EP1587772B1 - Verfahren zur herstellung poröser sinterformkörper - Google Patents

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EP1587772B1
EP1587772B1 EP04705030A EP04705030A EP1587772B1 EP 1587772 B1 EP1587772 B1 EP 1587772B1 EP 04705030 A EP04705030 A EP 04705030A EP 04705030 A EP04705030 A EP 04705030A EP 1587772 B1 EP1587772 B1 EP 1587772B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molding composition
foaming
sintered
blowing agent
molding
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04705030A
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English (en)
French (fr)
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EP1587772A1 (de
Inventor
Jörg FÄRBER
Manfred Jaeckel
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Plansee SE
Original Assignee
Plansee SE
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Publication date
Application filed by Plansee SE filed Critical Plansee SE
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Application granted granted Critical
Publication of EP1587772B1 publication Critical patent/EP1587772B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cellular porous shaped sintered body with the manufacturing steps of preparing a thermoplastic flowable molding compound by mixing ceramic u / o metal powder with binder components and incorporation of organic blowing agents, converting the molding material into a molten state and introduction into a molding device, foaming the molding material by means of the blowing agent, solidification of the foamed molding composition, spreading of blowing agents and organic components and sintering of the thus treated molding.
  • a ductile binder has to be added to the matrix powder, for example a ductile metal powder in hard metal production, in order to obtain products which can be pressed and sintered.
  • a relatively recent technology for producing ceramic metallic sintered shaped bodies is the MIM (metal injection molding) process, in which the ceramic metallic matrix powder particles are mixed with organic binder components, and the mixture is usually brought into the desired shape in the thermoplastic state which solidifies molded part and then freed by pyrolysis u / o by dissolving and extracting its organic and / or inorganic binder components and finally sintered to form an approximately pore-free dense molded body.
  • the shaping takes place alternatively for injection molding, for example by means of extrusion.
  • Targeted pore structures in sintered bodies are created, for example, by mixing the matrix starting powders with a pulverulent placeholder, wherein the placeholder particles usually chemically before or during the sintering process from the molded composite material removed u / o removed by thermal decomposition and take their place free spaces, or pores. It is also known to produce pore structures in moldings by blowing in gases, for example argon or nitrogen gas, into a molten metal.
  • gases for example argon or nitrogen gas
  • sintered bodies having a pore structure are produced by introducing blowing agents as additives as homogeneously as possible into a matrix material mixed with thermoplastic binder and heating this composite or molding compound to the evaporation or foaming temperature of the blowing agent.
  • blowing agents as additives as homogeneously as possible into a matrix material mixed with thermoplastic binder
  • this composite or molding compound to the evaporation or foaming temperature of the blowing agent.
  • bubble-shaped gas spaces are formed in the, or foam formations of the thermoplastic or molten molding material, which stabilize upon cooling and transfer of the molding compound into a solid state and then allow extraction of the gas inclusions or the remaining propellant leaving pores.
  • the binder additives are extracted. The ready mechanical stabilization of the shaped body takes place by means of an additional sintering step.
  • a useful foaming agent is an isocyanate-capped polyoxyethylene polyol, which eliminates the need for an additional binder. According to one embodiment, under 50% volume expansion is foamed.
  • a disadvantage of this method is the use of water in conjunction with polyurethane or polyethylene binders, which allows the mass thus formed little thermoplastic properties and thus foaming in only a very limited volume. He comes to shrinkage after foaming.
  • the practically controllable pore content in the sintered body is 10-20% by volume, which generally precludes the formation of cellular pore structures.
  • the DE 177 15 20 A1 describes a method for producing ceramic masses by casting, with honeycomb structure in the mass inside and with a smooth surface, are stirred in the plastics with pearl structure in the tempered casting slurry and the molded body solidifies under cooling.
  • Preferred plastic is blowing agent-containing polystyrene which has been prefoamed depending on the desired bead size.
  • a disadvantage of this method is only unsatisfactory controllability of the bead distribution and arrangement in the casting slip, which is the use of the method with only moderate requirements for the mechanical minimum capacity of the cooled ceramic mass on the production of Shaped bodies with only low pore volume. The method does not provide for dispensing the polystyrene beads from the mass.
  • the essential features of the process lie in the separate preparation of two different components of a molding composition, on the one hand as an aqueous solution containing the foaming or blowing agent in a resinous binder and on the other hand, as a metal powder and a water-soluble, resinous binder solution , which are both brought together just before the planned foaming process.
  • the foaming step takes place in an atmosphere with at least 65% humidity.
  • the water-soluble resin binder stabilizes the pores formed in the bulk during foaming during the foaming and subsequent drying.
  • the water-soluble resin binder with temperature-dependent viscosity allows a suitable adjustment of the viscosity of the molding compound in adaptation to the individual production steps.
  • methyl cellulose hydroxypropylmethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, ammonium, ethyl celluslose and polyvinyl alcohol.
  • volatilizable hydrocarbons having 5 to 8 carbon atoms in the hydrocarbon radical are cited as means for forming gas bubbles or pores in the molding compound, specifically pentanes, hexanes, octanes, benzene and toluenes.
  • the foamable suspension may additionally contain organic plasticizers. A variety of oils, esters, glycerines and other organics are listed explicitly. The possible addition of specific means for stabilizing the foam state and the shaped microcells is provided.
  • the EP 0 460 392 A1 describes a method of producing foamable metal bodies by the steps of manufacturing, mixing metal powder and gas releasing propellant powder into a molding composition, heat compacting the molding composition under conditions permitting bonding and mechanical strengthening of the metal powders by diffusion, thereby gas tightly enclosing the propellant and simultaneously decomposing the propellant prevent. Furthermore, the compacted molding compound is brought to such a high temperature in an open container or in a mold that the matrix metal melts and the blowing agent decomposes to foam the melt. Depending on the heating and cooling rate, as well as the foaming time at maximum temperature, foam bodies of different pore size and structure are achieved. Titanium hydride, aluminum hydroxide and sodium bicarbonate are mentioned as blowing agents.
  • the object of the present invention is thus to provide an improved process for producing a highly porous metallic U / o ceramic sintered body by means of foaming a molding composition with the aid of a blowing agent.
  • the method thus serves to produce highly porous sintered shaped bodies with a cellular pore structure, ie the shaped body has comparatively thin cell walls, measured on the volume of the pores formed by them.
  • the finished sintered bodies have a solid sintered skeleton of the matrix materials metal u / o ceramic, free of additives, or only with insignificantly small residual amounts of such, the molding compound originally added additives. They have high mechanical strength.
  • the sintered cell walls are largely free of microporosity, but can also be manufactured on request in microporous execution.
  • the cell-like pores have a largely homogeneously uniform mean pore diameter of preferably 0.1 to 10 mm in the finished sintered body, in contrast to a microporosity that is regularly smaller by at least one order of magnitude, as known from sintering technology ,
  • the pore volume in the sintered body is preferably 60-85 vol.%.
  • Such high pore volume fractions are achievable only with strictly geometrically similar, for example honeycomb-like arrangement of the pores in the sintered shaped body.
  • EPS expandable poly-styrene
  • polystyrene blowing agent ie non-foamed polystyrene beads having a particle diameter of preferably 0.1 to 5 mm and containing as the blowing agent the volatile hydrocarbons pentane or hexane in a proportion of 1 to 8 % By weight.
  • copolymers of the monomeric styrene with fractions of acrylic esters or acrylonitrile instead of the pure EPS polystyrene beads.
  • the suitable combination of inventive blowing agent and matched thermoplastic binder components allows foaming of the molding composition up to comparatively very high pore volumes, measured on the known prior art.
  • sintered shaped bodies with greater than 30% by volume up to more than 85% by volume of cell-forming pores are produced in the sintered shaped body.
  • the plasticity of the molding material which is sufficient for foaming, is still present at significantly more than 50% by volume of metallic u / o ceramic matrix powder and correspondingly lower binder content in the prepared, unfoamed molding composition.
  • High proportions of matrix powder favor the subsequent sintering to mechanically strong sintered molded body substantially or make this possible.
  • Known methods aimed at achieving high pore volumes did not allow comparably favorable volume fractions in practice.
  • both the binder components and the inflated polystyrene beads are predominantly discharged from the molding composition via a solution process in organic solvents, such as acetone or ethyl acetate.
  • organic solvents such as acetone or ethyl acetate.
  • the process according to the invention uses, as a preponderantly predominant binder component, already known high-polymer plastics, such as, for example, polyamides, which are insoluble in the abovementioned solvents customary for extraction.
  • binder components used are plasticizers, surfactants and release agents that are as soluble in acetone and ethyl acetate at temperatures above 30 ° C as the polystyrene. These solvent-soluble additional components can lead to microporosity of the (still unsintered) cell walls and facilitate the application of solvent and solutes therein.
  • the proportion of binder in the molding compound must be matched to the materials used in the molding compound and the process parameters for their processing. If this proportion is too high, it impairs the sintering together of the matrix powder during the subsequent sintering process. If the proportion is too low, the foamed molding composition falls below a minimum mechanical strength, which is indispensable for manipulability and further processing.
  • the prepared molding material in a suitable shaping device is to be brought to a temperature suitable for volatilizing the blowing agents in the blowing agent, at the same time as the melting point of the molding compound.
  • Foaming is all the more controlled and uniform the more evenly the polystyrene particles or EPS beads are distributed in the molding compound and the more homogeneous the temperature distribution in the molding compound.
  • the process steps forming the molding compound and foaming can be carried out according to a number of different, previously practiced process.
  • the shaping and foaming of the molding composition has proven particularly useful by known injection molding.
  • Simply dimensioned shaped bodies such as plates, rounds or spheres, can be obtained by pressing a pulverulent EPS-containing molding compound Producing compacts and subsequent foaming with steam in a form perforated by slots economically.
  • the compacts can optionally be laminated with a non-foamable surface layer in a subsequent powder pressing process. This will give you plates or discs with pore-free outer layer.
  • the EPS is incorporated homogeneously into the molding compound melt at temperatures below 80 ° C. on a granulating extruder and the mass strands emerging from the perforated plate of the extruder are knocked off by means of so-called underwater granulation.
  • underwater granulation In order not to have to accept premature gas losses from the EPS beads, it is expedient to carry out the underwater granulation under increased media pressure.
  • Such EPS-containing molding compositions can be easily processed with the usual in plastics processing units to foamed molding compositions on.
  • EPS-containing granules are introduced directly into a vapor-permeable mold and foamed at the same time, as happens to a large extent with prefoamed EPS balls in the packaging industry.
  • this preferred method the production of large-scale and large-volume moldings is feasible.
  • the molding material is brought in a screw or piston press on melting and foaming simultaneously and pressed under high pressure of, for example 10 6 to 10 8 Pascal by a shaping tool.
  • the melt emerging from the mold increases its volume under foaming and is brought to a so-called calibration with simultaneous cooling in its enlarged shape to solidification and thus deducted steadily.
  • the molding composition is cooled to prevent foaming after exiting the extrusion die under high pressure.
  • the shaped mass is reheated, foamed in a volume increase adapted shape, cooled and treated according to the features of the invention.
  • This process variant is used primarily for the production of highly porous, large-area sintered moldings with either open or closed cell structure.
  • metallic and ceramic matrix materials is only in so far as a limitation, as they must be in the form of sinterable powder, a requirement whose implementation belongs to the knowledge of Pulvermetallurgen.
  • Preferred ceramic matrix materials are the oxides of aluminum, silicon and zirconium, as well as silicon nitride and mixtures thereof.
  • metallic matrix materials metals and alloys from the group Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Ta, Mo, W and the precious metals, as well as metallic oxides, hydrides and hard metals have proven particularly useful.
  • Sintered bodies produced by the process according to the invention have a wide field of application. The focus is on the application in the field of lightweight components and parts with relatively low thermal conductivity, as well as in the case of open-pored sintered moldings in the field of mechanical filters and catalysts.
  • Example 1 describes the preparation of a porous chromium nickel steel sintered body.
  • Water-atomized chromium nickel powder grade 316 L (Pamco, Japan, 90% particle size less than 15 microns) is in a kneading aggregate with binder components, composed of polyamide, plasticizer, wetting and release agent (the binder), in a weight ratio, 93 , 5% by weight of 316 L powder, 6.5% by weight of binder are thoroughly mixed and kneaded at about 100 ° C. until a low-viscosity melt is present.
  • This mass is discharged from the kneading unit, solidified by cooling and ground to powder of a particle size smaller than 0.3 mm.
  • 140 g of this powder are mixed with 13 g of EPS beads (Styrofoam P 656 from BASF, particle size 0.3 to 0.4 mm) in a laboratory mixer and at room temperature under a pressure of 200 bar to a powder compact of dimensions 60 x 90 x 7.2 mm 3 pressed.
  • This compact is placed in a 20 mm high Al frame of dimensions 70 x 100 mm 2 , its top and bottom surfaces are covered with filter paper and fine mesh and then each with 6 mm thick Al plates, so that a closed, pressure-resistant and yet vapor permeable form arises.
  • the vapor permeability is ensured by holes in the plates of 4 mm diameter and 3 mm spacing.
  • the mold filled with compact is exposed for 4 minutes in a steam autoclave with steam at 120 ° C. under steam pressure of less than 0.7 bar. After cooling the autoclave to less than 100 ° C, the mold is removed and cooled to about 30 ° C under cold water.
  • the molded article of dimensions 70 ⁇ 100 ⁇ 20 mm 3 inflated compact is removed after removal from the mold from the filter paper and dried for 2 h at 60 ° C. He loses 2.5 wt.% Of moisture. Thereafter, the molding is treated for 24 hours, resting on a perforated plate, in 50 ° C warm ethyl acetate as a solvent.
  • the solvent-soluble and dissolved in it substances, already porous shaped body is removed from the bath and freed from the solution by means of vacuum distillation.
  • the not yet extracted portion of polystyrene and binder components, above all polyamide in volatile form is removed from the molding by means of pyrolysis at 500 ° C.
  • a sintered compact of dimensions 61.5 x 88 x 17.3 mm 3 and 130 g of weight is produced. This corresponds to a density of about 1.4 g / cm 3 or a pore volume of 82%.
  • the average diameter of the largely uniformly sized pores, or cells in the sintered shaped body is about 0.60 mm.
  • Example 2 describes the preparation of a porous Al 2 O 3 sintered body.
  • a sinterable Al 2 O 3 powder of 3 microns average particle size and 99.80% purity (grade CT 3000 SG, Fa. ALCOA) in a kneading unit with binder components (polyamide, plasticizer, wetting and release agent) at 100 ° C. mixed thoroughly and kneaded until a low-viscosity melt is present.
  • the weight fractions are 86.0% by weight of CT 3000 SG and 14.0% by weight of binder components.
  • the kneaded mass is discharged from the kneading unit, cooled and ground into powder of a particle size smaller than 0.3 mm.
  • the compact is processed to a foamed compact of dimensions 70 x 100 x 20 mm 3 and then stored for the extraction of soluble substances in ethyl acetate as a solvent.
  • the molded article present after vacuum distillation is 62 g and has the unaltered dimensions of 70 ⁇ 100 ⁇ 20 mm 3.
  • the weight loss compared to the weighing-in amounts at this point to 28 g, which corresponds to 89% of the theoretically extractable amount of substance of 31.5 g equivalent.
  • the sintered compact After pyrolysis of the remaining portions of the polystyrene and the binder components at 500 ° C in air and sintering at 1550 ° C for 60 minutes, the sintered compact has the dimensions 60 x 86 x17 mm 3 and a weight of 56 g. This corresponds to a density of about 0.64 g / cm 3 , or a pore volume of 84%. The mean diameter of the macropores is 0.60 mm.
  • the sintered body is mechanically stable or insensitive to breakage so that it can be manipulated and used without restrictive precautions with only a slight risk of damage.

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Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung hochporöser Sinterformteile bedient sich des Aufschäumens thermoplastisch fliessfähiger Formmassen im Temperaturbereich 80 - 130 °C. Wesentliches Verfahrensmerkmal ist die Anwendung von bläh- und damit expandierfähigem Polystyrol als Treibmittel, sowie von darauf abgestimmten Binderkomponenten. Während des Aufschäumens werden in sich abgeschlossene, zellenartige Polystyrol-Schaumteilchen gebildet, was die Fertigung mechanisch fester Sinterformkörper mit bis zu 85 Vol.% Porenanteil bei grosser Homogenität der Porendurchmesser erlaubt. Das Verfahren dient zur Fertigung offen- oder geschlossenporiger keramischer u/o metallischer Sinterformkörper.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zellular porösen Sinterformkörpers mit den Fertigungsschritten Aufbereiten einer thermoplastisch fließfähigen Formmasse durch Mischen von Keramik- u/o Metallpulver mit Binderkomponenten und Einarbeitung von organischen Treibmitteln, Überführen der Formmasse in einen schmelzflüssigen Zustand und Einbringen in eine Formgebungsvorrichtung, Aufschäumen der Formmasse mittels des Treibmittels, Verfestigen der geschäumten Formmasse, Ausbringen von Treibmitteln und organischen Komponenten und Sintern des derart behandelten Formkörpers.
  • Es ist bekannt, metallische u/o keramische Formkörper durch Pressen und Sintern geeigneter Ausgangspulver zu fertigen. Fallweise ist dem Matrixpulver ein duktiler Binder beizugeben, beispielsweise ein duktiles Metallpulver bei der Hartmetallherstellung, um press- und sinterfähige Produkte zu erhalten.
    Eine vergleichsweise junge Technologie zur Herstellung von keramischen u/o metallischen Sinterformkörpern ist das MIM (metal injection molding) Verfahren, bei dem die keramischen u/o metallischen Matrix - Pulverteilchen mit organischen Binderkomponenten vermischt, die Mischung üblicherweise im thermoplastischen Zustand in die gewünschte Form gebracht, der Formteil verfestigt und danach mittels Pyrolyse u/o durch Lösen und Extrahieren von seinen organischen u/o anorganischen Binderanteilen befreit und schließlich zum annähernd porenfrei dichten Formkörper gesintert wird. Die Formgebung erfolgt alternativ zum Spritzgießen beispielsweise mittels Extrudieren.
  • Während es üblicherweise das Ziel ist, Sinterformkörper in einen möglichst porenfreien Endzustand zu bringen, so sind auch Anwendungen von Sinterkörpern bekannt, bei denen eine bestimmte Porenstruktur benötigt wird. Gezielte Porenstrukturen in Sinterkörpern werden beispielsweise durch Vermischen der Matrix-Ausgangspulver mit einem pulverförmigen Platzhalter geschaffen, wobei die Platzhalter-Teilchen üblicherweise vor oder während des Sinterprozesses aus dem in Form gebrachten Werkstoffverbund chemisch herausgelöst u/o mittels thermischer Zersetzung entfernt werden und an ihre Stelle Freiräume, bzw. Poren treten. Es ist auch bekannt Porenstrukturen in Formkörpern mittels Einblasen von Gasen, z.B. Argon oder Stickstoffgas, in eine Metallschmelze zu erzeugen. Alternativ werden Sinterkörper mit Porenstruktur hergestellt, indem Treibmittel als Zusatzstoffe möglichst homogen in einen mit Thermoplast - Binder versetzten Matrixwerkstoff eingebracht und dieser Verbund, bzw. diese Formmasse auf Verdampfungs- bzw. Aufschäumtemperatur des Treibmittels erwärmt wird. Dabei bilden sich blasenförmige Gasräume in der, bzw. Schaumgebilde aus der thermoplastischen bzw. schmelzflüssigen Formmasse, die sich bei der Abkühlung und Überführung der Formmasse in einen festen Zustand stabilisieren und danach ein Extrahieren der Gaseinschlüsse bzw. des restlichen Treibmittels unter Zurücklassung von Poren erlauben. Parallel dazu werden die Binderzusätze extrahiert. Die gebrauchsfertige mechanische Stabilisierung des Formkörpers erfolgt mittels eines zusätzlichen Sinterschrittes. Die erzielbare Qualität derart gefertigter, poröser Sinterformkörper, bedeutsam sind deren mechanische Stabilität, mechanische Bearbeitbarkeit, Homogenität der Porenstruktur, Prozentsatz des erreichbaren Porenvolumens, hängt stark von der jeweils eingeschlagenen Prozessführung, von den Hilfsstoffen, Treibmittel und Bindermittel, sowie von der Aufbereitung aller in eine Formmasse eingebrachten Stoffe ab.
  • Die heute verfügbare große Auswahl an organischen und anorganischen Bindern für diese Zwecke ist stark von den Fortschritten in der MIM-Technologie geprägt.
    Gleichermaßen ist eine Vielzahl von unterschiedlichen, blähfähigen Stoffen als Treibmittel zur Schaffung von Porenstrukturen in aus Pulvern gefertigten Formkörpern vorbeschrieben.
    Allerdings haben einzelne spezifische Kombinationen von Matrixpulver, Bindermittel und Treibmittel in Verbindung mit der jeweiligen Prozessführung einen vielfach nicht vorhersehbaren, wechselseitigen Einfluss auf das Ergebnis bzw. auf die Qualität derartiger poröser Formkörper.
  • So beschreibt das Patent US 5 213 612 ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Metallkörpers, gemäß dessen Ausführungsbeispielen eine wässrige Suspension aus Metallpulver und schäumfähigem Treibmittel innerhalb vorgegebener Volumenverhältnisse gemischt, geschäumt und durch Trocknen zum festen Formkörper gebracht werden. Beim anschließenden Erhitzen des Formkörpers (Schaummittel mit darin verteiltem Metallpulver) auf eine erste Temperaturstufe von 600 - 1200°C kommt es in einer reduzierenden Atmosphäre zu einer Schaummittelzersetzung bei gleichzeitiger teilchenübergreifender Diffusion und metallischen Bindung der Pulverteilchen. Abschließend wird die Temperatur auf eine, dem jeweiligen Metall angepasste Sintertemperatur hochgefahren und das Metallpulver unter Bildung eines porösen Körpers gesintert. Als brauchbares Schaummittel ist ein mit Isocyanat überdecktes Polyoxyäthylen Polyol angeführt, was die Verwendung eines zusätzlichen Bindermittels überflüssig macht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird unter 50 % Volumensausweitung geschäumt.
    Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Verwendung von Wasser in Verbindung mit Polyurethan oder Polyäthylen Bindern, was der so gebildeten Masse wenig thermoplastische Eigenschaften und damit ein Aufschäumen in nur sehr begrenztem Volumenumfang erlaubt. Er kommt zu Schrumpfungen nach dem Aufschäumen. Der praktisch beherrschbare Porenanteil im gesinterten Körper liegt bei 10 - 20 Vol.%, was die Ausbildung von zellularen Porenstrukturen generell ausschließt.
  • Die DE 177 15 20 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung keramischer Massen durch Gießen, mit Wabenstruktur im Masseninneren und mit glatter Oberfläche, bei dem Kunststoffe mit Perlenstruktur in den temperierten Gießschlicker eingerührt werden und der gegossene Formkörper sich unter Abkühlung verfestigt. Bevorzugter Kunststoff ist treibmittelhaltiges Polystyrol, das je nach gewünschter Perlengröße vorgeschäumt wurde.
    Nachteilig bei diesem Verfahren ist eine nur unbefriedigende Steuerbarkeit der Perlenverteilung und -anordnung im Gießschlicker, was die Verwendung des Verfahrens bei auch nur mäßigen Anforderungen an die mechanische Mindesttragfähigkeit der erkalteten Keramikmasse auf die Fertigung von Formkörpern mit nur niedrigem Porenvolumen beschränkt. Das Verfahren sieht keine Ausbringen der Polystyrol-Perlen aus der Masse vor.
  • Ein anderes Verfahren der eingangs genannten Art ist in der EP 0 765 704 beschrieben. Die wesentlichen Merkmale des Verfahrens liegen in der getrennten Aufbereitung zweier verschiedener Stoffkomponenten für eine Formmasse, zum einen als eine das Schäum- bzw. Treibmittel in einer harzigen Binder enthaltenden, wässrigen Lösung und zum anderen, als ein Metallpulver und einen wasserlöslichen, harzigen Binder enthaltene Lösung, die beide unmittelbar vor dem geplanten Schäumungsprozess zusammengebracht werden. Der Schäumungsschritt erfolgt in einer Atmosphäre mit mindestens 65 % Luftfeuchtigkeit. Der wasserlösliche Harzbinder stabilisiert die beim Schäumen in der Masse entstandenen Poren während des Schäumens und beim anschließenden Trocknen. Der wasserlösliche Harzbinder mit temperaturabhängiger Viskosität erlaubt eine geeignete Einstellung der Viskosität der Formmasse in Anpassung an die einzelnen Fertigungsschritte. Als Stoffbeispiele für einen derartigen wasserlöslichen Harzbinder werden explizit genannt, Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxyäthylzellulose, Karboxymethylzellulose, Ammonium, Äthylzelluslose und Polyvinylalkohol. Weiters werden verflüchtigbare Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen im Kohlenwasserstoff-Radikal als Mittel zur Bildung von Gasblasen bzw. Poren in der Formmasse genannt, und zwar explizit Pentane, Hexane, Oktane, Benzene und Toloene. Die schäumbare Suspension kann zusätzlich organische Plastifizierungsmittel enthalten. Eine Vielzahl von Ölen, Estern, Glyzerinen und anderen organischen Stoffen sind explizit aufgeführt. Die mögliche Zugabe spezifischer Mittel zur Stabilisierung des Schaumzustandes und der geformten Mikrozellen ist vorgesehen. Anders als bei der bisherigen Verwendung handelsüblichen Polyurethans als Schaum- bzw. Treibmittel, soll sich nach diesem Verfahren ein rissfreier und damit mechanisch stabiler, poröser Sinterkörper fertigen lassen. Die in den Beispielen näher ausgeführten Verfahrensschritte lassen die Anfälligkeit des Verfahrens erkennen. Tatsächlich lassen sich nach diesem Verfahren keine für die Mehrzahl der Anwendungsfälle ausreichend mechanisch stabilen, porösen Sinterkörper mit hohem Porenvolumenanteil erzielen. Der dort verwendete Begriff Sinterkörper mit Wabenstruktur hat auf diesem Hintergrund allenfalls eingeschränkten Aussagewert.
  • Die EP 0 460 392 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper mit den Fertigungsschritten, Mischen von Metallpulver und gasabspaltendem Treibmittelpulver zu einer Formmasse, Heißkompaktieren der Formmasse unter Bedingungen, die ein Verbinden und mechanisches Verfestigen der Metallpulver über Diffusion ermöglichen, dabei das Treibmittel gasdicht einschließen und gleichzeitig ein Zersetzen des Treibmittels verhindern. Des Weiteren wird die kompaktierte Formmasse in einem offenen Behälter oder in einer Form auf eine so hohe Temperatur gebracht, dass das Matrixmetall schmilzt und sich das Treibmittel unter Aufschäumen der Schmelze zersetzt. In Abhängigkeit von der Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit, sowie der Aufschäumdauer bei Maximaltemperatur, werden Schaumkörper unterschiedlicher Porengröße und -struktur erzielt. Als Treibmittel werden Titanhydrid, Aluminiumhydroxid und Natriumbikarbonat genannt.
    Nach diesem Verfahren lassen sich indes Metallschäume hohen und homogenen Porenvolumens nur unbefriedigend fertigen. Die zum Aufschäumen notwendige niedrige Formmassenviskosität bedingt eine Erhitzung auf die üblicherweise hohen Metallschmelztemperaturen, was viele Nachteile hat. Es kommt während des Schäumvorganges zur unerwünschten Vereinigung einzelner Gasblasen mit der Gefahr des Kollabierens der schäumenden Formmasse sowie zur Ausbildung von in ihrer Größenverteilung unzureichend beherrschbarer Poren.
    Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht somit in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines hochporösen metallischen u/o keramischen Sinterformkörpers mittels Aufschäumen einer Formmasse unter Zuhilfenahme eines Treibmittels. Die Nachteile bekannter Verfahren, wie zeit-und kostenmäßig aufwändige Prozessschritte, hohe Schäumtemperaturen, Schrumpfung des Formkörpers nach dem Aufschäumen und unzureichende Beeinflussbarkeit der gewünschten Porenstruktur, selbst bei nur mäßig hohem Gesamt-Porenvolumina, sollen vermieden bzw. auf ein deutlich niedrigeres Maß gebracht werden.
  • Diese Aufgabe wird für das eingangs beschriebene Verfahren in erfinderischer Weise durch die in den Patentansprüchen genannten Verfahrensmerkmale gelöst.
  • Das Verfahren dient somit zur Herstellung hochporöser Sinterformkörper mit zellularer Porenstruktur, d.h. der Formkörper weist vergleichsweise dünne Zellwände auf, gemessen am Volumen der durch sie gebildeten Poren. Die fertigen Sinterformkörper besitzen ein tragfähiges Sinterskelett aus den Matrixwerkstoffen Metall u/o Keramik, frei von Zusätzen, oder nur noch mit unbedeutend kleinen Restanteilen an solchen, der Formmasse ursprünglich beigegebenen Zusätzen. Sie besitzen hohe mechanische Festigkeit. Die gesinterten Zellwände sind weitgehend frei von Mikroporosität, lassen sich auf Wunsch aber auch in mikroporöser Ausführung fertigen.
    Die zellenartigen Poren weisen, je nach Anforderungen, einen weitgehend homogen einheitlichen mittleren Porendurchmesser zwischen vorzugsweise 0,1 und 10 mm im fertig gesinterten Körper auf, dies im Unterschied zu einer regelmäßig mindestens um eine Zehnerpotenz kleineren Mikroporosität, wie sie von der Sintertechnologie her bekannt ist. Das Porenvolumen im Sinterkörper beträgt vorzugsweise
    60 - 85 Vol.%. Solche hohen Porenvolumenanteile sind nur bei streng geometrisch gleichartiger, beispielsweise wabenartiger Anordnung der Poren im Sinterformkörper erreichbar.
  • Zur Ausbildung großporig zellularer Strukturen wird als Polystyrol Treibmittel vorzugsweise handelsübliches EPS (expandierfähiges Poly-Styrol) verwendet, d.h. nichtgeschäumte Polystyrolperlen mit Teilchendurchmesser von vorzugsweise 0,1 bis 5 mm, die als Blähmittel die leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe Pentan oder Hexan in einem Anteil von 1 bis 8 Gew.% enthalten.
    Für eine gezielte Einflussnahme auf die Schäumcharakteristik können auch Copolymerisate des monomeren Styrol mit Anteilen an Acrylsäureestern oder Acrylnitril anstelle der reinen EPS Polystyrolperlen verwendet werden.
  • Vorwiegend von der MIM―Technologie ist eine Vielzahl von thermoplastischen Binderwerkstoffen und Kombinationen einzelner Binderkomponenten bekannt. Mittels einer dem Fachmann geläufigen Komponentenauswahl erreicht man eine breite Vielfalt von auf die jeweilige Anforderung anpassbaren Bindern. Für die bestimmungsgemäße Durchführung vorliegender Erfindung ist aber gerade die Gewährleistung einer geeignet niedrigen Schmelzviskosität der gesamten Formmasse bei der durch die Gasfreisetzung des Treibmittels vorgegebenen Aufschäumtemperatur von 80 bis 130°C von großer Bedeutung.
    Angelehnt an den Sprachgebrauch in der MIM―Technologie spricht man dann von einer erschmolzenen Formmasse für die Mischung aus vorzugsweise organischen Binderkomponenten und Matrixpulver, wenn diese einen niedrigviskosen, breiigen Zustand besitzt. -
  • Die geeignete Kombination aus erfindungsgemäßem Treibmittel und darauf abgestimmten thermoplastischen Binderkomponenten erlaubt ein Aufschäumen der Formmasse bis zu vergleichsweise sehr hohen Porenvolumina, gemessen am bekannten Stand der Technik. Nach bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden Sinterformkörper mit größer 30 bis zu über 85 Vol.% zellbildenden Poren im gesinterten Formkörper gefertigt.
    Die für das Aufschäumen ausreichende Plastizität der Formmasse ist noch bei deutlich über 50 % Volumenanteil an metallischem u/o keramischen Matrixpulver und entsprechend geringerem Binderanteil in der aufbereiteten, ungeschäumten Formmasse gegeben. Hohe Matrixpulver―Anteile begünstigen die nachfolgende Sinterung zum mechanisch festen Sinterformkörper wesentlich oder machen diese erst möglich. Bekannte, auf die Erzielung hoher Porenvolumina ausgerichtete Verfahren, ließen vergleichbar günstige Volumenanteile in der Praxis nicht zu. Bekannte Verfahren verlangen vielmehr große Kompromisse, was die gleichzeitige Sinterstabilität und hohes Porenvolumen im Sinterformkörper anbelangt.
    Mechanisch feste Sinterformkörper mit stabilem Sinterskelett und hohem Poren-Volumenanteilen sind gemäß Erfindung über die Verwendung von EPS als Treibmittel erreichbar, weil dieses im Unterschied zu Treibmitteln entsprechend dem bekannten Stand der Technik nicht allein zur Freisetzung von Gasen zwecks Gasblasen- und Porenbildung in der Formmasse, sondern vielmehr zur Ausbildung aufgeschäumter, mechanisch tragender, in sich geschlossener Polystyrol-Schaumstoffkügelchen führt. Nur so lässt sich das bei bisherigen Verfahren gefürchtete Kollabieren aufgeschäumter Schmelzen ab einer bestimmten, vergleichsweise geringen Porengröße vermeiden. Es kommt beim vorliegenden Verfahren weder zur Vereinigung einzelner kleiner zu einer großen Gasblase, bzw. Pore, noch zum Zusammenfallen aufgeschäumter Formmassen mangels ausreichender Thermoplastizität bei Überschreiten der Grenzoberflächenspannung zwischen Gasblase und Formmasse.
  • Mittels einer, dem Fachmann geläufigen Abstimmung der chemisch/physikalischer Eigenschaften der Binderkomponenten auf das erfindungsgemäße Treibmittel lässt sich als weiterer Vorteil des erfinderischen Verfahrens eine bisher nicht erreichte mechanische Porenstabilisierung in der aufgeschäumten Formmasse erreichen. Üblicherweise werden in einem, dem Aufschäumen folgenden Schritt sowohl die Binderkomponenten, als auch die aufgeblähten Polystyrol - Kügelchen über einen Lösungsprozess in organischen Lösungsmitteln, wie Aceton oder Ethylacetat zum überwiegenden Anteil aus der Formmasse ausgebracht. Dabei geht die mechanische Formstabilität verloren. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet als anteilsmäßig überwiegende Binderkomponente als solchen bereits bekannte hochpolymere Kunststoffe, wie z.B. Polyamide, die in den für das Extrahieren üblichen, oben genannten Lösungsmitteln unlöslich ist.
    Weitere verwendete Binderkomponenten sind Weichmacher, Tenside und Trennmittel, die in Aceton und Ethylacetat bei Temperaturen über 30°C ebenso gut löslich sind wie das Polystyrol. Diese, im Lösungsmittel löslichen Zusatzkomponenten können zu einer Mikroporosität der (noch ungesinterten) Zellwände führen und die Ausbringung von Lösungsmittel und darin gelösten Stoffen erleichtern. Es ist nun der beim Extraktionsprozess nicht aus der geschäumten Formmasse herauslösbare hochpolymere Kunststoff, der den metallischen u/o keramischen Pulverteilchen noch bei einem Makroporenanteil von 85 Vol.% in der Formmasse ausreichende mechanische Festigkeit verleiht, und zwar einerseits für den ohne Volumenschrumpfung erfolgenden Extraktionsschritt, als auch weiterhin für eine Manipulation des extrahierten, ungesinterten Formkörpers, und schließlich für die, bezüglich Formerhaltung kritischen Anfangsphase des Sintervorgangs der metallischen u/o keramischen Pulverteilchen bis zum Zeitpunkt der rückstandsfreien Pyrolyse des Binders bei 500°C.
  • Der Anteil des Binders in der Formmasse muss auf die eingesetzten Werkstoffe in der Formmasse und auf die Prozessparameter für deren Verarbeitung abgestimmt werden. Ist dieser Anteil zu hoch, so beeinträchtigt er das Zusammensintern der Matrixpulver beim anschließenden Sinterprozess. Ist der Anteil zu gering, so unterschreitet die geschäumte Formmasse eine mechanische Mindestfestigkeit, die für eine Manipulier- und Weiterverarbeitbarkeit unerlässlich ist.
  • Für den Aufschäumprozess ist die aufbereitete Formmasse in einer geeigneten Formgebungsvorrichtung auf eine für die Verflüchtigung der Blähstoffe im Treibmittel geeignete Temperatur, zugleich Schmelztemperatur der Formmasse, zu bringen. Das Aufschäumen gelingt um so kontrollierter und gleichmäßiger, je gleichmäßiger die Polystyrol-Teilchen, bzw. EPS-Perlen in der Formmasse verteilt sind und je homogener die Temperaturverteilung in der Formmasse ist.
    Bei Verwendung einer mit feinen Schlitzen versehenen Form als Formgebungsvorrichtung in einem druckkontrollierten Autoklaven lassen sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich Zellhomogenität, Zellstruktur und Volumenanteil der Poren in der Formmasse erzielen.
  • Die Verfahrensschritte Formung der Formmasse und Aufschäumen lassen sich nach einer Reihe verschiedener, schon bisher praktizierter Verfahren durchführen.
  • Für die Fertigung geometrisch komplexer Formteile hat sich die Formgebung und Aufschäumung der Formmasse mittels bekannter Spritzgießverfahren besonders bewährt.
  • Einfach dimensionierte Formkörper, wie Platten, Ronden oder Kugeln, lassen sich durch Pressen einer pulverförmigen EPS-haltigen Formmasse zu Presslingen und nachträgliches Aufschäumen mit Dampf in einer durch Schlitze perforierten Form wirtschaftlich herstellen. Gemäß einer Verfahrensvariante lassen sich die Presslinge in einem nachfolgenden Pulver-Pressvorgang wahlweise mit einer nicht schäumbaren Oberflächenschicht kaschieren. Damit erlangt man Platten oder Ronden mit porenfreier Außenschicht.
  • Nach einer anderen wirtschaftlichen Schrittfolge gemäß Erfindung wird auf einem Granulierextruder das EPS bei Temperaturen unterhalb von 80°C in die Formmassenschmelze homogen eingearbeitet und es werden die an der Lochplatte des Extruders austretenden Massestränge mittels der sogenannten Unterwassergranulation abgeschlagen. Um keine vorzeitigen Gasverluste aus den EPS-Perlen hinnehmen zu müssen ist es zweckmäßig, die Unterwassergranulation unter erhöhtem Mediendruck vorzunehmen. Derartige EPS-haltige Formmassengranulate lassen sich mit den in der Kunststoffverarbeitung üblichen Aggregaten problemlos zu geschäumten Formmassenkörpem weiter verarbeiten.
  • Nach einer ähnlichen Verfahrensvariante werden EPS-haltige Granulate direkt in eine dampfdurchlässige Form eingebracht und zeitgleich aufgeschäumt, wie dies in großem Umfang mit vorgeschäumten EPS-Kugeln in der Verpackungsindustrie geschieht. Mittels dieses bevorzugten Verfahrens ist auch die Fertigung großflächiger und großvolumiger Formteile durchführbar.
  • Bei Einbeziehung des Extrudierens in das erfinderische Verfahren wird die Formmasse in einer Schnecken- oder Kolbenpresse auf Schmelz- und zugleich Aufschäumtemperatur gebracht und unter hohem Druck von beispielsweise 106 bis 108 Pascal durch ein formgebendes Werkzeug gedrückt. Die aus dem Werkzeug austretende Schmelze vergrößert unter Aufschäumen ihr Volumen und wird in einer sogenannten Kalibrierung unter gleichzeitiger Kühlung in ihrer vergrößerten Gestalt zur Erstarrung gebracht und dergestalt stetig abgezogen.
  • Entsprechend einer Variante der Extrudier-Schrittfolge wird die Formmasse zur Verhinderung des Aufschäumens nach dem Austritt aus dem Extrudierwerkzeug unter hohem Druck abgekühlt. In einer anschließenden Schrittfolge wird die geformte Masse erneut erwärmt, in einer der Volumenvergrößerung angepassten Form geschäumt, abgekühlt und entsprechend den Erfindungsmerkmalen weiterbehandelt. Diese Verfahrensvariante dient vor allem der Fertigung von hochporösen, großflächigen Sinterformteilen mit wahlweise offener oder geschlossener Zellstruktur.
  • Das erfindungswesentliche Verfahren ergibt, im Unterschied zu der bevorzugten Herstellung von Sinterformkörpern mit geschlossenen Poren, bzw. Zellen, immer dann offene Zellstrukturen, wenn entweder die Dehnbarkeit der Formmassenschmelze zu klein ist für die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Aufschäumens - und diese kann man gezielt steuern, oder wenn der Aufschäumprozess beispielsweise durch Vergrößerung des EPS-Anteils in der Formmasse so beeinflusst wird, dass die zur Ausbildung und Beibehaltung geschlossener Zellen lokal bereitzustellende Formmassenmenge nicht ausreichend ist, so dass die sich weiter aufblähenden EPS-Kügelchen direkten Flächenkontakt zu ihren angrenzenden Nachbarn erhalten.
  • Hinsichtlich der Auswahl an für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten metallischen und keramischen Matrixwerkstoffen besteht nur in sofern eine Einschränkung, als diese in Form sinterfähiger Pulver vorliegen müssen, eine Forderung, deren Umsetzung zum Wissen des Pulvermetallurgen gehört. Bevorzugte keramische Matrixwerkstoffe sind die Oxide des Aluminium, Silizium und Zirkonium, sowie Siliziumnitrid und Mischungen derselben.
    Als metallische Matrixwerkstoffe haben sich Metalle und Legierungen aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Ta, Mo, W und die Edelmetalle, sowie metallische Oxide, Hydride und Hartmetalle besonders bewährt.
  • Sinterformkörper, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, besitzen ein weites Anwendungsfeld. Schwerpunktmäßig liegt die Anwendung im Bereich der Leichtbauteile und bei Teilen mit vergleichsweise geringer thermischer Leitfähigkeit, sowie im Fall offenporiger Sinterformteile im Bereich mechanischer Filter und Katalysatoren.
  • Die Erfindung wird durch nachfolgende Verfahrensbeispiele näher beschrieben.
  • Beispiel 1 beschreibt die Herstellung eines porösen Chromnickelstahl―Sinterformkörpers. Wasserverdüstes Chromnickel-Pulver der Sorte 316 L (Fa. Pamco,Japan, Teilchengröße zu 90 % kleiner 15 µm) wird in einem Knetaggregat mit Binderkomponenten, zusammengesetzt aus Polyamid, Weichmacher, Netz-und Trennmittel (der Binder), in einem Gewichtverhältnis, 93,5 Gew.% 316 L Pulver, 6,5 Gew.% Binder bei ca. 100°C intensiv gemischt und geknetet, bis eine niedrigviskose Schmelze vorliegt.
    Diese Masse wird aus dem Knetaggregat ausgetragen , durch Abkühlen verfestigt und zu Pulver einer Teilchengröße kleiner 0,3 mm vermahlen. 140 g dieses Pulvers werden mit 13 g EPS―Perlen (Styropor P 656 der Fa. BASF, Teilchengröße 0,3 bis 0,4 mm)in einem Labormischer vermischt und bei Raumtemperatur unter einem Pressdruck von 200 bar zu einem Pulverpressling der Abmessungen 60 x 90 x 7,2 mm3 verpresst.
    Dieser Pressling wird in einen 20 mm hohen Al-Rahmen der Abmessung 70 x 100 mm2 eingebracht, seine Ober- und Unterfläche werden mit Filterpapier und feinem Siebgewebe und anschließend mit jeweils 6 mm dicken Al-Platten abgedeckt, sodass eine geschlossene, druckfeste und doch dampfdurchlässig Form entsteht. Die Dampfdurchlässigkeit wird durch Löcher in den Platten von 4 mm Durchmesser und 3 mm Abstand gewährleistet.
    Die mit Pressling gefüllte Form wird 4 min lang in einem Dampfautoklaven mit unter 0,7 bar Dampfüberdruck stehenden, 120°C heißen Wasserdampf ausgesetzt. Nach dem Abkühlen des Autoklaven auf weniger als 100°C wird die Form entnommen und unter kaltem Wasser auf etwa 30°C abgekühlt. Der zum Formkörper der Abmessungen 70 x 100 x 20 mm3 aufgeblähte Pressling wird nach der Entnahme aus der Form vom Filterpapier befreit und während 2 h bei 60°C getrocknet. Dabei verliert er 2,5 Gew.% an Feuchtigkeit.
    Daraufhin wird der Formkörper während 24 h, auf einer gelochten Unterlagplatte ruhend, in 50°C warmem Ethylacetat als Lösungsmittel behandelt. Anschließend wird der mit Lösungsmittel und darin gelösten Stoffen vollgesogene, bereits poröse Formkörper dem Bad entnommen und mittels Vakuumdestillation von der Lösung befreit. Der verbleibende, noch ungesinterte Formkörper weist bei gegenüber dem geschäumten Formkörper unveränderter Außenabmessung ein Gewicht von 137 g auf. Aus einem Vergleich mit dem eingewogenen Gewicht der Formmasse
    (140 g + 13 g = 153 g) ergibt sich ein Gewichtsverlust von 16 g, was, bezogen auf 17,2 g theoretisch extrahierbarer Stoff, einem Anteil von 93,0 % entspricht. Als erste Stufe des abschließenden Formkörper-Sinterns wird mittels Pyrolyse bei 500°C der noch nicht extrahierte Anteil an Polystyrol und Binderkomponenten, vor allem Polyamid in flüchtiger Form aus dem Formkörper entfernt. Mit dem weiteren Sinterprozess während 60 min bei 1320°C wird ein Sinterformkörper der Abmessungen 61,5 x 88 x 17,3 mm3 und von 130 g Gewicht hergestellt.
    Das entspricht einer Dichte von ca. 1,4 g/cm3 oder einem Porenvolumen von 82%.
    Der mittlere Durchmesser der weitgehend einheitlich großen Poren, bzw. Zellen im Sinterformkörper beträgt ca. 0,60 mm.
  • Beispiel 2 beschreibt die Herstellung eines porösen Al2O3-Sinterformkörpers.
    Dazu wird ein sinterfähiges Al2O3-Pulver von 3 µm mittlerer Teilchengröße und 99,80 % Reinheit (Sorte CT 3000 SG, Fa. ALCOA) in einem Knetaggregat mit Binderkomponenten (Polyamid, Weichmacher, Netz- und Trennmittel) bei 100°C intensiv gemischt und geknetet, bis eine niedrigviskose Schmelze vorliegt. Die Gewichtsanteile betragen, 86,0 Gew.% CT 3000 SG und 14,0 Gew.% Binderkomponenten.
    Entsprechend Beispiel 1 wird die geknetete Masse aus dem Knetaggregat ausgetragen, abgekühlt und zu Pulver einer Teilchengröße kleiner 0,3 mm vermahlen.
    Daraufhin wird 65 g dieser Pulvermasse mit 25 g EPS-Perlen (Styropor P 656, Fa. BASF, Teilchengröße 0,3 bis 0,4 mm) in einem Labormischer vermischt und bei Raumtemperatur unter 200 bar Pressdruck zu einem Pressling der Abmessung 60 x 90 x 12 mm3 verpresst.
  • Analog Beispiel 1 wird der Pressling zu einem geschäumten Pressling der Abmessungen 70 x 100 x 20 mm3 verarbeitet und anschließend zur Extraktion löslicher Stoffe in Ethylacetat als Lösungsmittel gelagert.
    Der nach der Vakuumdestillation vorliegende Formkörper ist 62 g schwer und weist die unveränderten Abmessungen 70 x 100 x 20 mm3 auf Der Gewichtsverlust gegenüber der Einwage beträgt zu diesem Zeitpunkt 28 g, was einem Wert von 89 % der theoretisch extrahierbaren Stoffmenge von 31,5 g entspricht.
    Nach der Pyrolyse der restlichen Anteile des Polystyrols und der Binderkomponenten bei 500°C in Luft und einer 60 minütigen Sinterung bei 1550°C weist der Sinterformkörper die Maße 60 x 86 x17 mm3 und ein Gewicht von 56 g auf.
    Das entspricht einer Dichte von ca. 0,64 g/ cm3, bzw. einem Porenvolumen von 84 %.
    Der mittlere Durchmesser der Makroporen beträgt 0,60 mm.
    Der Sinterkörper ist mechanisch so stabil, bzw. bruchunempfindlich, dass er ohne einschränkende Vorsichtsmaßnahmen bei nur geringem Beschädigungsrisiko manipulierbar und nutzbar ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines zellularen Sinterformkörpers mit den Fertigungsschritten Aufbereiten einer thermoplastisch fließfähigen Formmasse durch Mischen von Keramik- u/o Metallpulver mit Binderkomponenten und Einarbeitung von organischen Treibmitteln, Überführen der Formmasse in einen schmelzflüssigen Zustand und Einbringen in eine Formgebungsvorrichtung, Aufschäumen der Formmasse mittels des Treibmittels, Verfestigen der geschäumten Formmasse, Ausbringen von Treibmitteln und organischen Komponenten und Sintern des derart behandelten Formkörpers,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Treibmittel blähfähige Polystyrol - Teilchen verwendet werden und der Schritt des Aufschäumens in einer, Raum für eine Expansion der Formmasse belassenden Gehäuseform bei Temperaturen zwischen 80° und 130° C unter Bildung einzelner, in der Formmasse eine jeweils geschlossene Raumform einnehmender Polystyrol Schaumteilchen mit enger Durchmesserverteilung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass perlenförmige Polystyrol - Teilchen eines mittleren Durchmessers von 0,1 bis 5 mm und kleiner Durchmesser Streubreite verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopolymerisat aus monomerem Styrol und Acrylsäureester oder Acrylnitril als Treibmittel verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Polystyrol mit Pentan oder Hexan als blähfähiges Mittel verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel als festes, nicht vorgeblähtes Granulat in die Mischung für die Formmasse eingearbeitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmasse, von den blähfähigen Polystyrol-Teilchen räumlich getrennt, zusätzlich kleine Anteile an anderen thermisch instabilen, gasabspaltenden Stoffen zur Bildung von Mikroporen im Formkörper beigemischt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmasse zusätzlich zu den Polystyrol-Teilchen und von diesem räumlich getrennt, chemisch lösliche, oder mittels Pyrolyse verflüchtigende Platzhalterteilchen zur Bildung von Mikroporen im Formkörper beigegeben werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufschäumen ein Volumenanteil an zellbildenden Poren größer 30 % und kleiner 85 %, bezogen auf das Volumen des gesinterten Formkörpers, gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zellbildende Poren eines mittleren Durchmessers von 0,1 -10 mm und 60 - 85 Vol. % Porenanteil, bezogen auf den Zustand im gesinterten Formkörper, erzeugt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung von Treibmitteln und organischen Komponenten durch Lösen derselben in organischen Lösungsmitteln erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringung des Treibmittels pyrolytisch erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgebungs- und Aufschäumprozess nach einem Extrudierverfahren erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver, ausgewählt aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cu, Ti, Ta, Mo, W u/o Edelmetalle als reines Metall, als Oxid, Nitrid u/o Hydrid in die Mischung für die Formmasse eingebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver in Form einer Hartmetall Sorte in die Mischung für die Formmasse eingebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung verschiedener Binderkomponenten mit einem überwiegenden Gewichtsanteil an Polyamid verwendet wird.
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