DE2346499A1

DE2346499A1 - Verfahren zur herstellung von koerpern aus pulver durch isostatisches warmpressen

Info

Publication number: DE2346499A1
Application number: DE19732346499
Authority: DE
Inventors: Jan Adlerborn; Sven-Erik Isaksson; Hans Larker
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-11-16
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1441330A; DE2346499B2; JPS4995809A; CA1010267A; SE387876B; FR2206992A1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling S3 Giessen 12.9.1973 Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse

Dr.-Ing. Joachim Boecker Telefon: C0641) 71019

23A6499 Boe/Sn 11.802

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Pulver durch isostatisches Warmpressen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Pulver durch isostatisches Warmpressen. Auf diese Weise werden Körper sehr hoher Dichte und Porenfreiheit hergestellt. Dies wird durch das Warmpressen eines aus Pulver gepreßten und eventuell gesinterten Körpers erreicht, der in eine Kapsel eingeschlossen und einem hohen isostatischen Druck bei einer Temperatur ausgesetzt wird, bei welcher das Material derart verformbar ist, daß die Poren im Körper zusammengepreßt werden. Das Verfahren eignet sich speziell für die Herstellung von Schneidelementen, z.B. für Steinbearbeitung, mit Diamanten in einer Grundmasse aus Bronze, Eisen oder Kobaltlegierungen, die durch das Verfahren eine höhere Dichte und Festigkeit erhalten, als dies mit den konventionellen Herstellungsverfahren erreichbar ist· Die Qualität der Diamantschneidelemente dieser Art steigt nämlich mit zunehmender Dichte und verringerter Porosität. Einerseits

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nimmt die mechanische Festigkeit der Elemente zu und andererseits wird die Verankerung der Diamanten verbessert.

Ein beispielsweise für Steinsägen bestimmtes Diamantschneidelement besteht aus dünnen bogenförmigen Segmenten, die längs der Peripherie zirkularer Sägeklingen befestigt sind. Mit Rücksicht sowohl auf den Energieverbrauch als auch auf den Preis der Diamanten in den Schneidelementen ist es wichtig, dünne Scheiben zu verwenden. Die Schneidelemente müssen daher dünn sein. Bei der herkömmlichen Herstellung ist es schwierig und teuer, diese Elemente in Blechkapseln einzuschließen, da letztere eine mit den Schneidelementen völlig übereinstimmende Form und Größe haben müssen. Da die Diamantschneidelemente bei relativ niedriger Temperatur warmgepreßt werden, ist das aus Blech bestehende Kapselmaterial im Ver hältnis zu den Schneidelementen sehr steif. Dies hat zur Folge, daß die Kapseln bei der Volumenverringerung beim Pressen meistens ihre Form ändern. Die Volumenverringerung und damit die Formveränderung ist erheblich. Mit Rücksicht darauf, daß Diamanten bei hohen Temperaturen grafitieren, muß nämlich das konventionelle Sintern, welches Üblicherweise dem Pressen vorausgeht, bei niedriger Temperatur erfolgen, was bedeutet, daß der gesinterte Körper ein großes Porenvolumen bekommt. Das Porenvolumen kann 15 96 oder mehr be-, tragen. Die Blechkapseln sind in der Regel auch sehr schwer

zu entfernen.

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In der DT-OS 2 006 066 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem es möglich ist, einen Pulverkörper isostatisch warmzupressen, ohne ihn in eine Kapsel einzuschließen. Ein gasförmiges Druckmittel wirkt direkt auf die Oberfläche eines auf hohe Temperatur erwärmten Pulverkörpers. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht für die Herstellung von Produkten wie die ebengenannten Schneidelemente, bei denen die zugelassene Sinterungstemperatur so niedrig ist, daß die Poren sich nicht schließen, sondern miteinander kommunizieren. Dabei dringt das Druckmittel in den Körper ein und das Warmpressen wird wirkungslos. Es wurde vorgeschlagen, das gesinterte Produkt vor dem Warmpressen in einer beispielsweise aus Kunststoff bestehenden elastischen Kapsel"bei etwas erhöhter Temperatur, z.B. 100-200⁰C, und bei einem Druck von 3-15 kbar, isostatisch zu pressen, so daß die Oberfläche ganz dicht wird, und danach die genannte bekannte Methode anzuwenden.

Der Torliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, das insbesondere auch zum isostatischen Warmpressen dünnwandiger und porenreicher Körper geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist»

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a) daß Pulver zu einem Körper geformt wird,

b) daß ein oder mehrere dieser Körper in einer Glaskapsel plaziert wird/werden, die ein größeres inneres Volumen hat als der oder die Körper,

c) daß die Kapsel evakuiert und vakuumdicht verschlossen wird

d) und daß die Kapsel mit Inhalt erwärmt und in einem. Druckofen dem äußeren isostatischen Druck eines Druckmittels ausgesetzt wird.

Bei der Erfindung wird also zunächst ein Körper aus Pulver in bekannter Weise durch Pressen von Pulver zu hoher Dichte geformt, beispielsweise dadurch, daß man eine Pulvermenge in eine elastische Hülle mit einer umgebenden, perforierten Stützform einschließt, und danach die Kapsel mit Inhalt unter hohem Druck preßt. Dieser gepreßte Körper wird in eine Glaskapsel eingeschlossen, die evakuiert wird. Eventuell wird der Pulverkörper vor dem Einschließen in die Glaskapsel gesintert. Die Kapsel ist größer als der Pulverkörper, so daß ein Spiel zwischen Körper und Kapselwänden vorhanden ist. Bei der Herstellung von relativ kleinen Körpern, beispielsweise den oben erwähnten Diamantschneidelementen, wird mit Vorteil

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Glasrohr von ungefähr der gleichen Länge wie die des Ofenraumes verwendet, wobei in dem Glasrohr mehrere Pulverkörper untergebracht werden.

Zwischen den Körpern werden vorzugsweise Distanzelemente angebracht, die verhindern, daß zwei benachbarte Elemente beim Warmpressen zusammensintern. Die Distanzelemente können aus Glas oder einea Metall bestehen, das beim Pressen nicht mit den Körpern zusammensintert oder das leicht von denselben entfernt werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, beim Einlegen der Pulverkörper in das Rohr dieses zu erwärmen und derart partiell einzuschnüren, daß die eingeschlossenen Körper während des Pressens nicht miteinander in Kontakt kommen. Die Kapseln werden vor dem. Verschließen

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auf 10 ^J - 10 torr e\äcuiert. Die Evakuierung und das Verschließen kann bei Zimmertemperatur oder etwas erhöhter Temperatur geschehen. Durch die Evakuierung werden Gaseinschlüsse im gepreßten Körper verhindert und die Gefahr beseitigt, daß das Material von Luft oder anderem Gas in der Kapsel beschädigt wird.

Vor dem Pressen werden die Kapseln auf die Erweichungstemperatur des Glases erwärmt. Diese Erwärmung kann außerhalb des Druckofens ausgeführt werden, jedoch ist es mit Rücksicht auf die Gefahr der Abkühlung der Kapseln während der Überführung zu einem Druckofen und der damit verbundenen Reißgefahr zweck-

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mäßig, dieselben in dem Druckofen zu erwärmen. Es kann zweckmäßig sein, die Kapseln bei niedrigem Umgebungsdruck zu erwärmen, z.B. 0,1 torr, und einen Vakuum-Druckofen zu verwenden und den Druck vorsichtig zu erhöhen, wenn die Erweichungstemperatur des Kapselmaterials erreicht ist. Dadurch wird die Gefahr, daß die Kapsel die Pulverkörper deformiert, wenn sich das Kapselmaterial um die Segmente formt, im wesentlichen beseitigt.

Beim Abkühlen springt das Kapselmaterial und blättert ab. Oft sind die Pulverkörper völlig frei von Glas. Eventuelle Glasreste können mit Ultraschall entfernt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist mit großem Erfolg für die Herstellung von Bronzediamantschneidelementen für Steinsägen anwendbar. Die Schneidelemente bestehen aus dünnen bogenförmigen Segmenten, die an der Peripherie zirkularer Sägeklingen angebracht werden. Schneidelemente für diesen Zweck können aus 10-50 Volumenprozent Diamanten in einer Grundmasse aus Bronze bestehen, z.B. Bronze, enthaltend ca. 91 % Cu, ca. 9 % Sn und max. 0,3 % P oder ca. 67 % Cu, ca. 31 % Ni, ca. 1 % Mn und ca. 0,7 % Fe.

Schneidelemente werden durch Pressen von Bronzepulver mit beigemischten Diamanten zu segmentförmigen Elementen geformt. Diese werden in Vakuum oder in Wasserstoffgas bei einer Temperatur

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von ca. 700⁰C ca. 1 Stunde lang gesintert.Diese gesinterten Elemente haben ein Porenvolumen von ca. 15 %. Danach werden die Elemente in Glasrohre aus einem Glasmaterial mit dem

-^ -4 Handelsnamen Pyrexglas eingelegt, die auf 10 ^ - 10 torr evakuiert und vakuumdicht verschlossen werden. Mehrere Glaskapseln werden in einem Korb plaziert, der in einen Vakuum-Druckofen der in der DT-OS 2 006 066 beschriebenen Art eingesetzt wird. Das Material wurde bei 0,1 t auf 750⁰C erwärmt, bei welcher Temperatur das verwendete Glas der Kapseln weich genug ist, um sich um die Schneidelemente zu legen, ohne diese auf schädliche Weise zu deformieren. Bei 75O°C wird der Druck vorsichtig auf ca. 550 bar erhöht. Die Dichte der gepreßten Schneidelemente entspricht nahezu der theoretische höchstmöglichen Dichte.

In einigen Fällen, z.B. bei sehr dünnen Schneidelementen, ist es vorteilhaft, Glas mit einem niedrigeren Erweichungspunkt zu verwenden, z.B. ein Bleisilikatglas oder ein Glas mit hohem Alkaligehalt, um die Deformierung der Schneidelemente zu reduzieren.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen zwei mögliche Unterbringungsarten der vorgepreßten Körper in den Glaskapseln, und zwar

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Fig. 1 eine Glasrohrkapsel mit Distanzelementen und Fig. 2 eine Glasrohrkapsel mit Einschnürungen.

In Fig. 1 sind in ein Glasrohr 1 mehrere Pulverkörper 2 eingelegt. Zwischen den Pulverkörpern liegen Distanzelemente 3. Das offene Ende des Rohres 1 wird an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen und evkuiert, wodurch ein vakuumdichter Verschluß 4 durch Erwärmung und Zusammendrücken des Rohres erreicht wird.

Fig. 2 zeigt ein Glaskapselrohr 11, in welches mehrere Pulverkörper 12 eingelegt sind. Um zu vermeiden, daß diese Körper miteinander in Kontakt kommen, wurde das Rohr zwischen den Körpern erwärmt und derart zusammengeklemmt, daß nara mehrere Einschnürungen 13 entstanden. Das offene Ende des Rohres 11 wird an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen und evakuiert, wonach ein vakuumdichter Verschluß 14 erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche;

Λ. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Pulver durch isostatisches Warmpressen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß Pulver zu einem Körper geformt wird,

b) daß ein oder mehrere dieser Körper in einer Glaskapsel plaziert wird/werden, die ein größeres inneres Volumen hat als der oder die Körper,

c) daß die Kapsel evakuiert und vakuumdicht verschlossen
wird

d) und daß die Kapsel mit Inhalt erwärmt und in einem Druckofen dem äußeren isostatischen Druck eines Druckmittels ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel aus einem Rohr besteht, in dem mehrere Pulverkörper gestapelt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Pulverkörper Distanzelemente gelegt werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente aus Glas bestehen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr durch Erwärmung und Verformung mit Einschnürungen versehen wird, die die Pulverkörper auf Distanz halten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper vor dem Einschließen in die Glaskapsel gesintert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einer Mischung aus Bronzepulver und Diamanten' mit 50-90 % Bronzepulver und 50-10 % Diamanten geformt, gesintert und in einer Glaskapsel plaziert wird, die evakuiert, verschlossen, erwärmt und in einem Druckofen dem äußeren isostatischen Druck eines Druckmittels ausgesetzt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung im Vakuum oder in einer Wasserstoffgas-Atmosphäre bei ca. 700⁰C während ca. einer Stunde erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmpressen in einem Druckofen bei einem Druck oberhalb 200 bar und einer Temperatur von ca. 750⁰C erfolgt,

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10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Charge von Kapseln in einen Vakuum-Druckofen eingesetzt und bei niedrigem Ofendruck auf die Erweichungstemperatur des Kapselmaterials erwärmt wird und anschließend der Druck auf den vorgesehenen Preßdruck erhöht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Ofen eine Größenordnung von 0,1 torr hat.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Turbinenschaufel für Gasturbinen ist.

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