DE2415730A1 - Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus gesintertem metall bzw. einer gesinterten metallverbindung und mittels des verfahrens hergestellter formling - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus gesintertem metall bzw. einer gesinterten metallverbindung und mittels des verfahrens hergestellter formling

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Description

"Verfahren zur Herstellung von Forrnkörpern aus gesintertem
Metall bzw. einer gesinterten Metallverbindung und mittels des Verfahrens hergestellter Formling".
Priorität: 2. April 1973, Großbritannien, Nr. 15769/73
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus gesintertem Metall bzw. einer gesinterten Metallverbindung, bei dem aus einem Gemisch aus dem entsprechenden Metallpulver, einem Polyvinylbutyraldehydbindemittel und einem Weichmacher ein Rohformling hergestellt, dieser bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet und anschließend bei hohen Temperaturen in einer geeigneten Atmosphäre, wie Stickstoff, gesintert wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung mittels des vorgenannten Verfahrens hergestellte Formteile, wie einen scheibenförmigen Wärmeaustauscher, eine zylindrische Verbrennungskammer für Gasturbinen, eine flache Materialbahn, welche aus einer Matrix aus gesintertem Metall und/oder Metallnitrid und insbesondere aus Silicium und/der Siliciumnitrid besteht.
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Weiter betrifft die Erfindung einen mittels des vorbeschriebenen Verfahrens hergestellten Formling.
In der GB-Patentschrift 1 238 551 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Materialbahn oder eines Formkörpers aus Siliciumnitrid beschrieben, bei dem die Materialbahn bzv/. der Formkörper mittels eines Extruders und eines Kalanders hergestellt wird. Es kann dabei eine Materialbahn hergestellt werden, die wellpappenförmige Gestalt aufweist.
Das vorgenannte Verfahren ist jedoch in der praktischen Durchführung verhältnismäßig umständlich.
Überraschenderweise hat sich jetzt gezeigt, daß Formkörper aus gesintertem Metall und/oder Metallverbindungen und insbesondere aus Silicium und/oder Siliciumnitrid hergestellt werden können,
durch
indem man zunächst 7 Spritzgießen oder Preßspritzgießen einen Rohformling herstellt, wenn dabei besondere Bedingungen hinsichtlich der angewendeten Temperatur eingehalten werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, Metall und/oder Metallnitridformkörper mittels Spritzgießen oder Preßspritzgießen herzustellen, was für eine Fertigung solcher Teile in größeren Stückzahlen einen erheblichen Vorteil darstellt.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus gesintertem Metall bzw. einer gesinterten
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Metallverbindung, bei dem aus einem Gemisch aus dem entsprechenden Metallpulver, einem Butyraldehydbindemittel und einem Weichmacher ein Rohformling hergestellt, dieser bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet und anschließend bei hohen Temperaturen in einer geeigneten Atmosphäre, wie Stickstoff, gesintert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rohformling durch Spritzgießen oder Preßspritzgießen unter Verwendung des Metallpulver enthaltenden Gemisches hergestellt, der Rohformling bei Temperaturen im Bereich von etwa 180 bis 22O°C ausgehärtet und bei Temperaturen im Bereich von etwa 1280 bis 1300 C gesintert wird. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird dem Ausgangsgemisch für., das Spritzgießen oder das Preßspritzgießen ein Schmiermittel, wie Stearinsäure oder Stearin, z.B. "Pristerene 59" zugesetzt. Gemäß einer besonderen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird ein Ausgangsgemisch für das Spritzgießen oder Preßspritzgießen verwendet, das 55 bis 70 Volumenprozent Siliciumpulver, 16,7 Volumprozent Eolyvinylbutyraldehyd-Bindemittel, 13 Volumprozent Weichmacher, wie Dibutylphthalat, und 2 Volumprozent Schmiermittel, wie "Pristerene 59" enthält. Das Ausgangsgemisch enthält das Bindemittel und den Weichmacher in einem Volumverhältnis von 0,66 : bis 2 : 1 und vorzugsweise von·1,5 : 1.
Das Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt, indem man das Spritzgießen oder das Preßspritzgießen bei Drücken bis zu 1055 Atm. und Temperaturen bis zu 2000C und vorzugsweise bei 18O°C durchführt. Das Gemisch wird dann an Luft auf eine Temperatur
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von ungefähr 180 bis 22O°C und vorzugsweise von 20O0C erhitzt, dadurch der Weichmacher entfernt und das Gemisch zu einem nachbearbeitbaren Formkörper ausgehärtet.
Gemäß einer v/eiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ausgangsgemisch für das Spritzgießen und das Preßspritzgießen verwendet, das als Metallpulver Siliciumpulver enthält und bei dem das Sintern in Stickstoff als geeigneter Atmosphäre durchgeführt wird, wodurch ein Siliciumnitridformkörper gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Siliciumnitridformkörpern, die sich als Motorenteile für Gasturbinen eignen.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend beschrieben.
Es wird zuerst ein Gemisch aus Siliciumpulver, einem Polyvinyl-•butyraldehyd-Bindemittel, einem Weichmacher, wie Dibutylphthalat, und einem Schmiermittel, wie Stearinsäure oder Stearin, z.B. "Pristerene 59", hergestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält das Gemisch die Komponenten in folgenden Mengen:
Siliciumpulver 65 bis 7O Volumprozent
Polyvinylbutyraldehyd-
Bindemittel 16,7 Volumprozent
Dibutylphthalat-Weich-
macher 13 Volumprozent
"Pristerene 59" 2 Volumprozent.
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Geeigneterweise wird das Mischen der vorstehenden Komponenten unter Verwendung eines Innenmischers, wie einer "Banbury"-Maschine, durchgeführt, in dem das Gemisch durch zwei besonders geformte, mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufende Rotoren in einer Mischkammer zu einer homogenen Dispersion geknetet wird.
Das Gemisch wird dann in eine Spritzgußmaschine überführt und bei Drücken bis zu 1055 Atm. und Temperaturen von etwa 18O°C ein Rohformling hergestellt.
Das Gemisch wird dann an Luft auf Temperaturen bis zu 220 C erhitzt, dadurch der Weichmacher entfernt und das Gemisch zu einem nachbearbeitbaren Formkörper ausgehärtet.
Nach Durchführung einer gegebenenfalls erforderlichen Nachbear- beitung wird der Formkörper in einer Stickstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen gesintert und dabei durch Reaktion des SiIiciums mit dem Stickstoff der Atmosphäre ein Siliciumnitridformkörper hergestellt.
Zur Erzielung bestmöglicher Ergebnisse ist die Teilchengröße der Siliciumkomponente von Bedeutung. Zur Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit sollte das verdichtete Siliciumpulver eine größtmögliche Dichte aufweisen. Es wurde gefunden, daß eine umso geringere Verdichtung des Siliciumpulvers stattfindet, je kleiner die verwendeten Siliciumteilchen sind. Andererseits ist eine kleinere Teilchengröße zur Begünstigung der Nitridierungsreaktion des Siliciumpulvers von Vorteil. Die beiden einander
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entgegenstehenden Parameter beeinflussen die bestmögliche Teilchengröße des für die Herstellung von Siliciumnitrid verwendeten Siliciumpulvers.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Siliciumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 3 Mikron verwendet. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, eine 90prozentige Reaktion zwischen dem Siliciumpulver und dem Stickstoff bei Temperaturen von 1280 bis 1300°C zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem mittels Spritzgießen oder Preßspritzgießen ein Rohformling hergestellt v/ird, eignet sich besonders zur Herstellung von Kompressor- oder Turbinenschaufeln von Gasturbinen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jetzt zum Beispiel möglich, Formkörper, wie einen scheibenförmigen Wärmeaustauscher oder eine zylindrische Verbrennungskammer für Gasturbinen direkt durch Spritzgießen herzustellen. Es ist außerdem möglich, die in der GB-Patentschrift 1 238 551 beschriebene Mate-. rial-Rohbahn durch Spritzgießen oder Preßspritzgießen herzustellen, die dann weiter zu einer Vielzahl von Formkörpern verarbeitet werden kann, wie zu dem in der GB-Patentschrift 1 238 551 beschriebenen scheibenförmigen Wärmeaustauscher bzw. zu Verbrennungskammern für Gasturbinen bzw. zu dem in der deutschen Offenlegungsschrift 2 352 338 (älteres Recht) beschriebenen keramischen Rohrkörper.
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Außerdem betrifft die Erfindung einen mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellten Formling, der aus einer Matrix aus gesinterten Teilchen aus Metall und/oder Metallnitrid und insbesondere aus Silicium und/oder Siliciumnitrid besteht.
Dieser Formling wird jetzt anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des aus einer Sintermatrix (2) bestehenden Formlings (1) .
Figur 2 zeigt einen Schnitt-durch den in Figur 1 dargestellten Formling mit den einzelnen gesinterten Metall- und insbesondere Siliciumteilchen und/oder den Metall- und insbesondere Siliciumnitridteilchen.
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Claims (10)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus gesintertem Metall bzv/. einer gesinterten Metallverbindung, bei dem aus einem Gemisch aus dem entsprechenden Metallpulver, einem PoIyvinylbutyraldehydbindemittel und einem Weichmacher ein Rohformling hergestellt, dieser bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet und anschließend bei hohen Temperaturen in einer geeigneten Atmosphäre, wie Stickstoff, gesintert wird, dadurch g e kennz eichnet, daß der Rohformling Jurch Spritzgießen oder Preßspritzgießen unter Verwendung des Metallpulver enthaltenden Gemisches hergestellt, der Rohformling bei Temperaturen im Bereich von etwa 180 bis 220 C ausgehärtet und bei Temperaturen im Bereich von etwa 1280 bis 1300 C gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Dibutylphthalat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsgemisch für das Spritzgießen oder Preßspritzgießen ein Schmiermittel, wie Stearinsäure oder Stearin, zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsgemisch für das Spritzgießen oder Preßspritzgießen verwendet wird, das die Komponenten Bindemittel und Weichmacher in einem Volumverhältnis von 0,66 : 1 bis 2:1 und vorzugsweise von 1,5 : 1 enthält.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsgemisch für das Spritzgießen oder Preßspritzgießen verwendet wird, das als Metallpulver Siliciumpulver enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsgemisch für das Spritzgießen oder Preßspritzgießen verwendet wird, das 55 bis 7O Volumprozent Siliciumpulver, 16,7 Volumprozent Polyvinylbutyraldehydbindemittel, 13 Volumprozent Weichmacher und 2 Volumprozent Schmiermittel enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießen bei Drücken bis zu 1055 atm. und Temperaturen bis zu 20O0C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 nis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper ein scheibenförmiger Wärmeaustauscher hergestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper eine zylindrische Verbrennungskammer hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper eine flache Materialbahn hergestellt wird.
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-lO-ll.-Formkörper, hergestellt nach Verfahren 1 bis io, bestehend aus einer Matrix (2) aus gesinterten Teilchen (3) aus Metall und/oder Metallnitrid.
12, Formkörper, hergestellt nach Anspruch 11, bestehend aus einer Matrix (2) aus gesinterten Teilchen (3) aus Silicium und/ oder Siliciumnitrid, wobei die Teilchengröße vorzugsweise 2 bis 3 Mikron beträgt.
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DE2415730A 1973-04-02 1974-04-01 Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus gesintertem metall bzw. einer gesinterten metallverbindung und mittels des verfahrens hergestellter formling Pending DE2415730A1 (de)

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