DE2323096A1

DE2323096A1 - Praezisionsgeformte feuerfestgegenstaende und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE2323096A1
Application number: DE2323096A
Authority: DE
Inventors: Russell B Kirby; Stephen C Wing
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1972-05-05
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1435133A; CA989205A; JPS5740202B2; IT984920B; FR2185600A1; US3823002A; SE402933B; JPS4954416A; BR7303244D0; DE2323096C2; FR2185600B1

Description

PATENTANWÄLTE
Diving. HANS RUSCHKE Dipi.-lnj.HFffiZ AGULAR

BEH! H Ξ3
Augustc-Vi:<to.ii:-t>traße 65

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, V.St.v.A.

Präzisionsgeformte Feuerfestgegenstände und Verfahren zur

Herstellung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung von aus schwer·* schmelzbaren Pulvern hergestellten Formgegenständen sowie die so gefertigten Gegenstände· Unter eiaem anderen Aspekt betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung dichter, formgegossener Formsn unter Verwendung sohwerschmelzbarer Pulver und thermoplastischer Bindemittel, Unter einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung infiltrierter Elektroden für die Bearbeitung mittels elektrischer Entladung, welche Nachbildungen eines Originalmodells oder Originals sind«, Unter einem noch anderen Aspekt betrifft sie ein Verfahren zur Ausformung von Gußformen oder Matrizen sowie die so hergestellten Gegenstände.

Das voranstehende Problem wird gelöst mit einem geformten Feuerfestgegenetand, der- eine Qsrüsfeiziatrlx aufweist/ wo es keine'wahr-nsmnfoare HalsbiMimg arischen den gp9sst©n &©nachb&rten Körnern"

ORIGINAL JNSPECTe)

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gibt, die in dieser Gerüstmatrix zugegen sind, wenn man mittels eines Liohtmikroskops betrachtet, und eine vorhandene zweite kontinuierliche Phase einen Schmelzpunkt von nicht mehr als dem halben Schmelzpunkt der Feuerfestkörner hat, gemessen auf der absoluten Skala.

Kurzum, die Erfindung umfasst unter einem Aspekt das Mischen unter Vakuum von multimodalen sohwerschmelzbaren Pulvern mit einem thermoplastischen Bindemittel bei einer ausreichenden Temperatur, um das Bindemittel zu erweichen, das Kühlen des erhaltenen erweichten plastischen Gemisches zwecks Verfestigung, das Mahlen der verfestigten Masse zu einer Kornbeschaffenheit, nachfolgend "Pillenstaub" genannt, das Eingeben des Pillenstaubs in einen erhitzten Extruder, um den Pillenetaub zu erweichen, und das Extrudieren der erweichten Masse in eine evakuierte, vibrierende elastische Form, das Pressen der Form urid des Inhalts durch iso-» statische Mittel sowie das Kühlen und Ablösen des erhaltenen rohen geformten Feuerfestgegenstaiides aus der Form. Der Rohgegenstand wird in ein nichtreaktionsfähiges Bett aus schwer schmelzbar em Pulvermaterial gesetzt und ausreichend erhitzt, um das thermoplastische Bindemittel auszutreiben oder zu entfernen und die Feuerfestteilchen auf einen ausreichenden Festigkeitsgrad zu bringen,* der die Handhabung des erhaltenen porQsen oder Gerüst« -♦FeuerfestgGgenstandes gestattet und eine minimale Schrumpfung ergibt. Das Feuerfestgerüst wird mit einer Schmelze aus Metall infiltriert, das einen Schmelzpunkt besitzt, der beträchtlich niedriger liegt als. derjenige der Feuerfestkörner, die da» Feuer«« festgerüst bilden·

Dieses Verfahren führt zu einem gleiohmässig dichten Feuerfest» gegenstand mit einer minimalen Abmessungsschrumpfung, im allgemeinen weniger als 2 Prozent, und ist besonders brauchbar bei der Herstellung von Feuerfestgegenständen, wo enge Abmessungstoleranzen gefordert werden oder erwünscht sind, wie jene Gegenstände mit komplizierten oder komplexen Formen und Oberflächen mit feinem Detail, wie Elektroden, die bei der Bearbeitung mittels

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elektrischer Entladung (electrical discharge machining-EDM) verwendet werden.

Der Feuerfestgegenstand dieser Erfindimg ist ein homogener komplexer infiltrierter Gegenstand, der mindestens 55 Vol.-$ einer ersten kontinuierlichen Phase aus untereinander verbundenen multimodalen Feuerfestkörnern aufweist, wobei die grössten derselben eine lineare Abmessung im Querschnitt von 50 Mikron oder weniger haben,.diese Körner untereinander in Form eines Gerüstes an ihren angrenzenden Berührungspunkten verbunden sind, es keine wahrnehmbare Halsbildung zwischen den benachbarten Kr^nern der grössten, in diesen multimodalen Körnern vorhandenen Fraktion gibt, wenn man durch ein Lichtmikroskop betrachtet, sowie eine zweite kontinuierliche Phase aus einem infiltrierten Metall oder Legierung, welche einen Schmelzpunkt haben, der nicht mehr als den halben Schmelzpunkt der am niedrigsten schmelzenden Feuerfestkörner beträgt, und das Volumen dieses Gegenstandes einnehmen, welches nicht durch diese untereinander verbundenen Feuerfestkörner eingenommen wird, wodurch dieser Gegenstand zwei untereinander gemischte Matrices aufweist und im wesentlich frei von Hohlräumen ist.

In der anliegenden Zeichnung ist Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Feuerfestgerüstes, das zur Infiltration mit einem niedriger schmelzenden Material gemäss dieser Erfindung vorbereitet worden ist;

Fig. 2 ein Fließdiagramm, welches die Herstellung einer Elektrode dieser Erfindung zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung zeigt;

Fig. 3 perspektivisch die Ansicht einer Elektrode dieser Erfindung zur Bearb^tung mittels elektrischer Entladung;

Fig. K eine perspektivische Schnittansicht einer Gußform dieser Erfindung, die zum Spritzguß eines Plastikkörpers brauchbar ist;

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und Figo 5 eine Federtintenskizze eines infiltrierten multimodalen Peuerfestgerüstes dieser Erfindung«

Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung wird multimodales schwerschmelzbares Metallpulver verwendet, nämlich ein Gemisch aus zwei oder mehreren Fraktionen schwerschmelzbarer Pulver mit verschiedenen Grossenverteilungen. Die Verwendung solcher multimodaler Pulver führt zu einer höheren Dichte des Feuerfestmaterials in dem Feuerfestgegenstand, der ohne Erhitzen über die erste Sinterstufe hinaus geformt wird.

Die bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung verwendeten schwerschmelzbaren Pulver zur Lieferung eines Feuerfestgerüstes umfassen repräsentativ Pulver solcher Metalle, wie Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob und Gemische oder Legierungen solcher Metalle . Wenn ein härteres oder abriebfesteres Gerüst benötigt wird, wenn beispielsweise der zu formende Feuerfestgegenstand ein Gußformgesenk oder eine Matrize ist, können härtere feuerfeste Materialien verwendet werden, z.B. Metallcarbide, wie Wolframcarbid, Titancarbid und Siliziumcarbid oder Metallboride, ein Beispiel ist Titanborid. Wolfram ist das Feuerfestmetall, das allgemein zur Verwendung beim Formen von Elektroden zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung wegen seiner Erosionsfestigkeit während der Bearbeitungsgänge mittels elektrischer Entladung bevorzugt wird.

Die Grossen der zur Bildung eines multimodalen Gemisches verwendeten schwerschmelzbaren Pulver liegen allgemein im Bereich von 50 Mikron bis Submikrongrösse; die bevorzugten Pulver sind jene, wo sämtliche Fraktionen kleiner als 15 Mikron sind. Im Gemisch mit einer oder mehreren Fraktionen aus relativ grossen Pulvern sind eine oder mehrere der feineren Pulverfraktionen in dem multimodalen Gemisch enthalten, wobei die Grosse des feineren Pulvers und seiner Mengen durch die in dem Feuerfestgerüst gewünschte Diene des Feuerfestmaterials bestimmt wird.

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Die Grosse der zu verwendenden schwersohmelzbaren Pulver wird bestimmt durch das spezielle schwerschmelzbare Pulver, das gewählt wird, und das Verfahren zur Herstellung des Pulvers. Welches multimodale Gemisch aus schwerschmelzbaren Pulvern auch immer gewählt wird, das emisch sollte einen rohen geformten Gegenstand bilden, der mindestens 55 Vol.-# und vorzugsweise 60 bis 80 Vol.-# schwerschmelzbares Pulver enthält und, wenn auf Temperaturen von etwa 900° bis l400° C erhitzt wird, einen feuerfesten porösen Gegenstand oder ein Gerüst bildet, das ein * Leervolumen hat, welches im wesentlichen gleich dem Volumen des verflüchtigten Bindemittels ist. Die multimodalen Pulver können aus zwei, drei oder mehr Fraktionen zusammengesetzt sein, d.h. sie können bimodal, trimodal, quadrimodal usw. sein, um die gewünschte Dichte zu erreichen. Die Fraktionen haben normalerweise eine relative Grössendifferenz von mindestens zwanzig zu eins. Eine Literaturstelle, die sich mit multimodalen Pulvern befasst, die erfindungsgemäss brauchbar sind, ist Micromeritios, von J.M. Dallavalle, 2. Ausgabe, Pitman Publishing Corp., New York, New York (1948).

Das multimodale Pulver wird erfindungsgemäss mit einer kleinen Menge eines geeigneten thermoplastischen Bindemittels gemischt, das ausreicht, nut ein gußformbares, pastenartiges oder plastisches Gemisch zu bilden, wenn das Gemisch erhitzt wird.

Beispiele für solche Bindemittel sind Paraffin, z.B. "Gulf Wax", raffiniertes Paraffin vom Haushaltsgrad, eine Kombination aus Paraffin miteinem niedermolekularen Polyäthylen, Gemische», die Öl- oder Stearin-(i.Orig. steric)-säuren wie auch andere waehsartige und paraffinische Substanzen enthalten, die die Erweichungs- und Fließeigenschaften von Paraffin haben. Welches thermoplastische Bindemittelmaterial auch immer gewählt wird, es sollte bei niedrigen Temperaturen schmelzbar sein oder erweichen, z.B. bei weniger als 18O° C, vorzugsweise weniger als 120° C, wodurch die Formmasse mit guten Fließeigenschaften versehen wird, wenn man erwärmt, und dennoch die Formmasse bei Raumtemperatur

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fest bleibt, so dass ein Rohgegenstand, der hieraus geformt wurde, normalerweise einfach ohne Zusammenbrechen oder Deformation gehandhabt werden kann. Welches thermoplastische Bindemittel auch immer gewählt wird, es sollte wegbrennen oder sich verflüchtigen, wenn der Rohgegenstand erhitzt wird, ohne dass innere Drucke auf dem erhaltenen Feuerfestgerüstgegenstand, der während des Erhitzungsschrittes gebildet wird, hervorgerufen werden. Pur diesen Zweck brauchbare Bindemittel sind aus der Technik bekannt, siehe ÜS-PS 3 351 688.

Das multimodale Pulver und thermoplastische Bindemittel werden unter Vakuum in einer Homogenmischvorrichtung warm gemischt, z.B. in einem Sigmablattmischer, wobei die Temperatur ausreichend hoch ist, um das thermoplastische Bindemittel zu erweichen, wodurch das Pulver und Bindemittel homogen gemischt werden können. Nachdem das Pulver-Bindemittel-Gemisch zu einer festen Konsistenz abgekühlt worden ist, kann die feste Masse gemahlen werden, vor-? zügsweise in einem Vakuum, zu einer Kornstruktur oder freifliessenden Konsistenz (einem Pillenstaub) zwecks einfacher Handhabung und zweckmässiger Lagerung. Feine Teilchen sind schwieriger zu handhaben und werden vorzugsweise aus dem Pillenstaub ausgesiebt und in den Warmmischschritt zurückgegeben. Es ist nicht notwendig, das Gemisch zu Pillenstaub zu mahlen, wenn die Ver ar be itungs vorrichtung zulässt, das warme Gemisch direkt aus dem Mischer in die elastische Form zu extrudieren, obgleich das Mahlen zu einem Pillenstaub, z.B. mit Durchmessern von etwa 1,5 bis 13 mm, Lagerung und Handhabung erleichtert.

Um eine Gußform zur Ausformung des Pillenstaubs oder warmen plastischen Gemisches in einer gewünschten Gestalt zu erhalten, wird von einem Original ein Originalmusfer oder eine Nachbildung hergestellt. Das Formmaterial wird in einem geeigneten Behälter um das Original gegossen, das Formmaterial gehärtet und das Original abgezogen, um eine Gußform zu bilden, die im wesentlichen identische Kopien des Originals zu reproduzieren zulässt, ein« schliesslich feiner Details und dünner Querschnitte.

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Die zur Verwendung bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung ausgewählten Formmaterialien sind jene, welche zu einer elastischen oder flexiblen kautschukartigen Form härten und im allgemeinen ein Shore-A-Durometer von etwa 25, - 50 haben, feine Details des Originalteils ohne bedeutsame Abmessungsänderung reproduzieren, d.h. ohne mehr als 2 Prozent lineare Abweichung vom Original. Die Formmaterialien sollten nicht zersetzt werden, wenn man auf Formungstemperatur-en, z.B. 18O° C, erhitzt und sollten eine niedrige Härtungstemperatur, z„B. Raumtemperatur, haben» Ein bei Raumtemperatur härtendes Formmaterial bildet eine Crußfor-jn, welche eine enge Abmessungsregelung vom Original zur Form beibehält. Ein bei hoher Temperatur härtendes Formmaterial erzeugt im allgemeinen eine Gußform mit Abmessungen, die wesentlich, verschieden von jenen des Originals sind. Um eine Abmessungskontrolle beizubehalten, wird es bevorzugt, dass das Formmaterial eine' geringe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit hat. Beispiele für geeignete Formmaterialien sind härtbare Silikonkautschuke, wie die in Dow Corning Bulletin ο8-3^7 vom Januar 1969 beschriebenen, sowie geringexotherme Urethanharze. Solche Formmaterialien härten zu einer elastischen oder kautschukartigen Form mit einer geringen Naehhärtungsschrumpfung.

Die Menge des zur Ausformung einer Gußform des Originals verwendeten Formmaterials kann variieren, je nach dem speziell verwendeten Formmaterial und der Gestalt des Originals. Es wurde gefunden, dass etwa, 10 - 14 crrr des Formmaterials für jeden cnr des Originals eine Gußform bilden, die die gewünschten flexiblen Eigenschaften behält und auch eine ausreichende Festigkeit hat, um den kleinen hydrostatischen Druck auszuhalten, der durch die plastische Pulver-Bindemittel-Masse in der Gußform erzeugt ifird vor der Verfestigung des Bindemittels.

Die nachfolgend diskutierten Formbedingungen gestäfcen die Verwendung einer billigen, weichen, elastischen oder kautschukartigen Form, da es keine unkompensierten Kräfte gibt, wie die durch einen Preßkolben hervorgerufenen, die zur Verzerrung der Form neigen.

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Der einzige Druck ist der hydrostatische Druck des plastischen Pulver-Bindemittel-Gemisches in der Gußform, der sehr klein ist und eine vernachlässigbare Verzerrung hervorruft. Die milden Formungsbedingungen helfen mit, einen präzise ausgeformten Rohgegenstand zu gewahrleisen, selbst wenn ein stark verformbares Formmaterial verwendet wird. Ausserdem führt die Formungstechnik zu einem ausgeformten Rohgegenstand mit einer gleichmässigen Dichte infolge der Fluidität des Pulver-Bindemittel-Gemisches und des homogenen Druckes, der auf dem Gemisch lastet, während es ausgeformt wird, im Gegensatz zur Ungleichmassigkeit in der Dichte, welche sich bei vielen Pulvermetallurgie-Formtechniken ergibt, wo Gegenstände unter bedeutenden Drucken in verhältnis-"mässig unverformbaren oder starren Gußformen ausgeformt werden»

Das Pulver-Bindemittel-Gemisch oder der weichgemachte Pillenstaub wird in eine Auspreßvorrichtung gegeben, die ein wenig erwärmt ist, z.B. auf 10 - 20° C oder höher oberhalb des Erweichungspunktes der Bindemittelkomponente, und dann in die vorerhitzte elastische Gußform, während die Form in Vibration versetzt wird und unter Vakuum steht. Durch die Wahl der richtigen Grössenverteilung des multimodalen Pulvers und eines geeigneten thermoplastischen Bindemittels, ist die Beschaffenheit des Pulvers und Bindemittels derart, dass - wenn man über den Schmelzpunkt' dieses Bindemittels erhitzt - das Gemisch bei nur geringer Vibration ausgeformt werden kann, um die Entfernung von Lufttaschen oder Gasblasen sicherzustellen und jede Neigung des weichgemachten Gemisches zum Festhaften an den Formwänden auszuschalten.

Nach dem Füllen der vorerhitzten,' evakuierten, vibrierenden, elastischen Gußform wird die gefüllte Form in eine Kammer eingesetzt, wo ein isostatischer Druck, z.B. etwa 3,5 - 10*5 kp/cm , auf der Form und ihrem Inhalt lastet, während der Inhalt sich noch auf einer Temperatur oberhalb der Verfestigungstemperatur des thermoplastischen Bindemittels befindet. Dieses isostatische Pressen eliminiert oder entfernt kondensierbare Dampfblasen aus dem Inhalt der Form, welche bei dem Vakuumformungsschritt,auftreten können, und gewährleistet, dass das ausgeformte Teil struk-

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turell homogen und gleichmässig dicht ist.

Der ausgeformte Rohgegenstand wird in der Form auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch das Bindemittel verfestigt und ein fester Rohgegenstand ausgeformt wird, der leicht von der Form unter Anwendung eines am Äußeren der·flexiblen Form anliegenden Vakuums gelöst wird. Dies erlaubt eine einfache Entnahme von Formgestalten, welche Unterhöhlungen besitzen. Nach Herausnahme der Form ist der erhaltene Rohgegenstand eine getreue Nachbildung des Originals. Dieser Formgegenstand besitzt eine gute Rohfestigkeit infolge der erhärteten Matrix des thermoplastischen Bindemittels, die das schwerschmelzbare Pulver zusammenbindet. Das schwerschmelzbare Pulver ist in der thermoplastischen Matrix homogen dispergiert und dient zur Ausformung eines Gegenstandes mit gleichmässiger Dichte, der gleichmässig porös ist, wenn das Bindemittel weggebrannt wird ο

Die gleichmässige Dichte des ausgeformten Gegenstandes ist in den nachfolgenden Brenn- und Infiltrationsschritten wichtig. Eine gleichmässige Rohdichte beschränkt Gestaltsverzerrungen auf ein Mindestmaß oder verhindert sie, wenn der ausgeformte Gegenstand erhitzt und infiltriert wird. Eine gleichmässige Dichte beschränkt auch die Bildung lokalisierter Taschen aus infiltriertem Material auf ein Mindestmaß oder verhindert sie, was in anderer Weise dazu führte, dass der fertige Feuerfestendgegenstand instabile und ungleichförmige elektrische, mechanische oder physikalische Eigenschaften zeigt.

Der rohe ausgeformte Gegenstand wird in ein nichtreaktionsfähiges schwerschmelzbares Pulver, z.B. Aluminiumoxid oder Siliziumoxid, gepackt, um ein Durchhängen und Abmessungsverlust zu verhindern, und in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa 900 - l400° C erhitzt, um das Bindemittel zu entfernen und die Feuerfestteilchen unter Bildung eines handhabungsfähigen, porösen Feuerfestgegenstandes, einer Vorform oder eines Gerüstes zusammenzufügen. Neben der Tatsache, dass das Bindemittel entfernt wird, ist dieser

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Heizschritt Ursache für die in der Technik als "die erste Sinterstufe" bekannte Erscheinung. Tatsächlich darf er nur so weit ausgeführt werden, dass ein Zusammenfügen der Teilchen an ihren benachbarten Berührungspunkten hervorgerufen wird, jedoch nicht so weit, dass mehr als eine minimale Schrumpfung hervorgerufen wird, welche andererseits eintreten würde, wenn das Erhitzen und eigentliche Sintern weiter fortschreiten würde. Wenn das Sintern weiterginge, würde das Gerüst schrumpfen, während eine Sinterung zu einer höheren Dichte erfolgt, da das Leervolumen abnimmt, und die Teilchen durch grössere Zapfen verbunden werden. Das Erhitzen wird unter einer Schutzatmosphäre durchgeführt, z.B. Wasserstoff- -Argon, Stickstoff, Wasserstoff-Stickstoff, Wasserstoff, dissoziiertem Ammoniak oder anderen neutralen oder reduzierenden Atmosphären, die aus der Pulvermetallurgietechnik bekannt sind_o Eine optische Untersuchung der zusammengefügten feuerfesten Körnchen vor oder nach Infiltration zeigt eine Feuerfestmatrix, diewinkelförmige, multimodale Körner ohne wahrnehmbare Halsbildung zwischen den vorhandenen grossen benachbarten Körnern aufweist. Es gibt eine gewisse Zapfenbildung zwischen den kleineren benachbarten Körnern, wahrscheinlich infolge ihrer höheren Oberflächenenergie an ihren Berührungspunkten.

Das Feuerfestgerüst wird aufgegossen oder infiltriert mit einem Infiltriermetall oder -legierung, die bei einer Temperatur schmelzen, welche unterhalb des halben niedrigsten Schmelzpunktes der das Feuerfestgerüst aufbauenden Pulver liegt. Diese Infiltration erfolgt mittels Kapillarwirkung ohne Druck auf dem Infiltriermittel und ohne Bildung lokalisierter Ansammlungen an Infiltriermaterial in dem Feuerfestgerüst. Da das Infiltriermaterial gleichmässig innerhalb des Feuerfestkörpers verteilt ist, werden eine gleichmassige Festigkeit und gleichförmige elektrische Eigenschaften erhalten. Die gleichmässige Verteilung des Infiltriermittels führt zu minimaler Gestaltverzerrung des schliesslichen infiltrierten Gegenstandes, andernfalls würde sie sich aus einer ungtechmässigen Verteilung infolge der Unterschiede ergeben, die gewöhnlich zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Feuerfestmätrix und der infiltrierten Matrix existieren. Die gleich-

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massige Verteilung des Infiltriermittels eliminiert auch das "Blühen" auf der Oberfläche, wodurch der Verlust an Abmes.sungstoleranz auf ein Mindestmaß beschränkt wird und auch eine gute Oberflächenschlichte auf dem fertigen Teil sichergestellt ist. Wenn der fertige infiltrierte Gegenstand als Elektrode zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung verwendet werden soll, kann eine ungleichmässige Verteilung und ein Blühen des Infiltriermittels zu unregelmässigen und nicht voraussagbaren elektrischen Eigenschaften führen, die den Endgegenstand zur Verwendung als Elektrode unerwünscht machen.

Das verwendete Infiitriermittel wird für den Endverwendungszweck des fertigen Teils passend gewählt. Elektrisch leitfähige Legierungen sind als Infiltriermittel geeignet, wenn der Feuerfestgegenstand" als Elektrode oder elektrischer Leiter verwendet werden soll. Wemn eine Elektrode zur Bearbeitung mittels elek-•trischer Entladung angestrebt wird, können Infiltriermittel mit guter elektrischer Leitfähigkeit, z.B. Kupfer, Silber und Legierungen dieser Metalle, verwendet werden. Wenn ein härterer oder festerer Feuerfestgegenstand angestrebt wird, z.B. für Bauteile, Gußformen oder Matrizen, kann das Infiltriermaterial eine Legierung sein, ZoB. Beryllium-Kupfer, Phosphorbronze und andere ausscheidungsgehärtete Legierungen, oder feste Nickel-Kupfer-Lösungen oder Stahllegierungen, welche weiter wärmebehandelt werden können, um eine harte, feste Matrix zu ergeben. Auch andere Metalle und Legierungen mit einem Schmelzpunkt unterhalb dem des Feuerfestgerüstes können als Infiltriermittel verwendet werden.

Der Schmelzpunkt des Infiltriermaterials sollte hinreichend niedriger liegen als der des am niedrigsten schmelzenden Pulvers, das zur Herstellung des Feuerfestgerüstes verwendet wird, so dass sich keine bedeutende Schrumpfung oder Verzerrung des Feuerfestgerüstes während des Infiltrationsschrittes ergibt. Um sieherzustellen, dass keine übermässige Abmessungsänderung eintritt, sollte das Infiltriermittel einen Schmelzpunkt haben, der kleiner ist als der halbe Schmelzpunkt des am niedrigsten schmelzenden

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Pulvers im Feuerfestgerüst, gemessen auf der absoluten Temperaturskala; z.B. hat Wolfram einen Schmelzpunkt von 3.64j5°K, daher sollte das Infiltriermittel bei weniger als 1.821°K schmelzen, wofür Kupfer ein Beispiel ist. Das Infiltriermetall oder -legierung sollte auch nicht das Feuerfestgerüst nachteilig angreifen oder nur eine milde Wirkung darauf haben, obwohl eine Benetzung des Feuerfestmaterials für eine gute Infiltration erforderlich ist.

Das ausgewählte Infiltriermittel wird in Kontakt mit der Basis des Feuerfestgerüstes gebracht und über den Schmelzpunkt des Infiltriermittels erhitzt. Die Menge des Infiltriermittelswird gewöhnlich so gewählt, dass sie gerade ausreicht, das Leervolumen des Gerüstes zu füllen.» Wenn der Schmelzpunkt des Infiltriermittels erreicht worden ist, schmilzt das Infiltriermittel und dochtet in das Feuerfestgerüst mittels Kapillarwirkung. Die zur Infiltration des Feuerfestgerüstes notwendige Zeit variiert, je nach der Heizgeschwindigkeit, der Grosse des zu infiltrierenden Gerüstes und den BenetZungseigenschaften des Infiltriermittels sowie der Porengrösse des Gerüstes. Es wurde jedoch gefunden, dass JO Sekunden bis 5 Minuten bei einer Temperatur geringfügig oberhalb etwa des Schmelzpunktes des InfiltriermitteIs ausreichen, das Feuerfestgerüst richtig zu infiltrieren.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die zur Infiltration von Feuerfestgerüsten mittels Kapillarwirkung geeignet ist. Ein Gerüst mit feinen Details, wie Graten 11 und einer Vielzahl von Zacken 12, wird in die Vertiefung eines nichtreaktionsfähigen Schmelztiegels, z.B. Kohlenstoff, gesetzt, und eine Menge des ausgewählten, niedrigschmelzenden Infiltriermittels 14, wie Kupferperlen,-die ausreichend ist, das Leervolumen des Gerüstes zu füllen, wird in Berührung mit der Basis des Gerüstes gebracht. Eine Muffe 16 kann eingesetzt werden, um das niedriger schmelzende Infiltriermittel abzugrenzen; wenn-die erhaltene Anordnung I5 über den Schmelzpunkt des Infiltriermittels erhitzt wird, schmilzt das Infiltriermittel und dochtet in das poröse Feuerfestgerüst infolge Kapillarwirkung unterBildung eines dichten fertigen Gegenstandes.

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Der dichte fertige Gegenstand kann eine Elektrode 45 zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung sein, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, die Grate 11, Zapfen 12 und eine Basis 46 aufweist, welche ausgeformt werden können zu der für die Verwendung in einer speziellen Maschine zur Elektroentladungsbearbeitung notwendigen Konfiguration. Es ist auch möglich., eine Gußform auszuformen, wie in Fig. 4 gezeigt, mit einer Vertiefung, die so geformt ist, dass der Spritzguß in diese Vertiefung zulässig ist. Die gezeigte Vertiefung ist ein Negativ von Fig. 3* und die Kammern 48 und Rippen 49 bilden auf einem ausgeformten Plastikteil entsprechende Grate und Zacken.

Das erhaltene infiltrierte Feuerfestmaterial, wie ein Kupfer- -infiltrierter Gegenstand, weist eine wirksame Elektrodenfläehe auf, welche - wenn man unter optischer Vergrösserung betrachtet eine ungestörte Feuerfestgerüstmatrix aufweist, die von einer abgekühlten Infiltriermitte!matrix umgeben ist. Wenn man mittels eines abtastenden Elektronenmikroskops bei oOOfacher Vergrößerung betrachtet, weist die wirksame Elektrodenoberfläche eine Vielzahl von Vor^prüngen auf, welche Feuerfestteilchen sind, umgeben von einem löcherigen Hetzwerk aus Infiltrierniaterial* wobei die gesamte Oberfläche ein flockiges Aussehen hat« Im Gegensatz hierzu zeigt ein bearbeitetes Teil, das aus Kupfer-infiltriertem Wolframstangenmaterial hergestellt war, wenn man mittels des abtastenden Elektronenmikroskops bei 600-facher Vergrösserung betrachtet, eine typische bearbeitete Oberfläche mit gestörtem Metall, wie sich durch eine Reihe von parallelen Gutschen, Graten oder Linien zu erkennen gibt» Ein anderes Mittel der Oberflächenprüfung, nämlich lonenabtastung, wie sie in der US-PS 3 480 774 und der Minnesota Mining and Manufacturing Company-Broschüre N-A1SS(1OO,2)S beschrieben wird, zeigt, dass die nach den Darlegungen dieser Erfindung hergestellten Gegenstände lediglich Spuren von Infiltriermittel an der Oberfläche haben, im Gegensatz zu den Oberflächen bearbeiteter Teile, welche unterscheidbare Konzentrationen von Infiltriermittelatomen an der Oberfläche zeigen, die möglicherweise durch Verschmieren des Infiltriermitfcels

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während der Bearbeitung hervorgerufen wurden. In ähnlicher Weise führt auch das Polieren des bearbeiteten Teils zu einer Oberfläche mit einer Reihe von parallelen Kratzern, was gestörtes oder ver-> schmiertes Metall anzeigt.

Das Innere der Struktur der infiltrierten Gegenstände, wie sie in Fig. 5 und 4 dargestellt sind, ist in Fig..5 wiedergegeben, einer Querschnittsansicht des Inneren bei 4000 X unter Verwendung eines abtastenden Elektronenmikroskops. In Fig. 5 ist die Feuer«· festmatrix aus multimodalen Wolframkörnern., welche grosse Körner 51 (EoGo 8.99 - 11,99 Mikron) und kleine Körner 52 (z.B. O_S6 0,8 Mikron) aufweisen, mit Kupferinfiltriermittel 53 infiltriert_c Die kleineren Körner zeigen etwas Hälsbildung 5^ an ihren benachbarten Kontaktpunkten, jedoch zeigen die grösseren Körner keine Halsbildungen an ihren Kontaktpunkten 55·

Obwohl die Basis des erfindungsgemäss hergestellten Gegenstandes eine Bearbeitung oder Eolierung nötig machen kann, um durch den Infiltrationsscliritt zurückgelassenen speckigen Glanz (flashing) zu entfernen, erfordern die wirksamen Oberflächen des Feuerfestgegenstandes dieser Erfindung, wie Elektroden oder Matrizen, keine weitere Bearbeitung, um die Präzisionstoleranzen von weniger als j· 0,2 Prozent zu erfüllen.

Erfindungsgemäss hergestellte Feuerfestgegenstände haben ©ine charakteristische Dichte, die in Beziehung steht zum Volumen des in dem rohen Formgegenstand vorhandenen"Feuerfesfematerials„ Die Dichte des infiltrierten Feuerfestgegenstandes beträgt

worin f die Dichte des Feuerfestgegenstandes, f _r die Dichte des schwerschmelzbaren Pulvers, f^ die Dichte des Infiltäermittels und X der Volumenbruch des schwerschmelzbaren Pulvers ist, wobei in allen Fällen X mindestens 0,55 beträgt. Die Dichte des Feuerfestgegenstandes sollte vorzugsweise der Bedingung gehorchen

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worin X, _ρ, _>^ und ^ die oben beschriebene Bedeutung.haben.

In Zusammenfassung des obigen ist in Fig. 2 ein bearbeitetes Original oder Muster I7 (z.B. eine Elektrode) mit der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration ausgeformt worden (18) unter Verwendung eines flexiblen Formmaterials, wie RTV-Silikonkautschuk. Das Formmaterial wird durch das richtige Verfahren·gehärtet, je nach der verwendeten flexiblen Formverbindung, und das bearbeitete Original wird aus der gehärteten, festen kautschukartigen Form £.0 entnommen (19)· Trockenes schwer schmelzbares Metallpulver 21, z.B. Wolframpulver, mit der gewünschten Grössenverteilung wird gemischt und dann weiter warm mit einem thermoplastischen Bindemittel 23 gemischt (22) in einem erhitzten evakuierten System, wonach das erhaltene Gemisch aus multimodalem Pulver und Bindemittel zu einem Festkörper 25 abkühlen gelassen wird (24). Nach Verfestigung kanndas abgekühlte Pulver-Bindemitteü- -GemiSGh zu Pillenstaub 27 gemahlen werden (26). Wenn eine Elektrode oder ein anderes präzisionsgeformtes Teil hergestellt werden soll, wird die flexible Form 22 vorerhitzt (28), und der gemahlene Pillenstaub wird erhitzt (29) und die erhitzte plastische Pulver-Bindemittel-Masse"30 durch eine erhitzte Extrusionsvorrichtung in eine evakuierte Kammer geleitet, die die vorerhitzte Form 31 enthält, welche gleichzeitig vibriert wird (32). Die erhaltene gefüllte Form und ihr warmer Inhalt 33 werden dem isostatischen Druck 34 ausgesetzt und die erhaltene Form und Inhalt abgekühlt (35), nachfolgend der verfestigte rohe Formgegenstand 37 aus der Form genommen (36). Der erhalterie rohe Formgegenstand 37 wird in ein nichtreaktionsfähiges schwerschmelzbares Pulver gepackt und gebrannt (38), um das thermoplastische Bindemittel abzutreiben und die Metallteilchen der ersten Sinterungsstufe zu unterwerfen, um einen handhabungsfähigen porösen Gegenstand 39 zu formen. Der erhaltene poröse Gegenstand 39 wird in einen geeigneten Behälter gesetzt, wie oben unter Bezugnahme, auf Fig. beschrieben wurde, und mittels eines Infiltriermittels 4l, z.B.

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Kupferschmelze, infiltriert (4o) unter Verwendung von ausreichend Infiltriermittel, um das Leervolumen des porösen Gegenstandes oder Gerüstes zu füllen, der erhaltene infiltrierte Gegenstand 43 wird auf Raumtemperatur abgekühlt (42). Der erhaltene infiltrierte Gegenstand 43 kann an der Infiltrationsseite poliert werden, um speckigen Glanz oder Unebenheiten an der Basis des Gegenstandes infolge des Infiltrationsschrittes 40 zu entfernen. Nachdem der rohe Formgegenstand in Schritt 36 aus der Form genommen wurde, kann die flexible Form 20 zum Schritt 28 zurückgeleitet und wieder vorerhitzt werden, wodurch das Verfahren unter Ausformung eines anderen Feuerfestgegenstandes wiederholt wird, wobei sämtliche Feuerfestgegenstände, die unter Verwendung besagter Form hergestellt wurden, praktisch die gleichen Abmessungen haben.

Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden in den folgenden Beispielen erläutert. Alle Teile sind Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben ist. Die Grossen der in dieser Erfindung verwendeten Pulver sind in Mikronjangegeben, gemessen mittels eines Fisher "Sub-Sieve Sizer" nach ASTM-B-33O.

Beispiel 1

Eine Matrize einer maschinell hergestelleiiten Metalloriginalelektuode wurde aus einem bei Raumtemperatur härtbaren Silikon-

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kautschuk (nämlich RTV-Silikon) hergestellt. Eine bimodale Verteilung von Wolframpulver wurde erhalten durch Mischen von 65 Teilen eines Wolframpulvers von 8,00 - 11,99 Mikron und 35 Teilen eines Wolframpulvers von 0,720 - 0,99 Mikron. Das erhaltene bimodale Pulvergemisch wurde mit Paraffin ("Gulf Wax") im Verhältnis von 60 Vol.-$ Pulvergemisch zu 40 Vol.-$ Paraffin unter einem Vakuum von weniger als 70 Torr gemischt. Das Mischen erfolgte in einem erwärmten (70 - 100° C) Sigmablattmischer, bis das Pulver und Bindemittel gleichmässig gemischt waren.

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Das Pulver—Bindemittel-Gemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und zu Pillenstaub in dem Sigmablattmischer gemahlen. Der Pillenstaub wurde mittels eines geheizten (100° C) Schneckenextruders in die Matrize ausgepresst, welche auf etwa 95° C vorerhitzt wordenwar. Gleichzeitig mit dem Extrudieren wurde die Form mittels eines Vibrators bewegt.; die Form und Extrusions öffnung standen unter einem Va.lcaum von weniger als 200 Torr^ um irgendwelche mitgerissene Luft z-i entfernen* Die noch warme, gefüllte Form wurde aus der Vakuumkammer entfernt und in eine Druckkammer

gesetLt, wo ein isostatischer Di-⁵UCk von 7 kp/cm herrschte, wonach die Form und der Pormgegenstand in Wasser auf 10° G abgekühlt wurden unddie roiae Pulver-Bindemittel-Form aus der Form genommen wurde.

Die verfestigten Rohformen wurden in ein Stützbett aus gepulvertem Aluminiumoxid gepackt und in einem Schlitzrohrofen mit Widerstandsheizung unter einer Wasserstoffatmosphäre bei 1000 - 1100° C 6 Stunden gebrannt. Das Paraffinwachs wurde sauber bei einer Temperatur unter 300° G entfernt und das verbleibende Wolfram-Feuerfestgerüst zu einem leicht zu handhabenden Rohgegenstand bei der Temperatur von 1000° 0 ohne Gestaltverzerrung gebrannt.

Das erhaltene Gerüst wurde mit Kupfer in einer Wasserstoffatmosphäre infiltriert, indem das Wolframgerüst in einen Graphittiegel gesetzt und genügend Kupfermetallpulver um die Basis des Gerüstes herum in einer Menge gegeben wurde, die ausreichte, gerade das in dem Gerüstgegenstand vorhandene Leervolumen zu füllen. Nach Erhitzen der Anordnung ( in Fig. 1 gezeigt ) auf 1150° C schmolz das Kupfer und sickerte mittels Kapillarwirkung ein in das feuerfeste Wolframgerüst; die infiltrierte Elektrode zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt» Drei derartige Elektroden wurden unter Anwendung der Technik dieses Beispiels hergestellt und enthielten 60 - 62,5 VoIo-$ Wolfram. Bei optischer Prüfung zeigt die Feuerfestmatrix geringe Halsbildung an den angrenzenden Berührungspunkten der kleineren Körner, aber keine Halsbildung an den benachbarten Kontaktpunkten der vorhandenen grösseren Körner. Das

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Infiltriermittel ist als zweite zwischengemischte Matrix homogen dispergiert_o

Ein Durchmesser der maschinell hergestellten Originalelektrode, die zur Schaffung der RTV-Silikon-Form verwendet wurde, maß 0,870 cm. Die vergleichbaren Durchmesser der drei Formelektroden (in Fig. 3 gezeigt), die in diesem Beispiel hergestellt wurden, maßen 0,854 cm, 0,854 cm und 0,856 cm ohne eine maschinelle Bearbeitung oder anderweitige Bearbeitung der wirksamen Oberfläche der Elektroden, worin sich die erfindungsgemässe Herstellung geformter Feuerfestgegenstände mit feinen Toleranzen, zeigt.

Die Schneidwirkung einer der erhaltenen Elektroden zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung wurde auf einer "Cintrojet" Electrical Discharge Machining Machine getestet, indem eine Formvertiefung in einem AISI 1020-Stahlblock. gebildet wurde* Die Schneidzeit zur Formung der Vertiefung betrug 55 Minuten bei einer Frequenz von 50 000 Hz. Die Kapazität, welche an der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine angesetzt wurde, betrug 10 Mikrofarad bei 40 Volt und 14 Ampere. Die Elektroden dieses Beispiels entfernten 4,0 g Stahl unter Verlust von 1,5 g Elektrodenmaterial. Die Elektrodeneindringung in den 1020-Stahlblock betrug 1,07 cm, während der Elektrodenverschleiß 0,25 cm ausmachte .

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung einer Formmasse aus 65 Vol.-# des Wolframpulvers und 35 Vol.-# eines Bindemittels, das aus 100 Teilen Paraffin und 5 Teilen niedermolekularem Polyäthylen ("Epolene N-Il") bestand.

Die Wolfram-Bindemittel-Form wurde in Siliziumcarbid gepackt (mit etwa 110 Mikron Durchmesser) zur Unterstützung während des Brennvorgangs. Das Bindemittel wurde entfernt und das Teil durch Erhitzen auf 1100° C in einer Atmosphäre von 95 Vol.-# Stickstoff

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und 5 Vol.-^ Wasserstoff verstärkt. Das Wolframgerüst wurde infiltriert, indemdie Basis desselben in Berührung mit Kupferpulver, wie in Beispiel 1 beschrieben, gebracht und auf II50⁰ C erhitzt wurde. Die so gebildete Matrize wies eine zylindrische Basis mit einem Durchmesser von etwa 1,267 cm auf, und der Durchmesser der Kachbildungen maß etwa 1,262 cm. · .

Beispiel J>

Ein bimodales Pulvergemisch wurde gebildet durch Mischen von 65 Vol.-^i Molybdänpulver von 4,0 - 6,0 Mikron Grosse mit J55 Vol,-$ Wolframpulver von 0,5 Mikron Grosse. Die 60 Vol.-$ des erhaltenen Pulvers wurdenmit 40 v"ol.-# des thermoplastischen Bindemittel aus Beispiel 2 gemischt und wie in Beispiel 1 ausgeformt» Der erhaltene ausgeformte Rohgegenstand wurde in granuliertes Al₂O^. gepackt und nachfolgend wie in Beispiel 2 beschrieben, gebrannt und infiltriert.

Beispiel 4

Das Wolfram-Blndemittel-Gemisch aus Beispiel 2 wurde ausgeformt und der erhaltene Rohgegenstand in einem Bett aus zerkleinertem Aluminiumoxid, wie hier beschrieben, erhitzt. Der erhaltene poröse Gegenstand wurde in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre mit Silber infiltriert, indem genügend gepulvertes Silber um die Basis des porösen Gegenstandes herum gegeben und die Anordnung auf 1200°.C erhitzt wurde. Der Durchmesser der Matrize war wie in Beispiel 2 etwa 1,267 cm und der Durchmesser der Nachbildung etwa 1,24-5 cm.

Beispiel 5

Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei anstelle des Silberpulvers ein Stück Berjrllium-Kupfer-Legierung ("Berylco" 25) eingesetzt und die Anordnung auf 1100° C in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre erhitzt wurde.

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Beispiel 6

Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei ein Stück Messinglegierung )'65 Gew.-% Kupfer- 35 Gew„-^ Zink) anstelle des Silberpulver-s eingesetzt und das poröse Gerüst auf 1000° C unter einer trockenen Wasserstoffatmosphäre erhitzt wurde. Der Durchmesser des Originals war wie in Beispiel 2 etwa 1,267 cm, der Durchmesser der Nachbildung etwa 1,250 cm.

Beispiel 7

Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei ein Stück "Monel K"-Stabmaterial anstelle des Silbers eingesetzt und auf 1350° C unter einer trockenen Wasserstoffatmosphäre erhitzt wurde.

Beispiel 8

Das bimodale Pulver aus Beispiel 1 wurde mit 4θ Vol.-$ eines thermoplastischen Bindemittels gemischt, welches 34,9 Teile niedermolekulares Polyäthylen ("Epolene" N-Il), 33,3 Teile Ölsäure und 31,8 Teile Stearinsäure enthielt, und das Gemisch, wie in Beispiel 1 beschrieben, ausgeformt.

Die Basis des erhaltenen Formgegenstandes wurde in Berührung mit Kupferpulver gebracht und die Anordnung mit gepulvertem Aluminiumoxid umgeben. Die Anordnung wurde auf 500° C mit einer Geschwindigkeit von 240° C je Stunde erhitzt, wonach auf 1150° C mit einer Geschwindigkeit von 300° C je Stunde erhitzt wurde, was zu einem infiltrierten Gegenstand in nur einem Heizschritt führte. Der infiltrierte Gegenstand hatte, wenn auf Raumtemperatur abgekühlt wurde, einen Durehmesser von etwa 1,270 cm und das ursprüngliche maschinell bearbeitete bzw_o hergestellte Original mit der Form einer Elektrode zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung einen Durchmesser von etwa 1,267 cm, wie in Beispiel 2.

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Beispiel 9

Ein bimodales Wolframpulver, das 70 Vol.-J^ Wolframpulver von 8,00 - 11,99 Mikron und 30 Vol.-j£ 0,720 bis 0,99 Mikron-Wolframpulver enthielt, wurde mit 35 VoI„-$ des thermoplastischen Bindemittels aus Beispiel 2 gemischt_r. Das erhaltene Gemisch wurde verwendet,, um eine infiltrierte Elektrode zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung gemäss dem Verfahren des Beispiels 1 herzustellen.

Beispiel 10

Ein Vorpolymer mit Is ocjranat-Endgruppen wurde gebildet durch Umsetzung von 155 Teilen Methylen-bis(phenylisooyanat) mit 23,75 Teilen PöpylenätherglykolXund 26 Teilen PropylenätherglykojJi Ein Katalysator wurde hergestellt durch Umsetzen von 675 Teilen Triäthylenglykol mit 46,5 Teilen gepulverter Borsäure und Behandeln des erhaltenen Produktes mit Kaiiumhydroxid.

Zu 200 Teilen eines Polypropylenoxidtriols mit Molekulargewicht 3 000 (^iSThctnol^sl 3002) wurden 4,4 Teile dieses Katalysators gegeben und die erhaltene Lösung gründlich gemischt» 220 Teile des Isocyanat-Vorpolymsrs wurden zudem katalysierten Triol gegeben und gemischt, wobei ein Breiblafctmischer verwendet wurde. Das homogenisierte Gemisch tmr-de bei Rau.mtempera.tur unter 50 Torr während weniger als 5 Minuten entgast. Das Reaktionsgemisch wurde um ein maschinell bearbeitetes Metalloriginal gegossen und· wiederum unter einem Vakuum von 50 Torr während weniger als 5 Minuten entgast. Das Formmaterial wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur härten gelassen, um eine kautschukartige PolyCurethan-isocyanatJ-Form herzustellen. Unter Verwendung dieser Form und des thermoplastischen Pulvergemisches aus Beispiel 2 wurden die Schritte aus Beispiel 1 wiederholt und eine dichte Elektrode zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung geformt.

geändert gemäß Eingabe eingegangen cm __?

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Beispiel 11

Ein bimodales Wolfraracarbidpulver wurde gebildet durch Mischen von 65 Teilen eines 25-Mikron-Wolfraracarbidpulvers mit 35 Teilen eines 2-Mikron-Wolframcarbidpulvers. 40 Vol.-^ Paraffin wurden zugegeben und das erhaltene Pulver-Bindemittel-Gemisch warm bei 70 - 100 C in einem Sigmablattmischer un' 70 Torr mehrere Stunden homogen gemischt»

70 - 100 C in einem Sigmablattmischer unter einem Vakuum von

Das erhaltene Pulver-Bindemittel-G-emisch wurde in eine warme flexible Form wie in Beispiel 1 extrudiert. Nach dem Abkühlen wurde der erhaltene rohe F'ormgegenstand aus der Form genommen* in ein Stützbett aus zerkleinertem Aluminiumoxid gepackt und bei 1120° C sowie einer 15-minütigen Tränkung gebrannt. Das Brennen erfolgte untereiner Atmosphäre von 95 vOl„™$ Argon und 5 Vol.-# Wasserstoff. Der poröse, gebrannte, fixierte Gegenstand zeigte eine Abmessungszunähme von annähernd 0,003 cm J^e

Der poröse Gegenstand in Gestalt einer Spritzgußvertiefung wurde mit einer Kupferlegierung ("Berylco 25") infiltriert, die etwa 1,8 bis 2 Gew_e-$ Beryllium enthielt, und abgekühlt* Die infiltrierte Form wurde in Hälften geschnitten. Eine Hälfte des infiltrierten Gegenstandes wurde lösungsgehärtet bei etwa 800° C während 1 Stunde und ausscheidungsgehartet bei etwa 315° C während 2 Stunden unter einer Schutζatmosphäre von Stickstoff. Beide Hälften der infiltrierten Form wurden poliert und metallograp^fiisch bei 1200-fächer Vergrösserung geprüft, wonach sich zeigte, dass das poröse Feuerfestgerüst infiltriert war. Die Härte der nichtbehandelten Hälfte betrug 38 Rc und die Härte der wärinebehandelten Hälfte 47 Ro. Die Gegenstände dieser Erfindung sind der Lösungsbehandlung zugänglich, um die gewünschten Eigenschaften ohne beeinträchtigende Änderung der Präzisionsabmessungen des so geformten Gegenstandes zu entwickeln.

Beispiel 12

Ein bimodales Wolframcarbidpulver wurde durch Mischen von 65 Teilen

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eines 25-Mikron-Wolframcarbidpulvers mit 35 Teilen eines 2-Mikron« -Wolframearbidpulvers gebildet. Das erhaltene· bimodale Pulver wurde mit 40 Vol.-^ Paraffin gemischt und das erhaltene Pulver- -Bindemittel-Gemisch wie in Beispiel 1 homogen gemischt.

Ein bearbeitetes Original mit kegelstumpfartiger Ausstattung und einem Volumen von etwa 2,4 enr wurde verwendet, um eine Gußform aus etwa 28 onP der Formverbindung von Beispiel 1 auszuformen. Die erhaltene Form wurde mit einem Ablösemittel behandelt, das 5 Prozent Vaseline in 95 Prozent Dichlormethan enthielt, und etwa 28o cm der Forrmzerbindung wurden in die erste Gußform unter Bildung einer zweiten Form gegossene

Unter Verwendung der Arbeitsweise aus Beispiel 1 wurde das WoIframcarbid-Bindemittel-Gemisch zu einer zweiten Form ausgeformt und wie in Beispiel 11 unter Formung einer Spritzformvertiefung verarbeitet. Die Spritzformvertiefung (die cavity) wurde durch Spritzguß mehrerer Polypropylenstücke ("Amoco" 1046) getestet, welche getreue Nachbildungen der bearbeiteten Originale waren. Diese Technik gestattet die Bildung einer Spritzformvertiefung aus einem bearbeiteten Stammoriginal oder -teil ohne ein Abdruckmodell bzw. eine Matrize bearbeiten zu müssen.

- Patentansprüche -

3098 4 7/0884

Claims

7323098 - 24 - M 3255 Patentans prüoiie

1. Geformter Feuerfestgegenstand, enthaltend eine erste k&ntinuierliche Phase aus multimodalen Feuerfestköfnern, die grössere und kleinere, an ihren benachbarten Berührungspunkten untereinander verbundene Körner in Form einer Gerüstmatrix aufweist, und eine zweite kontinuierliche Phase aus Metall oder Legierung, welche das Volumen dieses Gegenstandes, das nicht von dieser Gerüstmatrix eingenommen wird, ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass es keine wahrnehmbare Halsbildung zwischen den grössten benachbarten Körnern, die in besagter Gerüstmatrix zugegen sind, gibt, wenn man mittels eines Lichtmikroskops betrachtet, und die zweite kontinuierliche Phase einen Schmelzpunkt hat, der nicht mehr als die Hälfte des Schmelzpunktes der Feuerfestkörner ausmacht, gemessen auf der absoluten Temperaturskala.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Feuerfestkörner weniger als 45 Mikron betragen.

j5. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte zweite Phase Kupfer ist.

4. Gegensand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Feuerfestkörner Wolframcarbid sind,,

5. Verfahren zur Formung eines dichten, ausgeformten, infiltrierten Feuerfestgegenstandes auseiner Formgestalt, die ein Ge-

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- 25 - M 3255

misch aus grösseren und kleineren, an ihren benachbarten Berührungspunkten untereinander verbundenen Körnern in einer Gerüstmatrix und eine zweite kontinuierliche Phase aus Metall oder Legierung enthält, gekennzeichnet durch die neue Kombination von Schritten:

Warmmischen eines multimodalen Feuerfestpulvers unter reduziertem Druck mit bis zu 45 Vol.~$ thermoplastischem Bindemittel;

Erhitzen des Pulver-Bindemitte!«Gemisches über die Erweichungstemperatur dieses Bindemittels;

Ausformen des erhaltener;, weichgemachten Gemisches in einer erhitzten flexiblen Form unter Bildung eines praktisch Leerstellen-freien rohen Formkörpers mit der Ges%.lt und Grosse dieser Form;

Einpacken des rohen Formgegenstandes in ein nichtreaktionsfähiges Feuerfestpulver;

Erhitzen dieses rohen Formgegenstandes in Berührung mit einem Infiltriermittel, um das thermoplastische Bindemittel zu verflüchtigen, das Feuerfestpulver zu fixieren und mit einem geschmolzenen Infiltrisrmetall zu infiltrieren, einen infiltrierten Feuerfestgegenstand mit einer linearen Schrumpfung von weniger als 2 Prozent zu bilden;

und Kühlen des infiltrierten Teils zwecks Verfestigung dieses Infiltriermittels und Bildung eines Feuerfestgegenstandes.

2 Blatt Zeichnungen

Ro./Br.

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