EP1036615B1 - Verfahren zum Aufschäumen eines metallischen Werkstoffes - Google Patents

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EP1036615B1
EP1036615B1 EP00105235A EP00105235A EP1036615B1 EP 1036615 B1 EP1036615 B1 EP 1036615B1 EP 00105235 A EP00105235 A EP 00105235A EP 00105235 A EP00105235 A EP 00105235A EP 1036615 B1 EP1036615 B1 EP 1036615B1
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EP
European Patent Office
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protective layer
space
wall
radiation
pressed part
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00105235A
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Bernd Rother
Andreas Mucha
Lothar Siegert
Frank Baumgärtner
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Schunk Sintermetalltechnik GmbH
Original Assignee
Schunk Sintermetalltechnik GmbH
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Application filed by Schunk Sintermetalltechnik GmbH filed Critical Schunk Sintermetalltechnik GmbH
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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
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • 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
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • 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
    • 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
    • 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 one of at least a metal powder and at least one gas-releasing propellant powder existing Pressings, which is optionally connected to at least one cover layer, wherein the Pressling is placed in a room and heated to foaming. Further
  • the invention relates to the use of a device for foaming a Compact.
  • From DE 44 26 627 C2 discloses a method and an apparatus for the production of metallic Composite materials of one or more cover layers of solid material and from a core located between them, known by compression a mixture of at least one metal powder and at least one gas-releasing Propellant powder is formed. A composite thus formed is then placed in a chamber furnace introduced at a temperature of 850 ° C. At this temperature foams the Pressling to the extent necessary without melting the outer layers.
  • the heating is thus carried out by heat transfer such that initially over indirectly transfer the heat to the pellet via a foaming tool becomes.
  • a foaming tool becomes.
  • A1 relates to a device for the digestion of substances.
  • a substance to be analyzed can be placed in a quartz glass vessel be introduced, the substance side with a protective layer z.
  • the present invention is based on the problem with high efficiency and energetic low-foaming compacts, with the additional possibility to be given is intended to heat different areas of the compact different or, where appropriate to observe the foaming in order to be able to intervene in a targeted manner.
  • the problem is essentially solved by the fact that the compact is foamed by externally injected into the room radiation energy, wherein the space of a transparent, semitransparent or translucent wall is limited, at least the space inside with one opposite the foamable compact and the optional topcoat chemically inert, permeable to the coupled radiation energy or substantially permeable protective layer is provided.
  • quartz glass material or such containing is 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 may be used as the protective layer.
  • the protective layer can be applied to the inner surfaces of the wall, optionally via a bonding agent layer, by PVD methods.
  • electron beam evaporation, magnetron sputtering, cathodic arc evaporation or plasma immersion ion implantation come into question.
  • the protective layer such as aluminum oxide layer is coupled via at least one graded intermediate layer in particular of silicon and aluminum oxide to the wall as the quartz glass component, in particular the protective layer such as aluminum oxide layer by physical vapor deposition and / or chemical vapor deposition is deposited and preferably the alumina is formed by post-oxidation of an aluminum layer by means of plasma treatment and / or thermal oxidation or reaction with SiO 2 .
  • the invention relates to the use of a device with one of a wall limited space and a radiant energy einkoppelnden in the room Energy source, wherein the wall opposite to the input radiation energy is transparent or at least translucent and at least room inside with a chemically inert to the foamable material and to the radiant energy transparent or translucent protective layer is covered, for foaming a arranged in the space consisting of at least one metal powder and at least one gas-releasing propellant powder consisting of existing compact.
  • the thickness D of the wall itself should be in the range between 5 and 25 mm in particular about 15 mm.
  • the heat source itself is preferably IR emitters, the Radiation energy is coupled in such a way that in the foaming body Heat sinks can form. This allows a targeted foaming geometry and targeted density gradient can be achieved.
  • the thickness thereof should be in the range between 20 nm and 2 ⁇ m.
  • the quartz glass By the use of quartz glass material to form the walls, the Surrounded by frothing to press, arrive mechanically durable long-term stable Materials are used that are manufactured and used inexpensively can.
  • the quartz glass ensures that heat radiation, especially in the Infrared range up to 2 microns and in the range between 3 and 3.5 microns with a transmission coefficient between 0.8 and 0.9 can be coupled. Furthermore, results in the Use of quartz glass the possibility of visual observation during foaming, so that a controlling intervention during foaming is possible.
  • the wall can consist of quartz glass components. Quartz glass is because of its high melting point and high transparency in the infrared and in the visible spectral range for coupling heat radiation into hot, liquid and gaseous media and for the observation of the processes themselves suitable. When contact However, reactions occur with chemically aggressive media such as liquid aluminum on, the quartz glass parts or components made therefrom within a short time to destroy.
  • the invention proposes that the transparent glass block on its facing the material Side chemically passivated and provided with a protective layer of aluminum oxide. This may have a thickness between 20 nm and 2 microns.
  • the alumina layer is made up of a graded interlayer Silicon and / or alumina is coupled to the base material.
  • a device 10 in which a compact 12, on opposite Provided with metal cover layers 14, 16, foamed to a metallic composite of light weight, However, to produce high strength.
  • Appropriate composites form efficient Lightweight structures, the z. B. in traffic engineering used. Such composites are characterized by low density at relatively high Stiffness out.
  • the compact 12 may consist of a mixture of aluminum powder and z. B. 12% by weight Silicon powder and 0.8% by weight of titanium hydride powder as gas-releasing Propellant powder be composed, which then mixed precompacted into a billet become. This can be open or closed pore. Then the compact 12 has been covered with the cover layers 14, 16 by rollers. If the compact 12 was open-pored, this step becomes a necessary closed porosity achieved.
  • the temperature during rolling itself is about 400 ° C.
  • the sandwich body thus formed is then introduced into a space 18, which a wall 20 is limited, which consists of quartz glass material.
  • a wall 20 which consists of quartz glass material.
  • the space of a cup-shaped lower part 22 and this final Cover part 24 is formed.
  • the walls with a Protective layer 26, 28 provided the radiation to be coupled into the space 18 is permeable.
  • the thickness of the wall 20 itself is also chosen so that this is transparent or translucent with respect to a radiation that can be coupled in.
  • the receptacle is circumferentially surrounded in the embodiment of infrared radiators, exemplified by reference numerals 30, 32.
  • the protective layer 26 is preferably one 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 compared to the aggressive material of the compact, so in particular when using aluminum powder against this chemically inert, so that the otherwise vulnerable to aluminum quartz material is protected.
  • the thickness of the protective layer 26, 28, however, is selected such that it is also transparent or translucent with respect to the radiation to be coupled in.
  • radiation can be coupled in from the outside into the space 18 to the extent necessary to heat the compact 12 to a temperature that allows foaming.
  • the infrared radiators 30, 32 can be arranged around the space 18 in such a way that heat sinks can form in the pressed body 12, whereby targeted geometry formation and / or density gradients can be achieved during foaming.
  • the space 18 may further have an internal geometry, that of the final geometry should correspond to the foamed workpiece.
  • the walls 20 can be modular, so that with simple measures a change is possible.
  • the protective layers 26, 28 are preferably by PVD method, in particular by electron beam evaporation, magnetron sputtering, arc evaporation or Plasma immersion ion implantation applied.
  • the protective layer 26, 28 sufficiently protects the quartz glass material, its Thickness between 5 and 25 nm, in particular in the range of 10 nm.
  • the wall itself has a thickness D of 15 mm.
  • the emitters 30, 32 preferably emit light in the mid-infrared range. Regardless, however, the wavelength should be based on the material of the wall and the Be matched protective layer to ensure a high degree of transmission.
  • Fig. 2 is purely in principle a z. B. for a Kokillenan angel particular bottom plate 34 made of quartz glass, the z. B. dimensions of 180x80x5 mm 3 has.
  • the plate 34 has on its kokilleninnen compounder surface 36 in an approximately 1 micron thick and adherent layer 38 of Al 2 O 3 .
  • the electron beam evaporation of an Al 2 O 3 melt can be used. The coating is carried out at a residual gas pressure of about 1 x 10 -4 mbar.
  • the corresponding plate 34 may be in a mold, not shown, with the layer 38 be used facing the interior. Both when pouring liquid aluminum as well as the melting of an aluminum sheet by means of infrared radiation, the was coupled through the transparent plate 36, a reaction with the Quartz glass plate 34 liquid aluminum can not be determined. After cooling could a solidified aluminum part without difficulty from the coated quartz glass plate 34 are removed.
  • the mold itself may be arranged in a carrier receptacle for transport to facilitate a heat source such as infrared radiators or away from them. hereby There is a simplification of the charging or the handling of the foaming or foamed materials.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschäumen eines aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Presslings, der gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht verbunden wird, wobei der Pressling in einen Raum angeordnet und zu dessen Aufschäumen erwärmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Vorrichtung zum Aufschäumen eines Presslings.
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.
Aus der DE 197 34 394 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum bekannt. Dabei wird in einer Schäumzelle aufzuschäumendes Material erwärmt, das die Schäumzelle über eine Austrittsöffnung verlässt und dabei vor, während oder nach dem Austreten aufschäumt. Das Erwärmen kann durch eine Induktionsheizung erfolgen.
Die DE 44 13 423 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufschluss von Substanzen. Eine zu analysierende Substanz kann dabei in ein aus Quarzglas bestehendes Gefäß eingebracht sein, das substanzsseitig mit einer Schutzschicht z. B. aus Bornitrid versehen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit hoher Effizienz und energetisch günstig Presslinge aufzuschäumen, 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 der Pressling durch von außen in den Raum eingekoppelte Strahlungsenergie aufgeschäumt wird, wobei der Raum 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 eingekoppelten Strahlungsenergie durchlässigen oder im Wesentlichen durchlässigen Schutzschicht versehen 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.
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.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Vorrichtung mit einem von einer Wandung begrenzten Raum sowie einer Strahlungsenergie in den Raum einkoppelnden Energiequelle, wobei die Wandung gegenüber der einkoppelbaren Strahlungsenergie transparent oder zumindest translucent ist und zumindest rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Material chemisch inerten und gegenüber der Strahlungsenergie transparenten oder translucenten Schutzschicht abgedeckt ist, zum Aufschäumen eines in dem Raum angeordneten aus zumindest einem Metallpulver und zumindest einem Gas abspaltenden Treibmittelpulver beste-henden Presslings.
Die Dicke D der Wandung selbst sollte im Bereich zwischen 5 und 25 mm liegen 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, liegen sollte.
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 Pressling 12, der 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.
Der Pressling 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. Abmessungen 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 Alumimiums 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 (12)

  1. Verfahren zum Aufschäumen eines aus zumindest einem Metallpulver und zumindest einem gasabspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Presslings, der gegebenenfalls mit zumindest einer Deckschicht verbunden wird, wobei der Pressling in einem Raum angeordnet und zu dessen Aufschäumen erwärmt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling durch von außen in den Raum eingekoppelte Strahlungsenergie aufgeschäumt wird, wobei der Raum von einer transparenten, semitransparenten bzw. translucenten Wandung begrenzt ist, die zumindest rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Pressling chemisch inerten, gegenüber der eingekoppelten Strahlungsenergie durchlässigen oder im Wesentlichen durchlässigen Schutzschicht versehen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzschicht verwendet wird, die gegenüber der gegebenenfalls vorhandenen Deckschicht chemisch inert ist.
  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 nm 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-lonenimplantation 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. Verwendung einer Vorrichtung mit einem von einer Wandung begrenzten Raum sowie einer Strahlungsenergie in den Raum einkoppelnden Energiequelle, wobei die Wandung gegenüber der einkoppelbaren Strahlungsenergie transparent oder zumindest translucent ist und zumindest rauminnenseitig mit einer gegenüber dem aufschäumbaren Material chemisch inerten und gegenüber der Strahlungsenergie transparenten oder translucenten Schutzschicht abgedeckt ist, zum Aufschäumen eines in dem Raum angeordneten aus zumindest einem Metallpulver und zumindest einem Gas abspaltenden Treibmittelpulver bestehenden Presslings.
  10. Verwendung der Vorrichtung noch Anspruch 9, wobei die Wandung auf Quarzglasbasis, insbesondere in Form von Quarzglasbausteinen aufgebaut ist, wobei die Wandung gegebenenfalls modular aufgebaut ist, und daß die Wandung vorzugsweise Dicke D mit 5 mm ≤ D ≤ 25 mm, insbesondere mit D in etwa 15 mm aufweist.
  11. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schutzschicht 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. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Wärmequelle insbesondere zumindest ein IR-Strahler ist und dass vorzugsweise die Wärmequelle derart außerhalb des Raumes angeordnet ist, dass in dem Pressling Wärmesenken ausbildbar sind.
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