DE4406017C2 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Keramik und der Pulvermetallurgie und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils, das z. B. als Justierhilfsmittel in der Brenntechnik, als Mischelement in Schmelzen oder als Schmuckstück zur Anwendung kommen könnte.
Keramische Sinterwerkstoffe werden aus Pulvern hergestellt, indem man zunächst die Pulver in einer Form zu Formkörpern formt, diese anschließend einer Wärmebehandlung (Sintern) unterzieht und danach einen festen Körper erhält. Verschiedene Formgebungsverfahren (Pressen, Schlickergießen, Extrudieren, Spritzgießen, u. a.) ermöglichen die Herstellung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrie. Außerdem ist eine mechanische Bearbeitung im geformten Zustand (Drehen, Fräsen, Bohren) und selbst im gesinterten Zustand (Schleifen, Polieren) möglich. Die Bearbeitung von gesinterten Bauteilen ist jedoch für fast alle Werkstoffe aufgrund ihrer hohen Härte aufwendig.
Die gesinterten keramischen Bauteile können nicht mehr plastisch verformt oder geschmiedet werden. Aus mehreren Einzelelementen bestehende, flexible Bauteile, z. B. Ketten aus Keramik, konnten deshalb bisher nur dadurch hergestellt werden, daß einzelne, in sich unterbrochene Elemente zu einem flexiblen Bauteil durch Fügen oder Kleben geschlossen wurden. Die dabei entstandenen Bindestellen wiesen im Allgemeinen geringere Festigkeiten als der Werkstoff im inneren Bauteil auf. Außerdem war mit der beschriebenen Technologie praktisch keine Automatisierung möglich.
In der japanischen Patentanmeldung JP 4-42(A) (Appl. No. 2-99283) wird die Herstel­ lung von Keramik- oder Metallketten durch Sintern beschrieben. Es werden Kettenglieder mit zwei verschiedenen Geometrien als Grünkörper geformt. Ein Kettengliedtyp enthält zwei Löcher, der andere Typ zwei hervorstehende Teile. Zunächst werden die Kettenglieder mit den hervorstehenden Teilen gesintert, danach werden diese Kettenglieder in die ungesinterten Kettenglieder mit den Löchern gesteckt und anschließend alle Komponenten zusammen gesintert. Durch die Schrumpfung der Löcher wird eine unlösbare flexible Verbindung geschaffen.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mindestens zwei Sinterbrände durchgeführt werden müssen. Außerdem ist es nicht möglich, das Verfahren universell für die verschiedensten Geometrien anzuwenden, da zur Verknüpfung der einzelnen Glieder immer Löcher und hervorstehende Teile notwendig sind. Die Möglichkeiten zur Automatisierung des Herstellungsprozesses sind damit ebenfalls nicht sehr hoch.
Weiterhin ist aus der DE 3 28 718 ein Verfahren zur Herstellung gegossener Ketten bekannt. Dort werden Kettenglieder mit einem Stoffüberschuß in Richtung eines nachfolgenden Schmiededruckes gegossen und dann durch ein mit einer Verschiebung benachbarter Verbindungsglieder gepaartes Überschmieden in die endgültige Form überführt.
Derartige Ketten bestehen aus Stahl und werden durch in der Metallurgie übliche Verfahren, wie Gießen und Schmieden hergestellt. Die duktilen Eigenschaften von Stahl werden gezielt genutzt, um das beschriebene Verfahren realisieren zu können.
Dabei werden ganz andere Formgebungsmechanismen als bei keramischen oder pulvermetallurgischen Materialen angewandt. Aus diesem Grunde ist das beschriebene Verfahren für diese genannten Materialien nicht anwendbar und übertragbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der Formgebung ein in Geometrie und Konfiguration bereits fertiges, flexibles, aus mehreren Einzelelementen bestehendes Bauteil herzustellen und weitere Verfahrenschritte gegenüber der Herstellungstechnologie anderer keramischer oder pulvermetallurgischer Bauteile zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils aus mindestens zwei Einzelelementen, die flexibel miteinander verbunden sind. Bei dem Verfahren wird ein Einzelelement geformt, indem ein sinterfähiges keramisches oder metallurgisches Pulver mit einem thermoplastischen Binder oberhalb der Erweichungstemperatur und unterhalb der Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur dieses Binders homogenisiert wird und danach in ein der Form des Einzelelementes entsprechendes Werkzeug eingebracht wird. Anschließend wird das Werkzeug mit dem Inhalt auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders abgekühlt und danach das Werkzeug entfernt. Dieses Einzelelement ist dabei in ein bereits vorhandenes Einzelelement geformt worden oder in das erfindungsgemäß hergestellte Einzelelement wird ein weiteres Einzelelement geformt. Nach Fertigstellung des gesamten Bauteils aus den flexiblen Einzelelementen wird nach dem Ausheizen des thermoplastischen Binders das Bauteil gesintert.
Das der Form des gewünschten Einzelelementes entsprechende Werkzeug besteht aus mehreren Teilen, um das Einzelelement selbst entformen zu können und um das Werkzeug aus einem bereits geformten Einzelelement entfernen zu können. Das Werkzeug enthält einen Hohlraum in Form des gewünschten Einzelelementes und eine Einfüllöffnung.
Ein so hergestelltes Bauteil aus flexibel miteinander verbundenen Einzelelementen hat gegenüber bisher herstellbaren Bauteilen aus gesinterter Keramik oder Metall die Vorteile, daß es durchgehende und ununterbrochene Materialeigenschaften in jedem einzelnen Einzelelement aufzuweisen hat, ebenso wie uneingeschränkte Flexibilität bei der Anordnung der Einzelelemente und es ist einfach herstellbar, wodurch eine Automatisierung möglich ist. Weiterhin können durch geringe Verarbeitungsdrücke Formen mit sehr geringen Wandstärken verwendet werden, wodurch wiederum erheblich größere Möglichkeiten der Miniaturisierung des Bauteils bestehen. Letzt­ endlich sind durch das erfindungsgemäße Verfahren Bauteile herstellbar, die sehr variabel hinsichtlich Werkstoffeigenschaften, mechanischen Eigenschaften, Dichte, Form, Farbe, Oberflächenbeschaffenheit und Strukturierung sein können. Dadurch eröffnen sich breite Anwendungsgebiete.
Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Beispiel
100 g eines sinterfähigen Siliziumcarbidpulvers werden mit 25 g Paraffin und 5 g Stearinsäure in einem beheizten Rührer bei 80°C zu einem homogenen thermoplastischen Schlicker gemischt. Der Schlicker wird bei einer Temperatur von 90°C unter einem Druck von 0,25 MPa durch eine Einfüllöffnung (2) in ein zusammengebautes Ringwerkzeug (1) eingefüllt. Das Ringwerkzeug (1) besteht aus vier Teilen mit zwei Trennebenen zum Entformen eines Einzelelementes selbst und aus einem bereits vorhandenen Einzelelement heraus. Dieses Ringwerkzeug (1) wurde um das letzte Einzelelement (4) einer Grünkörperkette (3, 4) zusammengebaut. Nach dem Erkalten des Schlickers wird das Ringwerkzeug (1) auseinandergenommen. Dadurch wird ein neues Einzelelement (5) in Form eines Grünkörperringes freigelegt, das in das letzte Einzelelement (4) der Grünkörperkette geformt ist. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das flexible Bauteil als Grünkörper vollständig geformt ist.
Die erhaltene Grünkörperkette (3, 4, 5) wird in einer Pulvereinbettung bei Temperaturen bis 270°C ausgeheizt und abschließend bei 2100°C unter Argon gesintert.
Aufgrund der sehr guten Hochtemperatureigenschaften, wie z. B. eine Festigkeit von 450 MPa bei 1400°C, einer hohen Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit, einer guten Beständigkeit gegen Metallschmelzen, u. a. können Ketten aus Keramik z. B. als Justierhilfsmittel in der Brenntechnik oder als Mischelemente in Schmelzen verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 zusammengesetztes Ringwerkzeug
2 Einfüllöffnung
3 zuerst geformtes Einzelelement
4 zweites geformtes Einzelelement
5 neues Einzelelement

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils aus mindestens zwei Einzelelementen (4, 5), die flexibel miteinander verbunden sind, bei dem ein Einzelelement (5) geformt wird, indem ein sinterfähiges keramisches oder metallurgisches Pulver mit einem thermoplastischen Binder oberhalb der Erwei­ chungstemperatur und unterhalb der Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur dieses Binders homogenisiert wird und danach in ein der Form des Einzelelementes entsprechendes Werkzeug (1) eingebracht wird, anschließend auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders abgekühlt und das Werkzeug (1) entfernt wird, und dieses Einzelelement (5) in ein bereits vorhandenes Einzelelement (4) geformt wird oder in das so hergestellte Einzelelement (5) ein weiteres Einzelelement geformt wird und nach dem Ausheizen des thermoplastischen Binders das Bauteil gesintert wird.
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