EP0482220A1 - Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks ausgehend von Metall- und/oder Keramikpulvern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks ausgehend von Metall- und/oder Keramikpulvern Download PDF

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EP0482220A1
EP0482220A1 EP90120136A EP90120136A EP0482220A1 EP 0482220 A1 EP0482220 A1 EP 0482220A1 EP 90120136 A EP90120136 A EP 90120136A EP 90120136 A EP90120136 A EP 90120136A EP 0482220 A1 EP0482220 A1 EP 0482220A1
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EP
European Patent Office
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film
powder
negative mold
interior
negative
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90120136A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Prof. Dr. Feichtinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority to EP90120136A priority Critical patent/EP0482220A1/de
Publication of EP0482220A1 publication Critical patent/EP0482220A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/1208—Containers or coating used therefor
    • B22F3/1216—Container composition
    • B22F3/1233—Organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/04—Compacting only by applying fluid pressure, e.g. by cold isostatic pressing [CIP]

Definitions

  • the invention relates to the further development, perfection and simplification of powder metallurgical manufacturing methods for the production of workpieces with comparatively complicated shapes, where the problems of shrinkage during sintering play an important role.
  • the main area of application is in the area of components for turbine construction.
  • the invention relates to a method for producing a complicated workpiece starting from metal and / or ceramic powders using a sintering process, a powder or a powder mixture being filled into a mold and precompacted.
  • metal injection molding In metal injection molding ("metal injection molding”; MIM), a mixture of the metal powder to be compacted is injected into a mold together with a suitable thermoplastic in accordance with the injection molding technique. A summary of the methods of "metal injection molding” is given in a chapter of the Metals Handbook.
  • the vacuum molding process is known from foundry technology and is used to produce casting molds from refractory granular molding material, usually quartz sand.
  • refractory granular molding material usually quartz sand.
  • a negative pressure is created in the sand, which exerts a compression pressure of the external gas atmosphere on the sand bed via the film.
  • the resulting compressive stresses between the grains prevent their mutual mobility, which means that a loose body creates a mechanically resistant body with a defined shape.
  • the invention has for its object to provide a method with which, starting from metal or ceramic powders, a comparatively complicated shaped workpiece of any cross-section and unlimited wall thickness can be produced.
  • the process is intended to provide a reproducible finished product that no longer has to be processed, or at most only slightly. Bubbles and unwanted harmful residues should be avoided during powder processing.
  • the process is intended to ensure the greatest possible freedom of movement and universality.
  • FIG. 1 A flow diagram (block diagram) of the method is shown in FIG.
  • the individual process steps correspond exactly to those of claim 1 and require no further explanation.
  • the powder solidified by external pressure thanks to the frictional forces between the powder particles has sufficient "green strength" to be processed further (green body).
  • 2 shows a schematic elevation / section of a negative mold with a container.
  • 1 is a tubular, one-sided closed thin film made of a gas-tight organic or inorganic material which, when the method is carried out, conforms completely and without folds to the inner walls of the mold.
  • 2 represents an at least simply divided negative mold from a solid, the shape of the workpiece is clearly defined 3 is a container that can be placed under pressure or vacuum via the feed line 4.
  • FIG. 3 shows a schematic elevation / section of a negative mold including the device for carrying out the method in the state before the powder filling.
  • the reference numerals 1 to 4 correspond exactly to those in FIG. 2.
  • 5 is the powder intended for the production of the workpiece, which can be found in FIG a storage container 6, which can be closed gas-tight with a lid and is provided with a feed line 7.
  • 8 represents a blocking element for the powder in the form of a slide.
  • 9 is an intermediate chamber for gas supply and discharge, which can be acted upon via the supply line 10 with a gaseous medium (e.g. air) of any pressure (also negative pressure). The pressure conditions are indicated by arrows.
  • a gaseous medium e.g. air
  • FIG. 4 shows a schematic elevation / section of a negative mold including the device for carrying out the method in the state after the powder filling. All the reference numerals correspond to those in FIG. 3.
  • the slide 8 is in the open position, the powder 5 fills the film 1 completely, so that it is pressed against the inner walls of the negative mold 2, the container 3 is under pressure and the intermediate chamber 9 is under Vacuum.
  • the pressure conditions are again indicated by arrows.
  • FIG. 5 shows a schematic elevation / section of the green body at the moment the negative form is removed.
  • the reference numerals 2, 8, 9 and 10 correspond exactly to those in FIG. 4.
  • the intermediate chamber 9 is under negative pressure, which is indicated by the arrow.
  • the green compact formed by the powder 5 compressed in the film 1 under the external pressure (see arrows!) And thus solidified by frictional forces has sufficient inherent strength so that it can be handled as such.
  • Fig. 6 relates to a schematic elevation / section of the blank including support mass when sintering in an oven.
  • 1 is the film which holds the powder 5 together to form the "blank” thanks to the negative pressure acting as a closed vessel in its interior.
  • the “blank” is also mechanically stabilized by the ceramic support compound (backfill compound) 11 used to embed it.
  • 12 is a furnace chamber with supply line 13, in which the heating element (electrical resistance element, induction coil, etc.) is located.
  • a steam turbine blade was produced from a corrosion-resistant chrome steel powder with an average grain size of 50 ⁇ m.
  • the steel with the designation DIN X20CrMo 12 1 according to the German standard had the following composition:
  • the blade of the footed blade had the following dimensions: A tube-like film 1, closed on one side, in the form of a latex rubber sack with a diameter of 12 mm and a length of 90 mm, was inserted into the top fill opening of a two-part negative mold 2, which in turn was located in a vacuum-tight container 3, with the exception of this fill opening. The container 3 was then placed under reduced pressure.
  • the arrangement essentially corresponded to FIG. 2.
  • the film 1 Under the effect of the air inside the film 1 and the negative pressure acting over the dividing line of the negative mold 2, the film 1 was pressed firmly against the inner walls of the mold 1, whereby it was a true positive image of the Form 1 formed.
  • the above-mentioned powder 5 was now filled in with a funnel and compacted by means of a vibrator, the filling height of the powder going up to the center of the cylindrical filling opening. Now a pierced cylindrical metal plug was inserted into the upper part of the film 1 until its end face came into direct contact with the powder. In this way, an excellent seal was achieved between the film 1 and the outer surface of the stopper.
  • a negative pressure being set below 30 mbar.
  • the film 1 remained statically under vacuum and could now be removed from the mold after releasing the negative pressure in the container 3 and after removing the two-part negative mold 2.
  • a molded body of compacted powder 5 which exactly corresponds to the mold cavity was left, which under the influence of the air pressure showed an astonishing dimensional stability. This stability was so high that, with appropriate caution, the body can easily be placed in a backing mass could.
  • the powder molding was further processed by sealing sintering at 1350 ° C with a subsequent hot isostatic pressing process.
  • a turbine blade of the same dimensions and composition as in Example 1 was produced.
  • the molded article was produced using the same powder material as in Example 1, but the two-part negative mold 2 located in the container 3 with the film 1 (latex sack) (FIG. 2) sucked against the inner surfaces under the action of the negative pressure was pressed against an end face (Flange) of the intermediate chamber 9 is pressed with a lateral feed line 10.
  • Above the intermediate chamber 9 was a slide 8, which separated the powder 5 located in the reservoir 6 and under 2 bar nitrogen from the mold cavity. Via the feed line 10, the interior of the film 1 was now evacuated to approximately 50 mbar and then the slide 8 was suddenly opened, as a result of which the precisely measured amount of powder suddenly entered the film and filled it up to half the height of the filler neck.
  • this molding was backfilled with quartz sand, which was cured with a water glass-carbonic acid mixture in accordance with the method customary in foundry technology to form a stable molded body.
  • quartz sand which was cured with a water glass-carbonic acid mixture in accordance with the method customary in foundry technology to form a stable molded body.
  • sufficient green strength of the metal powder was achieved as a result of the sintering process, while the consistency of the ceramic support mass 11 under the influence of the vacuum heating became so low that it also cooled after cooling could be removed from the molding with little mechanical effort. In this case, too, there was perfect dimensional accuracy with a first-class surface structure.
  • a steam turbine blade was made from corrosion-resistant chrome nickel steel.
  • the steel with the designation 316 L according to the US standard corresponding to X3CrNiMo 17.12.2 German standard had the following composition:
  • the blade of the footed scoop had the following dimensions
  • a metal powder with a maximum particle size of 40 ⁇ m was assumed.
  • a latex sack was used as film 1, which was similar to the dimensions of the later molding, but was 30% smaller than the dimensions of the molding to be achieved.
  • a positive model was made with several aluminum gas channels opening into the surface. This model was now - similar to the state of the art in the manufacture of surgical gloves - immersed in a latex mass and slowly pulled out, after which it was dried in a warm air stream. The molded latex sack could be pulled off the model by blowing compressed air through the gas channels.
  • the further processing was carried out in accordance with embodiment 1, care being taken that the film 1 in the shape of the shaped bag was positioned in the negative mold 2 during the suction process in such a way that the expanded bag was brought into exact alignment with the inner profile of the negative mold 2.
  • the advantage of this procedural variant is that the latex film 1 has a higher dimensional stability in the area of sharp corners and protruding edges, since the local restoring forces of the stretched rubber are lower (better mold filling capacity).
  • a turbine blade with the dimensions and the composition according to Example 3 was produced.
  • a turbine blade for an exhaust gas turbocharger was made from silicon carbide SiC.
  • the so-called infiltrated SiC process was used for this purpose.
  • Example 1 a tube-like film 1, closed on one side, in the form of a latex-rubber sack with a diameter of 8 mm and a length of 70 mm, was inserted into the top filling opening of a two-part negative mold 2, which in turn was located in a vacuum-tight container 3.
  • the molded body made of compacted powder 5 was then inserted into an A1 2 0 3 crucible and held in a vertical position by means of a ceramic support compound 11 (backfill compound).
  • Zr0 2 sand was used for this purpose in the present case.
  • the whole was placed in a vacuum sintering furnace and first slowly heated to 300 ° C., the latex mass of film 1 being decomposed and the decomposition products being suctioned off.
  • the temperature was then increased to 1600 ° C., and the SiC particles were presintered after a holding time of 3 hours.
  • the porous molded body was removed from the support mass 11 and sintered further under vacuum at 1800 ° C. for 1 h.
  • the still porous body was cooled under vacuum to approx. 1500 ° C. and immersed in a bath of liquid silicon at approx. 1450 ° C. and left there for 10 minutes. He was completely infiltrated with Si, which reacted with the excess C to SiC.
  • the infiltration device was flooded with argon and the whole was cooled to room temperature over a period of about 8 hours.
  • the density of the molded body reached an average of 94% of the theoretical value.
  • a round rod was made from an austenitic iron alloy containing high levels of nitrogen.
  • the powder metallurgical path was taken, since the melting of alloys with very high nitrogen contents in the high-pressure furnace is difficult and the further shaping and shaping of cast material is cumbersome and uneconomical thanks to the high heat resistance and is often linked to technological problems.
  • An alloy powder with an average grain size of 60 ⁇ m and the following composition was assumed: The finished workpiece had approximately the following dimensions:
  • a metal foil 1 of 50 .mu.m thick made of a heat-resistant Cr / Ni steel with a high chromium and nickel content, as used for the scale-free annealing of Workpieces used was formed into a tube 120 mm in diameter and 1200 mm in length.
  • the part of the surface line of the cylinder as well as that of the bottom surface was connected to the respective abutting part by folding (similar to the manufacture of a bag) and welded in a vacuum-tight manner. Since this extremely thin-walled container did not have sufficient shape stability per se, it was pushed tightly into a metal tube with a corresponding inside diameter.
  • the irregularly pleated bottom was pressed flat into a plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder by means of a stamp inserted into the container and pressed against the support.
  • the metal powder 5 was filled up to 150 mm below the upper edge of the container formed from the film 1 and the support tube.
  • a thin suction tube coated on its outer surface with soft rubber was inserted centrally, so that its lower end came to be just above the powder surface.
  • the part of the film 1 protruding over the support tube was pressed flat together and fastened tightly to the jacket of the suction tube. The air was then evacuated via this suction tube, the film 1 being pressed onto the metal powder 5.
  • the workpiece consisting of film 1 and pressed powder 5 was pulled out a little from the support tube (similar to vacuum packaging of frozen goods) and the smooth film 1 was pressed together and sealed. Thanks to the evacuation, the film 1 was subjected to a slight contraction in diameter, which made it easy to remove the workpiece from the support tube.
  • the workpiece showed an amazing dimensional stability (comparison: package of vacuum-packed coffee powder). This was particularly large in the area of the edges, since the edge stiffening (rib effect) caused by the folding and wrinkling process of film 1 was added to the effect of the external pressure.
  • the workpiece was then placed in a high-temperature press and hot-isostatically pressed at a temperature of 1150 ° C. for 3 hours under a pressure of 1100 bar. The result was a round bar made of a completely dense, heat-resistant material with a high yield strength and high fracture toughness.
  • a steam turbine blade was made from a corrosion-resistant chrome steel powder.
  • the dimensions and composition of the blade corresponded exactly to the values given in example 1.
  • Example 2 The procedure was exactly the same as in Example 2.
  • the pressure-tight container 3 in the present case was additionally pressurized via the feed line 4 (cf. FIG. 4).
  • the pressure in the container 4 which was increased to 3000 bar, propagated onto the outer surface of the film 1, so that the powder 5 was cold isostatically pressed under its influence.
  • a molded body (green compact) with a density of approximately 75% of the theoretical value was formed.
  • the pre-compacted green compact was then removed from the negative mold and the procedure was exactly the same as that given in Example 2.
  • the workpiece was densely sintered at a temperature of 1350 ° C. The previous cold isostatic pressing accelerated and improved the process of the internal sealing.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments.
  • the film 1 consists of metal, rubber substance (latex) or plastic (polyethylene, polypropylene, ethyl vinyl acetate, polyvinyl alcohol or polystyrene), in the latter case having a thickness of 0.01 to 0.2 mm.
  • the plastic film 1 is preferably heated before and during the pressing onto the inner walls of the negative mold 2 in order to increase its suppleness and lower its hardness.
  • a film 1 is used which, under the influence of the pressure difference directed towards the interior of the negative mold 2, supports the effect of the powder particles being compressed for their solidification by their own rigidity.
  • the pressure difference directed towards the interior of the negative mold 2 is preferably chosen so high that the mixture of the powder particles is compressed by cold isostatic pressing.
  • the workpiece is advantageously additionally hot-isostatically pressed after sintering.

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks aus einem Metall- oder Keramikpulver (5), indem eine Negativform (2) mit einer anschmiegsamen gasdichten einseitig geschlossenen Folie (1) ausgekleidet, letztere durch Druckdifferenz an die Innenwände der Negativform (2) angepresst und unter Überdruck mit Pulver (5) gefüllt wird, worauf das in der Folie (1) eingeschlossene Pulver (5) durch Umkehrung der Druckdifferenz zusammengepresst und zu einem Grünling genügender Eigenfestigkeit vorverdichtet wird. Letzterer wird samt Folie (1) entformt, mit keramischer Stützmasse umgeben, zwecks Zersetzen oder Verdampfen der Folie (1) erhitzt und gesintert, worauf die Stützmasse entfernt wird. <IMAGE> <IMAGE>

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Herstellung von komplizierten Bauteilen aus metallischen oder keramischen Werkstoffen, wobei als Ausgangsmaterialien Pulver verwendet werden. Fragen des Sinterns und heiss-isostatischen Pressens im Hinblick auf das Schwinden.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung, Vervollkommnung und Vereinfachung pulvermetallurgischer Fertigungsmethoden für die Herstellung von Werkstücken mit vergleichsweise komplizierten Formen, wo die Probleme der Schwindung beim Sintern eine wichtige Rolle spielen. Anwendungsgebiet ist vor allem der Bereich von Bauteilen des Turbinenbaus.
  • Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks ausgehend von Metall- und/oder Keramikpulvern unter Heranziehung eines Sinterprozesses, wobei ein Pulver oder eine Pulvermischung in eine Form abgefüllt und vorverdichtet wird.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bei zahlreichen Fertigungsmethoden in der metallurgischen und keramischen Industrie wird von Pulvern ausgegangen. Pulvermetallurgische Verfahren haben den Vorteil, dass sich praktisch jede beliebige Form erzielen lässt. Es besteht die Absicht, Werkstücke pulvermetallurgisch als Fertigteile herzustellen, um teure Bearbeitungskosten teilweise oder ganz einsparen zu können. Die bekannten Verfahren zur Erzielung von Nettoformen (Net-Shape) oder Nahezu-Nettoformen (Near-Net-Shape) der Werkstücke gehen alle von Aufschlämmungen (Schlicker, Paste) von Pulvern in Lösungsmitteln unter Verwendung eines Binders aus. Als Zusätze zu Pulvermischungen werden verwendet:
    • - Wasser + Binder + Additive (Schlickergiessen, Gefriertrocknen: "Slip casting, Freeze Drying")
    • - Wasser + Zellulose (Metall-Pulver-Spritzgiessen nach Rivers: "MIM by Rivers Process")
    • - Thermoplaste (Metall-Pulver-Spritzgiessen)
  • Bei allen diesen nassmechanischen Methoden treten zahlreiche Schwierigkeiten bezüglich Qualität, Freiheit der Gestaltung, Reproduzierbarkeit und Wahl der Zusammensetzung auf:
    • - Blasenbildung beim Mischen von Pulver mit Binder und Lösungsmittel.
    • - Begrenzung der Wandstärke der Werkstücke (z.B. max. 5-10 mm für "MIM"), da andererseits der Binder nicht mehr vollständig entfernt werden kann.
    • - Auftreten von Binderrückständen (z.B. Kohlenstoff), die auch nach dem "Ausbrennen" des Binders im Werkstück verbleiben und dessen Zusammensetzung unkontrolliert beeinträchtigen können.
    • - Notwendigkeit der Neuauswahl/Neuentwicklung des Binders bei Übergang auf andere Formen und/oder Zusammensetzungen der Werkstücke.
  • Beim Metall-Spritzgiessen ("Metal Injection Molding"; MIM) wird eine Mischung aus dem zu kompaktierenden Metallpulver zusammen mit einem geeigneten Thermoplast entsprechend der Spritzguss-Technik in eine Form eingeschossen. Eine Zusammenfassung der Methoden des "Metal Injection Molding" wird in einem Kapitel des Metals Handbook gegeben.
  • Eine besondere Problematik dieser Technik ist einerseits die Tatsache, dass im allgemeinen wesentlich feinere Pulver zum Einsatz kommen müssen, als dies normalerweise in der Pulvermetallurgie üblich ist, andererseits muss der organische Binder durch einen aufwendigen Prozess vor dem eigentlichen Sinterprozess entfernt werden, was zu einer beträchtlichen Verteuerung des Prozesses führt.
  • Aus der Giessereitechnik ist das Vakuumformverfahren bekannt, welches zur Herstellung von Giessformen aus feuerfestem körnigen Formstoff, in der Regel Quarzsand, dient. Durch Evakuierung der Luft aus einem folienumschlossenen Haufwerk binderfreien Sands entsteht in diesem ein Unterdruck, wodurch ein Kompressionsdruck der aussen anliegenden Gasatmosphäre über die Folie auf die Sandschüttung ausgeübt wird. Die dadurch bedingten Druckspannungen zwischen den Körnern verhindern die gegenseitige Beweglichkeit derselben, wodurch aus einem lockeren Haufwerk ein mechanisch widerstandsfähiger Körper mit definierter Form entsteht.
  • Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Druckschriften zitiert:
    • - GB Pat.Appl. 2088414
    • - EP Pat.Appl. 0191409
    • - R. Billet, "PLASTIC METALS: From Fiction to Reality with Injection Molded P/M Materials", Parmatech Corporation, San Rafael, California, P/M-82 in Europe Int.PM-Conf. Florence I 1982.
    • - Göran Sjöberg, "Powder Casting and Metal Injection Moulding", Manuscript submitted to Metal Powder Report September 1987
    • - Henry H. Hausner, "Slip Casting of Metal Powders", in "Perspectives in Powder Metallurgy", Hausner et al., Plenum Press 1967
  • Die bekannten Verfahren lassen zu wünschen übrig. Es besteht daher ein Bedürfnis nach Verbesserung und Weiterentwicklung der pulvermetallurgischen/pulverkeramischen Fertigungsmethoden.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem, ausgehend von Metall- oder Keramikpulvern ein vergleichsweise kompliziert geformtes Werkstück beliebigen Querschnittes und unbegrenzter Wandstärke gefertigt werden kann. Das Verfahren soll ein reproduzierbares Fertigerzeugnis liefern, das nicht mehr oder höchstens geringfügig zusätzlich bearbeitet werden muss. Bei der Pulververarbeitung sollen Blasen sowie unerwünschte schädliche Rückstände vermieden werden. Das Verfahren soll bezüglich Auswahl der Form und der Zusammensetzung des herzustellenden Werkstücks grösstmögliche Freizügigkeit und Universalität gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähnten Verfahren die nachfolgenden Teilschritte durchgeführt werden:
    • - Auskleiden einer die Gestalt des Werkstücks bestimmenden, mindestens einfach geteilten Negativform auf den innenliegenden Wänden mit einer sich den Konturen anschmiegenden gasdichten organischen oder anorganischen einseitig geschlossenen dünnen Folie,
    • - Anpressen der Folie auf die innenliegenden Wände der Negativform durch Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Negativform bestimmten Hohlraum und dem Raum ausserhalb der Negativform,
    • - Einfüllen des Pulvers in den Hohlraum der Negativform unter Wahrung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Folie begrenzten Innenraum und dem Raum ausserhalb der Negativform, dergestalt, dass der Druck im Innenraum stets höher als derjenige im Raum ausserhalb der Negativform gehalten wird,
    • - Zusammenpressen der in der Folie eingeschlossenen Pulverpartikel zwecks Erzeugung einer für die nachfolgenden Verfahrensschritte genügenden Festigkeit des Grünlings durch Erzeugung einer umgekehrten Druckdifferenz zwischen dem Raum ausserhalb der Negativform und dem von der Folie umschlossenen Innenraum, dergestalt, dass der Druck ausserhalb der Negativform stets höher als derjenige im Innenraum gehalten wird,
    • - Entfernen der geteilten Negativform vom in der Folie vorverdichteten Grünling,
    • - Einbetten des in der Folie befindlichen vorverdichteten Grünlings in eine die Form des letzteren wahrende keramische Stützmasse,
    • - Erwärmen des Grünlings in der keramischen Stützmasse bis zum Zersetzen und/oder Schmelzen und/oder Verdampfen der Folie,
    • - Weiter Erwärmen des Rohlings auf Sintertemperatur der Pulverpartikel und Sintern bis zur angestrebten Dichte des fertigen Werkstücks,
    • - Entfernen der keramischen Stützmasse.
    WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird anhand der durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Dabei zeigt:
    • Fig.1 ein Fliessbild (Blockdiagramm) des Verfahrens,
    • Fig.2 einen schematischen Aufriss/Schnitt einer Negativform mit Behälter,
    • Fig.3 einen schematischen Aufriss/Schnitt einer Negativform inklusive Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Zustand vor der Pulverfüllung,
    • Fig.4 einen schematischen Aufriss/Schnitt einer Negativform inklusive Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Zustand nach der Pulverfüllung,
    • Fig.5 einen schematischen Aufriss/Schnitt des Grünlings im Moment der Entfernung der Negativform,
    • Fig.6 einen schematischen Aufriss/Schnitt des Rohlings inklusive Stützmasse beim Sintern in einem Ofen.
  • In Fig.1 ist ein Fliessbild (Blockdiagramm) des Verfahrens dargestellt. Die einzelnen Verfahrensschritte entsprechen genau denjenigen des Patentanspruchs 1 und bedürfen keiner weiteren Erklärung. Das durch äusseren Druck dank der Reibungskräfte zwischen den Pulverpartikeln verfestigte Pulver besitzt genügende "Grünfestigkeit" um weiterverarbeitet werden zu können (Grünling). Nach Zersetzen der Folie liegt ein Rohling vor, der anschliessend zu einem Sinterkörper von Endform oder Nahezu-Endform gesintert wird.
  • Fig.2 stellt einen schematischen Aufriss/Schnitt einer Negativform mit Behälter dar. 1 ist eine schlauchartige, einseitig geschlossene dünne Folie aus einem gasdichten organischen oder anorganischen Stoff, die sich bei der Durchführung des Verfahrens vollständig und faltenlos an die Innenwände der Form anschmiegt. 2 stellt eine mindestens einfach geteilte Negativform aus einem festen, die Gestalt des Werkstücks eindeutig festlegenden Material dar. 3 ist ein Behälter, der über die Zuleitung 4 unter Druck oder Unterdruck gesetzt werden kann.
  • Fig. 3 stellt einen schematischen Aufriss/Schnitt einer Negativform inklusive Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Zustand vor der Pulverfüllung dar. Die Bezugszeichen 1 bis 4 entsprechen genau denjenigen der Fig. 2. 5 ist das zur Herstellung des Werkstücks bestimmte Pulver, das sich in einem mit einem Deckel gasdicht verschliessbaren, mit einer Zuleitung 7 versehenen Vorratsbehälter 6 befindet. 8 stellt ein Sperrorgan für das Pulver in Form eines Schiebers dar. 9 ist eine Zwischenkammer für Gaszuführung und Abführung, die über die Zuleitung 10 mit einem gasförmigen Medium (z.B. Luft) beliebigen Druckes (auch Unterdruck) beaufschlagt werden kann. Die Druckverhältnisse sind durch Pfeile angedeutet.
  • In Fig. 4 ist ein schematischer Aufriss/Schnitt einer Negativform inklusive Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Zustand nach der Pulverfüllung dargestellt. Sämtliche Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 3. Der Schieber 8 befindet sich in geöffneter Stellung, das Pulver 5 füllt die Folie 1 vollständig aus, sodass sie an die Innenwände der Negativform 2 gedrückt wird, der Behälter 3 steht unter Überdruck und die Zwischenkammer 9 unter Unterdruck. Die Druckverhältnisse sind wieder durch Pfeile angedeutet.
  • In Fig. 5 ist ein schematischer Aufriss/Schnitt des Grünlings im Moment der Entfernung der Negativform dargestellt. Die Bezugszeichen 2, 8, 9 und 10 entsprechen genau denjenigen der Fig. 4. Die Zwischenkammer 9 steht unter Unterdruck, was durch den Pfeil angedeutet ist. Der durch das in der Folie 1 unter dem äusseren Druck (siehe Pfeile!) zusammengedrückte und damit durch Reibungskräfte verfestigte Pulver 5 gebildete Grünling hat genügend Eigenfestigkeit, sodass er als solcher weiter gehandhabt werden kann.
  • Fig. 6 bezieht sich auf einen schematischen Aufriss/Schnitt des Rohlings inklusive Stützmasse beim Sintern in einem Ofen. 1 ist die Folie, die das Pulver 5 dank des in ihrem Innenraum als geschlossenem Gefäss wirkenden Unterdrucks zum "Rohling" zusammenhält. Der "Rohling" wird ausserdem durch die zu seiner Einbettung dienenden keramischen Stützmasse (Hinterfüllmasse) 11 mechanisch stabilisiert. 12 ist eine Ofenkammer mit Zuleitung 13, in der sich das Heizelement (elektrisches Widerstandselement, Induktionsspule etc.) befindet.
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Es wurde eine Dampfturbinenschaufel aus einem korrosionsbeständigen Chromstahlpulver mit einer mittleren Korngrösse von 50 um hergestellt. Dabei hatte der Stahl mit der Bezeichnung DIN X20CrMo 12 1 gemäss Deutscher Norm die folgende Zusammensetzung:
    Figure imgb0001
    Das Schaufelblatt der mit einem Fuss versehenen Schaufel hatte die nachfolgenden Abmessungen:
    Figure imgb0002
    Eine schlauchartige, einseitig geschlossene Folie 1 in Form eines Latex-Gummi-Sacks mit 12 mm Durchmesser und 90 mm Länge wurde in die obenliegende Einfüllöffnung einer zweigeteilten Negativform 2 eingesetzt, welche sich ihrerseits mit Ausnahme dieser Einfüllöffnung in einem vakuumdichten Behälter 3 befand. Sodann wurde der Behälter 3 unter verminderten Druck gesetzt. Die Anordnung entsprach im wesentlichen Fig. 2. Unter der Wirkung der innerhalb der Folie 1 befindlichen Luft sowie des über die Trennlinie der Negativform 2 wirkenden Unterdrucks wurde die Folie 1 fest an die Innenwände der Form 1 gepresst, wobei sie ein getreues Positiv-Abbild der Form 1 bildete. Als nächster Arbeitsgang wurde nun das obengenannte Pulver 5 mit einem Trichter eingefüllt und mittels Vibrator verdichtet, wobei die Füllhöhe des Pulvers bis zur Mitte der zylindrischen Einfüllöffnung ging. Nun wurde ein durchbohrter zylindrischer Metallstopfen in den Oberteil der Folie 1 eingeschoben, bis seine Stirnfläche in direkten Kontakt mit dem Pulver kam. Auf diese Weise wurde zwischen der Folie 1 und der Mantelfläche des Stopfens eine ausgezeichnete Dichtung erzielt. Über eine zentrale Bohrung mit Rohranschluss wurde nun der Innenraum der Folie 1, d.h. das Zwischenkornvolumen der in der geschlossenen Folie 1 befindlichen Pulverschüttung, mittels einer Vakuumpumpe über die Zuleitung 10 der Zwischenkammer 9 evakuiert, wobei ein Unterdruck unterhalb von 30 mbar eingestellt wurde. Nach Abquetschen des Anschlussrohrs blieb die Folie 1 statisch unter Vakuum und konnte nun, nach Aufhebung des Unterdrucks im Behälter 3 sowie nach Entfernen der zweigeteilten Negativform 2 entformt werden. Als Resultat der vorangegangenen Arbeitsgänge blieb ein exakt dem Formhohlraum entsprechender Formkörper aus verdichtetem Pulver 5 zurück, der unter dem Einfluss des Luftdrucks eine erstaunliche Formstabilität zeigte. Diese Stabilität lag so hoch, dass der Körper bei entsprechender Vorsicht problemlos in eine Hinterstützungsmasse eingebracht werden konnte. Im vorliegenden Falle geschah dies so, dass der Körper in einen Stahltiegel eingesetzt und allseitig mit Zirkonsand aufgefüllt wurde. Sodann wurde er in einen Vakuum-Sinterofen gebracht und langsam erhitzt. Dabei kam es im Bereich von 300 ° C zu einer langsamen Zersetzung der Latex-Masse. Die Temperatur wurde hierauf bis auf 950 ° C weiter gesteigert, wobei es nach 1 Stunde Haltezeit zu einer für die Grünfestigkeit ausreichenden Vorsinterung, jedoch noch zu keinem Volumensverlust kam. Nach dem Entformen lag ein den Dimensionen exakt entsprechender Formkörper vor. Dabei fiel besonders die gute Oberflächenqualität auf, d.h. die Trennung des Pulverkörpers von der keramischen Hinterstützungsmasse über die Latexfolie ergab eine glattere Oberfläche als dies bei direktem Kontakt der Fall gewesen wäre. Eine Analyse des Kohlenstoffgehalts der in der Nachbarschaft der Folie gelegenen Pulverteile zeigte keinerlei Aufkohlungseffekt, eine Gefahr, die man eventuell hätte erwarten können.
  • Die weitere Verarbeitung des Pulver-Formlings erfolgte durch Dichtsintern bei 1350 ° C mit einem nachgeschalteten heissisostatischen Pressvorgang.
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • Es wurde eine Turbinenschaufel der gleichen Abmessungen und Zusammensetzung wie unter Beispiel 1 hergestellt. Der Formling wurde unter Verwendung des gleichen Pulvermaterials wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde die im Behälter 3 befindliche zweigeteilte Negativform 2 mit den gegen die Innenflächen unter der Wirkung des Unterdrucks gesaugten Folie 1 (Latex-Sack) (Fig. 2) gegen eine Stirnfläche (Flansch) der Zwischenkammer 9 mit einer seitlichen Zuleitung 10 gepresst. Oberhalb der Zwischenkammer 9 befand sich ein Schieber 8, welcher das im Vorratsbehälter 6 befindliche und unter 2 bar Stickstoff stehende Pulver 5 vom Formhohlraum trennte. Über die Zuleitung 10 wurde nun der Innenraum der Folie 1 auf etwa 50 mbar evakuiert und anschliessend der Schieber 8 plötzlich geöffnet, wodurch die genau abgemessene Pulvermenge schlagartig in die Folie gelangte und diese bis zur halben Höhe des Einfüllstutzens füllte. Anschliessend wurde über die Zuleitung 10 evakuiert und der Behälter 3 über die Zuleitung 4 gelüftet, sodass der in der Folie 1 befindliche Pulver-Formling über den Aussendruck in Form gehalten wurde. Der unter dem Einfluss des Aussendrucks vollkommen zusammengepresste Schlauchansatz der Folie 1 wurde dicht abgebunden und anschliessend entformt, wobei in gleicher Weise wie vorher beschrieben, ein stabiler Formling entstand.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde dieser Formling mit Quarzsand hinterfüllt, welcher mit einem Wasserglas-Kohlensäure-Gemisch entsprechend der in der Giessereitechnik üblichen Methode zu einem stabilen Formkörper ausgehärtet wurde. Nach der weiteren Erhitzung im Vakuum-Sinterofen bis zu einer Temperatur von 1000 ° C wurde einerseits eine ausreichende Grünfestigkeit des Metallpulvers infolge des Sintervorgangs erzielt, während die Konsistenz der keramischen Stützmasse 11 unter dem Einfluss der Vakuumerhitzung so gering wurde, dass diese nach der Abkühlung mit einem geringen mechanischen Aufwand vom Formling entfernt werden konnte. Auch in diesem Falle ergab sich eine einwandfreie Dimensionstreue bei erstklassiger Oberflächenstruktur.
    • Ausführungsbeispiel 3:
  • Es wurde eine Dampfturbinenschaufel aus einem korrosionsbeständigen Chromnickelstahl hergestellt. Der Stahl mit der Bezeichnung 316 L gemäss US-Norm entsprechend X3CrNiMo 17.12.2 Deutsche Norm hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
    Figure imgb0003
    Das Blatt der mit einem Fuss versehenen Schaufel hatte die nachfolgenden Abmessungen
    Figure imgb0004
    Es wurde von einem Metallpulver mit einer maximalen Partikelgrösse von 40 um ausgegangen. In Abweichung von den obengenannten Beispielen wurde als Folie 1 ein Latex-Sack verwendet, welcher den Ausmassen des späteren Formlings ähnlich, jedoch masstäblich um 30 % kleiner als die zu erzielenden Ausmasse des Formlings war. Zu diesem Zweck wurde ein Positivmodell mit mehreren in die Oberfläche ausmündenden Gaskanälen aus Aluminium hergestellt. Dieses Modell wurde nun - ähnlich wie dies bei der Herstellung von Chirurgen-Handschuhen Stand der Technik ist - in eine Latex-Masse eingetaucht und langsam herausgezogen, wonach es im warmen Luftstrom getrocknet wurde. Durch Einblasen von Pressluft über die Gaskanäle konnte der geformte Latex-Sack vom Modell abgezogen werden.
  • Die weitere Verarbeitung erfolgte entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1, wobei darauf geachtet wurde, dass die Folie 1 in der Gestalt des Formsacks beim Ansaugvorgang so in der Negativform 2 positioniert wurde, dass der expandierte Sack exakt mit dem Innenprofil der Negativform 2 zur Deckung gebracht wurde. Der Vorteil dieser verfahrenstechnischen Variante beruht darin, dass die Latex-Folie 1 im Bereich von scharfen Ecken und einspringenden Kanten eine höhere Formstabilität besitzt, da die lokalen Rückstellungskräfte des gedehnten Gummis geringer sind (besseres Formfüllungsvermögen).
    • Ausführungsbeispiel 4:
  • Es wurde eine Turbinenschaufel der Abmessungen und der Zusammensetzung gemäss Beispiel 3 hergestellt.
  • Hier wurde in die zweigeteilte Negativform 2 eine genau passende, nach dem Spritzblasen in erwärmtem Zustand hergestellte dünnwandige Form aus PET-Kunststoff (Polyäthylen-Terephthalat) als Folie 1 eingelegt, mit Pulver 5 entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 gefüllt und evakuiert. Die weiteren Vorgänge beim Sintern spielten sich weitgehend analog ab. Der Vorteil dieser Variante lag in der Tatsache einer höheren Formstabilität insbesondere im Bereich der Kanten, wo die Wirkung des von aussen stabilisierenden Luftdrucks über die Eigenfestigkeit der Kunststoff-Folie 1 unterstützt wird.
    • Ausführungsbeispiel 5:
  • Es wurde eine Turbinenschaufel für einen Abgasturbolader aus Siliziumkarbid SiC hergestellt. Zu diesem Zweck wurde das Verfahren über sogenanntes infiltriertes SiC benutzt.
  • Die Abmessungen der Turbinenschaufel waren die folgenden:
    Figure imgb0005
    Es wurde von folgenden Ausgangssubstanzen ausgegangen:
    • SiC-Pulver (max. Partikelgrösse 63 um): 60 g
    • SiC-Pulver (max. Partikelgrösse 5 um): 10g g
    • Kohlenstoff-Pulver (Russ): 20 g
    • Binder: Mowiol 4/88 (Polyvinylalkohol): 1 g

    Die Pulver wurden sorgfältig gemischt und für das weitere Vorgehen bereitgehalten.
  • Nun wurde gemäss Beispiel 1 eine schlauchartige, einseitig geschlossene Folie 1 in Form eines Latex-Gummi-Sacks mit 8 mm Durchmesser und 70 mm Länge in die obenliegende Einfüllöffnung einer zweiteiligen Negativform 2 eingesetzt, welche sich ihrerseits in einem vakuumdichten Behälter 3 befand. Der Formkörper aus verdichtetem Pulver 5 wurde nun in einen A1203-Tiegel eingesetzt und mittels einer keramischen Stützmasse 11 (Hinterfüllmasse) in vertikaler Lage festgehalten. Zu diesem Zweck wurde im vorliegenden Fall Zr02-Sand verwendet. Das Ganze wurde in einen Vakuum-Sinterofen gebracht und zunächst langsam auf 300 ° C erhitzt, wobei die Latex-Masse der Folie 1 zersetzt und die Zersetzungsprodukte abgesaugt wurden. Dann wurde die Temperatur bis auf 1600 ° C gesteigert, wobei es nach 3 h Haltezeit zu einer Vorsinterung der SiC-Partikel kam. Nach langsamem Abkühlen wurde der poröse Formkörper aus der Stützmasse 11 herausgenommen und unter Vakuum bei 1800 ° C während 1 h weitergesintert. Dann wurde der immer noch poröse Körper unter Vakuum auf ca. 1500 ° C abgekühlt und in ein Bad von flüssigem Silizium von ca. 1450 ° C eingetaucht und dort 10 min belassen. Dabei wurde er vollständig mit Si infiltriert, welches mit dem überschüssigen C zu SiC reagierte. Die Infiltriereinrichtung wurde mit Argon geflutet und das Ganze während einer Zeitdauer von ca. 8 h auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Dichte des Formkörpers erreichte durchschnittlich 94 % des theorethischen Wertes.
    • Ausführungsbeispiel 6:
  • Es wurde eine Rundstange aus einer hochstickstoffhaltigen austenitischen Eisenlegierung hergestellt. Zu diesem Zweck wurde der pulvermetallurgische Weg beschritten, da die Erschmelzung von Legierungen mit sehr hohen Stickstoffgehalten im Hochdruck-Ofen Schwierigkeiten bereitet und die Weiterverformung und Formgebung von gegeossenem Material dank der hohen Warmfestigkeit umständlich und unwirtschaftlich und oft mit technologischen Problemen verknüpft ist. Es wurde von einem Legierungspulver mit einer mittleren Korngrösse von 60 um und der nachfolgenden Zusammensetzung ausgegangen:
    Figure imgb0006
    Das fertige Werkstück hatte ungefähr die folgenden Abmessungen:
    Figure imgb0007
  • Eine Metallfolie 1 von 50 um Dicke aus einem warmfesten Cr/Ni-Stahl mit hohem Chrom- und Nickelgehalt, wie er für das zunderfreie Glühen von Werkstücken verwendet wird, wurde zu einer Röhre von 120 mm Durchmesser und 1200 mm Länge geformt. Dabei wurde die Partie der Mantellinie des Zylinders sowie diejenige der Bodenfläche durch Falzen mit der jeweils anstossenden Partie (ähnlich Herstellung einer Tüte) verbunden und vakuumdicht verschweisst. Da dieser äusserst dünnwandige Behälter an sich nicht genügend Formstabilität aufwies, wurde er in ein Metallrohr mit einem entsprechenden Innendurchmesser stramm eingeschoben. Der unregelmässige Falten aufweisende Boden wurde mittels eines in den Behälter eingeführten, gegen die Auflage gedrückten Stempels in eine senkrecht auf der Längsachse des Zylinders stehende Ebene flachgepresst. Nun wurde das Metallpulver 5 bis auf 150 mm unterhalb der Oberkante des aus der Folie 1 und dem Stützrohr gebildeten Behälters eingefüllt. Ein dünnes, auf seiner äusseren Oberfläche mit Weichgummi beschichtetes Saugrohr wurde zentral eingeführt, sodass sein unteres Ende knapp über die Pulveroberfläche zu stehen kam. Nun wurde der über das Stützrohr herausragende Teil der Folie 1 flach zusammengepresst und am Mantel des Saugrohres dicht befestigt. Über dieses Saugrohr wurde dann die Luft evakuiert, wobei die Folie 1 an das Metallpulver 5 angepresst wurde. Im weiteren Verlauf wurde das aus Folie 1 und gepresstem Pulver 5 bestehende Werkstück etwas aus dem Stützrohr herausgezogen (ähnlich Vakuumverpacken von Tiefkühlgut) und die glatte Folie 1 zusammengepresst und dicht verschweisst. Dank der Evakuierung wurde die Folie 1 im Durchmesser einer geringfügigen Kontraktion unterworfen, wodurch das Werkstück sich leicht aus dem Stützrohr herausnehmen liess. Das Werkstück wies eine erstaunliche Formstabilität auf (Vergleich: Paket vakuumverpackten Kaffepulvers). Diese war im Bereich der Kanten besonders gross, da hier zur Wirkung des Aussendrucks noch die durch den Falt- und Knitterprozess der Folie 1 bedingte Kantenversteifung (Rippenwirkung) dazukam. Das Werkstück wurde nun in eine Hochtemperaturpresse gebracht und bei einer Temperatur von 1150 ° C während 3 h unter einem Druck von 1100 bar heiss-isostatisch gepresst. Das Ergebnis war eine Rundstange aus einem vollständig dichten warmfesten Werkstoff hoher Streckgrenze und gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit.
    • Ausführungsbeispiel 7:
  • Es wurde eine Dampfturbinenschaufel aus einem korrosionsbeständigen Chromstahlpulver hergestellt. Abmessungen und Zusammensetzung der Schaufel entsprachen genau den unter Beispiel 1 angeführten Werten.
  • Es wurde zunächst genau gemäss Beispiel 2 vorgegangen. Nach der Evakuierung der Folie 1 (Latex-Sack) über die Zuleitung 10 zur Zwischenkammer 9 wurde der im vorliegenden Fall druckfest ausgeführte Behälter 3 über die Zuleitung 4 zusätzlich unter Druck gesetzt (vergl. Fig. 4). Der bis auf 3000 bar gesteigerte Druck im Behälter 4 pflanzte sich auf die Aussenfläche der Folie 1 fort, sodass unter seinem Einfluss das Pulver 5 kaltisostatisch gepresst wurde. Dadurch wurde bereits ein Formkörper (Grünling) mit einer Dichte von ca. 75 % des theoretischen Wertes gebildet. Der vorverdichtete Grünling wurde hierauf aus der Negativform entfernt und genau gleich wie unter Beispiel 2 angegeben verfahren. Zum Schluss wurde das Werkstück bei einer Temperatur von 1350 ° C dicht gesintert. Durch das vorausgegangene kalt-isostatische Pressen wurde der Prozess des Dichtsinterns beschleunigt und verbessert.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks ausgehend von Metall-und/oder Keramikpulvern unter Heranziehung eines Sinterprozesses, wobei ein Pulver 5 oder eine Pulvermischung in eine Form 2 abgefüllt und vorverdichtet wird, besteht ganz allgemein aus folgenden Teilschritten:
    • - Auskleiden einer die Gestalt des Werkstücks bestimmenden, mindestens einfach geteilten Negativform 2 auf den innenliegenden Wänden mit einer sich den Konturen anschmiegenden gasdichten organischen oder anorganischen einseitig geschlossenen dünnen Folie 1,
    • - Anpressen der Folie 1 auf die innenliegenden Wände der Negativform 2 durch Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Negativform 2 bestimmten Hohlraum und dem Raum ausserhalb der Negativform 2,
    • - Einfüllen des Pulvers 5 in den Hohlraum der Negativform 2 unter Wahrung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Folie 1 begrenzten Innenraum und dem Raum ausserhalb der Negativform 2, dergestalt, dass der Druck im Innenraum stets höher als derjenige im Raum ausserhalb der Negativform 2 gehalten wird,
    • - Zusammenpressen der in der Folie 1 eingeschlossenen Pulverpartikel 5 zwecks Erzeugung einer für die nachfolgenden Verfahrensschritte genügenden Festigkeit des Grünlings durch Erzeugung einer umgekehrten Druckdifferenz zwischen dem Raum ausserhalb der Negativform 2 und dem von der Folie umschlossenen Innenraum, dergestalt, dass der Druck ausserhalb der Negativform 2 stets höher als derjenige im Innenraum gehalten wird,
    • - Entfernen der geteilten Negativform 2 vom in der Folie 1 vorverdichteten Grünling,
    • - Einbetten des in der Folie 1 befindlichen vorverdichteten Grünlings in eine die Form des letzteren wahrende keramische Stützmasse 11,
    • - Erwärmen des Grünlings in der keramischen Stützmasse 11 bis zum Zersetzen und/oder Schmelzen und/oder Verdampfen der Folie 1,
    • - Weiter Erwärmen des Rohlings auf Sintertemperatur der Pulverpartikel und Sintern bis zur angestrebten Dichte des fertigen Werkstücks,
    • - Entfernen der keramischen Stützmasse 11.
  • Die Folie 1 besteht aus Metall, aus Kautschuk-Substanz (Latex) oder aus Kunststoff (Polyäthylen, Polypropylen, Äthyl-Vinylazetat, Polyvinylalkohol oder Polystyrol), wobei sie in letzterem Fall eine Dicke von 0,01 bis 0,2 mm aufweist. Vorzugsweise wird die Kunststoff-Folie 1 vor und während des Anpressens auf die innenliegenden Wände der Negativform 2 zur Erhöhung ihrer Geschmeidigkeit und Erniedrigung ihrer Härte erwärmt.
  • In vorteilhafter Weise wird eine Folie 1 verwendet, welche unter dem Einfluss der nach dem Innenraum der Negativform 2 gerichteten Druckdifferenz durch eine ihr eigene Steifigkeit die Wirkung des Zusammenpressens der Pulverpartikel zwecks Verfestigung unterstützt.
  • Vorzugsweise wird die nach dem Innenraum der Negativform 2 gerichtete Druckdifferenz so hoch gewählt, dass das Gemenge der Pulverpartikel durch kalt-isostatisches Pressen verdichtet wird.
  • Das Werkstück wird vorteilhafterweise nach dem Sintern zusätzlich heiss-isostatisch gepresst.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines komplizierten Werkstücks ausgehend von Metall- und/oder Keramikpulvern unter Heranziehung eines Sinterprozesses, wobei ein Pulver (5) oder eine Pulvermischung in eine Form (2) abgefüllt und vorverdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es aus folgenden Teilschritten besteht:
- Auskleiden einer die Gestalt des Werkstücks bestimmenden, mindestens einfach geteilten Negativform (2) auf den innenliegenden Wänden mit einer sich den Konturen anschmiegenden gasdichten organischen oder anorganischen einseitig geschlossenen dünnen Folie (1),
- Anpressen der Folie (1) auf die innenliegenden Wände der Negativform (2) durch Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Negativform (2) bestimmten Hohlraum und dem Raum ausserhalb der Negativform,
- Einfüllen des Pulvers (5) in den Hohlraum der Negativform (2) unter Wahrung einer Druckdifferenz zwischen dem durch die Folie (1) begrenzten Innenraum und dem Raum ausserhalb der Negativform (2), dergestalt, dass der Druck im Innenraum stets höher als derjenige im Raum ausserhalb der Negativform (2) gehalten wird,
- Zusammenpressen der in der Folie (1) eingeschlossenen Pulverpartikel (5) zwecks Erzeugung einer für die nachfolgenden Verfahrensschritte genügenden Festigkeit des Grünlings durch Erzeugung einer umgekehrten Druckdifferenz zwischen dem Raum ausserhalb der Negativform (2) und dem von der Folie umschlossenen Innenraum, dergestalt, dass der Druck ausserhalb der Negativform (2) stets höher als derjenige im Innenraum gehalten wird,
- Entfernen der geteilten Negativform (2) vom in der Folie (1) vorverdichteten Grünling,
- Einbetten des in der Folie (1) befindlichen vorverdichteten Grünlings in eine die Form des letzteren wahrende keramische Stützmasse (11),
- Erwärmen des Grünlings in der keramischen Stützmasse (11) bis zum Zersetzen und/oder Schmelzen und/oder Verdampfen der Folie (1),
- Weiter Erwärmen des Rohlings auf Sintertemperatur der Pulverpartikel und Sintern bis zur angestrebten Dichte des fertigen Werkstücks,
- Entfernen der keramischen Stützmasse (11
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (1) aus Metall verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (1) aus Kunststoff verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststoff-Folie (1) aus Polyäthylen, Polypropylen, Äthyl-Vinylazetat, Polyvinylalkohol oder Polystyrol von 0,01 bis 0,2 mm Dicke verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folie (1) vor und während des Anpressens auf die innenliegenden Wände der Negativform (2) zur Erhöhung ihrer Geschmeidigkeit und Erniedrigung ihrer Härte erwärmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (1) aus Kautschuk-Substanz wie Latex verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (1) verwendet wird, welche unter dem Einfluss der nach dem Innenraum der Negativform (2) gerichteten Druckdifferenz durch eine ihr eigene Steifigkeit die Wirkung des Zusammenpressens der Pulverpartikel zwecks Verfestigung unterstützt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Innenraum der Negativform (2) gerichtete Druckdifferenz so hoch gewählt wird, dass das Gemenge der Pulverpartikel durch kalt-isostatisches Pressen verdichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem Sintern zusätzlich heiss-isostatisch gepresst wird.
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