DE2931222A1

DE2931222A1 - Spritzgiess- und sinterbare keramische mischung

Info

Publication number: DE2931222A1
Application number: DE19792931222
Authority: DE
Inventors: Roger S Storm
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1980-02-21
Also published as: FR2432491B1; GB2028374B; FR2432491A1; GB2028374A; US4207226A; CA1120958A; JPS6219393B2; JPS5523097A

Description

THE CARBORUNDUM COMPANY
Niagara Falls, New York 14302
Vereinigte Staaten von Amerika

Spritzgieß- und sinterbare keramische Mischung

Die Erfindung betrifft eine spritzgieß- und sinterbare keramische Mischung zum Herstellen keramischer Körper, insbesondere zum Herstellen dichter, harter Erzeugnisse für industrielle Zwecke.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Mischungen beschrieben, die Siliciumcarbid als keramisches Material enthalten, doch können auch andere sinterbare Metallcarbide, wie Titancarbid, als keramisches Material verwendet werden.

Siliciumcarbid wird seit langem wegen seiner Härte,-Festigkeit und ausgezeichneten Beständigkeit gegen Oxydation und Korrosion geschätzt. Es hat eine niedrige Wärmeausdehnungszahl, gute Wärmeübertragungseigenschaften und behält seine hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen. In den letzten Jahren wurden Verfahren zum Herstellen·hochdichter Siliciumcarbid-Körper durch Sintern von Siliciumcarbid-Pulvern entwickelt. Solche hochdichten Siliciumcarbid-Körper werden zum Fertigen von Bauteilen für Turbinen, Wärmeaustauscher, Pumpen sowie andere Maschinenteile und Werkzeuge benutzt, die starker Korrosions- oder Verschleißbeanspruchung, vor allem bei hohen Temperaturen, ausge-

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setzt sind. Die nachstehend beschriebene Erfindung betrifft sinterbare Carbidmischungen, die durch Spritzgießen zu Körpern geformt werden können, die dann zu hochdichten Produkten gesintert werden können. Als keramisches Material wird Siliciumcarbid, vorzugsweise in der a-Kristallform, verwendet.

Keramische Körper können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Schlickerguß, durch Pressen eines Formkörpers und dessen anschließendes Sintern oder durch Heißpressen und nachfolgendes spanendes Bearbeiten des Sinterkörpers auf die Endform und Endmaße. Spritzgießen ist ein Verfahren, bei dem eine Formmasse in in ein Formwerkzeug gepreßt wird. Es hat den Vorteil, daß auch kompliziert gestaltete Körper hergestellt werden können. Durch Spritzgießen lassen sich Körper gleicher Form rasch und in großer Zahl unter Einhaltung enger Maßtoleranzen herstellen. Eine spanende Nachbearbeitung wird dadurch überflüssig oder auf ein Mindestmaß beschränkt. Das Spritzgießen wird entweder als Spritzpressen oder als direktes Spritzgießen nach, bekannten Methoden der Spritzgießtechnik ausgeführt. " - ^J

Beim Spritzgießen keramischer Stoffe treten jedoch viele Probleme auf, insbesondere bei der Verwendung von Siliciumcarbid als keramisches Material. Die unregelmäßig geformten Teilchen neigen bei Druckausübung zum Zusammenballen, so daß keramische Stoffe von Natur aus einen hohen Fließwiderstand haben. Das Zusammenballen des Materials beim Pressen oder Spritzgießen verursacht häufig Eigenspannungen in dem Formkörper, die zum vorzeitigen Bruch führen. Ferner müssen die schleißenden Eigenschaften des Materials beachtet werden; denn alle Flächen, die mit den keramischen Teilchen in Berührung kommen, unterliegen einem raschen Verschleiß. Wiederholtes Einpressen keramischer Stoffe, insbesondere solcher, die Siliciumcarbid

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enthalten, wirkt sich auf die Hohlraumflächen des Formwerkzeugs außerordentlich schädlich aus. Durch den eintretenden Verschleiß verliert das Formwerkzeug an Genauigkeit, so daß eine Überarbeitung notwendig ist, um beim Spritzgießen von Formkörpern enge Toleranzen einhalten zu können. Das Spritzgießen keramischer Stoffe, insbesondere solcher mit hohem Siliciumcarbid-Gehalt, erschien deshalb bisher nicht wirtschaftlich ausführbar.

In einer anderen Patentanmeldung sind Verfahren zum Spritzgießen siliciumcarbidhaltiger keramischer Mischungen beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Mischungen eignen sich gut zur Verarbeitung nach diesen Verfahren.

Bei einem typischen Verfahren zum Spritzgießen siliciumcarbidhaltiger keramischer Mischungen werden Gemische verwendet, die 65 bis 85 Gew.-% keramisches Material enthalten. Der Rest der Mischungen besteht aus Sinterhilfsmitteln, ein thermoplastischer Kunststoff, ein Öl, Paraffin oder Wachs mit einer Verflüchtigungstemperatur, die niedriger als diejenige des thermoplastischen Kunststoffs ist, und zur Erzielung bester Ergebnisse ein leichtes, besonders flüchtiges Öl. Diese Komponenten werden gemischt und nach bekannten Spritzgießverfahren zu einem Körper geformt. Der Formkörper wird dann bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000 ⁰C in einer nichtoxydierenden Atmosphäre gebrannt, um den Kunststoff, die Öle und das Paraffin oder Wachs durch trockene Destillation zu entfernen, die bei der Zersetzung dieser Stoffe entstehenden Verkokungskohle jedoch zurückzuhalten. Der gebrannte Körper wird dann bei einer Temperatur zwischen 1900 und 2200 ⁰C gesintert.

Bisher war es äußerst schwierig, keramische Mischungen durch Spritzgießen zu verarbeiten, deren Gehalt an keramischem Material, z.B. Siliciumcarbid, bei 75 Gew.-% oder

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höher lag, weir deren Fließvermögen sich mit zunehmendem Gehalt an keramischem Material rasch verschlechterte. Es stellte sich daher die Aufgabe, eine keramische Mischung zur Verfügung zu stellen, die auch bei höherem und hohem Gehalt an keramischem Material so gut fließt, daß sie durch Spritzgießen zu Formkörpern verarbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine keramische Mischung gelöst, die folgende Zusammensetzung hat:

a) 65 bis 90 Gew.-% teilchenförmiges keramisches Material, das im wesentlichen aus einem Carbid besteht;

b) 12 bis 30 Gew.-% thermoplastischer Kunststoff mit einer Verflüchtigungstemperatur zwischen 200 und 500 ⁰C;

c) 2 bis 8 Gew.-% Öl, Paraffin oder Wachs mit einer niedrigeren Verflüchtigungstemperatur als der Kunststoff; und

c) 0,1 bis 3,0 Gew.-% organische Titanverbindung der Formel

-. . -, ^(Rr⁰⁾m-^Ti - ^(Ο-^χζ-ν_η'

worin ,-"■".-"_" _■■-.-"

m eine ganze Zahl von 1 bis 4 und η eine ganze Zahl von 0 bis 4, \ m + η = 4 oder 6,

ζ 0 oder 1,

R₁ eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit

1 bis 8 Kohlenstoffatomen,
X ein Säurerest der phosphorigen, Phosphor- oder

Diphosphorsäure und
R₉ eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 25 Kohlenstoffatomen sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß kleine Mengen der organischen Titanverbindungen die Viskosität von Mischungen aus keramischem Material, Kunststoff, ölen und Paraffin oder Wachsen erheblich herabsetzen. Die Erniedrigung der Viskosität ist bei Mischungen, die Siliciumcarbid als keramisches Material enthalten, besonders ausgeprägt.

Die Menge der organischen Titanverbindungen beträgt zwischen 0,1 und 3,0 Gew.-% der keramischen Mischung. Bei einem Zusatz von weniger als 0,t Gew.-% der organischen Titanverbindungen wird die Viskosität der Mischung nur wenig herabgesetzt. Größere Mengen als 3,0 Gew.-% der organischen Titanverbindungen führen im allgemeinen nicht mehr zu einer weiteren wesentlichen Viskositätsverbesserung und werden in der Regel wegen der Menge des der keramischen Mischung zugesetzten Materials nicht angewendet. Nach dem Sintern enthalten die hergestellten Produkte bis zu etwa 0,4 Gew.-% Titan; sie sind aber durchaus annehmbar und genau so brauchbar wie Sintererzeugnisse, die kein Titan enthalten.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen beschrieben. Zur besseren Klarstellung ist die Beschreibung in zwei Hauptabschnitte eingeteilt. Im ersten Abschnitt, der wiederum in Unterabschnitte eingeteilt ist, werden die Komponenten der keramischen Mischung beschrieben. Der zweite Abschnitt, ebenfalls in Unterabschnitte eingeteilt, behandelt des Mischen der Komponenten, das Verarbeiten der Mischungen zu Formkörpern und das Sintern der Körper.

I. KOMPONENTEN DER MISCHUNG
A. Keramisches Material

Die keramische Mischung enthält mindestens 65 Gew.-%, in der Regel 70 bis 80 Gew.-%, keramisches Material. In die-

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sem Bereich kann durch den Zusatz organischer Titanverbindungen eine bemerkenswerte Verbesserung des Fließvermögens der Mischung erzielt werden. Mischungen mit einem Gehalt an keramischem Material von mehr als 85 Gew.-% werden wegen der hohen Viskosität solcher Mischungen normalerweise nicht verwendet. Die Erfindung ermöglicht die Steigerung des Gehaltes an keramischem Material bis auf etwa 90 Gew.-% und gewährleistet ein für eine gute Spritzgußverarbeitung ausreichendes Fließvermögen.

Das keramische Material wird vorzugsweise in feinverteilter Form verwendet. Seine durchschnittliche Teilchengröße beträgt am besten 0,10 bis 2,00 μπι, höchstens etwa 5 μπι. Wie die Teilchengröße ist auch die spezifische Oberfläche ein wichtiger Parameter bei der Auswahl eines geeigneten Materials. Deshalb wird am besten ein Siliciumcarbid-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 1 bis 100 m²/g. Innerhalb dieses Bereiches sind Pulver mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 5 und 20 m²/g besonders vorteilhaft. " "- '"-:"-'"- . -- - " .-'■_.-; -._\- - - -"-"- ■'-:

-Das keramische Material ist ein Metallcarbid. Siliciumcarbid ist ein besonders geeignetes keramisches Material. Das Siliciumcarbid kann in der α- oder ß-Form vorliegen oder amorph sein. Gegenwärtig ist (nichtkubisches) Siliciumcarbid der α-Modifikation am wirtschaftlichsten erhältlich. Die Mischungen können im wesentlichen allein, d.h. 95% oder mehr, ct-Siliciumcarbid o'der ein Gemisch der verschiedenen Modifikationen des Siliciumcarbids enthalten. Besonders geeignet sind Mischungen, die überwiegend (d.h. zu mehr als 50%) aus der α-Modifikation bestehen. Das keramische Material kann ohne nachteilige Wirkung kleine Mengen Verunreinigungen enthalten; eine Reinheit von 95% reicht im allgemeinen aus, eine höhere Reinheit ist wünschenswert.

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B. Sinterhilfsmittel

Stoffe, die mit dem keramischen Material bei Sintertemperatur reagieren und ein Sinterprodukt bilden, werden als Sinterhilfsmittel benutzt. Solche Sinterhilfsmittel sind beispielsweise Stoffe, die Kohlenstoff, Beryllium, Stickstoff oder Bor enthalten. Genauer, Bor, Beryllium oder Gemische davon in einer Menge von 0,3 bis 5,0 Gew.-% des Siliciumcarbids sind brauchbare Sinterhilfsmittel, und innerhalb dieses Bereichs hat sich ein Anteil von 0,5 bis 4,0 Gew.-% des Sinterhilfsmittels, bezogen auf das Siliciumcarbid, als besonders geeignet erwiesen. Das Bor oder Beryllium kann in elementarer Form oder in Form von Verbindungen allein oder in Mischung eingesetzt werden. Außerordentlich wirksame Sinterhilfsmittel sind die Nitride und Carbide des Bors und Berylliums.

C. Kohlenstoff

Die Mischungen enthalten nach dem Brennen 0,05 bis 5,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff. Überschüssiger Kohlenstoff ist freier oder ungebundener Kohlenstoff, der nach dem Brennen in der Mischung zurückgeblieben ist. Eine Menge von 1,0 bis 4,0 Gew.-% überschüssiger Kohlenstoff ist besonders vorteilhaft. Der überschüssige Kohlenstoff wirkt als Sinterhilfsmittel, und seine Gegenwart hat sich auch dadurch als vorteilhaft erwiesen, daß er Oxide reduziert, die als Verunreinigungen in dem keramischen Material vorhanden sein können und sonst in dem Fertigerzeugnis zurückbleiben würden. Der überschüssige Kohlenstoff wird völlig oder zum größten Teil von dem Verkokungsrückstand der organischen Stoffe geliefert, die der Mischung als Spritzgußhilfsmittel zugesetzt werden. Der durch die Verkokungskohle gelieferte Kohlenstoff kann berechnet werden, und falls noch weiterer Kohlenstoff erforderlich ist, kann er der keramischen Ausgangsmischung zu-

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gesetzt werden. Wenn mehr Verkokungskohle anfällt, als benötigt wird, kann sie bei der Brennbehandlung entfernt werden.

D. Organische Titanverbindung

Die Titanverbindungen können allgemein als Monoalkoxyverbindungen klassifiziert werden und entsprechen der folgenden allgemeinen Formel:

m eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 sowie η eine ganze Zahl zwischen 0 und 4, m + η = 4 oder 6,
ζ 0 oder 1,

R₁ eine aliphätische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis_ 8 Kohlenstoff atomen, .;."---. X ein Säurerest der phosphorigen, Phosphor- oder Diphosphorsäure und

R~ eine aliphätische Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 25 Kohlenstoffatomen sind.

Beispiele brauchbarer organischer Titanverbindungen sind: Tetra-[2-äthylhexyl]-titanat, Isopropyl-tri-[isostearyl]-titanat. Tetra-isopropyl-di-[tridecylphosphit]-titanat, Titan-di-[dioctylphosphat]-oxyacetat, Titan-di-[dioctyldiphosphat] -oxyacetat, Isopropyl-[isostearyl-diacryl]-titanat, Isopropyl-tri-[diocty!phosphat]-titanat, Isopropyl tri- [dioctyldiphosphat]-titanat, Tetra-isopropyl-di-[diocty Iphosphit] -titanat und Di-[dioctyldiphosphat]-äthylentitanat.

Wenn den keramischen Mischungen kleine Mengen der organischen Titanverbindungen zugesetzt werden, wird eine ausge-

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prägte Erniedrigung der Viskosität erzielt. Das Fließver- : mögen der keramischen Mischungen wird infolgedessen beträchtlich verbessert, und Mischungen mit einem hohen Gehalt an keramischem Material — im Bereich von 85 bis 90 Gew.-% — können nun zum Spritzgießen verwendet werden.

Die organischen Titanverbindungen werden in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Gew.-% der Mischung zugesetzt. Innerhalb dieses Bereichs erwies sich ein Zusatz von 0,2 bis 2,5 Gew.-% als besonders wirksam. Ein Zusatz von weniger als 0,1 Gew.-% der organischen Titanverbindungen beeinflußt die Viskosität der Mischungen im allgemeinen nicht genug, um sie spritzgießbar zu machen." Mengen von mehr als 3 Gew.-% sind zur Verbesserung des Fließvermögens in der Regel nicht erforderlich und können die Dichte und Festigkeit des Formkörpers beeinträchtigen. Außerdem steigt der Titangehalt des gesinterten Endproduktes, was "unerwünscht sein kann. Bei Verwendung der Titanzusätze in den vorstehend angegebenen Mengen wird der Titangehalt im gesinterten Endprodukt um etwa 0,2 Gew.-% oder weniger erhöht.

E. Spritzgußhilfsmittel

1. Kunststoff

Eine Komponente der Mischung ist ein Kunststoff, am besten ein Thermoplast. Andere Kunststoffe können auch bis zu einem gewissen Grade brauchbar sein, doch sind thermoplastische Kunststoffe besser geeignet, da sie gut haltbar sind und das Formen von Körpern mit verwickelter Gestalt erleichtern. Hauptzweck des KunststoffZusatzes ist die Bindung der Teilchen zu einer Masse, so daß der geformte Körper eine ausreichende Festigkeit hat und seine Formgestalt behält. Als brauchbar haben sich erwiesen: Duroplaste, wie Phenol-Formaldehyd- und Acrylharze, Äthylcellulose, Acryl-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS-Polymere), HydroxyρropyI-cellulose, HD-Polyäthylen, oxydiertes Polyäthylen, Cellu-

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loseacetät, Polyamide, Äthylen-Acrylsäure-Copolymere, Celluloseacetatbütyrat, Polystyrole, Polybutylen, Polysulfone, Polyäthylenglykol und Polyäthylenoxid. Von diesen sind Styrolpolymere, wie weichgemachtes Polystyrol, besonders geeignet. Kunststoffgehalte zwischen 12 und 18 Gew.-% der Mischung haben sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Die Verflüchtigungstemperatur der Kunststoffkomponente ist ebenfalls wichtig; sie liegt am besten zwischen 200 und 500 ⁰C. Thermoplaste mit einer Verflüchtigungstemperatur zwischen 200 und 300 ⁰C sind besonders vorteilhaft. Die Kunststoffkomponente ist daher so zu wählen, daß. sie einerseits die Fähigkeit hat, die Teilchen des keramischen Materials zu beschichten, und andererseits sich in dem gewünschten Temperaturbereich verflüchtigt. Das Beschichtungsvermögen des Kunststoffs wird von der Teilchengröße des keramischen Materials beeinflußt. Die Kunststoffkomponente muß die Teilchen nach dem Spritzgießen zusammenhalten und beim Brennen durch Zersetzen Kohlenstoff zum Erleichtern des Sinterns liefern. Weichgemachtes Polystyrol, Polystyrol und ähnliche Styrol-Kunststoffe sind hierfür ausgezeichnet geeignet. Mischungen, die Styrol-Kunststoffe enthalten, zeigen auch gute Entformungseigenschaften, die bei Verwendung anderer Thermoplaste nicht immer zu beobachten sind.

Y§rflüchtigungs-

Die Mischung enthält ferner Paraffin, Wachs oder ein Öl mit hoher Verflüchtigungstemperatur. Das Paraffin, Wachs oder Öl hat am besten eine Verflüchtigungstemperatur von 160 bis 190 ⁰C. Die Verflüchtigungstemperatur ist also niedriger als diejenige der Kunststoffkomponente. Diese Komponente kann auch ein Schmiermittel sein, wie Stearinsäure, Fettsäureester und Kohlenwasserstoffwachse. Die zugesetzte Menge beträgt 2,0 bis 8,0 Gew.--% der Mischung. Beispiele geeigneter Stoffe sind Paraffin, Mineralöl, Pflanzenöle und Wachse.

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3. Öl_mit_niedrx2er_Verflüchtigungstem^eratur

Falls gewünscht, kann die Mischung auch ein Tier-, Pflanzen- oder Mineralöl mit einer Verflüchtigungstemperatur zwischen 50 und 150 ⁰C enthalten, das auch verkohlbar sein kann. Die Verflüchtigungstemperatur ist niedriger als diejenige des Paraffins, Wachses oder Öls mit hoher Verflüchtigungstemperatur. Die Menge dieser Komponente beträgt 1,0 bis 9,0 Gew.-% der Mischung. Beispiele brauchbarer leichtflüchtiger Stoffe sind leichte Mineral- und Pflanzenöle.

4. Schmierstoff_oder_Formtrennmittel

In manchen Fällen hat sich der Zusatz einer kleinen Menge — etwa 1 bis 3 Gew.-% der Mischung — eines Schmierstoffs oder Formtrennmittels als vorteilhaft erwiesen. Der Zusatz einer solchen Komponente ist freigestellt und wegen der Schmiereigenschaften der Spritzgußhilfsmittel nicht unbedingt notwendig. Der Schmierstoff ist am besten ein Fettoder Wachsmaterial, das den Schutz der Ausrüstung vor dem Verschleiß durch das keramische Material unterstützt und das Entformen des Formkörpers erleichtert. Beispiele geeigneter Schmierstoffe sind Fettsäuren, Fettalkohole, Fettsäureester und Paraffine.

II. VERFAHREN . ■

A. Mischen - .

Hauptziel des Mischens ist die Herstellung einer möglichst homogenen Mischung der Komponenten. Die Reihenfolge, in der die Komponenten miteinander vermischt werden, ist ohne Bedeutung, sofern eine zum Spritzgießen geeignete homogene Mischung erzielt wird. Beispielsweise kann man zunächst das keramische Material und das Sinterhilfsmittel — trocken oder angefeuchtet — miteinander mischen, vermählen, trocknen, granulieren, brennen und trocken mahlen, dann mit den

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Spritzgußhilfsmitteln mischen, das Gemisch vermählen und zum Schluß granulieren. Das Mischen des keramischen Materials und der Spritzgußhilfsmittel kann nach verschiedenen Methoden vorgenommen werden. Ein brauchbare Methode besteht darin, die Komponenten kalt oder warm in einem Bandmischer zu mischen. Eine Mischzeit von einer Stunde ergibt in der Regel eine gute Mischung. Vor dem Spritzgießen wird die Mischung am besten abgesiebt, damit man eine Mischung mit gleichmäßiger Teilchengröße erhält. Zum Spritzgießen gut geeignet ist im allgemeinen der Durchgang einer Mischung durch ein Sieb mit 12 bis 13 mm lichter Maschenweite.

B. Spritzgießen

Das Spritzgießen wird nach bekannten Verfahren ausgeführt, entweder nach der Spritzpreß- oder der direkten Einspritzmethode. Beim Spritzpressen wird das Material in einer hydraulischen Presse aus einer beheizten Vorratskammer mit Hilfe eines Kolbens durch Angußkanäle in ein Formwerkzeug gepreßt. Der Formdruck hängt von der Fläche des Kolbens ab; in der Regel ist ein Druck von etwa 52 bar erforderlich, um die beschriebenen Mischungen in eine Form zu pressen. Bei der direkten Einspritzmethode wird die erhitzte Mischung entweder von einer hydraulischen Kolbenmaschine oder einer Schneckenspritzgießmaschine in die Form gepreßt. Jede der beiden Methoden kann angewendet werden. Die Direkteinspritzung hat den Vorteil, daß weniger Abfall entsteht, die Spritzgußmischung gleichmäßiger erwärmt wird und höhere Taktzeiten erzielt werden können.

In jedem Falle wird die Mischung bei so hoher Temperatur und mit so hohem Druck in die Form gepreßt, daß sie alle Hohlräume des Formwerkzeugs ausfüllt. Die Mischung wird dazu auf eine Temperatur erhitzt, die etwas höher als der Schmelzpunkt des Thermoplast/Öl-Systems ist. Temperaturen

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zwischen 150 und 325 °C sind im allgemeinen ausreichend. Geeignete Einspritzdrücke liegen zwischen 70 und 700 bar.

Die Verweilzeit in der Form beträgt 1 bis 60 Sekunden, je nach der Temperatur des Formwerkzeugs. Wenn das Formwerkzeug auf Umgebungstemperatur gehalten wird, ergibt eine Verweilzeit von etwa 2 Sekunden einen einwandfreien und festen Formkörper.

C. Brennen

Nach dem Entfernen des Formkörpers aus dem Formwerkzeug wird er gebrannt. Geeignete Brenntemperaturen liegen in der Regel zwischen 500 und 1000 °C; besonders vorteilhaft sind Temperaturen im Bereich von 700 bis 900 ⁰C. Die Brennzeit hängt von der Dicke des Formkörpers ab und muß so lang sein, daß Blasenbildung und Einsackungen bei dem Formkörper vermieden werden. Ausgehend von einer Anfangstemperatur von etwa 50 °C, wird die Temperatur schrittweise um 1 bis 10 °C/h bis auf die Endtemperatur von etwa 800 ⁰C gesteigert. Das Produkt der Brennbehandlung ist ein poröser Formkörper, der das keramische Material, die Sinterhilf smittel und überschüssigen Kohlenstoff enthält.

D. Sintern

Das Produkt des Brennvorgangs wird sodann zum Herstellen des Fertigerzeugnisses gesintert. Brennen und Sintern können in demselben Ofen ausgeführt werden; wegen der verhältnismäßig großen Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Arbeitsschritten werden sie jedoch besser in verschiedenen Öfen ausgeführt. Das Sintern selbst wird nach bekannten Methoden vorgenommen.

Das Sintern wird am besten im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, ausgeführt. Der Körper wird bei einer Temperatur zwischen 2000 und 2200 ⁰C

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gesintert. Bei dieser Temperatur beträgt die Sinterzeit in der.Regel 20 Minuten bis 1 Stunde. Am besten wird das Sintern stufenweise ausgeführt, indem beispielsweise der Körper zunächst 4 Stunden auf etwa 1500 ⁰C erhitzt und dann die Temperatur um 300 °C/h bis auf etwa 2150 ⁰C gesteigert wird.

E. Fertigbearbeitung

Falls gewünscht, kann das Sintererzeugnis spanend bearbeitet werden, z.B. durch Diamantschleifen, elektrochemisches Ätzen, Ultraschallbearbeiten oder Elektroerosionsbearbeiten, um Werkzeuge oder Körper von sehr hoher Maßgenauigkeit zu erhalten.

An Hand nachstehender Beispiele wird die Erfindung veranschaulicht. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile Gewichtsteile.

BEISPIEL A (Vergleichsversuch)- -

66,3 Teile Siliciumcarbid miteiner Teilchengröße von etwa■ 1 μπι, 10,9 Teile weichgemachtes Polystyrol, 2,3 Teile Stearinsäure-Wachs und 5,5 Teile Öl Nr, 40 wurden in einen Bandmischer gegeben, mit Dampf auf etwa 150 ⁰C erwärmt und 1 Stunde gemischt. Die Mischung wurde abkühlen gelassen, dann granuliert und abgesiebt. Sie enthielt etwa 78 Gew.-% Siliciumcarbid. Das durch ein Sieb mit 12,7 mm lichter Maschenweite abgesiebte Material mit einem Brabender-Plasticorder auf Viskosität geprüft. Der Brabender-Plasticorder ist ein Gerät, das das Drehmoment einer mit konstanter Drehzahl umlaufenden Welle mißt. Ein hoher Drehmoment-Meßwert entspricht einer hohen Viskosität der geprüften Mischung. Die Messungen werden im Gleichgewichtszustand vorgenommen, wenn das Drehmoment konstant bleibt, und die Meßergebnisse.werden in m.g ausgedrückt. Es wurden Tests bei 135, 145 und 155 ⁰C ausgeführt; die Ergebnisse

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sind in nachstehender Tabelle 1 wiedergegeben.

BEISPIEL 1

Zu einer Mischung, die mit derjenigen des Beispiels identisch war, wurden 0,425 Teile (etwa 0,5 Gew.-%) Tetra-[2-äthylhexyl]-titanat gegeben. Im übrigen wurde die Mischung nach dem Verfahren des Beispiels A verarbeitet und geprüft. Die Testergebnisse sind ebenfalls in Tabelle T aufgeführt.

	Tabelle 1	Beispiel 1 [m-g]
Temceratur *[°C]	Beispiel A £m-g]	45 20 15
135 145 155	380 250 180

BEISPIEL 2

Zu Mischungen, die mit derjenigen des Beispiels A identisch waren, wurden 0,425 Teile (etwa 0,5 Gew.-%) der in nachstehender Tabelle aufgeführten organischen Titanverbindungen gegeben. Die Mischungen wurden zunächst in der Mischkammer eines Brabender-Plasticorders gemischt, und die Tests wurden bei 135 ⁰C ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Drehmoment Organische Titanverbindung [m.g]

Tetra-isopropyl-di-[tridecylphosph.it] -

titanat 0

Isopropyl-tri-[isostearyl]-titanat 10

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Drehmoment Organische Titanverbindung [m-gj

Titan-di-[dioctylphosphat]-oxyacetat 35

Titan-di-[dioctyldiphosphat]-oxyacetat 45 Isopropyl-[isostearyl-diacryl]-titanat 55 Isopropyl-tri-[dioctylphosphat]-titanat 65 Isopropyl-tri-[dioctyldiphosphat]-titanat 70 Tetra-isopropyl-di-[dioctylphosphit]-

titanat " " 88

Di-[dioctylphosphat]-äthylen-titanat 105

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Claims

COHAUSZ S: FLORAGK

PATENTANWALTSBÜRO £, 9 V I <fc 2 2,

SCHUMANNSTR. 97 · D-4000 DÜSSELDORF

Telefon: ;02 ] 1) 6333 46 Telex: 08586513 cop ά

PATENTANWÄLTE:
DipL-lng. W. COHAUSZ · Oipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., DipL-Widsch.-lng. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Patentansprüche

1/. Spritzgieß- und sinterbare keramische Mischung, g e kennzeichnet durch folgende Zusammensetzung :

ä) 65 bis 90 Gew.-% teilchenförmiges keramisches Material, das im wesentlichen aus einem Carbid besteht;

b) 12 bis 30 Gew.-% thermoplastischer Kunststoff mit einer Verflüchtigungstemperatur zwischen 200 und 500 -⁰C;

c) 2 bis 8 Gew.-% Öl, Paraffin oder Wachs mit einer niedrigeren Verflüchtigungstemperatur als der Kunststoff; und

d) 0,1 bis 3,0 Gew.-% organische Titanverbindung der Formel

worin

m eine ganze Zahl von 1 bis 4 und η eine ganze Zahl von 0 bis 4, m + η = 4 oder 6,

ζ 0 oder 1

R₁ eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit

1 bis 8 Kohlenstoffatomen,
X ein Säurerest der phosphorigen, Phosphor- oder

Diphosphorsäure und
R₂ eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 8 bis 25 Kohlenstoffatomen sind.

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U/-

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2. Keramische Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Siliciumcarbid ist.
3. Keramische Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Titanverbindung Tetra-2-äthyl-hexyl-titanat oder Tetra-isopropyl-di-(tridecylphosphit)-titanat ist.
4. Keramische Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch 0,3 bis 5,0 Gew.-% bezogen auf den Metallkarbidanteil Bor oder Beryllium in Form der Elemente oder in Form von Verbindungen oder Mischungen davon enthält.

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