DE3015575A1 - Verfahren zur herstellung eines gegenstandes aus keramischem oder metallischem material durch isostatisches pressen - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines gegenstandes aus keramischem oder metallischem material durch isostatisches pressenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem oder metallischem Material durch isostatisches Pressen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem oder metallischem' Material
durch isostatisches Pressen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
Gegenstände aus keramischem oder metallischem Material können durch Zusammensintern von Pulver aus dem genannten Material durch
isostatisches Pressen hergestellt werden. Während des isostatischen Pressens bei Sintertemperatur ist das Pulvermaterial zur
Erzielung eines dichten gesinterten Produktes in einer Hülle eingeschlossen, die das Druckmittel, normalerweise ein Gas, daran
hindert, in das Pulver einzudringen. Die Hülle und ihr Inhalt v/erden normalerweise während eines Verfahrens Schrittes vor dem
Verschließen von unerwünschten Gasen befreit. Gemäß einem bekannten Verfahren dieser Art wird als Hülle eine vorgeformte
Kapsel aus homogenem Glas verwendet, deren Innenraum die gleiche Form hat wie der herzustellende Gegenstand, wobei jedoch die Abmessungen
etwas größer als die des herzustellenden Gegenstandes sind. Insbesondere dann, wenn der herzustellende Gegenstand eine
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verwickelte Form hat, ist die Herstellung einer solchen Form infolge der hierfür erforderlichen Formwerkzeuge und anderer
für ihre Herstellung erforderlicher Einrichtungen sehr kostspielig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten
Art zu entwickeln, mit dem die Herstellung eines keramischen oder metallischen Gegenstandes in einer bedeutend einfacheren
Weise und ohne eine komplizierte und kostspielige Einrichtung für die Herstellung der formgebenden Hülle möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die
im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die die Form des herzustellenden
Gegenstandes bestimmende Hülle auf einfache Weise gewonnen. Ferner bietet die Erfindung andere Vorteile, die aus
der weiteren Beschreibung hervorgehen. Beispielsweise kann die zum Formen des Gegenstandes benutzte Form saugend ausgeführt
werden, wodurch ein Schlammgießen erleichtert wird. Die Erfindung gründet sich auf die Anwendung eines Glaspulvers, das um ein Modell,
z.B. aus Wachs, des herzustellenden Gegenstandes angebracht und zu einer Form gebunden wird, wonach das Modell aus der so
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gewonnenen Form entfernt wird und man einen Formraum in der Form erhält, der in seiner Gestalt mit der Gestalt des herzustellenden
Gegenstandes übereinstimmt, wobei die Abmessungen in der Form jedoch größer als die des herzustellenden Gegenstandes
Hülle,'
sind« Diese Form wird als gasundurchlässIgeYbeim isostatischen
Pressen verwendet.
Unter Schmelze wird in der Beschreibung und den Ansprüchen eine gasundurchlässige Masse verstanden, die sich zumindest im wesentlichen
im geschmolzenen Zustand befindete Es ist somit nicht erforderlich, daß alle Teile des Einbettungsmaterials vollständig
geschmolzen sind, um eine unter dem Begriff Schmelze verstandene funktionsfähiges gasundurchlässige Masse zu erhalten.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung werden als Druckmittel
Edelgase, wie Argon und Helium, oder Stickstoff, bevorzugt.
Das keramische Material kann u.a, aus einem Nitrid, wie Siliziumnitrid,
einem Metalloxyd, wie Aluminiumoxyd, oder einem Karbid, wie Siliziumkarbid bestehen. Das metallische Material kann u.a.
bestehen aus Stahl, aus einer auf Eisen basierenden Legierung, wie ZoB0 einem 3#igen Cr-Mo~Stahl„ der O9 33 % C9 O930 % Si5
0,40 % Mn, 0,01 % P, O9OI % S8 298 % Cr, 0,6 % Mo9 Rest Fe enthält,
oder einem 12%igen Cr=Mo~V~Nb-Stahl„ der O918 % C9 0s25 %
Si5 0,60 % Mn, 0,01 % P, 0,01 % S9 11,5 %"Cr, 0,5 % Ni9 0,5 % Mos
0,30 % Vs 0,25 % Nb9 Rest Fe enthält, oder einer Legierung, die
1,27 % C, O93 #Si, 0,3 % Mn5 6,4 % ¥, 59O % Mo, 3,1 % V, 4,2 %
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Cr, Rest Fe enthält, oder aus einer auf Nickel basierenden Legierung,
wie z.B. einer Legierung, die 0,03 % C, 15 % Cr, 17 % Co,
5 % Mo, 3,5 % Ti, 4,4 # Al, 0,03 % B, Rest Ni enthält, oder einer
Legierung, die 0,06 % C, 12 ?ό Cr, 17 % Co, 3 % Mo, 0,06 % Zr,
4,7 Ji Ti, 5,3 % Al, 0,014 90 B, 1,0 % V, Rest Ni enthält. Die
Prozentangaben sind Gewichtsprozente.
Die Form aus Glaspulver, in die das keramische oder metallische Material eingefüllt wird, wird dadurch hergestellt, daß ein Modell
des herzustellenden Gegenstandes mit dem Glaspulver umgeben wird und daß die Glaspartikel zu einer zusammenhängenden Schicht
verbunden werden, bevor das Modell entfernt wird. Das Modell wird aus einem Material hergestellt, das aus der zusammenhängenden,
eine Einheit bildenden Schicht entfernt werden kann, ohne daß diese Einheit zerstört wird. Als solches Material kommen in
Betracht Wachs oder ein anderes niedrig schmelzendes Material, wie z.B. eine Legierung aus 60 % Bi und 40 % Sn oder Woods metall
(50 % Bi, 25 % Pb, 14 % Sn und 11 % Cd), das dadurch entfernt
wird, daß das Material nach dem Schmelzen aus der umgebenden Glasschicht herausrinnen kann, ein Kunststoff, wie z.B. Polystyrol,
oder ein anderes Material, das sich beim Erwärmen zersetzt und in Gasform entweichen kann, oder ein Material,
das mit einem Lösungsmittel aufgelöst werden kann, wie z.B. ein
Metall, das durch Säure aufgelöst wird. Die.Glaspartikel können
mit einem anorganischen Bindemittel, z.B. B2O, oder SiO2, das aus
Äthylsilikat in der Form gebildet wurde, miteinander verbunden werden. Auch ein organisches Bindemittel, wie Stärke oder ein
Harzbindemittel, das weggebrannt werden kann, ist verwendbar.
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Es ist auch möglich, eine Verbindung der Glaspartikel miteinander durch Sedimentation oder Kaltkompaktierung ohne Anwendung
eines Bindemittels zu erreichen.
Das Glas ist vorzugsweise niedrigschmelzender Art. Als Beispiel eines geeigneten Glases können genannt werden ein Glas, das 80,3
Gewichtsprozent SiOp, 12,2 Gewichtsprozent BpO5, 2,8 Gewichtsprozent
AIpO,, 4,0 Gewichtsprozent Na2O, 0,4 Gewichtsprozent KpO
und 0,3 Gewichtsprozent CaO (Pyrex^ ') enthält, ferner ein Aluminiumsilikat,
das 58 Gewichtsprozent SiO2» 9 Gewichtsprozent BpO^, 20 Gewichtsprozent AIpO,, 5 Gewichtsprozent CaO und 8 Gewichtsprozent
MgO enthält, sowie Mischungen aus Partikeln von Substanzen, z.B. SiO2, B2O3, Al2O, sowie Alkali- und Erdalkalimetalloxyde,
die bei Erhitzung Glas bilden. Der Begriff Glas im Sinne dieser Beschreibung schließt glasbildendes Material, wie
z„B„ die vorstehend genannten Mischungen ein.
Dem keramischen oder metallischem Material wird, falls erforderlich,
vor dem Einfüllen in den Formraum der aus Glaspulver bestehenden Form eine geeignete Konsistenz gegeben durch den Zusatz
einer Zusatzsubstanz, ζ,.Β. in Form eines Lösungsmittels wie Methanol,
Äthanol oder Wasser, eines Bindemittels, wie Polyvinylalkohol, eines Weichmachermittels, wie Polyäthylenglykol, eines Antiflockungsmittels,
wie Benzolsulfonsäure, und/oder eines Benetzungsmittels,
wie Äthylpentylglykol. Das Einbringen in den Formraum kann durch Schlammgießen oder mit Hilfe von Vakuum, Druck,
Zentrifugalkraft oder Ultraschall geschehen. Die Eigenschaft der
/8
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Form, porös und saugend zu sein, erleichtert insbesondere beim
Schlammgießen die Erzielung eines dichten Ausfüllens des Formraumes mit dem keramischen oder metallischen Material. An der
Innenwand der Form haben die Poren vorzugsweise eine kleinere Größe (Durchmesser) als die Körner aus dem keramischen oder metallischen
Material.
Nachdem der Formraum gefüllt und seine Öffnung mit Glas bedeckt worden ist, das zusammen mit der Form einer Einbettung für das
keramische oder metallische Pulver bildet, wird die Einbettung, wie bereits vorstehend erwähnt, in eine Schmelze übergeführt.
Um die Schmelze an ihrem Platz zu halten, wird die Form, wie erwähnt, in einem Gefäß untergebracht, das bei der Temperatur beständig
ist, bei der das isostatische Pressen unter Sintern des Pulvers aus dem keramischen oder metallischen Pulver durchgeführt
wird. Als Material für das Gefäß wird Graphit bevorzugt, doch können auch andere Materialien, wie Bornitrid oder Molybdän,
verwendet werden.
Das Einbettungsmaterial kann gasundurchlässig gemacht werden, während es sich im Vakuum befindet. Das Einbettungsmaterial kann
auch gasundurchlässig gemacht werden, während es sich in Kontakt mit einem Gas befindet, dessen Druck auf einem Wert gehalten
wird, der mindestens genauso groß ist wie der Gasdruck, der in dem im Formraum befindlichen Material vorhanden ist. Dadurch
können Beschädigungen der Form durch Gas, das aus dem im Formraum befindlichen Material entweicht, vermieden werden.
/9 030046/0702
9.4.1980 20 789 P
Die Erfindung soll nachstehend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
des Verfahrens und unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden« Die Figuren 1 bis 4 zeigen
verschiedene Fertigungsschritte bei der Herstellung eines Gegenstandes nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.
Es wird ein Wachsmodell hergestellt, dessen Form mit der Form eines herzustellenden Gegenstandes, z.B. einer Turbinenscheibe
oder einer Turbinenschaufel, übereinstimmt, deren Abmessungen
jedoch etwas größer als der herzustellende Gegenstand sind, um einen Abmessungsschwund bei der Herstellung des Gegenstandes auszugleichen.,
In der Mitte des Wachsmodells wird ein Rohr aus Borsilikatglas befestigt« Dieses Rohr wird, wie es nachstehend noch
näher beschrieben wird, als Einspritzkanal und Steigrohr beim Schlammgießen in der fertigen Form benutzte Das Wachsmodell und
der untere Teil des Glasrohres werden wiederholt in eine breiartige Aufschlämmung getaucht, die aus 65 Gewichtsteilen Borsilikatglas
mit einer Korngröße unter 1 /um in 35 Gewichtsteilen Äthylsilikat besteht, bis sich auf dem Wachsmodell eine Schicht
von 0,3 - 0,5 mm Dicke gebildet hat. Die Porengröße in der Schicht liegt bei 0,2 - 0,5 /um. Die Form wird dann weiter aufgebaut
durch Eintauchen in eine Aufschlämmung aus Borsilikatglaspartikeln,
bestehend aus 47 Gewichtsteilen von Partikeln mit einer Korngröße von 45 /um, 24 Gewichtsteilen von Partikeln mit einer
Korngröße von 177 /um sowie 29 Gewichtsteilen Äthylsilikat.
Dieses Eintauchen wird solange fortgesetzt, bis sich eine Schicht geeigneter Dicke, d.h. ca. 3= 5 mras um das Wachsmodell gebildet
hat. Danach wird das Wachsmodell mit der aufgezogenen Schicht getrocknet.
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9.'-:. 1980 20 789 P
Das Modell mit der umgebenden Glasschicht wird danach in ein
Gefäß gebracht, dessen Boden ein dem Innendurchmesser des Glasrohres entsprechendes Loch und einen dem Außendurchmesser des
Glasrohres entsprechenden Ansatz aufweist. Das Modell mit der Glasschicht wird so im Gefäß plaziert, daß das Glasrohr nach unten
weist und an dem Ansatz am Boden des Gefäßes anliegt. Danach wird eine Aufschlämmung aus Borsilikatglaspartikeln mit einer Korngröße
von weniger als 44 Aim und Wasser in dem Gefäß schlammgegossen/sedimentiert,
bis man eine Form mit einer Materialdicke von ca. 20 mm erhalten hat. Nachdem man die Form im Gefäß hat
trocknen lassen, wird das Gefäß mit der Form in einen Autoklaven eingebracht, in dem Dampf mit einer Temperatur von ca. 1500C das
Wachs ausschmilzt. Danach wird die Form in einem Ofen sukzessiv auf 550 - 600°C erhitzt, wobei alle Reste des Wachses verschwinden
und die Festigkeit der Form erhöht wird. Die so gewonnene Form ist hart und porös, und zwischen den Glaspartikeln besteht
ein guter Zusammenhalt. Die aus Glaspartikeln bestehende Form ist mit 10 bezeichnet," der durch Herausschmelzen des Wachses gewonnene
Formraum mit 11 und das Glasrohr mit 12.
Der Formraum 11 wird dann in der in Fig. 2 gezeigten Weise mit einem Siliziumnitridpulver 13 gefüllt. Das Siliziumnitridpulver,
das eine unter 5 /um liegende Korngröße hat und das ca. 0,5 Gewichtsprozent freies Silizium und ca. 5 Gewichtsprozent Yttriumoxyd
enthält, ist dabei mit Methanol zu einer breiartigen Konsistenz aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung ist außerdem mit Zusatzstoffen
versetzt, die aus Polyvinylalkohol, Polyäthylenglykol
und Benzolsulfonsäure bestehen, so daß deren Gehalte 2, 4 bzw. 1
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9.4.1380 20 789 P
Prozent des Gewichtes der Aufschlämmung "betragen. Um Luftblasen
zu entfernen, wird die Aufschlämmung vor dem Einfüllen in die Form
entgast.
Dadurch, daß die Form porös ist, wird der überwiegende Teil an Methanol und Zusatzstoffen aufgesaugt, so daß bei einem sukzessiven
Einfüllen von Siliziumnitridpulver der Formraum gut mit Pulver ausgefüllt wird. Wenn das Niveau im Rohr 12 aufgehört hat zu sinken,
der Formraum 11 also kein weiteres Material mehr aufnehmen kann, wird über dem Material im Formraum ein Gasdruck von ca.
2 MPa aufgebracht. Diese Druckeinwirkung führt zu einem verbesserten Ausfüllen des Formraumes und zu einem geringeren
Schrumpfen beim Trocknen. Das Trocknen erfolgt bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck und dauert ca. 4-5 Tage.
Die Form mit Inhalt wird danach auf ungefähr 5000C in Vakuum erhitzt,
wobei die im Siliziumnitrid enthaltenen Zusätze in der Aufschlämmung aus der Form und dem Formraum entfernt werden. Wie
aus Figur 3 hervorgeht, wird die Form anschließend in einem Gefäß 15 aus Graphit untergebracht, das inwendig mit einer Trennmittelschicht
aus Bornitrid versehen ist. Das Gefäß besteht also
aus einem Material , das bei der Sintertemperatur für Siliziumnitrid
formbeständig ist. In das Gefäß wird dann ein Pulver 14 aus Borsilikatglas gefüllt, welches die Form 10 bedeckt. Das
Pulver 14 kann beispielsweise durch eine Glasscheibe ersetzt werden, welche die Öffnung im Glasrohr 12 abdeckt, unabhängig
davon, ob das Glasrohr seine ursprüngliche Länge beibehalten hat oder in Höhe mit der Oberfläche der Form abgeschnitten wurde.
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Das gesamte in dem beschriebenen Beispiel erwähnte Borsilikat ist niedrigschmelzender Art und enthält 80,3 Gewichtsprozent
SiO2, 12,2 Gewichtsprozent B2O5, 2,8 Gewichtsprozent Al2O,,
4,0 Gewichtsprozent Na2O, 0,4 Gewichtsprozent K2O und 0,3 Gewichtsprozent
CaO. Das Siliziumnitrid ist damit mit einer Einbettung
aus Glas versehen worden. Ein oder mehrere GefäBe 15 werden darauf in einen Hochdruckofen nach Figur 4 eingebracht. Der
Anschaulickeit halber wird in dieser Figur nur ein Gefäß gezeigt. Zu dem Hochdruckofen gemäß Figur 4 gehört ein Pressenrahmen 22,
der von Rädern getragen wird, die auf Schienen 24 am Boden 25 laufen. Der Pressenrahmen ist zwischen der in der Figur gezeigten
Stellung und einer Stellung, in welcher der Rahmen die Hochdruckkammer 42 umgibt, verfahrbar. Der Pressenrahmen besteht aus
einem oberen Joch 26, einem unteren Joch 27 und zwei zwischen den Jochen befindlichen Distanzstücken 28. Die Joche und Distanz
stücke werden durch einen unter Vorspannung gewickelten Bandmantel 29 zusammengehalten. Die Hochdruckkammer 42 wird von einem
Ständer 49 getragen und enthält einen Hochdruckzylinder, der aus einem inneren Rohr 50, einem umgebenden, vorgespannten B-andmantel
51 und Endringen 52 aufgebaut ist, die den Bandmantel axial
zusammenhalten und als Aufhängevorrichtungen dienen, mit denen die Hochdruckkammer am Ständer 49 befestigt ist. Die Druckkammer
42 hat einen unteren Endverschluß 53» der in das Rohr 50 des Hochdruckzylinders hineinragt. Der Endverschluß hat eine Nut, in
der ein Dichtungsring 54 liegt.
Dureh den Endverschluß ist ein Kanal 55 geführt, durch welchen
einerseits die zu pressenden Produkte entgast werden und anderer-
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9.4.19βΟ 20 789 P
seits das Druckmittel, vorzugsweise Argon, Helium oder Stickstoff
gas, zugeführt wird» Ferner verläuft durch den Endverschluß ein Kanal 56, durch welchen die elektrischen Kabel zur Speisung
der Heizelemente 57 geführt werden, durch die der Ofen geheizt wird. Die Heizelemente 57 werden von einem Zylinder 58 getragen,
der auf einem isolierenden Boden 59 ruht, welcher in einen isolierenden Mantel 60 hineinragt. Der obere Endverschluß hat ein
ringförmiges Teil 61 mit einem Dichtungsring 62, der gegen das Rohr 50 abdichtet. Der Mantel 60 ist am Teil 61 aufgehängt und
gasdicht an dieses angeschlossen. Zum Endverschluß gehört auch ein Deckel 63 zum Verschließen der Öffnung im Teil 61, welches
normalerweise fest im Hochdruckzylinder angeordnet ist. Der Deckel ist mit einem Dichtungsring 64, der gegen die Innenwand des Teils
61 dichtet, und mit einem Deckel 65 aus Isoliermaterial versehen, der bei geschlossener Hochdruckkammer in den Zylinder 60 hineinragt
und einen Teil der isolierenden Hülle bildet, die den Ofenraum 66 umgibt. Der Deckel 63 ist an einer Konsole 67 befestigt,
die von einer senkrecht verstellbaren und drehbaren Bedienungsstange 68 getragen wird. Die Joche 26 und 27 nehmen die auf den
Endverschluß 53 und den Deckel 63 wirkenden Druckkräfte auf, wenn
Druck im Ofenraum erzeugt wird.
Nachdem das Gefäß 15 mit Inhalt im Ofenraum 66 plaziert worden ist, wird das Pulver 13 mit dem umgebenden Glas 10 und 14 bei
Raumtemperatur ungefähr zwei Stunden lang entgast. Unter fortgesetzter Evakuierung wird die Temperatur auf ungefähr 11500C erhöht.
Die Temperatursteigerung wird so langsam vorgenommen, daß
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9.4.1980 20 7Ö2 P
" 1Z" 3Q15575
der Druck zu keinem Zeitpunkt 0,1 Torr übersteigt. Bei ungefähr 11500C wird die Temperatur ungefähr eine Stunde lang konstant
gehalten. Während dieser Zeit erfolgt die endgültige Entgasung und das Glas bildet eine Schmelze mit niedriger Viskosität, die
das Pulver 13 vollständig umgibt. Danach wird bei derselben Temperatur
Argon, Helium oder Stickstoff zugeführt, bis ein Druck erreicht ist, der bei der endgültigen Sintertemperatur einen
Druck von 200 - 300 MPa ergibt. Die Temperatur wird danach innerhalb einer Stunde auf 1700 - 18000C, d.h. auf eine geeignete Sintertemperatur
für das Siliziumnitrid, erhöht. Dabei steigt gleichzeitig der Druck. Eine geeignete Zeitdauer für das Sintern, unter
den genannten Bedingungen sind mindestens 2 Stunden. Nach beendetem Zyklus läßt man den Ofen auf eine geeignete Dechargierungstemperatur
abkühlen. Das Gefäß 15 enthält dann einen Kuchen mit glatter Oberfläche, in dem der gesinterte Pulverkörper durch das
erstarrte und klare Glas sichtbar ist. Der Pulverkörper ist vollständig in dem Glas eingebettet und befand sich somit beim Pressen
vollständig unter der Oberfläche der Schmelze. Dadurch, daß der für das Pressen erforderliche hohe Druck aufgebracht werden konnte,
als das Glas niedrigviskos war, und daß das Glas im erstarrten Zustand denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Siliziumnitrid hat, können Gegenstände fehlerfrei und mit guter
Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Aufgrund der Trennmittelschicht löst sich der Kuchen leicht vom Gefäß. Das Glas kann dann
durch Sandstrahlbeblasung oder Abbeizen vom Gegenstand entfernt werden.
/15 030Q48/0702
9.4.1950 20 7öS) P
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird der Ofenraum 66, nachdem das Gefäß 15 mit dem Pulver 13 und dem umgebenden
Glas 10 und 14 bei Raumtemperatur ungefähr 2 Stunden lang entgast worden ist, mit Stickstoff unter Atmosphärendruck
gefüllt und die Temperatur unter sukzessiver Zufuhr von Stickstoff
auf einen Druck von 0,1 MPa auf 11500C erhöht. Wenn 11500C
erreicht sind, bildet das Glaspulver eine Schmelze mit niedriger Viskosität, die den Pulverkörper 13 vollständig umgibt. Danach
wird bei derselben Temperatur Argon, Helium oder Stickstoff zugeführt, und das Pressen und Sintern erfolgt unter den im vorhergehenden
Beispiel genannten Bedingungen.
Das Sintern von Siliziumnitrid wird zweckmäßig bei einer Temperatur
von 1600 - 19000C durchgeführt, und der Druck soll, wenn
kein sinterungsfordernder Zusatz, wie Magnesiumoxyd oder Yttriumoxyd
verwendet wird, mindestens 100 MPa, und bei der Verwendung eines solchen-Zusatzes mindestens 20 MPa betragen.
Dasselbe Verfahren, das vorstehend für die Herstellung eines Turbinenrades
aus Siliziumnitrid beschrieben wurde, kann in modifizierter Form bei der nachstehend beschriebenen Herstellung eines
Fräsers aus einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung angewendet werden, wobei die Legierung die folgende Zusammensetzung hat: 1,27 Gewichtsprozent C, 0,3 Gewichtsprozent Si, 0,3
Gewichtsprozent Mn, 6,4 Gewichtsprozent W, 5,0 Gewichtsprozent Mo,
3-,T- Gewichtsprozent V, 4,2 Gewichtsprozent Cr, Rest Fe. Das Stahl-Pulver
hat dabei eine unter 177 /um liegende Korngröße. In diesem
/16
O30046/O7-O2
9.4.1980 20 789 P
Fall wird das Wachsmodell auf der Innenseite der 0,3 - 0,5 mm dicken Schicht mit einem Glas hochschmelzender Art beschichtet,
aus
das beispielsweise/96,7 Gewichtsprozent SiOp, 2,9 Gewichtsprozent BpO-2 und 0,4 Gewichtsprozent Al2O, (Vycor^ ') besteht und eine unter 1 /um liegende Korngröße hat. Im übrigen wird für alle Glasmaterialien dasselbe Borsilikatglas wie in dem vorhergehenden Beispiel verwendet. Das hochschmelzende Glaspulver sintert am Glaspulver in den übrigen Teilen der Form beim Sintern derselben fest und verhindert ein Eindringen von Glas in den Stahlpulverkörper während des isostatischen Pressens, das bei einer Temperatur von ca. 11000C und einem Druck von ca. 100 MPa zwei Stunden lang durchgeführt wird. Um eine Verformung des hergestellten Fräsers aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und Stahl zu vermeiden, wird der überwiegende Teil der um den Fräser befindlichen Einbettung entfernt, so lange das Glas noch eine Temperatur hat, bei der es geschmolzen ist.
das beispielsweise/96,7 Gewichtsprozent SiOp, 2,9 Gewichtsprozent BpO-2 und 0,4 Gewichtsprozent Al2O, (Vycor^ ') besteht und eine unter 1 /um liegende Korngröße hat. Im übrigen wird für alle Glasmaterialien dasselbe Borsilikatglas wie in dem vorhergehenden Beispiel verwendet. Das hochschmelzende Glaspulver sintert am Glaspulver in den übrigen Teilen der Form beim Sintern derselben fest und verhindert ein Eindringen von Glas in den Stahlpulverkörper während des isostatischen Pressens, das bei einer Temperatur von ca. 11000C und einem Druck von ca. 100 MPa zwei Stunden lang durchgeführt wird. Um eine Verformung des hergestellten Fräsers aufgrund der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und Stahl zu vermeiden, wird der überwiegende Teil der um den Fräser befindlichen Einbettung entfernt, so lange das Glas noch eine Temperatur hat, bei der es geschmolzen ist.
Druck und Temperatur bei dem isostatischen Pressen und Sintern eines keramischen oder metallischen Materials sind natürlich von
der Art dieses Materials abhängig. Normalerweise soll der Druck mindestens 100 MPa, vorzugsweiE3 mindestens 150 MPa betragen.
Hinsichtlich anderer Materialien als Siliziumnitrid und Schnellstahl, welche letzteren in den Beispielen behandelt wurden, ist
zu sagen, daß die Temperatur für Aluminiumoxyd bei mindestens 1200°C, vorzugsweise bei mindestens 1300 - 15000C, für auf Eisen
basierende Legierungen bei mindestens 1000 C, vorzugsweise bei - 12000C, und für auf Nickel basierende Legierungen bei
/17
03 D(HS/OtQ 2
9.4.1980 20 739 ?
mindestens 105O0C, vorzugsweise bei 1100 - 12500C liegen soll.
Bei der Herstellung von Gegenständen aus keramischem oder metallischem
Material mit einer sehr hohen Sintertemperatur ist es denkbar, in der Form anstelle eines niedrigschmelzenden Glaspulvers
ein hochschmelzendes Glaspulver anzuwenden, wie z.B. Glas, das aus 96,7 Gewichtsprozent SiO2, 2,9 Gewichtsprozent BpO^ und
0,4 Gewichtsprozent AIpCU (Vycor^ ') besteht, oder Quarzglas
und Mischungen von Partikeln, z.B. SiO2 und BgO,, das/die bei
Erhitzung eine gasdichte Glasschicht bildet.
030046/0705
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem
oder metallischem Material durch isostatisches Pressen eines Pulvers aus dem genannten Material mittels eines gasförmigen
Druckmittels, wobei das Pulver in einer Einbettung aus Glas angeordnet wird, das gasundurchlässig gemacht wird, bevor
das isostatische Pressen unter Sinterbedingungen für das Pulver erfolgt j, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus dem
keramischen oder metallischen Material in den Formraum einer aus Glaspulver bestehenden Form eingefüllt wird, deren Formraum
dem herzustellenden Gegenstand entspricht, daß der Formraum mit Glas bedeckt wird9 das zusammen mit der Form eine
Einbettung für das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material bildet;, daß das Einbettungsmaterial, das mit
dem Pulver in einem Gefäß plaziert ist9 das bei der Sintertemperatur
beständig istp in eine Schmelze übergeführt wird, die eine durch die Wände des Gefäßes begrenzte Oberfläche
hat, unter welcher das Material im Formraum liegt, und daß durch das gasförmige Druckmittel ein für das isostatische
Pressen erforderlicher Druck auf die Schmelze aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet9 da 3 das
Einbettungsmaterial gasundurchlässig gemacht wird, während das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material
und das Einbettungsmaterial unter Vakuum gehalten werden.
030046/0702 >2
9.4.1980 ?0 7Ω9 P
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbettungsmaterial gasundurchlässig gemacht wird, während
das Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material und das Einbettungsmaterial in Kontakt mit einem Gas gebracht
werden, dessen Druck auf einem Wert gehalten wird, der mindestens so groß ist, wie der Druck, der sich bei der jeweiligen
Temperatur in dem in dem Pulver aus dem keramischen oder metallischen Material vorhandenen Gas einstellt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß das keramische Material Siliziumnitrid ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet,
daß das metallische Material aus Stahl oder aus einer auf Eisen oder Nickel basierenden Legierung besteht.
/3 D30046/0702
Applications Claiming Priority (1)
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