DE4123794C1

DE4123794C1 -

Info

Publication number: DE4123794C1
Application number: DE4123794A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr. Heinrich; Reinhard Dr. Dillinger; Matthias 8672 Selb De Steiner
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2011-07-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines massiven keramischen Bauteils, insbesondere aus Siliziumnitrid, das mindestens teilweise eine zylindrische Mantelfläche aufweist, bei dem solange ein flüssiger, keramischer Schlicker in eine saugfähige Hohlform gegossen wird, bis sich im Hohlraum ein grüner festhaftender Scherben gebildet hat, und der Scherben der Hohlform entnommen, getrocknet und anschließend gebrannt wird.

Beim bekannten Schlickergießen zylindrischer oder teilweise zylindrischer Vollgußteile (vgl. Fig. 1), insbesondere solcher mit einem großen Verhältnis von Höhe/Durchmesser, stellt sich das Problem des Einschlusses von Luftblasen im grünen Scherben, die zu Lunkern im keramischen Bauteil führen. Diese Lunker entstehen hauptsächlich im Bereich der Symmetrieachse, d. h. im Zentrum der Zylinder oder der zylindrischen Teilbereiche der Bauteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die Lunkerbildung beseitigt werden kann.

Diese Aufgabe wird jeweils durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2 gelöst. Dabei wird anstelle eines zylindrischen Formraums ein konischer Formraum verwendet. Der entstehende grüne Gießling mit mindestens teilweise konischer Form läßt sich vor dem Brennen oder nach dem Brennen durch mechanische Bearbeitung in einen Formkörper überführen, der eine zylindrische Mantelfläche enthält.

Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß in Schlickergußformen mit engen zylindrischem Innenteil der wachsende Scherben an engen Stellen, meist nahe der Eingußstelle, den Materialtransport (Schlickermasse) in das Innere der Form erschwert.

Nach dem Eingießen des Schlickers in die Form findet zunächst durch Kapillarwirkung des porösen Formenmaterials (meist Gips) und entsprechende Diffusion der flüssigen Phase des Schlickers (meist Wasser) in die Form eine Anlagerung der im Schlicker vorhandenen Feststoffpartikel an die Formenwand statt.

Da der Schlickerspiegel in der Gipsform durch den Flüssigkeitstransport (verursacht durch die Scherbenbildung) absinkt, werden Gipsformen für Vollgußteile - wie in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt - meist mit einem Vorratsbehälter versehen. Durch diesen Behälter fließt der für einen Guß benötigte Schlicker nach unten in die Form. Ein schrittweises Eingießen der Schlickergießmasse ist für die Herstellung hochfester Bauteile nicht gut geeignet.

Die Außenwand des erhaltenen Scherbes ist ein Abbild der Innenwand der Form. Durch eine konische Ausbildung des bisher zylindrischen Hohlraums für zylindrische Schlickerguß-Vollgußteile wird der Materialtransport erleichtert. Aus dem geraden Kreiszylinder wird dabei ein Kreiskegelstumpf, der so angeordnet ist, daß der größte Durchmesser den Anguß-Querschnitt darstellt.

Die notwendige Konizität der Form hängt dabei einerseits vom Verhältnis Länge/Durchmesser des zu gießenden Zylinders ab. Je größer dieses Verhältnis und je größer die Scherbenbildungsrate des verwendeten Schlickers ist, umso größer ist auch die erforderliche Konizität.

Der erhaltene konische Scherben muß anschließend noch durch mechanisches Bearbeiten (Abtragen) mindestens teilweise in einen Zylinder überführt werden. Nach einer Ausführungsform wird der Scherben nach dem Trocknen mechanisch bearbeitet und anschließend gebrannt. Nach einer anderen Ausführungsform wird die mechanische Bearbeitung erst nach dem Brennen vorgenommen. Dieses Bearbeiten (z. B. Schleifen) der gebrannten Bauteile bietet sich bei mechanisch und thermisch hochbelasteten keramischen Motorbauteilen an, wie z. B. Ventilen oder Vollkolbenbolzen. Für diese Teile ist die durch Brennen erhältliche Oberfläche ohnehin nicht ausreichend, so daß eine Oberflächenvergütung erforderlich wird.

Fig. 1 zeigt eine Gipsform zur Herstellung kreiszylindrischer Vollgußteile nach dem Stand der Technik. Die Schlickergießmasse (nicht gezeichnet) befindet sich im Vorratsbehälter 1 und wird in einer Portion durch den Angußquerschnitt 2 in den inneren Hohlraum 3 der Gipsform 4 eingegossen, so daß dieser gefüllt ist. Während in Fig. 1 der Hohlraum 3 zylindrisch ausgestaltet ist, zeigt Fig. 2 eine Gipsform, die einen Hohlraum mit konischer Geometrie aufweist. Da hier der Angußquerschnitt 2 gegenüber Fig. 1 verbreitert ist, wird der Massentransport erleichtert.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Körpern aus Siliciumnitrid. Dabei kann man Schlickergießmassen auf Basis Siliciumnitrid oder Silicium einsetzen. Beim Sintern in Stickstoffatmosphäre wandelt sich das Silicium in Siliciumnitrid um. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich (zylindrische) Vollkolbenbolzen oder Ventilschäfte (mit zylindrischen Teilabschnitten) herstellen. Mit Hilfe der Röntgengrobstrukturanalyse läßt sich zeigen, daß die Lunkerbildung im Bereich der Zylinder-Symmetrieachse beim erfindungsgemäßen Verfahren fast vollständig unterdrückt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines massiven keramischen Bauteils, insbesondere aus Siliziumnitrid, das mindestens teilweise eine zylindrische Mantelfläche aufweist, bei dem solange ein flüssiger, keramischer Schlicker in eine saugfähige Hohlform gegossen wird, bis sich im Hohlraum ein grüner festhaftender Scherben gebildet hat, und der Scherben der Hohlform entnommen, getrocknet und anschließend gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlform mit konisch ausgebildetem Hohlraum verwendet wird und daß die konische Oberfläche des erhaltenen Scherbens nach dem Trocknen mindestens teilweise durch mechanische Behandlung in eine zylindrische Mantelfläche überführt und der so umgeformte Scherben anschließend gebrannt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines massiven keramischen Teils, insbesondere aus Siliziumnitrid, das mindestens teilweise eine zylindrische Mantelfläche aufweist, bei dem solange ein flüssiger keramischer Schlicker in eine saugfähige Hohlform gegossen wird, bis sich im Hohlraum ein grüner festhaftender Scherben gebildet hat, und der Scherben der Hohlform entnommen, getrocknet und anschließend gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlform mit konisch ausgebildetem Hohlraum verwendet wird und daß die konische Oberfläche des Scherbens nach dem Brennen mindestens teilweise durch mechanische Bearbeitung in eine zylindrische Mantelfläche überführt wird.