DE2945513A1 - Verfahren zum heissisostatpressen von poroesen formkoerpern aus siliziumkeramik - Google Patents

Verfahren zum heissisostatpressen von poroesen formkoerpern aus siliziumkeramik

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Description

ba/fr -A-
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION 2 9 Λ 5 51
MÜNCHEN GMBH *"
München, 8. November 1979
Verfahren zum Heißisostatpressen von
porösen Formkörpern aus Siliziumkeramik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Heißisostatpressen (HIP) von porösen Formkörpern aus Siliziumkeramik.
Bei diesem Verfahren kommt es immer darauf an, zu verhindern, daß das gasförmige Preßmedium in die offene
Porösität des Formkörpers (= Preßling) eindringt. Dies kann mit Hilfe einer ausreichend zähen bzw. elastischen Schicht (oder Schichtverbund) direkt auf dem Preßling
geschehen. Aus der DE-OS 26 01 294 ist es bekannt, den Preßling innerhalb einer evakuierten Glaskapsel in ein Glaspulver einzubetten, welches im Rahmen des Heißisostatpressens zu einer Glashülle hoher Viskosität
umgewandelt wird. Schließlich ist auch vorgeschlagen worden, als druckübertragendes Medium beim Heißisotsatpressen eine Metallschmelze zu verwenden.
130Ö23/0042
Die bisher bekannten Verfahren sind nicht optimal, da entweder die sich bildende Glashülle auf unzulässige Art mit dem Preßling reagiert oder die Hülle durch Wärmedehnungsunterschiede beim HIP reißt oder das Beschichtungsmaterial beim HIP zu geringe Viskosität aufweist und dadurch in die offene Porösität gedrückt wird, wodurch die Bauteileigenschaften der Formkörper verschlechtert werden. Weitere Schwierigkeiten bestehen darin, die im Verlauf des HIP mit dem Formkörper innig verbundene Hülle nach dem HIP wieder zu entfernen, ohne dadurch die Oberfläche des fertig gepreßten Formkörpers zu beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem einerseits eine sichere gasdichte Hülle um den porösen Formkörper beim HIP geschaffen wird, bei dem andererseits diese Hülle nach dem HIP ohne Schwierigkeit und insbesondere ohne Beeinträchtigung der Oberfläche des fertig gepreßten Körpers entfernbar ist. Schließlich soll jegliche chemische Reaktion zwischen der Siliziumkeramik des Formkörpers und dem Material des druckübertragenden Mediums oder seinen Bestandteilen ausgeschlossen sein.
T-616 08.11.1979
130023/0042
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Formkörper eingebettet in ein zumindest bei der Prozeßtemperatur nicht sinterfähiges Pulver gepreßt wird.
Durch die Verwendung eines nicht sinterfähigen Pulvers das sich in einem Behälter befindet, kann die erforderliche Gasundurchlässigkeit erreicht werden, eine innige Verbindung zwischen den Keramikformkörpern und dem als druckübertragendes Medium dienenden Pulver ist jedoch nicht möglich. Dadurch kann dieses Pulver nach dem HIP durch einfaches Abklopfen vollständig und ohne Beeinträchtigung der Oberfläche des Keramikformkörpers entfernt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens soll das Pulver aus dem gleichen Material wie der Formkörper, jedoch ohne Sinterhilfe bestehen. Dadurch wird mit absoluter Sicherheit jegliche chemische Reaktion zwischen dem Umhüllungsmaterial und dem Keramikformkörper vermieden. Auch die Verwendung von Graphitpulver als druckübertragendem Medium erfüllt die gestellten Aufgaben in vorzüglicher Weise.
Es ist ledigch darauf zu achten, daß das verwendete Pulver ausreichende Rieselfähigkeit aufweist, um den Preßdruck
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08.11.1979
130023/0042
beim HIP optimal zu übertragen und daß es ausreichende Korngröße aufweist, damit die nicht sinterfähigen Körner nicht unzulässig in die Oberfläche des Preßlings eindringen können. Vorzugsweise liegt die Körnung des Pulvers im Bereich von 2 μπι bis 50 μΐη, wobei verschiedene Modifikationen mit Körnungen innerhalb dieser Grenzen von Vorteil sind.
Da das Pulver, in dem der Preßling eingebettet ist, in einem Behältnis gefaßt sein muß, ist darauf zu achten, daß der Behälterwerkstoff bei den Prozeßbedingungen mit dem Pulver verträglich ist. Darüber hinaus müssen die Behältermaterialien so gewählt sein, daß ein Fügen zum gasdichten Verschließen des Behälters ohne Schwierigkeiten möglich ist. Schließlich ist es notwendig, daß die Viskosität des Behältermaterials bei den Prozeßbedingungen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt. Als besonders vorteilhaft und den vorstehenden Anforderungen genügend haben sich Behälter erwiesen, wie sie in den Patentansprüchen 8 bis 10 beschrieben sind.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:
Ein Behälter aus Quarzglas mit einer Wandwärke von etwa 1 mm wird mit reinem Si^N.-Pulver der /J-Phase
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130023/0CU2
mit unterschiedlicher Körnung im Bereich von 2 bis 50 μπι gefüllt. In diesem Pulver ist ein Preßling aus reaktions gesintertem Si3N4 und MgO als Sinterhilfe eingebettet. Der Behälter wird evakuiert und durch Verschmelzen gas dicht verschlossen. Danach wird der Behälter in eine Heißisostatpresse einem Druck von etwa 3000 bar und einer Temperatur von 1400 bis 1700 0C ausgesetzt, wobei die gewünschte Verdichtung des Preßlings erfolgt. Nach Abschluß des Preßvorgangs und Abkühlung wird der Glasbehälter zerschlagen und das Siliziumnitridpulver vom fertig gepreßten Formkörper abgeklopft.
T-616
08.11.1979
130023/0042

Claims (10)

  1. ba/fr
    mtu motoren- und turbinen-union 2945513
    München gmbh
    München, 8. November 1979
    Patentansprüche
    Verfahren zum Hexßisostatpressen (HIP) von porösen Formkörpern aus Siliziumkeramik, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Formkörper eingebettet in ein zumindest bei der Prozeßtemperatur nicht sinterfähiges Pulver gepreßt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus dem gleichen Material wie der Formkörper, jedoch ohne Sinterhilfe besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Formkörper aus Siliziumnitrid Si-N4 und Sinterhilfe wie z. B. MgO reines Pulver aus Si^N4, vorzugsweise der /3 -Phase verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Formkörper aus drucklos gesintertem
    130023/0042
    ORIGINAL INSPECTED
    O^ - oder β-Siliziumkarbid (SiC) reines Pulver aus SiC vorzugsweise der #-Phase verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Graphitpulver ist.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des druckübertragenden Pulvers im Bereich von 2 μΐη bis 50 pm liegt.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckübertragende Pulver verschiedene Modifikationen mit Körnungen im Bereich von 2 μπι bis 50 μπι umfaßt.
  8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter zur Aufnahme des druckübertragenden Pulvers und des darin eingebetteten Formkörpers solche aus Mo-, Zr-, V-, B-, Cr-, Nb-, Ta- oder Ti-Blech verwendet werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Blechbehälter zwischen 0,1 bis 1 mm liegt.
    T-616 08.11.1979
    190023/0042
  10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter zur Aufnahme des druckübertragenden Pulvers und des darin eingebetteten Formkörpers ein solcher aus Quarzglas mit einer Handstärke von 0,2 bis 2 mm verwendet wird.
    T-616
    08.11.1979
    130023/0042
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