DE3015575A1 - METHOD FOR PRODUCING AN OBJECT FROM CERAMIC OR METAL MATERIAL BY ISOSTATIC PRESSING - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING AN OBJECT FROM CERAMIC OR METAL MATERIAL BY ISOSTATIC PRESSING

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DE3015575A1
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Description

ASEA AB, Västeras/SchwedenASEA AB, Västeras / Sweden

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem oder metallischem Material durch isostatisches PressenProcess for the production of an article from ceramic or metallic material by isostatic pressing

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem oder metallischem' Material durch isostatisches Pressen gemäß dem Oberbegriff des AnspruchesThe invention relates to a method for producing an article from ceramic or metallic material by isostatic pressing according to the preamble of the claim

1.1.

Gegenstände aus keramischem oder metallischem Material können durch Zusammensintern von Pulver aus dem genannten Material durch isostatisches Pressen hergestellt werden. Während des isostatischen Pressens bei Sintertemperatur ist das Pulvermaterial zur Erzielung eines dichten gesinterten Produktes in einer Hülle eingeschlossen, die das Druckmittel, normalerweise ein Gas, daran hindert, in das Pulver einzudringen. Die Hülle und ihr Inhalt v/erden normalerweise während eines Verfahrens Schrittes vor dem Verschließen von unerwünschten Gasen befreit. Gemäß einem bekannten Verfahren dieser Art wird als Hülle eine vorgeformte Kapsel aus homogenem Glas verwendet, deren Innenraum die gleiche Form hat wie der herzustellende Gegenstand, wobei jedoch die Abmessungen etwas größer als die des herzustellenden Gegenstandes sind. Insbesondere dann, wenn der herzustellende Gegenstand eineObjects made of ceramic or metallic material can be made by sintering together powder from the material mentioned isostatic pressing. During isostatic pressing at sintering temperature, the powder material is used Achievement of a dense sintered product enclosed in a shell with the pressure medium, usually a gas, attached to it prevents penetration into the powder. The envelope and its contents are normally grounded during a process prior to the Sealing freed from unwanted gases. According to a known method of this type, a preformed shell is used Capsule made of homogeneous glass used, the interior of which has the same shape as the object to be manufactured, but with the dimensions are slightly larger than that of the object to be manufactured. In particular if the object to be manufactured has a

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verwickelte Form hat, ist die Herstellung einer solchen Form infolge der hierfür erforderlichen Formwerkzeuge und anderer für ihre Herstellung erforderlicher Einrichtungen sehr kostspielig. has an intricate shape, the production of such a shape is due to the molding tools required for this and others very expensive equipment required for their manufacture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art zu entwickeln, mit dem die Herstellung eines keramischen oder metallischen Gegenstandes in einer bedeutend einfacheren Weise und ohne eine komplizierte und kostspielige Einrichtung für die Herstellung der formgebenden Hülle möglich ist.The invention has for its object a method of the above A way to develop with which the production of a ceramic or metallic object in a much simpler way Wise and without a complicated and expensive device for the production of the shaping shell is possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, a method according to the preamble of claim 1 is proposed which, according to the invention, the in the characterizing part of claim 1 has mentioned features.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. Advantageous further developments of the invention are mentioned in the subclaims.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die die Form des herzustellenden Gegenstandes bestimmende Hülle auf einfache Weise gewonnen. Ferner bietet die Erfindung andere Vorteile, die aus der weiteren Beschreibung hervorgehen. Beispielsweise kann die zum Formen des Gegenstandes benutzte Form saugend ausgeführt werden, wodurch ein Schlammgießen erleichtert wird. Die Erfindung gründet sich auf die Anwendung eines Glaspulvers, das um ein Modell, z.B. aus Wachs, des herzustellenden Gegenstandes angebracht und zu einer Form gebunden wird, wonach das Modell aus der soIn the method according to the invention, the shape of the to be produced Object-defining shell obtained in a simple manner. Furthermore, the invention offers other advantages from emerge from the further description. For example, the mold used to shape the object can be designed to be sucking thereby facilitating mud pouring. The invention is based on the application of a glass powder, which around a model, e.g. made of wax, the object to be manufactured is attached and bound to a shape, after which the model from the so

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gewonnenen Form entfernt wird und man einen Formraum in der Form erhält, der in seiner Gestalt mit der Gestalt des herzustellenden Gegenstandes übereinstimmt, wobei die Abmessungen in der Form jedoch größer als die des herzustellenden Gegenstandesobtained shape is removed and you get a mold space in the mold, which in its shape with the shape of the to be produced Object matches, with the dimensions in the form, however, larger than those of the object to be produced

Hülle,'Covering,'

sind« Diese Form wird als gasundurchlässIgeYbeim isostatischen Pressen verwendet.are «This form is called gas-impermeable when isostatic Presses used.

Unter Schmelze wird in der Beschreibung und den Ansprüchen eine gasundurchlässige Masse verstanden, die sich zumindest im wesentlichen im geschmolzenen Zustand befindete Es ist somit nicht erforderlich, daß alle Teile des Einbettungsmaterials vollständig geschmolzen sind, um eine unter dem Begriff Schmelze verstandene funktionsfähiges gasundurchlässige Masse zu erhalten.In the description and the claims, melt is understood to be a gas-impermeable mass which is at least essentially It is thus not necessary that all parts of the embedding material are completely in the molten state are melted in order to obtain a functional gas-impermeable mass understood by the term melt.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung werden als Druckmittel Edelgase, wie Argon und Helium, oder Stickstoff, bevorzugt. In the practice of the present invention, the pressure means Noble gases such as argon and helium, or nitrogen, are preferred.

Das keramische Material kann u.a, aus einem Nitrid, wie Siliziumnitrid, einem Metalloxyd, wie Aluminiumoxyd, oder einem Karbid, wie Siliziumkarbid bestehen. Das metallische Material kann u.a. bestehen aus Stahl, aus einer auf Eisen basierenden Legierung, wie ZoB0 einem 3#igen Cr-Mo~Stahl„ der O9 33 % C9 O930 % Si5 0,40 % Mn, 0,01 % P, O9OI % S8 298 % Cr, 0,6 % Mo9 Rest Fe enthält, oder einem 12%igen Cr=Mo~V~Nb-Stahl„ der O918 % C9 0s25 % Si5 0,60 % Mn, 0,01 % P, 0,01 % S9 11,5 %"Cr, 0,5 % Ni9 0,5 % Mos 0,30 % Vs 0,25 % Nb9 Rest Fe enthält, oder einer Legierung, die 1,27 % C, O93 #Si, 0,3 % Mn5 6,4 % ¥, 59O % Mo, 3,1 % V, 4,2 % The ceramic material can, inter alia, consist of a nitride such as silicon nitride, a metal oxide such as aluminum oxide, or a carbide such as silicon carbide. The metallic material can consist of steel, of an iron-based alloy, such as ZoB 0 a 3 # Cr-Mo steel "O 9 33 % C 9 O 9 30 % Si 5 0.40 % Mn, 0, 01 % P, O 9 OI % S 8 2 9 8 % Cr, 0.6 % Mo 9, remainder Fe, or a 12% Cr = Mo ~ V ~ Nb steel "which O 9 18 % C 9 0 s 25 % Si 5 0.60 % Mn, 0.01 % P, 0.01 % S 9 11.5 % "Cr, 0.5 % Ni 9 0.5 % Mo s 0.30 % V s 0.25 % Nb 9 contains the remainder Fe, or an alloy that contains 1.27 % C, O 9 3 #Si, 0.3 % Mn 5 6.4 % ¥, 5 9 O % Mo, 3.1 % V, 4, 2 %

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Cr, Rest Fe enthält, oder aus einer auf Nickel basierenden Legierung, wie z.B. einer Legierung, die 0,03 % C, 15 % Cr, 17 % Co, 5 % Mo, 3,5 % Ti, 4,4 # Al, 0,03 % B, Rest Ni enthält, oder einer Legierung, die 0,06 % C, 12 ?ό Cr, 17 % Co, 3 % Mo, 0,06 % Zr, 4,7 Ji Ti, 5,3 % Al, 0,014 90 B, 1,0 % V, Rest Ni enthält. Die Prozentangaben sind Gewichtsprozente.Cr, the remainder Fe, or from a nickel-based alloy, such as an alloy containing 0.03 % C, 15 % Cr, 17 % Co, 5 % Mo, 3.5 % Ti, 4.4 # Al, 0.03 % B, the remainder Ni, or an alloy that contains 0.06 % C, 12? Ό Cr, 17% Co, 3% Mo, 0.06 % Zr, 4.7 Ji Ti, 5.3 % Contains Al, 0.014 90 B, 1.0 % V, the balance Ni. The percentages are percentages by weight.

Die Form aus Glaspulver, in die das keramische oder metallische Material eingefüllt wird, wird dadurch hergestellt, daß ein Modell des herzustellenden Gegenstandes mit dem Glaspulver umgeben wird und daß die Glaspartikel zu einer zusammenhängenden Schicht verbunden werden, bevor das Modell entfernt wird. Das Modell wird aus einem Material hergestellt, das aus der zusammenhängenden, eine Einheit bildenden Schicht entfernt werden kann, ohne daß diese Einheit zerstört wird. Als solches Material kommen in Betracht Wachs oder ein anderes niedrig schmelzendes Material, wie z.B. eine Legierung aus 60 % Bi und 40 % Sn oder Woods metall (50 % Bi, 25 % Pb, 14 % Sn und 11 % Cd), das dadurch entfernt wird, daß das Material nach dem Schmelzen aus der umgebenden Glasschicht herausrinnen kann, ein Kunststoff, wie z.B. Polystyrol, oder ein anderes Material, das sich beim Erwärmen zersetzt und in Gasform entweichen kann, oder ein Material, das mit einem Lösungsmittel aufgelöst werden kann, wie z.B. ein Metall, das durch Säure aufgelöst wird. Die.Glaspartikel können mit einem anorganischen Bindemittel, z.B. B2O, oder SiO2, das aus Äthylsilikat in der Form gebildet wurde, miteinander verbunden werden. Auch ein organisches Bindemittel, wie Stärke oder ein Harzbindemittel, das weggebrannt werden kann, ist verwendbar.The mold made of glass powder, into which the ceramic or metallic material is filled, is produced by surrounding a model of the object to be manufactured with the glass powder and that the glass particles are connected to form a coherent layer before the model is removed. The model is made of a material which can be removed from the continuous, unitary layer without this unit being destroyed. Wax or another low-melting material, such as an alloy of 60 % Bi and 40 % Sn or Woods metal (50 % Bi, 25 % Pb, 14% Sn and 11 % Cd), can be used as such a material, which removes this that the material can run out of the surrounding glass layer after melting, a plastic such as polystyrene, or another material that decomposes when heated and can escape in gaseous form, or a material that can be dissolved with a solvent, such as a metal that is dissolved by acid. Die.Glaspartikel can be connected to one another with an inorganic binder, for example B 2 O, or SiO 2 , which was formed from ethyl silicate in the mold. An organic binder such as starch or a resin binder that can be burned away can also be used.

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Es ist auch möglich, eine Verbindung der Glaspartikel miteinander durch Sedimentation oder Kaltkompaktierung ohne Anwendung eines Bindemittels zu erreichen.It is also possible to connect the glass particles to one another by sedimentation or cold compaction without application to achieve a binder.

Das Glas ist vorzugsweise niedrigschmelzender Art. Als Beispiel eines geeigneten Glases können genannt werden ein Glas, das 80,3 Gewichtsprozent SiOp, 12,2 Gewichtsprozent BpO5, 2,8 Gewichtsprozent AIpO,, 4,0 Gewichtsprozent Na2O, 0,4 Gewichtsprozent KpO und 0,3 Gewichtsprozent CaO (Pyrex^ ') enthält, ferner ein Aluminiumsilikat, das 58 Gewichtsprozent SiO2» 9 Gewichtsprozent BpO^, 20 Gewichtsprozent AIpO,, 5 Gewichtsprozent CaO und 8 Gewichtsprozent MgO enthält, sowie Mischungen aus Partikeln von Substanzen, z.B. SiO2, B2O3, Al2O, sowie Alkali- und Erdalkalimetalloxyde, die bei Erhitzung Glas bilden. Der Begriff Glas im Sinne dieser Beschreibung schließt glasbildendes Material, wie z„B„ die vorstehend genannten Mischungen ein.The glass is preferably of the low-melting type. As an example of a suitable glass, a glass containing 80.3 percent by weight SiOp, 12.2 percent by weight BpO 5 , 2.8 percent by weight AlpO, 4.0 percent by weight Na 2 O, 0.4 Weight percent KpO and 0.3 weight percent CaO (Pyrex ^ ') also contains an aluminum silicate that contains 58 weight percent SiO 2 »9 weight percent BpO ^, 20 weight percent AlpO, 5 weight percent CaO and 8 weight percent MgO, and mixtures of particles of substances , for example SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O, as well as alkali and alkaline earth metal oxides, which form glass when heated. The term glass in the context of this description includes glass-forming material, such as, for example, the above-mentioned mixtures.

Dem keramischen oder metallischem Material wird, falls erforderlich, vor dem Einfüllen in den Formraum der aus Glaspulver bestehenden Form eine geeignete Konsistenz gegeben durch den Zusatz einer Zusatzsubstanz, ζ,.Β. in Form eines Lösungsmittels wie Methanol, Äthanol oder Wasser, eines Bindemittels, wie Polyvinylalkohol, eines Weichmachermittels, wie Polyäthylenglykol, eines Antiflockungsmittels, wie Benzolsulfonsäure, und/oder eines Benetzungsmittels, wie Äthylpentylglykol. Das Einbringen in den Formraum kann durch Schlammgießen oder mit Hilfe von Vakuum, Druck, Zentrifugalkraft oder Ultraschall geschehen. Die Eigenschaft derThe ceramic or metallic material is, if necessary, Before it is filled into the mold space, the mold made of glass powder is given a suitable consistency by the addition an additional substance, ζ, .Β. in the form of a solvent such as methanol, Ethanol or water, a binder such as polyvinyl alcohol, a plasticizer such as polyethylene glycol, an anti-flocculant, such as benzenesulfonic acid, and / or a wetting agent, such as ethyl pentyl glycol. The introduction into the mold space can be done by mud casting or with the help of vacuum, pressure, Centrifugal force or ultrasound happen. The property of

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Form, porös und saugend zu sein, erleichtert insbesondere beim Schlammgießen die Erzielung eines dichten Ausfüllens des Formraumes mit dem keramischen oder metallischen Material. An der Innenwand der Form haben die Poren vorzugsweise eine kleinere Größe (Durchmesser) als die Körner aus dem keramischen oder metallischen Material.Shape, being porous and absorbent makes it easier especially when Mud casting the achievement of a tight filling of the mold space with the ceramic or metallic material. At the Inner wall of the mold, the pores preferably have a smaller size (diameter) than the grains of the ceramic or metallic Material.

Nachdem der Formraum gefüllt und seine Öffnung mit Glas bedeckt worden ist, das zusammen mit der Form einer Einbettung für das keramische oder metallische Pulver bildet, wird die Einbettung, wie bereits vorstehend erwähnt, in eine Schmelze übergeführt. Um die Schmelze an ihrem Platz zu halten, wird die Form, wie erwähnt, in einem Gefäß untergebracht, das bei der Temperatur beständig ist, bei der das isostatische Pressen unter Sintern des Pulvers aus dem keramischen oder metallischen Pulver durchgeführt wird. Als Material für das Gefäß wird Graphit bevorzugt, doch können auch andere Materialien, wie Bornitrid oder Molybdän, verwendet werden.After the mold space has been filled and its opening has been covered with glass, which together with the mold of an embedding for the Forms ceramic or metallic powder, the embedding, as already mentioned above, is converted into a melt. In order to keep the melt in place, the mold is, as mentioned, placed in a vessel that is stable at the temperature in which the isostatic pressing is carried out with sintering the powder of the ceramic or metallic powder will. Graphite is the preferred material for the vessel, but other materials such as boron nitride or molybdenum can also be used. be used.

Das Einbettungsmaterial kann gasundurchlässig gemacht werden, während es sich im Vakuum befindet. Das Einbettungsmaterial kann auch gasundurchlässig gemacht werden, während es sich in Kontakt mit einem Gas befindet, dessen Druck auf einem Wert gehalten wird, der mindestens genauso groß ist wie der Gasdruck, der in dem im Formraum befindlichen Material vorhanden ist. Dadurch können Beschädigungen der Form durch Gas, das aus dem im Formraum befindlichen Material entweicht, vermieden werden.The potting material can be made gas impermeable while it is in a vacuum. The embedding material can can also be made gas impermeable while in contact with a gas whose pressure is kept at a value which is at least as great as the gas pressure that is present in the material located in the mold space. Through this Damage to the mold caused by gas escaping from the material in the mold space can be avoided.

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Die Erfindung soll nachstehend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Verfahrens und unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden« Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Fertigungsschritte bei der Herstellung eines Gegenstandes nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.The invention is intended below through the description of exemplary embodiments of the method and with reference to the figures are described in more detail «Figures 1 to 4 show various manufacturing steps in the manufacture of an object according to the method according to the invention.

Es wird ein Wachsmodell hergestellt, dessen Form mit der Form eines herzustellenden Gegenstandes, z.B. einer Turbinenscheibe oder einer Turbinenschaufel, übereinstimmt, deren Abmessungen jedoch etwas größer als der herzustellende Gegenstand sind, um einen Abmessungsschwund bei der Herstellung des Gegenstandes auszugleichen., In der Mitte des Wachsmodells wird ein Rohr aus Borsilikatglas befestigt« Dieses Rohr wird, wie es nachstehend noch näher beschrieben wird, als Einspritzkanal und Steigrohr beim Schlammgießen in der fertigen Form benutzte Das Wachsmodell und der untere Teil des Glasrohres werden wiederholt in eine breiartige Aufschlämmung getaucht, die aus 65 Gewichtsteilen Borsilikatglas mit einer Korngröße unter 1 /um in 35 Gewichtsteilen Äthylsilikat besteht, bis sich auf dem Wachsmodell eine Schicht von 0,3 - 0,5 mm Dicke gebildet hat. Die Porengröße in der Schicht liegt bei 0,2 - 0,5 /um. Die Form wird dann weiter aufgebaut durch Eintauchen in eine Aufschlämmung aus Borsilikatglaspartikeln, bestehend aus 47 Gewichtsteilen von Partikeln mit einer Korngröße von 45 /um, 24 Gewichtsteilen von Partikeln mit einer Korngröße von 177 /um sowie 29 Gewichtsteilen Äthylsilikat. Dieses Eintauchen wird solange fortgesetzt, bis sich eine Schicht geeigneter Dicke, d.h. ca. 3= 5 mras um das Wachsmodell gebildet hat. Danach wird das Wachsmodell mit der aufgezogenen Schicht getrocknet.A wax model is produced, the shape of which corresponds to the shape of an object to be produced, e.g. a turbine disk or a turbine blade, but the dimensions of which are slightly larger than the object to be produced in order to compensate for a dimensional shrinkage during the production of the object., In the middle of the A borosilicate glass tube is attached to the wax model. This tube is used, as will be described in more detail below, as an injection channel and riser pipe when pouring the mud in the finished form Parts by weight of borosilicate glass with a grain size of less than 1 / µm in 35 parts by weight of ethyl silicate until a layer 0.3-0.5 mm thick has formed on the wax model. The pore size in the layer is 0.2-0.5 μm. The mold is then further built up by dipping into a slurry of borosilicate glass particles consisting of 47 parts by weight of particles with a grain size of 45 μm, 24 parts by weight of particles with a grain size of 177 μm and 29 parts by weight of ethyl silicate. This immersion is continued until a layer of suitable thickness, ie approx. 3 = 5 mra s , has formed around the wax model. Then the wax model with the applied layer is dried.

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Das Modell mit der umgebenden Glasschicht wird danach in ein Gefäß gebracht, dessen Boden ein dem Innendurchmesser des Glasrohres entsprechendes Loch und einen dem Außendurchmesser des Glasrohres entsprechenden Ansatz aufweist. Das Modell mit der Glasschicht wird so im Gefäß plaziert, daß das Glasrohr nach unten weist und an dem Ansatz am Boden des Gefäßes anliegt. Danach wird eine Aufschlämmung aus Borsilikatglaspartikeln mit einer Korngröße von weniger als 44 Aim und Wasser in dem Gefäß schlammgegossen/sedimentiert, bis man eine Form mit einer Materialdicke von ca. 20 mm erhalten hat. Nachdem man die Form im Gefäß hat trocknen lassen, wird das Gefäß mit der Form in einen Autoklaven eingebracht, in dem Dampf mit einer Temperatur von ca. 1500C das Wachs ausschmilzt. Danach wird die Form in einem Ofen sukzessiv auf 550 - 600°C erhitzt, wobei alle Reste des Wachses verschwinden und die Festigkeit der Form erhöht wird. Die so gewonnene Form ist hart und porös, und zwischen den Glaspartikeln besteht ein guter Zusammenhalt. Die aus Glaspartikeln bestehende Form ist mit 10 bezeichnet," der durch Herausschmelzen des Wachses gewonnene Formraum mit 11 und das Glasrohr mit 12.The model with the surrounding glass layer is then placed in a vessel, the bottom of which has a hole corresponding to the inside diameter of the glass tube and an attachment corresponding to the outside diameter of the glass tube. The model with the glass layer is placed in the vessel in such a way that the glass tube points downwards and rests against the attachment at the bottom of the vessel. Then a slurry of borosilicate glass particles with a grain size of less than 44 Aim and water is mud-poured / sedimented in the vessel until a form with a material thickness of approx. 20 mm is obtained. After the form has been allowed to dry in the vessel, the vessel with the form is placed in an autoclave in which steam at a temperature of approx. 150 ° C. melts the wax. The mold is then gradually heated to 550 - 600 ° C in an oven, all wax remains and the strength of the mold is increased. The shape obtained in this way is hard and porous, and there is good cohesion between the glass particles. The mold consisting of glass particles is denoted by 10, “the mold space obtained by melting out the wax is denoted by 11 and the glass tube by 12.

Der Formraum 11 wird dann in der in Fig. 2 gezeigten Weise mit einem Siliziumnitridpulver 13 gefüllt. Das Siliziumnitridpulver, das eine unter 5 /um liegende Korngröße hat und das ca. 0,5 Gewichtsprozent freies Silizium und ca. 5 Gewichtsprozent Yttriumoxyd enthält, ist dabei mit Methanol zu einer breiartigen Konsistenz aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung ist außerdem mit Zusatzstoffen versetzt, die aus Polyvinylalkohol, Polyäthylenglykol und Benzolsulfonsäure bestehen, so daß deren Gehalte 2, 4 bzw. 1The mold space 11 is then filled with a silicon nitride powder 13 in the manner shown in FIG. The silicon nitride powder, which has a grain size below 5 / um and which has about 0.5 percent by weight of free silicon and about 5 percent by weight of yttrium oxide contains, is suspended with methanol to a paste-like consistency. The slurry is also made with additives added that made of polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and benzenesulfonic acid exist, so that their contents are 2, 4 and 1

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Prozent des Gewichtes der Aufschlämmung "betragen. Um Luftblasen zu entfernen, wird die Aufschlämmung vor dem Einfüllen in die Form entgast.Percent of the weight of the slurry ". Around air bubbles remove the slurry before pouring it into the mold degassed.

Dadurch, daß die Form porös ist, wird der überwiegende Teil an Methanol und Zusatzstoffen aufgesaugt, so daß bei einem sukzessiven Einfüllen von Siliziumnitridpulver der Formraum gut mit Pulver ausgefüllt wird. Wenn das Niveau im Rohr 12 aufgehört hat zu sinken, der Formraum 11 also kein weiteres Material mehr aufnehmen kann, wird über dem Material im Formraum ein Gasdruck von ca. 2 MPa aufgebracht. Diese Druckeinwirkung führt zu einem verbesserten Ausfüllen des Formraumes und zu einem geringeren Schrumpfen beim Trocknen. Das Trocknen erfolgt bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck und dauert ca. 4-5 Tage.Because the shape is porous, the major part of methanol and additives is absorbed, so that in a successive one Filling in silicon nitride powder, the mold space is well filled with powder. When the level in pipe 12 has stopped falling, the mold space 11 can no longer hold any further material, a gas pressure of approx. 2 MPa applied. This pressure effect leads to an improved filling of the mold space and less Shrinkage while drying. Drying takes place at room temperature and atmospheric pressure and takes about 4-5 days.

Die Form mit Inhalt wird danach auf ungefähr 5000C in Vakuum erhitzt, wobei die im Siliziumnitrid enthaltenen Zusätze in der Aufschlämmung aus der Form und dem Formraum entfernt werden. Wie aus Figur 3 hervorgeht, wird die Form anschließend in einem Gefäß 15 aus Graphit untergebracht, das inwendig mit einer Trennmittelschicht aus Bornitrid versehen ist. Das Gefäß besteht alsoThe mold with its contents is then heated to approximately 500 ° C. in a vacuum, the additives contained in the silicon nitride in the slurry being removed from the mold and the mold space. As can be seen from FIG. 3, the mold is then accommodated in a vessel 15 made of graphite which is internally provided with a layer of separating agent made of boron nitride. So the vessel exists

aus einem Material , das bei der Sintertemperatur für Siliziumnitrid formbeständig ist. In das Gefäß wird dann ein Pulver 14 aus Borsilikatglas gefüllt, welches die Form 10 bedeckt. Das Pulver 14 kann beispielsweise durch eine Glasscheibe ersetzt werden, welche die Öffnung im Glasrohr 12 abdeckt, unabhängig davon, ob das Glasrohr seine ursprüngliche Länge beibehalten hat oder in Höhe mit der Oberfläche der Form abgeschnitten wurde.made of a material that at the sintering temperature for silicon nitride is dimensionally stable. A borosilicate glass powder 14, which covers the mold 10, is then filled into the vessel. That Powder 14 can, for example, be replaced with a sheet of glass covering the opening in glass tube 12, independently whether the glass tube has retained its original length or has been cut off level with the surface of the mold.

030046/0702030046/0702

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9.4.1980 20 789 P9.4.1980 20 789 P.

Das gesamte in dem beschriebenen Beispiel erwähnte Borsilikat ist niedrigschmelzender Art und enthält 80,3 Gewichtsprozent SiO2, 12,2 Gewichtsprozent B2O5, 2,8 Gewichtsprozent Al2O,, 4,0 Gewichtsprozent Na2O, 0,4 Gewichtsprozent K2O und 0,3 Gewichtsprozent CaO. Das Siliziumnitrid ist damit mit einer Einbettung aus Glas versehen worden. Ein oder mehrere GefäBe 15 werden darauf in einen Hochdruckofen nach Figur 4 eingebracht. Der Anschaulickeit halber wird in dieser Figur nur ein Gefäß gezeigt. Zu dem Hochdruckofen gemäß Figur 4 gehört ein Pressenrahmen 22, der von Rädern getragen wird, die auf Schienen 24 am Boden 25 laufen. Der Pressenrahmen ist zwischen der in der Figur gezeigten Stellung und einer Stellung, in welcher der Rahmen die Hochdruckkammer 42 umgibt, verfahrbar. Der Pressenrahmen besteht aus einem oberen Joch 26, einem unteren Joch 27 und zwei zwischen den Jochen befindlichen Distanzstücken 28. Die Joche und Distanz stücke werden durch einen unter Vorspannung gewickelten Bandmantel 29 zusammengehalten. Die Hochdruckkammer 42 wird von einem Ständer 49 getragen und enthält einen Hochdruckzylinder, der aus einem inneren Rohr 50, einem umgebenden, vorgespannten B-andmantel 51 und Endringen 52 aufgebaut ist, die den Bandmantel axial zusammenhalten und als Aufhängevorrichtungen dienen, mit denen die Hochdruckkammer am Ständer 49 befestigt ist. Die Druckkammer 42 hat einen unteren Endverschluß 53» der in das Rohr 50 des Hochdruckzylinders hineinragt. Der Endverschluß hat eine Nut, in der ein Dichtungsring 54 liegt.All of the borosilicate mentioned in the example described is of the low-melting type and contains 80.3 percent by weight SiO 2 , 12.2 percent by weight B 2 O 5 , 2.8 percent by weight Al 2 O, 4.0 percent by weight Na 2 O, 0.4 percent by weight K 2 O and 0.3 percent by weight CaO. The silicon nitride has thus been provided with an embedding made of glass. One or more vessels 15 are then placed in a high pressure furnace according to FIG. For the sake of clarity, only one vessel is shown in this figure. A press frame 22, which is carried by wheels which run on rails 24 on the floor 25, belongs to the high-pressure furnace according to FIG. The press frame can be moved between the position shown in the figure and a position in which the frame surrounds the high-pressure chamber 42. The press frame consists of an upper yoke 26, a lower yoke 27 and two spacers 28 located between the yokes. The yokes and spacers are held together by a belt jacket 29 which is wound under tension. The high pressure chamber 42 is supported by a stand 49 and contains a high pressure cylinder made up of an inner tube 50, a surrounding, prestressed belt jacket 51 and end rings 52 which hold the belt jacket axially together and serve as hangers with which the high pressure chamber on Stand 49 is attached. The pressure chamber 42 has a lower end closure 53 'which protrudes into the tube 50 of the high pressure cylinder. The end closure has a groove in which a sealing ring 54 lies.

Dureh den Endverschluß ist ein Kanal 55 geführt, durch welchen einerseits die zu pressenden Produkte entgast werden und anderer-Dureh the end closure a channel 55 is guided through which on the one hand the products to be pressed are degassed and on the other hand

030046/0702 /13030046/0702 / 13

9.4.19βΟ 20 789 P9.4.19βΟ 20 789 P.

seits das Druckmittel, vorzugsweise Argon, Helium oder Stickstoff gas, zugeführt wird» Ferner verläuft durch den Endverschluß ein Kanal 56, durch welchen die elektrischen Kabel zur Speisung der Heizelemente 57 geführt werden, durch die der Ofen geheizt wird. Die Heizelemente 57 werden von einem Zylinder 58 getragen, der auf einem isolierenden Boden 59 ruht, welcher in einen isolierenden Mantel 60 hineinragt. Der obere Endverschluß hat ein ringförmiges Teil 61 mit einem Dichtungsring 62, der gegen das Rohr 50 abdichtet. Der Mantel 60 ist am Teil 61 aufgehängt und gasdicht an dieses angeschlossen. Zum Endverschluß gehört auch ein Deckel 63 zum Verschließen der Öffnung im Teil 61, welches normalerweise fest im Hochdruckzylinder angeordnet ist. Der Deckel ist mit einem Dichtungsring 64, der gegen die Innenwand des Teils 61 dichtet, und mit einem Deckel 65 aus Isoliermaterial versehen, der bei geschlossener Hochdruckkammer in den Zylinder 60 hineinragt und einen Teil der isolierenden Hülle bildet, die den Ofenraum 66 umgibt. Der Deckel 63 ist an einer Konsole 67 befestigt, die von einer senkrecht verstellbaren und drehbaren Bedienungsstange 68 getragen wird. Die Joche 26 und 27 nehmen die auf den Endverschluß 53 und den Deckel 63 wirkenden Druckkräfte auf, wenn Druck im Ofenraum erzeugt wird.on the other hand the pressure medium, preferably argon, helium or nitrogen gas, is supplied »Furthermore, a channel 56 runs through the end closure, through which the electrical cables for the supply of the heating elements 57 by which the furnace is heated. The heating elements 57 are carried by a cylinder 58, which rests on an insulating base 59 which protrudes into an insulating jacket 60. The top end cap has a annular part 61 with a sealing ring 62 which seals against the tube 50. The jacket 60 is suspended from the part 61 and connected gas-tight to this. The end closure also includes a cover 63 for closing the opening in part 61, which is normally fixed in the high pressure cylinder. The lid has a sealing ring 64 that rests against the inner wall of the part 61 seals, and provided with a cover 65 made of insulating material, which protrudes into the cylinder 60 when the high pressure chamber is closed and forms part of the insulating envelope surrounding the furnace space 66. The cover 63 is attached to a bracket 67, which is carried by a vertically adjustable and rotatable operating rod 68. The yokes 26 and 27 take the End closure 53 and the lid 63 acting on compressive forces when Pressure is generated in the furnace chamber.

Nachdem das Gefäß 15 mit Inhalt im Ofenraum 66 plaziert worden ist, wird das Pulver 13 mit dem umgebenden Glas 10 und 14 bei Raumtemperatur ungefähr zwei Stunden lang entgast. Unter fortgesetzter Evakuierung wird die Temperatur auf ungefähr 11500C erhöht. Die Temperatursteigerung wird so langsam vorgenommen, daßAfter the vessel 15 and its contents have been placed in the furnace space 66, the powder 13 with the surrounding glass 10 and 14 is degassed at room temperature for approximately two hours. The temperature is increased to approximately 1150 ° C. with continued evacuation. The temperature increase is made so slowly that

030046/0702030046/0702

9.4.1980 20 7Ö2 P9.4.1980 20 7Ö2 P

" 1Z" 3Q15575" 1Z " 3Q15575

der Druck zu keinem Zeitpunkt 0,1 Torr übersteigt. Bei ungefähr 11500C wird die Temperatur ungefähr eine Stunde lang konstant gehalten. Während dieser Zeit erfolgt die endgültige Entgasung und das Glas bildet eine Schmelze mit niedriger Viskosität, die das Pulver 13 vollständig umgibt. Danach wird bei derselben Temperatur Argon, Helium oder Stickstoff zugeführt, bis ein Druck erreicht ist, der bei der endgültigen Sintertemperatur einen Druck von 200 - 300 MPa ergibt. Die Temperatur wird danach innerhalb einer Stunde auf 1700 - 18000C, d.h. auf eine geeignete Sintertemperatur für das Siliziumnitrid, erhöht. Dabei steigt gleichzeitig der Druck. Eine geeignete Zeitdauer für das Sintern, unter den genannten Bedingungen sind mindestens 2 Stunden. Nach beendetem Zyklus läßt man den Ofen auf eine geeignete Dechargierungstemperatur abkühlen. Das Gefäß 15 enthält dann einen Kuchen mit glatter Oberfläche, in dem der gesinterte Pulverkörper durch das erstarrte und klare Glas sichtbar ist. Der Pulverkörper ist vollständig in dem Glas eingebettet und befand sich somit beim Pressen vollständig unter der Oberfläche der Schmelze. Dadurch, daß der für das Pressen erforderliche hohe Druck aufgebracht werden konnte, als das Glas niedrigviskos war, und daß das Glas im erstarrten Zustand denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Siliziumnitrid hat, können Gegenstände fehlerfrei und mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Aufgrund der Trennmittelschicht löst sich der Kuchen leicht vom Gefäß. Das Glas kann dann durch Sandstrahlbeblasung oder Abbeizen vom Gegenstand entfernt werden.the pressure never exceeds 0.1 torr. At approximately 1150 ° C., the temperature is kept constant for approximately one hour. During this time, the final degassing takes place and the glass forms a melt with low viscosity which completely surrounds the powder 13. Then argon, helium or nitrogen is fed in at the same temperature until a pressure is reached which results in a pressure of 200-300 MPa at the final sintering temperature. The temperature is then within one hour to 1700 - that is, increased 1 800 0 C to a suitable sintering temperature for the silicon nitride. At the same time, the pressure increases. A suitable length of time for sintering, under the conditions mentioned, is at least 2 hours. When the cycle is complete, the oven is allowed to cool to a suitable charring temperature. The vessel 15 then contains a cake with a smooth surface in which the sintered powder body is visible through the solidified and clear glass. The powder body is completely embedded in the glass and was therefore completely below the surface of the melt during pressing. Since the high pressure required for pressing could be applied when the glass was of low viscosity and the fact that the glass has the same coefficient of thermal expansion as the silicon nitride in the solidified state, objects can be produced without errors and with good reproducibility. Due to the release agent layer, the cake comes off the jar easily. The glass can then be removed from the object by sandblasting or stripping.

/15 030Q48/0702 / 15 030Q48 / 0702

9.4.1950 20 7öS) P9.4.1950 20 7öS) P

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird der Ofenraum 66, nachdem das Gefäß 15 mit dem Pulver 13 und dem umgebenden Glas 10 und 14 bei Raumtemperatur ungefähr 2 Stunden lang entgast worden ist, mit Stickstoff unter Atmosphärendruck gefüllt und die Temperatur unter sukzessiver Zufuhr von Stickstoff auf einen Druck von 0,1 MPa auf 11500C erhöht. Wenn 11500C erreicht sind, bildet das Glaspulver eine Schmelze mit niedriger Viskosität, die den Pulverkörper 13 vollständig umgibt. Danach wird bei derselben Temperatur Argon, Helium oder Stickstoff zugeführt, und das Pressen und Sintern erfolgt unter den im vorhergehenden Beispiel genannten Bedingungen.According to an alternative embodiment of the method, after the vessel 15 with the powder 13 and the surrounding glass 10 and 14 has been degassed at room temperature for about 2 hours, the furnace space 66 is filled with nitrogen under atmospheric pressure and the temperature is increased with the successive supply of nitrogen a pressure of 0.1 MPa to 1150 0 C increased. When 1150 ° C. is reached, the glass powder forms a melt with low viscosity which completely surrounds the powder body 13. Then argon, helium or nitrogen is fed in at the same temperature, and pressing and sintering are carried out under the conditions mentioned in the previous example.

Das Sintern von Siliziumnitrid wird zweckmäßig bei einer Temperatur von 1600 - 19000C durchgeführt, und der Druck soll, wenn kein sinterungsfordernder Zusatz, wie Magnesiumoxyd oder Yttriumoxyd verwendet wird, mindestens 100 MPa, und bei der Verwendung eines solchen-Zusatzes mindestens 20 MPa betragen.The sintering of silicon nitride is advantageously carried out at a temperature of 1600 - carried out in 1900 0 C, and the pressure is, when no sinterungsfordernder additive such as magnesium oxide or yttrium oxide is used, at least 100 MPa, and not less than 20 MPa in the use of such additive .

Dasselbe Verfahren, das vorstehend für die Herstellung eines Turbinenrades aus Siliziumnitrid beschrieben wurde, kann in modifizierter Form bei der nachstehend beschriebenen Herstellung eines Fräsers aus einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung angewendet werden, wobei die Legierung die folgende Zusammensetzung hat: 1,27 Gewichtsprozent C, 0,3 Gewichtsprozent Si, 0,3 Gewichtsprozent Mn, 6,4 Gewichtsprozent W, 5,0 Gewichtsprozent Mo, 3-,T- Gewichtsprozent V, 4,2 Gewichtsprozent Cr, Rest Fe. Das Stahl-Pulver hat dabei eine unter 177 /um liegende Korngröße. In diesemSame procedure as above for making a turbine wheel has been described from silicon nitride, can in modified form in the production of a described below Milling cutter made of a powder of an iron-based alloy can be used, the alloy having the following composition: 1.27 percent by weight C, 0.3 percent by weight Si, 0.3 Weight percent Mn, 6.4 weight percent W, 5.0 weight percent Mo, 3-, T- weight percent V, 4.2 weight percent Cr, balance Fe. The steel powder has a grain size below 177 / µm. In this

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O30046/O7-O2O30046 / O7-O2

9.4.1980 20 789 P9.4.1980 20 789 P.

Fall wird das Wachsmodell auf der Innenseite der 0,3 - 0,5 mm dicken Schicht mit einem Glas hochschmelzender Art beschichtet,In this case, the wax model is coated on the inside of the 0.3-0.5 mm thick layer with a glass of high-melting type,

aus
das beispielsweise/96,7 Gewichtsprozent SiOp, 2,9 Gewichtsprozent BpO-2 und 0,4 Gewichtsprozent Al2O, (Vycor^ ') besteht und eine unter 1 /um liegende Korngröße hat. Im übrigen wird für alle Glasmaterialien dasselbe Borsilikatglas wie in dem vorhergehenden Beispiel verwendet. Das hochschmelzende Glaspulver sintert am Glaspulver in den übrigen Teilen der Form beim Sintern derselben fest und verhindert ein Eindringen von Glas in den Stahlpulverkörper während des isostatischen Pressens, das bei einer Temperatur von ca. 11000C und einem Druck von ca. 100 MPa zwei Stunden lang durchgeführt wird. Um eine Verformung des hergestellten Fräsers aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und Stahl zu vermeiden, wird der überwiegende Teil der um den Fräser befindlichen Einbettung entfernt, so lange das Glas noch eine Temperatur hat, bei der es geschmolzen ist.
the end
which, for example, consists of / 96.7 percent by weight SiOp, 2.9 percent by weight BpO-2 and 0.4 percent by weight Al 2 O, (Vycor ^ ') and has a grain size below 1 / µm. Otherwise, the same borosilicate glass as in the previous example is used for all glass materials. The high-melting glass powder sinters firmly to the glass powder in the remaining parts of the mold during sintering of the same and prevents the penetration of glass into the steel powder body during isostatic pressing, which takes place at a temperature of approx. 1100 ° C. and a pressure of approx. 100 MPa for two hours is carried out for a long time. In order to avoid deformation of the milling cutter produced due to the different thermal expansion coefficients of glass and steel, the majority of the embedding around the milling cutter is removed as long as the glass is still at a temperature at which it has melted.

Druck und Temperatur bei dem isostatischen Pressen und Sintern eines keramischen oder metallischen Materials sind natürlich von der Art dieses Materials abhängig. Normalerweise soll der Druck mindestens 100 MPa, vorzugsweiE3 mindestens 150 MPa betragen. Hinsichtlich anderer Materialien als Siliziumnitrid und Schnellstahl, welche letzteren in den Beispielen behandelt wurden, ist zu sagen, daß die Temperatur für Aluminiumoxyd bei mindestens 1200°C, vorzugsweise bei mindestens 1300 - 15000C, für auf Eisen basierende Legierungen bei mindestens 1000 C, vorzugsweise bei - 12000C, und für auf Nickel basierende Legierungen beiThe pressure and temperature in the isostatic pressing and sintering of a ceramic or metallic material are of course dependent on the type of this material. The pressure should normally be at least 100 MPa, preferably at least 150 MPa. Were treated with regard to materials other than silicon nitride and high-speed steel, which latter in the examples is to say, the temperature for aluminum oxide is at least 1200 ° C, preferably at least 1300 to 1500 0 C, for iron-based alloys at least 1000 C, preferably at -1200 ° C., and for nickel-based alloys at

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03 D(HS/OtQ 203 D (HS / OtQ 2

9.4.1980 20 739 ?9.4.1980 20 739?

mindestens 105O0C, vorzugsweise bei 1100 - 12500C liegen soll.should be 1250 0 C - preferably at 1100 least 105O 0 C.

Bei der Herstellung von Gegenständen aus keramischem oder metallischem Material mit einer sehr hohen Sintertemperatur ist es denkbar, in der Form anstelle eines niedrigschmelzenden Glaspulvers ein hochschmelzendes Glaspulver anzuwenden, wie z.B. Glas, das aus 96,7 Gewichtsprozent SiO2, 2,9 Gewichtsprozent BpO^ und 0,4 Gewichtsprozent AIpCU (Vycor^ ') besteht, oder Quarzglas und Mischungen von Partikeln, z.B. SiO2 und BgO,, das/die bei Erhitzung eine gasdichte Glasschicht bildet.When producing objects made of ceramic or metallic material with a very high sintering temperature, it is conceivable to use a high-melting glass powder in the mold instead of a low-melting glass powder, such as glass made from 96.7 percent by weight SiO 2 , 2.9 percent by weight BpO ^ and 0.4 percent by weight AlpCU (Vycor ^ '), or quartz glass and mixtures of particles, for example SiO 2 and BgO ,, which forms a gas-tight glass layer when heated.

030046/0705030046/0705

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem oder metallischem Material durch isostatisches Pressen eines Pulvers aus dem genannten Material mittels eines gasförmigen Druckmittels, wobei das Pulver in einer Einbettung aus Glas angeordnet wird, das gasundurchlässig gemacht wird, bevor das isostatische Pressen unter Sinterbedingungen für das Pulver erfolgt j, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material in den Formraum einer aus Glaspulver bestehenden Form eingefüllt wird, deren Formraum dem herzustellenden Gegenstand entspricht, daß der Formraum mit Glas bedeckt wird9 das zusammen mit der Form eine Einbettung für das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material bildet;, daß das Einbettungsmaterial, das mit dem Pulver in einem Gefäß plaziert ist9 das bei der Sintertemperatur beständig istp in eine Schmelze übergeführt wird, die eine durch die Wände des Gefäßes begrenzte Oberfläche hat, unter welcher das Material im Formraum liegt, und daß durch das gasförmige Druckmittel ein für das isostatische Pressen erforderlicher Druck auf die Schmelze aufgebracht wird.1. A process for the production of an object made of ceramic or metallic material by isostatic pressing of a powder from said material by means of a gaseous pressure medium, the powder being placed in an embedding made of glass which is made gas impermeable before isostatic pressing under sintering conditions for the Powder takes place j, characterized in that the powder from the ceramic or metallic material is poured into the mold space of a mold made of glass powder, the mold space of which corresponds to the object to be produced, that the mold space is covered with glass 9 which, together with the mold, is embedded for the powder of the ceramic or metallic material forms ;, that the embedding material, which is placed with the powder in a vessel which is stable at the sintering temperature is p converted into a melt 9, which has a limited by the walls of the vessel surface, by which the material in F Ormraum lies, and that a pressure required for isostatic pressing is applied to the melt by the gaseous pressure medium. 2. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet9 da 3 das Einbettungsmaterial gasundurchlässig gemacht wird, während das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material und das Einbettungsmaterial unter Vakuum gehalten werden.2. The method according to claim 1 9, characterized in 9 since 3 the embedding material is made gas-impermeable, while the powder of the ceramic or metallic material and the embedding material are kept under vacuum. 030046/0702 >2 030046/0702 > 2 9.4.1980 ?0 7Ω9 P9.4.1980? 0 7Ω9 P 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbettungsmaterial gasundurchlässig gemacht wird, während das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material und das Einbettungsmaterial in Kontakt mit einem Gas gebracht werden, dessen Druck auf einem Wert gehalten wird, der mindestens so groß ist, wie der Druck, der sich bei der jeweiligen Temperatur in dem in dem Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material vorhandenen Gas einstellt.3. The method according to claim 1, characterized in that the embedding material is made gas-impermeable while brought the powder of the ceramic or metallic material and the embedding material into contact with a gas whose pressure is kept at a value that is at least as great as the pressure that is in the respective Adjusts the temperature in the gas present in the powder from the ceramic or metallic material. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Siliziumnitrid ist.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in, that the ceramic material is silicon nitride. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material aus Stahl oder aus einer auf Eisen oder Nickel basierenden Legierung besteht.5. The method according to any one of claims 1-3 »characterized in that that the metallic material consists of steel or an alloy based on iron or nickel. /3 D30046/0702 / 3 D30046 / 0702
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