DE4406017A1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Keramik und der Pulvermetallurgie und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils, daß z. B. als Justierhilfsmittel in der Brenntechnik, als Mischelement in Schmelzen oder als Schmuckstück zur Anwendung kommen könnte.

Keramische Sinterwerkstoffe werden aus Pulvern hergestellt, indem man zunächst die Pulver in einer Form zu Formkörpern formt, diese anschließend einer Wärmebehandlung (Sintern) unterzieht und danach einen festen Körper erhält. Verschiedene Formgebungsver­ fahren (Pressen, Schlickergießen, Exdrudieren, Spritzgießen, u. a.) ermöglichen die Herstellung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrie. Außerdem ist eine mechanische Bearbeitung im geformten Zustand (Drehen, Fräsen, Bohren) und selbst im gesinterten Zu­ stand (Schleifen, Polieren) möglich. Die Bearbeitung von gesin­ terten Bauteilen ist jedoch für fast alle Werkstoffe aufgrund ihrer hohen Härte aufwendig.

Die gesinterten keramischen Bauteile können nicht mehr plastisch verformt oder geschmiedet werden. Aus mehreren Einzelelementen bestehende, flexible Bauteile, z. B. Ketten aus Keramik, konnten deshalb bisher nur dadurch hergestellt werden, daß einzelne, in sich unterbrochene Elemente zu einem flexiblen Bauteil durch Fügen oder Kleben geschlossen wurden. Die dabei entstandenen Bindestellen wiesen ihm Allgemeinen geringere Festigkeiten als der Werkstoff im inneren Bauteil auf. Außerdem war mit der beschrie­ benen Technologie praktisch keine Automatisierung möglich.

In der japanischen Patentanmeldung JP 90-99283 wird die Herstel­ lung von Keramik- oder Metallketten durch Sintern beschieben. Es werden Kettenglieder mit zwei verschiedenen Geometrien als Grün­ körper geformt. Ein Kettengliedtyp enthält zwei Löcher, der andere Typ zwei hervorstehende Teile. Zunächst werden die Ketten­ glieder mit den hervorstehenden Teilen gesintert, danach werden diese Kettenglieder in die ungesinterten Kettenglieder mit den Löchern gesteckt und anschließend alle Komponenten zusammen gesintert. Durch die Schrumpfung der Löcher wird eine unlösbare flexible Verbindung geschaffen.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mindestens zwei Sinterbrände durchgeführt werden müssen. Außerdem ist es nicht möglich, das Verfahren universell für die verschiedensten Geome­ trien anzuwenden, da zur Verknüpfung der einzelnen Glieder immer Löcher und hervorstehende Teile notwendig sind. Die Möglichkeiten zur Automatisierung des Herstellungsprozesses sind damit eben­ falls nicht sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der Formgebung ein in Geometrie und Konfiguration bereits fertiges, flexibles, aus mehreren Einzelelementen bestehendes Bauteil herzustellen und weitere Verfahrenschritte gegenüber der Herstellungstechnologie anderer keramischer oder pulvermetallurgischer Bauteile zu ver­ meiden.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallurgischen Bauteils aus mindestens zwei Einzelelementen, die flexibel miteinander verbunden sind. Bei dem Verfahren wird ein Einzelelement geformt, indem ein sinterfähiges keramisches oder metallurgisches Pulver mit einem thermoplastischen Binder oberhalb der Erweichungstemperatur und unterhalb der Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur dieses Binders homogenisiert wird und danach in ein der Form des Einzel­ elementes entsprechendes Werkzeug eingebracht wird. Anschließend wird das Werkzeug mit dem Inhalt auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders abgekühlt und danach das Werkzeug entfernt. Dieses Einzelelement ist dabei in ein bereits vorhandenes Einzelelement geformt worden oder in das erfindungsgemäß hergestellte Einzelelement wird ein weiteres Einzelelement geformt. Nach Fertigstellung des gesamten Bauteils aus den flexiblen Einzelelementen wird nach dem Ausheizen des thermoplastischen Binders das Bauteil gesintert.

Ein so hergestelltes Bauteil aus flexibel miteinander verbundenen Einzelelementen hat gegenüber bisher herstellbaren Bauteilen aus gesinterter Keramik oder Metall die Vorteile, daß es durchgehende und ununterbrochene Materialeigenschaften in jedem einzelnen Einzelelement aufzuweisen hat, ebenso wie uneingeschränkte Flexi­ bilität bei der Anordnung der Einzelelemente und es ist einfach herstellbar, wodurch eine Automatisierung möglich ist. Weiterhin können durch geringe Verarbeitungsdrücke Formen mit sehr geringen Wandstärken verwendet werden, wodurch wiederum erheblich größere Möglichkeiten der Miniaturisierung des Bauteils bestehen. Letzt­ endlich sind durch das erfindungsgemäße Verfahren Bauteile her­ stellbar, die sehr variabel hinsichtlich Werkstoffeigenschaften, mechanischen Eigenschaften, Dichte, Form, Farbe, Oberflächenbe­ schaffenheit und Strukturierung sein können. Dadurch eröffnen sich breite Anwendungsgebiete.

Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

100 g eines sinterfähigen Siliziumcarbidpulvers werden mit 25 g Paraffin und 5 g Stearinsäure in einem beheizten Rührer bei 80°C zu einem homogenen thermoplastischen Schlicker gemischt. Der Schlicker wird bei einer Temperatur von 90°C unter einem Druck von 0,25 MPa in ein zusammengebautes Ringwerkzeug geformt. Nach dem Erkalten des Schlickers wird das Ringwerkzeug auseinander­ gebaut, so daß ein Grünkörperring in den anderen geformt ist.

Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das flexible Bauteil als Grünkörper vollständig geformt ist.

Die erhaltene Grünkörperkette wird in einer Pulvereinbettung bei Temperaturen bis 270°C ausgeheizt und abschließend bei 2100°C unter Argon gesintert.

Aufgrund der sehr guten Hochtemperatureigenschaften, wie z. B. einer Festigkeit von 450 MPa bei 1400°C, einer hohen Hochtempe­ raturoxidationsbeständigkeit, einer guten Beständigkeit gegen Metallschmelzen, u. a. können Ketten aus Keramik z. B. als Justier­ hilfsmittel in der Brenntechnik oder als Mischelemente in Schmel­ zen verwendet werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen oder pulvermetallur­ gischen Bauteils aus mindestens zwei Einzelelementen, die flexi­ bel miteinander verbunden sind, bei dem ein Einzelelement geformt wird, indem ein sinterfähiges keramisches oder metallurgisches Pulver mit einem thermoplastischen Binder oberhalb der Erwei­ chungstemperatur und unterhalb der Zersetzungs- oder Verdamp­ fungstemperatur dieses Binders homogenisiert wird und danach in ein der Form des Einzelelementes entsprechendes Werkzeug einge­ bracht wird, anschließend auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders abgekühlt und das Werkzeug entfernt wird, und dieses Einzelelement in ein bereits vorhandenes Einzelelement geformt wird oder in das so hergestellte Einzelelement ein weiteres Einzelelement geformt wird und nach dem Ausheizen des thermoplastischen Binders das Bauteil gesintert wird.