WO2009090159A1

WO2009090159A1 - Leichtgewichtiger grün- und formkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen material und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: WO2009090159A1
Application number: PCT/EP2009/050300
Authority: WO
Inventors: Tassilo Moritz
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2009-07-23
Also published as: DE102008000100B4; EP2321077A1; DE102008000100A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Keramik und betrifft einen leichtgewichtigen Grün- und einen Formkörper, wie er beispielsweise im Fahrzeugbau zur Anwendung kommen kann, und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines leichtgewichtigen Grün- und eines Formkörpers, welcher hohe mechanische Festigkeiten und eine einstellbare Porenstruktur aufweist. Der erfindungsgemäße leichtgewichtige Grünkörper besteht aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig nur aus Keramikpartikeln und/oder Metallpartikeln bestehen, wobei die Stege die Erstarrungsstrukturen eines sublimierten Suspendiermittels aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Suspension aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material und aus einem Suspendiermittel hergestellt, nachfolgend die Suspension einem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, und danach das Suspendiermittel sublimiert und entfernt wird, wobei während der Sublimation die verfestigte Struktur der Suspension erhalten wird.

Description

Leichtgewichtiger Grün- und Formkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Pulvermetallurgie und Keramik und betrifft einen leichtgewichtigen Grün- und einen Formkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, wie er beispielsweise im Fahrzeugbau, im Flugzeugbau oder im Maschinenbau als Filterkörper, Füllstoff, Leichtbauteil, Katalysatorträger, Porenbrenner, Dieselrußfilter oder Tiefenfilter für metallische Schmelzen, Geräusch- und Vibrationsdämpfer, Stauchelement oder Leichtbauteil zur Anwendung kommen kann, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Leichtbaukomponenten erlangen für vielfältige Konstruktionen im Fahrzeugbau, im Flugzeugbau oder im Maschinenbau zur Gewichtsreduzierung zunehmende Bedeutung. Zu den Leichtbaukomponenten werden aufgrund ihrer geringen Dichte Schaumstrukturen gerechnet. Durch den Einsatz von Schaumwerkstoffen, gegebenenfalls als Verbundbauteile mit dichten Außenteilen, kann durch die Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau eine beträchtliche Einsparung im Kraftstoffverbrauch erreicht werden. Metallschäume zeichnen sich durch eine geringe Masse in Kombination mit einer hohen Steifigkeit und einer nennenswerten mechanischen Festigkeit aus. Sie werden u. a. zur Wärmedämmung, zur Geräusch- und Vibrationsdämpfung oder als Stauchelemente, z. B. für „CrashT'-Absorber eingesetzt.

Zur Herstellung von Metallschäumen sind unterschiedliche Verfahren bekannt, z. B. das direkte Aufschäumen von Schmelzen mittels Gasinjektion oder durch Zugabe von Schäummitteln oder das Aufschäumen fester Ausgangsstoffe.

EP 1 288 320 A2 beschreibt ein schmelzmetallurgisches Verfahren, in welchem Gasblasen in eine Schmelze eingebracht werden. Die Größe der Blasen wird dabei durch die Einstellung der Einströmparameter des Gases gesteuert.

Eine Vorrichtung zum Einbringen von Gas in eine Schmelze aus schäumbarem Metall mittels eines Rohres zur Herstellung von Metallschaum, bei welchem die Größe der jeweiligen Einzelblasen und die Größe der Gasblasen durch eine geometrische Düsengestaltung und eine Einstellung der Einströmparameter des Gases in die Metallschmelze gesteuert werden, wird in AT 411 532 B beschrieben.

AT 410 103 B benennt ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers, bei welchem aus einer Partikel aufweisenden Metallschmelze durch Einbringen von Gas oder Gasgemischen in diese ein Metallschaum gebildet, dieser zumindest teilweise in eine Kokille eingebracht und dessen flüssige Phase in dieser erstarren gelassen wird.

Nach AT 408 078 B werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Körpern aus Metallschaum nach einem pulvermetallurgischen Verfahren beschrieben, bei welchem ein PM-Halbzeug in eine zumindest zweiteilige Kokille aus Metall, Keramik oder dergleichen eingelegt, und die geschlossene Kokille so weit aufgeheizt wird, bis das Halbzeug schmilzt, wobei das in das PM-Halbzeug eingebaute Treibmittel dissoziiert und Gas abspalten wird, so dass die Schmelze des Matrixmetalls aufschäumt und die Kokille ausfüllt, worauf die Kokille abgekühlt wird und die von Gasbläschen durchsetzte Schmelze zu einer porigen Struktur geringer spezifischer Dichte erstarrt. Ebenfalls ein pulvermetallurgischen Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper wird in DE 101 15 230 C2 vorgestellt, bei dem eine Mischung, die ein pulverförmiges metallisches Material, welches mindestens ein Metall und/oder eine Metalllegierung sowie ein gasabspaltendes treibmittelhaltiges Pulver enthält, zu einem Halbzeug konnpaktiert wird. Dieses Halbzeug wird unter Temperatureinwirkung aufgeschäumt, wobei ein treibmittelhaltiges Pulver verwendet wird, bei dem die Temperatur der maximalen Zersetzung weniger als 120 K unter der Schmelztemperatur des Metalls oder der Solidustemperatur der Metalllegierung liegt.

In US 4,713,277 B wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumes mit einem spezifischen Gewicht von 0,2 bis 0,8 und gleichmäßig verteilten polygonalen Hohlräumen von durchschnittlich 2 bis 10 mm Größe beschrieben, bei dem zunächst die Ausgangsstoffe für die Metallschmelze (AI oder Legierungen hiervon) sowie Ca als Bindemittel gemischt und auf Schmelztemperatur erhitzt werden, anschließend ein Aufschäumer, Titanhydrid mit 1 bis 3 Gew.-% an Luft beigemischt wird.

Ebenfalls bekannt ist nach EP 1 338 661 B1 ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten/porösen Metalls durch Zugeben eines Schäumungsmittels zu einem Schmelzbad eines Metalls, das eine Matrix bildet, wobei ein Pulver einer mit einem Fluorid beschichteten Carbonatverbindung als das Schäumungsmittel verwendet wird, so dass das Fluorid einen Oxidfilm, der das Matrixmetall bedeckt, zerstören kann und dass Kohlendioxid, welches durch die Carbonatverbindung gebildet wird und Blasen bildet, außerhalb Schalen aus Metalloxid zwischen den Blasen und der Matrix bilden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum aus einem aufschäumbaren metallhaltigen Rohmaterial und einem bei Erhitzen wirksam werdenden Treibmittel, insbesondere aus einem an sich bekannten konnpaktierten Gemisch aus Metallpulver und Treibmittelpulver, unter Erhitzen auf mindestens die Schmelz oder Schaumbildungstemperatur des Rohmaterials und Treibmittels wird in DE 197 34 394 C2 vorgestellt.

Die Verwendung von gasabspaltenden Treibmitteln zur Herstellung von Schäumen oder Metallschaum-Verbundbauteilen ist ebenfalls Gegenstand der Patentschriften EP 0 804 982 A2, EP 1 392 875 B1 , US 5,865,237, DE 11 64 102, DE 197 44 300, DE 101 27 716 A1 , DE 199 27 837 C1 , DE 100 45 494 C2 und DE 101 04 339 A1.

In DE 101 31 041 C2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur aus aufgeschäumtem Metall unter Verwendung eines Pulvervorrats von Metallpartikeln offengelegt, welches das Einleiten des Vorrats aus metallischen Pulverpartikeln zusammen mit Schaumbildnerpartikeln in ein Treibgas zur Bildung einer Gas/Teilchenmischung; das Aufschleudern der Mischung mit einer kritischen Teilchengeschwindigkeit auf ein metallisches Substrat; und ein gleichzeitiges oder nachfolgendes Aussetzen zumindest der Beschichtung auf dem Substrat einem thermischen Durchlauf, der bewirkt, dass eine Ausdehnung des Schaumbildners aktiviert wird, während die Metallpartikel unter dem Einfluss der sich ausdehnenden Gase zur plastischen Verformung weich gemacht werden, umfasst.

Aus der EP 483 184 B ist ein Verfahren zum Herstellen eines partikelverstärkten Metallschaumes bekannt geworden, nach welchem zellbildendes Gas in eine Schmelze aus Metall mit fein verteilten Verstärkungsmitteln eingebracht, geschäumtes Metallverbundmaterial gebildet und von der Oberfläche des geschmolzenen Materials der angesammelte Schaum abgenommen und erstarren gelassen wird.

In DE 10 2006 031 213 B3 wird ein Verfahren offenbart, bei welchem die stabilisierenden Teilchen bei der Herstellung des schäumbaren Ausgangsstoffes in einer in-situ-Reaktion von geschmolzenen reaktiven Flüssigkeiten und einer Metallschmelze erzeugt werden, wobei der Metallschmelze die Bestandteile der zu erzeugenden submikroskopischen Partikel oder Nanopartikel mindestens als Fluoridsalz hinzugegeben, anschließend gemischt und über die Schmelztemperatur der Mischungsbestandteile erhitzt wird.

Bei einem anderen Verfahren wird die Metallschmelze mit festen, körnigen Partikeln vermischt, die nach Erstarrung der Schmelze mit Lösungsmitteln herausgelöst werden und dabei in der Schmelze Hohlräume zurücklassen. Dieser Stand der Technik ist z. B. in folgenden Druckschriften beschrieben: WO 91/03578, WO 92/03582 und WO 92/21475.

Alle genannten Verfahren der Metallschaumherstellung weisen den gemeinsamen Nachteil auf, dass die Schaumbildung bei erhöhter Temperatur oder sogar im schmelzflüssigen Zustand des Metalles erfolgt, wofür eine große Energiemenge erforderlich ist. Zusätzlich werden Treibgase freigesetzt, die unter Umständen explosiv oder umweltschädigend sein können.

Bei Raumtemperatur arbeitet das nachfolgende Verfahren DE 10 2006 031 213 B3. Zur Herstellung von Stahlschaum aus Stahlpulver, Wasser und einem Stabilisator wird bei Raumtemperatur ein Schlicker hergestellt. Dieser Mischung wird Phosphorsäure als Binde- und Treibmittel zugegeben. Im Schlicker finden dann zwei Reaktionen statt, die zur Bildung einer stabilen Schaumstruktur führen. Zum einen entstehen bei der Reaktion zwischen Stahlpulver und Säure Wasserstoffgasbläschen, die ein Aufschäumen bewirken. Zum anderen bildet sich ein Metallphosphat, das durch seine Klebewirkung die Porenstruktur verfestigt. Der so hergestellte Schaum wird getrocknet und anschließend schadstofffrei zum metallischen Verbund gesintert.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass nicht alle metallischen oder keramischen Pulver mit Phosphorsäure aufgeschäumt werden können, und Phosphorsäure nicht ökologisch unbedenklich ist. Eine mögliche unkontrollierte Freisetzung von Wasserstoff infolge der Reaktion zwischen Säure und Metallpulver setzt diesem Verfahren weitere Grenzen.

Ein von den vorher genannten Methoden abweichendes Verfahren wird in DE 102 38 384 B4 beschrieben. Zur Herstellung der schaumförmigen Metallstruktur wird auf ein Galvanisierverfahren zurückgegriffen. Dies bedeutet, dass, bevor der Schritt des Galvanisierens vorgenommen werden kann, die Oberfläche eines nicht leitenden Substrates mit geschäumter, d. h. Poren aufweisender Struktur, mit einer leitfähigen Oberfläche versehen worden sein muss.

In EP 0 558 142 B1 wird eine Methode zur Herstellung metallischer Schäume beschrieben, bei welcher ein Schaummaterial über eine Behandlung in einem elektrolytischen Nickelbad metallisiert wird.

Die beschriebenen Methoden der Metallisierung von Schaumstrukturen beinhalten jedoch in nachteiliger Weise stets das Vorlegen einer bereits erzeugten Schaumstruktur aus einen bestimmten Material, welches nachträglich mit Metall beschichtet wird. Bei keramischen Schäumen sind vor allem die Durchströmbarkeit der Poren und die thermischen Eigenschaften in Kombination mit den mechanischen Eigenschaften von größter Bedeutung für die Anwendung. Derartige Schaumstrukturen finden Einsatz als Porenbrenner, Dieselrußfilter, Tiefenfilter für metallische Schmelzen oder Katalysatorträgerkörper.

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von keramischen Schäumen über Infiltration eines Polymerschaumes mit einer Suspension, bestehend aus dispergierten Keramikpartikeln in einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser DE 196 21 638 C2. Der Polymerschaum wird während des Sinterns ausgebrannt. Die Keramikpartikeln formen ein exaktes Abbild des Polymerschaumes. Keramische Schäume werden auch über CVD-Verfahren über Abscheidung auf netzförmigen Kohlenstoffschäumen erhalten.

In EP 1 117 626 B1 wird ein Verfahren zur Erzeugung von synthetischem Knochenmaterial beschrieben, welches aus einer großporigen Schaumkeramik besteht, deren offene Schaumstruktur Poren mit einem modalen Durchmesser von > 100 μm aufweist. Das Verfahren umfasst:

1. das Bilden eines keramischen Schlickers, der ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus einem aus Partikeln bestehenden keramischen Stoff, einem organischen Bindemittel in einem flüssigen Trägermaterial und wahlweise einem oder mehreren grenzflächenaktiven Stoffen enthält, wobei mindestens einer der grenzflächenaktiven Stoffe vorhanden ist, falls das organische Bindemittel nicht als grenzflächenaktiver Stoff fungiert;

2. Aufschäumen des keramischen Schlickers mit Hilfe einer Kugelmühle; und

3. Erwärmen des aufgeschäumten keramischen Schlickers auf eine Temperatur, die ausreicht, um das organische Bindemittel im Wesentlichen auszubrennen.

Ein anderes Verfahren gemäß WO 03/008357 A2 arbeitet mit einem anorganischen Material, einem Metallpulver oder einer Metallpaste, wobei in einer wässrigen keramischen Masse eine direkte Reaktion mit Gasbildung zwischen den Mineralen (z. B. Kaolinite) und dem Metallpulver (z. B. Aluminium) abläuft. Der Porenbildungsprozess findet bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen in etwa 2 bis 60 Minuten ab. Der entstandene poröse Grünling wird in der Form oder unter Einsatz von Mikrowellen getrocknet. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung einer offenzelligen Schaumkeramik ist die Direktschäumung durch ein Treibmittel (Produktblatt Schäumungsmittel W 53 FL., Fa. Zschimmer & Schwarz GmbH & Co., Lahnstein). Dafür wird zunächst eine Suspension aus keramischen Partikeln und Wasser oder einem Lösungsmittel hergestellt. Zu dieser Suspension werden ein Treibmittel und Polymerkomponenten zugegeben, anschließend wird diese Suspension in eine Form gegossen und die Reaktion des Treibmittels gestartet. Durch diese Reaktion kommt es zur Entwicklung von Gasblasen, die zu einem Aufschäumen der Suspension führen. Anschließend werden die Polymerkomponenten vernetzt, wodurch der Schaum erstarrt. Die Polymerkomponenten werden danach ausgebrannt und der verbliebene Schaum wird gesintert.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Schäumung schwierig zu steuern ist.

Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik durch Direktschäumung mittels Luft WO 97/45381. Dabei wird in eine Suspension aus keramischen Partikeln und Wasser oder einem Lösungsmittel eine Polymerkomponente zugegeben. Anschließend werden Luftblasen in die Suspension durch einen schnell laufenden Spezialrührer eingebracht. Die schaumige Suspension wird dann in eine Form eingebracht und durch Vernetzung der Polymerkomponente erstarrt der Schaum. Anschließend wird die Polymerkomponente ausgebrannt und der Schaum gesintert. Mittels dieses Verfahrens sind nur sehr feine Schäume herstellbar, die eine geringe Offenzelligkeit aufweisen. Die Festigkeit dieser Schäume ist begrenzt, da keine hohe Konzentration an Partikeln möglich ist, und beim Schwinden während des Sinterns ebenfalls Spannungen und Risse auftreten, die die Festigkeit der Schaumkeramik begrenzen. Außerdem ist die Durchströmbarkeit des Schaumes beeinträchtigt, da die Poren häufig geschlossene Zellen darstellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines leichtgewichtigen Grün- und eines Formkörpers aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, welches hohe mechanische Festigkeiten und eine einstellbare Porenstruktur aufweist und weiterhin in der Angabe eines Verfahrens zu seiner Herstellung, mit dem die leichtgewichtigen Grün- und Formkörper preiswert und ökologisch vorteilhaft in einfacher Weise herstellbar sind.

Die Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße leichtgewichtige Grünkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material besteht aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig nur aus Keramikpartikeln und/oder Metallpartikeln und gegebenenfalls aus Bindemittelpartikeln und aus bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen für die Sinterung von keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien bestehen, wobei keinerlei Materialien zur Erzeugung der mindestens Hochporosität vorhanden sind, und wobei die Stege die Erstarrungsstrukturen eines sublimierten Suspendiermittels aufweisen.

Vorteilhafterweise ist das leichtgewichtige hochporöse Material ein Schaum.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind als keramische Materialien Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordieht oder andere silikatische Materialien vorhanden.

Weiterhin vorteilhafterweise sind als pulvermetallurgische Materialien Stähle, Titanium, Aluminium oder Eisen vorhanden.

Auch vorteilhafterweise sind als Bindemittel organische, temporäre Bindemittel vorhanden, die noch vorteilhafterweise Stärke, Polysaccharide, Cellulosen und Cellulosederivate, Acrylate, Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol oder Zuckerarten vorhanden sind.

Und ebenfalls vorteilhafterweise sind als bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe Glaspulver, Oxide oder Oxidgemische, Kohlenstoff liefernde organische Verbindungen vorhanden. Vorteilhaft ist es auch, wenn im Falle von Wasser als Suspendiermittel die Stege des Grünkörpers die Strukturen der sublimierten Eiskristalle aufweisen.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn im Falle des Einsatzes von Gelen zu Suspendiermitteln die Stege des Grünkörpers die Strukturen der Gelstruktur aufweisen.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Grünkörper mittels physikalischer und/oder chemischer Methoden bearbeitbar ist.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn der Grünkörper mittels mechanischer Verfahren bearbeitbar ist.

Der erfindungsgemäße leichtgewichtige Formkörper aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material besteht aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig aus einem versinterten keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material bestehen und im Wesentlichen keine Poren und/oder Hohlräume aufweisen, wobei keine Risse, Hohlräume und Poren von entfernten Materialien zur Erzeugung der mindestens Hochporosität vorhanden sind.

Vorteilhafterweise bestehen die dreidimensional miteinander verbundenen Stege aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordierit oder anderen silikatischen Materialien.

Ebenfalls vorteilhafterweise bestehen die dreidimensional miteinander verbundenen Stege aus Stählen, Titanium, Aluminium oder Eisen.

Weiterhin vorteilhafterweise beträgt die Dichte des dreidimensional miteinander verbundenen versinterten Stegmaterials > 80 % der theoretischen Dichte.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Grünkörpers aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material wird eine Suspension aus mindestens einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, aus mindestens einem Bindemittel und gegebenenfalls aus bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen für die Sinterung von keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien und aus mindestens einem Suspendiermittel hergestellt, wobei ein Suspendiermittel eingesetzt wird, welches unterhalb der Schmelztemperatur der keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien sublimiert, nachfolgend entweder die Suspension einem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, oder die Suspension einer Temperaturerniedrigung bis zur vollständigen Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, danach die verfestigte/erstarrte/gefrorene Suspension einer Druckabsenkung auf einen Unterdruck unterworfen wird, wobei während der Druckabsenkung die Temperatur bis zum Schmelzpunkt des Suspendiermittels bei dem jeweiligen Druck erhöht wird, dann die Suspension dem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, und danach das Suspendiermittel sublimiert und entfernt wird, wobei während der Sublimation die verfestigte Struktur der Suspension erhalten wird.

Vorteilhafterweise werden als Suspendiermittel, Wasser oder Lösungsmittel eingesetzt.

Ebenfalls vorteilhafterweise werden als Suspendiermittel Cyclohexan, Cyclohexanol oder tert. Butanol eingesetzt.

Weiterhin vorteilhafterweise werden als keramische Materialien Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordieht oder anderen silikatischen Materialien eingesetzt.

Und auch vorteilhafterweise werden als pulvermetallurgische Materialien Stähle, Titanium, Aluminium oder Eisen eingesetzt.

Vorteilhaft ist es auch, wenn als Bindemittel organische, temporäre Bindemittel eingesetzt werden. Und auch vorteilhaft ist es, wenn als organische, temporäre Bindemittel Stärke, Polysaccharide, Cellulosen und Cellulosederivate, Acrylate, Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol oder Zuckerarten eingesetzt werden.

Von Vorteil ist es auch, wenn als bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe Glaspulver, Oxide oder Oxidgemische, Kohlenstoff liefernde organische Verbindungen eingesetzt werden.

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn als Unterduck ein Vakuum, noch vorteilhafterweise ein Druck von 4 bis 600 Pa angelegt wird.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Suspension in eine Vakuumkammer oder einen Gefriertrockner eingebracht wird.

Und auch von Vorteil ist es, wenn die Suspension gleichzeitig einem Unterdruck und Temperaturen unterhalb des Verfestigungsdruckes und der Verfestigungstemperatur des Suspendiermittels ausgesetzt wird.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die verfestigte Suspension auf die Sublimationstemperatur des Suspendiermittels oder geringfügig darüber erwärmt wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das sublimierte Suspendiermittel aus dem Grünkörper und dessen räumlichem Umfeld vollständig entfernt wird.

Weiterhin vorteilhafterweise wird die Suspension in eine Form gegossen und in dieser Form dem Unterdruck ausgesetzt und nachfolgend das Suspendiermittel aus der verfestigten Suspension in der Form sublimiert und entfernt.

Ebenfalls vorteilhafterweise wird die verfestigte Suspension vor der Sublimation einer physikalischen oder chemischen Bearbeitung unterzogen.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn während der Suspensionsherstellung Luft und/oder andere Gase in die Suspension, noch vorteilhafterweise mittels Rühren, eingebracht werden. Von Vorteil ist es auch, wenn der Unterdruck bis zur Verfestigung des Suspendiermittels in möglichst kurzer Zeit, noch vorteilhafterweise innerhalb von 1 s bis 1 min, eingestellt wird.

Und auch von Vorteil ist es, wenn über die Viskosität der Suspension die Größe und Verteilung der Poren oder Zellen zwischen den Stegen gesteuert wird, wobei eine höherviskose Suspension eine geringere Größe und Verteilung der Poren oder Zellen zwischen den Stegen zur Folge hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, bei dem ein Grünkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material besteht aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig nur aus Keramikpartikeln und/oder Metallpartikeln und gegebenenfalls aus Bindemittelpartikeln und aus bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen für die Sinterung von keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien bestehen, wobei keinerlei Materialien zur Erzeugung der mindestens Hochporosität vorhanden sind, und wobei die Stege die Erstarrungsstrukturen eines sublimierten Suspendiermittels aufweisen, bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien gesintert wird.

Die erfindungsgemäßen leichtgewichtigen Grün- und Form körper weisen eine Struktur aus offenen und geschlossenen Poren oder Zellen auf, die von den Stegen gebildet werden. Die Stege bestehen aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, wobei beim Grünkörper noch Bindemittel und/oder Hilfs- und Zusatzstoffe für die Sinterung der Materialien vorhanden sein können.

Die erfindungsgemäßen leichtgewichtigen Grün- und Formkörper bestehen aus einem geschäumten oder porösen Körper mit einer spezifischen Masse von 10 bis 90 % des reinen Materials mit einer Vielzahl von geschlossenen, isolierten oder offenen, teilweise miteinander verbundenen, im allgemeinen sphärischen Poren oder Zellen oder einer Kombination aus beiden Porenarten mit Porengrößen im Bereich von 10 μm bis 10 mm, wobei alle diese Poren oder Zellen von den Stegen gebildet werden. Diese Poren sind nicht die Poren, die sich im Stegmaterial befinden.

Gegenüber metallischen Schäumen, die über Schmelze-Verfahren erzeugt wurden, unterscheiden sich die erfindungsgemäßen leichtgewichtigen Formkörper dadurch, dass sie über eine Sinterung ihre Endfestigkeit erhalten. Während die metallischen Schäume ein Erstarrungsgefüge aufweisen, zeigen die erfindungsgemäßen Strukturen der Formkörper ein materialtypisches Sintergefüge.

Gegenüber den mit Phosphorsäure als Triebmittel hergestellten metallischen Schäumen weisen die erfindungsgemäßen Strukturen der Grün- und Formkörper keine Phosphatbindephasen im Gefüge auf.

Gegenüber keramischen und metallischen Schaumstrukturen, die über Beschichten polymerer Schaumskelettstrukturen mit Pulversuspensionen erzeugt werden, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Strukturen der Grün- und Formkörper dadurch aus, dass sie keine Hohlstege aufweisen, welche Replikate der ausgebrannten Polymerstrukturen darstellen.

Die Strukturen der erfindungsgemäßen Grünkörper lassen sich von allen anderen keramischen und metallischen Schaumstrukturen dadurch unterscheiden, dass die Stege der Grünkörper Oberflächenmerkmale und Poren aufweisen, die von der Erstarrung des Suspendiermittels und dem häufig damit verbundenen Kristallwachstum herrühren. Diese charakteristischen Erstrarrungsstrukturen lassen sich beispielsweise im Rasterelektronenmikroskop nachweisen und geben eine Hinweis auf die Entstehungsgeschichte der jeweiligen geschäumten, porösen Struktur (Bilder 1 - 5)

Bild 1 : Steg einer ungesinterten Aluminiumoxidschaumstruktur mit Poren von Eiskristallen Bild 2: Steg einer ungesinterten Aluminiumoxidschaumstruktur mit Poren von Eiskristallen Bild 3: Steg einer ungesinterten Aluminiumoxidschaumstruktur mit Poren von Eiskristallen Bild 4: Steg einer ungesinterten Stahlschaumstruktur mit Poren von Eiskristallen Bild 5: Steg einer ungesinterten Stahlschaumstruktur mit Poren von Eiskristallen Aus keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien wird mit einem

Suspendiermittel und gegebenenfalls Bindemitteln und/oder Hilfs- oder Zusatzstoffen für die Sinterung der Materialien eine Suspension mit Feststoffgehalten von > 1 bis 98 Vol.-% hergestellt.

Eine derartige erfindungsgemäß eingesetzte Suspension kann aufgrund der

Feststoffgehalte eine Viskosität von leicht flüssig bis pastös aufweisen.

Die Suspension kann vorteilhafterweise gerührt werden.

Über die Menge an eingebrachter Luft oder anderen Gasen in die Suspension und die Viskosität der Suspension kann die Anzahl und Größe der Poren oder Zellen, die durch die Stege gebildet werden, gesteuert werden.

Die Suspension wird in Formen, hohle Bauteilstrukturen oder Gefäße gefüllt und in eine Vorrichtung überführt, in der die Suspension einem Unterdruck ausgesetzt werden kann. Dies ist vorteilhafterweise ein Vakuumgefäß oder ein Gefriertrockner.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die hergestellte Suspension, während sie einem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, aufgeschäumt. Durch das Anlegen des Unterdruckes wird die in der Suspension zwangsläufig vorhandene Luft oder andere Gase aus der Suspension entfernt/herausgesaugt. Dadurch und durch den aufgrund des verringerten Umgebungsdruckes abgesenkten Siedepunkt des Suspendiermittels schäumt die Suspension auf und es entsteht eine leichtgewichtige hochporöse Struktur bis zu einer Schaumstruktur.

Das Aufschäumen der Suspension kann auch erreicht werden, indem die Suspension vorteilhafterweise in einer Form, einer hohlen Bauteilstruktur oder einem Gefäß verfestigt/erstarrt/eingefroren wird. Diese verfestigte/erstarrte/eingefrorene Suspension wird nun einem Unterdruck ausgesetzt, wobei dabei die verfestigte/erstarrte/eingefrorene Suspension bis über die Schmelztemperatur des Suspendiermittels erwärmt wird. Durch die mindestens teilweise Verflüssigung des Suspendiermittels kann die Suspension wieder aufschäumen. Durch die weitere Druckabsenkung wird dann wieder ein Gleichgewicht zwischen Druck und Temperatur erreicht, so dass die aufgeschäumte Suspension dann erneut verfestigt/erstarrt/eingefroren wird. Im Anschluss an die Herstellung der Schaum struktur wird die Sublimation des Suspendiermittels durchgeführt und der Grünkörper hergestellt.

Weiterhin kann erfindungsgemäß die Suspension aus den keramischen und/oder metallischen Pulvern mit einer Gel bildenden Substanz, wie z. B. kolloidalen oder polymeren Solen, Agar oder Gelatine, versetzt werden. Nach Anlegen eines Unterdruckes auf die Suspension setzt während der Evakuierung des Gefäßes die Blasenbildung in der Suspension ein, die zur erfindungsgemäßen leichtgewichtigen porösen bis geschäumten Struktur führt. Durch weiteres Absenken des Umgebungsdruckes, beispielsweise auf Drücke < 600 Pa werden die Gleichgewichtsbedingungen erreicht, die ein Verfestigen/Erstarren/Einfrieren der Struktur bewirkt. Gleichzeitig bewirkt die Gelbildung eine zusätzliche Verfestigung der Struktur.

Der verfestigte/erstarrte/gefrorene Schaum wird dann den Sublimationsbedingungen ausgesetzt und das Suspendiermittel entfernt, so dass der Grünkörper entsteht.

Im speziellen Fall des Einsatzes von Gel bildenden Substanzen kann die erfindungsgemäße Schaumstruktur aber auch nach ihrem Verfestigen/Erstarren/Einfrieren unter Umgebungsdruck dem Vakuumgefäß entnommen und auf Raumtemperatur erwärmt werden. Obwohl die geschäumte oder poröse Struktur zu diesem Zeitpunkt noch nicht getrocknet ist, und der Porenraum zwischen den Stegen mit dem Suspendiermittel, vorzugsweise Wasser oder Lösungsmittel, gefüllt ist, verleiht das entstandene Gel dem Formkörper Festkörpereigenschaften. Die Restfeuchte kann nun der Struktur über konventionelle Trocknungsverfahren, wie Verdunstungs- oder Verdampfungstrocknung entfernt werden, wodurch der erfindungsgemäße Grünkörper entsteht.

Der erfindungsgemäße Grünkörper wird im Anschluss einem Sinterprozess unterzogen, der zur Verfestigung der keramischen oder metallischen Pulverteilchen führt und der Schaumstruktur seine endgültigen Festkörpereigenschaften verleiht.

Vorteilhafterweise kann die Suspension gleich in eine Form gefüllt und diese evakuiert werden, so dass der entstehende Grünkörper auch ein geformter Grünkörper ist.

Ebenfalls vorteilhafterweise wird ein Suspendiermittel auf wässriger Basis verwendet. Es ist aber auch möglich, anstelle von Wasser als Suspendiermittel für die Suspension organische Lösungsmittel, z. B. tertiären Butylalkohol, Cyclohexan oder Cyclohexanol einzusetzen. Gemäß den Zustandsdiagrammen dieser Lösungsmittel im Vergleich zu dem des Wassers, ändern sich dann die Eigenschaften Dampfdruck, Schmelzpunkt und Siedepunkt, die bei der Prozessführung beachtet werden müssen. Die verwendeten Lösungsmittel müssen die Bedingung erfüllen, dass der Druck in einer bekannten Vorrichtung bis unterhalb des Gleichgewichtsdruckes der Schmelztemperatur des Lösungsmittels abgesenkt werden kann. Nur dann kann der Phasenübergang zum Festkörper vollzogen werden. Existiert keine derartige Vorrichtung so kann das Lösungsmittel als Suspendiermittel nicht eingesetzt werden.

Weiterhin vorteilhafterweise wird die Evakuierung in einem Vakuumgefäß oder einem Gefriertrockner durchgeführt.

Aufgrund der weiteren Absenkung des Drucks bis zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels, verfestigt/erstarrt/gefriert dieses schlagartig und die leichtgewichtige hochporöse Struktur bis Schaumstruktur der Suspension bleibt erhalten. Die Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels erfolgt durch die Erreichung eines Gleichgewichtsdruckes, der der Temperatur beim Gefrierpunkt des Suspendiermittels entspricht. Die Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ist quasi die Verfestigung oder das Einfrieren des Suspendiermittels.

Die verfestigte oder erstarrte oder gefrorene geschäumte Suspension als Grünkörper kann nun auch mittels physikalischer oder chemischer Verfahren bearbeitet werden, wobei bei dieser Bearbeitung beachtet werden muss, dass das Suspendiermittel nicht schmilzt, also den erstarrten Zustand verliert.

Nachfolgend wird das verfestigte/erstarrte/gefrorene Suspendiermittel der erfindungsgemäßen Grünkörper sublimiert. Dabei werden Druck und Temperatur so eingestellt, dass in jedem Fall keine Verflüssigung des Suspendiermittels erfolgen kann und gleichzeitig das Suspendiermittel möglichst vollständig sublimiert. Das sublimierte Suspendiermittel wird aus dem Gründkörper und aus seiner räumlichen Umgebung entfernt. Dies kann vorteilhafterweise in einem Gefriertrockner erfolgen, aus dem das gasförmige Suspendiermittel abgesaugt wird.

Danach kann der erfindungsgemäße Grünkörper den Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden.

Die Sublimation kann ebenso wie die Schäumung und die Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels durch Druck und Temperatur gesteuert werden.

Die Gleichgewichtsbedingungen für die Schäumung, die

Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels und die Sublimation sind für die erfindungsgemäß einsetzbaren Suspendiermittel bekannt.

Im Falle der Verwendung von Wasser als Suspendiermittel wird der Druck bei Raumtemperatur auf < 600 Pa abgesenkt, was dem Tripelpunkt des Wassers entspricht. Dadurch wird ein Aufschäumen der wässrigen Suspension erreicht und gleichzeitig friert das Wasser bei Erreichen dieses Druckes ein. Der Grünkörper mit der eingefrorenen Schaumstruktur wird dann einem Druck von 4 bis 250 Pa ausgesetzt. Innerhalb dieses Druckbereiches sublimiert das Wasser bei einer Stellflächentemperatur von 20 - 25 ⁰C. Die Sublimationsgeschwindigkeit kann erhöht werden, wenn die Temperatur bis auf 40 - 60 ⁰C erhöht wird. Dies kann beispielsweise über eine zusätzliche Wärmequelle, z. B. durch einen Wärmestrahler, durch Induktionsbeheizung, durch Mikrowellenenergie oder durch eine Heizplatte unterstützt werden.

Zur Erhöhung der Festigkeit der infolge der Sublimation getrockneten Schaumstruktur können der Suspension übliche temporäre Bindemittel zugesetzt werden. Der erfindungsgemäße Grünkörper in Form eines getrockneten Schaumes, der während der Sublimationstrocknung keiner Trocknungsschwindung unterliegt, wird am Anschluss einem Sinterprozess unterzogen, der zur Verfestigung der keramischen oder metallischen Pulverteilchen führt und der Schaumstruktur seine endgültigen Festkörpereigenschaften verleiht.

Dabei ist zu beachten, dass die Sinterbedingungen kein Aufschmelzen einer der Komponenten ermöglicht, da sonst die geschäumte Struktur verloren gehen würde. Den Suspensionen können vorteilhafterweise Gefherpunkt-erniedrigende Substanzen zugesetzt werden, wie z. B. Glycerin, Ethanol, Aceton, Isopropanol. Auf diese Weise kann ein Schäumen der Suspensionen auch bei niedrigeren Umgebungsdrücken als < 600 Pa erzielt werden.

Als Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren der Metallschaumherstellung werden die erfindungsgemäßen Grün- und Formkörper in höchstem Maß umweltfreundlich herstellbar, da keine Treibmittel zur Gasbildung verwendet werden müssen. Weiterhin arbeitet das beschriebene Verfahren sehr energiesparend, da die Erzeugung der hochporösen bis Schaumstruktur nicht in der Schmelze oder durch thermische Zersetzung des Treibmittels erfolgt, sondern bei Temperaturen um den Gefrierpunkt des Suspendiermittels.

Als weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ist anzuführen, dass die Größe und Verteilung der Poren oder Zellen, die durch die Stege gebildet werden, über eine Regelung von Druck und Temperatur auf die Suspension genau eingestellt werden kann.

Das Poren- oder Zellenvolumen kann über die Suspensionsherstellung, die Viskosität der Suspension, den Feststoffgehalt der Suspensionen und ebenfalls über die Prozessführung von Druck und Temperatur gesteuert werden. Die Bildung der Poren und Zellen kann über die Drucksteuerung abrupt durch Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren der Suspension unterbrochen werden.

Als Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren der Schaumkeramikherstellung sind zu nennen, dass die Schaumstrukturen kein Ausbrennen eines Polymers für die Zellenstruktur oder eines organischen Platzhalters erfordern, als Zellenbildner vorteilhafterweise Wasserdampf fungiert und keramische Vollstege erzielt werden können. Eine thermische Behandlung des Materials zur Schaumbildung infolge Treibmittelzersetzung ist nicht erforderlich.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Formkörper bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperaturen der Komponenten gesintert werden. Damit entsteht keine Schmelzphase, wodurch die hochporöse bis Schaumstruktur erhalten bleibt und andererseits keine Umwandlungsvorgänge der Materialien erfolgen können. Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1 :

428 g Aluminiumoxidpulver (A-16, ALCOA) mit einer Teilchengröße von d₅o = 0,4 μm werden in 75 g Wasser unter Zugabe von 5 ml eines Verflüssigers (Dolapix CE64 Zschimmer & Schwarz) unter Rühren im Ultraschallbad dispergiert. Als temporärer Binder werden der Suspension 10 ml 15 %iger Moviol -Lösung zugegeben. 10 ml der Suspension mit einem Feststoffgehalt von 85 Ma. -% werden nach 1 h Rühren bei Raumtemperatur in eine zylindrische Silikonkautschukform (0 25 mm) eingefüllt und auf der Stellfläche eines Gefriertrockners (Gamma 20, Fa. Martin Christ) positioniert. Anschließend wird der Druck in der Vakuumkammer des Gefriertrockners auf einen Druck von 125 Pa abgesenkt, was einer Gleichgewichtstemperatur des Eises von -18 ⁰C entspricht. Während der Druckabsenkung wird die Suspension aufgeschäumt. Bei Erreichen des Gefrierpunktes der Suspension friert der so entstandene Schaum schlagartig ein. Nach Erreichen des Vakuumdruckes von 125 Pa wird die Stellflächenheizung auf 30 ⁰C eingestellt und die Gefriertrocknung gestartet. Nach 48 h wird der Gefriertrocknungsprozess beendet und die getrocknete Schaumprobe als Grünkörper entnommen. Die Entfernung des temporären Bindemittels erfolgt bei 500 ⁰C.

Nachfolgend wird die Sinterung an Luft mit einer Aufheizrate von 3 K/min bei 1700 ⁰C über 1 h Haltezeit durchgeführt.

Die auf diese Weise erhaltene geschäumte Struktur weist eine Dichte von 56 % der Dichte von Aluminiumoxid (3,99 g/cm³) auf. Der Anteil an offener Porosität zwischen den Stegen beträgt 35 %.

Beispiel 2:

415 g Aluminiumoxidpulver (A-16, ALCOA) mit einer Teilchengröße von d₅o = 0,4 μm werden in 80 g Wasser unter Zugabe von 5 ml eines Verfüssigers (Dolapix CE64 (Zschimmer & Schwarz) unter Rühren im Ultraschallbad dispergiert. Als temporärer Binder werden der Suspension 10 ml 15 %iger Moviol-Lösung zugegeben. 10 ml der Suspension mit einem Feststoffgehalt von 83,86 Ma. -% werden nach 1 h Rühren bei Raumtemperatur in eine zylindrische Silikonkautschukform (0 25 mm) eingefüllt und auf der Stellfläche eines Gefriertrockners (Gamma 20, Fa. Martin Christ) positioniert. Anschließend wird der Druck in der Vakuumkammer des Gefriertrockners auf einen Druck von 125 Pa abgesenkt, was einer Gleichgewichtstemperatur des Eises von -18 ⁰C entspricht. Während der Druckabsenkung wird die Suspension aufgeschäumt. Bei Erreichen des Gefrierpunktes der Suspension friert der so entstandene Schaum schlagartig ein. Nach Erreichen des Vakuumdruckes wird die Stellflächenheizung auf 30 ⁰C eingestellt und die Gefriertrocknung gestartet. Nach 48 h wird der Gefhertrocknungsprozess beendet und die getrocknete Schaumprobe entnommen. Die Entfernung des temporären Bindemittels erfolgt bei 500 ⁰C.

Die erhaltene geschäumte Struktur weist eine Dichte von 45 % der Dichte von Aluminiumoxid (3,99 g/cm³) auf. Der Anteil an offener Porosität zwischen den Stegen beträgt 48 %.

Beispiel 3:

460 g Stahlpulver (Micro MeIt 17-4 PH, Carpenter) mit einer Teilchengröße von dgo < 22 μm werden in 33,5 g Wasser durch Rühren im Ultraschallbad dispergiert. 15 ml eines Dispergierhilfsmittels (Dolapix CE64, Fa. Zschimmer & Schwarz) eingesetzt. Zusätzlich werden der Suspension 2,5 ml Glycerin zur Herabsetzung des Gefrierpunktes zugesetzt. Der Feststoffgehalt der Suspension beträgt 92,9 Ma.-%. Die Suspension wird anschließend in Silikonkautschukformen eingefüllt und durch Kontakt mit einer in Flüssigstickstoff gekühlten Metallplatte (-196 ⁰C) eingefroren. Bis zur Überführung in den Gefriertrockner werden die gefrorenen Suspensionen 24 h in einem Tiefkühlschrank bei - 21 ⁰C gelagert. Die gefrorenen zylinderförmigen Proben (0 25 mm, h = 6 mm) werden anschließend entformt und in Metallschalen auf den Stellflächen des Gefriertrockners bei Raumtemperatur positioniert. Der Druck in der Vakuumkammer des Gefriertrockners wird unmittelbar im Anschluss daran auf 125 Pa abgesenkt. Während der Druckabsenkung werden die gefrorenen Proben durch den Kontakt mit den wärmeren Stellflächen bis zum Schmelzpunkt des Wassers erwärmt, wodurch ein Aufschäumen der Suspension bewirkt wird. Nach einem Absinken des Druckes in der Vakuumkammer auf den Gleichgewichtsdruck des Wassers, der einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Suspension entspricht, erfolgt ein sofortiges Einfrieren des Wassers und damit der entstandenen Schaumstrukturen. Nach Erreichen des voreingestellten Vakuumdruckes wird die Stellflächenheizung auf 30 ⁰C eingestellt und die Gefriertrocknung gestartet. Nach 48 h wird der Gefriertrocknungsprozess beendet und die getrocknete Schaumprobe entnommen. Die Entfernung des temporären Bindemittels erfolgte bei 700 ⁰C unter Ar- Atmosphäre mit 5 % H₂. Die Sinterung wird unter Wasserstoff mit einer Aufheizrate von 3 K/min bei 1380 ⁰C über 1 h Haltezeit durchgeführt.

Die Dichte der gesinterten Schaumstruktur beträgt 2,87 g/cm³, was 36,8 % der theoretischen Dichte der Stahlsorte 17-4 mit 7,8 g/cm³ entspricht. Der Anteil an offener Porosität zwischen den Stegen beträgt 60 %.

Claims

Patentansprüche

1. Leichtgewichtiger Grünkörper aus einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, bestehend aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig nur aus Keramikpartikeln und/oder Metallpartikeln und gegebenenfalls aus Bindemittelpartikeln und aus bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen für die Sinterung von keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien bestehen, wobei keinerlei Materialien zur Erzeugung der mindestens Hochporosität vorhanden sind, und wobei die Stege die Erstarrungsstrukturen eines sublimierten Suspendiermittels aufweisen.

2. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem das leichtgewichtige hochporöse Material ein Schaum ist.

3. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem als keramische Materialien Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordieht oder andere silikatische Materialien vorhanden sind.

4. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem als pulvermetallurgische Materialien Stähle, Titanium, Aluminium oder Eisen vorhanden sind.

5. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem als Bindemittel organische, temporäre Bindemittel vorhanden sind.

6. Grünkörper nach Anspruch 5, bei dem als organische, temporäre Bindemittel Stärke, Polysaccharide, Cellulosen und Cellulosedehvate, Acrylate, Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol oder Zuckerarten vorhanden sind.

7. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem als bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe Glaspulver, Oxide oder Oxidgemische, Kohlenstoff liefernde organische Verbindungen vorhanden sind.

8. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem im Falle von Wasser als Suspendiermittel die Stege des Grünkörpers die Strukturen der sublimierten Eiskristalle aufweisen.

9. Grünkörper nach Anspruch 1 , bei dem im Falle des Einsatzes von Gelen zu Suspendiermitteln die Stege des Grünkörpers die Strukturen der Gelstruktur aufweisen.

10. Grünkörper nach Anspruch 1 , der mittels physikalischer und/oder chemischer Methoden bearbeitbar ist.

11. Grünkörper nach Anspruch 1 , der mittels mechanischer Verfahren bearbeitbar ist.

12. Leichtgewichtiger Formkörper aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, bestehend aus einer mindestens hochporösen Struktur aus dreidimensional miteinander verbundenen Stegen, die vollständig aus einem versinterten keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material bestehen und im Wesentlichen keine Poren und/oder Hohlräume aufweisen, wobei keine Risse, Hohlräume und Poren von entfernten Materialien zur Erzeugung der mindestens Hochporosität vorhanden sind.

13. Formkörper nach Anspruch 12, bei dem die dreidimensional miteinander verbundenen Stege aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordierit oder anderen silikatischen Materialien bestehen.

14. Formkörper nach Anspruch 12, bei dem die dreidimensional miteinander verbundenen Stege aus Stählen, Titanium, Aluminium oder Eisen bestehen.

15. Formkörper nach Anspruch 12, bei dem die Dichte des dreidimensional miteinander verbundenen versinterten Stegmaterials > 80 % der theoretischen Dichte beträgt.

16. Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Grünkörpers aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, bei dem eine Suspension aus mindestens einem keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, aus mindestens einem Bindemittel und gegebenenfalls aus bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen für die Sinterung von keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien und aus mindestens einem Suspendiermittel hergestellt wird, wobei ein Suspendiermittel eingesetzt wird, welches unterhalb der Schmelztemperatur der keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien sublimiert, nachfolgend entweder die Suspension einem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, oder die Suspension einer Temperaturerniedrigung bis zur vollständigen Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, danach die verfestigte/erstarrte/gefrorene Suspension einer Druckabsenkung auf einen Unterdruck unterworfen wird, wobei während der Druckabsenkung die Temperatur bis zum Schmelzpunkt des Suspendiermittels bei dem jeweiligen Druck erhöht wird, dann die Suspension dem Unterdruck bis mindestens zur Verfestigung/Erstarrung/Einfrieren des Suspendiermittels ausgesetzt wird, und danach das Suspendiermittel sublimiert und entfernt wird, wobei während der Sublimation die verfestigte Struktur der Suspension erhalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Suspendiermittel, Wasser oder Lösungsmittel eingesetzt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Suspendiermittel Cyclohexan, Cyclohexanol oder tert. Butanol eingesetzt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als keramische Materialien Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Mischoxide, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Porzellan, MuIMt, Steatit, Cordieht oder anderen silikatischen Materialien eingesetzt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als pulvermetallurgische Materialien Stähle, Titanium, Aluminium oder Eisen eingesetzt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Bindemittel organische, temporäre Bindemittel eingesetzt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem als organische, temporäre Bindemittel

Stärke, Polysaccharide, Cellulosen und Cellulosederivate, Acrylate,

Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol oder Zuckerarten eingesetzt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als bekannte Hilfs- und Zusatzstoffe Glaspulver, Oxide oder Oxidgemische, Kohlenstoff liefernde organische Verbindungen eingesetzt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Unterduck ein Vakuum angelegt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem als Unterdruck ein Druck von 4 bis 600 Pa angelegt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Suspension in eine Vakuumkammer oder einen Gefriertrockner eingebracht wird.

27. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Suspension gleichzeitig einem Unterdruck und Temperaturen unterhalb des Verfestigungsdruckes und der Verfestigungstemperatur des Suspendiermittels ausgesetzt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die verfestigte Suspension auf die Sublimationstemperatur des Suspendiermittels oder geringfügig darüber erwärmt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das sublimierte Suspendiermittel aus dem Grünkörper und dessen räumlichem Umfeld vollständig entfernt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Suspension in eine Form gegossen und in dieser Form dem Unterdruck ausgesetzt und nachfolgend das Suspendiermittel aus der verfestigten Suspension in der Form sublimiert und entfernt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die verfestigte Suspension vor der Sublimation einer physikalischen oder chemischen Bearbeitung unterzogen wird.

32. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem während der Suspensionsherstellung Luft und/oder andere Gase in die Suspension eingebracht werden.

33. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem die Suspension während der Herstellung gerührt wird.

34. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Unterdruck bis zur Verfestigung des Suspendiermittels in möglichst kurzer Zeit eingestellt wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem der Unterdruck bis zur Verfestigung des Suspendiermittels innerhalb von 1 s bis 1 min eingestellt wird.

36. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem über die Viskosität der Suspension die Größe und Verteilung der Poren oder Zellen zwischen den Stegen gesteuert wird, wobei eine höherviskose Suspension eine geringere Größe und Verteilung der Poren oder Zellen zwischen den Stegen zur Folge hat.

37. Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers aus einem mindestens hochporösen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Material, bei dem ein Grünkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der keramischen und/oder pulvermetallurgischen Materialien gesintert wird.