WO1998032712A1 - Verfahren zur herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen bauteilen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen bauteilen Download PDF

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WO1998032712A1
WO1998032712A1 PCT/EP1998/000450 EP9800450W WO9832712A1 WO 1998032712 A1 WO1998032712 A1 WO 1998032712A1 EP 9800450 W EP9800450 W EP 9800450W WO 9832712 A1 WO9832712 A1 WO 9832712A1
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mold
thermoplastic
ceramic
slip
mpa
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PCT/EP1998/000450
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Inventor
Reinhard Lenk
Claus Richter
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • 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
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip

Definitions

  • the invention relates to the fields of ceramics, powder metallurgy and mechanical engineering and relates to a method for the production of ceramic or powder metallurgy components which can, for example, replace complex-shaped metal components
  • Shaped bodies are produced by carrying out mechanical processing starting from blanks (material removal) or by forming or shaping starting from deformable material.
  • the generative manufacturing processes (rapid prototyping) that have been developed in recent years enable free-form component production through local material consolidation
  • the geometry of the component is described three-dimensionally.
  • the 3D image obtained is broken down into individual disks in one dimension (usually the height).
  • the component is now built up, disk by disk, by solidifying the material within the component contour
  • the individual generative manufacturing processes are based on the local hardening of polymers (STL Stereo Sterography, Solid Ground Cu ⁇ ng SGC), the local sintering of powders (Selective Laser Sintering SLS, laser generation), the layered application of liquefied material (Fused Deposition Modeling FDM), or the local binding of powders by a binder (Three Dimensional P ⁇ nting TDP)
  • the rapid prototyping processes are currently mainly used for the production of patterns from plastics or waxes.
  • the developed in parallel enable the production of duplicates from prototypes or the production of metallic prototypes.
  • Powder technology includes the shaping of powders into a green body and their subsequent heat treatment (debinding, sintering). Depending on the requirements placed on the material properties of the component and thus on the powder quality (fineness, doping with additives, etc.), additional technological steps, such as a mixed grinding is necessary.
  • Very fine powders are not shaped directly on the basis of the starting powder, but, depending on the manufacturing process, on the basis of granulate, slip or (thermo) plastic molding compounds. These intermediate products are produced with the help of various temporary binders (organic additives), which have to be removed after shaping, before the sintering process.
  • thermoplastic shaping under high pressures, e.g. Injection molding (main, U. Technical ceramic materials, chapter 3.4.8.0, German economic service) and under low pressures, e.g. Hot casting or low pressure injection molding (Lenk, R. Technical ceramic materials, Chapter 3.4.8.1, German Business Service).
  • Injection molding main, U. Technical ceramic materials, chapter 3.4.8.0, German economic service
  • Low pressure injection molding Low pressure injection molding
  • a thermoplastic bonded mass which is flowable at higher temperatures, is pressed into a closed metal mold. After the mass has cooled and the mold has been opened, an easily manageable component with a complex geometry is obtained, which must be debindered before sintering.
  • thermoplastic molding near-net-shape production of complex geometries
  • molds for injection molding are very expensive.
  • Molds for hot casting are about 3 to 10 times less expensive than injection molds, but they only pay for themselves in quantities> 100. Therefore, the methods described in the prior art with the necessary expensive molds are not suitable for cost-effective individual functional models with complex geometries receive.
  • the investment costs for an injection molding machine or a hot molding system are also very high and therefore hinder flexible functional sample production.
  • blank moldings For the production of functional samples, it is also customary to manufacture blank moldings by press molding and to process them mechanically in the molded, hardened, annealed or sintered state. Mechanical processing of However, blanks are also expensive and involve high investment costs
  • elastic shapes for example made of rubber, be used for the production of components with a helical design of the outer contour.
  • flat components structured on one side by casting and subsequent solidification of thermoplastic slips in elastic, heatable shapes, Eg made in rubber The geometry of the molded body shows the contour of the mold cavity
  • the object of the invention is then to provide a process for the production of ceramic or powder metallurgy components, by means of which complex-shaped components can be economically produced as functional samples in individual pieces or in small series
  • thermoplastic slip with a certain viscosity range greater than the atmospheric pressure are necessary, but that a flow and thus filling of the mold is possible even through small pressure differences, such as occur in the production of a vacuum.
  • thermoplastic slip is introduced into the mold under a pressure of up to 10 MPa, for example.
  • the mold is then evacuated either before, during or after filling.
  • the method according to the invention makes it possible to produce molds for the molding of ceramic or powder-metallurgical functional samples in a very simple and very cost-effective manner. These molds are suitable for multiple impressions and thus for the production of sample series. No complex shaping or processing technology is required for the impression itself. This enables cost-effective and flexible sample production.
  • the components produced according to the invention have the particular advantage that their geometrical outer contour is already completely present after the shaping.
  • the moldings produced in this way are then sintered and are then usable ceramic or powder-metallurgical components.
  • the elastic plastic molds enable the production of moldings with undercuts without the structure of the molds becoming more complicated.
  • the viscosity of the thermoplastic slip is used must be ⁇ 4.0 Pa ⁇ s, so that the thermoplastic remains flowable slurry of up by the resulting in the production of the vacuum maximum pressure differences to 0.1 MPa.
  • the viscosity of the thermoplastic slip in turn, must not be ⁇ 0.05 Pa • s, otherwise segregation occurs due to the density differences between ceramic and powder metal particles and binder components.
  • the risk of segregation depends on the density of the solid particles and their particle size. The larger applies the density and size of the solid particles, the greater the risk of segregation
  • the shaping is according to the invention at a temperature between 40 and 180
  • thermoplastic slip is not flowable, at temperatures above 180 ° C the thermoplastic evaporates
  • thermoplastic slip is introduced and / or the mold is cooled after the thermoplastic slip is introduced
  • the vacuum is between> 5 Pa and ⁇ 0.09 MPa. If the vacuum is too low, the resulting pressure difference is too small to allow the thermoplastic slip to flow into the mold. If the vacuum is too high, binder components evaporate at the processing temperature. whereby the solid / binder ratio is changed and the thermoplastic slip changes its flow behavior
  • Emfullvolensens (weight) of the thermoplastic mass takes place
  • 1000 g of aluminum nitride powder with a specific powder surface of 3 m, 2 /; g and an addition of 4% by mass of yttrium oxide are compounded with 300 g of thermoplastic binder (220 g of paraffin and 80 g of stearic acid) at 100 ° C. in a heated ball mill.
  • a negative mold is made from rubber.
  • the shrinkage of the future component during sintering is taken into account during mold production.
  • This shape can be assembled in a vacuum-tight manner.
  • the ceramic slip is filled into this mold through a filling opening in the upper part of the mold.
  • the ceramic slip has a viscosity of 1 Pa • s and a temperature of 90 ° C when filling. This temperature of the slip is reached because it is in a heatable container.
  • the filled mold is exposed to a vacuum of 0.01 MPa for 5 minutes at a temperature of 100 ° C.
  • the mold is then cooled to room temperature.
  • the molded body can then be removed from the mold.
  • the mold can be reused for the production of further moldings.
  • the molded body is then sintered at 1750 ° C. under an N 2 atmosphere for 1 h. After sintering, the ceramic component has the same shape and the same dimensions as the model gear.
  • 1000 g of zirconium oxide powder with a specific powder surface of 15 m 2 / g are compounded with 200 g of thermoplastic binder (150 g of paraffin and 50 g of stearic acid) at 100 ° C. in a heated ball mill and deaerated.
  • a negative form made of rubber is produced from a thread guide made of hard metal, which serves as a model for the component to be manufactured.
  • the shrinkage of the future component during sintering is taken into account during mold production.
  • This shape can be assembled in a vacuum-tight manner.
  • the slip is filled into this mold through a filling opening in the upper part of the mold.
  • the slurry has during the filling has a viscosity of 1, 2 Pa ⁇ s and a temperature of 100 ° C. This temperature of the slip is reached because it is in a heatable container.
  • the filled mold is exposed to a vacuum of 0.015 MPa for 10 minutes at a temperature of 120 ° C.
  • the mold is then cooled to room temperature.
  • the molded body can then be removed from the mold.
  • the mold can be reused for the production of further moldings.
  • the molded body is then sintered at 1350 ° C. in air for 2 hours. After sintering, the component has the same shape and dimensions as the model thread guide.
  • 1000 g hard metal powder with a specific powder surface of 15 r ⁇ v7g are compounded with 100 g thermoplastic binder (80 g paraffin and 20 g stearic acid) at 100 ° C in a heated ball mill.
  • 100 g thermoplastic binder 80 g paraffin and 20 g stearic acid
  • a negative mold made of rubber is produced from a nozzle made of copper, which serves as a model for the component to be manufactured.
  • the shrinkage of the future component during sintering is taken into account during mold production.
  • This shape can be assembled in a vacuum-tight manner.
  • the slip is filled into this mold through a filling opening in the upper part of the mold.
  • the slip has a viscosity of 0.9 Pa • s and a temperature of 100 ° C. This temperature of the slip is reached because it is in a heatable container.
  • the filled mold is exposed to a vacuum of 0.015 MPa for 5 minutes at a temperature of 100 ° C.
  • the mold is then cooled to room temperature.
  • the molded body can then be removed from the mold.
  • the mold can be reused for the production of further moldings.
  • the molded body is then sintered at 1450 ° C. After sintering, the component has the same shape and dimensions as the model nozzle.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Keramik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, die z.B. komplex geformte Bauteile aus Metall ersetzen können. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, durch das komplex geformte Bauteile als Funktionsmuster in Einzelstücken wirtschaftlich günstig hergestellt werden können. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteilen, bei dem eine Viskosität des einzubringenden thermoplastischen Schlickers von ≥0,05 Pa . s bis ≤4,0 Pa . s eingestellt wird, und die Form vor und/oder während und/oder nach dem Einbringen des thermoplastischen Schlickers auf einen Druck zwischen ≥5 Pa und ≤0,09 MPa evakuiert wird, wobei eine evakuierbare Form verwendet wird, und das Einbringen des thermoplastischen Schlickers bei Temperaturen zwischen 40 °C und 180 °C durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Hersteilung von keramischen oder puivermetaiiurgischen Bauteilen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Keramik, der Pulvermetallurgie und des Maschinenbaus und betπfft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteilen, die z B komplex geformte Bauteile aus Metall ersetzen können
Stand der Technik
Formkorper werden hergestellt, indem man von Rohlingen ausgehend eine mechanische Bearbeitung durchfuhrt (Mateπalabtrag) oder von verformbarem Material ausgehend eine Umformung oder Formgebung durchfuhrt Die in den letzten Jahren entwickelten generativen Fertigungsverfahren (Rapid Prototyping) ermöglichen eine freiformende Bauteilfertigung durch lokale Materialverfestigung
Bei dieser generativen Fertigung wird die Geometrie des Bauteiles dreidimensional beschrieben Das erhaltene 3D-Bιld wird in einer Dimension (in der Regel ist es die Hohe) in einzelne Scheiben zerlegt Das Bauteil wird nun aufgebaut, indem Scheibe für Scheibe das Material innerhalb der Bauteilkontur verfestigt wird
Die einzelnen generativen Fertigungsverfahren beruhen auf der lokalen Aushärtung von Polymeren (Stereo thographie STL, Solid Ground Cuπng SGC), dem lokalen Versintern von Pulvern (Selektives Laser Sintern SLS, Lasergenerieren), dem schichtweisen Auftrag von verflüssigtem Material (Fused Deposition Modelling FDM), oder der lokalen Bindung von Pulvern durch eine Binder (Three Dimensional Pπnting TDP)
Die Rapid Prototyping Verfahren werden gegenwartig vorrangig zur Herstellung von Mustern aus Kunststoffen oder Wachsen angewandt Die parallel entwickelten Folgetechnologien ermöglichen die Herstellung von Duplikaten aus Prototypen, oder die Herstellung von metallischen Prototypen.
Eine dieser Rapid Prototyping Verfahren ist das Vakuumgießen (Kistenmacher D., Int. Konf. 29.-30.9.1994 TU Dresden, JP 63191608 A, JP 031501 15 A). Beim Vakuumgießen wird ein Urmodell im Vakuum mit Silicon umgössen, das danach über initiierte Vernetzungsprozesse aushärtet. Um das Modell nach dem Aushärten entformen zu können, wird vor dem Abgießen die Formteilung markiert. Nachdem die Form aufgeschnitten und das Modell entnommen worden ist, können je nach Komplexität des Modells zwischen 25 und 30 Abgüsse erstellt werden. In der Siliconform können Wachse und verschiedene Gießharze abgegossen werden. Das Verfahren eignet sich besonders für filigrane und komplexe Modelle, die auch Hinterschneidungen aufweisen können.
Bauteile aus keramischen oder pulvermetallurgischen Werkstoffen werden ausgehend von Pulvern nach einer Pulvertechnologie hergestellt. Die Pulvertechnologie schließt die Formgebung von Pulvern zu einem Grünkörper und deren anschließende Wärmebehandlung (Entbindern, Sintern) ein. Je nach dem, welche Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften des Bauteils und damit an die Pulverqualität (Feinheit, Dotierung mit Additiven usw.) gestellt werden, sind zusätzliche technologische Schritte, wie z.B. eine Mischmahlung notwendig.
Die Formgebung sehr feiner Pulver erfolgt nicht direkt unter Zugrundelegung der Pulverausgangskörnung, sondern, je nach Fertigungsverfahren, ausgehend von Granulat, Schlicker oder (thermo)plastischen Formmassen. Diese Zwischenprodukte werden mit Hilfe unterschiedlicher temporärer Bindemittel (organischer Additive) hergestellt, die nach der Formgebung, noch vor dem Sinterprozeß, ausgetrieben werden müssen.
Es ist auch üblich, durch Formgebung Rohformlinge zu fertigen und diese im geformten, gehärteten, geglühten oder gesinterten Zustand mechanisch zu bearbeiten. Welches Formgebungsverfahren für die Fertigung von Bauteilen angewandt wird, entscheiden technische und wirtschaftliche Grenzen (Jaschinski, W. u.a. Pulvermetall in Wissenschaft und Praxis, Band 7, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1991 S. 33 - 49). Zunächst einmal ist die Geometrie des Bauteils ausschlaggebend, vor allem hinsichtlich der technischen Grenzen einzelner Formgebungsverfahren. Aus wirtschaftlicher Sicht (z.B. Amortisation des Werkzeugs) ist die Stückzahl eine wichtige Größe.
Bekannt ist auch die thermoplastische Formgebung unter hohen Drücken, z.B. Spritzgießen (Haupt, U. Technische Keramische Werkstoffe, Kapitel 3.4.8.0, Deutscher Wirtschaftsdienst) und unter niedrigen Drücken, z.B. Heißgießen oder Niedrigdruckspritzgießen (Lenk, R. Technische Keramische Werkstoffe, Kapitel 3.4.8.1 , Deutscher Wirtschaftsdienst). In letzterem Fall wird eine thermoplastisch gebundene, und damit bei höheren Temperaturen fließfähige Masse in eine geschlossenen Metallform gedrückt. Nach Erkalten der Masse und Öffnen des Werkzeuges wird ein gut handhabbares Bauteil mit komplexer Geometrie erhalten, das vor dem Sintern entbindert werden muß.
Der wesentliche Vorteil der thermoplastische Formgebung (endformnahe Fertigung von komplexen Geometrien) kommt erst bei großen Stückzahlen zum Tragen, da die Formen für das Spritzgießen sehr teuer sind. Formen für das Heißgießen sind zwar ungefähr 3 bis 10 mal kostengünstiger als Spritzgußformen, amortisieren sich jedoch auch erst ab Stückzahlen > 100. Deshalb sind die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren mit den notwendigen teuren Formen nicht geeignet, um kostengünstig einzelne Funktionsmuster mit komplexen Geometrien zu erhalten. Neben den hohen Werkzeugkosten sind aber auch die Investitionskosten für eine Spritzgießmaschine oder eine Heißgießanlage sehr hoch und behindern deshalb eine flexible Funktionsmusterherstellung.
Für die Funktionsmusterfertigung ist es auch üblich, durch Preßformung Rohformlinge zu fertigen und diese im geformten, gehärteten, geglühten oder gesinterten Zustand mechanisch zu bearbeiten. Die mechanische Bearbeitung von Rohlingen ist jedoch ebenfalls aufwendig und mit hohen Investitionskosten verbunden
Von R Lenk Heißgießen von Keramik, Technische Keramische Werkstoffe, Hrsg Prof J Kriegesmann, Kap 3 4 8 1 , Deutscher Wirtschaftsdienst, wird beschrieben, daß das Heißgießen gegenüber dem Spritzgießen die Verformung von Massen mit geringerer Viskosität bei geringeren Temperaturen und unter deutlich niedrigeren Drucken ermöglicht Diesen technologischen Besonderheiten werden Vorteile hinsichtlich eines geringeren Formenverschleisses, sowie der Möglichkeit des Einsatzes von alternativen Werkstoffen für den Formenbau (nicht ausschließlich gehärteter Stahl) zugeschrieben
Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, daß für die Herstellung von Bauteilen mit schraubenförmiger Gestaltung der Außenkontur elastische Formen, z B aus Kautschuk verwendet werden Ebenfalls wurde bereits vorgeschlagen, daß flache einseitig strukturierte Bauteile durch Vergießen und anschließende Verfestigung von thermoplastischen Schlickern in elastischen, beheizbaren Formen, z B in Kautschuk hergestellt werden Die Geometrie der gefertigten Formkorper bildet die Kontur des Formennestes ab
Darstellung der Er indung
Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, ein Verfahren zur Herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteilen anzugeben, durch das komplex geformte Bauteile als Funktionsmuster in Einzelstucken oder in kleinen Serien wirtschaftlich gunstig hergestellt werden können
Die Aufgabe wird gelost durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung Weiterbildungen sind in den Unteranspruchen enthalten
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß für die Formgebung von thermoplastischen Schlickern mit einem bestimmten Viskositatsbereich keine Drucke größer dem atmospärischen Druck notwendig sind, sondern daß ein Fließen und damit Füllen der Form bereits durch geringe Druckdifferenzen, wie sie bei der Herstellung eines Vakuums auftreten, möglich ist.
Natürlich ist der Einsatz von Druck zum Füllen der Formen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Dabei wird der thermoplastische Schlicker unter einem Druck bis beispielsweise 10 MPa in die Form eingebracht. Entweder vor, während des Füllens oder danach wird dann die Form evakuiert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, sehr einfach und sehr kostengünstig Formen für die Abformung von keramischen oder pulvermetallurgischen Funktionsmustern herzustellen. Diese Formen sind für eine mehrfache Abformung und damit für die Fertigung von Musterserien geeignet. Für die Abformung selbst ist keine aufwendige Formgebungs- oder Bearbeitungstechnik erforderlich. Damit ist eine kostengünstige und flexible Musterfertigung möglich.
Die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile weisen den besonderen Vorteil auf, daß ihre geometrische Außenkontur bereits nach der Formgebung vollständig gegeben ist. Die so hergestellten Formkörper werden anschließend gesintert und sind dann einsetzbare keramische oder pulvermetallurgische Bauteile.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die eingesetzten Formen mehrfach verwendet werden können. Die elastischen Kunststoffformen ermöglichen die Herstellung von Formkörpern mit Hinterschneidungen, ohne daß der Aufbau der Formen komplizierter wird.
Die Viskosität des eingesetzten thermoplastischen Schlickers muß < 4,0 Pa ■ s sein, damit der thermoplastische Schlicker durch die sich bei der Herstellung des Vakuum ergebenden maximalen Druckdifferenzen von bis zu 0,1 MPa fließfähig bleibt. Die Viskosität des thermoplastischen Schlickers darf wiederum nicht < 0,05 Pa • s sein, da sonst durch die Dichteunterschiede von Keramik- und Pulvermetallteilchen und Binderbestandteilen eine Entmischung auftritt. Die Gefahr der Entmischungen hängt von der Dichte der Feststoffteilchen und ihrer Teilchengröße ab. Dabei gilt, je größer die Dichte und die Große der Feststoffteilchen ist, um so großer ist die Gefahr von Entmischungen
Die Formgebung wird erfmdungsgemaß bei einer Temperatur zwischen 40 und 180
°C durchgeführt Bei Temperaturen unter 40 °C ist der thermoplastische Schlicker nicht fließfahig, bei Temperaturen über 180 °C verdampfen die thermoplastischen
Bmderanteile
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Form vor dem Einbringen des thermoplastischen Schlickers beheizt und/oder nach dem Einbringen des thermoplastischen Schlickers die Form gekühlt wird
Das Vakuum betragt zwischen > 5 Pa und < 0,09 MPa Bei zu geringem Vakuum ist die sich ergebende Druckdifferenz zu gering, um ein Fließen des thermoplastischen Schlickers in die Form zu ermöglichen Bei zu hohem Vakuum kommt es bei der Verarbeitungstemperatur zum Verdampfen von Binderbestandteilen, wodurch das Feststoff/Binder-Verhaltnis geändert wird und der thermoplastische Schlicker sein Fließverhalten ändert
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Form lichtdurchlässig oder lichtdurchschemend ist Dadurch kann beim Formgebungsprozess eine optische Kontrolle durchgeführt werden
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Formgebung unter einer Kontrolle des
Emfullvolumens (-gewichtes) der thermoplastischen Masse stattfindet
Beide Kontrollen fuhren zu einer Qualitätsverbesserung
Bester Weg zur Ausfuhrung der Erfindung
Im weiteren wird die Erfindung an mehreren Ausfuhrungsbeispielen erläutert Beispiel 1
1000 g Aluminiumnitridpulver mit einer spezifischen Pulveroberfläche von 3 m ,2 /;g und einem Zusatz von 4 Ma.-% Yttriumoxid werden mit 300 g thermoplastischen Bindemittel ( 220 g Paraffin und 80 g Stearinsäure) bei 100 °C in einer beheizten Kugelmühle compoundiert.
Von einem Zahnrad aus Metall, welches als Modell für das herzustellende Bauteil dient, wird eine Negativform aus Kautschuk hergestellt. Bei der Formherstellung wird die Schwindung des zukünftigen Bauteiles beim Sintern berücksichtigt. Diese Form ist vakuumdicht zusammenbaubar. In diese Form wird der keramische Schlicker durch eine im oberen Teil der Form vorhandene Einfüllöffnung gefüllt. Der keramische Schlicker hat beim Einfüllen eine Viskosität von 1 Pa • s und eine Temperatur von 90 °C. Diese Temperatur des Schlickers wird erreicht, da dieser sich in einem beheizbaren Behälter befindet.
Die gefüllte Form wird 5 Minuten bei einer Temperatur von 100 °C einem Vakuum von 0,01 MPa ausgesetzt. Danach wird die Form auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann kann der Formkörper entformt werden. Die Form kann für die Herstellung weiterer Formkörper wiederverwendet werden.
Der Formkörper wird anschließend bei 1750 °C unter N2-Atmosphäre 1 h gesintert. Nach dem Sintern weist das keramische Bauteil die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie das Modellzahnrad auf.
Beispiel 2
1000 g Zirkonoxidpulver mit einer spezifischen Pulveroberfläche von 15 m2/g werden mit 200 g thermoplastischen Bindemittel (150 g Paraffin und 50 g Stearinsäure) bei 100 °C in einer beheizten Kugelmühle compoundiert und entlüftet. Von einem Fadenführer aus Hartmetall, welcher als Modell für das herzustellende Bauteil dient, wird eine Negativform aus Kautschuk hergestellt. Bei der Formherstellung wird die Schwindung des zukünftigen Bauteiles beim Sintern berücksichtigt. Diese Form ist vakuumdicht zusammenbaubar. In diese Form wird der Schlicker durch eine im oberen Teil der Form vorhandene Einfüllöffnung gefüllt. Der Schlicker hat beim Einfüllen eine Viskosität von 1 ,2 Pa ■ s und eine Temperatur von 100 °C. Diese Temperatur des Schlickers wird erreicht, da dieser sich in einem beheizbaren Behälter befindet.
Die gefüllte Form wird 10 Minuten bei einer Temperatur von 120 °C einem Vakuum von 0,015 MPa ausgesetzt. Danach wird die Form auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann kann der Formkörper entformt werden. Die Form kann für die Herstellung weiterer Formkörper wiederverwendet werden.
Der Formkörper wird anschließend bei 1350 °C unter Luft 2 h gesintert. Nach dem Sintern weist das Bauteil die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie der Modellfadenführer auf.
Beispiel 3
,2 ,
1000 g Hartmetallpulver mit einer spezifischen Pulveroberfläche von 15 rτv7g werden mit 100 g thermoplastischen Bindemittel (80 g Paraffin und 20 g Stearinsäure) bei 100 °C in einer beheizten Kugelmühle compoundiert.
Von einer Düse aus Kupfer, welche als Modell für das herzustellende Bauteil dient, wird eine Negativform aus Kautschuk hergestellt. Bei der Formherstellung wird die Schwindung des zukünftigen Bauteiles beim Sintern berücksichtigt. Diese Form ist vakuumdicht zusammenbaubar. In diese Form wird der Schlicker durch eine im oberen Teil der Form vorhandene Einfüllöffnung gefüllt. Der Schlicker hat beim Einfüllen eine Viskosität von 0,9 Pa • s und eine Temperatur von 100 °C. Diese Temperatur des Schlickers wird erreicht, da dieser sich in einem beheizbaren Behälter befindet. Die gefüllte Form wird 5 Minuten bei einer Temperatur von 100 °C einem Vakuum von 0,015 MPa ausgesetzt. Danach wird die Form auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann kann der Formkörper entformt werden. Die Form kann für die Herstellung weiterer Formkörper wiederverwendet werden.
Der Formkörper wird anschließend bei 1450 °C gesintert. Nach dem Sintern weist das Bauteil die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die Modelldüse auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteilen, bei denen aus keramischen Materialien oder aus pulvermetallurgischen Materialien und aus einem oder mehreren thermoplastischen Bindemitteln ein thermoplastischer Schlicker hergestellt wird und dieser thermoplastische Schlicker in eine Form eingebracht wird, deren Innenkontur der Außenkontur des keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils entspricht, wobei eine Viskosität des einzubringenden thermoplastischen Schlickers von > 0,05 Pa • s bis < 4,0 Pa • s eingestellt wird, und die Form vor und/oder während und/oder nach dem Einbringen des thermoplastischen Schlickers auf einen Druck zwischen > 5 Pa und < 0,09 MPa evakuiert wird, wobei eine evakuierbare Form verwendet wird, und das Einbringen des thermoplastischen Schlickers bei Temperaturen zwischen 40 °C und 180 °C durchgeführt wird, danach der thermoplastische Schlicker in der Form verfestigt wird, und der erhaltene Grünkörper anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als keramisches Material Siliziumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumnitrid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als pulvermetallurgisches Material Hartmetall verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Grünkörper aus keramischen oder pulvermetallurgischen Materialien nach der Formgebung mechanisch bearbeitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine Form oder mehrere Formen eingesetzt werden, die vakuumdicht und/oder dicht zusammenbaubar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine Form eingesetzt wird, die durch eine oder mehrere Trennebenen ganz oder teilweise geteilt und mit oder ohne Querteilung(en) versehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine elastische Form und/oder eine Form aus Metall eingesetzt wird, die ein- oder mehrteilig ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine Form eingesetzt wird, die lichtdurchlässig oder lichtdurchscheinend ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine beheizbare Form eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Einfüllen des thermoplastischen Schlickers mit einem Druck < 10 MPa und ^.0,1 MPa durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Formgebung drucklos durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem zur Evakuierung der Form ein Vakuum zwischen 20 Pa und 0,01 MPa eingestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem eine Viskosität des einzubringenden thermoplastischen Schlickers von 0,1 Pa • s bis 2,0 Pa ■ s eingestellt wird.
PCT/EP1998/000450 1997-01-29 1998-01-28 Verfahren zur herstellung von keramischen oder pulvermetallurgischen bauteilen WO1998032712A1 (de)

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