DE69115992T2

DE69115992T2 - Schlickergussverfahren

Info

Publication number: DE69115992T2
Application number: DE69115992T
Authority: DE
Inventors: Junji Sakai; Masahisa Sobue; Yoshiyuki Yasutomi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2011-05-25
Also published as: KR920021277A; EP0459324B1; US5252273A; EP0459324A3; EP0459324A2; DE69115992D1; JPH0813446B2; JPH0433806A; KR0183997B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[Fachgebiet der Erfindung]

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her- Stellung verschiedener Erzeugnisse durch Gießen einer Keramiken, Metalle, Kohlenstoffarten, usw. enthaltenden Aufschlämmung in eine Form und insbesondere auf ein Verfahren, das dazu geeignet ist, Erzeugnisse herzustellen, die eine komplizierte Gestalt mit variierender Wanddicke aufweisen, wie eine Kompressorschneckenschaufel und einen Schraubenrotor.

[Stand der Technik]

Eines der Verfahren zum Formen verschiedener Materialien in Erzeugnissen ist das Schlickergußverfahren, in dem Materialpulver in einem Dispersionsmedium (wie Wasser oder Alkohol) zur Herstellung einer fluiden Aufschlämmung dispergiert wird, die in eine Form gegossen wird, um einen geformten Gegenstand zu erhalten. Eine Vielzahl von Erzeugnissen werden mit diesem Formverfahren hergestellt.
Üblicherweise wird beim Schlickergußverfahren eine Gipsform verwendet. Wenn jedoch ein Gegenstand mit einer komplizierten Gestalt, wie ein Turboladerrotor, ein Schraubenrotor oder eine Schneckenschaufel, gegossen wird, treten wahrscheinlich Fehler wie Risse beim Formen auf, so daß es schwierig ist, mit einer Gipsform allein ein solches kompliziertes Erzeugnis zu gießen. Daher wurde das Gießen eines Erzeugnisses mit einer komplizierten Gestalt mit dem Schlickergußverfahren üblicherweise unter gemeinsamer Verwendung einer Gipsform und einer Form, die nach dem Gießen in die Gipsform entfernt werden kann, durchgeführt. Die verwendete entfembare Form kann aus einer Form aus thermoplastischem oder aushärtbarem Harz, einer Wachsform oder einer Gummiform bestehen. Die entfernbare Form ist mit der Gipsform durch Adhäsion, Zusammenbau, usw. verbunden.
Gußverfahren dieses Typs werden beispielsweise in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen 56-28687, 59-120405, 59-190811, 60-253505, 63-288703, usw. beschrieben.
In dem in der japanischen ungeprüften Veröffentlichung 63-288703 beschriebenen Verfahren wird ein zu den Polyalkylenglykolen gehörendes Polyethylenglykol als Material für die entfernbare Form verwendet, die geschmolzen und entfernt wird, wenn der geformte Gegenstand aus der Form gelöst wird.
Die Eigenschaften von Polyethylenglykol variieren jedoch in Abhängigkeit von seinem Molekulargewicht. Beispielsweise hat ein Polyethylenglykol mit einem geringen Molekulargewicht eine Molekularstruktur ähnlich zu der von Alkohol und schmilzt bei Wasserabsorption, usw., so daß es nicht als Kernmaterial dienen kann. Eine Form aus Polyethylenglykol mit hohem Molekulargewicht zeigt andererseits Elastizität in den Bereichen, wo es mit der Aufschlämmung in Kontakt ist. Wegen seines hohen Molekulargewichts ist die aus seinem Kontakt mit der Aufschlämmung herrührende Elastizität jedoch nicht sehr zufriedenstellend. Ein solches Polyethylenglykol mit hohem Molekulargewicht unterscheidet sich daher, wenn es als Kernmaterial verwendet wird, nicht sehr von einem harten Material, mit Ausnahme der Teile, die die Kernoberfläche bilden. Daher ist es nicht dazu in der Lage, die Spannungen zu absorbieren, die auftreten, wenn die Form das Dispersionsmedium absorbiert, wodurch der geformte Gegenstand schrumpft, und dadurch in diesem Prozeß Risse gebildet werden.
Ein im Schlickergußverfahren auftretendes Problem ist es, daß, wenn ein Rohkörper (ein geformter Gegenstand) durch Gießen einer Aufschlämmung in eine vollständig aus Gips bestehende Form gebildet wird und wenn mindestens ein Teil des Formteils eine Gestalt aufweist, die von der Form gehemmt werden kann, Spannungen, die beim Schwinden des Rohkörpers entstehen, nicht abgeschwächt werden können, wodurch Risse im Rohkörper gebildet werden.
Dies trifft auch zu, wenn eine Harzform und eine Gipsform zusammen verwendet werden, falls der Körper irgendeinen gehemmten Teil aufweist, wodurch Rißbildung im Körper verursacht wird, wenn er getrocknet wird. Zudem kann eine Deformation des geformten Gegenstands oder Rißbildung durch die thermische Expansion des Harzes auftreten, wenn die Harzform durch Erhitzen entfernt wird.
Dies trifft auch zu, falls eine Wachsform und eine Gipsform zusammen verwendet werden. In diesem Fall wird die Rißbildung und Deformation durch die geringe Elastizität der Wachsform oder der Gipsform verursacht. Wenn diese zwei Formarten zusammen verwendet werden, muß der Vorgang des Entfernens der entfembaren Form durch Erhitzen unter Aufrechterhaltung einer hohen Feuchtigkeit durchgeführt werden (wodurch ein Austrocknen des Körpers verhindert wird). Das Wachs kann jedoch in den Körper einziehen, wenn es bei hoher Temperatur durch Erhitzen zersetzt wird, wodurch ein großer Anteil an Kohlenstoffen innerhalb des Körpers erhalten bleibt. Wenn unter diesen Bedingungen ein Brennen durchgeführt wird, wird der gesinterte Körper deformiert oder seine Festigkeit wird vermindert.
Im Gegensatz zum Fall, wo eine Harzform oder eine Wachsform verwendet wird, hat eine gemeinsame Verwendung einer Gummiform und einer Gipsform den Vorteil, daß Rißbildung durch die Elastizität des Gummis selbst vermieden werden kann, auch wenn es einen Teil des Körpers gibt, der von der Form gehemmt wird. Da das Entfernen der Gummiform jedoch üblicherweise durch Ausbrennen bei einer Temperatur von 450 bis 500 ºC durchgeführt wird, ist diese gemeinsame Verwendung nicht geeignet, falls die Auf schlämmung einen Stoff enthält, der nicht verträglich mit Oxidation ist, wie Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid. Zudem kann sich die Gummiform beim Entfernen der Gummiform durch Abbrennen ausdehnen und deformieren, wodurch Rißbildung und Deformation in dem geformten Gegenstand verursacht werden. Zudem ist beim Entfernen der Gummiform die Erhitzungstemperatur größer als der Siedepunkt des Dispersionsmediums, so daß es beim Entfernen der Gummiform notwendig ist, den geformten Gegenstand auf ein ausreichendes Maß zu trocknen, um das Dispersionsmedium aus ihm zu entfernen, wodurch die Erzeugung von Fehlern in dem geformten Gegenstand durch Sieden des Dispersionsmediums vermieden wird. Ein solches weitgehendes Trocknen erhöht jedoch das Schrumpfmaß des geformten Gegenstands, so daß Risse aufgrund des Schrumpfens des geformten Gegenstands gebildet werden können.
Zudem wird in allen oben beschriebenen Fällen die Form durch ein sehr kompliziertes Verfahren hergestellt. Die Harzform wird durch Spritzgießen unter Verwendung einer Metallform, die Wachsform durch das Wachs-Auslösungsverfahren hergestellt, in dem ein Modell des zu erhaltenden Erzeugnisses durch Spritzgießen unter Verwendung eines wasserlöslichen Wachses hergestellt wird, die Oberfläche dieses Modells mit einem wasserunlöslichen Wachs beschichtet wird, und das wasserlösliche Wachs durch Lösen in Wasser entfernt wird, um das Wachsmodell zu erhalten. Bei der Herstellung der Gummiform läßt man das Material über einen langen Zeitraum altern und aushärten, nachdem es in eine Metallform gegossen wurde. Anschließend wird das Material aus der Metallform entfernt.
Alle diese Arten von Formen erfordern einen komplizierten Herstellungsprozeß, wodurch hohe Kosten entstehen. Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß sie nicht wiederverwendbar sind.
Daher wurde es im Schlickergußverfahren erforderlich, daß die Form zum Erhalt eines Erzeugnisses mit komplizierter Gestalt leicht hergestellt wird und daß keine Risse oder Deformation in dem geformten Gegenstand verursacht werden.
EP-A-0 191 409 beschreibt eine Schlickergußform, die einen Raum entsprechend der Gestalt des zu erhaltenden geformten Gegenstands enthält und die ein Dispersionsmedium aus einer gegebenen Aufschlämmung absorbiert, die in diesen Raum zur Formung dieses Gegenstands gegossen wird, wobei die Oberfläche der Form, die in Kontakt mit dieser Aufschlämmung ist, ganz oder teilweise aus einem wasserlöslichen Material besteht, und sie beschreibt ein Schlickergußverfahren, das die Oberbegriffsmerkmale aus Anspruch 1 umfaßt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Lösung der obengenannten Probleme gemacht. Entsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Schlickergußverfahren, das eine leichte Durchführung der Formung und den Erhalt eines geformten Gegenstands mit einer hohen Maßgenauigkeit möglich macht, und eine Schlickergußform, die für dieses Verfahren verwendet werden kann, vorzusehen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch das Verfahren und die Form nach Anspruch 1 bzw. 9 erreicht.
Vorteilhafte zusätzliche Merkmale werden in den Unteransprüchen 2 bis 8 und 10 bis 13 beansprucht.
Grundsätzlich besteht das Herstellungsverfahren dieser Erfindung darin, daß die Form ganz oder teilweise aus einem flexiblen Gelmaterial gebildet wird, das durch Erhitzen bei einer niedrigeren Temperatur als dem Siedepunkt des Dispersionsmediums geschmolzen werden kann, daß eine Keramiken, Metalle, Kohlenstoffarten, usw. enthaltende Aufschlämmung in diese Form gegossen wird, daß die Aufschlämmung zum Erhalt eines geformten Gegenstands gegossen und verfestigt wird, der getrocknet und gesintert wird.
Da die Form Elastizität aufweist und durch Schmelzen durch Wärme entfernt werden kann, neigt der geformte Gegenstand nicht zur Fehlerbildung, wenn er aus der Form entfernt wird. Zudem kann die Bildung von Fehlern durch plötzliche Verdampfung eines in dem geformten Gegenstand verbliebenen Dispersionsmediums vermieden werden, da die Form bei einer Temperatur geschmolzen werden kann, die niedriger ist als der Siedepunkt des Dispersionsmediums.
Daher wird ein flexibles Gelmaterial nur am Oberflächenteil der Form verwendet, wo der Teil in Kontakt mit der Aufschlämmung ist, wobei der übrige Teil der Form aus einem steiferen Material gebildet wird, wodurch nicht nur Rißbildung in dem geformten Gegenstand vermieden wird, sondern auch die Formung mit einer hohen Maßgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Zudem kann die Trennung vom Rohkörper leicht durchgeführt werden, wenn das flexible Gelmaterial in Wasser, einem organischen Lösungsmittel oder einem aus ihrem Gemisch bestehenden Lösungsmittel gelöst werden kann, wodurch Rißbildung oder Deformation in dem geformten Gegenstand vermieden werden kann und die Formung mit einer hohen Oberflächengenauigkeit durchgeführt werden kann.
Wenn zudem ein Blasen enthaltendes flexibles Gelmaterial verwendet wird, zeigt die Form eine größere Kompressibilität oder Elastizität. Weiter kann ein elastisches Gelmaterial zum Gießen verwendet werden, das das Dispersionsmedium absorbiert, oder ein elastisches Gelmaterial, das es nicht absorbiert, gewählt werden, um die Entwässerung der Aufschlämmung zu vermeiden. Diese Maßnahmen sind nützlich, um einen wünschenswerteren Effekt hinsichtlich der Gestalt des geformten Gegenstands zu erhalten.
Beispiele für das flexible Gelmaterial sind Gelatine, Hemicellulose, ein Polyalkylenglykol, wie Polyethylenglykol, das üblicherweise durch vorherige Wasserabsorption, usw. elastisch gemacht wird. Zudem können diese Materialien Blasen enthalten.
Natürlich ist es möglich, daß die Form teilweise aus Gips besteht. Eine Teilform aus Gips ist hilfreich, um geformte Gegenstände mit unterschiedlichen Gestaltungen zu erhalten, wenn sie mit einer Form verwendet wird, die aus einem sehr kompressiblen oder elastischen Gelmaterial hergestellt wurde.
Zudem kann durch die Verwendung eines flexiblen Gelmaterials, das schwer zusammengedrückt wird, eine Druckverformung der Form beim Druckformen vermieden werden, wodurch es möglich ist, einen geformten Gegenstand mit hoher Maßgenauigkeit zu erhalten.
Bei Verwendung eines flexiblen Gelmaterials, das leicht zusammengedrückt werden kann, kann jede Hemmkraft in dem geformten Gegenstand noch weiter vermindert werden.
Das flexible Gelmaterial kann unlösliche Teilchen oder Fasern enthalten. Es ist jedoch wünschenswerter, daß das Material keine solchen Teilchen oder Fasern enthält, da ein flexibles Gelmaterial, das keine solchen Teilchen oder Fasern enthält, beim Heizen oder Lösen in einem Lösungsmittel flüssig wird, wodurch die Form durch die Poren in dem geformten Gegenstand entfernt werden kann.
Beim Sintern wird der erhaltene geformte Gegenstand zu einem Sinterprodukt ohne Fehler. Das in der Aufschlämmung dispergierte Material kann aus Keramiken, Metallen, Kohlenstoffarten, usw., bestehen, wobei diese alleine oder in Form eines Gemisches zweier oder mehrerer dieser Arten verwendet werden. Das Material kann in Form von Teilchen, Fasern, Whiskern, usw. vorliegen. Wenn der geformte Gegenstand aus obengenannten Materialien gebildet wird, ist es möglich, durch Reaktion zwischen den Materialien des geformten Gegenstands oder durch Reaktion zwischen ihnen und einer Substanz aus der Luft, ein gesintertes Produkt zu erhalten, das aus einem Material gebildet ist, das verschieden ist von dem Material des geformten Gegenstands.
Die komplizierten Teile einer erfindungsgemäßen Form, die die hemmenden Teile bilden, werden aus einem flexiblen Gelmaterial gebildet, das beim Erwärmen auf eine Temperatur schmilzt, die niedriger ist als der Siedepunkt des Dispersionsmediums, so daß die Form jede Beanspruchung beim Erstarren des geformten Gegenstands aufnimmt und nach dem Gießen der Aufschlämmung schrumpft. Daher werden keine Risse in dem geformten Gegenstand gebildet.
In einem Herstellungsverfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Form muß die Form nach dem Gießen der Aufschlämmung nicht durch Heizen auf eine hohe Temperatur entfernt werden, wie im Falle einer üblicherweise verwendeten Form wie einer Harzform, einer Wachsform und einer Gummiform, und es werden keine Risse in dem geformten Gegenstand gebildet, da die Form leicht bei einer Temperatur entfernt werden kann, die niedriger ist als der Siedepunkt des Dispersionsmediums.
Zudem kann die erfindungsgemäße Form auch leicht durch Poren im Formkörper entfernt werden, da sie leicht schmilzt, wodurch ein hohles Erzeugnis gebildet werden kann.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Form mit hoher Genauigkeit und hoher Effizienz bei niedrigen Kosten hergestellt werden, und sie ist wirtschaftlicher, da sie eine Wiedergewinnung erlaubt.
Durch die oben beschriebenen Wirkungen kann die vorliegende Erfindung bei der Herstellung von Gehäusen und Rotoren für Turbolader, verschiedener Arten von Flügelrädem, Rotoren für schraubenförmige Fluidmaschinen, Schneckenschaufeln und Oldham-Ringen für Schneckentyp- Fluidmaschinen, keramischen Formen für den Präzisionsguß, Kommutatoren, Laufwerkteilen und Führungsschienen für Magnetplattenvorrichtungen, elliptischen Getrieben für Durchflußmesser, hohlen Produkten wie hohlen Kugeln, verschiedenen Arten von Düsen, hohlen zylindrischen Erzeugnissen, gerippten Erzeugnissen und anderen Arten von kompliziert geformten hohlen Teilen für Maschinen und Konstruktionen wirksam angewendet werden.
Die festen Bestandteile der Aufschlämmung können in Form von Teilchen, Fasern, Whiskern, usw. vorliegen. Das feste Material kann unter Keramiken, Metallen, Kohlenstoffarten, usw. ausgewählt werden, so daß es möglich ist, Gegenstände aus einer Vielzahl von Materialien zu formen.
Die erfindungsgemäße Form wird wirksam aus einem flexiblen Gelmaterial mit einem Elastizitätsmodul gebildet, der kleiner als der des geformten Gegenstands ist, wodurch Rißbildung während der Trocknung vermieden werden kann. Das flexible Gelmaterial ist insbesondere wirksam, wenn es als Material für die Form verwendet wird, das innerhalb des geformten Gegenstands vorgesehen ist, wenn dieser trocknet und schrumpft
Wie oben beschrieben, kann Rißbildung bei dieser Erfindung vermieden werden, selbst wenn der geformte Gegenstand kompliziert gestaltete Teile aufweist, die hemmende Teile ausmachen. Zudem hat der geformte Gegenstand eine glatte Oberfläche und eine hohe Maßgenauigkeit, da er leicht der Form entnommen werden kann. Demgemäß erleidet der geformte Gegenstand nur geringe Deformation beim Trocknen und Sintern, so daß ein gesinterter Gegenstand mit hoher Maßgenauigkeit erhalten werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1a und 1b zeigen schematisch ein Herstellungsverfahren für die Form nach der ersten Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform, in der ein keramischer Schraubenrotor hergestellt wird;
Fig. 3a und 3b zeigen schematisch ein Herstellungsverfahren für eine Form nach der zweiten Ausführungsform;
Fig. 4a und 4b zeigen schematisch ein Herstellungsverfahren nach der zweiten Ausführungsform, in der eine keramische Schneckenschaufel hergestellt wird;
Fig. 5a und 5b zeigen schematisch ein Herstellungsverfahren für eine Form nach der dritten Ausführungsform;
Fig. 6 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren nach der dritten Ausführungsform, in der ein keramischer Turboladerrotor hergestellt wird;
Fig. 7 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren nach der vierten Ausführungsform, in der eine hohle keramische Kugel hergestellt wird;
Fig. 8 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren nach der fünften Ausführungsform, in der eine hohle keramische Kugel hergestellt wird; und
Fig. 9 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren nach der sechsten Ausführungsform, in der ein hohler zylindrischer Gegenstand hergestellt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf ihre Ausführungsformen beschrieben, die jedoch nicht restriktiv sind.

(Erste Ausführungsform)

Es wird eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben, die bei der Herstellung eines Kompressorschraubenrotors verwendet wird. Fig. 1a und 1b sind schematische Zeichnungen, die ein Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Form verdeutlichen; Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung, die ein Herstellungsverfahren für einen Kompressorschraubenrotor veranschaulicht, in dem die erfindungsgemäße Form verwendet wird.
Zunächst wurde das Mustermodell des Schraubenteils (mit fünf Schaufeln), das den kompliziert geformten Teil des herzustellenden Schraubenrotors bildet, durch Spanen gebildet, wodurch ein Metallmodell 1 erhalten wurde.
Wie in Fig. 1a gezeigt, wurde dieses Modell 1 auf einer unbeweglichen Platte 2 in einer vorbestimmten Position fest angebracht, und ein vorher hergestelltes Material wurde in einen Formraum 5, der durch Anbringen eines Rahmens 3 und einer Abdeckung 4 gebildet wird, durch einen in der Abdeckung 4 vorgesehenen Einlaß 8 gegossen. Das verwendete Material bestand aus einer fluiden Lösung, die durch Zusatz von 500 ml warmen Wassers (50 ºC) zu 100 g einer handelsüblichen Gelatine und kräftiges Rühren erhalten wurde. Anschließend wurde die gesamte Form in einem Kühlschrank aufbewahrt und auf 10 ºC abgekühlt, um die Lösung zu einem Gel zu erstarren. Dann wurden die unbewegliche Platte 2 und die Abdeckung 4 entfernt, und das Metallmodell 1 wurde aus der Form durch Drehen in Torsionsrichtung entfernt, während Druckluft zur Grenzfläche zwischen dem Metallmodell 1 und dem verfestigten Gel zugeführt wurde. Wie in Fig. 1b gezeigt, wurde dann eine Gelatineform 6 mit einem Raum für ein Schraubenteil erhalten. Anschließend wurde die Form in einem Kühlschrank aufbewahrt.
Eine Gipsform 7 zur Bildung des Schaftteils des Schraubenrotors wurde folgendermaßen hergestellt: Gips wurde in begrenzten Anteilen einer Lösung aus 100 Gewichtsteilen handelsüblichen calcinierten Gipses und 80 Gewichtsteilen Wasser zugefügt und es wurde durch langsames Rühren des Gemisches eine Aufschlämmung erhalten. Anschließend wurde die Auf schlämmung in ein zuvor hergestelltes Holzmodell gegossen, und das Modell wurde nach Absetzen und Verfestigung der Aufschlämmung entfernt. Danach wurde die verfestigte Aufschlämmung einem Heizvorgang bei 50 ºC während 72 h in einem Trockner unterworfen, und sie wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch Zusammenfügen der Gelatineform 6 und der Gipsform 7 konnte eine Form für einen Schraubenrotor, wie in Fig. 2 gezeigt, erhalten werden.
Die keramische Aufschlämmung wurde mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 240 g metallisches Siliziumpulver mit einer mittleren Korngröße von 0,9 um, 60 g Siliziumkarbidpulver mit einer mittleren Korngröße von 0,6 um, 120 ml destilliertes Wasser als Dispersionsmedium und 0,39 g des Natriumsalzes der Naphthalinsulfonsäure als Flockenzerstörer. Diese Materialien wurden in einen Harztiegel gegeben und untereinander in einer Kugelmühle während 50 Stunden vermischt. Anschließend wurde die Aufschlämmung 2 Minuten lang in einer Dekompressionskammer entgast, wodurch die Luft aus der Aufschlämmung entfernt wurde.
Zum Formen wurde die Form mit der Aufschlämmung gefüllt, die durch den im oberen Teil der Form vorgesehenen Aufschlämmungseinlaß 8 gegossen wurde. Da die Gelatineform 6 nicht absorbieren kann, wird das Wasser in der Aufschlämmung von der Gipsform 7 absorbiert, wodurch allmählich ein Rohkörper gebildet wird. In der Zwischenzeit wurde die Zufuhr der Aufschlämmung in aufeinanderfolgenden Schritten fortgesetzt. Nachdem der Rohkörper fertig ausgebildet war, wurde der Rahmen 3 entfernt, und die Form wurde in ein Bad mit einer konstanten Temperatur von 50 ºC gestellt, wo die Gelatineform 6 geschmolzen und vom Rohkörper entfernt wurde. Schließlich wurde die Gipsform 7 entfernt, um einen geformten Gegenstand zu erhalten.
Zum Vergleich wurden separat gleichzeitig eine Metallform, eine Harzform, eine Wachsform, eine Gummiform, und eine Form, die sich bei Wasserabsorption zersetzt, zusätzlich zur Gelatineform 6 hergestellt. Die Metallform, die Harzform und die Wachsform verursachten aufgrund ihrer geringen Elastizität Rißbildung, da der geformte Gegenstand während des Trocknungsvorgangs zur Dehydratisierung nach Beendigung der Bildung des nassen Formteils schrumpfte. Die Gummiform rief keine Rißbildung während der Formung hervor. Mit der Gummiform konnte jedoch die Entnahme nur schwierig durchgeführt werden; der geformte Gegenstand erlitt Schaden, als er gewaltsam entfernt wurde. Bei der Form, die sich bei Wasserabsorption zersetzt, einer Form mit einem zugesetzten Bindemittel, das bei Wasserabsorption schmelzen kann, konnte eine Formteilbildung aufgrund ihrer Absorptionseigenschaften auch an ihrer Oberfläche stattfinden, wodurch Hohlraumfehler im mittleren Bereich des geformten Gegenstands gebildet wurden. Zudem dauerte es nach der Ablösung lange, das Formmaterial zu entfernen. Zudem klebten die zugesetzten Teilchen an der Oberfläche des geformten Gegenstands, so daß die Form erweicht wurde und ihre Festigkeit beim Gießen verschlechtert wurde, wodurch die Maßgenauigkeit des geformten Gegenstands vermindert wurde.
Zum vollständigen Entfernen des Wassers aus dem geformten Gegenstand wurde folgendes Verfahren durchgeführt: Der geformte Gegenstand wurde in einer Kammer mit konstanter Temperatur (mit einer Temperatur von 20 ºC und einer Feuchtigkeit von 50 bis 60 %) während 70 Stunden stehengelassen und wurde dann auf 60 ºC während 5 h und auf 100 ºC während 5 h in einem Trockenofen erwärmt. Anschließend wurde der geformte Gegenstand gesintert. Das Sintern wurde in einem Sinterofen in Stickstoffatmosphäre von 0,88 MPa bei 1100 ºC während 20 h, 1200 ºC während 20 h, 1300 ºC während 10 h und 1350 ºC während 20 h durchgeführt. Danach wurde der geformte Gegenstand abgekühlt. Die Heizrate für jede der obengenannten Temperaturen betrug 5 ºC/min. Der erhaltene geformte Gegenstand zeigte keinerlei Rißbildung oder Deformation und wies hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengenauigkeit auf. Auf diese Weise wurde ein Schraubenrotor aus einer Si&sub3;N&sub4;- gebundenen SiC-Keramik mit einer relativen Dichte von 83 % erhalten.

(Zweite Ausführungsform)

Im folgenden wird eine Ausführungsform für die Herstellung einer Kompressorschneckenschaufel beschrieben. Fig. 3a und 3b zeigen schematisch ein Herstellungsverfahren für eine Form; Fig. 4a und 4b zeigen schematisch eine Form für eine Kompressorschneckenschaufel.
Zunächst wurde das Mustermodell für die herzustellende Schneckenschaufel durch Spanen hergestellt. Dadurch wurde ein Metallmodell 1 erhalten, das, wie in Fig. 3a gezeigt, auf einer unbeweglichen Platte 2 in einer vorbestimmten Position angebracht wurde. Anschließend wurde ein Rahmen 3 um das Modell 1 angebracht, und ein Verstärkungskern 9 wurde auf den Rahmen 3 gesetzt, wodurch ein Formraum 5 festgelegt wurde, in den das Material gegossen wurde, das aus einer Lösung bestand, die durch Heizen von 300 ml handelsüblichen Silicons (weiße Emulsion: Shin-etsu Kagaku) auf 50 ºC, Zusatz von 30 g Gelatine (körnig) und Rühren des Gemisches erhalten wurde. Anschließend wurde die gesamte Form in einen Kühlschrank gestellt und auf 10 ºC abgekühlt, um die Lösung zu einem Gel zu erstarren. Dann wurde die unbewegliche Platte 2 entfernt, und die übrigen Teile wurden in Wasser (10 ºC) getaucht, wobei das Wasser in die Grenzfläche zwischen dem Metallmodell 1 und der verfestigten Gelsubstanz eindringen konnte, um das Metallmodell zu entfernen, wodurch eine Gelatineform 6 mit einem Raum für eine Schneckenschaufel, wie in Fig. 3b gezeigt, erhalten wurde.
Eine Form mit einem Raum für die Formung des Schaftteils wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in der ersten Ausführungsform.
Durch Zusammenfügen der Gelatineform 6 und der Gipsform 7 wurde eine Form für eine Schneckenschaufel, wie in Fig. 4a gezeigt, erhalten.
Die Formung wurde durch Befüllen der Form mit Aufschlämmung durchgeführt, wobei die Aufschlämmung in die Form durch einen im oberen Teil der Form vorgesehenen Aufschlämmungseinlaß 8 gegossen wurde. Die Aufschlämmung wurde auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt. Das Wasser der Aufschlämmung wurde von der Gipsform absorbiert, wodurch nach und nach ein Rohkörper gebildet wurde. Nachdem der Rohkörper vollständig gebildet war, während weiterhin Aufschlämmung zugeführt wurde, wurde die Form in einen auf 50 ºC geheizten Trockenofen gestellt, wodurch die Gelatineform 6 aufgeweicht und geschmolzen wurde, so daß sie ausfließen konnte, wodurch sie vom Rohkörper entfernt wurde. Anschließend wurden der Verstärkungskern 9 und der Rahmen 3 entfernt. Schließlich wurde die Gipsform 7 entfernt, wobei ein geformter Gegenstand erhalten wurde.
Danach wurde der geformte Gegenstand wie in der ersten Ausführungsform getrocknet und gesintert. Aufgrund ihrer Elastizität und der zufriedenstellenden Ablösung, rief die Gelatineform keine Rißbildung oder Deformation in dem geformten Gegenstand hervor. Auf diese Weise wurde eine Schneckenschaufel aus Si&sub3;N&sub4;-gebundenen SiC-Keramiken mit einer relativen Dichte von 83,5 % erhalten, die in gesinterter Form eine überragende Maßgenauigkeit und Oberflächengenauigkeit aufwies. (Die perspektivische Ansicht in Fig. 4b zeigt schematisch ihre Gestaltung.)
Die Abmessung des Verstärkungskerns wurde experimentell nach und nach vergrößert und die Dicke der Gelatineform 6 entsprechend vermindert. Ab einer bestimmten Dicke wurden Risse in dem geformten Gegenstand hervorgerufen. Der Grund hierfür ist, daß die Form das Schwinden des geformten Gegenstands beim Trocknen nicht mehr abfangen konnte. Eine Gelatineform mit einer Vielzahl von Blasen zeigte in diesem Fall eine höhere Elastizität und konnte leicht zusammengedrückt werden, um ihr Volumen zu vermindern, wodurch keine Rißbildung in dem geformten Gegenstand hervorgerufen wurde, selbst wenn ihre Dicke relativ klein war.
In einem anderen Beispiel wurde kein Verstärkungskern 9 verwendet, wobei der entsprechende Teil ebenfalls aus Gelatine gebildet wurde. Dadurch wurde die Form flexibel, so daß keine Risse in dem geformten Gegenstand hervorgerufen wurden. Andererseits war die Steifheit der Form übermäßig gering, wodurch die Maßgenauigkeit des geformten Gegenstands verschlechtert wurde. Die erfindungsgemäße Form kann daher bezüglich ihrer Struktur in Übereinstimmung mit der Gestaltung, Größe und Genauigkeit des zu erhaltenden Produkts verändert werden.

(Dritte Außführungsform)

Im folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, die bei der Herstellung eines Rotors eines Kraftfahrzeugturboladers verwendet wird.
Fig. 5a und 5b zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Form in Übereinstimmung mit der Erfindung; Fig. 6 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Form.
Zunächst wurde das Mustermodell des komplizierten Teils (mit elf Blättern) des herzustellenden Rotors in einer Metallform gebildet, und unter Verwendung dieser Metallform wurde ein Silicongummiblatt hergestellt, das als Gummimodell verwendet wurde.
Wie in Fig. 5a gezeigt, wurde dieses Modell an einer vorbestimmten Position auf einer Grundplatte 2 angebracht. Dann wurden ein Rahmen 3 und eine Abdeckung 4 um das Modell angebracht, um einen Formraum 5 festzulegen, in den ein zuvor hergestelltes Formmaterial durch einen in der Abdeckung 4 vorgesehenen Materialeinlaß 8 gegossen wurde, um eine Form in der nachfolgenden Abfolge herzustellen:
400 ml warmes Wasser (50 ºC) wurden 100 g handelsüblicher Gelatine zugesetzt und gut gerührt, um eine fluide Lösung zu erhalten. Nachfolgend wurde die gesamte Form mit dieser Lösung in einem Kühlschrank aufbewahrt, wo die Lösung auf 5 ºC abgekühlt wurde, um sie in ein Gel zu erstarren. Danach wurden die Grundplatte 2 und die Abdeckung 4 entfernt, und das Gummimodell 10 wurde durch Drehen in Drehrichtung der Blätter abgelöst. Dadurch wurde eine Gelatineform 6, die einen Raum für einen Rotor, wie in Fig. Sb gezeigt, enthält, erhalten.
Eine Gipsform 7 mit einem Formraum für den Schaftteil wurde in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt.
Durch Zusammenfügen der Gelatineform 6 und der Gipsform 7 konnte eine Rotorform, wie in Fig. 6 gezeigt, erhalten werden.
Die keramische Aufschlämmung wurde mit folgender Zusammensetzung hergestellt:
(1) Materialpulver:
8575 Gew.-% Siliziumnitridpulver (Si&sub3;N&sub4; mit einer mittleren Korngröße von 0,6 um)
3,0 Gew.-% Aluminiumnitrid (AlN mit einer mittleren Korngröße von 1 um);
6,0 Gew.-% Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3; mit einer mittleren Korngröße von 0,5 um); und
5,5 Gew.-% Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3; mit einer mittleren Korngröße von 0,5 um).
(2) Dispersionsmedium:
Destilliertes Wasser
(3) Flockenzerstörer:
Das Natriumsalz der Naphthalinsulfonsäure.
120 ml destilliertes Wasser und 0,5 g des Flockenzerstörers wurden zu 300 g des Materialpulvers zugesetzt. Das Gemisch wurde zusammen mit Harzkugeln in einen Harztiegel gegeben und während 72 h einem Kugelmahlverfahren unterworfen, wodurch eine Aufschlämmung erhalten wurde, die dann für drei Minuten in einer Dekompressionskammer belassen wurde, um die Luft aus ihr zu entfernen. Durch Gießen der Aufschlämmung durch einen oberen Einlaß 8 der Form wurde die obengenannte Form mit der Aufschlämmung gefüllt. Das Wasser der Aufschlämmung wurde von der Gipsform 7 absorbiert, wodurch nach und nach ein Rohkörper gebildet wurde. Nachdem der Rohkörper vollständig aus der Aufschlämmung gebildet war, wurde der Rahmen 3 entfernt, und die Form wurde in ein auf 40 OC erwärmtes Bad mit konstanter Temperatur gestellt, um den Rohkörper durch Auflösen der Gelatineform 6 abzulösen. Danach wurde die Gipsform 7 entfernt, wodurch ein geformter Gegenstand erhalten wurde.
Um das Wasser und den Flockenzerstörer aus ihm zu entfernen, wurde der geformte Gegenstand nachfolgend in einen Trockenofen gebracht, wo er bei 60 ºC während 2 h und bei 100 ºC während 5 h erhitzt wurde. Danach wurde die Temperatur auf 500 ºC erhöht und für zehn Stunden auf diesem Wert gehalten. Danach wurde der geformte Gegenstand abgekühlt. Im Anschluß daran wurde der geformte Gegenstand in einen Sinterofen gebracht, wo er in Stickstoffatmosphäre bei 0,88 MPa bei 1600 ºC während 2 h und bei 1750 ºC während 5 h gesintert wurde. Anschließend wurde der Gegenstand abgekühlt. Die Heizrate für die obengenannten Temperaturen betrug 10 ºC/min. Der geformte Gegenstand zeigte nach dieser Vorgehensweise keine Risse oder Deformation. Auf diese Weise wurde ein Rotor für einen Turbolader aus Si&sub3;N&sub4;-gebundenen SiC-Keramiken mit einer relativen Dichte von 99,9 % erhalten.

(Vierte Ausführungßform)

Als nächstes wird die Herstellung einer hohlen Keramikkugel beschrieben.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Verfahren zur Formung einer hohlen Kugel unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Form. Die Struktur der Gipsform 7 ist in dieser Ausführungsform so, daß sie in der Mitte in zwei Teile geteilt werden kann. Die verwendete Gelatineform 6 bestand aus einer festen Kugel, die aus einer Lösung hergestellt wurde, die durch Zusatz von 100 g handelsüblicher (körniger) Gelatine in 300 ml warmes Wasser (50 ºC) erhalten wurde. Die Lösung wurde durch Zusatz von 0,2 ml eines oberflächenaktiven Mittels (das Natriumsalz einer Alpha-Olefin- Sulfonsäure) und durch Rühren des Gemisches mit einem Hochgeschwindigkeitsrührer fluidisiert. Anschließend wurde die Lösung in eine Metallform gegossen, um sie zu einer Blasen enthaltenden Kugel zu gießen. Die so erhaltene Gelatineform 6 wurde mit einer festen Nadel 11 durchstochen, die durch Schweißen an einem Gewicht 12 befestigt wurde. Ein Formraum 5, der das Muster für eine hohle Kugel bildet, wurde dadurch zwischen der Gelatineform 6 und der Gipsform 7 festgelegt.
Die Aufschlämmung wurde in begrenzten Anteilen durch den Einlaß 8 entlang der festen Nadel und der Gelatineform in die Gipsform gegossen, wodurch aufwärts vom Boden des Formraums 5 eine Rohkörperschicht geformt wurde, während die Gipsform das Dispersionsmedium absorbieren konnte. Als der Rohkörper eine Position nahe des Einlasses 8 erreichte, wurde die feste Nadel 11 aus der Gelatineform 6 herausgezogen, und die Rohkörperschicht wurde durch weiteres Zugießen der Aufschlämmung in die Gipsform bis zu einer Position direkt unter dem Einlaß 8 gebildet. Das Rohkörperteil, d.h. der geformte Gegenstand, schrumpfte, als es einen Tag unter dieser Bedingung stehengelassen wurde, als Ergebnis des Trocknens. Da die Gelatineform aus einem porösen elastischen Material geformt war, absorbierte sie leicht diese Schrumpfung, so daß keine Risse gebildet wurden. Danach wurde die Gipsform entfernt, und die übrigen Teile wurden in einem Trockner bei 40 ºC erwärmt, wodurch die Gelatinekugel geschmolzen wurde und durch den porösen geformten Gegenstand ausfließen konnte. Durch Sintern des geformten Gegenstands wurde eine hohle keramische Kugel erhalten. Die in dieser Ausführungsform verwendeten Gelatineform, Gipsform und Aufschlämmung waren so wie in der ersten Ausführungsform.
Wenn die Wanddicke der hohlen Kugel klein ist, werden in dem geformten Gegenstand durch die Ausdehnung der Gelatinescheibe und der darin enthaltenen Blasen wahrscheinlich Risse gebildet, wenn die Gelatineform erwärmt wird, um sie zu schmelzen. In diesem Fall ist es ratsam, die Gelatinekugel durch Erwärmen in einer Atmosphäre eines geheizten Gases zu erwärmen. Dadurch wird durch den Gasdruck der Atmosphäre der Ausdehnungsdruck der Gelatinekugel verhindert, wodurch Rißbildung vermieden werden kann.
Wenn das Entfernen der Gelatinekugel zudem nicht in ausreichender Weise durch Erwärmen allein durchgeführt werden kann, kann der geformte Gegenstand mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, Alkohol oder Aceton, getränkt werden, um ein kompressibles Material wie Gelatine zu lösen. Dadurch kann die Gelatinekugel wirksam weggeschmolzen werden.

(Fünfte Ausführungßform)

Ein anderes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen keramischen Kugel wird im folgenden beschrieben.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Verfahren zur Formung einer hohlen keramischen Kugel. Eine kugelförmige Form 13, die das Dispersionsmedium absorbierte, wurde durch Zusatz von 10 g (körniger) handelsüblicher Gelatine in 30 ml warmes Wasser (50 ºC) hergestellt, wobei 8 g eines pulverförmigen absorbierenden Harzes (Aqua keep) zu der so erhaltenen Lösung zugesetzt wurde, das Gemisch auf 20 ºC abgekühlt wurde, um es zu plastifizieren, und dieses Gemisch in einer Metallform unter Druck geformt wurde. Diese Form bestand aus einem flexiblen Gelmaterial, das leicht zusammengedrückt werden konnte und bei einer geringeren Temperatur als der Siedepunkt des Dispersionsmediums geschmolzen werden konnte. Diese Form 13, die das Dispersionsmedium absorbieren konnte, absorbierte beim Eintauchen in die Aufschlämmung 14 das Dispersionsmedium aus der Auf schlämmung, wobei an der Oberfläche der Form 13 eine Rohkörperschicht 15 gebildet wurde. Die Form 13 wurde aus der Aufschlämmung genommen und getrocknet, als die Dicke dieser Schicht eine gewisse Größe erreicht hatte. Dabei schrumpfte die Rohkörperschicht. Es wurden jedoch aufgrund der hohen Kompressibilität der Form 13, die das Dispersionsmedium absorbieren konnte, keine Risse gebildet. Danach wurde wie in der vierten Ausführungsform die Form 13, die das Dispersionsmedium absorbieren konnte, entfernt, und der verbleibende Gegenstand wurde gesintert, wodurch eine hohle keramische Kugel erhalten wurde.
Die verwendete Aufschlämmung war so wie in der ersten Ausführungsform.

(Sechste Ausführungsform)

Im folgenden wird die Herstellung eines hohlen zylindrischen Gegenstands durch ein schlickergußverfahren unter Druck beschrieben, wodurch die Formungszeit vermindert werden kann.
Fig. 9 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Formungsverfahren.
Eine Gipsform 7 und eine feste zylindrische Gelatineform 6, die nur schwer zusammengedrückt werden konnte, wurden in einer Metallform 16, die gegen hohen Druck beständig war, so, wie in Fig. 9 gezeigt, angebracht, und eine Aufschlämmung 14 wurde in diese Metallform durch einen Einlaß 8 bis auf eine Höhe, die durch die durchgehende Linie dargestellt ist, gegossen. Danach wurde die Metallform durch den Einlaß 8 unter einen Gasdruck von 30,4 MPa (300 atm) gesetzt. Aufgrund der geringen Kompressibilität der Gelatineform 6 trat keine Deformation durch den Druck auf. So wurde ein geformter Gegenstand mit festgelegten Innen- und Außendurchmessern erhalten. Die Höhe des geformten Gegenstands wird durch die gestrichelte Linie in Fig. 9 gezeigt.
Die Aufschlämmung und die Gelatineform waren so wie in der ersten Ausführungsform.
Nach der Formung wurde die Gelatineform durch Erwärmen und Schmelzen entfernt. Danach wurde der verbleibende Gegenstand getrocknet und gesintert, wodurch ein hohles zylindrisches keramisches Produkt ohne Defekte und mit hoher Maßgenauigkeit erhalten wurde.
Zum Vergleich wurde eine Gummiform hergestellt und anstelle der Gelatineform verwendet. Aufgrund ihrer Kompressibilität schrumpfte die Gummiform unter Druck, wodurch die Genauigkeit hinsichtlich der Gestaltung des Rohkörpers verschlechtert wurde. Zudem wurden aufgrund der Ausdehnung der Gummiform Risse in dem geformten Gegenstand erzeugt.

Claims

1. Schlickergußverfahren mit den Schritten des Gießens einer Aufschlämmung, die durch Dispergieren eines Formmaterials in der Form von Teilchen, Fasern oder Whiskern oder einer Mischung davon in einem Dispersionsmedium erhalten wird, in eine Form;

des Bewirkens, daß das Dispersionsmedium in der Aufschlämmung von der Form absorbiert wird; und

des Entfernens der Form zur Freigabe eines geformten Gegenstandes nach der Absorption des Dispersionsmediums gekennzeichnet durch eine Anordnung, wobei wenigsten der Oberflächenteil (6) der Form, der im Kontakt mit der Aufschlämmiing ist, ganz oder teilweise aus einem flexiblen Gelmaterial besteht, das bei einer niedrigeren Temperatur als dem Siedepunkt des Dispersionsmediums schmilzt.

2. Schlickergußverfahren nach Anspruch 1, bei dem das flexible Gelmaterial (4) im Oberflächenteil und in der Nachbarschaft eines Aufschlämmungseinlasses (8) verwendet wird.

3. Schlickergußverfahren nach Anspruch 1, bei dem das flexible Gelmaterial das Dispersionsmedium absorbiert.

4. Schlickergußverfahren nach Anspruch 3, bei dem das flexible Gelmaterial durch Schmelzen mittels Erhitzung oder durch Zusatz von Lösungsmittel entfernt wird.

5. Schlickergußverfahren nach Anspruch 3 oder 4 bei dem das flexible Gelmaterial durch Poren in einem aus dem Formmaterial gebildeten geformten Gegenstand entfernt wird.

6. Schlickergtißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das flexible Gelmaterial (6) einen Elastizitätsmodul hat, der kleiner als der des geformten Gegenstandes ist.

7. Schlickergußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das flexible Gelmaterial (6) in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel oder in einer Mischung davon löslich ist.

8. Schlickergußverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das flexible Gelmaterial (6) Blasen enthält.

9. Schlickergußform, die einen der Gestalt des zu erhaltenden geformten Gegenstandes entsprechenden Raum (5) enthält und die Dispersionsmedium von einer gegebenen, in den Raum (5) gegossenen Aufschlämmung zur Bewirkung der Formung des Gegenstandes absorbiert, gekennzeichnet durch eine Anordnung, wobei der Oberflächenteil (6) der Form, der im Kontakt mit der Aufschlämmung ist, ganz oder teilweise aus einem Gelmaterial besteht.

10. Schlickergießverfahren nach Anspruch 1 mit Verwendung eines Kerns zur Bildung des Innenraumes eines hohlen geformten Gegenstandes, wobei der Schlickergußkern aus einem flexiblen Gelmaterial (6) gebildet wird. das bei einer niedrigeren Temperatur als dem Siedepunkt eines Dispersionsmediums im Formmaterial fur den geformten Gegenstand schmilzt.

11. Schlickergußverfahren nach Anspruch 10, bei dem das flexible Gelmaterial (6) einen Elastizitätsmodul hat, der kleiner als der des geformten Gegenstandes ist.

12. Schlickergußverfahren nach Anspruch 10, bei dem das flexible Gelmaterial (6) in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel oder in einer Mischung davon löslich ist.

13. Schlickergußverfahren nach Anspruch 10, bei dem das flexible Gelmaterial (6) Blasen enthält.