DE2458691A1 - Verfahren zum herstellen eines formkoerpers aus siliziumnitrid - Google Patents

Description

Anwaltsakte; QFK-2679

FORD-WERKE AKOiIENGESELLSCHAFT, 5 KÖLN-DEUTZ, OTTOPLATZ 2

Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus Siliziumnitrid,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers, wie .des Läufers einer Gasturbine, aus Siliziumnitrid, bei dem zuerst ein durch Spritzgießen einer Siliziummetall-Trägermittel-Masse und anschließendes Ausbrennen des Trägermittels separat gefertigtes Teilstück mit einem durch Vergießen eines Schlickers, der aus in einem Lösungsmittel suspendierten Siliziummetallteilchen besteht, geformten weiteren Teilstück verbunden wird und die verbundenen Teilstücke dann nach einer Nitrierung mit einem durch ein Heißpressen einer Siliziumnitrid-Verdichtungshilfsmittel-Masse ebenfalls separat gefertigten dritten Teilstück verbunden werden, wobei

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über eine gemeinsame Berührungsfläche vorzugsweise auf dieses dritte Teilstück ein gegen das weitere Teilstück gerichteter Druck bei gleichzeitiger Wärmebeaufsohlagung ausgeübt wird, nach Patent ... (Patentanmeldung ...).

Bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent ist vorgesehen, daß alle drei in der Gesamtheit den betreffenden Formkörper, um dessen jeweilige Herstellung es geht, bildende Teilstücke separat gefertigt werden. So ist dort für die im Rahmen eines Ausführungsbeispieles näher erläuterte Fertigung des Läufers einer Gasturbine für Kraftfahrzeuge vorgesehen, den besonders hohen mechanischen Beanspruchungen unterworfenen Nabenteil durch Verdichten eines Gemisches zu fertigen, das aus etwa 95 bis 99,5 Gew.-# Siliziumnitridteilchen und etwa 5 bis 0,5 Gew.-% eines Verdichtungshilfsmittels besteht. Die Verdichtung wird dabei unter gleichzeitiger Druck- und Wärmebeaufschlagung vorgenommen, wobei der bevorzugte Temperaturbereich zwischen etwa 165O⁰C und l800°C liegt und der ausgeübte Druck von wenigstens etwa 210 kg/cm über wenigstens etwa 1,5 Stunden aufrechterhalten wird, um einen finalen Verdichtungsgrad von wenigstens etwa 98$ der theoretischen Dichte zu erhalten. Das spritzgegossene Teilstück ist dort der eine komplexe Formgebung aufweisende Sehaufelring, für dessen Fertigung vorzugsweise vorgesehen ist, daß die mit einem thermoplastischen Bindemittel vermischten und anteilig zu etwa 60 bis 66 Vol.-# anwesenden Siliziummetallteilohen eine maximale Teilchengröße zwischen etwa 40 und 60 Mikrons und eine mittlere Teilchengröße zwischen etwa 10 und I3 Mikrons haben. Nach dem Vergiessen wird der fertige Gießling in einem Ofen allmählich auf eine Temperatur von etwa 350 C erwärmt, wobei dieser Erwärmungsvorgang zur Vermeidung irgendwelcher Rißbildung bis zu drei Tage andauern kann und dem Zweck dient, den enthaltenen Thermoplasten auszubrennen, so daß ein zumindest weitgehend aus Siliziummetall bestehender Körper zurückbleibt, der poröse Eigenschaften aufweist. Die separate Fertigung dieser beiden

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Teilstücke wird unverändert für die vorliegende Zusatzerfindung beibehalten. Zur Erzielung optimaler Eigenschaften wird dabei auch Gebrauch gemacht von allen Maßnahmen, die im Hauptpatent bei der Fertigung dieser Teilstücke angesprochen sind.

Als ebenfalls separat gefertigtes drittes Teilstück ist im Hauptpatent ein Ringteil angesprochen, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des äußeren Schaufelringes entspricht und der eine als Kegel mit einem Steigungswinkel zwischen etwa 1° und 3° ausgebildete Mantelfläche hat, so daß bei einer konzentrischen Anordnung dieser beiden Teilstücke ein keilförmiger Spalt zwischen der Mantelfläche, des innen angeordneten Ringteils und der außen angeordneten äußeren Schaufelringes besteht. Das dritte Teilstück wird dabei durch Vergießen in einer Form eines Schlickers hergestellt, der aus in einem Lösungsmittel suspendierten Siliziummetallteilchen besteht, wobei die verwendete Gußform porös ausgebildet sein muß, damit das Lösungsmittel aus dem Schlicker abgezogen werden kann und also die Siliziummetallteilchen in der Ftf>rm zurückbleiben und dabei die angestrebte ringförmige Gestaltung ergeben. Der fertige Gießling ist dabei ziemlich porös und hat nur eine geringe Festigkeit, so daß er anschliessend erst gesintert werden muß, ehe seine Verbindung mit dem spritzgegossenen äußeren Sohaufelring möglich ist. Das Sintern muß dabei in einer inerten Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden, um die Bildung einer zweiten Phase in den Siliziummetallteilohen zu verhindern, wobei eine Temperatur zwischen etwa 98O⁰C und 118O°C bevorzugt wird. Das Sintern sollte über eine Zeitdauer zwischen etwa 5 Minuten und 12 Stunden vorgenommen werden, um die für die Handhabung dieses Teilstückes benötigte Festigkeit zu erreichen. Die Verbindung mit dem spritzgegoesenen äußeren Schaufelring erfolgt dann in der Weise, daß nach einer konzentrischen Anordnung der beiden Teilstüeke der zwisohen den zusammengehörigen und zuvor angenäßten Oberflächen ausgebildete teilförmige Spalt mit demselben Schlicker ausge-

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füllt wird, der zur Fertigung des dritten Teilstüokes benutzt wurde, wobei es dann wegen der porösen Materialeigenschaften dieser beiden Teilstüoke dazu kommt, daß auch hier das Lösungsmittel aus dem Schlicker abgezogen wird und folglich nur noch die Siliziummetallteilchen zurückbleiben, um zwischen den beiden Teilstücken eine zunächst noch schwache Verbindung zu ergeben, die dann anschließend dadurch gestärkt wird, daß die beiden Teilstücke einer Nitrierung unterworfen werden, um eine weitgehende Umwandlung des Siliziummetalls in reines Siliziumnitrid zu erreichen.

Die separate Fertigung eines solchen dritten Teilstückes ist jedenfalls dann gerechtfertigt, wenn dieses dritte Teilstück eine größere Masse und größere Abmessungen hat. Im Rahmen der vorliegenden Zusatzerfindung wurde jedoch die Erkenntnis gewonnen, daß eine solche separate Fertigung dann einen zu grossen Fertigungsaufwand bringt, wenn dieses durch Vergießen eines Schlickers geformte Teilstück eine kleinere Masse hat und Abmessungen, die es zur Vermeidung dieses erhöhten Fertigungsaufwandes eher angezeigt erscheinen lassen, dieses Teilstück gemeinsam mit dem äußeren Sohaufelring zu fertigen. Eine solche gemeinsame Fertigung hat aber den Nachteil, daß dadurch das Spritzgießen komplizierter wird und außerdem der anwendungstechnisohe Vorteil verlorengeht, daß das spritzgegossene Teilstück mit dem heißgepreßten Teilstück über ein Teilstück Verbunden ist, das eine andere Dichte hat als diese beiden weiteren Teilstücke mit ebenfalls unterschiedlichen Dichten.

Die vorliegende Zusatzerfindung besteht daher in der Anweisung, dieses dritte Teilstück am Ort der gemeinsamen Verbindung mit dem spritzgegossenen Teilstück unmittelbar an dieses anzformen und danach ohne eine weitere Zwisohenbehandlung beide Teilstücke zu nitrieren. Erfindungsgemäß werden damit die porösen Eigenschaften des spritzgegossenen Teilstücks unmittelbar dazu ausgenutzt, aus dem Schlicker das Lösungsmittel abzuziehen, so

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daß nur noch die Siliziummetallteilchen zurückbleiben, die also unter Benutzung des spritzgegossenen Teilstückes als Negativ unmittelbar die Formgebung des Teilstückes erhalten, welches die Verbindung des spritzgegossenen Teilstückes mit dem heißgepreßten Teilstück herstellt. Wegen dieser unmittelbaren Anformung kann folglich auch auf das im Hauptpatent vorgesehene Sintern verzichtet und stattdessen sofort nitriert werden, um dadurch dann wie im Hauptpatent eine Umwandlung des Siliziummetalls in Siliziumnitrid zu erhalten. Um für diese Nitrierung sicherzustellen, daß nur eine äußerst minimale Schrumpfung in dem aus dem Schlicker gebildeten Teilstück auftritt, empfiehlt es sich, daß der zur Bildung dieses Teilstükkes benutzte Schlicker einen Feststoffgehalt von mehr als 80# hat und/oder die Siliziummetallteilchen grobkörniger sind bzw. der Schlicker auch Siliziumnitrid enthält.

Die weiteren Verfahrensschritte stimmen überein mit denjenigen im Hauptpatent, so daß sie vorliegend nicht näher erläutert werden müssen.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers, wie des Läufers einer Gasturbine, aus Siliziumnitrid, bei dem zuerst ein durch Spritzgießen einer Siliziummetall-Trägermittel-Masse und anschließendes Ausbrennen des Trägermittels separat gefertigtes Teilstüok mit einem durch Vergießen eines Schlickers, der aus in einem Lösungsmittel suspendierten Siliziummetallteilchen besteht, geformten weiteren Teilstück verbunden wird und die verbundenen Teilstücke dann nach einer Nitrierung mit einem durch ein Heißpressen einer Siliziumnitrid-Verdichtungshilfsmittel-Masse gefertigten dritten Teilstück verbunden werden, wobei über eine gemeinsame Berührungsfläche vorzugsweise auf dieses dritte Teilstück ein gegen das weitere Teilstück gerichteter Druck bei gleichzeitiger Wärmebeaufschlagung ausgeübt wird, nach Patent ... (Patentanmeldung ...), dadurch g e kennzeichnet, daß das weitere Teilstück am Ort der gemeinsamen Verbindung mit dem einen Teilstüok unmittelbar an dieses eine.Teilstück angeformt wird und daß danach ohne weitere Zwischen behandlung beide Teilstücke der Nitrierung unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der zur Bildung des zweiten Teilstückes benutzte Schlicker einen Peststoffgehalt von mehr als etwa hat.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Bildung des zweiten Teilstückes benutzte Schlicker mindestens zu einem geringen Anteil aus grobkörnigeren Siliziummetallteilchen besteht und/oder Siliziumnitrid enthält.

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