DE3047237C2 - Verfahren zum Herstellen kompliziert geformter Preßkörper mittels heißisostatischen Pressens - Google Patents

Verfahren zum Herstellen kompliziert geformter Preßkörper mittels heißisostatischen Pressens

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Abstract

Die Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationen-Austauschermembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse umschließen einen netzförmigen Abstandshalter für die dort zur Anlage kommenden Membranen. Um bei diesen Rahmen die netzförmigen Abstandshalter sicher in ihrer Lage zu halten, ohne dabei die Dicke der Dichtungsrahmen zu vergrößern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Ränder (1a) des netzförmigen Abstandshalters (1) auf einen die Dicke des Rahmens (3) unterschreitenden Wert komprimiert in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen (3) so einzuformen, daß die Dicke des in der Kammer liegenden nichtkomprimierten Teiles des Abstandshalters (1) im wesentlichen mit der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen (10-16) versehenen Dichtrahmens entspricht. Auf diese Weise entstehen sehr dünne Dichtrahmen mit einer Dicke von etwa 1,0 mm, so daß sich der Wirkungsgrad eines Elektrodialyse-Gerätes von vorgegebenem Volumen erheblich vergrößert.

Description

a) als den porösen Vorformling umhüllendes Preßpulver ein bei dem heißisostatischen Preßvorgang sich passiv verhaltendes Preßpulver verwendet und
b) das um den Vorformling befindliche Preßpulver vor dem Einschmelzen in der Glaskapsel kaltiscstaiisch verpreßt.
Reaktion in der Grenzschicht Siliciumnitrid-Glas, was wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und der dadurch auftretenden Spannungen besonders bei komplizierten dünnwandigen Bauteilen zur Zerstörung des Teils beim Abkühlen führen kann. Daher lassen sich diese Verfahren auf kompliziert geformte poröse Körper nicht anwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen kompliziert geformter Preßkörper in einem Preßpulver mittels heißisostatischen Pressens zu schaffen, mit dessen Hilfe es ermöglicht wird, auch kompliziert geformte Vorformlinge heißisostatisch zu verdichten und anschließend die Preßkö/per aus dem Preßpulver zu entfernen, ohne daß sie dabei beschädigt
werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen kompliziert geformter Preßkörper oder Bauteile mittels heißisostatischen Pressens. Dieses Verfahren ist dadurch gekenn-
K 4fl
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- a) zeichnet, daß als Preßpulver Bornitrid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 b) zeichnet, daß als Preßpulver Graphit verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum H einteilen kompliziert geformter Preßkörper aus Keramikmaterial, wie Siliciumnitrid, mittels heißisostatischen Pressens.
Formkörper aus Keramik, wie z. 3. aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid, finden immer mehr Anwendung. Derartige Formkörper oder Bauteile aus Keramik sind häufig porös und erfordern daher eine Behandlung, um die Porösität zu verringern.
Als Verfahren zur Verringerung der Porösität ist z. B. das heißisostatische Pressen zu nennen. Poröse Vorformlinge, die heißisostatisch verdichtet werden sollen, müssen mit einer gasundurchlässigen Kapsel umgeben werden, um den Gasdruck auf den Formkörper übertragen zu können.
Aus der DE-OS 26 01 294 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein vorgefertigter Formling aus Keramikmaterial in ein Glaspulver mit hoher Erweichungstemperatur eingebettet wird und dann in einer Glaskapsel mit niedrigerer Erweichungstemperatur gasdicht verschmolzen wird. Beim Aufheizen erweicht zunächst die Glaskapsel, die den in Glaspulver eingebetteten Vorformling umgibt. Bei steigender Temperatur schmilzt nun auch das den Pulverkörper umgebende Glaspulver. Diese Schmelzschicht wächst nun immer weiter in Richtung auf den eingebetteten Pulverkörper, und am Schluß hat die aufgeschmolzene Glasschicht direkten Kontakt mit dem vorverdichteten Formkörper. Die ursprüngliche Glaskapscl ist in der Zwischenzeit vollständig geschmolzen.
Nachteil der Anwendung von Glas, das in direktem Kontakt zum Bauteil steht, als Kapselwerkstoff ist, daß es in die Poren eines vorgefertigten Pulverkörpers, z. B. eines Siliciumnitrid-Werkstücks, eindringen kann, wenn sein Erweichungspunkt überschritten ist und der Gasdruck erhöht wird.
Dies führt neben einer mechanischen Verzahnung zur als den porösen Vorformling umhüllendes Preßpulver ein bei dem heißisostatischen Preßvorgang sich passiv verhaltendes Preßpulver verwendet und
das um den Vorformling befindliche Preßpulver vor dem Einschmelzen in der Glaskapsel kaltisostatisch verpreßt.
Als geformte poröse Körper kommen z. B. kompliziert geformte Bauteile aus Keramikmaterial wie z. B. aus Siliciumnitrid (Si3N4) oder aus Siliciumcarbid (SiC) infrage. Beispiele für kompliziert geformte Bauteile sind Turbinenschaufeln, Turbinenrotoren, Turboladerrotoren, Antriebskränze usw.
Bevorzugt läßt sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf Bauteile aus porösem reaktionsgesintertem Siliciumnitrid anwenden.
Als Preßpulver kommen die auf diesem Gebiet üblichen Preßpulver infrage. Dieses Preßpulver soll sich bei den angewandten hohen Temperaturen, z. B. zwischen 1600 und 2000° C, und hohen Drücken, z. B. um 200 M Pa, passiv verhalten, d. h. weder mit dem Formkörper noch mit der Kapsel chemische Reaktionen eingehen.
Es wird eine Reaktionszone zwischen Bauteil und Kapselmaterial verhindert. Dadurch wird das Entformen des Bauteils nach dem darauf folgenden heißisostatischen Pressen erleichtert, und eine Nachbearbeitung ist nicht nötig.
Beispiele für passive Preßpulver sind Bornitrid oder Graphitpulver. Glaspulver eignet sich jedoch nicht
Bevorzugt als passives Preßpulver wird Bornitrid (BN).
Es ist besonders deswegen geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren, weil es bei den für das heißisostatische Pressen erforderlichen Temperaturen noch nicht sintert und damit eine isostatische Druckübertragung gewährleistet ist und es außerdem mit dem zu verdichtenden porösen Körper nicht reagiert. So wird eine Zerstörung der Oberfläche und Kontur vermieden, wenn es von dem verdichteten Formkörper entfernt werden muß. Zudem reagiert Bornitrit als Preßpulver auch nicht mit den verwendeten Glaskapseln, so daß nach dem heißisostatischen Pressen ein Auskapseln des verdichteten Körpers gewährleistet ist.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das um den geformten Vorpreßling oder das Bauteil befindliche Preßpulver zunächst kaltisostatisch verdichtet. Diese Vorverdichtung oder das kaltisostatische
3
Pressen hat den Vorteil, daß einmal eine Reaktionszone ferenz (Vakuum innen, Atmosphärendruck außen) an zwischen Vorpreßling und PuJver verhindert und zum den Preßling an, wird am Ende abgeschmolzen und in anderen die Eigenschaften des Kapselwerkstoffs nicht die heißisostatische Presse eingebracht variiert zu werden brauchen. Weiterhin wird das Entfor- Die eingekapselten Turbinenschaufeln werden in das
men des Bauteils nach dem darauffolgenden heißisosta- 5 Reaktorgefäß der heißisostatischen Preß-Anlage eingetischen Pressen nicht erschwert und eine Nachbearbei- bracht Die Kammer wird evakuiert und mit Argon getung ist nicht nötig. Zudem besteht nicht die Gefahr, daß spült (auf 0,1 MPa). Dann wird die Temperatur erhöht beim anschließenden Evakuieren "in einer Glaskapsel (Aufheizgeschwindigkeit ca. 600°C/Std.). Bei Erreichen das Pulver mit abgesaugt wird. der Transformationstemperatur des Kieselglases (etwa
Erfindungsgemäß werden bei einer bevorzugten Aus- io 11000C) wird das Glas duktil und es kann der Druck führungsform Turbinenschaufeln aus reaktionsgesinter- erhöht werden, ohne daß die Glaskapsel bricht (Drucktem Siliciumnitrid in Bornitridpulver in üblicher Weise, anstieg etwa 60 MPa/Std).
z. B. mit einer Rüttelmaschine, eingebettet und darauf- Nach Erreichen der Endtemperatur und des Endhin das um die Vorpreßlinge befindliche Bornitridpulver d ucks und einer entsprechenden Haltezeit werden bei Raumtemperatur kaltisostatisch verdichtet Die da- υ Temperatur und Druck wieder reduziert (etwa gleiche bei entstehenden vorgefertigten Teile werden nun in Geschwindigkeit wie beim Aufheizen), einfach geformten Kapseln, z. B. aus Glas, evakuiert und Die verdichtete Turbinenschaufeln kann nach öffnen
gasdicht verschlossen. Beispielsweise können Kiesel- der Glaskapsel aus dem Pulverbett entnommen werden, glasrohre verwwtdet werden.
Bei diesem Einscnmeizvorgang wird das Glas so weit erhitzt, daß es sich wegen der Druckdifferenz (Vakuum innen, Atmosphärendruck außen) an den Preßling anlegt
Die angewandten Temperaturen bei der heißisostatischen Verdichtung liegen im Bereich von 1600 bis 20000C und die Drucke um 200 MPa, z. B. im Bereich von 180 bis 250 MPa.
Nach erfolgtem heißisostatischen Pressen können die verdichteten Körper oder Bauteile einfach aus dem Glas und dem B:-nitridpulver entfernt werden, ohne daß die Bauteile beschädigt werden. Dies ist von großem Vorteil gegenüber den bisherigen bekannten Verfahren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert
Beispiel
Ausgangsmaterial bildeten Turbinenschaufeln aus reaktionsgebundenem (= reaktionsgesintertem) Silicium- nitrid, RBSN, die aus der Industrie bezogen wurden. Diese Schaufeln haben einen Porenanteil von ca. 20%. In eine einseitig geschlossene Gummihülse (Durchmesser 20 mm) wurde Bornitrid eingestreut, Füllhöhe ca. 10 mm. Nun wird der Schaufelfuß in das Pulver gedrückt und die Schaufel von Hand zentriert Anschließend wird wiederum Bornitridpulver eingestreut, bis zu einer Füllhöhe, die etwa 10 mm über dem Schaufelblatt liegt
Zur Vorverdichtung und besseren Handhabung wird die Hülle auf einen Rütteltisch gestellt und etwa 15 Minuten gerüttelt Dabei erhöht sich die Schüttdichte des Pulvers. Nun wird die Hülse am offenen Ende mit einem
Gummistopfen verschlossen. Die Hülse wird in das '
Druckmedium (Wasser-Öl-Emulsion) der kaltisostatisehen Presse eingebracht und der Druck wird auf 250 MPa erhöht (bei Raumtemperatur). Nach Erreichen des Enddrucks wird innerhalb von etwa 5 Minuten entspannt und der Pulververpreßling aus der Gummihülse entnommen. In diesem Zustand läßt sich der Preßling sehr gut handhaben.
Er wird in ein einseitig geschlossenes Kieselglasrohr eingebracht Am offenen Ende wird darauf ein Schlauch befestigt, der mit dem Pumpstand verbunden ist. Man evakuiert auf etwa 2 bis 3 χ 10-5mbar. Dies ist ohne Vorverdichten des Pulvers nur schwer möglich, da das Pulver sonst aus dem Glasrohr gesaugt wird. Nun erhitzt man das Glas und es legt sich wegen der Druckdif-

Claims (1)

Patentansprüche:'
1. Verfahren zum Herstellen kompliziert geformter Preßkörper aus Keramikmaterial, wie Siliziumnitrid, mittels heißisostatischen Pressens, bei dem ein vorverdichteter poröser Vorformling mit einem Preßpulver umhüllt, in einer Glas!:apsel unter Vakuum eingeschmolzen und unter Anwendung hoher Drücke von etwa 250 MPa und hoher Temperaturen von etwa 18000C heißisostatisch gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
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