DE69116292T2

DE69116292T2 - Agglomerierte Metallpulver

Info

Publication number: DE69116292T2
Application number: DE69116292T
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dinger; Robert Soder; Albert Willemin
Original assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2011-10-05
Also published as: ATE132782T1; EP0480317A1; EP0480317B1; JPH04323301A; CH680251GA3; DE69116292D1; CH680251B5; US5260018A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein metallisches Fertigmaterial, gebildet von einer Agglomeration von feinverteiltem metallischem Pulver.
Bei der herkömmlichen Transformation von Metallen in Endprodukte durch Verwendung von Warmverformung, beispielsweise Schmelzen, Schmieden, Gesenkschmieden oder Sintern, bleibt die Abmessungspräzision häufig unbefriedigend. Die Ausführung erfordert teure Installationen und hochqualifiziertes Personal, was die Fabrikation in Großserie schwierig zu realisieren macht.
In der Pulvermetallurgie wird das feinverteilte Metall unter hohem Druck geformt und danach einer thermischen Sinterung unterworfen. Unter Sintern wird hier ein Arbeitsgang verstanden, der in der Pulvermetallurgie ausgeführt wird, um eine Agglomeration der behandelten Produkte zu realisieren, damit ihnen eine Kohäsion und eine hinreichende Festigkeit verliehen wird. Wenn man metallische Pulverkörner, die miteinander durch Druck in Kontakt gehalten werden, auf hohe Temperaturen erhitzt, ergibt sich eine echte Verschweißung der Körner, bevor sie ihre Schmelztemperatur erreichen, und man erhält eine feste und kompakte metallische Masse. Beim Entformen und vor ihrer Sinterung sind jedoch die Teile sehr empfindlich bei der Handhabung wegen ihrer fehlenden Kohäsion. Darüberhinaus wird das Sintern von einer relativ erheblichen Schrumpfung begleitet, was Korrekturen an der Form erforderlich macht. Die kleinen Teile und jene, die komplizierte Formen aufweisen, werfen demgemäß zahlreiche Fabrikationsprobleme auf, und dieses Verfahren hat bestimmte Grenzen.
In der Uhrenindustrie wurde häufig vorgeschlagen, Kleinuhrgehäuse durch die Sintertechnik herzustellen. Ein Beispiel eines so hergestellten Gehäuses ist in dem Dokument CH-A-538 721 beschrieben, wo das Problem der Schrumpfung erwähnt wird.
Das Dokument US-A-4 194 040 beansprucht ein Halbfertigmaterial, bestehend aus metallischem Pulver, in das 1 bis 15% Polytetrafluoräthylenharzfasern untergemischt sind. Dieses Material hat keinerlei mechanische Festigkeit als solches, und man muß es bei hoher Temperatur sintern, um ihm eine gute Festigkeit wie auch die Eignung für mechanische Bearbeitung zu verleihen. Im übrigen verschwindet während dieser Sinterung das ein Bindemittel zwischen Körnern des Pulvers bildende Harz durch Pyrolyse, und das fertiggestellte Material ist ein 100%ig metallisches Material.
Das Dokument US-A-4 595 558 beansprucht ferner ein Halbfertigmaterial in Form von Preßlingen, zusammengesetzt aus einem Mangan- und Aluminiumpulvergemisch. Diesem Gemisch werden 0,5 Vol.-% Polyglycol zugesetzt. Diese Preßlinge werden danach in aufgeschmolzenes Aluminium getaucht, was zum Ergebnis ein Fertigprodukt hat, das eine Mangan/Aluminium-Legierung aufweist, wobei das Polyglycol vollständig verschwunden ist.
Man kennt im übrigen thermoplastische Materialien mit Metallpulverfüllstoff und durch Spritzguß geformt. Diese thermoplastischen Materialien erfordern eine Schmelzviskosität, die geeignet ist, die Form vollständig zu füllen. Der Anteil an Metall kann kaum etwa 40 Vol.-% übersteigen. Das hat zur Konsequenz, daß die charakteristischen Eigenschaften von Metallen unterdrückt werden und es die charakteristischen Eigenschaften der Thermoplaste sind, welche dominieren.
Man kennt auch die Transferformung eines Gemisches eines thermohärtbaren Materials mit feinverteiltem Metallpulver. Hier ist jedoch der Fluß des geschmolzenen Materials von kurzer Distanz. Es ist jedoch möglich, Gemische höherer Viskosität in Fusion zu formen, was es ermöglicht, einen höheren Metallanteil vorzuschlagen, der jedoch kaum 50 Vol.-% übersteigt. Es ist auch festzuhalten, daß die Härtung eines Gemisches durch Polyaddition oder durch Polykondensation in der Form selbst erfolgen muß, was erheblich die Fabrikationszyklen verlängert und zu einer schwachen Produktivität führt. Auch hier sind es die charakteristischen Eigenschaften der thermohärtbaren Materialien, die zum Nachteil der charakteristischen Eigenschaften von Metallen überwiegen.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Gegenstand, wie es in dem Anspruch 1 des Patents definiert ist, wobei die Ansprüche 2 bis 8 sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beziehen (siehe auch die Beispiele 1 bis 8).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich gleichermaßen auf ein metallisches Fertigmaterial wie im Anspruch 9 des Patents definiert wie auch auf die Verwendung dieses Materials in Elementen von Mechanismen kleiner Abmessung.
Die Erfindung wird nun mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen erläutert, die als Beispiel zu verstehen sind und in denen:
- die Fig. 1 ein Diagramm ist, das die Charakteristiken eines Materials zeigt, zusammengesetzt aus Metall und thermoplastischem Material, bei welchem man den Prozentsatz einer der Komponenten relativ zur anderen sich ändern läßt,
- die Fig. 2 ein Schnitt, in dem erfindungsgemäßen Material nach Vergrößerung um etwa das 1600-fache ist,
- die Fig. 3 ein schematischer Schnitt in dem Material gemäß der Erfindung ist, welcher Schnitt erheblich vergrößert ist, wo zwei metallische Körner, die teilweise wiedergegeben sind, gemeinsam mittels einer organischen Substanz agglomeriert sind.

Material

Die Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Charakteristiken eines Materials zeigt, bestehend aus Metall und thermoplastischem Material, welches letztere als Bindemittel zwischen den Körnern dient, aus welchen das metallische Material besteht. Auf der Abszissenachse sind die Volumenprozentsätze aufgetragen, eingenommen von dem metallischen Material (von 100% bis 0%) bzw. dem thermoplastischen Material (von 0% bis 100%). Auf der Ordinate ist ein Maßstab von 0 bis 100% aufgetragen betreffend die Eigenschaften von metallischem Material bzw. thermoplastischem Material. Links im Diagramm und an der Stelle, für die das Volumen des Metalls 100% beträgt, erkennt man, daß man es mit einem rein metallischen Material zu tun hat, während rechts in diesem Diagramm und an der Stelle, für die das Volumen des thermoplastischen Materials 100% beträgt, man es mit einer reinen Spritzabformung von Kunststoffmaterial ohne irgendeinen metallischen Füllstoff zu tun hat. Zwischen diesen beiden Extremzuständen sind zwei Gerade aufgezeichnet, die einander durchkreuzen und die für eine bestimmte Abszisse zeigen, ob es sich um metallische Eigenschaften oder um thermoplastische Eigenschaften handelt, welche in dem betrachteten zusammengesetzten Material dominieren. Wie dies weiter oben bereits erwähnt wurde, weist ein Kompositmaterial, bestehend aus mehr als 60% thermoplastischem Material (Grenze der thermoplastischen Spritzbarkeit, Markierung A des Diagramms der Fig. 1) in dem Maß, wie dieser Prozentsatz ansteigt und gleichzeitig der Metallgehalt abnimmt (Pfeil B), dominante Charakteristiken dieses Kunststoffmaterials auf, wobei die mit Metall verbundenen Charakteristiken mehr und mehr untergehen.
Der Bereich, der von der vorliegenden Erfindung erfaßt wird, findet sich links im Diagramm der Fig. 1 und wird durch die schraffierte Zone C repräsentiert. In dieser Zone sind die Körner, welche das feinverteilte metallische Pulver bildet, miteinander mittels einer organischen Substanz verbunden, wobei das Volumen dieser Substanz zwischen 0,5 und 7% des Gesamtvolumens des Materials liegt. Infolgedessen nimmt das Metallpulver ein Volumen ein, das zwischen 99,5 und 93% des Gesamtmaterialvolumens liegt. Man hat es hier demgemäß mit einem Material mit metallischer Dominanz zu tun, mit allen Eigenschaften, die darauf zurückzuführen sind, wie beispielsweise gute Leitfähigkeit, einfache Bearbeitung, gute Festigkeit gegen Abrieb usw.
Als die Metallkörner miteinander bindende organische Substanz werden hier, wie dies in den weiter unten wiedergegebenen Beispielen deutlich wird, thermoplastische Materialien (beispielsweise ein Polysulfon) und thermohärtbare Materialien (beispielsweise ein Polyimidharz) oder auch Gemische von zwei Typen von Materialien umfaßt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Materialtypen beschränkt, wobei Monomere, die in situ polymerisieren, gleichermaßen verwendbar sein können.
Man verbessert die Kohäsion der metallischen Körper erheblich und damit die mechanische Festigkeit des gesamten Materials, indem man die Körper mit einer feinen Oxidhaut, Sulfidhaut oder Selenidhaut bedeckt. Diese Haut kann sich natürlich an den Oberflächen der Körner befinden und künstlich erzeugt werden beispielsweise mittels eines Luftstroms, der die Körner oxidiert. Man versteht, daß die in Rede stehende Haut das Anhaften der organischen Substanz an den in Rede stehenden Metallkörnern verbessert.
Gemäß der Erfindung und wie dies in Fig. 1 deutlich wird, liegt das Volumen der organischen Substanz, die die Körner miteinander verbindet, zwischen 0,5 und 7 Vol.-% des Gesamtvolumens des Endmaterials. Diese beiden Grenzen resultieren aus sehr zahlreichen Versuchen, ausgeführt an einer sehr großen Anzahl von Mustern. Aus diesen Versuchen ergibt sich deutlich, daß dann, wenn der Prozentsatz an Bindemittel kleiner ist als 0,5%, die Kohäsion zwischen den Körnern nicht ausreicht, um die mechanische Festigkeit des Materials sicherzustellen. Dieses kann zerbrechen oder zersintern und verträgt Bearbeitungen (Drehen, Bohren) schlecht, die man an einem aus der Form kommenden Rohling gegebenenfalls vorzunehmen hat. Gleichermaßen ergibt sich aus diesen Versuchen, daß ein Bindemittelprozentsatz oberhalb 7%, erhalten durch das länger empfohlene Verfahren, nicht vorteilhaft ist. Im Hinblick auf den auf das Material ausgeübten hohen Druck würde nämlich das Bindemittel aus den die Körner trennenden Zwischenräumen ausgetrieben, so daß das Material eine unerwünschte Exsudation aufweisen würde mit der Tendenz, die Teile während des abschließenden Härtens des Bindemittels zusammenzukleben, welches Härten im Schüttgut mit Zufuhr von Wärme realisiert wird. Gleichermaßen würde ein 7% übersteigender Prozentsatz ein Material ergeben, das deutlich weniger interessante Eigenschaften aufwiese (mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit) als jene, die man mit dem Material gemäß der Erfindung erhält.
Eines der sehr wichtigen Ziele, das die Erfindung verfolgt, ist der Erhalt eines Materials, das keinerlei Schrumpfen oder nur minimales Schrumpfen bei dem Austrag aus der Form aufweist im Gegensatz zu dem Sintern, das in der Einleitung dieser Beschreibung diskutiert wurde. Man erhält auf diese Weise direkt kostengünstige und präzise Teile, ohne daß abschließende Retuschen ins Auge zu fassen wären. Zusammengefaßt erhält man Teile, die die gleiche Präzision besitzen wie jene, die man durch Einspritzen von synthetischen Materialien erhält unter Beibehaltung der Eigenschaften und Charakteristiken von Metallen.

Verfahren

Dieses Ziel wird erreicht, indem man das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt, das in allen betrachteten Fällen die folgenden wesentlichen Schritte umfaßt:
Man erzeugt ein Gemisch, das ein feinverteiltes metallisches Pulver und mindestens eine organische Substanz umfaßt, deren Volumengehalt zwischen 0,5 und 7% des Materials im fertiggestellten Zustand umfaßt. Unter feinverteilt wird hier ein metallisches Pulver verstanden, dessen Granulometrie generell kleiner als 60 µm ist mit kugeligen oder sonstwie geformten Körnern. Alle Metalle können in Erwägung gezogen werden. In den weiter unten wiedergegebenen Beispielen verwendet man beispielsweise Bronze-Zinn, Messing, Aluminium, Kupfer, Chrom-Nickelstahl oder auch Eisen. Es wurde bereits gesagt, daß die organische Substanz ein thermoplastisches oder thermohärtbares Material sein kann oder ein Gemisch von zwei oder mehr Monomeren.
Wenn das Gemisch hergestellt ist, setzt man dieses in eine Form ein, die im allgemeinen zwei Teile umfaßt und deren Hohlraumabmessungen genau den Abmessungen des herzustellenden Teils entsprechen. Man läßt auf die Form einen hohen Druck während einer bestimmten Zeit einwirken. Der Druck ist in der Größenordnung von 8 bis 15 Tonnen pro Quadratzentimeter (t/cm²) und wird einwirken gelassen während einer Zeit, die zwischen 5 bis 10 Sekunden variiert, was demgemäß eine rapide Produktionskadenz ermöglicht, die einer Großserienproduktion entspricht.
Man entformt die auf diese Weise mit schneller Kadenz erhaltenen Teile und setzt sie als Schüttgut in einen Ofen ein, dessen Temperatur gerade hinreicht, um die organische Substanz zu härten, die als Bindemittel zwischen den metallischen Körnern dient. Nach einer bestimmten Zeit entnimmt man die Teile dem Ofen und läßt sie abkühlen. Die Teile sind dann fertig, um, falls dies vorgesehen ist, üblichen Bearbeitungsgängen unterworfen zu werden, wie man sie bei gewöhnlichen Metallen praktiziert.
Das gerade erläuterte Verfahren gibt in groben Zügen die allgemeine auszuführende Operation an, um das erfindungsgemäße Material zu erhalten. Dieses Verfahren wird jedoch vielfachen Detailänderungen unterworfen, abhängig von dem Metall und der verwendeten organischen Substanz, in der Art, die Mischung herzustellen, der Beifügung von bestimmten Mitteln, die ein besseres Anhaften der organischen Substanz an den Metallkörnern ermöglichen, usw.
Es werden nun einige nicht abschließende Beispiele von genauen Verfahren wiedergegeben, die mit Erfolg erprobt wurden.

Beispiel 1

993 g Zinn-Bronze(Cu/Sn 93.5/6,5) in kugeliger Körnung, kalibriert auf < 60 µm, werden mit 7 g Polysulfon (Polykondensation zwischen Biphenol-A und 4,4'-Dichlordiphenylsulfon) in Pulverform gemischt. Man fügt diesem Gemisch Metyhlen- + Toluenchlorid (40/60 Vol.-%) bei. Nach Lösung des Polysuflons verdampft man das Lösungsmittel unter Mischung. Durch Kalibrieren bei etwa 200 µm erhält man ein zu formendes Pulver, das in eine Form eingesetzt wird und mit 12 t/cm² gepreßt wird. Die entformten Teile werden danach als Schüttgut gehärtet bei 340º C während 10 Minuten.
In diesem Beispiel liegt die organische Substanz in Form von Pulver vor, das ein thermoplastisches Material ist (Polysulfon). Nachdem einmal die erste Mischung erhalten wurde, fügt man ihr ein Lösungsmittel bei (Methylen- + Toluenchlorid) zum Lösen der organischen Substanz und auf diese Weise Bildung eines Schlickers, aus dem man das Lösungsmittel verdampft unter Mischen bis zum Erhalt einer zweiten Mischung, die man in die Form einsetzt. Man versteht, daß das Lösungsmittel eine gleichförmige Verteilung der organischen Substanz rings um die Körner ermöglicht, die auf diese Weise von einer schwachen Schicht aus Bindemittelmaterial umschlossen sind, wenn einmal das Lösungsmittel verdampft ist. Das Endprodukt enhält 95,4% Metall und 4,5% organische Substanz (volumenmäßig).

Beispiel 2

992 Messinggries, kalibriert auf < 50 µm, werden auf 260ºC während einer halben Stunde in einer belüfteten Küvette erhitzt. Nach Abkühlen mischt man das oberflächlich oxidierte Messing mit 8 g PPS, Polyphenylensulfid (Polykondensation zwischen p-Dichlorbenzen und Natriumsulfid) in Form von sehr feinem Pulver, kalibriert auf etwa 5 µm. Man fügt diesem Gemisch das gleiche Lösungsdispergiermittel bei wie im Beispiel 1 erwähnt mit einem Zusatz von 0,2% Polysulfon. Die Verdampfung des Lösungsmittels und die Formung unter starkem Druck erfolgen unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. Die thermische Schüttguthärtung muß bei 380ºC während 2 Stunden erfolgen.
Um die Härte der kleinen Teile zu verbessern, verlängert man die thermische Behandlung in Gegenwart von Luft in einem belüfteten Trockenschrank. Das Maß der Härte hängt von der Retikulationszeit ab, die von 45 Minuten bis 2 Stunden bei einer Temperatur von 380ºC dauert.
Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 insbesondere durch die Tatsache, daß die metallischen Körner vor ihrem Mischen mit der organischen Substanz der Luft ausgesetzt sind. Nach dieser Exposition sind sie demgemäß mit einer feinen Oxidschicht bedeckt. Die organische Substanz ist hier ein thermohärtbares Material (Polyphenylensulfid). Das Endprodukt umfaßt 95,1% Metall und 4,9% organische Substanz (volumenmäßig). Es ist festzuhalten, daß eine zusätzliche Härtung durch chemische Retikulation in Gegenwart von Luft vorgenommen wird.

Beispiel 3

992 g Aluminiumgries, kalibriert auf < 60 µm, werden mit einer verdünnten Lösung eines Gemisches von 5 g Biphenol-A-Glycidyläther mit Zusatz eines Härters auf Basis von aromatischem Amin (beispielsweise m-Phenylen-Diamin) und 3 g Polyvinylbutyralharz gemischt. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels und Kalibrieren des Restes auf etwa 200 µm wird das zu formende Pulver auf 75ºC erhitzt und mit 10 t/cm² in einer Form gepreßt. Die Härtung der geformten Teile erfolgt als Schüttgut bei 170ºC während 4 Stunden.
In diesem Beispiel wird die Lösung der organischen Substanz (eine thermohärtbare: Biphenol-A-Glycidylätherharz) mit einem thermoplastischen Material (Polyvinylbutyralharz) gemischt, um als Schmiermittel während des Mischens und Erleichterung der Füllung der Form zu dienen. Das Endmaterial umfaßt 98,2% Metall und 1,7% der organischen Substanz, auf das Volumen bezogen.
Die Fig. 2 ist ein Schnitt in dem Material, hergestellt gemäß diesem Beispiel und gemäß einer Photographie, ausgeführt mit einer 1600-fachen Vergrößerung. Man erkennt, daß die Körner von Zwischenräumen variabler Breite getrennt sind, gefüllt von der organischen Substanz. Bei der Formung verteilt sich der Druck unterschiedlich zwischen den Körnern und treibt mehr oder weniger die organische Substanz in Richtungen geringeren Druckes. Zwischen dem Korn 1 und dem Korn 2 beispielsweise ist die Grenze 4 kaum sichtbar, während sie viel stärker markiert ist bei 5, was der Zwischenraum ist, der das Korn 2 vom Korn 3 trennt. An bestimmten Stellen berühren die Körner einander, beispielsweise ist das Korn 6 in direktem Kontakt mit den benachbarten Körnern.

Beispiel 4

993 g Kupferpulver mit Granulometrie < 50 µm werden oberflächenbehandelt mit einem chemischen Adhäsionsbegünstiger vom Gammaglycidoxypropyl-Trimethoxysilan (beispielsweise "A-187" der UNION CARBIDE) in Lösung von 0,5% in Aceton. Nach 1 Stunde Rühren bei 50ºC fügt man das Bindemittel, ebenfalls in Lösung, nämlich 3,5 g cycloaliphatisches Epoxydharz (beispielsweise "ERL-4221" von UNION CARBIDE) und 3,5 g cis-Hexahydrophthalsäureanhydrid zu. Nach dem Verdampfen des Acetons erhält man durch Kalibrieren ein zu formendes Pulver bei etwa 200 µm, das unter hohem Druck geformt wird. Die Härtung der geformten Teile erfolgt als Schüttgut bei 180ºC während 2 Stunden.
In diesem Beispiel mischt man das feinverteilte metallische Pulver mit einem chemischen Adhäsionsbegünstiger in Lösung in einem Lösungsmittel zum Erhalten einer ersten Mischung. Dieser Adhäsionsbegünstiger erzeugt chemische Verbindungen zwischen Metall und organischer Substanz oder zwischen einer Oxidhaut, die das Metall bedeckt, wenn diese vorliegt, und der organischen Substanz. Dieser Begünstiger hat zum Zweck, erheblich die mechanische Festigkeit der geformten Teile zu verbessern. Man fügt der ersten Mischung eine organische Substanz bei (hier eine thermohärtende in Form von Epoxydharz und Anhydrid) zum Erhalten einer zweiten Mischung, die man trocknet und mischt bis zum Erhalten einer dritten Mischung, welche das eigentliche zu formende Pulver ist. Das Endmaterial umfaßt 94,8 Vol.-% Metall und 5,2 Vol.-% organische Substanz.
Die Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt in einem erfindungsgemäßen Material zur Illustration der Kohäsion zwischen zwei Körnern 8 und 9, die gemäß diesem Beispiel agglomeriert wurden. Obwohl die obige Spezifikation es nicht erwähnt, sind die Kupferkörner 8 und 9 mit einer feinen Oxidschicht umhüllt (zwischen 1 und 10 nm), auf natürlichem Wege erhalten und mit 10 bezeichnet. Die Oxidschicht wird ihrerseits von einer Adhäsionsbegünstigerscliicht 11 umschlossen. Schließlich werden die auf diese Weise beschichteten Körner mittels der organischen Substanz 12 miteinander verbunden. Man versteht, daß das verwendete Lösungsmittel in Fig. 3 nicht erscheint, da diese das fertiggestellte Material zeigt.

Beispiel 5

Man verfährt wie im Beispiel 4, jedoch mit einem Anteil von 990 g Kupfer für 10 g Bindemittel (5 g + 5 g). Man fügt zu Beginn dem Kupferpulver 20 g Wollastonit bei (Beta-Calciumsilicat in stabförmigen Mikrokristallen, beispielsweise "CASIFLUX A-38" - hinterlegte Marke -der J. de POORTER B.V., Geertruidenberg/NL).
Der Wollastonit ist ein Faserverstärkungsfüllstoff, der die mechanische Festigkeit des Materials verbessert. Es ist festzuhalten, daß anstelle des nadelförmigen Monokristalls man feine Glasfasern, Quarzfasern, Kohlenstoff-Fasern oder Graphitfasern verwendet könnte, wobei der Kohlenstoff und der (graphit gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit der Teile verbessern. Das Endprodukt umfaßt 93,5% Metall und 6,5% organische Substanz.

Beispiel 6

990 g Chrom-Nickelstahl 18/8, feinverteilt, Granulometrie < 60 um, werden gemischt mit einer Lösung von 10 g Polyimidharz (beispielsweise "KERIMIDE 1050" - hinterlegte Marke - von RHONE-POULENC) und 0,7 g Silan "A-187" (UNION CARBIDE) in N-Methylpyrrolidon/Xylen, Gemisch 70/30 volumenmäßig. Das Lösungsmittel wird unter Rühren bei 130ºC eliminiert, und der Rest wird auf etwa 200 µm kalibriert. Diesem zu formenden Pulver fügt man einen Begünstiger für die elektrische Leitfähigkeit zu, beispielsweise Ruß in fibrillarer Struktur, "CORAX L",- hinterlegte Marke -der DEGUSSA. Diese Mischung wird in einem Trommelmischer während etwa 2 Stunden gerührt. Nach dem Formen unter einem Druck von 15t/cm² härtet man die entformten Teile als Schüttgut bei 250ºC während 20 Minuten, wonach man bei 230ºC während 8 Stunden tempert.
In diesem Beispiel mischt man die organische Substanz (wärmehärtend, Polyimidharz) mit einem chemischen Adhäsionsbegünstiger (Silan) und einem Lösungsmittel (NMP/Xylen). Nur danach mischt man die organische Substanz, zugeordnet dem metallischen Pulver, zum Erhalten einer ersten Mischung, die in Forn eines Schlickers vorliegt, aus dem man das Lösungsmittel ausdampft unter Mischen unter Wärmezufuhr zum Erhalten einer zweiten Mischung. Dieser zweiten Mischung setzt man - und das macht die Originalität dieses Materials gemäß diesem Beispiel aus - einen elektrischen Leitfähigkeitsbegünstiger zu, hier Ruß, zum Bilden einer dritten Mischung, die man formen kann. Anstelle des Rußes könnte man metallische Pulver aus Silber, aus Kupfer, aus Aluminium, aus Zink oder deren Legierung zufügen. Generell verbessert der elektrische Leitfähigkeitsbegünstiger die Leitfäiigkeit des Materials und erleichtert auf diese Weise die galvanische Metallisierung der fertiggestellten Teile. Das Endmaterial umfaßt 94,6% Metall und 5,4% organische Substanz.

Beispiel 7

990 9 Eisenpulver, kalibiert auf < 45 µm, werden gemischt mit einer Acetonlösung, welche enthält
10 g Polymer-Biphenol-A-Glycidyläther + cis-Hexahydrophthalsäureanhydrid + Dicyandiamid
20 g Talk (Magnesiumhydrosilikat)
5 g Hydrargillit (Aluminiumhydroxyd).
Nach Austreiben des Lösungsmittels und Trocknen im Vakuum wird das zu formende Pulver auf etwa 20 µm kalibriert unter Druck von 12t/cm² geformt, und die Teile werden nach Entformung bei 160ºC während 4 Stunden gehärtet.
Die hier anzumerkende Originalität ist die Zufügung zu der organischen Substanz (Polymer-Biphenol + Anhydrid) und zu dem Lösungsmittel (Aceton) eines Füllstoffs lamellarer Struktur (Talk, Hydrargillit), die als Schmiermittel während der Formung dienen und die Füllung der Form erleichtern. Dieser Füllstoff verfolgt nämlich den gleichen Zweck wie das thermoplastische Material, verwendet im Beispiel 3.

Beispiel 8

992 g Zinn-Bronze (Cu/Sn 93,5/6,5) in kugeligen Körnern mit Durchmessern < 60 µm werden vermischt mit einer Lösung von 0,3% Gamma- Aminopropyltriethoxysilan (Adhäsionsbegünstiger "A-1100" von UNION CARBIDE) in Propylenglycol (1,2-Propandiol, Siedepunkt 189ºC). Nach 1 Stunde Rühren bei 70ºC fügt man das Bindemittel zu, nämlich 8 g Polyamid 6.6, vom Typ Extrusion von hohem Molekulargewicht. Immer noch unter Rühren erhöht man die Temperatur des Gemisches bis auf 160ºC und ermöglicht die vollständige Lösung des Polyamids. Danach wird langsam ohne Unterbrechung des Rührens abgekühlt, um ein Maximum an sphärolithischer Kristallinität des Polyamids 6.6 an der Oberfläche der Körner zu erhalten. Man gewinnt das zu formende Pulver durch Filtration, Waschen mit Wasser und Trocknen. Die Teile werden bei 10t/cm² geformt und nach Entformung bei 260ºC während 10 Minuten gehärtet.
In diesem Beispiel bereitet man eine Lösung des chemischen Adhäsionsbegünstigers (A-1100) zu, gemischt mit einem Lösungsmittel (Propylenglycol). Man mischt das Zinn-Bronze-Pulver mit dieser Lösung zur Bildung einer ersten Mischung. Nach Rühren mit Wärmezufuhr fügt man der ersten Mischung eine organi;che Substanz zu (Thermoplast vom Typ Polyamid 6.6) zum Gewinnen einer zweiten Mischung, die man weiter rührt unter Erhöhung ihrer Temperatur Lis zur Auflösung der organischen Substanz. Man gewinnt schließlich ein drittes Gemisch durch Filtration, Waschen mit Wasser und Trocknen, welche dritte Mischung demgemäß das eigentliche zu formende Pulver ist.

Anwendung

Es wurde bereits erwähnt, daß das erfindungsgemäße Material es ermöglicht, genaue Teile zu günstigen Kosten und mit schneller Produktionskadenz zu gewinnen, welche Teile mechanisch bearbeitbar sind mit den Mitteln, die gewöhnliche für massive Metalle verwendet werden.
Es wurde ebenfalls angedeutet, daß zum Erhalten des in Rede stehenden Materials auf die das zu formende Kompositpulver enthaltende Form ein Druck (bis zu 15t/cm²) auszuüben ist.
Dieses Material wird demgemäß erfolgreich verwendet für kleine Teile, die in Großserien herzustellen sind. Es ist insbesondere an Teile zu denken, welche Mechanismen kleiner Abmessungen bestücken, und unter diesen speziell an Teile, welche das Werk eines Zeitmeßgerätes bilden (Platine, Brücke, Ritzel) wte auch die Umhüllung solcher Teile (Gehäuse, Lünette, Armbandelement).

Claims

1. Herstellungsverfahren eines metallischen Fertigmaterials, gebildet von einer Agglomeration feinverteilten metallischen Pulvers, bei welchem

- man ein Gemisch herstellt, enthaltend ein feinverteiltes Metallpulver und mindestens einen organischen Polymer mit Ausnahme von organischen fluorierten Polymeren und Polyglykolen sowie Ableitungen von diesen, wobei der Volumengehalt des organischen Polymers zwischen 0,5 und 7% des fertiggestellten Materials ausmacht,

- man dieses Gemisch in eine Form einbringt, auf die man einen Druck von mindestens 8 t/cm² einwirken läßt, und das so erhaltene Material entformt, das man während einer vorbestimmten Zeit bei einer Temperatur hält, die ausreicht, um den organischen Polymer zu verfestigen.

2. Herstellungsverfahrens des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es (he folgende Abfolge von Schritten umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man erzeugt den organischen Polymer in Pulverform,

c) man mischt das metallische Pulver mit dem organischen Polymer zum Gewinnen einer ersten Mischung,

d) man fügt der ersten Mischung ein Lösungsmittel zu, um den organischen Polymer zu lösen und auf diese Weise einen Schlicker zu bilden, aus dem man das Lösungsmittel verdunsten läßt unter Rühren bis zum Gewinnen einer zweiten Mischung, die man in eine Form einsetzt,

e) man übt auf die Form den Druck aus, um die zweite Mischung zu agglomerieren, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet,

f) man entformt das so gewonnene Material, das man während einer vorbestimmten Zeit auf einer Temperatur hält, die ausreicht, um den organischen Polymer zu verfestigen.

3. Herstellungsverfahren des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man bereitet eine Lösung des organischen, in einem Lösungsmittel gelösten Polymers vor, welcher Lösung man ein thermoplastisches Material zufügt, das als Schmiermittel bei der Formung dient, und zum Erleichtern der totalen Füllung der Form,

c) man mischt das metallische Pulver mit der Lösung zum Gewinnen einer ersten Mischung, die sich in Form eines Schlickers darstellt, aus dem man das Lösungsmittel unter Rühren verdunsten läßt bis zum Erhalten einer zweiten Mischung,

d) man erwärmt die zweite Mischung zum Erweichen des organischen Polymers und setzt die zweite Mischung in eine Form ein,

e) man unterwirft die Form dem Druck zum Agglomerieren der zweiten Mischung, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet,

f) man entformt das so erhaltene Material, das man während einer vorbestimmten Zeit bei einer Temperatur hält, die ausreicht, um den organischen Polymer zu erhärten.

4. Herstellungsverfahren des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man erzeugt einen chemischen Adhäsionsbegünstiger, den man in einem Lösungsmittel auflöst,

c) man mischt während einer vorbestimmten Zeit das metallische Pulver mit dem gelösten Adhäsionsbegünstiger, um eine erste Mischung zu erhalten,

d) man fügt der ersten Mischung den organischen Polymer bei zum Gewinnen einer zweiten Mischung, die sich in Form eines Schlickers darbietet, aus dem man das Lösungsmittel unter Mischen verdunsten läßt bis zum Erhalten einer dritten Mischung, die man in eine Form einsetzt,

e) man läßt auf die Form den Druck einwirken zum Agglomerieren der dritten Mischung, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet, und

f) man entformt das so gewonnene Material, das man während einer vorbestimmten Zeit bei einer Temperatur hält, die ausreicht, um den organischen Polymer zu erhärten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner dem metallischen Pulver, hergestellt in Schritt a), einen Füllstoff in Form von Verstärkungsfasern zusetzt.

6. Herstellungsverfahren des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man erzeugt den organischen Polymer, den man mit einem chemischen Adhäsionsbegünstiger und einem Lösungsmittel verbindet,

c) man mischt das metallische Pulver und den organischen verbundenen Polymer zu Erhalten einer ersten Mischung in Form eines Schlikkers, aus dem man das Lösungsmittel unter Mischen verdunsten läßt unter Zufuhr von Wärme bis zum Erhatten einer zweiten Mischung,

d) man fügt der zweiten Mischung einen die elektrische Leitfähigkeit begünstigenden Stoff zu zur Bildung einer dritten Mischung, die man während einer vorbestimmten Zeit rührt,

e) man setzt die dritte Mischung in eine Form ein, auf die man den Druck einwirken läßt zum Agglomerieren der dritten Mischung, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet, und

f) man entformt das Material, welches man während einer vorbestimmten Zeit bei einer Temperatur hält, die ausreicht zum Erhärten des organischen Polymers.

7. Herstellungsverfahren des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man präpariert eine Lösung des organischen, in einem Lösungsmittel gelösten Polymers, welcher Lösung man einen Füllstoff laminarer Struktur beisetzt,

c) man mischt das metallische Pulver mit der Lösung zum Gewinnen einer ersten Mischung, die sich in Form eines Schlickers darbietet, aus dem man das Lösungsmittel eliminiert und den man unter Vakuum trocknet zum Gewinnen einer zweiten Mischung, die man in eine Form einsetzt,

d) man läßt den Druck auf die Form einwirken zum Agglomerieren der zweiten Mischung, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet, und

e) man entformt das so gewonnene Material, das man während einer vorbestimmten Zeit bei einer Temperatur hält, die ausreicht, um den organischen Polymer zu erhärten.

8. Herstellungsverfahren des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

a) man erzeugt ein feinverteiltes metallisches Pulver,

b) man präpariert eine Lösung eines chemischen Adhäsionsbegünstigers, gelöst in einem Lösungsmittel,

c) man mischt das metallische Pulver mit der genannten Lösung zum Gewinnen einer ersten Mischung,

d) man rührt die erste Mischung während einer vorbestimmten Zeit unter Zufuhr von Wärme, wonach man den organischen Polymer zusetzt zum Gewinnen einer zweiten Mischung,

e) man setzt das Rühren der zweiten Mischung fort unter Erhöhung ihrer Temperatur bis zur vollständigen Lösung des organischen Polymers,

f) unter fortgesetztem Rühren kühlt man langsam ab zum Gewinnen einer dritten Mischung durch Filtration, Waschen mit Wasser und Trocknen,

g) man setzt die dritte Mischung in eine Form ein, die man dem Druck unterwirft zum Agglomerieren der dritten Mischung, wobei der organische Polymer die Körner miteinander verbindet, und

h) man entformt das so gewonnene Material, welches eine vorgegebene Zeit bei einer Temperatur gehalten wird, die für das Erhärten des organischen Polymers hinreicht.

9. Fertiggestelltes metallisches Material, erhalten nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 8.

10. Material nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner mit einem Überzug versehen sind, bestehend aus einem Oxid, einem Sulfid oder einem Selenid.

11. Verwendung des Materials nach Anspruch 9 oder 10 für Elemente von kleindimensionierten Mechanismen.

12. Verwendung des Materials nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Bestandteile eines Werks eines Zeitmeßgerätes sind.

13. Verwendung des Materials nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Bestandteile eines Gehäuses sind, das ein Zeitmeßgerät umschließt.