DE4117415C2 - Verfahren zur Herstellung einer Kapsel für den Einsatz beim isostatischen Pressen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Kapsel für den Einsatz beim isostatischen PressenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei
ner Kapsel für den Einsatz beim isostatischen Pressen,
sowohl für das isostatische Heißpressen (HIP-Verfahren)
als auch für das isostatische Warmpressen (WIP-Verfahren).
Beide werden zur Herstellung eines gesinterten Körpers
hoher Dichte eingesetzt, indem ein hoher hydraulischer
Druck auf ein zu behandelndes Material, wie es ein aus
Pulver geformter Körper aus Keramik, Metall, Harz oder
ähnlichem darstellt, bei hoher Temperatur ausgeübt wird.
Es kann auch eingesetzt werden für das Diffusionsfügen
von zwei oder mehreren unterschiedlichen Materialien
durch Ausüben eines hohen hydraulischen Druckes auf die
Materialien bei hoher Temperatur.
Das HIP- und das WIP-Verfahren, bei denen ein Druckfor
men durch Einsatz eines Fluids als Druckmedium unter ei
nem hohen Druck von einigen hundert bis einigen tausend
Megapascal bei hoher Tempe
ratur erfolgt, ist in den letzten Jahren schnell in im
mer stärkerem Maße als Technik eingesetzt worden, bei
dem schwierig zu verarbeitende pulverförmige Materialien
zu hochdichten Produkten gesintert wurden oder als Tech
nik zum Festphasen-Diffusionsfügen, da die Verfahren ho
he Arbeitsdrücke vorsehen und isostatisches Zusammenpres
sen sichern.
Das HIP-Verfahren arbeitet mit einem Hochdruckgas als
Druckmedium, wodurch es möglich wird, eine hohe Tempera
tur von 2000°C oder mehr zu erzeugen. Dagegen arbeitet
das WIP-Verfahren mit einem wärmebeständigen Öl oder ähn
lichem und gestattet Temperaturen von bis zu 300°C höch
stens.
Sowohl beim Sintern eines pulverförmigen Materials zu einer
hochdichten Masse als auch beim Festphasen-Diffu
sionsverbinden ist eine Vorbehandlung in Form der Ab
deckung der gesamten Oberfläche des zu behandelnden
Materials mit einem gasundurchlässigen Material erfor
derlich, um das Eindringen des Druckmediums in das zu
behandelnde Material zu verhüten.
Als Vorbehandlungsverfahren wird ein Verfahren, bei
dem das zu behandelnde Material aus einem pulverförmi
gen Material besteht, so durchgeführt, daß das Materi
al in einem metallischen Behälter oder einer Kapsel
unter Vakuum hermetisch abgeschlossen wird. Das ist
beispielsweise in der JP-OS (KOKAI9 47-16308 (1972)
oder 57-116702 (1982) beschrieben.
Nach der in der JP-OS (KOKAI) 47-16308 (1972) beschrie
benen Technik werden gemäß Fig. 11 ein alternierender Stapel von zu
behandelnden plattenähnlichen Materialien 101 und me
tallische Folien 102 in eine Metallkapsel 107 einge
schlossen, wobei die Kapsel aus einem rohrförmigen Teil
103, einem Bodenteil 104 und einem Deckel 106 mit einem
Vakuumrohr besteht. Das rohrförmige Teil 103, das Boden
teil 104 und der Deckel 106 sind aneinandergeschweißt.
Nach der Evakuierung der geschweißten Vorrichtung durch
das Vakuumrohr 105 wird das Rohr 105 mechanisch zusam
mengedrückt, um es zu verschließen. Anschließend wird
das Rohr 105 über dem verschlossenen Teil abgeschnitten.
Schließlich wird der verbliebene Teil des Vakuumrohrs
105 durch Schweißen, Schmelzbinden oder ähnlichem abge
dichtet, um zu einer Kapsel 107 zu gelangen, in der die
zu behandelnden Materialien 101 unter Vakuumbedingungen
enthalten sind.
Die auf diese Weise vorbereitete Kapsel wird in einen
Ofen einer HIP-Vorrichtung eingebracht und einer HIP-Be
handlung unter vorher bestimmten Bedingungen unterworfen.
Anschließend wird die Kapsel 107 entfernt und die Folien
102 werden fortgenommen, um plattenähnliche gesinterte
Produkte zu erhalten.
Nach der in der JP-OS (KOKAI) 57-116702 (1982) beschrie
benen Technik wird gemäß Fig. 12 ein zu behandelndes
Material 101 in eine metallische Kapsel 107 eingebracht,
die aus einem rohrförmigen Teil 109, einem unteren Deckel
110 und ähnlichem besteht, und der Raum zwischen dem Ma
terial 101 und der Kapselwand 107 wird mit fließfähigen
pulverförmigen Teilchen ausgefüllt. Die Kapsel 107 wird
über ein Rohr 112 evakuiert, und ein Zwischenteil des
Rohres 112 für das Abdichten hermetisch geschlossen, wo
nach die HIP-Behandlung folgt.
Metallkapseln üblicher Bauweise, hergestellt durch Schwei
ßen unbearbeiteter Materialien als rohrförmige oder flache
Objekte weisen eine dünne Materialstärke auf, sind selbst
sehr steif und haben die folgenden Nachteile.
Wegen der hohen Steifigkeit der Kapseln üblicher Bauart
zeigen die Kapseln einen vergleichsweise hohen Widerstand
gegen plastische Verformung, sogar bei hohen Temperaturen.
Wie in Fig. 13 gezeigt, hat daher eine derartige Kapsel
107 den Nachteil des Schrumpfens zu einer Stundenglas
ähnlichen Gesamtform während einer HIP-Behandlung. Dem
entsprechend wird es im Falle eines zu behandelnden Ma
terials mit einer geringen Stärke von etwa 1 mm schwie
rig, wegen der Deformierung zu einer Stundenglasähnlichen
Form eine Planfläche zu gewährleisten.
Abgesehen davon ist es bei der Abdichtung des zu behan
delnden Materials in einer aus dem Stand der Technik be
kannten Kapsel erforderlich, den Innendurchmesser der Kap
sel genau zu bestimmen, um einen vorbestimmten Raum zwi
schen der äußeren peripheren Oberfläche des zu behandeln
den Materials und der inneren peripheren Oberfläche der
Kapsel vorzusehen. Es ist daher erforderlich, die Dimen
sionen der Kapsel in Übereinstimmung mit den entsprechenden
Dimensionen eines gegebenen zu behandelnden Materials zu
bestimmen. Ein solches Verfahren ist umständlich und nur wenig
produktiv.
Andererseits besteht bei dem Verfahren, bei dem Pulverteilchen
eingesetzt werden, um den Raum zwischen dem zu behandelnden Material
und der Kapsel auszufüllen, die zusätzliche Notwendigkeit für die
Bereitstellung der Pulverteilchen, und der Arbeitsgang des Auffüllens
des Pulvers in dem Raum kommt dazu. Zur Zeit der Evakuierung der
Kapsel ist es darüber hinaus erforderlich, Mittel vorzusehen, damit
die Pulverteilchen nicht abgesaugt werden. In dieser Hinsicht ist die
Produktivität des Verfahrens mit Schwierigkeiten behaftet.
Zusätzlich arbeiten die üblichen Verfahren mit einem System, in dem
ein Teil des für die Evakuierung verwendeten steifen Rohres
zusammengedrückt wird, dann abgeschnitten und danach durch Schweißen,
Schmelzbinden oder ähnlichem versiegelt wird. Nach diesem System ist
es schwierig, vorteilhafte Abdichtungsbedingungen zu erhalten, und die
Kapsel weist Mängel bei der Dichtheit auf und hält nur ein geringes
Vakuum.
Für die Entfernung der Kapsel nach der HIP-Behandlung ist es weiterhin
erforderlich wegen der hohen Steifigkeit der Kapsel selbst, diese
mittels einer Drehmaschine abzuschleifen oder ein Verfahren zur
Auflösung der Kapsel in einer starken Säure anzuwenden. Die Entfernung
der Kapsel mittels eines solchen Verfahrens weist eine geringe
Produktivität auf und ist für die Massenbehandlung kleinformatiger
Formkörper ungeeignet.
Aus der Druckschrift JP 57-210902, Patents Abstracts of Japan, 24.
März 1983, Bd7/Nr. 71 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kapsel
für den Einsatz beim isostatischen Pressen bekannt. Das zu behandelnde
Material wird von einer maximal 500 Mikrometer dicken Metallfolie
eingeschlossen. Unter Abdichtung des zu behandelnden Materials in der
Folie wird diese verschweißt.
Nachteilhaft kann eine sich anschließende HIP-Behandlung das Anhaften
der Folie an das Material zur Folge haben.
Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung
einer Kapsel für das isostatische Pressen bereitzustellen, bei dem man
gute Sichtheitsqualität erreicht, das die Herstellung blättchenartiger
Formkörper gestattet, bei dem die Verwendung von Folien
unproblematisch ist, und das bei guter Produktivität für die Massenbehandlung
kleinformatiger Formkörper geeignet ist. Die Auf
gabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des ersten Anspruchs gelöst.
Durch Vorsehen einer Zwischenschicht, die aus einem geeigneten
Metall oder einer geeigneten Keramik besteht, werden Nachteile
vermieden, die beim Stand der Technik bei Vorsehen einer Folie
auftreten.
Ein durch diese Erfindung zur Erreichung obiger Aufgabe vorge
sehenes technisches Mittel ist ein Verfahren zur Herstellung
einer Kapsel für das isostatische Pressen, wobei das Verfahren
ferner aus folgenden Stufen besteht: einer ersten Stufe, bei der
ein zu behandelndes Material mit einer Metallfolie mit einer
Stärke von 30 bis 300 Mikrometer umgeben wird, wobei das
Material eine Keramik, ein Metall, ein Harz oder ähnliches ist;
und einer zweiten Stufe des Verschweißens der Metallfolie, bei
dem das zu behandelnde Material von der verschweißten Metall
folie abgedichtet umhüllt ist, wodurch eine Kapsel entsteht. Das
Verschweißen kann mittels WIG-Schweißens ausgeführt werden.
Eine andere Variante der Erfindung besteht in einem Verfah
ren, in dem das Verschweißen mittels Widerstandsnaht
schweißens durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird ein beutelförmiger Körper 1A mit einer
Beschickungsöffnung 3 aus einer metallischen Folie 2 geformt.
Die Folie hat eine Stärke von 30 bis 300 Mikrometer. Wenn nun
ein zu behandelndes Material 6 im Inneren dieser metallischen
Folie 2 angeordnet und der beutelförmige Körper 1A evakuiert
wird, wird die den beutelförmigen Körper 1A bildende Folie
leicht zu einer Form deformiert, die den äußeren Flächen des zu
behandelnden Materials 6 entspricht, so daß die Evakuierung
wirksam durchgeführt werden kann.
Nach der Evakuierung werden das zu behandelnde Material 6 und
ein Rohr 7 für die Evakuierung mit einer Überlappungsschweißnaht
11 versehen. Der Schweißvorgang erfolgt unter Evakuierungs
bedingungen, so daß ein hoher Grad an Vakuum im Inneren des
beutelförmigen Körpers 1A nach der -Abdichtung vorhanden ist.
Darüber hinaus werden die gegenüberliegenden
Seiten der Metallfolie 2 durch die Evakuierung
miteinander in Kontakt gebracht, so daß die Schweißnaht
11 leicht zustande kommt und man die Kapsel 1 gut abge
dichtet erhalten kann.
Die Überlappungsschweißnaht 11 erhält man mit Hilfe des
sogenannten WIG-Verfahrens (Wolfram-Schutzgasschweißen),
einem Schutzgas-Lichtbogen-Schweißverfahren, bei dem das
Schweißen unter einer Schutzgasatmosphäre aus Argon, He
lium oder einem Gemisch dieser beiden mittels einer Wolf
ramelektrode 5E erfolgt, wie in Fig. 5 gezeigt. Es ist
daher möglich, die Überlappungsschweißnaht 11 wirtschaft
licher zu erhalten als beim YAG-Laserschweißen oder beim
Elektronenstrahlschweißen.
Erfindungsgemäß erzielt man nach der zweiten Ausführungs
form die Überlappungsschweißnaht 11 mittels des Wider
standsnahtschweißens, wo gemäß Fig. 6(1) und 6(2) die Me
tallfolien 2 zwischen einem Paar Kupferlegierungsrollen 5A
und 5A festgeklemmt werden und das Punktschweißen wieder
holt wird, um eine kontinuierliche Naht zu erhalten.
Dieses Verfahren ist wirtschaftlicher als das Verfahren
des YAG-Laserschweißens oder des Elektronenstrahlschwei
ßens. Zusätzlich befreit das Festklemmen der Metallfolie
2 zwischen den Kupferlegierungsrollen 5A, 5A von der Not
wendigkeit spezieller Klemmvorrichtungen.
Wenn die auf diese Weise vorbereitete Kapsel 1 isosta
tisch gepreßt wird, zeigt sie selbst keine Steifigkeit,
so daß die isostatische Preßbehandlung des zu behandeln
des Materials 6 effektiv durchgeführt werden kann.
Darüber hinaus kann das Material 6 nach der isostatischen
Preßbehandlung leicht aus der Kapsel entnommen werden,
indem die Kapsel 1 an einer entsprechenden Stelle aufge
schnitten wird, da sie ja aus einer dünnen metallischen
Folie 2 besteht.
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher
erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung be
deuten
Fig. 1 Perspektivansicht eines beutelförmigen Körpers
und eines zu behandelnden Materials für eine
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2(1) und 2(2) Perspektivansichten von zwei zu
behandelnden Materialbeispielen, enthalten in
einem beutelförmigen Körper;
Fig. 2(3) vergrößerte Teilansicht von Fig. 2(2) im Schnitt;
Fig. 3(1) und 3(2) Perspektivansichten für zwei Evaku
ierungsbeispiele;
Fig. 4 Seitenansicht zur Erläuterung des WIG-Schweißens;
Fig. 6(1) und 6(2) Ansichten zur Erläuterung des Wider
standsnahtschweißens;
Fig. 7 Schnittansicht zum Überlappungsschweißen unter
Einsatz einer Klemme;
Fig. 8 Teilschnitt mit dem zu behandelnden eingeschlos
senen Material, das eine Überzugsschicht auf
weist;
Fig. 9 Teilschnitt einer Kapsel mit einem abgesenkten
Abschnitt für die Aufnahme des zu behandelnden
Materials;
Fig. 10 Perspektivansicht einer Metallfolie mit einer
Vielzahl von darin enthaltenen abgesenkten Ab
schnitten;
Fig. 11 und 12 Teilschnitte eines Verfahrens nach dem
Stand der Technik; und
Fig. 13 Schnitt durch eine deformierte Kapsel, herge
stellt nach dem bekannten Verfahren.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden
nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrie
ben.
In Fig. 1 ist ein beutelförmiger Körper 1A dargestellt,
aus dem eine Kapsel für die HIP- oder WIP-Behandlung
hergestellt werden soll. Der beutelförmige Körper 1A
wird aus zwei übereinander liegenden rechtwinkligen
Metallfolien 2 gebildet, wobei an den Folien 2 eine
Überlappungsschweißnaht 4 an drei Seiten des Recht
ecks gebildet wird. Die verbleibende eine Seite wird
vorerst nicht verschweißt und stellt die Einfüllöff
nung 3 dar. Das Material für die Metallfolien 2 kann
unter Berücksichtigung der Eignung für die HIP- oder
WIP-Temperatur und die Reaktionsfähigkeit des Folien
materials mit dem zu behandelnden Material ausgewählt
werden.
Um die Nachteile des Standes der Technik wirksamer
zu überwinden, wird als Folienmaterial ein weicheres
Material bevorzugt. So können beispielsweise Aluminium,
Blei, Weichstahl, rostfreier Stahl, Kupfer, Platin,
Tantal, Molybdän oder ähnliches verwendet werden.
Die Materialdicke der Metallfolie 2, die erfindungsge
mäß eingesetzt werden soll, hängt von der Flexibilität,
der plastischen Verformbarkeit, der Bruchfestigkeit usw.
des Materials ab und liegt speziell im Bereich von 30
bis 300 Mikrometer.
Wenn die Dicke der Metallfolie kleiner als 30 Mikrome
ter ist, kann die Folie Feinlunker aufweisen. In einer
solchen Situation kann die streng abzusichernde Gas
dichtheit des Folienmaterials gefährdet sein. Außerdem
kann die Metallfolie 2 während des Transports durch An
kratzen beschädigt oder perforiert werden. Somit ist
eine Folienstärke unter 30 Mikrometer für den prakti
schen Gebrauch nicht zufriedenstellend.
Wenn die Foliendicke über 300 Mikrometer liegt, kann
andererseits die Metallfolie nicht mittels eines ein
fachen Verfahrens geschnitten werden, z. B. durch ein
Scherenpaar oder durch Abscheren. Weiterhin kann die
Entfernung der Kapsel nach einer HIP-Behandlung nicht
einfach durchgeführt werden und erfordert den Einsatz
einer Drehmaschine oder ähnlichem. Dementsprechend ver
ringert sich die Erfindungsqualität.
Es ist speziell empfehlenswert, daß die Metallfolie
2 eine Dicke von 100 Mikrometer oder darunter hat, wo
durch ein leichtes Schneiden der Folie 2 vom Stand
punkt der Kapselentfernung nach der HIP-Behandlung er
möglicht wird. Das Abdichten durch die Schweißnaht 4
erfolgt durch WIG-Schweißen oder Widerstandsnahtschwei
ßen.
Durch HIP oder WIP wird ein Material 6 behandelt, das
aus einem Einzelstück aus Keramik, Metall oder Harz
oder einem Komposit aus zwei oder mehreren davon be
steht, oder das aus zwei oder mehreren plattenähnlichen
Proben besteht, die zu verbinden sind.
Das zu behandelnde Material 6 wird durch die Einfüll
öffnung 3 in den Innenraum der Metallfolie 2 gebracht,
der von dem beutelförmigen Körper 1A gebildet wird.
Danach wird, wie aus Fig. 2(1) zu entnehmen, ein Rohr 7
in den beutelförmigen Körper 1A eingeführt. Dies er
folgt durch die Einfüllöffnung 3, die als Öffnungsbe
reich 9 für das Anbringen des Rohres 7 dient. Der Öff
nungsbereich wird gasdicht durch einen Kleber, einen
O-Ring, Löten, Schweißen bei 8 oder ähnliches verschlos
sen.
Das Rohr 7 kann entweder aus Metall oder einem Harz be
stehen, und der Einsatz eines Klebers auf Epoxybasis
oder einer anderen Basis ist einfach und wird bevorzugt.
Wenn das Rohr 7 aus Metall besteht kann allerdings Lö
ten oder Schweißen als Maßnahme zum Verschließen des Öffnungsbereiches
9 eingesetzt werden.
Die Position, an der das Rohr 7 für die Evakuierung
angesetzt ist, muß nicht auf die Einfüllöffnung 3
beschränkt sein. Es ist auch möglich, wie aus Fig. 2
(2) und 2(3) zu entnehmen, eine der Metallfolien 2
mit einer Öffnung 9 zu versehen, um dort das Rohr 7
anzusetzen, es dann in diese Öffnung 9 einzuführen
und die Öffnung 9 gasdicht mittels eines Klebstoffes,
eines O-Ringes, Lötens, Schweißens oder ähnlichem bei
8 zu verschließen. In diesem Falle wird, wenn das
zu behandelnde Material in dem beutelförmigen Kör
per 1A enthalten ist, die Gasdichtheit entweder durch
Verschluß der Einfüllöffnung 3 mittels Schweißnaht 4
in gleicher Weise wie der Verschluß der anderen drei
Ränder des Rechtecks erreicht oder durch mechanisches
Aneinanderpressen der oberen und unteren Metallfolien
des beutelförmigen Körpers 1A.
Als nächstes wird, wie in Fig. 3(1) und 3(2) zu sehen,
ein Vakuumschlauch 10 einer Vakuumpumpe oder ähnlichem
mit dem Rohr 7 verbunden und der beutelförmige Körper
1A evakuiert. Nachdem das gewünschte Vakuum erreicht
worden ist, wird die Evakuierung mit der Vakuumpumpe
oder ähnlichem fortgesetzt, während die obere und un
tere Metallfolie 2 des beutelförmigen Körpers 1A durch
Überlappungsschweißen bei 11 an einem Abschnitt zwischen
dem zu behandelnden Material 6 und dem Rohr 7 dicht
verschlossen wird. Der nicht mehr benötigte Abschnitt
auf der Seite des Rohres 7 wird an einer entsprechen
den Stelle 12 mittels eines Scherenpaares oder durch
Abscheren oder ähnliche Maßnahmen abgeschnitten. Da
durch erhält man die Kapsel 1 mit dem zu behandelnden
Material 6, das darin abgedichtet vorhanden ist (siehe
Fig. 4). Das Überlappungsschweißen bei 11 nach der Eva
kuierung kann durch WIG-Schweißen, Widerstandsnaht
schweißen oder ähnliche Verfahren erfolgen. Um einen
gasdicht geschweißten Zustand nach dem Überlappungs
schweißen bei 11 zu erhalten, ist es notwendig, die über
lappenden Metallfolien 2 in dichtem Kontakt zu halten,
so daß der Spalt zwischen ihnen nicht mehr als ein Zehn
tel der Foliendicke beträgt. Außerdem könnte ein Kräu
seln der Metallfolien 2 beispielsweise wegen der ther
mischen Ausdehnung auftreten, die mit der an dem Schweiß
abschnitt auftretenden Temperaturerhöhung verbunden ist.
Dieses Kräuseln kann, wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt,
mittels WIG-Schweißnaht 14 an einer Schweißstelle ver
mieden werden, wo die Kapsel 1 in der Umgebung der Schweiß
position zusammengepreßt wird. Dies kann durch eine Klemm
vorrichtung der Ober- und Unterseite erfolgen.
Das WIG-Schweißen ist ein Verfahren, das gemäß Fig. 5
durch Erzeugen eines Lichtbogens 5G außerhalb einer Dü
se 5D durch eine Wolframelektrode 5E unter einer Schutz
gasatmospäre 5F aus Argon, Helium oder einem Mischgas
beider durchgeführt werden kann. Das WIG-Schweißen ist öko
nomischer als das YAG-Laserschweißen oder das Elektronen
stahlschweißen. Außerdem gestattet das WIG-Schweißen ein
Überlappungsschweißen der dünnen Metallfolien 2 unter An
wendung von Hochfrequenzimpulsen von zum Beispiel 20 kHz-
Impulsen.
Die Überlappungsnaht 11 kann aber alternativ auch mit
tels Widerstandsnahtschweißen ausgeführt werden, bei dem,
wie aus Fig. 6(1) und 6(2) zu entnehmen, die Metallfolien
2 zwischen einem Paar von Kupferlegierungsrollen 5A zu
sammengepreßt werden. Das Schweißen wird unter einer
Schweißkraft F von ≈ 500 N einer Schweißgeschwindigkeit
von 1 m/min und einer Schweißstromstärke von 1050, 1150
oder 1400 A oder ähnlich durchgeführt, wobei ein Transfor
mator 5C eingesetzt wird.
Beim Widerstandsnahtschweißen dienen die Rollen 5A als
Klemmvorrichtung und zeigen dabei einen zusätzlichen Vor
teil.
Da die Möglichkeit besteht, daß eine HIP-Behandlung
die Metallfolien 2 der Kapsel 1 an das zu behandelnde
Material 6 anhaften läßt, wird, wie aus Fig.
8 zu entnehmen, eine Überzugsschicht 15 aus einem
schwierig zu sinternden keramischen oder ähnlichen Ma
terial auf der Oberfläche des zu behandelnden Materials
oder auf der inneren Oberfläche der Kapsel vorgesehen.
Dies kann durch Überziehen, Flammspritzen oder
ähnlichen Methoden erfolgen. Als Alternative zu der
Überzugsschicht 15 kann ein keramisches Papier oder eine
keramische Platte zwischen dem zu behandelnden Material
6 und der Kapsel 1 angeordnet werden. Es kann auch ein
Metall mit hoher Schmelztemperatur wie Wolfram, Platin
usw., das mit dem zu behandelnden Material 6 nur schwer
reagiert, anstelle der Überzugsschicht 15 dazwischen
angeordnet werden.
Um die Oberflächen des zu behandelnden Materials 6 sau
ber zu halten, wird vorgezogen, daß eine Folie aus Zir
konium, Titanium oder ähnlichem in der Kapsel 1 zusam
men mit dem zu behandelnden Material an einem geeigneten
Ort als ein Getter für Sauerstoff, Stickstoff oder ähn
liches vorhanden ist.
Zusätzlich kann die Metallfolie 2 dann, wenn die Dicke
des zu behandelnden Materials 6 wenigstens 10 mm oder
mehr beträgt, vorher einer Druckbeanspruchung oder ähn
lichem zur Ausformung eines abgesenkten Abschnittes 17
unterworfen werden, wie aus Fig. 9 hervorgeht, worin das
Material 6 leicht eingebracht werden kann. Darüber hinaus
können im Falle einer Einkapselung einer Vielzahl von
kleinformatigen Formkörpern als zu behandelndes Material
6 diese zu behandelnden Materialien in einer Vielzahl
von abgesenkten Abschnitten 17 angeordnet werden, die
sich in einer Metallfolie 2 befinden (siehe Fig. 10).
Eine andere Metallfolie 2 kann dann darüber gedeckt wer
den, gefolgt von einem Widerstandsnahtschweißen entlang
dem Umfang der gesamten Anordnung der Materialien 6,
wodurch eine beutelförmige Kapsel 1 gebildet wird.
Die Erfindung wird nun anhand einer speziellen Ausfüh
rungsform beschrieben.
Folien 2 aus rostfreiem Stahl (SUS 304) mit 100 Mikro
meter Dicke als Ausgangsmaterialien wurden einem Hoch
frequenzimpuls-WIG-Schweißen unter den Bedingungen ei
ner Schweißstromstärke von 6 A und einer Geschwindig
keit von 3 mm/s ausgesetzt, wobei man eine Kapsel
1 in einer Umschlag-ähnlichen Form von 350 mm Breite
und 500 mm Länge erhielt.
Das zu behandelnde Material 6 war ein Aluminiumoxid-
Keramikörper der zuvor einem ersten Sinterprozeß bei
1400°C unter Normaldruck unterworfen worden war und Di
mensionen von 200 × 250 × 10 mm sowie eine relative
Dichte von 85% aufwies.
Das zu behandelnde Material 6 wurde durch die Einfüll
öffnung 3 in den beutelförmigen Körper 1A eingebracht
und eine Wolframfolie von 50 Mikrometer Dicke in den
Zwischenraum zwischen dem beutelförmigen Körper 1A und
das Material 6 als Schutz vor Reaktionen zwischen beiden
angeordnet. Ein Rohr 7 aus Weichstahl zur Evakuierung
und mit einem Außendurchmesser von 10 mm sowie einem
Innendurchmesser von 8 mm wurde in die Einfüllöffnung 3
eingeführt und an dieser Öffnung 3 gasdicht durch Löten
bei 8 befestigt. Ein Schlauch 10 von einer Vakuumpumpe
wurde mit dem Rohr 7 verbunden und der beutelförmige
Körper darüber evakuiert. Nach Erreichen eines Vakuums
von 10-2 Torr wurden die Öffnungen der Metallfolie 2
zwischen dem zu behandelnden Material 6 und dem Rohr 7
zusammengepreßt, wie in Fig. 7 gezeigt, und es erfolgte
bei 11 das Überlappungsschweißen mit Hilfe des Hochfrequenzimpuls-WIG-Schweißens.
Danach wurden die auf die
se Weise zusammengeschweißten Metallfolien 2 an der Po
sition 12 abgeschnitten, um eine Kapsel 1 gemäß Fig. 4
zu erhalten.
Die auf diese Weise hergestellte Kapsel 1 mit dem darin
unter Vakuum abgedichtet enthaltenen Material 6 wurde
in ein HIP-System eingebracht, und es erfolgte eine HIP-
Behandlung unter den Bedingungen 1300°C und ≈ 1000 MPa
für eine Stunde. Nach der HIP-Behandlung wurde die Kap
sel 1 unter Verwendung einer Blechschere aufgeschnitten
und ein Al2O3-keramisches Produkt entnommen. Das
auf diese Weise erhaltene gesinterte keramische Produkt
wies eine relative Dichte von annähernd 100% und Dimen
sionen von 190,4 × 236,8 × 9,5 mm auf und war ähnlich
in der Form, jedoch größengeschrumpft gegenüber dem Ma
terial 6 vor der Behandlung.
Unter Verwendung von Folien aus rostfreiem Stahl von
50 Mikrometer Dicke als Ausgangsmaterialien wurde eine
Kapsel 1 in einer Umschlag-ähnlichen Form von 100 mm
Breite und 150 mm Länge durch Widerstandsnahtschweißen
hergestellt. Das Schweißen erfolgte unter folgenden Be
dingungen: Schweißstromstärke 1150 A, Schweißpreßkraft
≈ 500 N und Schweißgeschwindigkeit 1 m/min. Das zu be
handelnde Material war ein Paar übereinanderliegender
Kupferplättchen von 80 mm2 und 0,5 mm Dicke sowie ein
Plättchen aus rostfreiem Stahl mit gleichen Ausmaßen.
Das zu behandelnde Material 6 wurde in einen beutelför
migen Körper 1A durch eine Einfüllöffnung 3 eingebracht,
und in den Raum zwischen dem beutelförmigen Körper und
dem Material 6 wurde eine Zirkoniumfolie plaziert, um
die Innenseite der Kapsel sauber zu halten.
Ein Aluminiumrohr 7 zur Evakuierung mit 8 mm Außendurch
messer und 6 mm Innendurchmesser wurde gasdicht mittels
eines Epoxyklebers in die Einfüllöffnung 3 gebunden.
Nachdem die Verfestigung des Klebers beendet war,
wurde ein Schlauch 10 einer Vakuumpumpe mit dem Rohr
7 verbinden und dadurch der beutelförmige Körper 1A
evakuiert. Nachdem ein Vakuum von 10-1 Torr erreicht
war, erfolgte auf dem Abschnitt der Metallfolien 2
zwischen dem zu behandelnden Material 6 und dem Rohr
7 bei 11 ein Überlappungsschweißen.
Die Kapsel 1 mit dem zu behandelnden Material 6, das
unter Vakuum darin verschlossen war, wurde in ein
HIP-System eingebracht. Es erfolgte eine HIP-Behand
lung 1000°C und ≈ 1000 MPa über eine Stunde. Als
die Kapsel aufgeschnitten und das zu behandelnde Ma
terial 6 herausgenommen worden war, fand man das Kup
ferplättchen und das aus rostfreiem Stahl in zufrie
denstellender Weise miteinander diffusionsverbunden
vor.
Nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfah
ren besteht eine Kapsel aus einer Metallfolie mit ei
ner geringen Dicke von 30 bis 300 Mikrometer und
schrumpft daher gleichmäßig in Übereinstimmung mit
der Form des zu behandelnden Materials während der
Zeit des hydrostatischen Pressens. Dementsprechend tre
ten Formänderungen infolge nichtgleichmäßigen Schrum
pfens in dem zu behandelnden Material nicht Lauf.
Darüber hinaus ist es leicht, die Kapsel nach der hy
drostatischen Druckbehandlung zu entfernen, da die Me
tallfolie leicht mittels einer Blechschere oder ähn
lichem geschnitten und von dem zu behandelnden Material
abgestreift werden kann.
Auch für den Fall, wo die Metallfolien sandwichartig
zwischen dem zu behandelnden Material liegen, können
diese am Rand des zu behandelnden Materials miteinander
in Berührung kommen, und die miteinander in Kontakt kommenden
Abschnitte werden zusammengeschweißt. Sie bil
den eine Kapsel, wobei ein hoher Freiheitsgrad für die
Form der Metallfolien besteht, die für die Form des zu
behandelnden Materials geeignet sind. Daher ist es nicht
erforderlich, besondere Kapseln für besondere zu be
handelnde Materialien vorzusehen.
Weiterhin ist es nicht notwendig, den Raum rund um das
zu behandelnde Material mit einem zweiten Druckmedium
zu füllen, da die Metallfolien in unmittelbarem Kontakt
mit dem zu behandelnden Material gebracht werden.
Erfindungsgemäß besteht daher auch keine Möglichkeit,
daß die Kapsel beim hydrostatischen Pressen ungleich
mäßig deformiert wird und damit in dem zu behandelnden
Material Formänderungen hervorruft. Daneben ist auch
das Abdichten des zu behandelnden Materials in der Kap
sel sehr einfach und läßt sich gut auch komplizierten
Formen des zu behandelnden Materials anpassen. Das er
findungsgemäße Verfahren macht es auch leicht, das zu
behandelnde Material mit der Kapsel hydrostatisch zu
pressen, es sichert eine verbesserte Produktivität,
und es ist geeignet für die Massenbehandlung kleinfor
matiger zu behandelnder Materialien.
Weiterhin wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Überlappungsschweißen mittels WIG-Schweißens oder
Widerstandsnahtschweißens durchgeführt, was ökonomischer
ist als das YAG-Laserschweißen, das Elektronenstrahl
schweißen usw. und nicht so eine Stromzufuhr mit hoher
Kapazität erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann daher mit einem kompakten Gerät durchgeführt wer
den.
Ein besonderer Vorteil des WIG-Schweißens oder des Wi
derstandsnahtschweißens besteht darin, daß Defekte in
der Schweißzone nur schwerlich auf treten, im Gegensatz
zum Lichtbogenschweißen, wo das gleichzeitige Verschmelzen
und das Schweißen der Folien Defekte in der Schweiß
zone hinterlassen kann.
Darüber hinaus hat das Widerstandsnahtschweißen einen
weiteren Vorteil, indem die Rollen als Klemmvorrichtung
während des Schweißens dienen und das Schweißen auch in
Umfangsrichtung durchgeführt werden kann.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer Kapsel für den Ein
satz beim isostatischen Pressen mit den Schritten:
- a) ein zu behandelndes Material wird von einer kera mischen oder metallischen Schicht sowie von einer über der keramischen oder metallischen Schicht be findlichen, 30 bis 300 Mikrometer dicken Metallfo lie eingeschlossen,
- b) das Material der keramischen oder metallischen Schicht wird so gewählt, daß hierdurch ein Anhaf ten der Metallfolie an das zu behandelnde Material verhindert wird,
- c) die Metallfolie wird unter Abdichtung des zu be handelnden, in der Metallfolie befindlichen Mate rials verschweißt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schweißen
mittels WIG-Schweißens oder mittels Widerstandsnaht
schweißens erfolgt.
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