DE3525752C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist seit langem bekannt, daß Schlickergießverfahren sehr effek­ tive Verfahren zur Herstellung von Formstücken mit komplizier­ ter Form darstellen.

Als Ausgangsmaterial werden dabei Metall­ pulver, wie 2%Ni-98%Fe-Legierungen, SUS 316 Metall, Stellit und Hartmetall, sowie Keramikpulver, wie Aluminiumoxid, Sili­ ziumkarbid, Siliziumnitrid und Zirkondioxid verwendet. So wird zum Beispiel in "Industrial Heating", Mai 1984, Seite 14 bis 17, die Herstellung kleiner Maschinenteile aus 2%Ni-98%Fe-Pulver oder Pulver aus rostfreiem Stahl sowie die Herstellung von Teilen mit 161 cm² Querschnittsfläche und 5 cm Dicke durch Einspritzen einer Mischung aus Metallpulvern und organischen Bindemitteln mittels dieses Verfahrens beschrieben.

Außerdem wurde die Anwendung solcher Verfahren im Keramik­ bereich, z. B. bei der Herstellung von Turbinen aus Silizium­ karbid im "Journal of Engineering for Power", Juli 1982, Band 104, Seite 601-606, beschrieben.

Weitere Beispiele für die Anwendung solcher Verfahren bei der Herstellung von hochkompakten Teilen aus Siliziumnitrid sind in "Industrial Heating", Januar 1984, Seite 39-42, zu finden.

Erfolg oder Mißerfolg des Schlickergießverfahrens hängen von der Art des verwendeten organischen Bindemittels ab, und die Resultate der einzelnen Schritte werden vom organischen Bindemittel beeinflußt.

Das organische Bindemittel wird dem Metall- oder Keramik­ pulver zugefügt, um die gewünschte Formbarkeit zu erreichen, da sonst, wenn die Formbarkeit der Mischung aus Pulver und organischem Bindemittel schlecht ist, Fehlstellen wie Zu­ sammenflußlinien, Verschweißungslinien oder Einfallstellen im erzeugten Formstück auftreten können.

Dem Pulver muß eine große Menge organisches Bindemittel beigefügt werden, um die Formbarkeit zu verbessern. Diese erhöhte Menge Bindemittel verursacht jedoch im Laufe des Entparaffinierens zur Entfernung des Bindemittels Fehl­ stellen wie Riß- oder Schaumbildung, Verformungen usw. im Formstück. Deswegen wird seit langem ein Bindemittel mit solchen Eigenschaften gesucht, das die hinzuzufügende Menge Bindemittel gering hält und das Auftreten von Fehlstellen verhindert.

Die bekannten Techniken, die bei Schlickergießverfahren von Metall- und Keramikpulvern angewandt werden, weisen jedoch die folgenden Nachteile auf:

• 1. Bei herkömmlichen Schlickergießverfahren für Pulver wird das Formstück beim Entparaffinieren normalerweise von Raumtemperatur auf 400-500°C erhitzt, wodurch das Bindemittel zersetzt und durch Verdampfen entfernt wird. In diesem Fall ist es besonders wichtig, daß das Form­ stück langsam bis zur Maximaltemperatur erhitzt wird, damit die Erzeugungsgeschwindigkeit des Dampfs, der durch die Zersetzung des Bindemittels entsteht, nicht die Geschwin­ digkeit überschreitet, mit der der Dampf durch Hohlräume im Formstück entweicht. Wenn das nicht beachtet wird, er­ höht sich der Dampfdruck innerhalb des Formstücks und es kommt zu Riß- oder Schaumbildung, Verformungen usw. Daher dauert das Entparaffinieren 70-100 Stunden, wodurch die hohe Rentabilität des Schlickergießverfahrens zunichte gemacht wird.
• 2. Der zweite Nachteil ist die Verschwendung von Wärme­ energie aufgrund des langen Erhitzens der Formstücke auf 400-500°C. Da die Temperatur der Abgase niedrig ist, wird dadurch deren wirtschaftliche Wiedergewinnung in Form von effektiver Wärmeenergie erschwert.
• 3. Obwohl, wie schon erwähnt, das Entparaffinieren von der thermischen Zersetzung des Bindemittels abhängt, ist es schwierig, ein vollkommenes Entparaffinieren zu sichern. Gewöhnlich bleiben geringe Mengen Kohlenstoff und Öl im Formstück zurück. Diese Kohlenstoff- und Ölreste verur­ sachen eine Verschlechterung der Formstückeigenschaften nach dem Sintern.
• 4. Das Öl, das beim Entparaffinieren wiedergewonnen wurde, ist ein Zersetzungsprodukt des Bindemittels und daher nicht mehr als Bindemittel wiederzuverwenden. Das Öl wird daher üblicherweise ausgesondert, was ein weiterer Grund für die Verteuerung der Formstücke ist.

Es ist bekannt, ein Gefriergießverfahren zu verwenden, um die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen.

W. D. Jones und E. M. Grala veröffentlichten nacheinander ihre Forschungsergebnisse über dieses Verfahren 1960 bzw. 1961 ("Powder Metallurgical Techniques Course: Molding of Metal Powders", 1964, August 25, Nikkan Kogyo Shimbun-sha).

Weiterhin wurden von Nakagawa et al. 1984 deren Forschungs­ ergebnisse über Gefrierspritzgießverfahren veröffentlicht ("Freeze Injection Molding Process", Nikkan Kogyo Shimbun- sha, 15. Juni 1984). Dieses Verfahren entspricht dem oben beschriebenen Verfahren insoweit, als das Formpressen unter Verwendung der Fließfähigkeit von Wasser durchgeführt und die Form durch Ausnützung der Gefrierfähigkeit entfernt wird, beschreibt aber die Anwendung des Verfahrens beim Schlicker­ gießen.

Dadurch wird der oben unter 1. aufgeführte Nachteil, d. h. der zu große Entparaffinierungszeitraum bei herkömmlichen Schlickergießverfahren aufgehoben. Weiterhin hat dieses Ver­ fahren, was die Wärmeenergie betrifft, Vorteile, da kein Erhitzen auf hohe Temperaturen erfolgt. Wasser ist außerdem, im Vergleich zu organischen Bindemitteln, preiswert und kann wiedergewonnen und bei Bedarf erneut verwendet werden.

Bei herkömmlichen Schlickergießverfahren die organische Bin­ demittel verwenden, müssen Vorrichtungen zum Erwärmen der Mischung und zum Plastifizieren in eine Schlickergießmaschine eingebaut und die Einspritztemperatur ganz genau geregelt werden, da sich die Verformungseigenschaften eines Werk­ stoffs, der aus Pulver und Bindemittel besteht, bei geringen Temperaturschwankungen ändern. Im Gegensatz dazu sind die Verformungseigenschaften eines plastischen Werkstoffs mit Wasser als Bindemittel bei Raumtemperatur stabil, so daß Erweichen und Formpressen anstatt in einer einzigen Schlicker­ gießmaschine in verschiedenen Vorrichtungen stattfinden können. So wird z. B. eine Kombination aus Kneter und Ge­ senkschmiedemaschine verwendet, so daß das Kneten bei Raumtemperatur durchgeführt und der Stempel der Gesenk­ schmiedemaschine mit dem plastischen Werkstoff beschickt wird, der dadurch geformt wird.

Das Schlickergießverfahren besitzt, wie oben erwähnt, eine Reihe von Vorteilen, hat aber den Nachteil, daß aufgrund der Verwendung von Wasser die Zahl der formpreßbaren Pulver begrenzt ist.

Die meisten Metallpulver neigen zur Oxidation, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, und die entstandenen Oxide hemmen das Sintern von Metallpulvern und bringen Probleme bezüglich der Festigkeit und Zähigkeit der Form­ stücke mit sich. Darüber hinaus wird, im Falle der Kera­ mikpulver, aufgrund der Kolloidvermahlung der Teilchen, nicht nur die Menge des absorbierten Wassers erhöht, son­ dern erfolgt auch insbesondere ein schneller Anstieg der OH^--Ionen, die von aktiven Teilchen mit hoher Bindungs­ energie adsorbiert werden.

Das führt dazu, daß je feiner die Kolloidvermahlung der Teilchen ist, desto größer die Menge adsorbierter OH^-- Ionen, für deren Entfernung höhere Temperaturen benötigt werden.

Die Teilchen, die stark adsorbierte OH^--Ionen besitzen, hemmen im allgemeinen das Sintern. Es ist bekannt, daß die adsorbierten OH^--Ionen bei Magnesiumpulver die Ent­ stehung abnormaler Teilchen während des Sinterns verur­ sachen. Es ist weiterhin bekannt, daß Siliziumnitrid mit dem adsorbierten Wasser reagiert, Ammoniak freisetzt und so zu einem Siliziumoxid wird. Wolframkarbid wiederum re­ agiert mit adsorbiertem Wasser bei Temperaturen im Be­ reich von 1200°C unter Freisetzung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Daher können Formpreßverfahren unter An­ wendung von Gefriergießtechniken nicht bei Pulvern ange­ wandt werden, die durch das adsorbierte Wasser modifiziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben be­ schriebenen Nachteile herkömmlicher Formpreßverfahren mit Gefriergießtechniken, wie Gefrierguß, Gefrierspritzguß, Gefrierschmieden und dgl. auszuschalten und ein Schlicker­ gießverfahren für Pulver vorzuschlagen, das die Verunrei­ nigung des Metall- oder Keramikpulvers durch Bindemittel verhindert und das Entfernen des Bindemittels nach dem Schlickergießen erleichtert.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Im Hinblick auf die Überwindung der oben beschriebenen Nachtei­ le des Standes der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung anstatt Wasser tertiäres Butanol (CH₃)₃-C-OH (2-Methyl-2-Pro­ panol) als Bindemittel bei Schlickergießverfahren verwendet.

Tertiäres Butanol weist als Bindemittel für Gefriergießverfah­ ren Eigenschaften auf, die denen von Wasser überlegen sind. So beträgt die Dichte von tertiärem Butanol 0,78 g/cm³ bei 25°C. Das sind nur 78% der Dichte von Wasser. Das Molekulargewicht von tertiärem Butanol beträgt 74,12, was 4,1mal größer ist als das von Wasser. So beträgt die Molzahl pro Volumeneinheit bei tertiärem Butanol 1,05 × 10^-2 gmol/cm³. Das ist ungefähr ein Fünftel von 5,56 × 10^-2 gmol/cm³, der Molzahl von Wasser. Das bedeutet, daß, wenn die Hohlräume zwischen den Pulverteilchen gefüllt sind, die Gasmenge, die während der Ausscheidung des Bindemittels erzeugt wird, nur ein Fünftel der Menge ist, die bei Wasser anfällt, was wiederum für die Verringerung der Aus­ scheidungszeit des Bindemittels sehr vorteilhaft ist.

Da der Schmelzpunkt von tertiärem Butanol bei 25,66°C und damit nahe der Raumtemperatur liegt, kann das Erstar­ ren durch die Zirkulation von kaltem Wasser bewirkt wer­ den, und es ist nicht nötig, wie bei Wasser, spezielle Gefriereinrichtungen zu verwenden. Die Wärmeenergie beim Gefrieren von Wasser beträgt 79,4 cal/cm³, wogegen die von tertiärem Butanol nur 17,1 cal/cm³ beträgt. Das Ver­ hältnis der Wärmeenergien ist 1 : 4,6, wodurch die Ver­ wendung von tertiärem Butanol als Bindemittel vom Stand­ punkt des Energieverbrauchs sehr vorteilhaft wird.

Weiterhin ist der Dampfdruck von tertiärem Butanol bei 25°C 43 mm Hg, was höher ist als 25 mm Hg, dem Dampfdruck von Wasser. Tertiäres Butanol ist also dem Wasser, was die Leichtigkeit der Ausscheidung des Bindemittels be­ trifft, überlegen. Die Verdampfungsenergie von tertiärem Butanol bei 25°C beträgt 118 cal/cm³. Das bedeutet, daß der Energieaufwand zum Entfernen von tertiärem Butanol im Vergleich zu Wasser gering ist.

Nach dem Entfernen des Bindemittels ungefähr bei Raumtem­ peratur ist ein Teil des Butanols an der Oberfläche des Pulvers adsorbiert. Während dies bei Wasser OH^--Ionen sind, werden beim tertiären Butanol Alkylgruppen adsor­ biert. Im Unterschied zu OH^--Ionen ist die Desorption von Alkylgruppen vergleichsweise einfach, und sie haben auch keine nachteilige Wirkung auf das Sintern des Formstücks.

Tertiäres Butanol ist darüber hinaus ein stabiler Stoff, der aus nur einer Komponente besteht, und es herrscht somit keine Zersetzungs- oder Degenerationsgefahr auf­ grund von Verdampfung, Kondensation und Erstarrung, wo­ durch es möglich ist, tertiäres Butanol wiederzugewinnen und erneut zu verwenden. Damit hat tertiäres Butanol, ge­ nauso wie Wasser, große Vorteile gegenüber herkömmlichen organischen Bindemitteln.

Die beigefügte Menge des tertiären Butanols hängt weit­ gehend von der Korngrößenverteilung des verwendeten Pul­ vers ab. Das Bindemittel muß die Hohlräume zwischen den Pulverteilchen vollständig ausfüllen. Empirisch läßt sich erkennen, daß es außerdem nötig ist, diese Menge um mehrere Volumenprozent zu erhöhen.

Liegt die Bindemittelmenge unter 30 Vol.-% lassen sich keine geeigneten Fließeigenschaften für das Formpressen erzielen. Überschreitet die Menge 55 Vol.-%, ist nicht nur der Zeitaufwand zum Entfernen des Bindemittels be­ trächtlich, sondern es besteht auch die Gefahr, daß Fehl­ stellen auftreten. Daher müssen Bindemittelmengen von 30 bis 55 Vol.-% beigefügt werden.

Die Temperatur, auf welche die Mischung im Heizzylinder gebracht werden muß, liegt zwischen 26 und 40°C. Der Grund dafür ist, daß die Temperatur höher sein muß als der Schmelzpunkt des tertiären Butanols von 25,6°C, um tertiäres Butanol in geschmolzenem Zustand zu erhalten. Das Erhitzen auf eine Temperatur über 40°C ist nicht vorteilhaft, da der Dampfdruck des tertiären Butanols erhöht wird, und dadurch die Wärmeverluste zunehmen.

Zum Abkühlen des Formstücks in der Form wird das Form­ stück auf einer Temperatur von 25°C oder weniger gehal­ ten, da es notwendig ist, daß zum Erstarren wenigstens die Oberfläche des Formstücks eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von tertiärem Butanol aufweist. Es ist jedoch nicht wünschenswert, das Formstück auf eine sehr niedrige Temperatur abzukühlen, da dies die Ausschei­ dungsgeschwindigkeit des Bindemittels im nächsten Schritt herabsetzt. Eine einfache Wasserkühlung ist dazu nicht ausreichend, und es wäre eine spezielle Energiequelle notwendig. Daher muß die Form derart abgekühlt werden, daß die Oberflächentemperatur des Formstücks zwischen 5 und 25°C liegt.

Obwohl die Entformung des durch tertiäres Butanol er­ starrten Formstücks leicht ist, kann eine verbesserte Entformung dadurch erreicht werden, daß zuvor z. B. Stearinsäure als Entformungsmittel beigemischt wird, wie das bei herkömmlichen Formpreßverfahren für Pulver der Fall ist.

Aus der obigen Beschreibung läßt sich ersehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren der Verwendung von tertiärem Butanol als Bindemittel für das Schlickergießen von Metall- und Keramikpulvern ein wirtschaftliches Verfahren ist, da das Bindemittel in kurzer Zeit entfernt werden kann, das Formen energiesparend bei Raumtem­ peratur durchgeführt werden kann, das pulverförmige Aus­ gangsmaterial nicht verunreinigt wird, wie das bei Was­ ser der Fall ist, und das tertiäre Butanol wiedergewon­ nen und erneut verwendet werden kann.

Der Anwendungsbereich der Erfindung umfaßt Keramikpulver wie Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Zir­ kondioxid und Titan-(II)-borid, sowie Metallpulver z. B. aus Ni-Fe-Legierung, rostfreiem Stahl, Stellit und Hart­ metall.

Die folgenden Beispiele beschreiben das erfindungsgemäße Schlickergießverfahren für Pulver ausführlich.

Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial wurde eine Pulvermischung herge­ stellt, die aus 92 Gew.-% Siliziumnitrid mit einem durch­ schnittlichen Korndurchmesser von 0,75 µm sowie 6 Gew.-% Y₂O₃ und 2 Gew.-% Al₂O₃ als Sinterhilfsstoffe bestand. Dann wurde eine Mischung aus 60 Vol.-% dieses Ausgangs­ materials und 40 Vol.-% pulverförmigem tertiärem Butanol hergestellt.

Diese Mischung wurde in einen pneumatischen Kneter ge­ füllt, in dem eine Stickstoffatmosphäre erzeugt wurde, wonach der Knetvorgang eingeleitet wurde. Die innere Wand des Kneters wurde mittels einer elektrischen Hei­ zung auf einer Temperatur von 30°C gehalten, so daß das tertiäre Butanol schmolz, und der Knetvorgang wurde fortgesetzt. Zwölf Stunden nach Beginn des Knetens wurde die Heizung abgeschaltet und das Kneten dreißig Minuten lang fortgesetzt, während die Mischung durch Zirkulieren von Kühlwasser mit einer Temperatur von 20°C durch den Knetbehälter und die Verkleidung der Schaufeln abgekühlt wurde. In dieser Zeit erstarrte das tertiäre Butanol, so daß es zum Bindemittel für das Pulver wurde. Aus der Mi­ schung wurden kleine Pellets geformt. Die Pellets wurden entnommen und in einen Aufgabetrichter einer Schnecken­ kolben-Spritzgießmaschine gefüllt.

Die Temperatur des Heizzylinderausgangs der Spritzgieß­ maschine wurde auf 30°C gehalten, und Kühlwasser mit einer Temperatur von 20°C zirkulierte um die Form.

Dann wurde eine Folge von Verformungsvorgängen durchge­ führt, d. h. das Schließen des Stempels, Vorschub des Zy­ linders, Einspritzen, Anlegen von Dauerdruck, Öffnen des Stempels, Entnahme des Formstücks, Zurückfahren des Zy­ linders sowie Zurückfahren und Drehen der Schnecke.

Das Bindemittel nahe der Oberfläche der Form erstarrte und verhärtete sich, das Entformen war einfach durchzu­ führen. Das Formstück wurde in einen Vakuumtrockner ge­ bracht, der, nachdem die Temperatur auf 25°C eingestellt worden war, auf einen maximalen Unterdruck von 10^-2 Torr evakuiert wurde. Nach drei Stunden wurde die Vakuumtrock­ nung beendet und das Formstück entnommen. Dann wurde das Formstück für drei Stunden in einen Unterdrucksinterofen eingebracht, der auf 10^-2 Torr und 1200°C eingestellt war, wodurch die adsorbierten Stoffe ausgeschieden wur­ den. Daraufhin wurde die Temperatur des Sinterofens drei Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre von 9,8 atü auf 1800°C gehalten. Danach wurde der Druck auf Normal­ wert erhöht und das Formstück durch Stehenlassen abge­ kühlt. Mit diesem Verfahren wurden Formstücke mit Hilfe von zwei rechteckigen Hohlräumen von 43,8 mm × 14,8 mm × 19,1 mm bzw. 43,8 mm × 7,4 mm × 19,1 mm erzeugt.

Es waren keine Fehlstellen aufgrund der Ausscheidung des Bindemittels zu erkennen, weder im dünneren Formstück mit 7,4 mm noch im dickeren mit 14,8 mm. In beiden Fäl­ len wiesen die erzeugten Formstücke eine theoretische Dichte von 98% und eine einheitliche Schrumpfung auf.

Beispiel 2

Mit diesem Beispiel wird das Schlickergießverfahren mit tertiärem Butanol als Bindemittel beschrieben.

Als Ausgangsmaterial wurde eine Pulvermischung herge­ stellt, die aus 92 Gew.-% Siliziumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,75 µm sowie als Sinterhilfsstoffe 6 Gew.-% Y₂O₃ und 2 Gew.-% Al₂O₃ be­ stand. Dann wurde eine Mischung aus 60 Vol.-% Ausgangs­ material und 40 Vol.-% pulverförmigem tertiärem Butanol hergestellt. Diese Mischung wurde in einen pneumatischen Kneter gefüllt, in dem eine Stickstoffatmosphäre erzeugt wurde, wonach der Knetvorgang eingeleitet wurde. Die in­ nere Wand des Kneters wurde mittels einer elektrischen Heizung auf einer Temperatur von 30°C gehalten, so daß das tertiäre Butanol schmolz und der Knetvorgang unter­ stützt wurde.

Gleichzeitig wurde während des Knetens auf das Material in Abständen vom Druckdeckel des Kneters Druck ausgeübt, und das Material wurde entlüftet und verdichtet. Nach zwölf Stunden wurde dann das erweichte, geknetete Mate­ rial entnommen, in rechteckige Form gebracht und in einen Stempel überführt, der durch um die Form zirkulie­ rendes Kühlwasser mit einer Temperatur von 20°C gekühlt wurde. Dann wurde es sofort unter Druck drei Minuten lang formgepreßt. Das tertiäre Butanol an der Oberfläche des Formstücks erstarrte und die Form konnte einfach ent­ fernt werden. Das Formstück wurde in einen Vakuumtrock­ ner verbracht, der, nachdem die Temperatur auf 25°C eingestellt worden war, auf einen maximalen Untrdruck von 10^-2 Torr evakuiert wurde, und das tertiäre Butanol wurde durch Verdampfung ausgeschieden. Nach drei Stunden wurde die Vakuumtrocknung beendet und das Formstück ent­ nommen.

Dann wurde das Formstück für drei Stunden in einen Unter­ drucksinterofen überführt, der auf 10^-2 Torr und 1000°C eingestellt wurde, um adsorbierte Teilchen zu entfernen. Daraufhin wurde die Temperatur des Sinterofens auf 1800°C erhöht und drei Stunden lang eine Stickstoffatmosphäre von 9,8 atü erzeugt. Danach wurde der Druck auf Normal­ wert erhöht und das Formstück durch Stehenlassen abge­ kühlt. Nach dem Abkühlen wurde das Formstück herausgenom­ men und mittels Diamantschleifen entgratet.

Mit diesem Verfahren wurden Formstücke mit Hilfe von zwei verschiedenen rechteckigen Hohlräumen von 43,8 mm × 14,8 mm × 19,1 mm bzw. 43,8 mm × 7,4 mm × 19,1 mm er­ zeugt. Es waren weder im dünneren Formstück mit 7,4 mm noch im dickeren mit 14,8 mm Fehlstellen aufgrund der Ausscheidung des Bindemittels zu erkennen. In beiden Fäl­ len wiesen die erzeugten Formstücke eine theoretische Dichte von 98% und einheitliche Schrumpfung auf.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird das Schlickergießen von Metall­ pulvern mit tertiärem Butanol als Bindemittel beschrieben.

Es wurde eine Mischung aus 60 Vol.-% SUS 316 Pulver mit einem Korndurchmesser zwischen 5 und 20 µm und 40 Vol.-% tertiärem Butanol hergestellt. Diese Mischung wurde in einen pneumatischen Kneter gefüllt, in dem eine Stick­ stoffatmosphäre erzeugt wurde, wonach der Knetvorgang eingeleitet wurde. Die innere Wand des Kneters wurde mit­ tels einer elektrischen Heizung auf einer Temperatur von 30°C gehalten, so daß das tertiäre Butanol schmolz und der Knetvorgang unterstützt wurde. Gleichzeitig wurde während des Knetens auf das Material in Abständen vom Druckdeckel des Kneters Druck ausgeübt, und das Material wurde entlüftet und verdichtet. Nach 12 Stunden wurde dann das erweichte geknetete Material entnommen, in recht­ eckige Form gebracht und in einen Stempel überführt, der durch um die Form zirkulierendes Kühlwasser mit einer Temperatur von 20°C gekühlt wurde. Dann wurde es sofort unter Druck drei Minuten formgepreßt. Das tertiäre Butanol an der Oberfläche des Formstücks erstarrte und die Form konnte einfach entfernt werden. Das Formstück wurde in einen Vakuumtrockner verbracht, der, nachdem die Temperatur auf 25°C eingestellt worden war, auf einen maximalen Unterdruck von 10^-2 Torr evakuiert wurde, und das tertiäre Butanol wurde durch Verdampfung ausge­ schieden. Nach drei Stunden wurde die Vakuumtrocknung be­ endet und das Formstück entnommen.

Dann wurde das Formstück für sechs Stunden in einen Un­ terdrucksinterofen überführt, der auf 10^-3 Torr und 800°C eingestellt wurde, um adsorbierte Teilchen zu ent­ fernen. Daraufhin wurde die Temperatur des Sinterofens auf 1100°C erhöht. Danach wurde der Druck auf Normalwert erhöht und das Formstück durch Stehenlassen abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurde das Formstück herausgenommen und mittels Diamantschleifen entgratet.

Mit diesem Verfahren wurden Formstücke mit Hilfe von zwei verschiedenen rechteckigen Hohlräumen von 43,8 mm × 14,8 mm × 19,1 mm bzw. 43,8 mm × 7,4 mm und 19,1 mm erzeugt. Es waren weder im dünneren Formstück mit 7,4 mm noch im dickeren mit 14,8 mm Fehlstellen aufgrund der Aus­ scheidung des Bindemittels zu erkennen. In beiden Fällen wiesen die erzeugten Formstücke eine theoretische Dichte von 99% und einheitliche Schrumpfung auf.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird das Schlickergießen einer Mi­ schung aus Metall- und Keramikpulvern mit tertiärem Bu­ tanol beschrieben.

90 Gew.-% Wolframkarbid mit einem durchschnittlichen Korn­ durchmesser von 1,5 µm und 10 Gew.-% Kobaltpulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 1,3 µm wur­ den vermischt und in Aceton 48 Stunden lang in einer Naß­ kugelmühle (einem Gefäß aus rostfreiem Stahl, das die Ku­ geln aus Wolframkarbid-Kobalt-Legierung enthielt) gemah­ len und anschließend getrocknet. Dann wurde eine Mischung aus 60 Vol.-% dieses Ausgangsmaterials und 40 Vol.-% pulverförmigem tertiärem Butanol hergestellt. Diese Mi­ schung wurde in einen pneumatischen Kneter gefüllt, in dem eine Stickstoffatmosphäre erzeugt wurde, wonach der Knetvorgang eingeleitet wurde. Die innere Wand des Kne­ ters wurde mittels einer elektrischen Heizung auf einer Temperatur von 30°C gehalten, so daß das tertiäre Buta­ nol schmolz und der Knetvorgang unterstützt wurde. Gleich­ zeitig wurde während des Knetens auf das Material in Ab­ ständen vom Druckdeckel des Kneters Druck ausgeübt, und das Material wurde entlüftet und verdichtet. Nach zwölf Stunden wurde dann das erweichte, geknetete Material ent­ nommen, in rechteckige Form gebracht und in einen Stempel überführt, der durch um die Form zirkulierendes Kühlwas­ ser mit einer Temperatur von 20°C gekühlt wurde. Dann wurde es sofort unter Druck drei Minuten lang formgepreßt. Das tertiäre Butanol an der Oberfläche des Formstücks er­ starrte und die Form konnte einfach entfernt werden. Das Formstück wurde in einen Vakuumtrockner verbracht, der nachdem die Temperatur auf 25°C eingestellt worden war, auf einen maximalen Unterdruck von 10^-2 Torr evakuiert wurde, und das tertiäre Butanol wurde durch Verdampfung ausgeschieden. Nach drei Stunden wurde die Vakuumtrock­ nung beendet und das Formstück entnommen.

Dann wurde das Formstück für drei Stunden in einen Unter­ drucksinterofen überführt, der auf 5 × 10^-2 Torr und 1200°C eingestellt wurde, um adsorbierte Teilchen zu ent­ fernen. Daraufhin wurde die Temperatur des Sinterofens auf 1415°C erhöht. Dann wurde der Druck mittels Stickstoff auf Normalwert erhöht und das Formstück durch Stehenlas­ sen abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurde das Formstück herausgenommen und mittels Diamantschleifen entgratet.

Mit diesem Verfahren wurden Formstücke mit Hilfe von zwei verschiedenen rechteckigen Hohlräumen von 43,8 mm × 14,8 mm × 19,1 mm bzw. 43,8 mm × 7,4 mm × 19,1 mm erzeugt. Es wa­ ren weder im dünneren Formstück mit 7,4 mm noch im dicke­ ren mit 14,8 mm Fehlstellen aufgrund der Ausscheidung des Bindemittels zu erkennen. In beiden Fällen wiesen die erzeugten Formstücke eine theoretische Dichte von 99,5% und einheitliche Schrumpfung auf.

Claims (7)

1. Verfahren zum Schlickergießen von Metall- oder Keramik- Pulverformlingen, wobei

• a) eine Mischung aus einem niedrigschmelzenden organischen Bindemittel und dem Pulver hergestellt wird,
• b) die Mischung auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des organischen Bindemittels gebracht wird,
• c) die Mischung in eine gekühlte Form eingebracht wird,
• d) der Formling auf eine Temperatur unterhalb des Schmelz­ punktes des organischen Bindemittels gekühlt wird, und
• e) der Formling entnommen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus 30 bis 35 Vol.-% tert. Butanol und 45 bis 70 Vol.-% Pulver herge­ stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf eine Temperatur zwischen 26° und 40°C einge­ stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur des Formstücks auf 5° bis 25°C eingestellt wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf ein Metallpulver, das aus einem Material besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Eisen-Legierung, rost­ freiem Stahl, Stellit und Hartmetall ausgewählt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf ein Keramikpulver, das aus einem Material besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Siliziumnitrid, Siliziumkar­ bid, Aluminiumoxid, Zirkondioxid und Titan-(II)-Borid aus­ gewählt wird.

6. Anwendung nach Anspruch 5 mit der Maßgabe, daß dem Keramik­ pulver Sinterhilfsstoffe beigemengt werden.