DE2915831C2 - - Google Patents
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- B22F3/12—Both compacting and sintering
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Gegenstandes aus einem pulverförmigen Material gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Verfahren ist bekannt
aus der DE-OS 27 30 661. Das pulverförmige Material
kann metallischer oder keramischer Art sein.
Bei der Herstellung von Gegenständen aus metallischem oder
keramischem Material durch Zusammensintern von Pulver aus dem
genannten Material durch isostatisches Pressen wird das Pulver
zweckmäßigerweise zunächst zu einem handhabbaren Pulverkörper
vorgeformt. Dies kann durch loses Sintern geschehen, worunter
man versteht, daß das Pulver in einem Formraum gefüllt wird
und im Vakuum oder in Schutzgas gesintert wird, so daß ein
zusammenhängender stabiler Körper entsteht, ohne daß dabei eine
nennenswerte Verdichtung stattfindet. Das Vorformen kann jedoch
auch dadurch geschehen, daß das Pulver isostatisch kompaktiert
wird, beispielsweise in einer geschlossenen Kapsel aus nachgiebigem
Material, wie zum Beispiel einer Kunststoffkapsel. Die
Kompaktierung kann vorzugsweise ohne Bindemittel bei Raumtemperatur
oder einer anderen Temperatur erfolgen, die wesentlich
unter der Sintertemperatur beim Zusammenpressen liegt. Danach
kann dem Produkt durch Werkzeugmaschinenbearbeitung die gewünschte
Form gegeben werden. Für die Vorformung kann man u. a.
auch herkömmliche Techniken zur Herstellung keramischen Guts
anwenden. Hierbei wird meistens das Pulver vor dem Formen mit
einem temporären Bindemittel, z. B. Methylzellulose, Zellulosenitrat,
einem Akrylatbindemittel, einem Wachs oder einer Mischung
von Wachsen gemischt. Das Bindemittel wird nach dem Vorformen
durch Erhitzung entfernt, so daß der vorgeformte Pulverkörper
praktisch frei von Bindemittel ist.
Wenn der vorgeformte Pulverkörper bei der Sintertemperatur isostatisch
gepreßt wird, dann muß er zur Erzielung eines dichten
gesinterten Produktes in eine Hülle eingeschlossen sein, die
während des Pressens das verwendete Druckmittel, normalerweise
ein Gas, daran hindert, in den Pulverkörper einzudringen. Die
Hülle, die ebenso wie ihr Inhalt während eines Fertigungsvorganges
vor dem Verschleißen von nichterwünschten Gasen befreit wird,
muß beim Pressen eine genügend hohe Festigkeit oder Viskosität
haben, damit sie nicht selbst in die Poren des Pulverkörpers hineingedrückt
wird. Wenn man als Hülle eine vorgeformte Kapsel aus
Glas verwendet, das für ein Pulvermaterial mit über 1000°C
liegenden Sintertemperaturen einen hohen Schmelzpunkt haben
muß, um bei der hohen Sintertemperatur nicht wegzurinnen oder
in den Pulverkörper einzudringen, so kann man es nicht verhindern,
daß sich das Glas, wenn es weich wird, in den Taschen und anderen
Einbuchtungen des vorgeformten Pulverkörpers ansammelt.
Dies führt beim Abkühlen des fertiggesinterten Gegenstandes
oft zu Brüchen an vorstehenden Teilen des Gegenstandes, da das
Pulvermaterial einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
als Glas hat. Das Verfahren eignet sich daher nur zur Herstellung
von Gegenständen sehr einfacher Form. Man kann, insbesondere
wenn es sich um die Herstellung von Gegenständen
komplizierter Form handelt, so vorgehen, daß die Hülle unmittelbar
auf dem Pulverkörper gebildet wird, indem man den
vorgeformten Pulverkörper in eine Aufschlämmung von Partikeln
aus hochschmelzendem Glas (für Material mit hoher Sintertemperatur)
taucht oder den Körper auf andere Weise mit einer
Schicht aus Partikeln eines solchen Glases umgibt und danach
den Pulverkörper unter Vakuum bei einer solchen Temperatur
erwärmt, daß die Partikel eine dichte Hülle um den Körper
bilden. Das letztgenannte Verfahren ermöglicht die Aufbringung
einer dünnen und sich der Form des Pulverkörpers anpassenden
Hülle, so daß Ansammlungen von Glas auf dem fertiggesinterten
Gegenstand und die damit verbundenen Nachteile vermieden
werden. Eine dichte Hülle erhält man erst bei hohen Temperaturen,
da das Glas ja hochschmelzender Art sein muß, um nicht
wegzurinnen oder beim Sintern des Pulvermaterials in den Pulverkörper
einzudringen. Es ist auch bekannt, und zwar für
Siliziumnitrid, eine poröse Schicht aus einem niedrigschmelzenden
Glas auf einer porösen Schicht aus hochschmelzendem
Glas anzubringen. In diesem bekannten Fall wird die
äußere poröse Schicht in eine für das Druckmittel undurchlässige
Schicht umgewandelt, während der Pulverkörper entgast
wird. Nachdem sich eine dichte Schicht gebildet hat,
wird ein Druck auf den eingeschlossenen Pulverkörper mit
einem gasförmigen Druckmittel ausgeübt, um der Dissoziation
des Siliziumnitrids bei fortgesetzter Temperaturerhöhung
entgegenzuwirken. Bei der fortgesetzten Temperaturerhöhung
reagiert das Glas der äußeren Schicht mit dem Material der
inneren porösen Schicht unter Bildung eines mehr und mehr
hochschmelzenden Glases und unter Aufrechterhaltung einer
für das Druckmittel undurchlässigen Schicht. Schließlich
wird eine für das Druckmittel undurchlässige Glasschicht aus
dem innersten Teil der inneren porösen Schicht gebildet, bevor
das Glas der äußeren Schicht abrinnt. Diese zuletzt
gebildete Glasschicht bildet eine dichte Hülle um den Pulverkörper,
wenn das isostatische Pressen des vorgeformten
Produktes bei Sintertemperatur durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren nach der DE-OS 27 30 661 wird auf dem vorgeformten
Körper in der bereits oben beschriebenen Weise
eine zunächst poröse Schicht aufgebracht, die dann nach dem
Entgasen des vorgeformten Körpers unter Aufrechterhaltung
des Vacuums bei steigender Temperatur in eine gasundurchlässige
Schicht umgewandelt wird. Hierbei zeigt sich, daß bei
dem fertig gepreßten Körper in der Hülle häufig feine Öffnungen
vorhanden sind, die dadurch entstehen, daß während
des Verdichten des Körpers Gas, das vom vorgeformten Körper
freigesetzt wird, die Hülle durchdringt. Das hat zur Folge,
daß beim anschließenden Heißpressen des Körpers Druckgas
durch die Hülle in den Körper eindringen kann, wodurch die
gewünschte hohe Verdichtung des vorgeformten Körpers vereitelt
wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu entwickeln, durch welches
Gegenstände aus Pulvermaterial mit hoher Dichte mit größerer
Reproduzierbarkeit als durch die bekannten Verfahren herstellbar
sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß
die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale
hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
Der vorgeformte Körper wird entgast, und zwar zweckmäßigerweise
erst dann, nachdem die gasdurchlässige Hülle auf dem
Körper angebracht worden ist.
Eine mögliche Erklärung für die günstigen Resultate, die man
mit dem Verfahren nach der Erfindung erreicht, besteht darin,
daß das Verfahren effektiver als die bekannten Verfahren die
Bildung einer dichten Hülle um den vorgeformten Körper sicherstellt.
Bei den bekannten Verfahren, bei denen die dichte
Hülle auf dem Körper gebildet wird, erfolgt die Bildung unter
Entgasung des Körpers. Das kontinuierliche Entweichen von Gasen,
die im Pulverkörper vorhanden sind oder durch Verunreinigungen
im Pulverkörper oder im Pulvermaterial selbst gebildet werden,
kann dabei zunächst zur Bildung von Blasen und später zu Beschädigungen
oder Rissen in der Hülle führen, so daß die gewünschte
dichte Umschließung des Pulverkörpers durch die Hülle
nicht zustande kommt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
Entweichen von Gasen aus dem Pulverkörper beim Bilden der Hülle
zum Einschließen des Pulverkörpers verhindert. Dies geschieht
dadurch, daß man das Druckgas auf einem Druck hält, der mindestens
genauso hoch ist, wie der Druck des in den Poren
des Pulverkörpers befindlichen oder gebildeten Gases. Dies führt
zur Bildung einer fehlerfreien Hülle.
Als Material für das Pulver wird ein metallisches
oder keramisches Material verwendet, vorzugsweise ein solches,
dessen Sintertemperatur 1000° C übersteigt, wie eine auf Eisen
basierende Legierung, z. B. ein 3% Cr-Mo-Stahl,
bestehend aus 0,33% C, 0,30% Si, 0,40% Mn, 0,01% P, 0,01% S,
2,8% Cr, 0,6% Mo, Rest Fe, oder ein
12% Cr-Mo-V-Nb-Stahl, bestehend aus 0,18% C, 0,25% Si, 0,60% Mn,
0,01% P, 0,01% S, 11,5% Cr, 0,5% Ni, 0,5% Mo, 0,30% V,
0,25% Nb, Rest Fe, oder eine auf Nickel basierende Legierung,
z. B. eine Legierung, bestehend aus 0,03% C, 15% Cr, 17% Co,
5% Mo, 3,5% Ti, 4,4% Al, 0,03% B, Rest Ni, oder eine Legierung,
bestehend aus 0,06% C, 12% Cr, 17% Co, 3% Mo,
0,06% Zr, 4,7% Ti, 5,3% Al, 0,014% B, 1,0% V, Rest Ni, oder
u. a. ein Metalloxid, wie Al₂O₃. Die hier ausgedrückten
wie auch die folgenden angegebenen
Anteile sind Gewichtsprozente.
Als Druckmittel beim istostatischen Pressen werden Edelgase, wie
Argon und Helium, sowie Stickstoff bevorzugt. Geeignete Druckgase
bei der Umwandlung der gasdurchlässigen Hülle in die für
das Druckmittel undurchlässige Hülle sind Wasserstoff, insbesondere
beim Sintern metallischen Materials, sowie Stickstoff.
Es ist jedoch möglich, andere Gase zu verwenden, die
dem Pulverkörper nicht durch die Bildung unerwünschter Reaktionsprodukte
schaden oder eine nicht tolerierbare Porosität
des Pulverkörpers verursachen.
Entsprechend einer Ausführungsform besteht die gasdurchlässige
Hülle aus einer den vorgeformten Körper wenigstens
annähernd vollständig umgebenden porösen Schicht, die in eine
gasdichte Schicht um den vorgeformten Körper umgewandelt wird.
Die poröse Schicht, die vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis
1 mm hat, kann u. a. durch Eintauchen des vorgeformten Körpers in
eine Aufschlämmung aus einem Partikelmaterial für die Hülle
aufgebracht werden oder durch Flammspritzen oder ein anderes
thermisches Spritzen. Die Partikel haben vorzugsweise eine
Größe von 0,1 bis 100 µm.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht
die gasdurchlässige Hülle aus einem oder mehreren auf dem
vorgeformten Körper angeordneten plattenförmigen oder anders
geformten Teilen, die beim Erwärmen weich werden und unter Änderung
ihrer Form dadurch in eine für das Druckmittel undurchlässige
Hülle übergehen, daß Teilbereiche dieser Teile bei
der Formänderung miteinander in Kontakt kommen und zusammensintern.
Wenn das Pulver eine 1000° C übersteigende Sintertemperatur hat,
dann kann das Material der Hülle, also das Partikelmaterial
bzw. das Material der in den vorgenannten Ausführungsformen
verwendeten Formteile, vorzugsweise ein hochschmelzendes Glas
sein, bestehend aus 96,7 Gewichtsprozent SiO₂,
2,9 Gewichtsprozent B₂O₃ und 0,4 Gewichtsprozent Al₂O₃, oder
Quarzglas sowie Mischungen von Partikeln (bei der erstgenannten
Ausführungsform) von beispielsweise SiO₂ und B₂O₃, die beim Erhitzen
eine gasundurchlässige Glasschicht bilden. Es ist auch
möglich, ein hochschmelzendes metallisches Material zu verwenden,
das die Fähigkeit hat, eine für das Druckmittel undurchlässige
Schicht zu bilden, wie z. B. Molybdän, Wolfram und andere
refraktäre Metalle.
Bei der Verwendung von hochschmelzendem Glas für die Hülle wird
zweckmäßigerweise eine Temperatur von 1200-1650° C benutzt,
wenn die Hülle für das Druckmaterial undurchlässig gemacht wird.
Wenn das Pulver eine 1000° C übersteigende Sintertemperatur hat,
dann kann das Material der Hülle unter gewissen Voraussetzungen
auch ein niedrigschmelzendes Glas sein, nämlich dann,
wenn die Oberfläche des vorgeformten Pulverkörpers mit einer
feinkörnigen Schicht des Materials, aus dem der Pulverkörper
besteht, belegt wird, wobei die feinkörnige Schicht verhindert,
daß das Glas in geschmolzener Form in den Pulverkörper
eindringt, oder wenn eine poröse Schicht aus einem hochschmelzenden
Material, wie ein hochschmelzendes Glas oder ein hochschmelzendes
metallisches Material, innerhalb der Hülle angeordnet
und in eine für das Druckmittel undurchlässige Schicht
umgewandelt worden ist. Auch bei der Anwendung von mehr als
einer porösen Schicht kann jede poröse Schicht auf die anfangs
beschriebene Art durch Eintauchen in eine Aufschlämmung
des Partikelmaterials, durch Flammspritzen oder ein anderes
thermisches Spritzen aufgebracht werden. Jede poröse Schicht
kann zweckmäßigerweise eine Dicke von 0,05 bis 1 mm haben,
und die Partikel können eine Korngröße von 0,1 bis 100 µm
haben. Als Beispiel für geeignete Materialien für die Hüllen aus
niedrigschmelzendem Glas kann ein Glas genannt werden, das
80,3 Gewichtsprozent SiO₂, 12,2 Gewichtsprozent B₂O₃, 2,8
Gewichtsprozent Al₂O₃, 4,0 Gewichtsprozent Na₂O, 0,4 Gewichtsprozent
K₂O und 0,3 Gewichtsprozent CaO enthält, ferner ein
Aluminiumsilikat, das 58 Gewichtsprozent SiO₂, 9 Gewichtsprozent
B₂O₃, 20 Gewichtsprozent Al₂O₃, 5 Gewichtsprozent CaO
und 8 Gewichtsprozent MgO enthält, sowie Mischungen von Partikeln
aus Stoffen, wie z. B. SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ sowie Alkali-
und Erdalkalimetalloxide, die beim Erhitzen eine gasundurchlässige
Glasschicht bilden.
Bei der Verwendung von niedrigschmelzendem Glas für die Hülle
und einer innerhalb der Hülle liegenden porösen Schicht wird
vorzugsweise eine Temperatur von 600-1000° C angewendet, um
die Hülle für das Druckmittel undurchlässig zu machen. Die
innere Schicht wird danach vorzugsweise durch isostatischen
Druck verdichtet, was bei Temperaturen von 1000-1200° C geschehen
kann, nachdem die äußere Schicht gasdicht geworden ist.
Für eine solche Verdichtung ist ein Druck in der Größenordnung
von 20-300 MPa erforderlich.
Der Druck und die Temperatur beim Sintern des vorgeformten Körpers
sind natürlich von den Eigenschaften des Pulvermaterials
abhängig. Normalerweise soll der Druck mindestens 100 MPa,
vorzugsweise mindestens 150 MPa betragen. Wenn das Material
eine auf Eisen basierende Legierung ist, soll die Temperatur
bei mindestens 1000° C, vorzugsweise bei 1100-1200° C liegen,
und wenn das Material eine auf Nickel basierende Legierung ist,
soll die Temperatur bei mindestens 1050° C, vorzugsweise bei
1100-1250° C liegen. Wenn das Material Aluminiumoxid ist,
soll die Temperatur bei mindestens 1200° C, vorzugsweise bei
1300-1500° C liegen.
Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie der
schematischen Darstellungen in den Figuren soll die Erfindung
näher erläutert werden. Die Figur zeigt
Fig. 1 einen vorgeformten Körper aus einer auf Nickel
basierenden Legierung, dessen Hülle vor der Wärmebehandlung
aus einer porösen Schicht eines hochschmelzenden
Glases besteht,
Fig. 2 einen vorgeformten Körper aus demselben Material
wie in Fig. 1, dessen Hülle vor der Wärmebehandlung
aus plattenförmigen Teilen eines hochschmelzenden
Glases besteht,
Fig. 3 den Körper nach Fig. 2 nach der Wärmebehandlung,
Fig. 4 einen vorgeformten Körper aus einer auf Eisen basierenden
Legierung, dessen Hülle vor der Wärmebehandlung
aus der porösen Schicht eines niedrigschmelzenden
Glases besteht,
Fig. 5 einen vorgeformten Körper aus einer auf Eisen basierenden
Legierung, dessen Hülle aus plattenförmigen
Teilen eines niedrigschmelzenden Glases besteht,
Fig. 6 den Körper nach Fig. 5 nach der Wärmebehandlung.
Eine teilbare Form aus auf Aluminiumsilikat basierendem Material,
beispielsweise derselben Art, wie es normalerweise
für Kerne bei der Feingießtechnik von
Turbinenschaufeln mit Kühlkanälen verwendet wird, welche Form
einen turbinenscheibenförmigen Formraum hat, wird mit sphärischem
Pulver einer auf Nickel basierenden Legierung gefüllt, das 0,03%
C, 15% Cr, 17% Co, 5% Mo, 3,5% Ti, 4,4% Al, 0,03% B,
Rest Ni enthält und eine Korngröße von weniger als 250 µm hat.
Das Pulver wird durch leichte Stöße gegen die Form zusammenvibriert
und 2 Stunden lang im Vakuum bei 1200° C gesintert.
Nach dem Abkühlen wird die Form, die erneut verwendet werden kann,
geteilt, und die poröse Turbinenscheibe mit im wesentlichen
denselben Abmessungen wie der Formraum wird herausgenommen.
Die Oberfläche der porösen Turbinenscheibe wird danach mit einer
etwa 1 mm dicken Schicht eines feinkörnigen Pulvers belegt,
dessen Korngröße unter 1 µm liegt und das aus derselben
Legierung wie die Turbinenscheibe besteht.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Turbinenscheibe 10
wird dadurch mit einer gasdurchlässigen Hülle in Form einer
porösen Schicht 11 überzogen, daß man sie mit einer Wasseraufschlämmung
eines Glaspulvers bespritzt, das aus 80,3 Gewichtsprozent
SiO₂, 12,2 Gewichtsprozent B₂O₃, 2,8 Gewichtsprozent
Al₂O₃, 4,0 Gewichtsprozent Na₂O, 0,4 Gewichtsprozent K₂O und
0,3 Gewichtsprozent CaO besteht. Danach wird die Scheibe 10
mit der Scheibe 11 getrocknet. Der so behandelte vorgeformte
Pulverkörper wird dann in einen Hochdruckofen eingebracht, der mit
einer Leitung versehen ist, durch die sowohl Gas zur Entgasung
des Pulverkörpers abgeleitet als auch Gas zur Erzeugung des
erforderlichen Druckes für das isostatische Pressen zugeführt
werden kann, und der mit Heizanordnungen versehen ist.
Der in seiner Hülle befindliche vorgeformte Pulverkörper wird
zunächst etwa 2 Stunden lang bei Raumtemperatur im Hochdruckofen
entgast. Danach wird der Ofen mit unter Atmosphärendruck
stehendem Wasserstoff gefüllt und die Temperatur des Ofens bei
gleichbleibendem Druck auf 750° C erhöht, was ungefähr 5 Stunden
dauern kann. Danach wird die Temperatur sukzessiv während einer
Zeitspanne von 2 Stunden von 750° C auf 900° C erhöht, wobei
gleichzeitig sukzessiv Wasserstoff bis auf einen Druck von
0,7 MPa zugeführt wird, so daß der Druck außerhalb der Hülle
des vorgeformten Körpers während der ganzen Zeit auf mindestens
dem Druck gehalten wird, der in den Poren
des vorgeformten Körpers herrscht.
Wenn die Temperatur 900° C erreicht hat, hat sich eine für
den Wasserstoff undurchlässige Hülle aus der Schicht 11
gebildet. Danach wird weiter Wasserstoff, Argon oder Helium
bis zur Erreichung eines Druckes zugeführt, der im Druckmittel
bei der endgültigen Sintertemperatur einen Druck von
160 MPa ergibt. Die Temperatur wird danach auf 1250° C erhöht,
d. h. auf eine für die auf Nickel basierende Legierung
geeignete Sintertemperatur. Eine geeignete Zeit für das
Sintern unter den angegebenen Bedingungen ist mindestens
eine halbe Stunde. Nach beendetem Zyklus muß der Ofen auf
eine angemessene Entleerungstemperatur abkühlen und der
gesinterte Gegenstand durch Sandstrahl von Glas
befreit werden.
Bei der Herstellung von Gegenständen aus Pulver mit einer
höheren Sintertemperatur, wie z. B. Aluminiumoxid, als die
vorstehend genannte Legierung kann für die poröse Schicht 11
ein hochschmelzendes Glas anstelle des vorstehend genannten
niedrigschmelzenden Glases benutzt werden, ohne daß eine
feinkörnige Schicht auf den Pulverkörper aufgebracht wird.
Derselbe vorgeformte Körper 10 wie im Beispiel 1 wird in der in
Fig. 2 gezeigten Art mit einer gasdurchlässigen Hülle umgeben,
die aus zwei senkrecht zur Achse der Turbinenscheibe angeordneten
Platten 12 und 13 aus dem gleichen Glas besteht, wie das
pulverförmige Glas im Beispiel 1. Nachdem der Körper mit der
Hülle in einen Hochdruckofen gebracht ist, wird er derselben
Behandlung unterzogen wie der Körper im Beispiel 1, d. h. er
wird entgast, wärmebehandelt und unter den im Beispiel 1 genannten
Bedingungen isostatisch gepreßt. Während der Temperaturerhöhung
von 750° C auf in diesem Fall 950° C anstelle
von 900° C im Beispiel 1 und der gleichzeitigen Druckerhöhung
wird die Platte 12 weich und verändert ihre Form in der in
Fig. 3 gezeigten Weise, wobei die Endabschnitte 12 a und 13 a
der Platten zusammensintern, so daß die Hülle dicht wird.
Pulver aus 3% Cr-Mo-V-Nb-Stahl, das 0,33% C, 0,40% Si,
0,60% Mn, 0,01% P, 0,01% S, 2,8% Cr, 0,6% Mo, und als
Rest Fe enthält und dessen Korngröße unter 800 µm liegt,
wird in eine Kapsel aus Kunststoff, z. B. weichgemachtes
Polyvinylchlorid, eingebracht, die einen turbinenscheibenförmigen
Innenraum hat. Nach dem Verschließen der Kapsel
wird diese in eine Hochdruckpresse gebracht, wo das Pulver
bei Raumtemperatur und einem Druck von 400 MPa mit Öl als
Druckmittel isostatisch kompaktiert wird. Nach beendeter Kompaktierung
wird die Kapsel entfernt, und dem gewonnenen vorgeformten
Pulverkörper wird durch Werkzeugmaschinenbearbeitung
die gewünschte Form gegeben.
Der vorgeformte Körper mit der Form einer Turbinenscheibe 14
wird mit einer gasdurchlässigen Hülle überzogen, die aus einer
inneren, porösen Schicht 16 aus einem hochschmelzenden Glas
und einer äußeren porösen Schicht 15 aus einem niedrigschmelzenden
Glas besteht. Dies wird dadurch erreicht, daß der Körper
zunächst in eine Wasseraufschlämmung aus einem hochschmelzenden
Glaspulver getaucht wird, welches aus 96,7 Gewichtsprozent
SiO₂, 2,9 Gewichtsprozent B₂O₃ und 0,4 Gewichtsprozent
Al₂O₃ besteht, und dann nach erfolgter Trocknung dieser Schicht
in eine Wasseraufschlämmung aus einem niedrigschmelzenden
Glaspulver getaucht wird, das aus 80,3 Gewichtsprozent SiO₂,
12,2 Gewichtsprozent B₂O₃, 2,8 Gewichtsprozent Al₂O₃, 4,0
Gewichtsprozent Na₂O, 0,4 Gewichtsprozent K₂O und 0,3 Gewichtsprozent
CaO besteht, worauf ein erneutes Trocknen stattfindet.
Der vorgeformte Körper mit den porösen Schichten wird dann in
einen Hochdruckofen gebracht und wie im Beispiel 1 bei Raumtemperatur
entgast. Nach dem Einfüllen von Wasserstoff bei
Atmosphärendruck wird die Temperatur des Ofens bei gleichbleibendem
Druck auf 750° C erhöht, was ungefähr 5 Stunden
dauert. Die Temperatur wird danach während einer Zeitspanne
von 2 Stunden sukzessiv von 750° C auf 900° C erhöht unter
gleichzeitiger sukzessiver Zufuhr von Wasserstoff bis auf einen
Druck von 0,7 MPa, wobei der Druck außerhalb der Hüllen des
vorgeformten Körpers während der ganzen Zeit auf mindestens
dem Druck gehalten wird, der in den Poren des vorgeformten
Körpers herrscht. Wenn die
Temperatur 900° C erreicht hat, hat sich eine für den Wasserstoff
undurchlässige Hülle aus der Schicht 15 gebildet. Danach
wird weiter Wasserstoff, Argon oder Helium bis zur
Erreichung eines Drucks zugeführt, der bei 1150° C einen Wert
von 50 MPa annimmt. Die Temperatur wird danach langsam auf
1150° C erhöht. Der Druck steigt dann gleichzeitig.
Diese Temperaturerhöhung erfolgt so langsam, daß das Glas
der inneren Schicht 16 eine gasundurchlässige Schicht bilden
kann, bevor das Glas der Hülle 15 abrinnen kann. Der
Druck und die Temperatur werden danach auf 100 MPa bzw. 1200° C
zur Sinterung des vorgeformten Körpers erhöht.
Derselbe vorgeformte Körper wie im Beispiel 3 wird in der in
Fig. 5 gezeigten Art mit einer gasdurchlässigen Hülle umgeben,
die aus zwei senkrecht zur Achse der Turbinenscheibe
angeordneten Platten 17 und 18 aus dem gleichen Glas, wie es
für die Schicht 15 im Beispiel 3 verwendet wird, besteht
sowie aus einer innerhalb der Platten liegenden porösen
Schicht 19 derselben Art, wie die Schicht 16 im Beispiel 3.
Nachdem der Körper mit der Hülle in einen Hochdruckofen gebracht
ist, wird er derselben Behandlung unterzogen wie der
Körper im Beispiel 3, d. h. er wird entgast, wärmebehandelt
und unter den im Beispiel 3 genannten Bedingungen isostatisch
gepreßt. Während der Temperaturerhöhung von 750° C
auf in diesem Fall 950° C anstelle von 900° C im Beispiel 3
und der gleichzeitigen Druckerhöhung wird die Platte 17 weich
und verändert ihre Form in der in Fig. 6 gezeigten Weise,
wobei die Endabschnitte 17 a und 18 a der Platten zusammensintern,
so daß die Hülle dicht wird.
Die Teile 12, 13, 17 und 18 in den Fig. 2 und 5 müssen
nicht plattenförmig sein, sondern können auch eine andere
Form haben, wie beispielsweise eine mehr oder weniger gebogene
Form oder die Form eines Behälters mit einer Öffnung
oder die einer Flasche. Die Form wird zweckmäßigerweise so
gewählt, daß sie sich dem vorgeformten Körper anpaßt.
Nachdem der vorgeformte Körper in der anhand der Beispiele
1-4 beschriebenen Weise gesintert worden ist, wird er einer
ersten Wärmebehandlung in Schutzgas, beispielsweise Argon, oder
in Vakuum bei 1100° C (Beispiel 1 und 2) beziehungsweise
bei 1150° C (Beispiel 3 und 4) während einer Zeitdauer von
ungefähr 2 Stunden unterzogen. Dabei diffundiert gelöster
Wasserstoff beziehungsweise Stickstoff aus dem Material,
und gleichzeitig lösen sich die noch vorhandenen Reste der
Glasschicht, so daß diese leicht vollkommen entfernt
werden können. Der Druck bei dieser Behandlung soll 0,1 MPa
möglichst nicht übersteigen.
Wenn ein Bindemittel, wie die anfangs beschriebenen Methylzellulosen,
Zellulosenitrat, ein Akrylatbindemittel, ein
Wachs oder eine Mischung von Wachsen mit verschiedenen Schmelzpunkten
bei der Herstellung des vorgeformten Pulverkörpers
verwendet wird, so wird das Bindemittel vor oder nach dem
Auftragen der porösen Schichten enfernt, und zwar zweckmäßigerweise
durch Erhitzung des Pulverkörpers auf 400-700° C
im Vakuum. Danach kann die Entgasung und die weitere Behandlung
erfolgen, wie es für einen vorgeformten Pulverkörper
ohne Bindemittel beschrieben wurde.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem pulverförmigen
Material durch isostatisches Pressen eines aus
dem Pulver vorgeformten Körpers mittels eines gasförmigen
Druckmittels, wobei der vorgeformte Körper zunächst mit einer
gasdurchlässigen Hülle umgeben wird, der so gewonnene
Körper dann bei vermindertem Druck entgast wird und anschließend
die gasdurchlässige Hülle in eine für das Druckmittel
undurchlässige und den vorgeformten Körper einschließende
Hülle umgewandelt wird, bevor das isostatische
Pressen unter Sinterung des vorgeformten Körpers erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umwandlung
der gasdurchlässigen Hülle in die für das Druckmittel
undurchlässigen Hülle dem die gasdurchlässige Hülle umgebenden
Raum Druckgas zugeführt wird und die Zufuhr so gesteuert
wird, daß der Druck dieses Gases mindestens so groß
ist, wie der gleichzeitig herrschende Druck des in den Poren
des vorgeformten Körpers befindlichen Gases.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bis zur Bildung der für das Druckmittel undurchlässigen Hülle
als Druckgas ein Gas benutzt wird, das zumindest zum wesentlichen
Teil aus Wasserstoff oder Stickstoff besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die gasdurchlässige Hülle eine den vorgeformten Körper
zumindest annähernd vollständig umgebende poröse Schicht bildet,
die in eine für das Druckmittel undurchlässige und den vorgeformten
Körper einschließende Schicht übergeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als gasdurchlässige Hülle ein
oder mehrere außerhalb des vorgeformten Körpers angeordnete
plattenförmige oder anders geformte Teile verwendet werden,
die bei Erhitzung weich werden und unter Änderung ihrer Form
dadurch in eine für das Druckmittel undurchlässige Hülle
übergehen, daß Teilbereiche dieser Teile bei der
Formänderung miteinander in Kontakt kommen und
zusammensintern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur
des Pulvers 1000° C übersteigt und daß als Material
für die Hülle ein Glas mit hohem Schmelzpunkt verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgeformte Körper auf eine Temperatur von 1200-
1650° C zur Bildung der für das Druckmittel undurchlässigen Hülle
erhitzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sintertemperatur des Pulvers 1000° C
übersteigt, daß als Material für die Hülle ein Glas mit niedrigem
Schmelzpunkt verwendet wird und daß eine poröse Schicht aus einem
Material mit hohem Schmelzpunkt innerhalb der erstgenannten
Hülle angebracht wird und in eine für das Druckmittel undurchlässige
Schicht umgewandelt wird, nachdem die erstgenannte
Hülle für das Druckmittel undurchlässig gemacht worden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorgeformte Körper auf eine Temperatur von 1000-1200° C
unter gleichzeitiger isostatischer Kompaktierung erhitzt
wird zur Umwandlung der innerhalb der erstgenannten Hülle
angeordneten porösen Schicht in eine für das Druckmittel undurchlässigen
Schicht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sintertemperatur des Pulvers 1000° C
übersteigt, daß als Material für die Hülle ein Glas mit niedrigem
Schmelzpunkt verwendet wird und daß die Oberfläche des vorgeformten
Körpers mit einer feinkörnigen Schicht des Materials belegt
wird, aus dem der Pulverkörper besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gegenstand nach dem Sintern bei
niedrigem Druck und einer solchen Temperatur wärmebehandelt
wird, daß gelöstes Druckgas aus dem Material herausdiffundieren
kann.
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