WO2014044432A1 - Production of a refractory metal component - Google Patents

Production of a refractory metal component Download PDF

Info

Publication number
WO2014044432A1
WO2014044432A1 PCT/EP2013/065211 EP2013065211W WO2014044432A1 WO 2014044432 A1 WO2014044432 A1 WO 2014044432A1 EP 2013065211 W EP2013065211 W EP 2013065211W WO 2014044432 A1 WO2014044432 A1 WO 2014044432A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractory metal
extrusion
powder
green body
sintering
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/065211
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mathias Sommerer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2014044432A1 publication Critical patent/WO2014044432A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22Manufacture 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
    • B22F3/227Manufacture 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 by organic binder assisted extrusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/20Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045Alloys based on refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0031Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a refractory metal component, the method comprising the following steps: providing an extrusion compound comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof and at least one binder ; and extruding the extrusion mass.
  • the invention also relates to a refractory metal component produced by means of the method.
  • the invention is particularly applicable to X-ray tubes or fusion reactors, in particular for a surface of an X-ray anode or a wall or structural components of a fusion reactor.
  • refractory metals in particular tungsten, are used.
  • the film casting process for refractory metals is known from WO 2007/147792 A1.
  • WO 2007/147792 A1 discloses a process for the production of planar, shaped articles from a tungsten or molybdenum heavy metal alloy, from which a slurry for film casting is produced, from which slurry a film is poured and the film is debinded after drying and sintered to to obtain the molded article.
  • Tungsten heavy metal alloys are about 90% Wt .-% to about 97 wt .-% of tungsten or tungsten alloys.
  • the remainder is binder metals.
  • metallic binder the elements Fe, Ni and / or Cu in proportions greater than 1% by mass are preferred.
  • the metallic binders provide simplified manufacturing processes through lower sintering temperatures, improved mechanical properties, particularly ductility, and improved machinability, such as better machinability. These materials are intended for use in radiation shielding applications, with a high density of alloys in the foreground.
  • GB 928 626 A discloses a method for producing a dense, substantially crack-free and distortion-free refractory metal component by means of cold rolling and sintering.
  • pure tungsten powder can be mixed with organic binder and water and subsequently extruded under heat to provide a starting material for cold rolling.
  • extrusion here represents only one step for producing a shapeless starting material for cold rolling.
  • Only cold rolling represents the primary shaping step in which a shaped body is provided as a finished component or semifinished product. The cold rolled stock is subsequently air dried and then sintered.
  • refractory metal component a component
  • the method comprises (at least) the following steps: providing an extrusion mass (feedstock) comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof ("refractory metal powder") and at least one binder; Extruding the extrusion mass to at least one green body; and heat treating the at least one green body.
  • feedstock comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof ("refractory metal powder”) and at least one binder
  • a finished green body or a green body is thus provided as a semi-finished product.
  • the green body as a semi-finished product can be further shaped, for example bent, cut to size, etc., but unlike GB 928 626 A is not a shapeless mass but a body with a defined, predetermined shape.
  • No further primary shaping step is carried out between the extrusion and the heat treatment, in particular no rolling, in particular no cold rolling.
  • the step of extruding can be followed by a step of shaping the green body.
  • the method has the advantage that it can be used (eg, in contrast to, for example, a rolling process) to produce homogeneous, isotropic, fine-grained and low-stress microstructures of the final refractory metal component with a narrowly distributed and fine particle size distribution. This may in particular also be associated with an isotropic crystal orientation.
  • the setting for example, a bimodal particle size distribution in terms of mechanical properties is desired and then implemented by the method.
  • no textures, lower internal stresses and misorientations of the grains are achieved in the material.
  • the grain boundary property and, in total, the fracture behavior under pointy, thermocyclic loading are influenced by the setting of the grain structure (distribution / size).
  • a refractory metal component may basically be understood to mean any body or workpiece that has been produced by means of the method.
  • An extrusion composition may generally be understood to mean a solids-containing, viscous suspension with the refractory metal powder as a solid, which is suitable for carrying out the extrusion.
  • the technique of extrusion is generally well known and need not be further explained here. In principle, all suitable extrusion processes are applicable.
  • one or more powders of one or more pure refractory metals eg tungsten and / or molybdenum
  • alloys thereof eg tungsten-rhenium
  • a (refractory metal) powder comprising at least one refractory metal and / or a compound thereof
  • WRe refractory metal
  • the refractory metal powder may include, for example, tungsten, molybdenum, rhenium and / or tantalum and / or alloys thereof and / or compounds thereof.
  • processing of the at least one refractory metal powder takes place in the absence of oxygen, e.g. under a protective gas atmosphere, reducing atmosphere or under vacuum. This prevents oxidation of the refractory metal powder.
  • the binder can in principle have any organic and / or non-organic binder or binder.
  • the binder binds the refractory metal powder functionally similar to an adhesive. Preference is given to organic binders, for example Polvvenylbutyral. It is a development that the extrusion compound has additional additives such as dispersants, plasticizers, solvents, etc. In particular, a viscosity of the extrusion mass or of the feedstock and the intrinsic viscosity Shafts of the green body (eg its strength and / or deformation capacity) influence.
  • a dispersing agent ensures that the wetting behavior of the particles of the refractory metal powder is improved and agglomeration is prevented.
  • the solvent e.g. Ethanol and / or toluene, dissolves organic components, in particular the binder.
  • the flexibility and strength of the green body and thus its manageability can be adjusted by adding a plasticizer.
  • Various mixing and grinding processes produce a homogeneous extrusion mass. It may be necessary to degas the extrusion mass prior to extrusion to avoid blistering in the extrusion mass.
  • the extrudate may be dimensionally stable, in particular for further processing.
  • the shape of the green body is not limited and may include, for example, a profile (e.g., a pipe), a greensheet, etc.
  • the extrusion comprises extruding a green sheet.
  • a green sheet As a result, large-area semi-finished products or components can be produced without further aftertreatment (for example rolling).
  • an extruder die may be appropriately shaped and e.g. have a slot or gap-like discharge opening.
  • the greensheet may also be made in other ways, e.g. by extruding a multilayer wall of a complex component.
  • a thickness of the (individually) extruded green body about twenty microns to about three Millimeters. Thereby, a sufficiently high thickness for accommodating a plurality of grains of the refractory metal powder can be provided. In addition, a sufficient homogeneity of the individual slip components can be ensured over the thickness.
  • the thickness may be, for example, a layer thickness of a green sheet or a wall thickness of a pipe or a layer of the pipe. However, the layer thickness is basically not limited.
  • a thickness of the (individually) extruded green body corresponds to at least approximately five times to ten times the largest particle of the at least one refractory metal powder and / or ceramic powder. This avoids that the thickness is built up only by a few grains. This in turn improves break resistance.
  • the extrusion mass / the feedstock is extruded onto a carrier film.
  • This facilitates handling of the extrudate, in particular thin extrudate, for example its shaping and / or stacking.
  • the carrier film can then be removed, for example, before a thermal treatment.
  • several (two or more) green sheets are stacked on each other (eg, laminated and / or isostatically pressed).
  • the green sheets may be made separately or may be part of a more complex geometry, eg, a pipe.
  • a high (basically unlimited) thickness of the refractory metal component can be achieved with a constant material density. It is possible to extrude several layers, also of different properties (chemical composition, density, etc.) by means of several extrusion dies / extruder on top of each other. It is an embodiment that at least two green sheets of the layer stack differ in their properties. In particular, the thermo-mechanical properties and the fracture behavior of the layer stack can be adapted constructively. Furthermore, such a layer stack enables the production of connection zones, which allow a connection of refractory metal to external components, such as an anode support or a carrier of plasma chamber components in the fusion reactor. Also, stresses can be influenced by different thermal expansion coefficients of the components or the reaction behavior at the interfaces. For example, the layer stack here may also represent a part of a more complex geometry, for example a multilayer wall of a green body, eg a pipe.
  • Layer stack have a gradient structure.
  • a gradient build-up can be used to influence the crack propagation and stress gradient, for example.
  • a property may include a content of refractory metal, a kind and / or composition of the refractory metal or a compound thereof (eg, a content of W; Ta; Re; Mo, etc.), a presence, a kind, and / or a content of ceramics , a microscopic structure (eg, a grain size distribution), and / or a macroscopic structure (eg, a size of the powder particles, a porosity, etc.).
  • a gradient build-up can be achieved by layering W layers with W / Re layers, or dense tungsten layers alternate with porous tungsten layers.
  • the porosity can be adjusted, for example, via the sintering activity of the refractory metal powders.
  • the gradient material may be characterized in particular by a gradual (in particular stepwise) change of at least one property of the slurry layers over the stack thickness of the layer stack.
  • the layer stack can basically be flat or three-dimensionally shaped, eg curved. It is a further development to apply the extruded layers and components to components / carriers and to jointly guide them through the subsequent thermal processes. It is an embodiment that the extrusion compound is metal binder-free, that is, has no metallic binder.
  • the absence of the low-melting metal as a binder can be realized in particular by a lack of metal, mixtures or alloys thereof as an independent powder in the extrusion mass.
  • Such a configuration has the advantage that the material properties of the finished refractory metal component, in particular its high melting point and its breaking strength under thermal cycling, are not degraded by the metal or metals in the binder (which would otherwise be the case).
  • a refractory metal component produced in this way can withstand higher temperatures without destruction and / or have a longer service life.
  • the process is not or not significantly more expensive to perform than in the presence of a metallic binder.
  • the extrusion compound additionally comprises ceramic powder.
  • ceramic powder This has, inter alia, the advantage that a recrystallization behavior and / or a strength of the following refractory metal component can be influenced by the addition of ceramic.
  • the presence of ceramic stabilizes the grain boundaries of the refractory metal, in particular in the context of dispersion hardening, and in particular can suppress grain growth. This, in turn, gives the refractory metal component increased resistance to high temperature stress, particularly thermal shock (e.g., caused by thermal cycling).
  • a ceramic powder can be present in particular as a nanopowder or micropowder, that is to say not larger than 1 micron or 1 millimeter.
  • a mixing of ceramic and metallic Powders can be carried out together with other components of the extrusion compound or can be achieved by an optional, preceding mixing and grinding process (eg in a ball mill, an attritor, etc.). In this case, among other things, a particle size distribution can be adjusted.
  • the ceramic particles La 2 0 3 , Y 2 0 3 , Tic and / or HfC have or consist of. It is yet another embodiment that a median grain size of the particles of refractory metal powder, D50, is less than two microns. These small grain sizes suppress grain growth at high sintering temperatures because the use of such fine powder fractions enables high sintering reactivity and therefore lower final sintering temperatures.
  • the refractory metal powder is a powder of pure tungsten, tungsten-rhenium, WRe, or tungsten-tantalum, WTa.
  • fraction of the refractory metal or the compound thereof on the extrusion composition is 70% by weight to 99% by weight.
  • the heat treatment may include a step of debinding the at least one green body.
  • the at least one green body can be heated so much that the binder is removed (thermal debinding).
  • debinding may be effected by chemical debindering, in which the organic constituents of the binder are generally dissolved out of the green body by means of solvents.
  • the heat treatment may also include a step of sintering the at least one green body.
  • a compacted refractory metal component is obtained.
  • the sintering may in particular follow the debinding.
  • the sintering may in particular be a pressureless sintering. Debinding and sintering can be carried out in one step, for example in special combined sintering systems that allow for clean debinding and subsequent sintering. This avoids reacting the components and shortens the process time.
  • a continuous process in a reducing and carbon-free atmosphere is preferred in order to keep the carbon and oxygen content low.
  • the process may be carried out under vacuum or reducing atmosphere (hydrogen).
  • reducing atmosphere hydrogen
  • sintering is not performed at maximum sintering temperature to achieve complete compaction immediately, but at lower sintering temperatures.
  • grain growth can be inhibited, which supports a homogeneous and isotropic, fine-grained microstructure.
  • Sintering in which the workpiece has a non-negligible (closed) porosity and which is followed by another heat treatment step may also be referred to as presintering.
  • the step of heat treatment can thus be a step of hot pressing, in particular hot isostatic pressing, of the at least one (pre) sintered refractory metal workpiece.
  • the step of heat treatment may alternatively or additionally comprise a step of so-called "spark plasma" sintering.
  • the green semifinished product, the debinded and / or pre-sintered material at comparatively low temperatures is flowed through under high pressure by electric current and thus brought to the final density in a short time and at comparatively low temperatures.
  • the combination of debindering and sintering in these systems is also possible.
  • the step of heat treatment may alternatively or additionally comprise a step of microwave sintering. In this case, the green semifinished product, the debinded and / or pre-sintered at comparatively low temperatures material is irradiated with microwaves to bring it to low density at the final density.
  • the combination of debindering and sintering in these systems is also possible.
  • the step of heat treatment has a step of sintering below a maximum sintering temperature to a density below the maximum density and following a heat treatment step of further compacting.
  • thermoshock resistant, refractory metal component it is a preferred embodiment for producing a particularly stable, in particular thermoshock resistant, refractory metal component, that at least one green body becomes at least closed-pored by the heat treatment.
  • at least closed-pored a closed-cell or dense (in particular, maximum, dense) state can be understood.
  • the refractory metal components produced by the above process can already represent the final product or as semifinished by conventional bonding techniques, such as soldering, applied to surfaces.
  • green bodies, in particular green sheets can be applied to components before the furnace processes. In this case, these components must undergo heat treatment of the green body.
  • the object is also achieved by a component (refractory metal component) or body, which has been produced by means of the method as described above.
  • the component may in particular be designed analogously to the method and have the same advantages.
  • the refractory metal component ceramic for example as a particle and / or as a ceramic phase. It is still a development that the ceramic La 2 0 3 , Y 2 0 3 , Tic and / or HfC has or consists of.
  • the refractory metal component consists of several (two or more) layers, which may differ in particular in their properties.
  • the layers may have a gradient structure.
  • the refractory metal component is a three-dimensional component.
  • the refractory metal component is a closed-pore component or a dense component.
  • the component for X-ray tubes or fusion reactors is applicable, in particular as a surface of an X-ray anode or as a wall or structural component of a fusion reactor.
  • a low melting metallic binder would be very disadvantageous.
  • Fig.l shows a sequence of a method according to the invention in several variants.
  • Fig. 2 shows an apparatus for carrying out the method.
  • Fig.l shows a sequence of a method for producing a refractory metal component by means of extrusion, in several variants.
  • Extrusion mass M comprises providing a powder mixture of refractory metal powder in the form of two tungsten powders.
  • the two tungsten powders differ in their mean grain size, D50, namely once at 0.7 micrometers and once at 1.7 micrometers.
  • a second preparation step S2 comprises providing ceramic powder in the form of hafnium carbide powder (HfC powder).
  • a third preparation step S3 comprises providing additives such as a dispersing agent (Hypermer KD1), solvents in the form of ethanol and toluene, and a binder in the form of polvvenyl butyral (Pioloform BR 18) and a plastidizer in the form of dibutyl phthalate.
  • a dispersing agent Hypermer KD1
  • solvents in the form of ethanol and toluene solvents in the form of ethanol and toluene
  • a binder in the form of polvvenyl butyral (Pioloform BR 18) and a plastidizer in the form of dibutyl phthalate a plastidizer in the form of dibutyl phthalate.
  • the constituents provided are mixed in a fourth step S4.
  • the refractory metal powders, the ceramic powder, the dispersant and the liquids are first mixed in a speed mixer for 3 min at 1400 1 / min. Subsequently, the binder, to which ethanol has already been added, and the plasticizer are added and mixed for 10 minutes in the Speedmixer at 1500 1 / min.
  • the dispersant ensures that the wetting behavior of the refractile-metallic powder particles and of the ceramic powder is improved and agglomeration is prevented.
  • Solvents Ethanol and toluene dissolve the organic components, in particular the binder Pioloform BR18. By adding a plasticizer, the flexibility and strength of the urgeformten green body 17 (see also Figure 2) and thus its handling can be adjusted.
  • Various other mixing and milling processes produce a homogeneous starting material or extrusion compound M, also called feedstock. In some cases, it may be necessary to degas the extrusion mass M or feedstock prior to extrusion to avoid blistering in the reformed green body 17. The aim is a weight fraction of 70% to 99% of metallic powder in the extrusion mass M.
  • the extrusion mass M is extruded.
  • the extrusion mass M is introduced into a hopper 12 of an extrusion system 11, as shown in FIG. 2 is shown as a single screw plasticizing extruder.
  • the extrusion mass M passes from the hopper 12 into a cylinder 13, in which a screw 14 rotates driven by a motor 15.
  • the screw 14 conveys the extrusion compound M to a tip of the cylinder 13, to which a, optionally heatable, extrusion die 16 is located.
  • the green body 17 is pushed out as an extrudate.
  • the green body 17 or the extrudate can be designed in particular profile-like.
  • the green body 17 can be formed.
  • the green body 17 may be cut and / or shaped, in particular three-dimensionally shaped.
  • a minimum thickness is limited in particular by the particle size of the starting powders and preferably corresponds approximately to 5 to 10 times the largest refractory metal particles.
  • the lower limit of a thickness of at least one layer of green body 17 is about 60 microns.
  • the maximum thickness is approximately 1.5 mm to 2.0 mm.
  • step S7 the cut / shaped green body 17 is heat-treated to produce the finished refractory metal component.
  • a first sub-step S8 of step S7 the main body 17 is debinded, in particular by a heat treatment.
  • the debindered and possibly shaped main body 17 is sintered, specifically in a coherent, in particular pressureless, sintering operation at a correspondingly high sintering temperature until a dense or practically non-porous refractory metal component is present.
  • step S9 the debinded and possibly shaped green body 17 is first sintered ("pre-sintered") in step S10, wherein it does not yet reach its dense state, but is porous (open-pored or closed-pored) remains .
  • step Sil the presintered refractory metal work piece is compacted by hot isostatic pressing to form the refractory metal component, in particular compressed without pores, in particular at least approximately to its maximum density.
  • This has the advantage that the temperatures required for hot isostatic pressing lower are inhibited as the sintering temperature required in step S9 and thus grain growth (which increases with increasing temperature).
  • step S a spark plasma sintering step S12 and / or a microwave sintering step S13 may be performed.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

The invention relates to a method (S1-S13) used for the production of a refractory metal component, said method having the following steps: provision (S4) of an extrusion mass (M) which contains a refractory metal powder consisting of at least one refractory metal and/or a compound thereof, in addition to at least one binding agent; and extrusion (S5) of the extrusion mass (M) to form at least one green body (17), a step for heat treating (S7) the at least one green body (17) following on from the step involving the extrusion (S5) of the extrusion mass (M). A refractory metal component was produced by means of this method (S1-S13). The invention can be used in particular on X-ray tubes or fusion reactors, in particular for a surface of an X-ray anode, or a wall or structural component of a fusion reactor.

Description

Beschreibung description
Herstellen eines Refraktärmetall-Bauteils Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Re- fraktärmetall -Bauteils , wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Extrusionsmasse , welches ein Refraktärmetall-Pulver aus mindestens einem Refraktärmetall und/oder einer Verbindung davon sowie mindestens einen Binder aufweist; und Extrudieren der Extrusionsmasse. Die Erfindung betrifft auch ein mittels des Verfahrens hergestelltes Re- fraktärmetall -Bauteil . Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Röntgenröhren oder Fusionsreaktoren, insbesondere für eine Oberfläche einer Röntgenanode bzw. eine Wand oder Struk- turkomponenten eines Fusionsreaktors. The invention relates to a method for producing a refractory metal component, the method comprising the following steps: providing an extrusion compound comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof and at least one binder ; and extruding the extrusion mass. The invention also relates to a refractory metal component produced by means of the method. The invention is particularly applicable to X-ray tubes or fusion reactors, in particular for a surface of an X-ray anode or a wall or structural components of a fusion reactor.
Die dem Plasma zugewandten Oberflächen einer Röntgenanode oder die Oberflächen und Strukturkomponenten eines Fusionsreaktors erfahren neben hohen Temperaturen auch hohe mechani- sehe, thermozyklische Belastungen, die zur Rissbildung oder auch einem Schmelzen der Materialien führen können. In beiden Anwendungen werden Refraktärmetalle , insbesondere Wolfram, verwendet . Zur Herstellung von planaren Bauteilen bei Wolframschwermetallegierungen ist der Foliengießprozess für Refraktärmetalle aus WO 2007/147792 AI bekannt. WO 2007/147792 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von ebenen, geformten Gegenständen aus einer Wolfram- oder Molybdänschwermetallegierung, wobei daraus ein Schlicker zum Foliengießen hergestellt wird, aus dem Schlicker eine Folie gegossen wird und die Folie nach dem Trocknen entbindert und gesintert wird, um den geformten Gegenstand zu erhalten. Unter dem Begriff Wolframschwermetalllegierung oder Molybdänlegierung sind im Sinne der vor- liegenden WO 2007/147792 AI Materialien ausgewählt aus derThe plasma-facing surfaces of an X-ray anode or the surfaces and structural components of a fusion reactor in addition to high temperatures also see high mechanical see, thermocyclic loads that can lead to cracking or melting of the materials. In both applications, refractory metals, in particular tungsten, are used. For the production of planar components in tungsten heavy metal alloys, the film casting process for refractory metals is known from WO 2007/147792 A1. WO 2007/147792 A1 discloses a process for the production of planar, shaped articles from a tungsten or molybdenum heavy metal alloy, from which a slurry for film casting is produced, from which slurry a film is poured and the film is debinded after drying and sintered to to obtain the molded article. The term tungsten heavy metal alloy or molybdenum alloy in the sense of the present WO 2007/147792 A1 materials selected from the
Gruppe bestehend aus Wolframschwermetalllegierungen, Wolfram, Wolframlegierungen, Molybdän und Molybdänlegierungen zu verstehen. Wolframschwermetalllegierungen bestehen zu etwa 90 Gew.-% bis etwa 97 Gew.-% aus Wolfram oder Wolframlegierun- gen. Der restliche Anteil sind Bindermetalle. Als metallische Binder werden vorrangig die Elemente Fe, Ni und/oder Cu in Anteilen größer 1 Massen-% genannt. Die metallischen Binder sorgen für vereinfachte Herstellungsprozesse durch niedrigere Sintertemperaturen, verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere der Duktilität, und verbesserte Bearbeitbarkeit , wie z.B. eine bessere Zerspanbarkeit . Diese Werkstoffe zielen auf den Einsatz in Anwendungen zur Abschirmung von Strahlun- gen ab, wobei eine hohe Dichte der Legierungen im Vordergrund steht . Group consisting of tungsten heavy metal alloys, tungsten, tungsten alloys, molybdenum and molybdenum alloys. Tungsten heavy metal alloys are about 90% Wt .-% to about 97 wt .-% of tungsten or tungsten alloys. The remainder is binder metals. As metallic binder, the elements Fe, Ni and / or Cu in proportions greater than 1% by mass are preferred. The metallic binders provide simplified manufacturing processes through lower sintering temperatures, improved mechanical properties, particularly ductility, and improved machinability, such as better machinability. These materials are intended for use in radiation shielding applications, with a high density of alloys in the foreground.
GB 928 626 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines dichten, im Wesentlichen rissfreien und verzugsfreien Refrak- tärmetall -Bauteils mittels Kaltwalzens und Sinterns. Dazu kann reines Wolframpulver mit organischem Binder und Wasser gemischt und folgend unter Wärmezufuhr extrudiert werden, um eine Ausgangsmasse zum Kaltwalzen bereitzustellen. Das Extrudieren stellt hier also nur einen Schritt zum Herstellen ei- ner formlosen Ausgangsmasse für das Kaltwalzen dar. Erst das Kaltwalzen stellt den Urformschritt dar, bei dem ein geformter Körper als fertiges Bauteil oder Halbzeug bereitgestellt wird. Die kaltgewalzte Ausgangsmasse wird folgend luftgetrocknet und dann gesintert. GB 928 626 A discloses a method for producing a dense, substantially crack-free and distortion-free refractory metal component by means of cold rolling and sintering. For this purpose, pure tungsten powder can be mixed with organic binder and water and subsequently extruded under heat to provide a starting material for cold rolling. Thus, extrusion here represents only one step for producing a shapeless starting material for cold rolling. Only cold rolling represents the primary shaping step in which a shaped body is provided as a finished component or semifinished product. The cold rolled stock is subsequently air dried and then sintered.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein unter punktuellen, thermischen Wechsellasten stabileres Refraktärmetall -Bauteil bereitzustellen. Insbeson- dere ist es eine Aufgabe, durch eine isotrope, feinkörnige Mikrostruktur des Refraktärmetall-Bauteils zu erlangen. It is the object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art, at least in part, and in particular to provide a more stable refractory metal component under point-type, thermal alternating loads. In particular, it is an object to obtain by an isotropic, fine-grained microstructure of the refractory metal component.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde- re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (im Folgenden auch „Refraktärmetall-Bauteil" genannt) , wobei das Verfahren (mindestens) folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Extrusionsmasse (Feedstock) , welche ein Refraktärmetall -Pulver aus mindestens einem Re- fraktärmetall und/oder einer Verbindung davon („Refraktärme- tallpulver") sowie mindestens einen Binder aufweist; Extrudieren der Extrusionsmasse zu mindestens einem Grünkörper; und Wärmebehandeln des mindestens einen Grünkörpers. The object is achieved by a method for producing a component (hereinafter also referred to as "refractory metal component"). the method comprises (at least) the following steps: providing an extrusion mass (feedstock) comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof ("refractory metal powder") and at least one binder; Extruding the extrusion mass to at least one green body; and heat treating the at least one green body.
Durch das Extrudieren wird also ein fertiger Grünkörper oder ein Grünkörper als Halbzeug bereitgestellt. Der Grünkörper als Halbzeug kann weiter geformt werden, z.B. gebogen, zugeschnitten usw. werden, ist aber im Gegensatz zu GB 928 626 A keine formlose Masse, sondern ein Körper mit definierter, vorbestimmter Form. Zwischen dem Extrudieren und dem Wärmebe- handeln wird kein weiterer Urformungsschritt mehr durchgeführt, insbesondere kein Walzen, insbesondere kein Kaltwalzen. Es kann sich dem Schritt des Extrudierens also ein Schritt eines Formgebens des Grünkörpers anschließen. Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass sich damit (z.B. im Gegensatz z.B. zu einem Walzverfahren) homogene, isotrope, feinkörnige und spannungsarme Mikrostrukturen des endgültigen Refraktärmetall-Bauteils mit einer eng verteilten und feinen Korngrößenverteilung herstellen lassen. Dies mag insbesondere auch mit einer isotropen Kristallorientierung verbunden sein. Unter Umständen ist auch die Einstellung z.B. einer bimodalen Korngrößenverteilung hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften gewünscht und dann mittels des Verfahrens umsetzbar. Zusätzlich werden, z.B. im Gegensatz zu einem Walzverfahren, keine Texturen, geringere innere Spannungen und Fehlorientierungen der Körner im Material erreicht. Desweiteren wird über die Einstellung der Kornstruktur (Verteilung/ Größe) die Korngrenzeneigenschaft und in Summe das Bruchverhalten unter punktueller, thermozyklischer Belastung beeinflusst. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren ein Herstellen großflächiger Refraktärmetall-Bauteile und komplexer geformter Strukturen und/ oder Profile. Unter einem Refraktärmetallbauteil mag grundsätzlich jeder Körper oder auch Werkstück verstanden werden, der mittels des Verfahrens hergestellt worden ist. Unter einer Extrusionsmasse kann allgemein eine feststoffhal- tige, viskose Suspension mit dem Refraktärmetallpulver als Feststoff verstanden werden, welche zur Durchführung des Extrudierens geeignet ist. Die Technik des Extrudierens ist grundsätzlich gut bekannt und braucht hier nicht weiter er- klärt zu werden. Es sind grundsätzlich alle geeigneten Extru- sionsverfahren anwendbar. By extruding a finished green body or a green body is thus provided as a semi-finished product. The green body as a semi-finished product can be further shaped, for example bent, cut to size, etc., but unlike GB 928 626 A is not a shapeless mass but a body with a defined, predetermined shape. No further primary shaping step is carried out between the extrusion and the heat treatment, in particular no rolling, in particular no cold rolling. Thus, the step of extruding can be followed by a step of shaping the green body. The method has the advantage that it can be used (eg, in contrast to, for example, a rolling process) to produce homogeneous, isotropic, fine-grained and low-stress microstructures of the final refractory metal component with a narrowly distributed and fine particle size distribution. This may in particular also be associated with an isotropic crystal orientation. Under certain circumstances, the setting, for example, a bimodal particle size distribution in terms of mechanical properties is desired and then implemented by the method. In addition, for example, in contrast to a rolling process, no textures, lower internal stresses and misorientations of the grains are achieved in the material. In addition, the grain boundary property and, in total, the fracture behavior under pointy, thermocyclic loading are influenced by the setting of the grain structure (distribution / size). In addition, the method makes it possible to produce large-area refractory metal components and more complex shaped structures and / or profiles. Under a refractory metal component may basically be understood to mean any body or workpiece that has been produced by means of the method. An extrusion composition may generally be understood to mean a solids-containing, viscous suspension with the refractory metal powder as a solid, which is suitable for carrying out the extrusion. The technique of extrusion is generally well known and need not be further explained here. In principle, all suitable extrusion processes are applicable.
Unter einem (Refraktärmetall - ) Pulver aus mindestens einem Re- fraktärmetall und/oder einer Verbindung davon können insbe- sondere ein oder mehrere Pulver aus einem oder mehreren reinen Refraktärmetallen (z.B. Wolfram und/oder Molybdän), Legierungen davon (z.B. Wolfram-Rhenium, WRe) und/oder Verbindungen davon verstanden werden. Das Refraktärmetallpulver mag beispielsweise Wolfram, Molybdän, Rhenium und/oder Tantal und/oder Legierungen davon und/oder Verbindungen davon umfassen . In particular, one or more powders of one or more pure refractory metals (eg tungsten and / or molybdenum), alloys thereof (eg tungsten-rhenium), of a (refractory metal) powder comprising at least one refractory metal and / or a compound thereof may be used. WRe) and / or compounds thereof. The refractory metal powder may include, for example, tungsten, molybdenum, rhenium and / or tantalum and / or alloys thereof and / or compounds thereof.
Es ist eine Weiterbildung, dass ein Verarbeiten des mindestens einen Refraktärmetallpulvers unter Sauerstoffausschluss erfolgt, z.B. unter einer Schutzgasatmosphäre, reduzierender Atmosphäre oder unter Vakuum. Dies verhindert eine Oxidation des Refraktärmetallpulvers . It is a development that processing of the at least one refractory metal powder takes place in the absence of oxygen, e.g. under a protective gas atmosphere, reducing atmosphere or under vacuum. This prevents oxidation of the refractory metal powder.
Der Binder kann grundsätzlich jegliches organische und/oder nicht -organische Bindemittel bzw. Bindemittel aufweisen. Das Bindemittel bindet das Refraktärmetallpulver funktional ähnlich einem Kleber. Bevorzugt werden organische Bindemittel, z.B. Polvvenylbutyral . Es ist eine Weiterbildung, dass die Extrusionsmasse zusätzliche Additive wie Dispergiermittel, Plastifizierer, Lösemittel usw. aufweist. Darüber lassen sich insbesondere eine Viskosität der Extrusionsmasse bzw. des Feedstocks und die Eigen- Schäften des Grünkörpers (z.B. dessen Festigkeit und/oder Verformungsvermögen) beeinflussen . The binder can in principle have any organic and / or non-organic binder or binder. The binder binds the refractory metal powder functionally similar to an adhesive. Preference is given to organic binders, for example Polvvenylbutyral. It is a development that the extrusion compound has additional additives such as dispersants, plasticizers, solvents, etc. In particular, a viscosity of the extrusion mass or of the feedstock and the intrinsic viscosity Shafts of the green body (eg its strength and / or deformation capacity) influence.
Ein Dispergator sorgt dafür, dass das Benetzungsverhalten der Partikel des Refraktärmetallpulvers verbessert und eine Agglomeratbildung unterbunden wird. Das Lösemittel, z.B. Ethanol und/oder Toluol, löst organische Komponenten, insbesondere des Binders. Über eine Beimischung eines Plastifizierers kann die Flexibilität und Festigkeit des Grünkörpers und so- mit seine Handhabbarkeit eingestellt werden. Über verschiedene Misch- und Mahlprozesse wird eine homogene Extrusionsmasse erzeugt. Es kann notwendig sein, die Extrusionsmasse vor dem Extrudieren zu entgasen, um eine Blasenbildung in der Extrusionsmasse zu vermeiden. A dispersing agent ensures that the wetting behavior of the particles of the refractory metal powder is improved and agglomeration is prevented. The solvent, e.g. Ethanol and / or toluene, dissolves organic components, in particular the binder. The flexibility and strength of the green body and thus its manageability can be adjusted by adding a plasticizer. Various mixing and grinding processes produce a homogeneous extrusion mass. It may be necessary to degas the extrusion mass prior to extrusion to avoid blistering in the extrusion mass.
Zur Aufbereitung der Extrusionsmasse kann beispielsweise eine Mischung der einzelnen Pulver in einem Taumelmischer, in Kugelmühlen, usw. erfolgen. Das Extrudat mag insbesondere zur weiteren Verarbeitung formstabil sein. For the preparation of the extrusion mass, for example, a mixture of the individual powders in a tumble mixer, in ball mills, etc. take place. The extrudate may be dimensionally stable, in particular for further processing.
Die Form des Grünkörpers ist nicht beschränkt und mag beispielsweise ein Profil (z.B. ein Rohr), eine Grünschicht usw. umfassen. The shape of the green body is not limited and may include, for example, a profile (e.g., a pipe), a greensheet, etc.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Extrudieren ein Extrudieren einer Grünschicht umfasst. Dadurch können ohne weitere Nachbehandlung (z.B. Walzen) auch großflächige Halbzeuge oder Bauteile hergestellt werden. Beispielsweise kann eine Extruderdüse entsprechend geformt sein und z.B. eine schlitz- oder spaltartige Ausgabeöffnung aufweisen. Die Grünschicht mag aber auch auf andere Weise hergestellt sein, z.B. durch Extrudieren einer mehrschichtigen Wand eines komplexen Bau- teils. It is an embodiment that the extrusion comprises extruding a green sheet. As a result, large-area semi-finished products or components can be produced without further aftertreatment (for example rolling). For example, an extruder die may be appropriately shaped and e.g. have a slot or gap-like discharge opening. However, the greensheet may also be made in other ways, e.g. by extruding a multilayer wall of a complex component.
Es ist auch eine Weiterbildung, dass eine Dicke des (einzeln) extrudierten Grünkörpers ca. zwanzig Mikrometer bis ca. drei Millimeter beträgt. Dadurch kann eine ausreichend hohe Dicke zur Unterbringung mehrerer Körner des Refraktarmetallpulvers bereitgestellt werden. Zudem kann so eine ausreichende Homogenität der einzelnen Schlickerbestandteile über die Dicke sichergestellt werden. Die Dicke mag beispielsweise eine Schichtdicke einer Grünschicht oder eine Wandstärke eines Rohrs oder einer Schicht des Rohrs sein. Jedoch ist die Schichtdicke grundsätzlich nicht beschränkt. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Dicke des (einzeln) extrudierten Grünkörpers mindestens ca. dem fünffachen bis zehnfachen der größten Partikel des mindestens einen Refrak- tärmetallpulvers und/oder Keramikpulvers entspricht. Dadurch wird vermieden, dass über die Dicke nur durch wenige Körner aufgebaut wird. Dies wiederum verbessert eine Bruchfestigkeit . It is also a development that a thickness of the (individually) extruded green body about twenty microns to about three Millimeters. Thereby, a sufficiently high thickness for accommodating a plurality of grains of the refractory metal powder can be provided. In addition, a sufficient homogeneity of the individual slip components can be ensured over the thickness. The thickness may be, for example, a layer thickness of a green sheet or a wall thickness of a pipe or a layer of the pipe. However, the layer thickness is basically not limited. It is a further development that a thickness of the (individually) extruded green body corresponds to at least approximately five times to ten times the largest particle of the at least one refractory metal powder and / or ceramic powder. This avoids that the thickness is built up only by a few grains. This in turn improves break resistance.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Extrusionsmasse / der Feedstock auf eine Trägerfolie extrudiert wird. Dies er- leichtert eine Handhabung des Extrudats, insbesondere dünnen Extrudats, beispielsweise dessen Formgebung und/oder Stapelung. Die Trägerfolie kann anschließend abgezogen werden, z.B. vor einer thermischen Behandlung. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mehrere (zwei oder mehr) Grünschichten aufeinander gestapelt (z.B. laminiert und/oder isostatisch verpresst) werden. Die Grünschichten können separat hergestellt sein oder einen Teil einer komplexeren Geometrie, z.B. eines Rohrs, darstellen. Durch den sich so ergebenden Schichtstapel können insbesondere großflächige Gegenstände mit hoher Schichtdicke in einem Arbeitsgang gesintert werden. Zudem kann so eine hohe (grundsätzlich unbegrenzte) Dicke des Refraktärmetall -Bauteils mit konstanter Materialdichte erreicht werden. Dabei ist es möglich, mehrere Schichten, auch unterschiedlicher Eigenschaft (chemische Zusammensetzung, Dichte, usw.) mittels mehrerer Extrusionsdü- sen/Extruder übereinander zu extrudieren. Es ist eine Ausgestaltung, dass sich mindestens zwei Grünschichten des Schichtstapels in ihren Eigenschaften unterscheiden. Insbesondere können die thermo-mechanischen Eigenschaften und das Bruchverhalten des Schichtstapels konstruk- tiv angepasst werden. Des Weiteren ermöglicht ein solcher Schichtstapel die Herstellung von Verbindungszonen, welche eine Anbindung von Refraktärmetall an äußere Komponenten, wie einen Anodenträger oder einen Träger von Plasmakammerkomponenten im Fusionsreaktor, erlauben. Auch können Spannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten oder das Reaktionsverhalten an den Grenzflächen beeinflusst werden. Der Schichtstapel mag z.B. auch hier einen Teil einer komplexeren Geometrie darstellen, z.B. ein mehrschichtige Wand eines Grünkörpers, z.B. eines Rohrs. It is still a development that the extrusion mass / the feedstock is extruded onto a carrier film. This facilitates handling of the extrudate, in particular thin extrudate, for example its shaping and / or stacking. The carrier film can then be removed, for example, before a thermal treatment. It is also an embodiment that several (two or more) green sheets are stacked on each other (eg, laminated and / or isostatically pressed). The green sheets may be made separately or may be part of a more complex geometry, eg, a pipe. By means of the resulting layer stack, in particular large-area articles with a high layer thickness can be sintered in one operation. In addition, a high (basically unlimited) thickness of the refractory metal component can be achieved with a constant material density. It is possible to extrude several layers, also of different properties (chemical composition, density, etc.) by means of several extrusion dies / extruder on top of each other. It is an embodiment that at least two green sheets of the layer stack differ in their properties. In particular, the thermo-mechanical properties and the fracture behavior of the layer stack can be adapted constructively. Furthermore, such a layer stack enables the production of connection zones, which allow a connection of refractory metal to external components, such as an anode support or a carrier of plasma chamber components in the fusion reactor. Also, stresses can be influenced by different thermal expansion coefficients of the components or the reaction behavior at the interfaces. For example, the layer stack here may also represent a part of a more complex geometry, for example a multilayer wall of a green body, eg a pipe.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Grünschichten des It is a continuing education that the green sheets of the
Schichtstapels einen Gradientenaufbau aufweisen. Über einen Gradientenaufbau kann der z.B. der Rissfortschritt und Spannungsgradient beeinflusst werden. Unter einer Eigenschaft mag insbesondere ein Gehalt an Refraktärmetall , eine Art und/oder Zusammensetzung des Refraktärmetalls oder einer Verbindung davon (z.B. ein Gehalt an W; Ta; Re ; Mo usw.), ein Vorhandensein, eine Art und/oder ein Gehalt an Keramik, eine mikroskopische Struktur (z.B. eine Korngrößenverteilung), und/oder eine makroskopische Struktur (z.B. eine Größe der Pulverteilchen, eine Porosität usw.) verstanden werden. Beispielhaft kann ein Gradientenaufbau durch Schichtung von W-Schichten mit W/Re-Schichten erreicht werden, oder es wechseln sich dichte Wolfram-Schichten mit porösen Wolfram-Schichten ab. Die Porosität kann beispielsweise über die Sinteraktivität der Refraktärmetallpulver eingestellt werden. Das Gradientenmaterial kann sich insbesondere durch eine graduelle (insbesondere stufenweise) Änderung mindestens einer Eigenschaft der Schlickerschichten über die Stapeldicke des Schichtsta- pels auszeichnen. Der Schichtstapel kann grundsätzlich eben oder dreidimensional geformt, z.B. gekrümmt, sein. Es ist eine Weiterbildung, die extrudierten Schichten und Bauteile auf Komponenten/Träger aufzubringen und gemeinsam durch die anschließenden thermischen Prozesse zu führen. Es ist eine Ausgestaltung, dass die Extrusionsmasse metall- binderfrei ist, also kein metallisches Bindemittel aufweist. Das Fehlen des niedrig schmelzenden Metalls als Bindemittel kann insbesondere durch ein Fehlen von Metall, Mischungen oder Legierungen davon als eigenständiges Pulver in der Extrusionsmasse realisiert sein. Eine solche Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Materialeigenschaften des fertigen Refraktärmetall-Bauteils, insbesondere sein hoher Schmelzpunkt und seine Bruchfestigkeit unter thermischer Wechselbeanspruchung, nicht durch das Metall bzw. die Metalle in dem Bindemittel verschlechtert werden (was ansonsten der Fall wäre) . Dadurch wiederum kann ein so hergestelltes Re- fraktärmetall -Bauteil höhere Temperaturen zerstörungsfrei aushalten und/oder eine höhere Lebensdauer aufweisen. Das Verfahren ist dabei nicht oder nicht wesentlich aufwändiger durchzuführen als bei Anwesenheit eines metallischen Bindemittels . Layer stack have a gradient structure. A gradient build-up can be used to influence the crack propagation and stress gradient, for example. In particular, a property may include a content of refractory metal, a kind and / or composition of the refractory metal or a compound thereof (eg, a content of W; Ta; Re; Mo, etc.), a presence, a kind, and / or a content of ceramics , a microscopic structure (eg, a grain size distribution), and / or a macroscopic structure (eg, a size of the powder particles, a porosity, etc.). By way of example, a gradient build-up can be achieved by layering W layers with W / Re layers, or dense tungsten layers alternate with porous tungsten layers. The porosity can be adjusted, for example, via the sintering activity of the refractory metal powders. The gradient material may be characterized in particular by a gradual (in particular stepwise) change of at least one property of the slurry layers over the stack thickness of the layer stack. The layer stack can basically be flat or three-dimensionally shaped, eg curved. It is a further development to apply the extruded layers and components to components / carriers and to jointly guide them through the subsequent thermal processes. It is an embodiment that the extrusion compound is metal binder-free, that is, has no metallic binder. The absence of the low-melting metal as a binder can be realized in particular by a lack of metal, mixtures or alloys thereof as an independent powder in the extrusion mass. Such a configuration has the advantage that the material properties of the finished refractory metal component, in particular its high melting point and its breaking strength under thermal cycling, are not degraded by the metal or metals in the binder (which would otherwise be the case). As a result, in turn, a refractory metal component produced in this way can withstand higher temperatures without destruction and / or have a longer service life. The process is not or not significantly more expensive to perform than in the presence of a metallic binder.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Extrusionsmasse zusätzlich Keramikpulver aufweist. Dies weist unter anderem den Vorteil auf, dass durch die Beimengung von Keramik ein Rekristallisationsverhalten und/oder eine Festigkeit des folgend erzeugten Refraktärmetall-Bauteils beeinflusst werden kann. Das Vorhandensein von Keramik stabilisiert insbesondere im Rahmen einer Dispersionhärtung die Korngrenzen des Refrak- tärmetalls und kann insbesondere ein Kornwachstum unterdrücken. Dadurch wiederum erhält das Refraktärmetall -Bauteil eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Hochtemperaturbelastung, insbesondere den Thermoschock (z.B. ausgelöst durch eine thermische Wechselbeanspruchung) . It is an embodiment that the extrusion compound additionally comprises ceramic powder. This has, inter alia, the advantage that a recrystallization behavior and / or a strength of the following refractory metal component can be influenced by the addition of ceramic. The presence of ceramic stabilizes the grain boundaries of the refractory metal, in particular in the context of dispersion hardening, and in particular can suppress grain growth. This, in turn, gives the refractory metal component increased resistance to high temperature stress, particularly thermal shock (e.g., caused by thermal cycling).
Ein Keramikpulver kann insbesondere als Nano- oder Mikropul- ver vorliegen, also nicht größer als 1 Mikrometer bzw. 1 Millimeter sein. Ein Mischen von keramischen und metallischen Pulvern kann zusammen mit übrigen Komponenten der Extrusions - masse erfolgen oder durch einen optionalen, vorangestellten Misch- und Mahlprozess (z.B. in einer Kugelmühle, einem Attritor usw.) erreicht werden. Dabei kann unter anderem auch eine Partikelgrößenverteilung eingestellt werden. A ceramic powder can be present in particular as a nanopowder or micropowder, that is to say not larger than 1 micron or 1 millimeter. A mixing of ceramic and metallic Powders can be carried out together with other components of the extrusion compound or can be achieved by an optional, preceding mixing and grinding process (eg in a ball mill, an attritor, etc.). In this case, among other things, a particle size distribution can be adjusted.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Keramikpartikel La203, Y203, Tic und/oder HfC aufweisen oder daraus bestehen. Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass ein Median der Korngröße der Partikel des Refraktärmetall-Pulvers, D50, kleiner zwei Mikrometern ist. Durch diese kleinen Korngrößen wird ein Kornwachstum bei hohen Sintertemperaturen unterdrückt, da die Verwendung solch feiner Pulverfraktionen eine hohe Sinterreaktivität und daher niedrigere Endsintertemperaturen ermöglicht. It is still an embodiment that the ceramic particles La 2 0 3 , Y 2 0 3 , Tic and / or HfC have or consist of. It is yet another embodiment that a median grain size of the particles of refractory metal powder, D50, is less than two microns. These small grain sizes suppress grain growth at high sintering temperatures because the use of such fine powder fractions enables high sintering reactivity and therefore lower final sintering temperatures.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Refraktärmetall- Pulver ein Pulver aus reinem Wolfram, Wolfram-Rhenium, WRe, oder Wolfram-Tantal, WTa, ist. It is also an embodiment that the refractory metal powder is a powder of pure tungsten, tungsten-rhenium, WRe, or tungsten-tantalum, WTa.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Anteil des Re- fraktärmetalls bzw. der Verbindung davon an der Extrusions - masse 70 Gew.-% bis 99 Gew.-% beträgt. It is also an embodiment that the fraction of the refractory metal or the compound thereof on the extrusion composition is 70% by weight to 99% by weight.
Das Wärmebehandeln kann einen Schritt eines Entbinderns des mindestens einen Grünkörpers umfassen. Dabei kann der mindestens eine Grünkörper so stark erwärmt werden, dass der Binder entfernt wird (thermisches Entbindern) . Alternativ oder er- gänzend mag das Entbindern durch chemisches Entbindern erfolgen, bei welchem die organischen Bestandteile des Binders in der Regel durch Lösemittel aus dem Grünkörper gelöst werden. The heat treatment may include a step of debinding the at least one green body. In this case, the at least one green body can be heated so much that the binder is removed (thermal debinding). Alternatively or in addition, debinding may be effected by chemical debindering, in which the organic constituents of the binder are generally dissolved out of the green body by means of solvents.
Das Wärmebehandeln kann auch einen Schritt eines Sinterns des mindestens einen Grünkörpers umfassen. Dadurch wird ein verdichtetes Refraktärmetall -Bauteil erlangt. Das Sintern kann insbesondere auf das Entbindern folgen. Das Sintern kann insbesondere ein druckloses Sintern sein. Das Entbindern und das Sintern können in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden, z.B. in speziellen kombinierten Sinteranlagen, die das saubere Entbindern und anschließende Sintern erlauben. Dadurch wird ein Umsetzen der Komponenten vermieden und die Prozesszeit verkürzt. The heat treatment may also include a step of sintering the at least one green body. As a result, a compacted refractory metal component is obtained. The sintering may in particular follow the debinding. The sintering may in particular be a pressureless sintering. Debinding and sintering can be carried out in one step, for example in special combined sintering systems that allow for clean debinding and subsequent sintering. This avoids reacting the components and shortens the process time.
Insbesondere im Falle eines Grünkörpers aus reinem Wolfram als Refraktärmetall wird ein durchgängiger Prozess in redu- zierender und kohlenstofffreier Atmosphäre bevorzugt, um den Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt gering zu halten. Dazu mag das Verfahren unter Vakuum oder reduzierender Atmosphäre (Wasserstoff) durchgeführt werden. Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Sintern nicht bei maximaler Sintertemperatur, um sofort eine vollständige Verdichtung zu erreichen, durchgeführt wird, sondern bei niedrigeren Sintertemperaturen. So kann ein Kornwachstum gehemmt werden, was eine homogene und isotrope, feinkörnige Mikro- struktur unterstützt. Es mag dabei insbesondere ausreichen, dass sich in dem Refraktärmetall-Bauteil eine geschlossene Porosität einstellt und keine maximale Dichte. Ein Sintern, bei welchem das Werkstück eine nicht vernachlässigbare (geschlossene) Porosität aufweist und welchem sich ein weiterer Wärmebehandlungsschritt anschließt, mag auch als Vorsintern bezeichnet werden. Particularly in the case of a green body of pure tungsten as a refractory metal, a continuous process in a reducing and carbon-free atmosphere is preferred in order to keep the carbon and oxygen content low. For this purpose, the process may be carried out under vacuum or reducing atmosphere (hydrogen). It is yet another development that sintering is not performed at maximum sintering temperature to achieve complete compaction immediately, but at lower sintering temperatures. Thus, grain growth can be inhibited, which supports a homogeneous and isotropic, fine-grained microstructure. It may be sufficient, in particular, for a closed porosity to set in the refractory metal component and no maximum density. Sintering in which the workpiece has a non-negligible (closed) porosity and which is followed by another heat treatment step may also be referred to as presintering.
Insbesondere zur Erreichung einer noch höheren Dichte (insbesondere im Bereich einer maximalen theoretischen Dichte) bei geringen Arbeitstemperaturen von zuvor vorgesinterten In particular to achieve an even higher density (in particular in the range of a maximum theoretical density) at low working temperatures of previously presintered
Werkstücken ist es ferner eine Weiterbildung, dass sich dem Schritt des, insbesondere drucklosen, (Vor-) Sinterns ein weiterer (Hochtemperatur-) Wärmebehandlungsschritt anschließt, z.B. ein isostatisches Heißverpressen.  Workpieces, it is also a development that the step of, in particular unpressurized, (pre-) sintering followed by a further (high-temperature) heat treatment step, e.g. an isostatic hot pressing.
Der Schritt des Wärmebehandeins kann also einen Schritt eines Heißverpressens , insbesondere isostatischen Heißverpressens , des mindestens einen (vor) gesinterten Refraktarmetall - Werkstücks umfassen. The step of heat treatment can thus be a step of hot pressing, in particular hot isostatic pressing, of the at least one (pre) sintered refractory metal workpiece.
Der Schritt des Wärmebehandeins kann alternativ oder zusätz- lieh einen Schritt eines sog. "Spark-Plasma" -Sinterns umfassen. Das grüne Halbzeug, das entbinderte und/ oder bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen vorgesinterte Material (eine geschlossene Porosität ist hierbei nicht notwendig) wird dabei unter hohem Druck von elektrischem Strom durch- flössen und so in kurzer Zeit und bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen zur Enddichte gebracht. Die Kombination des Entbinderns und Sinterns in diesen Anlagen ist ebenfalls möglich. Der Schritt des Wärmebehandeins kann alternativ oder zusätzlich einen Schritt eines Mikrowellensinterns umfassen. Dabei wird das grüne Halbzeug, das entbinderte und/ oder bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen vorgesinterte Material mit Mikrowellen bestrahlt, um es bei niedrigen Temperaturen zur Enddichte zu bringen. Die Kombination des Entbinderns und Sinterns in diesen Anlagen ist ebenfalls möglich. The step of heat treatment may alternatively or additionally comprise a step of so-called "spark plasma" sintering. The green semifinished product, the debinded and / or pre-sintered material at comparatively low temperatures (a closed porosity is not necessary here) is flowed through under high pressure by electric current and thus brought to the final density in a short time and at comparatively low temperatures. The combination of debindering and sintering in these systems is also possible. The step of heat treatment may alternatively or additionally comprise a step of microwave sintering. In this case, the green semifinished product, the debinded and / or pre-sintered at comparatively low temperatures material is irradiated with microwaves to bring it to low density at the final density. The combination of debindering and sintering in these systems is also possible.
Es ist folglich eine Ausgestaltung, dass der Schritt des Wärmebehandeins einen Schritt eines Sinterns unterhalb einer ma- ximalen Sintertemperatur auf eine Dichte unterhalb der maximalen Dichte und folgend einen Wärmebehandlungsschritt eines weiteren Verdichtens aufweist. It is thus an embodiment that the step of heat treatment has a step of sintering below a maximum sintering temperature to a density below the maximum density and following a heat treatment step of further compacting.
Es ist eine zur Herstellung eines besonders stabilen, insbe- sondere thermoschockfesten, Refraktärmetall -Bauteils bevorzugte Ausgestaltung, dass mindestens ein Grünkörper durch das Wärmebehandeln zumindest geschlossenporig wird. Unter "zumindest geschlossenporig" kann ein geschlossenporiger oder ein dichter (insbesondere maximal dichter) Zustand verstanden werden. It is a preferred embodiment for producing a particularly stable, in particular thermoshock resistant, refractory metal component, that at least one green body becomes at least closed-pored by the heat treatment. By "at least closed-pored", a closed-cell or dense (in particular, maximum, dense) state can be understood.
Die durch das obige Verfahren hergestellten Refraktärmetall- Bauteile (Platten oder Strukturen, z.B. Rohre) können bereits das Endprodukt darstellen oder als Halbzeug über herkömmliche Verbindungstechniken, wie z.B. Löten, auf Oberflächen aufgebracht werden. Alternativ können Grünkörper, insbesondere Grünschichten, vor dem Ofenprozessen auf Komponenten aufge- bracht werden. In diesem Fall müssen diese Komponenten Temperaturbehandlung des Grünkörpers mit durchlaufen. The refractory metal components produced by the above process (plates or structures, eg pipes) can already represent the final product or as semifinished by conventional bonding techniques, such as soldering, applied to surfaces. Alternatively, green bodies, in particular green sheets, can be applied to components before the furnace processes. In this case, these components must undergo heat treatment of the green body.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Bauteil (Refraktärme- tall -Bauteil ) oder Körper, welches mittels des Verfahrens wie oben beschrieben hergestellt worden ist. Das Bauteil kann insbesondere analog zu dem Verfahren ausgestaltet sein und die gleichen Vorteile aufweisen. The object is also achieved by a component (refractory metal component) or body, which has been produced by means of the method as described above. The component may in particular be designed analogously to the method and have the same advantages.
So weist das Refraktärmetall-Bauteil Keramik auf, beispiels- weise als Partikel und/oder als Keramikphase. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Keramik La203, Y203, Tic und/oder HfC aufweist oder daraus besteht. Thus, the refractory metal component ceramic, for example as a particle and / or as a ceramic phase. It is still a development that the ceramic La 2 0 3 , Y 2 0 3 , Tic and / or HfC has or consists of.
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass das Refraktärmetall - Bauteil aus mehreren (zwei oder mehr) Schichten besteht, welche sich insbesondere in ihren Eigenschaften unterscheiden können. Insbesondere können die Schichten einen Gradientenaufbau aufweisen. Es ist ferner eine Weiterbildung, dass das Refraktärmetall - Bauteil ein dreidimensionales Bauteil ist. It is also a development that the refractory metal component consists of several (two or more) layers, which may differ in particular in their properties. In particular, the layers may have a gradient structure. It is also a development that the refractory metal component is a three-dimensional component.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Refraktärmetall - Bauteil ein geschlossenporiges Bauteil oder ein dichtes Bau- teil ist. It is still a development that the refractory metal component is a closed-pore component or a dense component.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Bauteil für Röntgenröhren oder Fusionsreaktoren anwendbar ist, insbesondere als eine Oberfläche einer Röntgenanode bzw. als eine Wand oder Struk- turkomponente eines Fusionsreaktors. Für eine Temperaturbeständigkeit beispielsweise in diesen Anwendungen wäre die Verwendung eines niedrig schmelzenden metallischen Binders sehr nachteilig. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden schematischen Beschreibung einesIt is a development that the component for X-ray tubes or fusion reactors is applicable, in particular as a surface of an X-ray anode or as a wall or structural component of a fusion reactor. For example, for temperature stability in these applications, the use of a low melting metallic binder would be very disadvantageous. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of a
Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Embodiment, which will be explained in more detail in connection with the drawings. In this case, the same or equivalent elements may be provided with the same reference numerals for clarity.
Fig.l zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in mehreren Varianten; und Fig.l shows a sequence of a method according to the invention in several variants; and
Fig.2 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens .  Fig. 2 shows an apparatus for carrying out the method.
Fig.l zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Refraktärmetall-Bauteils mittels Extrudierens, und zwar in mehreren Varianten. Ein erster Vorbereitungsschritt Sl zur Herstellen einerFig.l shows a sequence of a method for producing a refractory metal component by means of extrusion, in several variants. A first preparation step Sl for producing a
Extrusionsmasse M (siehe auch Fig.2) umfasst ein Bereitstellen einer PulVermischung aus Refraktärmetallpulver in Form zweier Wolframpulver . Die zwei Wolframpulver unterscheiden sich in ihrer mittleren Korngröße, D50, nämlich einmal zu 0,7 Mikrometern und einmal zu 1,7 Mikrometern. Extrusion mass M (see also FIG. 2) comprises providing a powder mixture of refractory metal powder in the form of two tungsten powders. The two tungsten powders differ in their mean grain size, D50, namely once at 0.7 micrometers and once at 1.7 micrometers.
Ein zweiter Vorbereitungsschritt S2 umfasst ein Bereitstellen von Keramikpulver in Form von Hafniumcarbidpulver (HfC- Pulver) . A second preparation step S2 comprises providing ceramic powder in the form of hafnium carbide powder (HfC powder).
Ein dritter Vorbereitungsschritt S3 umfasst ein Bereitstellen von Additiven wie einem Dispergator (Hypermer KD1), Lösemittel in Form von Ethanol und Toluol sowie ein Bindemitteln in Form von Polvvenylbutyral (Pioloform BR 18) und einen Plasti- fizierer in Form von Dibutylphtalat . A third preparation step S3 comprises providing additives such as a dispersing agent (Hypermer KD1), solvents in the form of ethanol and toluene, and a binder in the form of polvvenyl butyral (Pioloform BR 18) and a plastidizer in the form of dibutyl phthalate.
Zum Herstellen der Extrusionsmasse M werden die bereitgestellten Bestandteile in einem vierten Schritt S4 gemischt. Dazu werden zunächst die Refraktärmetallpulver, das Keramikpulver, der Dispergator und die Flüssigkeiten in einem Speedmixer für 3 min bei 1400 1/min gemischt. Anschließend werden das Bindemittel, dem bereits Ethanol zugegeben wurde, und der Plastifizierer zugefügt und für 10 min im Speedmixer bei 1500 1/min gemischt. For producing the extrusion compound M, the constituents provided are mixed in a fourth step S4. For this purpose, the refractory metal powders, the ceramic powder, the dispersant and the liquids are first mixed in a speed mixer for 3 min at 1400 1 / min. Subsequently, the binder, to which ethanol has already been added, and the plasticizer are added and mixed for 10 minutes in the Speedmixer at 1500 1 / min.
Der Dispergator sorgt dafür, dass das Benetzungsverhalten der refraktarmetallischen Pulverpartikel und des Keramikpulvers verbessert und eine Agglomeratbildung unterbunden wird. DieThe dispersant ensures that the wetting behavior of the refractile-metallic powder particles and of the ceramic powder is improved and agglomeration is prevented. The
Lösemittel Ethanol und Toluol lösen die organischen Komponenten, insbesondere den Binder Pioloform BR18. Über die Beimischung eines Plastifizierers kann die Flexibilität und Festigkeit des urgeformten Grünkörpers 17 (siehe auch Fig.2) und somit sein Handhabbarkeit eingestellt werden. Über verschiedene weitere Misch- und Mahlprozesse wird ein homogenes Aus- gangsmaterial oder Extrusionsmasse M, auch Feedstock genannt, erzeugt. In einigen Fällen kann es notwendig sein, die Extrusionsmasse M oder Feedstock vor dem Extrudieren zu entgasen, um eine Blasenbildung in dem umgeformten Grünkörper 17 zu vermeiden. Angestrebt wird ein Gewichtsanteil von 70% bis 99% an metallischem Pulver in der Extrusionsmasse M. Solvents Ethanol and toluene dissolve the organic components, in particular the binder Pioloform BR18. By adding a plasticizer, the flexibility and strength of the urgeformten green body 17 (see also Figure 2) and thus its handling can be adjusted. Various other mixing and milling processes produce a homogeneous starting material or extrusion compound M, also called feedstock. In some cases, it may be necessary to degas the extrusion mass M or feedstock prior to extrusion to avoid blistering in the reformed green body 17. The aim is a weight fraction of 70% to 99% of metallic powder in the extrusion mass M.
In einem anschließenden Schritt S5 wird die Extrusionsmasse M extrudiert . Dazu wird die Extrusionsmasse M in einen Fülltrichter 12 einer Extrudieranlage 11, wie sie in Fig . 2 als Einschnecken-Plastifizierextruder gezeigt ist, gefüllt. Die Extrusionsmasse M gelangt aus dem Fülltrichter 12 in einen Zylinder 13, in welchem sich eine Schnecke 14 durch einen Mo- tor 15 angetrieben dreht. Die Schnecke 14 fördert die Extrusionsmasse M zu einer Spitze des Zylinders 13, an welcher sich ein, ggf. heizbares, Extrusionswerkzeug 16 befindet. Aus dem Extrusionswerkzeug 16 wird der Grünkörper 17 als Extrudat herausgedrückt. Der Grünkörper 17 bzw. das Extrudat kann ins- besondere profilartig ausgebildet sein. Mit einem entsprechend ausgeformten Extrusionswerkzeug 16 ist auch die Bereitstellung von, z.B. plattenartigen, Grünschichten möglich. In einem folgenden Schritt S6 kann der Grünkörper 17 geformt werden. Beispielsweise mag der Grünkörper 17 zugeschnitten und/oder geformt, insbesondere dreidimensional geformt, werden. Eine minimale Dicke ist dabei besonders durch die Parti- kelgröße der Ausgangspulver begrenzt und entspricht vorzugsweise in etwa dem 5- bis 10-fachen der größten Refraktärme- tallpartikel . Bei obigen Ausgangspulvern (insbesondere D50 = 1,7 Mikrometer) liegt die Untergrenze einer Dicke zumindest einer Schicht des Grünkörpers 17 in etwa bei 60 Mikrometern. Die maximale Dicke liegt in etwa bei 1,5 mm bis 2,0 mm. In a subsequent step S5, the extrusion mass M is extruded. For this purpose, the extrusion mass M is introduced into a hopper 12 of an extrusion system 11, as shown in FIG. 2 is shown as a single screw plasticizing extruder. The extrusion mass M passes from the hopper 12 into a cylinder 13, in which a screw 14 rotates driven by a motor 15. The screw 14 conveys the extrusion compound M to a tip of the cylinder 13, to which a, optionally heatable, extrusion die 16 is located. From the extrusion die 16, the green body 17 is pushed out as an extrudate. The green body 17 or the extrudate can be designed in particular profile-like. With a correspondingly shaped extrusion die 16, the provision of, for example, plate-like, green sheets is also possible. In a following step S6, the green body 17 can be formed. For example, the green body 17 may be cut and / or shaped, in particular three-dimensionally shaped. A minimum thickness is limited in particular by the particle size of the starting powders and preferably corresponds approximately to 5 to 10 times the largest refractory metal particles. With the above starting powders (especially D50 = 1.7 microns), the lower limit of a thickness of at least one layer of green body 17 is about 60 microns. The maximum thickness is approximately 1.5 mm to 2.0 mm.
In einem folgenden Schritt S7 wird der zugeschnittene / geformte Grünkörper 17 zur Herstellung des fertigen Refraktär- metall-Bauteils wärmebehandelt. In a following step S7, the cut / shaped green body 17 is heat-treated to produce the finished refractory metal component.
In einem ersten Teilschritt S8 von Schritt S7 wird der Grundkörper 17 entbindert, insbesondere durch eine Wärmebehandlung . In einem zweiten Teilschritt S9 wird der entbinderte und ggf. geformte Grundkörper 17 gesintert, und zwar in einem zusammenhängenden, insbesondere drucklosen, Sinterablauf bei einer entsprechend hohen Sintertemperatur bis zum Vorliegen eines dichten oder praktisch porenfreien Refraktärmetall-Bauteils . In a first sub-step S8 of step S7, the main body 17 is debinded, in particular by a heat treatment. In a second sub-step S9, the debindered and possibly shaped main body 17 is sintered, specifically in a coherent, in particular pressureless, sintering operation at a correspondingly high sintering temperature until a dense or practically non-porous refractory metal component is present.
In einem zu Schritt S9 alternativen Ablauf wird zunächst in Schritt S10 der entbinderte und ggf. geformte Grünkörper 17 bei einer vergleichsweise niedrigeren Sintertemperatur gesintert ("vorgesintert"), wobei er noch nicht ihren dichten Zu- stand erreicht, sondern porenbehaftet (offenporig oder geschlossenporig) bleibt . In an alternative procedure to step S9, the debinded and possibly shaped green body 17 is first sintered ("pre-sintered") in step S10, wherein it does not yet reach its dense state, but is porous (open-pored or closed-pored) remains .
In einem folgenden Schritt Sil wird das vorgesinterte Refrak- tärmetall -Werkstück durch isostatisches Heißpressen zu dem Refraktärmetall-Bauteil verdichtet, insbesondere porenfrei verdichtet, insbesondere zumindest ungefähr auf seine maximale Dichte. Dies weist den Vorteil auf, dass die für das isostatische Heißpressen benötigten Temperaturen geringer sind als die in Schritt S9 benötigten Sintertemperatur und damit ein Kornwachstum (das mit steigender Temperatur zunimmt) gehemmt wird. In a following step Sil, the presintered refractory metal work piece is compacted by hot isostatic pressing to form the refractory metal component, in particular compressed without pores, in particular at least approximately to its maximum density. This has the advantage that the temperatures required for hot isostatic pressing lower are inhibited as the sintering temperature required in step S9 and thus grain growth (which increases with increasing temperature).
Alternativ oder zusätzlich zu Schritt Sil können ein Schritt S12 eines Spark-Plasma-Sinterns und/oder ein Schritt S13 eines Mikrowellensinterns durchgeführt werden. As an alternative or in addition to step S, a spark plasma sintering step S12 and / or a microwave sintering step S13 may be performed.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the illustrated embodiment, the invention is not so limited and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren (S1-S13) zum Herstellen eines Refraktärmetall - Bauteils, wobei das Verfahren folgende Schritte auf- weist: 1. Method (S1-S13) for producing a refractory metal component, the method comprising the following steps:
Bereitstellen (S4) einer Extrusionsmasse (M) , welche ein Refraktärmetall-Pulver aus mindestens einem Re- fraktärmetall und/oder einer Verbindung davon sowie mindestens einen Binder aufweist; und  Providing (S4) an extrusion mass (M) comprising a refractory metal powder of at least one refractory metal and / or a compound thereof and at least one binder; and
- Extrudieren (S5) der Extrusionsmasse (M) zu mindestens einem Grünkörper (17);  - extruding (S5) the extrusion mass (M) to at least one green body (17);
wobei  in which
sich an den Schritt des Extrudierens (S5) der Extrusionsmasse (M) ein Schritt eines Wärmebehandeins (S7) des mindestens einen Grünkörpers (17) anschließt.  the step of extruding (S5) the extrusion mass (M) is followed by a step of heat treatment (S7) of the at least one green body (17).
2. Verfahren (S1-S13) nach Anspruch 1, wobei das Extrudieren (S5) ein Extrudieren einer Grünschicht umfasst. The method (S1-S13) according to claim 1, wherein said extruding (S5) comprises extruding a greensheet.
3. Verfahren (S1-S13) nach Anspruch 2, wobei mehrere Grünschichten aufeinander gestapelt werden und sich mindestens zwei Grünschichten in ihren Eigenschaften unterscheiden . A method (S1-S13) according to claim 2, wherein a plurality of green sheets are stacked on each other and at least two green sheets differ in their properties.
4. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Extrusionsmasse (M) metallbinderfrei ist. 4. The method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein the extrusion mass (M) is metal binder-free.
5. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Extrusionsmasse (M) zusätzlich Keramik- pulver aufweist. 5. The method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein the extrusion mass (M) additionally comprises ceramic powder.
6. Verfahren (S1-S13) nach Anspruch 5, wobei das Keramikpulver La203, Y2O3, Tic und/oder HfC aufweist. 6. The method (S1-S13) according to claim 5, wherein the ceramic powder La 2 0 3 , Y 2 O 3 , Tic and / or HfC has.
7. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Median der Korngröße, D50, von Pulverpartikeln des Refraktärmetallpulvers kleiner zwei Mikrometern ist. A method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein a median grain size, D50, of powder particles of the refractory metal powder is less than two microns.
8. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Refraktarmetallpulver ein Pulver aus reinem Wolfram, WRe oder WTa ist. A method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein the refractory metal powder is a powder of pure tungsten, WRe or WTa.
9. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil des Refraktärmetalls bzw. der Verbindung davon an der Extrusionsmasse 70 Gew.-% bis 99 Gew. -% beträgt . 9. The method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein the proportion of the refractory metal or the compound thereof to the extrusion mass is 70 wt .-% to 99 wt -.%.
10. Verfahren (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Wärmebehandeins (S7) ein Ent- bindern (S8) und/oder Sintern (S10-S13) umfasst. 10. The method (S1-S13) according to any one of the preceding claims, wherein the step of heat treatment (S7) comprises debindering (S8) and / or sintering (S10-S13).
11. Verfahren (S1-S13) nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Wärmebehandeins (S7) einen Schritt eines SinternsThe method (S1-S13) according to claim 10, wherein the step of heat treatment (S7) comprises a step of sintering
(S10) unterhalb einer maximalen Sintertemperatur auf eine Dichte unterhalb der maximalen Dichte und folgend einen Wärmebehandlungsschritt eines weiteren Verdichtens(S10) below a maximum sintering temperature to a density below the maximum density and following a heat treatment step of further densification
(S11-S13) aufweist. (S11-S13).
12. Verfahren (S1-S13) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei mindestens ein Grünkörper (17) durch das Wärmebehandeln zumindest geschlossenporig wird. 12. The method (S1-S13) according to any one of claims 10 or 11, wherein at least one green body (17) is at least closed-pored by the heat treatment.
13. Refraktärmetall-Bauteil, welches mittels des Verfahrens (S1-S13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist. 13. refractory metal component, which has been produced by the method (S1-S13) according to one of the preceding claims.
PCT/EP2013/065211 2012-09-24 2013-07-18 Production of a refractory metal component WO2014044432A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210217188 DE102012217188A1 (en) 2012-09-24 2012-09-24 Producing a refractory metal component
DE102012217188.6 2012-09-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014044432A1 true WO2014044432A1 (en) 2014-03-27

Family

ID=48803551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/065211 WO2014044432A1 (en) 2012-09-24 2013-07-18 Production of a refractory metal component

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012217188A1 (en)
WO (1) WO2014044432A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021110827A1 (en) * 2019-12-04 2021-06-10 Grundfos Holding A/S A method of manufacturing a composite component with varying electric resistivity along a longitudinal direction
EP3907022A1 (en) * 2020-05-08 2021-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a material layer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB928626A (en) 1960-08-12 1963-06-12 Union Carbide Corp Improvements in and relating to powder metallurgy
US5445787A (en) * 1993-11-02 1995-08-29 Friedman; Ira Method of extruding refractory metals and alloys and an extruded product made thereby
US20020060520A1 (en) * 2000-10-03 2002-05-23 Norikazu Niimi Metal-made seamless pipe and process for production thereof
US20070172378A1 (en) * 2004-01-30 2007-07-26 Nippon Tungsten Co., Ltd. Tungsten based sintered compact and method for production thereof
WO2007147792A1 (en) 2006-06-22 2007-12-27 H.C. Starck Gmbh Process for producing shaped refractory metal bodies

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3403009A (en) * 1964-08-10 1968-09-24 Minnesota Mining & Mfg Refractory metal structures
EP0325179A1 (en) * 1988-01-14 1989-07-26 GTE Products Corporation Process for producing tungsten heavy alloy sheet
JP4659278B2 (en) * 2001-06-18 2011-03-30 株式会社アライドマテリアル Tungsten sintered body and manufacturing method thereof, tungsten plate material and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB928626A (en) 1960-08-12 1963-06-12 Union Carbide Corp Improvements in and relating to powder metallurgy
US5445787A (en) * 1993-11-02 1995-08-29 Friedman; Ira Method of extruding refractory metals and alloys and an extruded product made thereby
US20020060520A1 (en) * 2000-10-03 2002-05-23 Norikazu Niimi Metal-made seamless pipe and process for production thereof
US20070172378A1 (en) * 2004-01-30 2007-07-26 Nippon Tungsten Co., Ltd. Tungsten based sintered compact and method for production thereof
WO2007147792A1 (en) 2006-06-22 2007-12-27 H.C. Starck Gmbh Process for producing shaped refractory metal bodies

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021110827A1 (en) * 2019-12-04 2021-06-10 Grundfos Holding A/S A method of manufacturing a composite component with varying electric resistivity along a longitudinal direction
EP3907022A1 (en) * 2020-05-08 2021-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a material layer
WO2021223926A1 (en) 2020-05-08 2021-11-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a material layer
CN115515739A (en) * 2020-05-08 2022-12-23 西门子股份公司 Method for producing a material layer

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012217188A1 (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2038441B1 (en) Process for producing shaped refractory metal bodies
WO2014044429A1 (en) Production of a refractory metal component
EP1718777B1 (en) Method for the production of a molybdenum alloy
EP2794152B1 (en) Method for manufacturing a compact component, and component that can be produced by means of the method
EP3166741B1 (en) Method for producing a component
WO2017186468A1 (en) Carbide with toughness-increasing structure
EP1999087A1 (en) Sintered wear-resistant boride material, sinterable powder mixture for producing said material, method for producing the material and use thereof
EP2566638B1 (en) Dispersions comprisng cast tungsten carbide particles coated with tungsten carbide, method for producing same, and use thereof
WO2009141152A1 (en) Method and device for producing a workpiece, particularly a shaping tool or a part of a shaping tool
WO2014044433A1 (en) Production of a refractory metal component
EP2992541A1 (en) Method and device for producing contact elements for electrical switch contacts
EP1801247B1 (en) Process of production of high-density semi-finished or finished product
WO2019155078A1 (en) Method for producing a porous moulded body and porous moulded body
EP4129959A1 (en) Coated substrate and method for producing coated substrates and use thereof
WO2014044432A1 (en) Production of a refractory metal component
DE102011013894A1 (en) Final shape production of components made of material comprising intermetallic phases of trimolybdenum silicide and molybdenum borosilicide distributed in matrix, comprises e.g. subjecting powder mixture to grinding and producing suspension
EP2343143A2 (en) Method for producing components from refractory metals
EP1560799A2 (en) Ceramic-metal or metal-ceramic composite
DE102012020829B4 (en) Process for the production of composite components
DE202012010696U1 (en) Ceramic composite material and formed by this component
DE102012015127A1 (en) Sintering substrate arranged between green solid molded body to be sintered and base body, comprises green solid film disposed on metallic or ceramic carrier and separating layer made of material disposed between green solid molded body
DE102014110435B4 (en) Tantalum oxide material, its production process and use
EP0461260A1 (en) Method for obtaining electrode material for electrospark alloying
AT511919B1 (en) METHOD FOR PRODUCING AN SINTER COMPONENT
DE102012006998A1 (en) Producing wear-resistant film useful for producing wear-resistant coatings on components, comprises producing a green film comprising hard material particles, and compacting the green film

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13739215

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13739215

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1