EP1036615A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufschäumen eines metallischen Werkstoffes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Aufschäumen eines metallischen Werkstoffes Download PDF

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EP1036615A1
EP1036615A1 EP00105235A EP00105235A EP1036615A1 EP 1036615 A1 EP1036615 A1 EP 1036615A1 EP 00105235 A EP00105235 A EP 00105235A EP 00105235 A EP00105235 A EP 00105235A EP 1036615 A1 EP1036615 A1 EP 1036615A1
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EP
European Patent Office
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compact
radiation
protective layer
wall
room
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EP00105235A
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Bernd Rother
Andreas Mucha
Lothar Siegert
Frank Baumgärtner
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Schunk Sintermetalltechnik GmbH
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Schunk Sintermetalltechnik GmbH
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    • 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
    • B22F3/10—Sintering only
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    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0028—Microwave heating

Definitions

  • the invention relates to a method for foaming at least one a metal powder and at least one gas-releasing blowing agent powder Semi-finished product, which is optionally connected to at least one cover layer, the semi-finished product is introduced into a room and heated to foam it becomes.
  • the invention further relates to a device for foaming a from at least one metal powder and at least one gas-releasing blowing agent powder existing semi-finished product, which may be provided with a top layer, comprising a space which receives the compact and is delimited by a wall, and a heat source for thermal foaming of the compact Treatment of the compact in the room.
  • DE 44 26 627 C2 describes a method and a device for producing metallic composite materials made of one or more outer layers made of solid Material and known from a core located between them, by compression a mixture of at least one metal powder and at least one gas-releasing blowing agent powder is formed. A composite thus formed is then placed in a chamber furnace at a temperature of 850 ° C. At this temperature The compact foams to the required extent without the cover layers melt.
  • the heating is therefore carried out by heat transfer such that initially over the furnace indirectly transfers the heat to the compact via a foam tool becomes.
  • Such a process is energetically unfavorable and often leads to overheating of the foam so that the composite materials produced are not the required ones Exhibit goodness.
  • the present invention is based on the problem, a method and a Arrangement of the type mentioned in such a way that with high efficiency and energetically favorable compacts can be foamed, the additional Possibility should be given to different areas of the compact differently to warm up or, if necessary, observe the foaming in order to intervene in a targeted manner to be able to.
  • the problem is essentially solved in that the semi-finished product is foamed by radiation energy injected into the room from the outside.
  • the semi-finished product is foamed by radiation energy injected into the room from the outside.
  • Radiating from the known prior art there is no heat transfer from the room that receives the pellet itself, but from outside into the room coupled energy. This is particularly radiation energy in the middle or far infrared range. Radiation in the microwave range also comes in Question.
  • the pellet is heated in a room by one for the one to be coupled Radiation transparent or semi-transparent or translucent wall is limited, the room side with a foamable pellet and the optionally present top layer chemically inert to the coupled radiant energy permeable or substantially permeable Protective layer is provided.
  • the wall of the room that receives the compact the protective layer is applied comes in particular quartz glass material or containing such in question.
  • Al 2 O 3 and / or Si 3 N 4 and / or BN and / or SiO 2 / Al 2 O 3 and / or mixtures thereof can be used as the protective layer.
  • the protective layer can be applied to the inner surfaces of the wall, possibly via an adhesion promoter layer, by means of PVD processes. Electron beam evaporation, magnetron sputtering, cathodic arc evaporation or plasma immersion ion implantation are particularly suitable.
  • the protective layer such as aluminum oxide layer is coupled to the wall such as the quartz glass component via at least one graded intermediate layer, in particular made of silicon and aluminum oxide, in particular the protective layer such as aluminum oxide layer by physical deposition from the vapor phase and / or by chemical deposition from the gas phase is deposited and preferably the aluminum oxide is formed by post-oxidation of an aluminum layer by means of plasma treatment and / or thermal oxidation or reaction with SiO 2 .
  • a device of the type mentioned is characterized in that the wall from radiation energy of the energy source that can be coupled into the room or is at least translucent and inside the room with one opposite foamable material chemically inert and against radiation energy transparent or translucent protective layer is covered.
  • the wall itself built especially on quartz glass. So the wall can be made up of individual Glass blocks exist, whereby a modular structure of the room is possible, so that its inner geometry easily matches the final geometry of the foam to be foamed Body is customizable.
  • the thickness D of the wall itself should be in the range between 5 and 25 mm, in particular be about 15 mm.
  • the heat source itself is preferably an IR radiator, the Radiation energy can be coupled in such a way that it is in the body to be foamed Can form heat sinks. This enables a specific foaming geometry and targeted density gradients can be achieved.
  • the protective layer which, as mentioned, can be an Al 2 O 3 or Si 3 N 4 or BN material or contain it, it should be noted that its thickness is in the range between 20 nm and 2 ⁇ m.
  • the teachings of the invention are radiant heat with a structurally simple structure can be coupled into the pellet or body to be foamed, whereby compared to conventional methods, in which heat transfer by means of there is considerable energy savings from the heat given off by the furnace walls and in particular results in a time saving of up to 50%. Overheating the foam is excluded. There is also no post-heating, which means the cycle times of foaming would otherwise be adversely affected.
  • the radiation energy that can be coupled in also has the advantage that areas heat can be applied to the semi-finished product to be foamed, so that, as mentioned, a desired geometry formation is already achieved by foaming can be done.
  • quartz glass material By using quartz glass material to form the walls that the surrounding the foam to be foamed, mechanically stressable long-term stable Materials used that are inexpensive to manufacture and use can.
  • the quartz glass ensures that heat radiation, especially in the Infrared range up to 2 ⁇ m and in the range between 3 and 3.5 ⁇ m with a transmission coefficient can be coupled in between 0.8 and 0.9.
  • the Use of quartz glass the possibility of visual observation when foaming, so that a controlling intervention when foaming is possible.
  • the wall can preferably consist of quartz glass components. Is quartz glass because of its high melting point and high transparency in the infrared and Visible spectral range for coupling heat radiation into hot, liquid and gaseous media and suitable for observing the processes themselves. On contact however, reactions occur with chemically aggressive media such as liquid aluminum on, the quartz glass parts or components made from them within a short time to destroy.
  • the transparent glass block faces the material Side is chemically passivated and provided with a protective layer made of aluminum oxide. It can have a thickness between 20 nm and 2 ⁇ m.
  • the aluminum oxide layer from a graded intermediate layer Silicon and / or aluminum oxide is coupled to the base material.
  • a device 10 is shown in which a semifinished product 12, the opposite Sides are provided with metal cover layers 14, 16, to be foamed to form a metallic composite material of low weight, but to produce high strength.
  • Corresponding composite materials form powerful ones Lightweight structures that e.g. B. used in traffic engineering. Such composites are characterized by low density and relatively high Stiffness.
  • the semi-finished product 12 can be made from a mixture of aluminum powder and z. B. 12% by weight Silicon powder and 0.8% by weight titanium hydride powder as gas-releasing Blowing agent powder be composed, which then mixes pre-compacted into an ingot become. This can be open or closed pore. Then there is the pellet 12 have been covered with the cover layers 14, 16 by rolling. If the pellet 12 was open-pore, this process step becomes a necessary closed-pore achieved. The temperature during rolling itself is approximately 400 ° C.
  • the sandwich body thus formed is then introduced into a space 18, which is from a wall 20 is limited, which consists of quartz glass material.
  • a space which is from a wall 20 is limited, which consists of quartz glass material.
  • the space is made up of a pot-shaped lower part 22 and a closing part Cover part 24 formed.
  • a Protective layer 26, 28 provided, the radiation to be coupled into the room 18 is permeable.
  • the thickness of the wall 20 itself is also chosen such that this is transparent or translucent to a coupling-in radiation.
  • the receptacle is surrounded on the circumference by infrared radiators, which are provided with the reference numerals 30, 32 by way of example.
  • the protective layer 26 is preferably one made of Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , BN or SiO 2 / Al 2 O 3 or containing these materials.
  • the protective layer is chemically inert to the aggressive material of the compact, in particular when aluminum powder is used, so that the quartz material that is otherwise attackable by aluminum is protected.
  • the thickness of the protective layer 26, 28 is selected such that it is also transparent or translucent to radiation to be coupled in. Radiation can thus be coupled into the space 18 from the outside to the required extent in order to heat the compact 12 to a temperature which enables foaming.
  • the infrared radiators 30, 32 can be arranged around the space 18 in such a way that heat sinks can form in the pellet 12, as a result of which specific geometry and / or density gradients can be achieved when foaming.
  • the space 18 can furthermore have an internal geometry, that of the final geometry of the workpiece to be foamed.
  • a simple geometry adjustment to enable, the walls 20 can be modular, so that change is possible with simple measures.
  • the protective layers 26, 28 are preferably made by PVD methods, in particular by electron beam evaporation, magnetron sputtering, arc evaporation or Plasma immersion ion implantation applied.
  • the protective layer 26, 28 adequately protects the quartz glass material, its should Thickness between 5 and 25 nm, in particular in the range of 10 nm.
  • the wall itself has a thickness D of 15 mm.
  • Light in the middle infrared range is preferably emitted by the emitters 30, 32. Regardless, however, the wavelength should be based on the material of the wall and the Protective layer must be coordinated to ensure a high degree of transmission.
  • a z. B. shown for a mold arrangement bottom plate 34 made of quartz glass, the z. B. Dimension of 180x80x5 mm 3 .
  • the plate 34 has an approximately 1 ⁇ m thick and adherent layer 38 made of Al 2 O 3 on its inner surface 36 of the mold. Electron beam evaporation from an Al 2 O 3 melt can be used as the coating process. The coating takes place at a residual gas pressure of approximately 1 x 10 -4 mbar.
  • the corresponding plate 34 can be provided with the layer 38 in a mold, not shown be used facing the interior. Both when pouring liquid aluminum as well as when melting an aluminum sheet using infrared radiation is coupled through the transparent plate 36, a reaction with the Quartz glass plate 34 liquid aluminum can not be found. After cooling could freeze a solidified aluminum part from the coated quartz glass plate 34 can be removed.
  • the mold itself can be arranged in a carrier receptacle for transport to a heat source such as infrared radiators or away from them.
  • a heat source such as infrared radiators or away from them.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschäumen eines aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Halbzeugs (12), das gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht (14,16) verbunden wird, wobei das Halbzeug in einen Raum (18) eingebracht und zu dessen Aufschäumen erwärmt wird. Um mit hoher Effizienz und energetisch günstig Presslinge aufschäumen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Halbzeug durch von außen in den Raum eingekoppelte Strahlungsenergie aufgeschäumt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschäumen eines aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Halbzeugs, das gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht verbunden wird, wobei das Halbzeug in einen Raum eingebracht und zu dessen Aufschäumen erwärmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Aufschäumen eines aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Halbzeugs, das gegebenenfalls mit einer Deckschicht versehen ist, umfassend ein den Pressling aufnehmenden von einer Wandung begrenzten Raum sowie eine Wärmequelle zur ein Aufschäumen des Presslings bewirkenden thermischen Behandlung des Presslings in dem Raum.
Aus der DE 44 26 627 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Verbundwerkstoffen aus einer oder mehreren Deckschichten aus massivem Material und aus einem zwischen diesen befindlichen Kern bekannt, der durch Verdichten einer Mischung aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver gebildet ist. Ein so gebildeter Verbund wird sodann in einen Kammerofen bei einer Temperatur von 850 °C eingebracht. Bei dieser Temperatur schäumt der Pressling in erforderlichem Umfang auf, ohne dass die Deckschichten schmelzen.
Das Erwärmen erfolgt demzufolge durch Wärmeübertragung derart, dass zunächst über den Ofen über ein Schaumwerkzeug indirekt die Wärme auf den Pressling übertragen wird. Ein solches Verfahren ist energetisch ungünstig und führt häufig zu einer Überhitzung des Schaumes, so dass die hergestellten Verbundwerkstoffe nicht die erforderliche Güte aufweisen. Ferner ist es kaum möglich, in das Halbzeug gezielt Wärme derart einzuleiten, dass reproduzierbar Bereiche des Presslings unterschiedlich aufgeschäumt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit hoher Effizienz und energetisch günstig Presslinge aufgeschäumt werden können, wobei zusätzlich die Möglichkeit gegeben sein soll, unterschiedliche Bereiche des Presslings unterschiedlich zu erwärmen bzw. gegebenenfalls das Aufschäumen zu beobachten, um gezielt eingreifen zu können.
Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Halbzeug durch von außen in den Raum eingekoppelte Strahlungsenergie aufgeschäumt wird. Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik erfolgt keine Wärmeübertragung von dem den Pressling aufnehmenden Raum selbst, sondern von außen in den Raum eingekoppelte Energie. Hierbei handelt es sich insbesondere um Strahlungsenergie im mittleren bzw. fernen Infrarotbereich. Auch Strahlung im Mikrowellenbereich kommt in Frage.
Insbesondere wird der Pressling in einem Raum erwärmt, der von einer für die einzukoppelnde Strahlung transparenten bzw. semitransparenten bzw. translucenten Wandung begrenzt ist, die raumseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Pressling und der gegebenenfalls vorhandenen Deckschicht chemisch inerten gegenüber der eingekoppelten Strahlungsenergie durchlässigen oder im Wesentlichen durchlässigen Schutzschicht versehen wird. Als Wandung des den Pressling aufnehmenden Raums, auf die die Schutzschicht aufgebracht wird, kommt insbesondere Quarzglasmaterial oder solches enthaltendes in Frage.
Die Verwendung eines semitransparenten Materials hat den Vorteil, dass das aufzuschäumende Material nicht durch die anderenfalls wie ein kalter Pol wirkende Wandung "geschockt" wird.
Als Schutzschicht kann Al2O3 und/oder Si3N4 und/oder BN und/oder SiO2/Al2O3 und/oder Mischungen dieser verwendet werden. Dabei kann die Schutzschicht auf die Innenflächen der Wandung, gegebenenfalls über eine Haftvermittlerschicht, durch PVD-Verfahren aufgebracht werden. Insbesondere Elektronenstrahlverdampfung, Magnetron-Sputtern, kathodische Lichtbogenverdampfung oder Plasmaimmersions-Ionenimplantation kommen in Frage.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die die Schutzschicht wie Aluminiumoxidschicht über zumindest eine gradierte Zwischenschicht insbesondere aus Silicium- und Aluminiumoxid an die Wandung wie das Quarzglasbauteil angekoppelt wird, insbesondere die Schutzschicht wie Aluminiumoxidschicht durch physikalische Abscheidung aus der Dampfphase und/oder durch chemische Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden wird und vorzugsweise das Aluminiumoxid durch Nachoxidation einer Aluminiumschicht mittels Plasmabehandlung und/oder thermische Oxidation bzw. Reaktion mit SiO2 ausgebildet wird.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Wand aus gegenüber in den Raum einkoppelbarer Strahlungsenergie der Energiequelle transparent oder zumindest translucent ist und rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Material chemisch inerten und gegenüber der Strahlungsenergie transparenten oder translucenten Schutzschicht abgedeckt ist. Dabei ist die Wandung selbst insbesondere auf Quarzglasbasis aufgebaut. So kann die Wandung aus einzelnen Glasbausteinen bestehen, wodurch ein modularer Aufbau des Raumes möglich ist, so dass dessen Innengeometrie problemlos an die Endgeometrie des aufzuschäumenden Körpers anpassbar ist.
Die Dicke D der Wandung selbst sollte im Bereich zwischen 5 und 25 mm, insbesondere etwa 15 mm betragen.
Bei der Wärmequelle selbst handelt es sich vorzugsweise um IR-Strahler, wobei die Strahlungsenergie derart einkoppelbar ist, dass sich in dem aufzuschäumenden Körper Wärmesenken ausbilden können. Hierdurch kann eine gezielte Aufschäumgeometrie und gezielte Dichtegradiente erreicht werden.
Bezüglich der Schutzschicht, bei der es sich erwähntermaßen um ein Al2O3 oder Si3N4 oder BN-Material oder dieses enthaltendes handeln kann, ist anzumerken, dass deren Dicke im Bereich zwischen 20 nm und 2 µm.
Durch die erfindungsgemäßen Lehren ist mit konstruktiv einfachem Aufbau eine Strahlungswärme in den aufzuschäumenden Pressling bzw. Körper einkoppelbar, wobei sich im Vergleich zu konventionellen Verfahren, bei denen eine Wärmeübertragung mittels von den Ofenwandungen abgegebener Wärme erfolgt, eine erhebliche Energieeinsparung und insbesondere ein Zeitgewinn von bis zu 50 % ergibt. Das Überhitzen des Schaumes ist ausgeschlossen. Auch erfolgt kein Nachheizen, wodurch die Taktzeiten des Aufschäumens anderenfalls nachteilig beeinflusst werden würden.
Durch die einkoppelbare Strahlungsenergie ergibt sich auch der Vorteil, dass Bereiche des aufzuschäumenden Halbzeuges gezielt mit Wärme beaufschlagt werden können, so dass erwähntermaßen bereits durch das Aufschäumen eine gewünschte Geometrieausbildung erfolgen kann.
Durch die Verwendung von Quarzglasmaterial zur Ausbildung der Wandungen, die den aufzuschäumenden Pressling umgeben, gelangen mechanisch beanspruchbare langzeitstabile Materialien zum Einsatz, die kostengünstig hergestellt und benutzt werden können. Dabei stellt das Quarzglas sicher, dass Wärmestrahlung insbesondere im Infrarotbereich bis zu 2 µm und im Bereich zwischen 3 und 3,5 µm bei einem Transmissionskoeffizienten zwischen 0,8 und 0,9 einkoppelbar ist. Ferner ergibt sich bei der Verwendung von Quarzglas die Möglichkeit einer visuellen Beobachtung beim Aufschäumen, so dass ein steuerndes Eingreifen beim Aufschäumen möglich ist.
Bevorzugterweise kann die Wandung aus Quarzglasbauteilen bestehen. Quarzglas ist wegen seines hohen Schmelzpunktes und der hohen Transparenz im infraroten und im sichtbaren Spektralbereich zur Einkopplung von Wärmestrahlung in heiße, flüssige und gasförmige Medien sowie zur Beobachtung der Prozesse selbst geeignet. Beim Kontakt mit chemisch aggressiven Medien wie etwa flüssigem Aluminium treten jedoch Reaktionen auf, die Quarzglasteile bzw. hieraus hergestellte Bauteile binnen kurzer Zeit zerstören.
Für Kokillen, Reaktionsgefäße oder Rohrleitungen, die mit flüssigem Aluminium in Kontakt gelangen, werden verschiedene Keramiken wie z. B. Si3N4 in Form von Sinterbauteilen verwendet. Allerdings sind entsprechende Materialien weder im infraroten noch im sichtbaren Spektralbereich strahlungsdurchlässig, so dass eine Erwärmung der Materialien selbst allein über Wärmeleitung erfolgt. Eine visuelle Beobachtung von Prozessen selbst innerhalb entsprechender Geräte ist ebenfalls nicht möglich.
Um Quarzglas hierfür zu verwenden, ohne dass die Gefahr einer unerwünschten chemischen Reaktion mit aggressiven Medien erwächst, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der transparente Glasbaustein auf seiner dem Werkstoff zugewandten Seite chemisch passiviert und mit einer Schutzschicht aus Aluminiumoxid versehen ist. Dabei kann diese eine Dicke zwischen 20 nm und 2 µm aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aluminiumoxidschicht über eine gradierte Zwischenschicht aus Silicium- und/oder Aluminiumoxid an das Grundmaterial angekoppelt ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die insbesondere aus Quarzglasformteilen modular aufgebaute Form in einer Trägeraufnahme zur Strahlenquelle hin- bzw. von dieser wegtransportiert wird, wodurch ein Chargieren bzw. eine Handhabung der aufschäumbaren bzw. aufgeschäumten Materialien erleichtert wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Vorrichtung zum Herstellen eines aufschäumbaren metallischen Werkstoffes und
Fig. 2
eine beschichtete Quarzglasplatte.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, bei der ein Halbzeug 12, das auf gegenüberliegenden Seiten mit aus Metall bestehenden Deckschichten 14, 16 versehen ist, aufgeschäumt werden soll, um einen metallischen Verbundwerkstoff geringen Gewichts, jedoch hoher Festigkeit herzustellen. Entsprechende Verbundwerkstoffe bilden leistungsfähige Leichtbaustrukturen, die z. B. in der Verkehrstechnik zum Einsatz gelangen. Solche Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch niedrige Dichte bei relativ hoher Steifigkeit aus.
Das Halbzeug 12 kann aus einer Mischung aus Aluminiumpulver und z. B. 12 Gewichts-% Siliziumpulver und 0,8 Gewichts-% Titanhydridpulver als gasabspaltendes Treibmittelpulver zusammengesetzt sein, die vermischt sodann zu einem Barren vorkompaktiert werden. Dieser kann offen- oder geschlossenporig sein. Sodann ist der Pressling 12 mit den Deckschichten 14, 16 durch Walzen abgedeckt worden. Sofern der Pressling 12 offenporig war, wird bei diesem Verfahrensschritt eine notwendige Geschlossenporigkeit erzielt. Die Temperatur beim Walzen selbst beträgt in etwa 400 °C.
Der so gebildete Sandwichkörper wird sodann in einen Raum 18 eingebracht, der von einer Wandung 20 begrenzt ist, die aus Quarzglasmaterial besteht. Im Ausführungsbeispiel wird der Raum von einem topfförmigen Unterteil 22 und einem diesen abschließenden Deckelteil 24 gebildet. Rauminnenseitig sind die Wandungen mit einer Schutzschicht 26, 28 versehen, die gegenüber in den Raum 18 einzukoppelnder Strahlung durchlässig ist. Die Dicke der Wandung 20 selbst ist ebenfalls so gewählt, dass diese gegenüber einer einkoppelbaren Strahlung transparent bzw. translucent ist.
Die Aufnahme ist im Ausführungsbeispiel umfangsseitig von Infrarotstrahlern umgeben, die beispielhaft mit den Bezugszeichen 30, 32 versehen sind.
Bei der Schutzschicht 26 handelt es sich vorzugsweise um eine solche aus Al2O3, Si3N4, BN oder SiO2/Al2O3 oder diese Materialien enthaltend. Die Schutzschicht ist gegenüber dem aggressiven Material des Presslings, also insbesondere bei Verwendung von Aluminiumpulver gegenüber diesem chemisch inert, so dass das ansonsten von Aluminium angreifbare Quarzmaterial geschützt ist. Die Dicke der Schutzschicht 26, 28 ist jedoch so gewählt, dass diese ebenfalls gegenüber einzukoppelnder Strahlung transparent bzw. translucent ist. Somit kann im erforderlichen Umfang von außen in den Raum 18 hinein Strahlung eingekoppelt werden, um den Pressling 12 auf eine Temperatur zu erhitzen, die ein Aufschäumen ermöglicht. Die Infrarotstrahler 30, 32 können dabei derart um den Raum 18 angeordnet werden, dass sich in dem Pressling 12 Wärmesenken ausbilden können, wodurch beim Aufschäumen gezielte Geometrieausbildung und/oder Dichtegradienten erreichbar sind.
Der Raum 18 kann des Weiteren eine Innengeometrie aufweisen, die der Endgeometrie des aufzuschäumenden Werkstücks entsprechen soll. Um eine einfache Geometrieanpassung zu ermöglichen, können die Wandungen 20 modular aufgebaut werden, so dass mit einfachen Maßnahmen eine Veränderung möglich ist.
Die Schutzschichten 26, 28 werden vorzugsweise durch PVD-Verfahren, insbesondere durch Elektronenstrahlverdampfung, Magnetron-Sputtern, Lichtbogenverdampfung oder Plasmaimmersions-Ionenimplantation aufgebracht.
Damit die Schutzschicht 26, 28 das Quarzglasmaterial hinreichend schützt, sollte deren Dicke zwischen 5 und 25 nm, insbesondere im Bereich von 10 nm liegen. Die Wandung selbst weist eine Dicke D von 15 mm auf.
Von den Strahlern 30, 32 wird vorzugsweise Licht im mittleren Infrarotbereich emittiert. Unabhängig davon sollte jedoch die Wellenlänge auf das Material der Wandung und der Schutzschicht abgestimmt sein, um einen hohen Transmissionsgrad sicherzustellen.
In Fig. 2 ist rein prinzipiell eine z. B. für eine Kokillenanordnung bestimmte Bodenplatte 34 aus Quarzglas dargestellt, die z. B. Abmessung von 180x80x5 mm3 aufweist. Die Platte 34 weist auf ihrer kokilleninnenseitiger Fläche 36 eine in etwa 1 µm dicke und haftfeste Schicht 38 aus Al2O3 auf. Als Beschichtungsverfahren kann die Elektronenstrahlverdampfung aus einer Al2O3-Schmelze eingesetzt werden. Dabei erfolgt die Beschichtung bei einem Restgasdruck von in etwa 1 x 10-4 mbar.
Die entsprechende Platte 34 kann in einer nicht dargestellten Kokille mit der Schicht 38 dem Innenraum zugewandt eingesetzt werden. Sowohl beim Eingießen flüssigen Aluminiums als auch beim Erschmelzen eines Aluminiumbleches mittels Infrarotstrahlung, die durch die transparente Platte 36 eingekoppelt wird, konnte eine Reaktion mit der Quarzglasplatte 34 flüssigem Aluminium nicht festgestellt werden. Nach dem Abkühlen konnte ein erstarrtes Aluminiumteil ohne Schwierigkeiten von der beschichteten Quarzglasplatte 34 entfernt werden.
Die Kokille selbst kann in einer Trägeraufnahme angeordnet sein, um einen Transport zu einer Wärmequelle wie Infrarotstrahlern bzw. von diesen weg zu erleichtern. Hierdurch erfolgt eine Vereinfachung des Chargierens bzw. der Handhabung der aufzuschäumenden bzw. aufgeschäumten Materialien.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Aufschäumen eines aus zumindest einem Metallpulver und zumindest einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Halbzeugs, das gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht verbunden wird, wobei das Halbzeug in einem Raum eingebracht und zu dessen Aufschäumen erwärmt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Halbzeug durch von außen in den Raum eingekoppelte Strahlungsenergie aufgeschäumt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Pressling in einem Raum erwärmt wird, der von einer transparenten, semitransparenten bzw. translucenten Wandung begrenzt ist, die zumindest rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Pressling und der gegebenenfalls vorhandenen Deckschicht chemisch inerten, gegenüber der angekoppelten Strahlungsenergie durchlässigen oder im Wesentlichen durchlässigen Schutzschicht versehen wird.
  3. Verfahren nach zumindest Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Pressling mit einer Strahlung einer Wellenlänge λ mit 700 nm < λ < 4 µm, insbesondere mit 3,0 < λ < 3,5 µm, oder mit einer Strahlung im mittleren Infrarot oder mit einer Strahlung, die im fernen Infrarot liegt, oder mit einer Strahlung im Mikrowellenbereich erwärmt wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Wandung des den Pressling aufnehmenden Raums in Bezug auf die einzukoppelnde Strahlung transparentes bzw. semitransparentes Formmaterial wie Quarzglasmaterial oder solches enthaltendes verwendet wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Schutzschicht Al2O3 und/oder Si3N4 und/oder Al2O3/SiO2 und/oder BN oder diese enthaltendes Material verwendet wird, wobei vorzugsweise die Schutzschicht mit einer Dicke d mit 8 nm ≤ d ≤ 2 µm, insbesondere d in etwa 20 um bis 500 nm versehen wird.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schutzschicht durch PVD-Verfahren, durch Elektronenstrahlverdampfung, Magnetron-Sputtern, Lichtbogenverdampfung oder Plasmaimmersions-Ionenimplantation aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Strahlungsenergie derart angekoppelt wird, dass sich im Pressling Wärmesenken bilden.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schutzschicht wie Aluminiumoxidschicht (38) über zumindest eine gradierte Zwischenschicht insbesondere aus Silicium- und Aluminiumoxid an die Wandung wie das Quarzglasbauteil (34) angekoppelt wird, dass insbesondere die Schutzschicht wie Aluminiumoxidschicht durch physikalische Abscheidung aus der Dampfphase und/oder durch chemische Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden wird und dass vorzugsweise das Aluminiumoxid durch Nachoxidation einer Aluminiumschicht mittels Plasmabehandlung und/oder thermische Oxidation bzw. Reaktion mit SiO2 ausgebildet wird.
  9. Vorrichtung zum Aufschäumen eines aus zumindest einem Metallpulver und zumindest einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Halbzeugs (12), das gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht (14, 16) verbunden ist, umfassend einen den Pressling aufnehmenden von einer Wandung (20) begrenzten Raum (18) sowie eine Wärmequelle zum Aufschäumen des Presslings durch thermische Behandlung des Presslings in dem Raum,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wandung (20, 22, 24) gegenüber in dem Raum (18) einkoppelbarer Strahlungsenergie der Energiequelle (30, 32) transparent oder zumindest translucent ist und zumindest rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Material chemisch inerten und gegenüber der Strahlungsenergie transparenten oder translucenten Schutzschicht (26, 28) abgedeckt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wandung (20, 22, 24) auf Quarzglasbasis, insbesondere in Form von Quarzglasbausteinen aufgebaut ist, wobei die Wandung (20, 22, 24) gegebenenfalls modular aufgebaut ist, und dass die Wandung vorzugsweise eine Dicke D mit 5 mm ≤ D ≤ 25 mm, insbesondere mit D in etwa 15 mm aufweist.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schutzschicht (26, 28) aus Al2O3 und/oder SiO2/Al2O3 und/oder Si3N4 und/oder BN besteht oder dieses enthält und vorzugsweise eine Dicke d mit 20 nm ≤ d ≤ 2 µm aufweist.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmequelle (30, 32) insbesondere zumindest ein IR-Strahler ist und dass vorzugsweise die Wärmequelle derart außerhalb des Raumes (18) angeordnet ist, dass in dem Pressling (12) Wärmesenken ausbildbar sind.
  13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Pressling in einer von den Wandungen (20, 22, 24) gebildeten Kokille anordbar ist, die in einer Trägeraufnahme angeordnet ist.
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