DE4418598C2 - Verfahren zur Herstellung einer hochdispersen Pulvermischung insbesondere zur Herstellung von Bauteilen aus schwer sinterbaren Werkstoffen mit intermetallischen Phasen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer hochdispersen Pulvermischung insbesondere zur Herstellung von Bauteilen aus schwer sinterbaren Werkstoffen mit intermetallischen Phasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochdispersen Pulvermischung im Prozeß der Zerkleinerung durch Mahlen insbesondere zur Herstel­ lung von Bauteilen aus schwer sinterbaren Werkstoffen mit intermetallischen Phasen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Schwer schmelz- und sinterbare strukturelle und funktionelle Werkstoffe mit intermetallischen Phasen und daraus hergestellte Bauteile werden insbesondere für Hochtemperaturprozesse in Energieerzeugungs- und Energieumwandlungsanlagen in oxidierenden und aggressiven Medien sowie in der chemischen Industrie eingesetzt. Diese Werkstoffe müssen insbesondere eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit, Korrosionsbe­ ständigkeit, hohe Bruchzähigkeit, gegebenenfalls gerin­ ge Dichte und eine hohe spezifische Festigkeit und Be­ ständigkeit gegen Hochtemperaturkriechen aufweisen. Die Ausgangswerkstoffe für derartige Bauteile werden in einem Prozeß der Zerkleinerung, vorzugsweise in einem Mahlprozeß hergestellt. Dabei werden die für die Werkstoffe geeigneten, einzelnen Elemente gleichzeitig oder zeitlich versetzt gemeinsam zerkleinert. Ein derar­ tiges Verfahren ist z. B. aus der EP 0 203 311 bekannt. Danach werden die Ausgangselemente bis zum amor­ phen Zustand gemahlen und anschließend werden aus diesen Ausgangspulvern durch Sintern unterhalb der Rekristallisationstemperatur Bauteile hergestellt. Je­ doch können nach diesem Verfahren nur Bauteile ohne intermetallische Phasen hergestellt werden. Bauteile aus Ausgangspulvern, welche im Mahlverfahren zerkleinert worden sind und die intermetallische Phasen aufweisen, können nur durch Hochtemperatursintern und Hoch­ drucksintern hergestellt werden. Ein derartiges Verfah­ ren ist z. B. in der EP 0 209 179 offenbart. Danach wird ein Ausgangspulver, enthaltend eine Metallkomponente und eine Nichtmetallkomponente, in einer Trommel­ mühle mit hoher Energieeinbringung zerkleinert, wobei das Pulver im Mahlprozeß mechanisch legiert wird; aus diesem Pulver können anschließend nach einem der üb­ lichen Verfahren, z. B. Heißpressen, heißisostatisches Pressen, Metallpulverspritzgießen oder Sintern unter Druck und Temperatureinfluß Bauteile mit intermetalli­ schen Phasen hergestellt werden.
Aus der EP 0 574 440 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Ausgangswerkstoffen für Bauteile aus schwer schmelz- und sinterbaren Werkstoffen beschrie­ ben. Danach werden die Ausgangskomponenten bzw. die einzelnen Elemente in eine Kugelmühle unter Stick­ stoff bzw. Stickstoff erzeugende Atmosphäre gemahlen. Vorzugsweise eignet sich dieses Verfahren für Metallni­ tridverbunde. Anschließend werden die aus diesen Werkstoffen bestehenden Bauteile durch Spritzgießen und Wärmebehandlung zu einem festen Körper verar­ beitet.
Aus der DE 40 01 799 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer intermetallischen Verbindung be­ kannt. Danach werden die Einzelelemente in einer iner­ ten Atmosphäre mechanisch legiert, das entstandene Pulverwerkstoff anschließend erhitzt und verdichtet und die daraus herzustellenden Bauteile durch Heißpr­ essen bei Temperatur oberhalb der Phasenbildungstem­ peratur hergestellt.
Ein weiteres Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen aus intermetallischen Ver­ bindungen ist aus der DE 39 35 955 bekannt. Auch hier können aufgrund der Beschaffenheit der Ausgangspul­ ver die Bauteile nur in einem Verfahren des isostati­ schen Reaktionspressens bzw. durch Vakuumsintern hergestellt werden.
Allen vorgenannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie durch die Notwendigkeit der Verwendung von hohen Drucken und hohen Temperaturen sehr energieaufwen­ dig sind, da die Ausgangspulver zur Herstellung von Bauteilen bzw. Materialschichten mit intermetallischen Phasen nur bei hohen Temperaturen und unter hohen Drucken verarbeitet werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver­ fahren anzugeben, in dem Ausgangspulver zur Herstel­ lung von Bauteilen und Schichten aus schwer schmelz- und sinterbaren Werkstoffen mit intermetallischen Pha­ sen hergestellt werden, wobei die Bauteil-/Schichther­ stellung bei relativ niedrigen Temperaturen und relativ niedrigen Drucken erfolgen kann.
Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 angegebe­ ne Verfahren gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Die Verwendung der in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausgangspulvern ist in den An­ sprüchen 7 bis 15 wiedergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß ver­ schiedene Elementpulver miteinander, in einem Prozeß der Zerkleinerung durch Mahlen gemischt und zerklei­ nert werden, daß jedoch der Mahlprozeß vor der Bil­ dung der intermetallischen Phase abgebrochen wird. Die Ausgangselementpulver werden in einer Hochener­ gie-Kugelmühle mehrere Stunden lang in sauerstofffrei­ er Atmosphäre gemahlen, wodurch sie mechanisch stark aktiviert werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik, zum Prozeß des mechanischen Legierens wird dabei keine Phasenbildung angestrebt, im Gegenteil, der Mahlprozeß wird vor der Phasenbildung abgebro­ chen. Um die Zeitdauer des Verfahrens zu bestimmen, werden kalorimetrische Messungen durchgeführt, wo­ bei durch Entnahme einer Probe und einer kalorimetri­ schen Untersuchung derselben der Temperaturbereich der Phasenbildung nachgewiesen und der Mahlprozeß rechtzeitig vor dem Erreichen dieses Temperaturberei­ ches abgebrochen wird. Durch den Mahlprozeß wird in die Ausgangspulver mechanische Energie eingebracht, wodurch Zerkleinerungs- und Homogenisierungspro­ zesse ablaufen, die dazu führen, daß die eingesetzten Elementpulver im Submikrometerbereich homogen verteilt sind. Dabei treten typische Homogenitätsberei­ che der Einsatzkomponenten von 100-1000 nm auf. Als Folge des rechtzeitig vor der Phasenbildung abgebro­ chenen Mahlprozesses werden Agglomerate, die eine homogene Verteilung der Ausgangskomponenten ent­ halten, erhalten. Diese besitzen, verglichen mit dem Ab­ stand der inneren Phasengrenzen, eine um mehrere Zehnerpotenzen größere Teilchengröße. Entsprechend ist die Oberfläche der Agglomerate klein im Vergleich zur Ausdehnung "innerer" Phasengrenzen. Trotz hoher innerer Energie der hochdispersen Pulver (Gitterdefek­ te, Versetzungsdichten, Oberflächenenergie an den Pha­ sengrenzen, chemische Pontentiale) erfolgt deshalb kei­ ne verstärkte Reaktion mit Sauerstoff. Die Ausgangs­ pulver können deshalb an Luft weiterverarbeitet wer­ den. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Ausgangspulver eignen sich insbesondere zur Weiterverarbeitung in einem Sinterprozeß. Sie können jedoch auch in jedem pulvermetallurgischen Verfahren weiterverarbeitet werden. Der in dem Mahlprozeß ab­ gebrochene Phasenbildungsprozeß wird in einem nach­ folgenden Sinterprozeß nachgeholt. Die mit dem ther­ mischen Prozeß verbundenen Rekristallisationsvorgän­ ge in der metallischen Komponente und vor allem der Prozeß der Phasenbildung weit unterhalb der Schmelz­ temperatur führen überraschenderweise zu einer extre­ men Erhöhung der Sinteraktivität (Fig. 1). Dadurch können Formteile in einem nachfolgenden Sinterprozeß unter niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Sinterprozessen und unter niedrigeren Drucken bzw. drucklos verarbeitet werden. Dadurch, daß die bei der Herstellung der Ausgangspulver keine Phasenbildung erfolgt, ist der erforderlichen Energieaufwand geringer als bei den herkömmlichen Verfahren. Darüber hinaus wird der erforderliche Energieaufwand bei der Herstel­ lung von Bauteilen und Schichten aus diesen Ausgangs­ pulvern nocheinmal reduziert dadurch, daß die in einem anschließenden Sinterprozeß stattfindende Phasenbil­ dung weit unterhalb der Schmelztemperatur erfolgt.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet zur Herstellung der Pulvermischung aus fol­ genden Elementen: Mo, Ti, W, Cr, Zr, V, Y, Fe, Ni, Nb, Re, Hf, Ta, Nd, Sm, Al, Si, Cu und Co. Diesen können gegebenenfalls Elemente B, C, N und O zugemischt wer­ den. Darüber hinaus können nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren Ausgangspulver aus Elementen herge­ stellt werden, die bereits eine Verstärkungsphase ent­ halten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß während des Feinzerkleinerungsvorganges dem Mahlgut 0,1-30 Vol.-% bezogen auf das Volumen der festen Einsatzmaterialien eine Flüssigkeit zugege­ ben wird. Dadurch wird das Zerkleinerungsverhalten verbessert und/oder die zur Phasenbildung der Haupt-, Neben- oder Verstärkungsphasen Wirkelemente gelie­ fert. Den Ausgangswerkstoffen können ebenfalls nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vor­ gebildete Verstärkungskomponenten oder spezielle nicht zu bildende Phasen zugegeben werden.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell­ ten Ausgangspulver eignen sich insbesondere zur Her­ stellung von Bauteilen aus schwer schmelz- und sinter­ baren Werkstoffen mit intermetallischen Phasen in Ver­ fahren des drucklosen Sinterns. Auch die Herstellung von Bauteilen bzw. Schichten mit geschlossener Porösi­ tät durch druckloses Sintern bei relativ niedrigen Tem­ peraturen ist möglich. Ferner ist ohne einem hohem Energieaufwand die Herstellung von formkomplizier­ ten Bauteilen möglich. Dadurch, daß die Phasenbildung weit unterhalb der Schmelztemperatur erfolgt und mit dem Sinterprozeß gekoppelt ist, sind im Vergleich zu konventionellen pulvermetallurgischen Verfahren we­ sentlich geringere Temperaturen erforderlich. Weiter­ hin werden durch die Verwendung des im erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellten Ausgangspulvers und Herstellung von Bauteilen im drucklosen Sinterprozeß, feinkörnige Werkstoffe erhalten, die durch Verfestigung und/oder den Eintrag von geeigneten Verstärkungs­ komponenten verbesserte mechanische Eigenschaften im relevanten Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu höchsten Anwendungstemperaturen besitzen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ausgangspulver können nicht nur im Verfahren des drucklosen Sinterns eingesetzt werden, sie können auch durch einen kapsellosen Sinter-Heißisostatischen-Pro­ zeß verarbeitet werden; die hergestellten Teile errei­ chen bei jedem Prozeß eine hohe Dichte. Die Kristallit­ größe kann dabei um etwa eine Größenordnung kleiner eingestellt werden als dies bei herkömmlichen Verfah­ ren möglich ist. Durch die in-situ-Bildung von dispersen Verstärkungskomponenten wird das Hochtemperatur­ verhalten der Materialien verbessert, insbesondere die Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturkriechen und das Korrosionsverhalten.
In Ausgestaltung sieht das erfindungsgemäße Verfah­ ren vor, daß zusätzlich neben der Matrixphase die Bil­ dung von Dispersoiden (Karbide, Boride) im Mahlpro­ zeß möglich ist, wie auch der übliche Zusatz vorgebilde­ ter Verstärkungskomponenten (Karbide, Boride) in Form von Partikeln, Fasern und ähnlichen.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Ausgangs­ werkstoffe in einem Verfahren des drucklosen Sinterns führt auch zu Sinterkörpern mit erhöhter Dichte. Es ist auch möglich, Bauteile herzustellen mit 10% eines im beschriebenen Verfahren erhaltenen Pulvers und 90% eines nicht sinteraktiven Pulver.
Durch die geeigneten Ausgangswerkstoffe, aufgrund der hohen Dispersität, geringer Abstände der Phasen­ bildungspartner, der chemischen Potentiale der Elemen­ te, vorhandenen oder sich einstellenden Konzentra­ tionsgradienten und der über Rekristallisation- und Phasenbildung erzeugten hohen Leerstellendichte, die zu sinteraktiven Zuständen mit erhöhter geometrischer und struktureller Aktivität führt, werden selbst bei hochschmelzenden Phasen bei Temperaturen von 0,5-0,8* TSchmelz weitgehend dichte, d. h. geschlossen­ porige Bauteile mit feinkristallinen Gefüge hergestellt.
Die erhaltenen Gefüge sind feinkristallin und liegen im Bereich von 0,5-10 µm, können jedoch durch ther­ mische Nachbehandlung in den für den Anwendungsfall günstigen, gröberen Gefügezustand gebracht werden.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß im Falle des drucklosen Sinterns und für den Fall einer vorhan­ denen Restporosität einer kapsellose Nachverdichtung durch heißisostatisches Pressen erfolgen kann.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Pulvermischungen können auch den konventionell her­ gestellten, schwer sinterbaren Pulvern vor dem Form­ geben als sinterförderndes Additiv homogen zugesetzt werden, um an diesen bei niedriger Temperatur den Porenabschluß und damit die Voraussetzung für das kapsellose heißisostatische Pressen zu schaffen.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pulvermischungen eignen sich des weiteren als Zusatz­ werkstoffe bei der pulvermetallurgischen Herstellung von gradierten Werkstoffen, bei denen Materialien mit sehr unterschiedlichen Sinterverhalten kombiniert wer­ den.
In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die erzeugten Pulvermischungen als Ausgangs­ werkstoff für gespritzte Schichten auf Bauteilen und Funktionswerkstoffen mit besonderen funktionellen Ei­ genschaften eingesetzt werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Pulver­ mischungen in Verfahren des drucklosen Sinterns ist es vorteilhaft, wenn vor der Phasenbildung bei Elementen mit erhöhtem Dampfdruck ein Partialdruck einzelner oder mehrerer Elemente eingestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert.
Beispiel 1: Molybdän, Silizium und Kohlenstoff (Acetylenruß) werden in einem Verhältnis in eine Planetenkugelmühle gegeben so, daß nach vollständiger Umsetzung der Elemente eine MoSi2-Matrixphase (85 Vol.-%) und eine Verstärkungskomponente aus SiC (15 Vol.- %) entstehen kann. Dazu werden die nötigen Pulvermengen in einer Planetenkugelmühle mit Stahlmahlbehälter und Stahlmahlkugeln (Volumenverhältnis von Kugeln zu Mahlgut von 10 : 1) bei 320 U/min 8 h in sauerstoffreier Atmosphäre gemahlen. Nach dieser Mahldauer sind röntgenographisch keine Silizide oder Karbide nachweisbar. Die erhaltene Pul­ vermischung wird bis zu einer Preßlingsdichte von 2,5 g/cm3 einachsig verdichtet und im Vakuum (102 mbar) bei 1440°C gesintert. Die intensive Schrumpfung (Fig. 1: Dilatometer- und DSC-Messung an einer gepreßten MoSi2-Probe) setzt bevorzugt bei einer Temperatur ein, bei der die Phasenbildung der Hauptphase aus den Elementen und/oder temporären Zwischenphasen erfolgt. Dabei wird bei dem Prozeß des Sinterns eine binäre oder ternäre Phase gebildet. Die intensive Schrumpfung des bereits ab etwa 1000°C (Beginn der vollständigen Bildung der MoSi2-Matrixphase) ein, das Schwindungsmaximum wird bei etwa 1300°C erreicht. Nach einstündiger Sinterung bei 1440°C wird eine Schrumpfung von etwa 25% erreicht. Die Größe der Kistallite liegt zwischen 2 und 8 µm (Fig. 2: Gefügeaufnahme einer in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten MoSi2-Probe). Im Schliff sind lichtmikroskopisch keine SiC-Verstärkungskomponenten sichtbar, röntgenographisch ist MoSi2 tetragonal als Hauptphase und MoSi2 hexagonal und SiC als sehr schwache Nebenphasen erkennbar. Andere binäre Silizide oder ternäre Mo-Si-C-Pha­ sen sind nicht nachweisbar. Die Sinterprobe zeigt eine geschlossene Porosität.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer hochdispersen Pulvermischung in einem Mahlprozeß unter sauerstofffreier Atmosphäre aus mindestens einem Elementpulver und/oder mindestens einem Legierungspulver, wobei die Pulvermischung geeignet ist, intermetallische Phasen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlprozeß vor der Bildung der intermetallischen Phase/n dann abgebrochen wird, wenn die eingesetzten Ausgangspulver in der Pulvermischung im Submikrometer- Bereich homogen verteilt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Bildung der intermetallischen Phase/n durch kalorimetrische Messungen festgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Elemente Mo, Ti, W, Cr, Zr, V, Y, Fe, Ni, Nb, Re, Hf, Nd, Sm, Al, Si, Ta, Cu und Co gemischt und gemeinsam oder zeitlich versetzt zerkleinert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den genannten Elementen eines der Elemente B, C, N zugesetzt, mit denen gemischt und gemeinsam oder zeitlich versetzt zerkleinert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zerkleinerungsvorganges dem Mahlgut 0,1 bis 30 Vol-%, einer Flüssigkeit, bezogen auf das Volumen der festen Einsatzmaterialien, zugegeben werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorgebildete Verstärkungskomponenten oder spezielle nicht zu bildende Pha­ sen in den Mahlwerkstoff eingebracht werden.
7. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Pul­ verwerkstoffe zur Herstellung von Bauteilen in einem Sinterprozeß, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sinterprozeß drucklos vorgenommen wird, und dabei die intermetallische Phasen gebildet wird/werden.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß in inerter Atmosphäre durchgeführt wird.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Verstärkungsphase während des thermischen Prozesses gebildet wird.
10. Verwendung nach einem der Anspüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer vorhandenen Restporosität im Anschluß an das drucklose Sintern eine kapsellose Nachverdichtung durch heißisostatisches Pressen erfolgt.
11. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Ausgangspulvers in einem Metallpulverspritzgußverfahren zur Herstellung von hochbinderhaltigen Bauteilen komplizierter Form und einem anschließenden Sinterprozeß.
12. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Ausgangspulvers als sinterförderndes Additiv im Sinterprozeß, wobei die Pulver vor dem Formgeben den anderen Materialien homogen zugesetzt werden.
13. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Ausgangspulvers als Zusatzwerkstoff bei der pulvermetallurgischen Herstellung von gradierten Werkstoffen, bei denen Materialien mit unterschiedlichen Sinterverhalten kombiniert werden.
14. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Ausgangspulvers als Werkstoff für gespritzte Schichten auf Bauteilen.
15. Verwendung des im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Ausgangspulvers, dadurch gekennzeichnet, daß während der thermischen Behandlung, insbesondere beim drucklosen Sintern und insbesondere vor der Phasenbildung bei Verwendung von Elementen mit erhöhtem Dampfdruck ein Partialdruck einzelner oder mehrerer Elemente eingestellt wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19825223A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-16 Fraunhofer Ges Forschung Formwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10134525A1 (de) * 2001-07-16 2003-01-30 Gfe Met & Mat Gmbh Verfahren zum kapsellosen Umformen von gamma-TiAl-Werkstoffen
US6926969B2 (en) 2001-10-11 2005-08-09 Inco Limited Process for the production of sintered porous bodies

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999054655A2 (de) 1998-04-20 1999-10-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Thermische isolation zum einbringen zwischen zu isolierende gebilde
DE10228924C1 (de) * 2002-06-25 2003-11-20 Fraunhofer Ges Forschung Pulvermetallurgisch durch Reaktionssintern hergestelltes Bauteil aus einem Titanaluminid-Werkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10331785B4 (de) * 2003-07-11 2007-08-23 H. C. Starck Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung feiner Metall-, Legierungs-und Verbundpulver

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203311A1 (de) * 1985-05-24 1986-12-03 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften
EP0209179A1 (de) * 1985-07-13 1987-01-21 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Herstellung eines mechanisch legierten Verbundpulvers
EP0311369A1 (de) * 1987-10-06 1989-04-12 Elkem Metals Company Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetallpulvers sowie danach hergestelltes Pulver
DE4001799A1 (de) * 1989-01-24 1990-07-26 Hagishita Shiro Verfahren zur herstellung einer intermetallischen verbindung
DE3935955C1 (de) * 1989-10-27 1991-01-24 Mtu Muenchen Gmbh
EP0574440A1 (de) * 1991-02-19 1993-12-22 The Australian National University Herstellung von metall- und nichtmetallnitriden

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4668470A (en) * 1985-12-16 1987-05-26 Inco Alloys International, Inc. Formation of intermetallic and intermetallic-type precursor alloys for subsequent mechanical alloying applications
US5269830A (en) * 1990-10-26 1993-12-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for synthesizing compounds from elemental powders and product
FR2692184B1 (fr) * 1992-06-12 1996-10-25 Renault Procede de fabrication d'un alliage metallique en poudre.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203311A1 (de) * 1985-05-24 1986-12-03 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften
EP0209179A1 (de) * 1985-07-13 1987-01-21 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Herstellung eines mechanisch legierten Verbundpulvers
EP0311369A1 (de) * 1987-10-06 1989-04-12 Elkem Metals Company Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetallpulvers sowie danach hergestelltes Pulver
DE4001799A1 (de) * 1989-01-24 1990-07-26 Hagishita Shiro Verfahren zur herstellung einer intermetallischen verbindung
DE3935955C1 (de) * 1989-10-27 1991-01-24 Mtu Muenchen Gmbh
EP0574440A1 (de) * 1991-02-19 1993-12-22 The Australian National University Herstellung von metall- und nichtmetallnitriden

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19825223A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-16 Fraunhofer Ges Forschung Formwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19825223C2 (de) * 1998-06-05 2000-11-30 Fraunhofer Ges Forschung Formwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10134525A1 (de) * 2001-07-16 2003-01-30 Gfe Met & Mat Gmbh Verfahren zum kapsellosen Umformen von gamma-TiAl-Werkstoffen
US6926969B2 (en) 2001-10-11 2005-08-09 Inco Limited Process for the production of sintered porous bodies

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