DE2650083A1 - non-porous silicon nitride mouldings prodn. - by moulding silicon powder and silicone resin binder, opt. hardening and nitriding - Google Patents
non-porous silicon nitride mouldings prodn. - by moulding silicon powder and silicone resin binder, opt. hardening and nitridingInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum herstellen von Werkstücken aus SiliziumnitridProcess for the production of workpieces from silicon nitride
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum IIerstellen von Werksticken aus Siliziumnitrid nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 2.The invention relates to a method for creating work embroidery made of silicon nitride according to the preamble of claim 1 or according to the preamble of claim 2.
Bei bisherigen Verfaliren dieser Art wurde eine bildsame Formmasse aus Siliziumpulver mit einer Körngröße bis zu 50 pm und aus einem organischen Bindemittel hergestellt. Eine solche Formmasse ist sehr gut formbar und sie kann mittels den aus der Kunststofftechnologie bekannten Formgebungsverfaliren in die gewünschte Werkstückform gebracht werden: Kaltpressen, vrarmpressen, isostatisches Pressen, Strangpressen, Fließpressen, Spritzgicßen, Walzen, Tiefziehen, Drücken.In previous processes of this type, a malleable molding compound was used made of silicon powder with a grain size of up to 50 μm and an organic binder manufactured. Such a molding compound is very malleable and it can by means of the Forming processes known from plastics technology into the desired shape Workpiece shape: cold pressing, hot pressing, isostatic pressing, Extrusion, extrusion, injection molding, rolling, deep drawing, pressing.
Als Bindemittel für das Siliziumpulver wurden bisher ausnahmslos Kohlenwasserstoffverbindungen verwendet, die der Mischung die erforderliche Plastizität verliehen. Die Verwendung dieser Bindemittel hat jedoch einige schwerwiogende Nachteile. Das Bindemittel muß vor der Umwandlung des Werkstückes von Silizium in Siliziumnitrid weitgehend aus der Masse der Form vergast und entfernt werden. Wällrend des Entfernens und Vergasens des Bindemittels können, bedingt durch heftige ungleichmäßige oder aii falschen Stellen erfolgende Abgabe vou Dämpfen und Zersetzungsgasen leicht Veränderungen oder Schäden an der sich erhärtenden Form entstehen. Durch thermisch bedingte Erwel chung des Bindemittels bei der @ntfernung kaiin eine Werk stückform aufgrung ihrer eigenen Schwerkraft aus der Fasson geraten und ihre Maße verändern. Nach dem Entfernen des Bindemittels hinterbleibt immer ein nur noch sehr locker zusammenhängendes leicht zu beschädigendes Grünteil aus einem Siliziumpulver, bei welchem nur noch sehr geringe Bindekräfte zwischen den einzelnen Partikelchen vorhanden sind. Ein solches Grünteil ist im allgemeinen nur mit größter Vorsicht hantierbar bzw. transportierbar. Bei schwierigen Formen muß z. B. ein so hoher Anteil an Bindemittel verwendet werden, um die erforderliche Bildsamkeit der Masse zu erhalten, daß nach dem @ntfernen des Bindemittels aus der Formmasse die Purtikelchen in dem Grünteil in einem so lockeren und weit-@äufigen Verbund stehen, daß das entsprechende Grünteil überhaupt nicht mehr transportierbar ist. Bei derartigen Werkstückon muß das Bindemittel im seiben Ofen vergast werden, in welchem die Form später auch nitridiert wird. Die geringe Festigkeit des Grünteiles bringt hohe Verfahrens schwierigkeiten und viel Ausschuß mit sich.So far, hydrocarbon compounds have always been used as binders for the silicon powder used, which gave the mixture the necessary plasticity. The usage however, this binder has some serious disadvantages. The binder must largely before the workpiece is converted from silicon to silicon nitride the mass of the mold are gassed and removed. While removing and gassing of the binder can, due to violent uneven or aii Discharge of vapors and decomposition gases occurring in the wrong places easily changes or damage to the hardening form occurs. Due to thermally induced Erwel When removing the binding agent, it is possible to create a workpiece shape based on its get out of hand with their own gravity and change their dimensions. After removing of the binder always remains a very loosely cohesive light Green part to be damaged made of silicon powder, in which only very little There are binding forces between the individual particles. Such a green part can generally only be handled or transported with great care. at difficult forms must z. B. such a high proportion of binder can be used, in order to obtain the necessary malleability of the mass that after the @removing of the Binder from the molding compound the purticles in the green part in such a loose way and extensive network stand that the corresponding green part is not at all is more transportable. In the case of such workpieces, the binder must remain in place Gas furnace, in which the mold is later nitrided. The minor one Strength of the green part brings high process difficulties and a lot of waste with himself.
Bei komplizierten Werkstückformen, bei denen ein hoher Bindemittelanteil zur Erzeugung der erforderlichen Bildsamkeit der Formmasse verwendet werden mußte, entsteht beim Nitridiereu poröses Material mit relativ geringer Festigkeit und relativ geringer Dichte. Der Volumenprozentsatz des Bindemittels in der Mischung ist in solchen Fällen so hoch, da@ die vorn Bindemittel hinterlassenen Poron bei weitem nicht durch den Volumenzuwachs der einzelnen Partikelchen der masse bei dcln Nitricliererl gefüllt werden. Derartige Eigenschaften des Materials sind für viele Anwendungszwecke, für die an sich ein Werkstück aus Siliziumnitrid sinnvoll wäre, ungeeignet Bei hohen Uinderanteilen in der Mischung der bildsamen Hasse ist das Werkstück aber auch während des Nitridiervorganges dadurch gefährdet, daß aufgrund von thermi -schen Spannungen, die ven dem sich verfestigenden Werkstück nicht mehr au@genommen werden können, dieses vor Erreichen seiner endgültigen Festigkeit zerstört oder beschädigt wird.For complex workpiece shapes that have a high proportion of binder had to be used to produce the required malleability of the molding compound, Nitridiereu produces porous material with relatively low strength and relatively low density. The volume percentage of the binder in the mixture is in in such cases so high that the poron left behind by the binding agent is by far not through the increase in volume of the individual particles of the mass in the case of the nitrates be filled. Such properties of the material are useful for many purposes, for which in itself a workpiece made of silicon nitride would make sense, unsuitable at high Uinder proportions in the mixture of the plastic hate is the workpiece but also during the nitriding process is endangered by the fact that due to thermal stresses, which can no longer be taken up from the solidifying workpiece, this is destroyed or damaged before reaching its final strength.
Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrunde liegende Verfahren in der Weise abzuändern, dar: die geschilderten Nachteilo vermiedon werdeii, daß also eine ausreichend hohe Festigkeit des Grünteile bzw. der sich vorfestigenden Form gewährleistet werden kann.The object of the invention is to provide the underlying method in the Modify way, that means: the disadvantages described are avoided, so that one Sufficiently high strength of the green parts or the pre-setting form is guaranteed can be.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß in der im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 oder von Anspruch 9 genannten Weise verfahren.To solve this problem, according to the invention in the in the characterizing Proceeding part of claim 1 or of claim 9 mentioned manner.
Die vorgeschlagene Verwendung von Silikonharz als Bindemittel vermeidet die Porenbildung beim Aushärten der Form zu einem Grünling, weil das Bindemittel bei diesem Verfahrensgang in der Fermmasse verbleibt. Auch beim Nitridierungsvorgang wird das Bindemittel nicht aus dem Verbund entfernt, sondern es wird aufgrund der besonderen chemischen Zusammensetzung des Silikonharzes chemisch derart umgewandelt, daß es in den Verbund der Grundsubstanz der Masse eingebaut werden kann. Die Volumenabnahme des Bindemittels aufgrund voIi sich verflüchtigenden Bestandteilen ist dabei relativ gering. Bei der Verwendung von Silikonllarz als Bindemittel kann im übrigen u. U.Avoids the proposed use of silicone resin as a binder the formation of pores when the mold hardens to form a green compact, because the binder remains in the Ferm mass during this process. Even with the nitriding process the binder is not removed from the composite, but it is due to the special chemical composition of the silicone resin chemically converted in such a way that that it can be built into the compound of the basic substance of the mass. The decrease in volume of the binder due to volatilizing constituents is relative small amount. When using silicone resin as a binder, it may also be possible to
der Verfahrensgang der Aushärtung zu einem Grünling ganz übersprungen werden und nach dem Ausformen des noch weichpla stischen Werkstückes dieses unmittelbar nitridiert werden. Daneben hat aber die Verwendung von Silikonharz als Bindemittel noch folgende Vorteile. Silikonharz verleiht dem Siliziumpulver eine ausgezeichnete Plastizität, so daß eine gute Bildsamkeit der Formmasse für komplizierte Formen gewährleistet werden Icaml. Wegen des Verbleibs des Dindemittels in der Nasse und seines späteren Einbaues in den Werkstoffverbund ist das Verhältnis von Bindemittel Z11 Grundsubstanz innerhalb der Mischung der Formmasse in weiten Grenzen variierbar, so d!5 aufgrund eines frei wählbaren Anteiles an Bindemittel in der Mischung die Bildsamkeit der Formmasse der homplizierthoit des Werkstückes optimal angepaßt werden karni. Darüber hinaus karnl in einem tllermischen I>rozcß das Bindemittel vor dem Nitridieren in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften verändert werden. Dic Veränderung kann in einer Luftatmosphäre bei Temperaturen zwischen 300 und höchstens etwa 1100 OC, vorzugsweise etwa um 500 oO herum erfolgen.the process of curing to a green compact is skipped entirely and after the molding of the workpiece is still soft plastic this immediately are nitrided. In addition, however, has the use of silicone resin the following advantages as a binder. Silicone resin gives the silicon powder an excellent plasticity, so that a good ductility of the molding compound for Complicated shapes are guaranteed Icaml. Because of the whereabouts of the detergent in the wet and its later installation in the composite material is the ratio of binder Z11 basic substance within the mixture of the molding compound to a large extent Limits can be varied, so d! 5 due to a freely selectable proportion of binding agent in the mixture the malleability of the molding compound the complication of the workpiece be optimally adapted to karni. In addition, karnl in a mix of tales the chemical and physical properties of the binder prior to nitriding to be changed. The change can take place in an air atmosphere at temperatures between 300 and at most about 1100 oC, preferably about 500 oO.
Bei Veränderung (Oxydation) unter Luftatmosphäre wird der für den Oxydationsvorgang benötigte Sauerstoff aus der Luft gen@mmen. Es bilden sich flüchtiger Kohlenwasserstoff, Kohlendioxid und Siliziumdioxid. Siliziumdioxid wird beim Nitridieren mit in die Grundmasse eingebaut durch Umwandlung in Siliziumnitrid. Statt in Luft kann auch unter einer Schutzgasatmosphäre mit einem sich bei den angegebenen Temperaturen inort verhaltenden Schutzgas z. B. unter einer Stickstoffatmosphäre verändert werden. hierbei wird das harz in Siliziumdioxid, Kohlenstoff und flüchtige Kohlenwasserstoffe zersetzt.If there is a change (oxidation) in an air atmosphere, the for the Take the oxygen required from the air during the oxidation process. It forms more volatile Hydrocarbon, carbon dioxide and silicon dioxide. Silicon dioxide is used during nitriding built into the matrix by converting it into silicon nitride. Instead of in air can also be carried out under a protective gas atmosphere at the specified temperatures inort-behaving protective gas z. B. can be changed under a nitrogen atmosphere. This turns the resin into silicon dioxide, carbon and volatile hydrocarbons decomposed.
Siliziumdioxid wird beim Nitridieren in Siliziumnitrid, Kohlenwasserstoff in Siliziumkarbid umgewandelt. Das gleichmäßig verteilte Siliziumkarbid, welches nur in geringer Menge vorhanden ist, schadet dem Siliziumnitridteil nicht.During nitriding, silicon dioxide turns into silicon nitride, a hydrocarbon converted into silicon carbide. The evenly distributed silicon carbide, which is only present in a small amount, does not damage the silicon nitride part.
In ausgehärtetem Zustand hat das Bindemittel und mit ihm der entsprechende Werkstückgrünling eine sehr hohe Festigkeit.In the cured state, the binder has and with it the corresponding one The green part has a very high strength.
In grünem Zustand lassen sich daher die Werkstücke sehr gut spanabllebend bearbeiten, so daß entsprechend gute Oberflächenbeschaffenheiten und genaue Abmessungen erzielbar sind. Das gleiche trifft weitgehend auch für einen Werkstückgrünling zu, in welchem das Bindemittel chemisch und physikalisch verändert ist.In the green state, the workpieces can therefore be machined very easily edit so that correspondingly good surface finishes and precise dimensions are achievable. The same applies to a large extent to a green part, in which the binder is chemically and physically changed.
lin spezielles Anwendungsgebiet des zugrunde liegenden und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Matrixstrukturen für Regeneratoren und Rekuperatoren z. B. für die Abwärmerückgewinnung und die Frischluftanwärmung bei Gasturbinenanlagen. Derartige Pegeneratoren und Rekuperatoren sind monolithische oder bei ihrer Entstehung aus mehroren einzelnen Komponenten aufgebaute Wabenstrukturen aus Feinkeramik. Während des Entstehens solcher Werkstücke können die Einzelkomponenten in der gewünschten Relatiylage zusammengefügt und unter Verwendung einer Klebemasse zusammengeklebt werden. Als Klebemasse kann hierbei vorzugsweise ebenfalls eine Mischung aus Siliziumpulver und aus Silikonharz als Bindemittel oder ein Silikonhars alleine verwendet werden. Dank einer solchen Klebemasse kann dor Zustand der Einzelkomponenten beim Zusammenfügen und Zusammenkleben weichplastisch, grün, chemisch/physikalisch verändert oder nitridiert sein; zweckmäßigerweise wird man einen noch nicht nitridierten Zustand wählen. Die Klebemasse kann zunäcllst, wie die Formmasse selber auch, bei etwa 250 °C ausgehärtet werden und dann nitridiert werden, sie kann aber auch sofort nach dem Zusammenfügen nitridiert werden.lin special field of application of the underlying and of the invention The process is the production of matrix structures for regenerators and recuperators z. B. for waste heat recovery and fresh air heating in gas turbine systems. Such pegenerators and recuperators are monolithic or at the time of their creation Honeycomb structures made of fine ceramics made up of several individual components. While the creation of such workpieces can be the individual components in the desired Relatiylage put together and glued together using an adhesive will. A mixture of silicon powder can preferably also be used as the adhesive and silicone resin as a binder or a silicone resin alone can be used. Thanks to such an adhesive, the state of the individual components when they are joined together and sticking together soft plastic, green, chemically / physically changed or nitrided be; expediently one will choose a condition that has not yet been nitrided. the Like the molding compound itself, the adhesive can initially cure at around 250.degree and then nitrided, but it can also be done immediately after joining are nitrided.
Die einzelnen Behandlungsvorgänge für die Klebeverbindung können zugleich mit den entsprechenden Behandlungsvorgängen für die Formmasse oder auch in gesonderten Arbeitsvorgängen vorgenommen werden.The individual treatment processes for the adhesive connection can be carried out at the same time with the corresponding treatment processes for the molding compound or in separate ones Operations are carried out.
Aufgrung der erfindungsgemäßen Verwendung von Silikonharz als Bindemittel für die welchplastische Formmasse können die Einzelkomponenten von kompliziert aufgebauten Formen auch in weichplastischem Zustand zusammengefügt und an den Kontaktstellen zusammengedrückt worden, so daß an den Kontaktstellen ein inniger Verbund der Formmassen entsteht. Das Zusammenkle ben der Dinzelkomponenten geschieht also ohne Verwendung einer gesonderten Klebemasse einfach aufgrung der Adhäsions kräfto der noch weichplastischen Formmasse. Dei der späteren Weiterbehandlung dieser Teile sintern die Einzelkomponenten im Kontaktbereich ebenfalls zu einem monolithischen Verbund zusammon.Based on the inventive use of silicone resin as a binder the individual components of complex structures can be used for the plastic molding compound Shapes also joined together in a soft plastic state and at the contact points been pressed together, so that an intimate bond of the molding compounds at the contact points arises. The single components are glued together without any use a separate adhesive mass simply due to the adhesion strength of the still soft plastic ones Molding compound. The individual components sinter during the subsequent further treatment of these parts in the contact area also together to form a monolithic composite.
@s sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber noch erwähnt, daß die Einzelkomponenten nicht in jedem Falle vor ihrem Zusammenfügen lose Teile sein müssen, sondern daß es sich dabei auch um quasiendlose Bänder unterschiedlicher Querschnittsform handein kann, die in einem ein- oder mehriag@gen @ickel lagenweise übereinandergewickelt werden.@s should be mentioned at this point for the sake of completeness that the individual components are not always loose parts before they are assembled must, but that these are also quasi-endless bands of different kinds Cross-sectional shape can be handled in a single or multi-layered layer be wrapped on top of each other.
@owohl in die Crundsubstanz für die blldsame l'ormmasse als auch in die Klebemasse kann Siliziumnitridpulvor zugemischt werden. @iliziumpulver fällt bei dei Vermahlung von Ausschu@-werkstüc@en an@ Aufgrung @iner solchen Verfahrensweise kann das @aterial von Ausschu@werkstücken in kostengünstiger Weise wioderverwendet werden.@both in the basic substance for the common l'ormmasse as well as in silicon nitride powder can be mixed in beforehand with the adhesive. @silicon powder falls in the grinding of rejects to @ Aufgrung @in such a procedure the material from scrap workpieces can be reused in a cost-effective manner will.
Die @rfindung ist anhang von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen für Gasturbinenaulagen üblichen Regenerator, Fig. 2 eine axiale Ansicht der Regeneratorscheibe alleine, Fig. @ eine mit einem strichpunktierten Kreis III hervorgehebene Einzelheit der Regeneratorscheibe nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, Fig. 4 das Aufbauschema für eine Kreuzs trom Matrix struktur eines Rekuperators aus ebenen uiid ge wellten Folien, Fig. 5 das Aufbauschema für eiiie Matrixstruktur mit ausschließlich parallelaufenden Kanälen u n d Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Matrixstruktur mit parallellaufenden Kanälen.The invention is attached to the embodiments shown in the drawings briefly explained below; show: Fig. 1 is a cross section through a regenerator customary for gas turbine installations, FIG. 2 is an axial view the regenerator disc alone, Fig. @ one with a dash-dotted circle III highlighted detail of the regenerator disk according to FIG. 2 in an enlarged view, Fig. 4 shows the construction scheme for a cross flow matrix structure of a recuperator made of flat and corrugated foils, FIG. 5 shows the construction scheme for a matrix structure with exclusively parallel channels and FIG. 6 shows a further embodiment for a matrix structure with channels running in parallel.
Bei dem in rig. 1 dargestellten Regenerator ist eine Regeneratorscheibe 1 in einem Gehäuse 3 mittels einer Welle 2 drehbar gelagert. Am Außenumfang der Scheibe ist über eine elastische Zahnkranzhalterung 5 ein Zahnkranz 4 angeordnet, so daß die Scheibe 1 über ein Antriebsritzel 6 und eine Antriebswelle 7 in langsame Drehung versetzt werden kann. Das Gehäu se 3 weist vier Anschlüsse für die in Wärmeaustausch stchenden Modien auf: und zwar die Abgaszufuhr 8 zur Zuleitung von wärmeab@ebendem Abgas einer Gasturbinenanlage, die Abgasabfuhr 9 zur Ableitung von abgekühltom Abgas, die Frischluftzufuhr 10 ziir Zuloltung von vorver(lichteter Frischluft fiir die Gasturbinenanlage und die Frischluftabfuhr 11 zur Abfuhr der aufgewärm ten Prisch@uft. Die Übergangsstellen von den Anschlüssen bis 11 in die Scheibe sind über entsprechende Dichtungen 12 bis 14 abgedichtet.The one in rig. 1 is a regenerator disk 1 rotatably mounted in a housing 3 by means of a shaft 2. On the outer circumference of the Disc, a ring gear 4 is arranged over an elastic ring gear holder 5, so that the disc 1 via a drive pinion 6 and a drive shaft 7 in slow Rotation can be offset. The hous se 3 has four connections for the heat exchange stinging modes: namely the exhaust gas feed 8 for the supply of heat-reducing Exhaust gas from a gas turbine system, the exhaust gas discharge 9 for discharging cooled exhaust gas, the fresh air supply 10 for the supply of pre-ventilated fresh air for the Gas turbine system and the fresh air discharge 11 for discharging the warmed up Prisch @ uft. The transition points from the connections to 11 in the pane are via corresponding Seals 12 to 14 sealed.
Die Regeneratorscheibe weist eine von der Welle 2 gehaltene Nabe 16 auf, um die eine spiralig aufgebaute Natrixstruktur 17 herumgewickelt ist. Wie die vergrößerte Einzeldarstellung der Fig. 3 zeigt, ist in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 die Natrixstruktur 17 der Regeneratorscheibe 1 durch Wickeln eines quasiendlosen Folienbandes 1;S aus zunächst noch weichplastischer Formmasse entstanden. Auf einer der Folienseiten - im Beispiel auf der radial inneren Folienseite - sind in regelmäßigen Abständen Distanzrippen 19 angeformt, die mit ihrer gröfJten Erh@bung auf der Außenseite dos Wickelns anliegen und an den Kontaktstellen 19a einen Verbund mit der darunterliegenden Folie eingehen. Ilierbei kann unter Verwendung einer besonderen Klebemasse aus Siliziumpulver und Silikonharz oder aus Silikonharz alleine oder auch online Verwendung einer gesonderten Klebeniasse allein aufgrund der restlichen Adhäsionskraft der noch bildsamen Formmasse ein Vorbund der zunächst noch weichplastischen Folie 18 an den Kontakts teilen 19a mit den Stützrippen 19 herbeigeführt werden. Bei Verwendung von Klebemasse kann diese auf dio Spitzen der Stützrippen kurz vor dem Auflaufen der Folie auf den Wickel aufgetragen werden.The regenerator disk has a hub 16 held by the shaft 2 around which a spiral matrix structure 17 is wound. As the shows enlarged individual representation of FIG. 3 is in the embodiment according to 1 to 3, the matrix structure 17 of the regenerator disc 1 by winding a Quasi-endless film strip 1; S emerged from initially still soft plastic molding compound. On one of the foil sides - in the example on the radially inner foil side - are spacer ribs 19 formed at regular intervals, with their largest elevation rest on the outside of the winding and a composite at the contact points 19a with the foil underneath. Ilierbei can be made using a special Adhesive mass made of silicon powder and silicon resin or made of silicon resin alone or also online use of a separate adhesive mass based solely on the remaining ones Adhesive strength of the still malleable molding compound a prebond of the initially still soft plastic Foil 18 on the contact share 19 a with the support ribs 19 are brought about. When using adhesive, this can be applied to the tips of the support ribs shortly before can be applied to the wrap when the film emerges.
Zur Herstellung der Mischung der bildsamen Formmasse für die Bandfolie 18 Kann beispielsweise ein Siliziumpulver mit der Korngröße bis zu 50 >im und ein Silikonliarz verwendet werden.To produce the mixture of the malleable molding compound for the tape film 18 Can, for example, a silicon powder with a grain size of up to 50> im and a silicone resin can be used.
Lin geeignetes Silikonharz ist z. B. das harz Nr. @o4 der Firma Dow Corning GmbH, 6000 Frankfurt/Main, oder ein ähnliches Harz der Firma Wacker-Chemie, 8000 München. Das Mischungsverhältnis von Pulver zu Harz muß erprobt werden und im hinblick auf die jeweilige angestrebte Form optimiert werden. Der Formmasso kann Siliziumnitridpulver im angegebenen Korngrößenbereich zugegeben werden. Die dargestellte Bandfolie 18 mit den Querrippen 19 Icann durch Extrudieren einer zunächst glatte Folie von etwas größerer Wandstärlce und anschließendem Walzen erfolgen. Durch das Walzen wird die Wandstärke der Folie noch otwas reduziert und es werden gleichzeitig dabei die Querrippen angeformt.Lin suitable silicone resin is e.g. B. Resin No. @ O4 from Dow Corning GmbH, 6000 Frankfurt / Main, or a similar resin from Wacker-Chemie, 8000 Munich. The mixing ratio of powder to resin must be tested and be optimized with regard to the respective desired shape. The form measurement can Silicon nitride powder can be added in the specified grain size range. The one shown Tape 18 with the Cross ribs 19 I can by extruding a first smooth film with a slightly larger wall thickness and then rolling. By rolling, the wall thickness of the film is still somewhat reduced and there will be at the same time the transverse ribs are formed.
Nach Fertigstellung der Form in diesem zunächst noch weichplastischen Zustand wird die Regeneratorscheibe bei etwa 250 °C in Luftatmosphäre gehärtet und ein sogenannter Grünling erzeugt. hierbei verbleibt das Bindemittel in der Formmasse und auch das Bindemittel einer etwa verwendeten Klebemasse bleibt iiuierhalb der Klebemasse an den Klebestellen zurück. Das Biiidemittel wird vielmehr durch den llärtvorgang selber hart und bildet zusammen mit dem Siliziumpulver eine harten Werkstoff.After completing the form in this initially still soft plastic State, the regenerator disk is hardened at about 250 ° C in an air atmosphere and a so-called green compact is produced. the binder remains in the molding compound and the binding agent of any adhesive that is used remains the same Adhesive mass back at the adhesive points. The forming agent is rather by the The hardening process itself is hard and, together with the silicon powder, forms a hard one Material.
In diesem grünen Zustand des Werkstückes kann der Grünling spanabhebend bearbeitet werden, weil die Festigkeit des Werkstückes iii diesem Zustand entsprechend hoch ist. Die Regeneratorscheibe kann ze B. an den beiden axialen Stirnsoiten plangodreht oder plangeschliffen worden, so daß die erforderliche Planparallelität der gegenüberliegenden Seiten und die erforderliche Oberflächengüte entsteht.In this green state of the workpiece, the green part can be machined machined because the strength of the workpiece iii corresponding to this state is high. The regenerator disk can, for example, be turned flat on the two axial front ends or ground so that the required plane parallelism of the opposite Sides and the required surface quality is created.
Nach der spanabhebenden Fertigbearbeitung des Grünlings kann dieser nun in einem anschließenden Behandlungsvorgang nitridiert werden. hierzu wird das Werkstück in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 1400 OC gebrannt. Durch dieses Brennen bzw. Nitridieren findet eine chemische Umwandlung sowohl des Siliziumpulvcrs als auch des Dindemittels statt, ohne daß das Werkstück während des Brennvorganges vorübergehend etwa seine Festigkeit und Formbeständigkeit verlieren würde. Aus den Siliziumkörnern entsteht Siliziumnitrid und aus den feston Zersetzungsprodukten des Bindemittels entsteht ebenfall Siliziumnitrid und gegebenenfalls etwas Siliziumkarbid. Das Siliziumnitrid entsteht dabei überwiegend in Form von sogenannten Whiskern - in fasrigen Siliziumnitridkristallen, dio die einzelnen Partikel des Werkstückverbundes fest verbinden. Durch die Besonderheit der Bildung von Siliziumnitrid auch aus dem Bindemittel geschieht dies fester als üblich.After the final machining of the green part, it can are now nitrided in a subsequent treatment process. this will be the Workpiece fired in a nitrogen atmosphere at around 1400 OC. Because of this Firing or nitriding takes place a chemical conversion of both the silicon powder as well as the dicing agent instead of the workpiece during the firing process would temporarily lose some of its strength and dimensional stability. the end the Silicon grains are formed from silicon nitride and from the feston decomposition products silicon nitride and possibly some silicon carbide are also produced in the binder. The silicon nitride is mainly produced in the form of so-called whiskers - in fibrous silicon nitride crystals, dio the individual particles of the workpiece compound connect firmly. Due to the peculiarity of the formation of silicon nitride also from the Binder, this happens more firmly than usual.
In Fällen, in denen zur Erzeugung einer besondors guten Dildsanikeit der weichplastischen Formmasse ein besonders hoher Anteil an Silikonliarz als Bindemittel in die Formmasse eingegeben wurde, kann ein Teil dieses Bindemittels vor dem Nitridieron des Grünlings in soinen chemischen und physikalischen Eigenschaften verändert werden, was bei Temperaturen unterhalb von etwa 1100 OC in einer Luft- odor auch in einer Stickstoffatmosphäre geschehen kann.In cases in which to create a particularly good dildosanikeit the soft plastic molding compound has a particularly high proportion of silicone resin as a binding agent has been entered into the molding compound, some of this binder can before the nitridation chemical and physical properties of the green body are changed, what at temperatures below about 1100 OC in an air odor also in a Nitrogen atmosphere can happen.
Bei Werkstücken, die in grünem Zustand nicht spanabhebend bearbeitet zu werden brauchen, kann das Nitridieren auch unmittelbar im Anschluß an die Fertigstellung der noch weichplastischon Form erfolgen.For workpieces that are not machined when they are green need to be, nitriding can also be carried out immediately after completion the still soft plastic shape.
Bei der in Fig. 4 dargostellten Matrixstruktur 20 ist abwechselnd eilie obeno Folie 24 und eine gewollte Folie 25 bzw. 26 übereinandergestapelt und an den Kontaktstellen 23 verklobt.In the case of the matrix structure 20 shown in FIG. 4, alternating eilie obeno film 24 and a desired film 25 or 26 are stacked on top of each other and engaged at the contact points 23.
Durch die kreuzweise Anordnung der längsgewellten Folie 25 und der quergewellten Folie 2G entstehen innerhalb der Matrixstruktur aufgrund der jeweils zwischengelegten ebenen Folien 24 Längskanäle 21 und Querkanäle 22. Eine solche Matrixstruktur ist vor allem für Kreuzstromwärmetauscher geeignet, bei dem gloichzeitig ein wärmeaufnehmendes und ein wärmeabgebendes Medium in wärmeaustauschendem Kontakt miteinander stehen.Due to the crosswise arrangement of the longitudinally corrugated film 25 and the transversely corrugated foil 2G arise within the matrix structure due to the respective interposed flat films 24 longitudinal channels 21 and transverse channels 22. One such Matrix structure is particularly suitable for cross-flow heat exchangers, at the global one heat-absorbing and one heat-emitting medium in heat-exchanging To be in contact with each other.
Bei dor ähnlich aufgebauten Matrixstruktur 3o nach Fig. 5 sind zwischen ebenen Folien 24 gewellte Folien 31 mit einheitlicher Erstreckung der Wellen angeordnet, so daß sich zwischen den entlang der linienförmigen Kontaktstellen 32 verbundenen Folien 24 und 31 nur einheitlich parallelverlaufende Kanäle 33 ergeben. Diese Art der Matrixstruktur ist für Rekuperatoren geeignet, bei denen das wärmeaufnehmende und das wärmeabgebende Medium im Gegenstrom durch die Matrixstruktur hindurchströmon, und zwar abwechselnd in je aufeinanderfolgenden Ebenen.In the similarly constructed matrix structure 3o according to FIG. 5, there are between flat foils 24 corrugated foils 31 arranged with uniform extension of the waves, so that connected between the along the line-shaped contact points 32 Films 24 and 31 result in only uniformly parallel channels 33. This kind the matrix structure is suitable for recuperators in which the heat-absorbing and the heat-emitting medium flows through the matrix structure in countercurrent, alternately in successive levels.
Die in Fig. 6 gezeigte Matrixstruktur 35 ist aus oinzeln extrudierten Röhrchen 36 aufgebaut, die im Extrusionsverfahren mit einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Extrusionsrichtung hergestollt werden, wobei in die Röhrchen die runden Kanäle 37 beim Extrudioren eingeformt werden. Die zunächst in quasiendlosor Form extrudierten Röhrchen werden in Einzelabschnitte von gewünschter Lange quergeschnitten und an den Kontaktstellen 3;, zu der gewünschten Matrixhöhe aufeinandergeklebt. Hierbei kann eine relativ dünnflüssige Klebemasse mit einem hohen«Silikonharzanteil verwendet werden, damit sich durch leichten Andruck der Röhrchen 36 die Klebemasse an den Kontaktstellen 3:J und in den Zwickeln 39, die zweckmäßigerweise vollständig auszufüllen sind, leicht verteilt. Es kann bei dieser Art von Matrixstruktur zweckmäßig sein, die Röhrchen 36 in zunächst noch sehr langen Stücken grünzubrennen und erst in grünem Zustand auf die gewünschte Abschnittslänge zu zersägen und orst diese in grünem Zustand anfallenden Abschnitte der Röhrchen zu der gewünschten Matrixstruktur in der erforderlichen Höhe zusammenzusetzen. Hierbei kann dann die beim Zusammensetzen verwendete Klebemasse in einem weiteren Aushärtevorgang bei 25o OC ebenfalls zu einem griilion Zustand ausgehärtet werden, so daß die gesamte Matrixstruktur unverrückbar festliegt und spanabhebend bearbeitet werden kann, bevor das Teil endgültig nitridiert wird. Es ist auch dexflcbar, eine Matrixstruktur mit der erforderlichen Röhrchenanzahl zusammenzusetzen, diese Matrixstruktur aber in Richtung dor Röhrchen sehr lang zu gestalten, beispiolsweise so lang wie der Härteofen selbor, in diesem überlangen Zustand die zunächst noch weichplastische Matrixstruktur auszuhärten zu einem Grünling und von diesem quasiendlosen Grünling dann Matrixstrukturen von der gewünschten Abmessung in Kanalrichtung abzulängen.The matrix structure 35 shown in Fig. 6 is made of individually extruded Tubes 36 built up in the extrusion process with a perpendicular to the plane of the drawing lying in the extrusion direction, with the round tubes in the tubes Channels 37 are formed in the extrusion process. The first in a quasi-endlosor form extruded tubes are cross-cut into individual sections of the desired length and at the contact points 3 ;, glued to one another to the desired matrix height. A relatively thin-bodied adhesive with a high proportion of silicone resin can be used here be used so that the adhesive mass by lightly pressing the tube 36 at the contact points 3: J and in the gussets 39, which are expediently complete are to be filled in, easily distributed. It can be useful with this type of matrix structure be to burn the tubes 36 green in initially very long pieces and only in the green state to the required section length to saw up and place these green sections of the tubes at the desired location Assemble matrix structure in the required height. Here the adhesive used during assembly in a further curing process 25o OC can also be hardened to a griilion state, so that the entire Matrix structure is immovable and can be machined before the part is finally nitrided. It is also dexflcable, having a matrix structure the required number of tubes, but this matrix structure in To make the tube very long, for example as long as the curing oven selbor, in this overly long state the initially still soft plastic matrix structure to harden to a green compact and then matrix structures from this quasi-endless green compact to be cut from the desired dimension in the direction of the duct.
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