DE19728767C1

DE19728767C1 - Press for forming ceramic spectroscopy probe

Info

Publication number: DE19728767C1
Application number: DE1997128767
Authority: DE
Inventors: Rolf Speen; Stefan Bausch
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2017-07-08

Abstract

The press tool has a die and a opposed stamps defining a press chamber between them and fitting accurately into the die. A compressible solid powder ceramic is placed in the press chamber. An adjustable shell (4) encloses the press die (2) and the first stamp (3) and by its adjustment adjusts the die and first stamp with respect to each other. The first stamp can have a stamp length (L), which is at least similar to an inner height (TP) of the press die. The second stamp (1) can be positioned loosely in the die. The shell and the die can be rotationally fixed together.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Preßwerkzeug zum uniaxialen Kaltpressen von Pulverproben oder dgl., mit ei ner Preßform und einem ersten und einem zweiten in die Preßform gegenseitig paßgenau eingreifenden Stempel, zwi schen deren Wirkflächen ein Preßbereich für ein zu pressen des festes Medium ausgebildet ist.The present invention relates to a press tool for uniaxial cold pressing of powder samples or the like, with egg ner mold and a first and a second in the Mold mutually engaging punch, zwi their effective surfaces a press area for pressing the solid medium is formed.

Solche Preßwerkzeuge und Preßverfahren dienen zur Herstel lung dünnschichtiger Proben und insbesondere sehr dünner keramischer Proben.Such pressing tools and pressing processes are used to manufacture them development of thin-layer samples and especially very thin ones ceramic samples.

Die Präparation keramischer Bauteile umfaßt vier charakte ristische Teilschritte:
The preparation of ceramic components comprises four characteristic sub-steps:

1. Preparation of the raw materials (mixing, grinding, calcine ren)
2. Forming (pressing, casting)
3. Compression by heat treatment (sintering)
4. Post-treatment (grinding, polishing)

Die Formgebung erfolgt z. B. mit Preßwerkzeugen, die nach dem Abziehprinzip arbeiten und z. B. aus DE 39 19 847 C2, DE 35 29 922 A1 oder DD 301 182 A7 bekannt sind. Die ge nannten Preßwerkzeuge werden mit aufbereitetem Pulver ge füllt und bei Umgebungstemperatur uniaxial gepreßt. Ein solches Preßwerkzeug ist z. B. auch als hydraulische Hand presse der Firma Paul-Otto Weber GmbH, Remshalden, bekannt.The shaping takes place e.g. B. with pressing tools after the deduction principle work and z. B. from DE 39 19 847 C2, DE 35 29 922 A1 or DD 301 182 A7 are known. The ge called pressing tools are ge with processed powder fills and uniaxially pressed at ambient temperature. A such pressing tool is, for. B. also as a hydraulic hand press of the company Paul-Otto Weber GmbH, Remshalden.

Der durch den Preßvorgang entstehende sogenannte Grünkörper soll durch den Preßvorgang bereits eine möglichst hohe Dichte erhalten, um z. B. einen sich anschließenden Sinter prozeß zu erleichtern. The so-called green body created by the pressing process should already be as high as possible through the pressing process Obtain density to e.g. B. a subsequent sintering to facilitate the process.

Für nachfolgende Untersuchungen, wie z. B. einer Relaxa tionsspektroskopie, ist es wichtig, möglichst dünne Proben (Dicke < 0.6 mm) mit vorbestimmtem, z. B. rechteckigem, Format (ca. 40 × 5 mm) zu erhalten. Nach dem Sintern soll ten diese balkenförmigen Proben einer Oberflächenbehandlung (Polieren, Kontaktieren mit Platin-Elektroden) standhalten und für physikalische Experimente zu Biegeschwingungen an geregt werden können. Dabei kommt der mechanischen Stabili tät der so präparierten keramischen Proben eine zentrale Bedeutung zu.For subsequent investigations, such as. B. a Relaxa tion spectroscopy, it is important to make samples as thin as possible (Thickness <0.6 mm) with predetermined, e.g. B. rectangular, Format (approx. 40 × 5 mm). After sintering These bar-shaped samples of a surface treatment Withstand (polishing, contacting with platinum electrodes) and for physical experiments on bending vibrations can be excited. Here comes the mechanical stabilizer of the ceramic samples prepared in this way is of central importance Meaning too.

Die Preßwerkzeuge des oben genannten Standes der Technik haben die folgenden Nachteile:The pressing tools of the above-mentioned prior art have the following disadvantages:

Sie bestehen aus zwei Halbzylindern, welche für den Preß vorgang zusammengesteckt werden können und dabei einen rechteckigen Schlitz mit der geforderten Probengeometrie bilden. In diesen Schlitz werden von oben und unten Stempel eingeführt, zwischen denen sich das zu pressende Pulver be findet. Nach dem Preßvorgang wird ein Stempel herausgezo gen, und die Halbzylinder werden getrennt, so daß der Grün körper entnommen werden kann. Beim Öffnen der Halbzylinder ist der Preßling dabei starken Erschütterungen ausgesetzt, die Rißbildungen in der Probe verursachen. Bei den Bemühun gen möglichst dünne Proben zu erzeugen, zerbrechen daher die Grünkörper direkt bei der Entnahme aus dem Preßwerkzeug oder zeigen nach dem Sintern grobe Risse, die zum Bruch der balkenförmigen Proben führen.They consist of two half cylinders, which are used for the press process can be put together and one rectangular slot with the required sample geometry form. Stamps are inserted into this slot from above and below introduced, between which the powder to be pressed finds. After the pressing process, a stamp is pulled out gen, and the half cylinders are separated so that the green body can be removed. When opening the half cylinder the compact is exposed to strong vibrations, cause the cracks in the sample. In the effort To produce samples that are as thin as possible therefore break the green bodies directly when they are removed from the press tool or show coarse cracks after sintering that break the perform bar-shaped samples.

Versuche haben ergeben, daß mit dem Preßwerkzeug Proben mit einer Dicke unterhalb von 0.7 mm nicht zu präparieren sind.Experiments have shown that samples with the pressing tool a thickness of less than 0.7 mm should not be prepared.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Preßwerkzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sehr dünne Grünkörper von relativ hoher Festigkeit her stellbar sind. The object of the invention is therefore a press tool and to create a process of the type mentioned at the beginning with the very thin green body of relatively high strength are adjustable.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine verstellbare Hülse, die an die Preßform und an den ersten Stempel angreift und bei Betätigung diese relativ zueinander verstellt.The task is solved by an adjustable sleeve that attacks the mold and the first punch and at Actuation adjusted relative to each other.

Mit dem erfindungsgemäßen Preßwerkzeug gemäß Anspruch 1 ist es möglich auch sehr dünne Grünkörper mit einer Dicke von 0,3 mm herzustellen, die auch nach einer Weiterverarbei tung, z. B. im Rahmen einer Sinterung, keine Risse zeigen und eine gute mechanische Stabilität aufweisen. Deshalb ist es möglich das Preßwerkzeug universell auch in anderen For schungsbereichen einzusetzen. Die Anpassung an eine vorbe stimmte Probengeometrie ist dafür leicht möglich.With the press tool according to the invention according to claim 1 it is also possible to use very thin green bodies with a thickness of 0.3 mm to manufacture, even after further processing tung, z. B. during sintering, show no cracks and have good mechanical stability. Therefore it is possible to use the pressing tool universally in other for research areas. Adaptation to a pre correct sample geometry is easily possible.

Ein weiterer Vorteil gemäß Anspruch 2 besteht darin, daß die Stempellänge eines Stempels gleich oder größer der in neren Höhe der Preßform ist. Dadurch kann der Angriff des Stellgliedes an den Stempel in konstruktiv einfacher und robuster Weise erfolgen.Another advantage according to claim 2 is that the stamp length of a stamp is equal to or greater than that in neren height of the mold. This can attack the Actuator to the stamp in a structurally simple and done robustly.

Gemäß Anspruch 3 ist es von Vorteil, daß der andere, zweite Stempel, kürzer als der erste Stempel ausgebildet ist, da sich dadurch nicht nur ein konstruktiv einfaches und robu stes sondern auch ein platzsparendes Preßwerkzeug ausbilden läßt.According to claim 3, it is advantageous that the other, second Stamp that is shorter than the first stamp is there not only a constructively simple and robust but also form a space-saving pressing tool leaves.

Aus dem gleichen Grunde ist es gemäß Anspruch 4 vorteil haft, daß der zweite Stempel lose in die Preßform einge steckt ist.For the same reason, it is advantageous according to claim 4 adheres that the second punch loosely inserted into the mold is stuck.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Preßwerkzeugs erge ben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 5 bis 9.Other advantages of the pressing tool according to the invention ben from the features of subclaims 5 to 9.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zei gen: An embodiment of the present invention is disclosed in following described with reference to the drawings. It shows gene:

Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung des er findungsgemäßen Preßwerkzeugs im Schnitt; Figure 1 is a schematic exploded view of the inventive press tool in section.

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfin dungsgemäßen Preßwerkzeugs in einer zusammenge setzten Preßstellung; Fig. 2 is a schematic sectional view of the press tool according to the inven tion in a composite press position;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung des erfin dungsgemäßen Preßwerkzeugs in einer Probenentnah mestellung; Fig. 3 is a schematic sectional view of the press tool according to the inven tion in a sampling position;

In Fig. 1 ist ein oberflächengehärteter kurzer Stempel 1 dargestellt, der ein schulterförmig über den Stempelquer schnitt vorstehendes Kopfteil 1.1 umfaßt und der mit seiner geometrischen Stempelabmessung dichtend in einen Schlitz 2.1 einer als Vollzylinder ausgebildete Preßform 2 aus VA- Stahl paßt, wobei die geometrischen Abmessungen des kurzen Stempels 1 und des Schlitzes 2.1 an die geforderte Proben geometrie angepaßt sind. Der Schlitz 2.1 ist in der Preß form 2 durchgehend ausgebildet. In der vorliegenden Ausfüh rungsform ist an der Außenfläche des Vollzylinders wenig stens abschnittsweise ein Außengewinde 2.2 ausgebildet. Es ist zudem ein oberflächengehärteter langer Stempel 3 vorge sehen, der ebenfalls in die Öffnung des Schlitzes 2.1 paßt und ein über den Stempelquerschnitt vorstehendes Kopfteil 3.1 aufweist. Das Kopfteil 3.1 umfaßt kopfseitig zudem eine abgestufte Schulter 3.2. Der lange Stempel 3 hat eine Stem pellänge L, die vorzugsweise gleich der inneren Höhe TP bzw. der Länge des durchgehenden Schlitzes 2.1 zwischen den beiden Enden der Preßform 2 ist.In Fig. 1, a surface-hardened short stamp 1 is shown, which includes a shoulder-shaped over the stamp cross section protruding head part 1.1 and which fits with its geometric stamp dimension sealingly into a slot 2.1 of a press cylinder 2 made of VA steel, the geometric dimensions the short stamp 1 and the slot 2.1 are adapted to the required sample geometry. The slot 2.1 is formed in the press form 2 continuously. In the present embodiment, an external thread 2.2 is formed at least in sections on the outer surface of the solid cylinder. It is also a surface-hardened long stamp 3 see easily, which also fits into the opening of the slot 2.1 and has a protruding head section 3.1 above the stamp cross-section. The head part 3.1 also includes a stepped shoulder 3.2 on the head side . The long punch 3 has a stem length L, which is preferably equal to the inner height TP or the length of the continuous slot 2.1 between the two ends of the mold 2 .

Die beiden Stempel 1, 3 können an beiden Stirnflächen der Preßform 2 von oben und unten in die jeweilige Öffnung des Schlitzes 2.1 eingeführt werden. Auf den längeren Stempel 3 kann ein als Überwurfring ausgebildete verstellbare Hülse 4 aus Messing gesetzt werden, welches ein Innengewinde 4.1 aufweist, das in aufgesetztem Zustand in das Außengewinde 2.2 der Preßform 2 greift. Die Hülse 4 weist auch einen Fortsatz 4.2 auf, der im Preßzustand und im Probenfreigabe zustand auf dem langen Stempel 3 aufliegtThe two punches 1 , 3 can be inserted into the respective opening of the slot 2.1 from above and below on both end faces of the compression mold 2 . On the longer punch 3 , an adjustable sleeve 4 made of brass, designed as a union ring, can be placed, which has an internal thread 4.1 , which in the attached state engages in the external thread 2.2 of the compression mold 2 . The sleeve 4 also has an extension 4.2 , which rests on the long punch 3 in the pressed state and in the sample release state

Die Verfahrensweise des Preßwerkzeugs ist wie folgt:The procedure of the press tool is as follows:

Auf die Wirkfläche des kurzen Stempels 1 wird eine pulver förmige Probe 5 aufgebracht. Der Stempel 1 liegt dabei mit seinem Kopfteil 1.1 auf einer Unterlage auf. Anschließend wird die zylinderförmige Preßform 2 mit ihrem Schlitz 2.1 über den kurzen Stempel 1 gesetzt, so daß die Wandung auf dem schulterförmig über den Stempel 1 vorstehenden Kopfteil 1.1 abgestützt ist. Dann wird der lange Stempel 3 von der anderen Seite der Preßform 2 in den Schlitz 2.1 eingeführt, bis dieser mit seiner Wirkfläche auf der pulverförmigen Probe 5 aufliegt. Daraufhin wird die Hülse 4 mit seinem In nengewinde 4.1 auf das Außengewinde 2.2 der Preßform 2 auf geschraubt. Sobald der Fortsatz 4.2 auf der abgestuften Schulter 3.2 des langen Stempels 3 zur Auflage kommt, be ginnt der Preßvorgang (Fig. 2). Nach abgeschlossenem Preß vorgang wird das gesamte Preßwerkzeug von der Unterlage ab gehoben und umgedreht, so daß das Kopfteil 1.1 des kurzen Stempels 1 nach oben zeigt. Anschließend wird zuerst der kurze Stempel 1 entfernt und dann die Hülse 4 weiter auf die Preßform 2 gedreht, so daß die gepreßte Probe 5 aus dem Schlitz 2.1 linear und sehr gleichmäßig herausbewegt wird. Der kurze Stempel 1 kann somit abgenommen werden, ohne die gepreßte Probe 5 zu beschädigen (Fig. 3).A powder-shaped sample 5 is applied to the active surface of the short stamp 1 . The stamp 1 lies with its head part 1.1 on a base. Subsequently, the cylindrical die 2 with its slot 2.1 is placed over the short punch 1 , so that the wall is supported on the shoulder part 1.1 projecting over the punch 1 . The long punch 3 is then inserted into the slot 2.1 from the other side of the compression mold 2 until the active surface of the latter rests on the powdery sample 5 . Thereupon the sleeve 4 is screwed with its internal thread 4.1 onto the external thread 2.2 of the compression mold 2 . As soon as the extension 4.2 comes to rest on the stepped shoulder 3.2 of the long stamp 3 , the pressing process begins ( FIG. 2). After the pressing process is complete, the entire pressing tool is lifted from the base and turned over, so that the head part 1.1 of the short stamp 1 points upwards. Subsequently, the short punch 1 is first removed and then the sleeve 4 is further rotated onto the die 2 , so that the pressed sample 5 is moved linearly and very evenly out of the slot 2.1 . The short stamp 1 can thus be removed without damaging the pressed sample 5 ( FIG. 3).

Mit den nach diesem Konzept gefertigten Preßwerkzeug können Proben mit einer Dicke von 0.3 mm erzeugt werden, die auch nach dem Sintern keine Risse zeigen und eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. Das Konzept ist ohne wei teres auf andere Probengeometrien (Rechtecke mit verschie denen Aspektverhältnissen, runde Tabletten), wie sie für Grundlagenuntersuchungen in vielen Forschungsinstituten verwendet werden, übertragbar.With the press tool manufactured according to this concept Samples with a thickness of 0.3 mm are generated, too show no cracks after sintering and sufficient have mechanical stability. The concept is without white teres on other sample geometries (rectangles with various aspect ratios, round tablets), as for Basic research in many research institutes used, transferable.

Claims

1.Pressing tool for uniaxial cold pressing of powder samples or the like, with a press mold and a first and a second punch which engages in the press mold with a precise fit, between the active surfaces of which a press area for a solid medium to be pressed is formed, characterized by an adjustable sleeve ( 4 ), which engages the press mold ( 2 ) and the first punch ( 3 ) and adjusts them relative to one another when actuated.

2. Press tool according to claim 1, characterized in that the first punch ( 3 ) has a punch length (L) which we at least equal to an inner height (TP) of the press mold ( 2 ).

3. Press tool according to claim 1 or 2, characterized in that the second stamp ( 1 ) is shorter than the first stamp ( 3 ).

4. Press tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second punch ( 1 ) is loosely inserted into the mold ( 2 ).

5. Press tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sleeve ( 4 ) on the press mold ( 2 ) is rotatably fixed.

6. Press tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sleeve ( 4 ) on the first punch ( 3 ) is rotatably festge sets.

7. Press tool according to one of claims 1 to 3 and 5, characterized in that the sleeve ( 4 ) with an internal thread ( 4.1 ) engages in an external thread ( 2.2 ) of the mold ( 2 ) and with an extension ( 4.2 ) on one Shoulder ( 3.2 ) of the first stamp ( 3 ) rests.

8. Press tool according to one of the preceding claims, characterized in that the second punch ( 1 ) has a projecting head part ( 1.1 ) for supporting the press mold ( 2 ).

9. Press tool according to one of the preceding claims, characterized in that the first punch ( 3 ) has a projecting head part ( 3.1 ) to support the press mold ( 2 ).