DE3531003C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Drucksintern von Pulver-Grünpreßlingen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten isostatischen Heißpreß- Sinterverfahren (DE-OS 26 38 718) wird das zu sinternde Material in einen das Druckübertragungsmedium enthaltenden Behälter eingesetzt, der aus einem Material besteht, das bei erhöhten Temperaturen biegsam oder verformbar ist, beispielsweise Weicheisen. Dieser Behälter wird dann, beispielsweise durch Schweißen, verschlossen, auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher das Druckübertragungsmedium flüssig ist, und in eine Preßform eingebracht, in welcher der Behälter zusammengedrückt wird. Die Zusammendrückkraft wirkt über das Druckübertragungsmedium hydrostatisch auf das zu sinternde Material ein. Nach dem Sintervorgang wird der Behälter geöffnet und der Pulverpreßling entfernt. Dieses Verfahren ist äußerst aufwendig, da der Behälter nach dem Einsetzen des zu sinternden Materials zunächst absolut dicht verschlossen, dann erhitzt, darauf in die Preßform eingesetzt und nach dem Sintervorgang wieder geöffnet werden muß, um das gesinterte Produkt entnehmen zu können. Das dichte Verschließen des Behälters ist bei diesem Verfahren besonders wichtig, weil sonst beim Preßvorgang Druckübertragungsmedium, das von einem schmelzflüssigen Salz oder einem flüssigen Metall oder auch flüssigem Glas gebildet sein kann, entweichen könnte. Da es trotz absoluter Dichtheit des Behälters nicht auszuschließen ist, daß der Behälter beim Preßvorgang durch die Verformung undicht wird, wird bei dem bekannten Verfahren eine Abdichtung der Pressenform mittels eines biegsamen Bleches vorgesehen, über welches der Pressenstempel auf den Behälter wirkt. Dadurch wird das Verfahren weiter kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das eine wesentlich einfachere und wirtschaftliche Herstellung von Sinterprodukten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist kein eigener, mit dem Druckübertragungsmedium gefüllter Behälter zur Aufnahme des zu sinternden Materials erforderlich. Vielmehr wird ein Austreten von flüssigem Druckübertragungsmedium aus dem Druckbehälter dadurch verhindert, daß sich die äußere Zone des Druckübertragungsmediums durch das Abkühlen des Druckbehälters verfestigt und das flüssige Druckübertragungsmedium einschließt, so daß dieses nicht entweichen kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der bekannten Verfahren besteht darin, daß das geschmolzene Druckübertragungsmedium direkt in den Druckbehälter eingegossen wird, während bei dem bekannten Verfahren zunächst der das Druckübertragungsmedium und das zu sinternde Material enthaltende Behälter erhitzt wird und dann der über 1000°C warme Behälter in die Druckform eingebracht werden muß, was zusätzliche Verfahrensschritte erfordert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 4 gekennzeichnet. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von den bekannten Vorrichtungen im wesentlichen dadurch, daß der Druckbehälter und der Pressentisch mit Kühlkanälen versehen sind, um die Kühlung der äußeren Zone des Druckübertragungsmediums und die Bildung einer festen Hülle zu erreichen. Die in Fig. 5 beanspruchte Halterung für den Grünpreßling gewährleistet, daß dieser allseitig von dem hydrostatischen Druck beaufschlagt wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vorerwärmen von Pulver-Grünpreßlingen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von geschmolzenem Glas,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt einer Drucksintervorrichtung, und

Fig. 4 eine Darstellung, aus der die Entnahme eines gesinterten Produktes hervorgeht.

Es sei zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Drucksintervorrichtung dargestellt ist, die einen auf einer Basis 21 angeordneten Pressentisch 20 aufweist. Der Pressentisch 20 besteht aus einem Oberteil 20 A und einem Unterteil 20 B. Zwischen den Teilen 20 A und 20 B ist ein Kühlmittelkanal 22 in Zick-Zack oder in rechteckiger Wellenform angeordnet, der mit einer Kühlwasserzuflußleitung 23 und einer Kühlwasserabflußleitung 24 in Verbindung steht. Der Pressentisch 20 bildet zusammen mit einem Hohlzylinder 25, der den Tisch 20 umgibt und senkrecht verschiebbar ist, einen Hochdruckbehälter. Der Zylinder 25 weist einen Innenmantel 25 A und einen Außenmantel 25 B auf, zwischen denen ein schraubenförmiger Kühlmittelkanal 26 angeordnet ist, der mit einer Kühlwasserzuflußleitung 27 und einer Kühlwasserabflußleitung 28 in Verbindung steht. Ein senkrecht verschiebbarer Druckstempel 29 paßt dichtend in die zentrale Bohrung des Zylinders 25.

Das Preßsinterverfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.

Zunächst werden Preßlinge 17, beispielsweise zur Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugen aus einer Legierung auf Eisenbasis, auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise) 1300°C) in einem Heizofen 16 (Fig. 1) erhitzt. Glas wird in einem Schmelztiegel 19 in einem Heizofen 18 (Fig. 2) auf die gleiche Temperatur gebracht und dabei geschmolzen. Dann wird der Zylinder 25 abgesenkt und der Druckstempel 29 angehoben und nun der Preßling 17 von dem Ofen 16 entnommen und in dem Druckbehälter oberhalb des Pressentisches 20 angeordnet, wo er beweglich auf einer Tragfeder 32 ruht. Der Zylinder 25 wird dann angehoben und geschmolzenes Glas 33 wird aus dem Schmelztiegel 19 in die Bohrung des Zylinders 25 eingegossen. Nun wird der Druckstempel 29 abgesenkt und engpassend in den Zylinder 25 eingeführt, wobei der Preßling über das geschmolzene Glas 33 mit einem vorbestimmten Druck zusammengedrückt wird. Da zu diesem Zeitpunkt Kühlwasser durch die beiden Kühlmittelkanäle 22 und 26 geführt wird, wird die äußere Zone des geschmolzenen Glases 33 sofort abgekühlt, um eine verfestigte Hülle 34 zu bilden, welche verhindert, daß das noch flüssige Glas 33 zwischen dem Pressentisch 20 und dem Zylinder 25 abfließen kann. Wenn nun unmittelbar nach der Kompression der Druckstempel 29 angehoben und der Zylinder 25 abgesenkt (oder weiter angehoben) wird, kann die verfestigte Hülle 34 herausgenommen werden. Schließlich wird das noch flüssige Glas 33 aus der Hülle 34 durch ein Gitter 30 in eine Gießpfanne 31 abgegossen, wobei das verdichtete gesinterte Produkt 17 auf dem Gitter 30 bleibt. Um eine Rißbildung aufgrund einer schnellen Abkühlung zu vermeiden, kann das Produkt 17, falls erforderlich, in dem Heizofen 16 langsam abgekühlt werden. Das geschmolzene Glas 33 in der Gießpfanne 31 und die verfestigte Hülle 34 können nach Wiedererhitzung wieder verwendet werden. Wenn ein Heizofen benutzt wird, der im Inneren ein Gitter aufweist, kann die verfestigte Hülle, welche das gesinterte Produkt und das noch flüssige Glas enthält, auf das Gitter aufgesetzt und erhitzt werden, wodurch gleichzeitig das Glas wieder geschmolzen und das gesinterte Produkt von dem geschmolzenen Glas getrennt wird.

Das vorstehend beschriebene Sinterverfahren hat die folgenden Vorteile:

• a) Die Drucksinterzeit ist extrem kurz, so daß mit dem Verfahren eine höhere Produktivität erreicht wird. Die konventionellen Verfahren benötigen 5 bis 10 Stunden von dem Einsetzen des Preßlings bis zur Entnahme des fertigen Produktes, während das vorgeschlagene Verfahren innerhalb von 2 bis 7 Minuten durchgeführt werden kann.
• b) Dadurch, daß der Preßling und das Druckübertragungsmedium in Öfen erhitzt werden, die von der Drucksintervorrichtung getrennt sind, kann der Energieverbrauch reduziert werden. Außerdem ist keine Abdichtung für Hochdruckgas erforderlich. Der Druckbehälter kann daher einen einfachen Aufbau haben.
• c) Die mechanische Presse erzeugt einen hohen Verdichtungsdruck. Das konventionelle Schmelzbadverfahren (Hochdruckgas- Verdichtungsverfahren) ist auf Drücke von 2000 bis 3000 bar beschränkt, während mit der Erfindung ein erhöhter Druck von 5000 bis 10 000 bar anwendbar ist. Der erhöhte Druck ergibt Produkte von verbesserter Qualität und ermöglicht sogar die Sinterung von solchen Pulvern, die sonst einer Sinterung nicht zugänglich sind.
• d) Durch die Verwendung des geschmolzenen Druckübertragungsmediums können auch Preßlinge mit komplizierten Formen gleichförmig verdichtet werden, ohne daß das Problem des Eintritts von Gas in den Preßling entsteht, wie dies bei dem üblichen Schmelzbadverfahren der Fall ist.
• e) Die extrem verkürzte Sinterzeit unterbindet das Wachstum von Kristallen in dem Preßling während des Sinterns, wodurch ein Produkt mit äußerst feiner Kristallstruktur erhalten wird.

Während geschmolzenes Glas als Druckübertragungsmedium für Preßlinge aus Metallpulver verwendet wird, kann geschmolzenes Metall für Keramik-Preßlinge verwendet werden. Wenn der Preßling ein Pulver (z. B. aus Ti oder Al) enthält, das während des Erhitzens durch Oxidation verschlechtert wird, kann der Preßling vor dem Sintern in einer Metallbüchse vakuumverpackt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Drucksintern von Pulver-Grünpreßlingen, bei dem das zu sinternde Material vorerhitzt und in einem Druckbehälter unter Zwischenschaltung eines geschmolzenen, erstarrbaren Druckübertragungsmediums gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grünpreßling in den Druckbehälter eingesetzt, das geschmolzene Druckübertragungsmedium in den Druckbehälter eingefüllt und unter Druck gesetzt wird und der Druckbehälter gekühlt wird, und daß dabei die äußere Zone des Druckübertragungsmediums zu einer festen Hülle verfestigt wird, worauf die feste Hülle mit dem darin enthaltenen geschmolzenen Druckübertragungsmedium und dem verdichteten, gesinterten Produkt aus dem Druckbehälter entfernt und schließlich das verdichtete, gesinterte Produkt aus der Hülle entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme des gesinterten Produktes aus der Hülle der schmelzflüssige Teil des Druckübertragungsmediums aus der Hülle durch ein Gitter abgegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckübertragungsmedium geschmolzenes Glas oder geschmolzenes Metall verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Druckbehälter, der einen verschiebbaren Hohlzylinder (25) enthält, einen Pressentisch (20), der von einem Ende in den Hohlzylinder paßt und in gleitender und dichter Berührung mit diesem ist, und mit einem Druckstempel (29), der vom anderen Ende her in den Hohlzylinder einführbar und in dichtender Berührung mit diesem ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter und der Pressentisch (20) mit Kühlmittelkanälen (26 bzw. 22) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine federnde Haltevorrichtung (32) zur beweglichen Halterung des Grünpreßlings (17) oberhalb des Pressentisches (20).