist, läßt sich vermuten, 40 mit einer Ausgangsdichte von jeweils 98,2% der daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen theoretischen Dichte. Für Kurve 2 betrug die Arbeits-Verfahrens der Sauerstoff durch das Material hinaus- temperatur HOO0C, für Kurve 3 11500C. Die Verdiffundiert, dichtungsdauer betrug für Prob; 2 und 3 jeweilstemperature, the O 2 diffusion is large, can be assumed 40 with an initial density of 98.2% of that when carrying out the theoretical density according to the invention. For curve 2, the working process was the oxygen through the material hinaus- temperature HOO 0 C for curve 3 1150 0 C. The Verdiffundiert, seal time was for Prob; 2 and 3 respectively
reiche Durchführung des erfindun*sgemäßen Verfah- 45 Aus diesen Beispielen geht hervor, daß DrückeRich implementation of the process according to the invention. It can be seen from these examples that pressures
rens nicht notwendig ist, daß das Gas, das sich in den zwischen 100 und 200 atm für eine optimale Verdich-rens, it is not necessary that the gas, which is between 100 and 200 atm for optimal compression
findet, durch das Material des Körpers hinausdiffun- druckes über 200 atm ist für das erfindungsgemäßefinds, through the material of the body, diffusion pressure beyond 200 atm is for the invention
dieren kann. Verfahren nicht schädlich, sollte jedoch keine wesent-can date. Process not harmful, but should not have any significant
in den Fällen, bei denen das in den Poren sich be- sind dann sinnvoll, wenn die Sintertemperatur nichtin those cases in which this is useful in the pores, if the sintering temperature is not
findende Gas nicht hinausdiffundieren kann, das Gas genügend erhöht werden kann,the gas cannot diffuse out, the gas can be increased sufficiently,
in den Poren bei der Verminderung des Porenvolu- Wie aus F i g. 2 ersichtlich, setzen merkliche Ver-in the pores when the pore volume is reduced. 2 can be seen, set noticeable
mens etwa bis auf den Diuck des Arbeitsgases korn- 55 dichtungen bei Drücken von 25 bzw. 50 atm eb. AusWith the exception of the pressure of the working gas, grain seals at pressures of 25 or 50 atm
primiert wird. einem Vergleich der Kurven 2 und 3 in F i g. 2 gehlis primed. a comparison of curves 2 and 3 in FIG. 2 gehl
gender Ausführungsbeispiele näher erläutert: liehen Verdichtung führen, je höher die Sintertempegender exemplary embodiments explained in more detail: the higher the sintering temperature, the higher the sintering temperature
gegeben. Dabei bedeutet 1 einen wassergekühlten bei 10 atm Arbeitsgasdruck ein.given. 1 means a water-cooled working gas pressure of 10 atm.
zylindrischen Stahlautokiav, ausgelegt für einen Maxi- Die Tabellen 1 und 2 zeigen einige Ergebnisse micylindrical steel car, designed for a maxi. Tables 1 and 2 show some results mi
maldruck von 200 atm, 2 die Wärmeisolation, 3 einen Sinterkörpern aus ferroelektrisdien perowskhischeipainting pressure of 200 atm, 2 the thermal insulation, 3 a sintered body made of ferroelectrisdien perovskhischei
widerstandsbeheizten Ofen, 4 den zu verdichtenden Materialien der unten erwähnten Zusammensetzungenresistance-heated furnace, 4 the materials to be compacted of the compositions mentioned below
keramischen Körper, 5 Spannklammer (insgesamt 14 65 die bei Anwendung von Stickstoff bzw. Argon alceramic body, 5 clamps (a total of 14 65 which when using nitrogen or argon al
rundum), 6 die Dichtung, 7 ein Thermoelement zur Arbeitsgas erhalten wurden. Die Sinterkörper wareiall around), 6 the gasket, 7 a thermocouple to get the working gas. The sintered body wasei
element- und Heizungszuleitungen, 9 ein Gaseinlaß- sphäre hergestellt.element and heating supply lines, 9 a gas inlet sphere made.
7 87 8
Tabelle 1 Arbei'sgas N,Table 1 Working gas N,
ABCDE FGHABCDE FGH
I 200 0,5 1220 7,57 7,68 1,45 7,64—7,69I 200 0.5 1220 7.57 7.68 1.45 7.64-7.69
Dabei bedeutet A: Probenummer. B: Druck in atm. C: Zeit in Stunden. D: Temperatur in Grad Celsius.Thereby means A: Sample number. B: pressure in atm. C: time in hours. D: temperature in degrees Celsius.
_ _ ,* * . . , t Bestimmt mit hydrostatischer Waage._ _, * *. . , t determined with hydrostatic balance.
F: Enddichte in g/cms J ' F: final density in g / cm s J ' KK
G: Dichtezunahme in Prozent. H: Theoretische Dichte.G: density increase in percent. H: Theoretical density.
V: Ba,.0Tili00SO8.V: Ba ,. 0 Ti li00S O 8 .
Aus beiden Tabellen ist ersichtlich — man vergleiche dazu die Werte in den Kolonnen F und H —, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die theoretische Dichte praktisch erreicht wird.It can be seen from both tables - compare the values in columns F and H - that when using the process according to the invention, the theoretical density is practically reached.
fahren durch Sintern in Stickstoffatmosphäre aus Dichte von 7,55 g/cms. Nach dem erfindungsgemäßendrive by sintering in a nitrogen atmosphere from a density of 7.55 g / cm s . According to the invention
piezoelektrischem, perowskitischem Material zusam- 50 isostatischen Heißpressen mit 200 atm N8 als Arbeits-Piezoelectric, perovskite material together 50 isostatic hot pressing with 200 atm N 8 as working
mengesetzter Sinterkörper mit dem erfindungsgemäßen gas während 2 Stunden bei 11700C, erhöhte sich diemixed sintered body with the gas according to the invention for 2 hours at 1170 0 C, the increased
dichtet Proben der Zusammensetzung In diesem Fall wird angenommen, daß der Stickstoffseals samples of the composition In this case it is assumed that the nitrogen
„. t rr; 7V λγ» rnciA aus den Poren hinausdiffundiert, sondern unter". t rr; 7V λγ » rnciA diffuses out of the pores, but under
rDe.eMLaiwUio.w^o.eju, 55 starker Verminderung des Porenvolumens bis auf denrDe.eMLaiwUio.w ^ o.eju, 55 strong reduction in pore volume up to the
die in üblicher Weise während 4 Stunden bei 11700C Arbeitsgasdruck komprimiert wird.which is compressed in the usual way at 1170 0 C working gas pressure for 4 hours.
ABCDEFGHABCDEFGH
Vin 200 2 1170 7,55 7,73 2,38 7,71—7,74Vin 200 2 1170 7.55 7.73 2.38 7.71-7.74
z. B. noch folgende andere Verbindungen mit dem als charakteristischer Vertreter der Verbindungenz. B. the following other compounds with the as a characteristic representative of the compounds
erfindungsgemäßen isostatischen Heißpreßverfahren mit Granatstruktur (Ergebnisse s. Spalte IX inhot isostatic pressing process according to the invention with garnet structure (results see column IX in
bis nahezu vollständiger Dichte verdichtet: Tabelle 4).compacted to almost complete density: Table 4).
ίοίο
Mn-Zn-Ferrit (Zusammensetzung: 52,6 Gewichts- treter der Verbindungen mit Spinell-StruktuMn-Zn ferrite (composition: 52.6 percent by weight of the compounds with a spinel structure
prozent Fe2O3, 24,5 Gewichtsprozent MnO, (Ergebnisse s. Spalten X und XI in Tabelle 4).percent Fe 2 O 3 , 24.5 percent by weight MnO, (results see columns X and XI in table 4).
22,9 Gewichtsprozent ZnO) und Aluminiumoxid Al2O3 (Ergebnisse s. Spalte XI22.9 percent by weight ZnO) and aluminum oxide Al 2 O 3 (results see column XI
Ni-Zn-Ferrit (Zusammensetzung 49,7 Gewichts- in Tabelle 4). Zur Herstellung dieses Körpers wa;Ni-Zn ferrite (composition 49.7 weight- in Table 4). To make this body wa;
prozent Fe8O3, 18,1 Gewichtsprozent NiO, 32,2 5 Aluminiumoxid-Pulver, das 0,3 Gewichtsprozenpercent Fe 8 O 3 , 18.1 weight percent NiO, 32.2 5 aluminum oxide powder, which is 0.3 weight percent
Gewichtsprozent ZnO) als charakteristische Ver- Magnesiumoxid enthielt, benutzt.Percent by weight ZnO) as a characteristic magnesium oxide contained, used.
DEFGHDEFGH
Es hat sich gezeigt, daß die Beseitigung der Rest- dichtung durch das Verfahren nach der Erfindung bei porösität beim isostatischen Heißpressen nach der ao verschiedenen Gasdrücken als Funktion der Sinter-Erfindung sich durch lichtmikroskopische Schliffbild- dauer geprüf·..It has been shown that the elimination of the residual seal by the method according to the invention at porosity in hot isostatic pressing according to the various gas pressures as a function of the sintering invention checked by light microscopic microsection duration ..
Untersuchungen bestätigen läßt. So war bei nach dem Die Gitterfehler in den Kristallen des polykristal-Can confirm examinations. Thus, according to the The lattice defects in the crystals of the polycrystalline
üblichen Verfahren gesinterten Proben an den polierten linen Sinterkörpers sind durch den Überschuß an Schliffen die Restporosität deutlich erkennbar in Form Titan herbeigeführt.Usual procedures sintered samples to the polished linen sintered body are due to the excess Grinding brought about the residual porosity clearly recognizable in the form of titanium.
dunkler Löcher. Wird dieselbe Probe dem erfindungs- as Bei dem Verdichtungsverfahren nach der Erfindung gemäßen isostatischen Heißpreßverfahren unterwor- war die Sintertemperatur stets 130O0C. Die Versuche fen, dann zeigt das mikroskopische Schliffbild ein wurden bei drei verschiedenen Gasdrücken durchvollständig oder nahezu vollständig porenfreies Ge- geführt, und zwar bei 25, 50 und 150 atm. Als Gas füge. Diese Feststellungen wurden an allen unter- wurde Stickstoff verwendet, suchten Proben gemacht. 30 Die Ergebnisse sind in F i g. 3 dargestellt.darker holes. If the same sample is subjected to the isostatic hot pressing process according to the invention, the sintering temperature was always 130O 0 C. at 25, 50 and 150 atm. Add as gas. These findings were made on all subjects - nitrogen was used, samples were examined. 30 The results are shown in FIG. 3 shown.
Die Proben I, H, III, VI, VII, VIII und XII obiger Vertikal Ginks) ist das spezifische Gewicht undThe samples I, H, III, VI, VII, VIII and XII of the above vertical ginks) are the specific gravity and
Tabellen zeigten nach dem isostatischen Heißpressen vertikal (rechts) ist die Dichte in Prozent der theorenach der Erfindung im Gegensatz zu vorher hohe tischen Dichte (= 100%) angegeben. Transparenz. So zeigte eine Probe der Zusammen- Horizontal ist die Preßdauer (in Stunden loga-Tables showed after hot isostatic pressing vertically (right) the density in percent is theoretic of the invention in contrast to previously high table density (= 100%) specified. Transparency. A sample showed the horizontal is the pressing time (in hours loga-
setzung II mit einer Dicke von 0,7 mm bei 0,6 μπι 35 rithmischer Skala) angegeben. Lichtwellenlänge Absorptions- und Streuverluste von Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß bereits beiSetting II with a thickness of 0.7 mm at 0.6 μm 35 rithmic scale) indicated. From this figure it can be seen that already at
weniger als 20%. einem Gssdruck von 25 atm (Kurve 25 atm) eine er-less than 20%. a pressure of 25 atm (curve 25 atm)
Es gibt in der Technik Beispiele von Materialien, die hebliche Verdichtung in gut 10 Stunden erhalten wird, auf Grund ihrer Eigenschaften im Prinzip besonders Bei einem Gasdruck von 50 atm wird in etwa 5 Stunden geeignet für bestimmte Anwendungen sind, deren 40 nahezu die theoretische Dichte erreicht (Kurve praktische Verwendbarkeit jedoch daran scheitert, daß 50 atm), während bei Anwendung eines Gasdruckes man mit den bekannten Verfahren von diesen Ma- von 150 atm dies bereits in etwa 1 Stunde der Fall war terialien für solche Anwendungen nicht die gewünsch- (Kurve 150 atm), ten Körper mit genügender Dichte herstellen kann. Die mittlere Korngröße in den verdichteten KörpernThere are examples in the art of materials that can achieve substantial compression in a good 10 hours, Due to their properties in principle especially at a gas pressure of 50 atm it takes about 5 hours are suitable for certain applications, the 40 of which almost reaches the theoretical density (curve practical use, however, fails because 50 atm) while using a gas pressure one with the known method of this Ma- of 150 atm this was the case in about 1 hour materials for such applications do not meet the requirements (curve 150 atm), th body with sufficient density can produce. The mean grain size in the compacted bodies
Letzteres wird in bestimmten Fällen auch dadurch 45 betrug etwa 2 μπι.The latter is in certain cases also 45 was about 2 μπι.
verursacht, daß die Formgebung des gewünschten Ein polykristalliner Sinterkörper einer gleichen ZuKörpers derart kompliziert ist, daß ein solcher nach sammensetzung, der auf übliche Weise hergestellt war, einem üblichen Sinterverfahren hergestellte Körper aber während erheblich längerer Zeit als üblich auf der nicht bzw. nur mit großem Aufwand weiter mit An- Sintertemperatur gehalten war, wurde gemäß dem Verwendung eines bekannten isostatischen Heißpreß- 50 fahren nach der Erfindung behandelt. Bei einer Sinterverfahren verdichtet werden lann, wobei der zu ver- temperatur von 1300° C und einem Gasdruck von dichtende Körper in einen den Körper allseitig eng 200 atm (Stickstoff) wurde nach 10 Stunden keine Verumschließenden Behälter gebracht werden muß. dichtung erhalten. Die mittlere Korngröße des Kör-causes the shape of the desired polycrystalline sintered body to be the same is so complicated that after composition, which was made in the usual way, a conventional sintering process but for a significantly longer time than usual on the body was not maintained at sintering temperature, or only with great effort, was used according to the use a known isostatic hot pressing 50 drive treated according to the invention. In a sintering process can be compressed, with the temperature of 1300 ° C and a gas pressure of sealing body in a tight 200 atm (nitrogen) body on all sides was no sealing after 10 hours Container must be brought. seal received. The mean grain size of the
In diesem Zusammenhang könnte man sehr viele pers betrug etwa 100 μπι. Es wird angenommen, daß Beispiele erwähnen, wie z. B. Magnetköpfe aus Fer- 55 bei weiter fortgesetzter Sinterung (auf übliche Weise) riten, Transformatorkerne aus Ferriten, dünne Scheib- eine Rekristallisation mit starkem Kornwachstum chen mit Löchern, röhrenförmige Körper aus Al2O, stattgefunden hat und daß dabei die sich ursprünglich für Lampenumhüllungen. an den Korngrenzen befindenden Poren (intergranu-In this context one could very many pers was about 100 μπι. It is believed that examples mention such. B. Magnetic heads made of fer- 55 with continued sintering (in the usual way) rituals, transformer cores made of ferrites, thin disc a recrystallization with strong grain growth chen with holes, tubular bodies made of Al 2 O, and that this was originally for Lamp envelopes. pores located at the grain boundaries (intergranular
Neben den bereits erwähnten Vorteilen des erfin- lare Poren) durch das starke Kornwachstum in die dungsgemäßen Verfahrens ist die mit diesem Verfahren 60 Körner (Kristalle) gelangt sind (intragranulare Poren), erreichbare größere Maßhaltigkeit ein weiter erwäh- Bekanntlich sind bei Sintervorgängen intergranuiare nenswerter Vorteil. Poren wohl, intragranulare Poren jedoch nicht ent-In addition to the advantages of the inven- tive pores already mentioned) due to the strong grain growth in the according to the process, 60 grains (crystals) have been obtained with this process (intragranular pores), Achievable greater dimensional accuracy is also mentioned worthwhile advantage. Pores, but intragranular pores do not
Bei polykristallinen Sinterkörpern aus Barium- fernbar. Dies könnte erklären, warum bei dem grob-Titanat, deren Zusammensetzung durch die Formel kristallinen Sinterkörper keine Verdichtung erhalten Ba, 0Tij «»Ο, dargestellt werfen kann, wurde die Ver- 65 wurde. Removable for polycrystalline sintered bodies made of barium. This could explain why in the case of the coarse titanate, the composition of which can be given by the formula crystalline sintered body, no compaction Ba, 0 Tij «» Ο, represented, the 65 was.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722261644 DE2261644C3 (en) | 1972-12-16 | Isostatic hot pressing process for the production of dense sintered products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722261644 DE2261644C3 (en) | 1972-12-16 | Isostatic hot pressing process for the production of dense sintered products |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2261644A1 DE2261644A1 (en) | 1974-07-04 |
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