SE504067C2 - Metod att tillverka en sintrad kropp - Google Patents

Description

N U 20 25 30 35 504 067 Odränerade formningsmetoder säsom formsprutning har poten- tial att undvika dessa problem. Men pà grund av den höga visko- siteten hos polymermatrisen mäste omsorg iakttas för att uppnà god blandning. Det är ocksä viktigt att säkerställa korrekt av- bränning av polymermatrisen. Formen mäste konstrueras med hän- syn till den whiskerorientering som ofta erhälls pà grund av de höga spänningsfälten under formningsprocessen.

Nyligen har nägra nya formningsmetoder avslöjats. US 4,894,l94 presenterar en metod för formning av keramiska pulver genom blandning av det keramiska pulvret med ett dispergerings- medel och en monomer lösning. Blandningen överförs till en form och monomeren tvärbinds till att bilda ett polymert nätverk som ger tillräcklig hällfasthet ät den keramiska kroppen. I EP-A- 0246438 presenterar Fanelli en metod för formsprutning av en vattenlösning av ett gelbildande material, ett dispergeringsme- del och ett keramiskt pulver.

Men dessa nya formningstekniker har ocksä nackdelar. I bada fallen är gelbildningsreaktionen mer eller mindre irreversibel.

Det innebär att en grönkropp, som inte uppfyller nägot av de begärda kraven säsom formtoleranser eller packningtäthet, mäste kasseras och inte kan omformas. Ocksá eftersom dessa formnings- metoder bestär av flera olika komponenter som kan växelverka med varandra pà oväntat sätt, kan detta leda till aggregering eller oönskade suspensionsegenskaper.

Det är ett ändamäl med föreliggande uppfinning att ästad- komma en metod för formning av keramiska pulver till grönkrop par.

Det är ett ändamäl med föreliggande uppfinning att ástad- komma en metod för formning av keramiska pulver till komplexa och invecklade kroppar.

Det är ett ändamäl med föreliggande uppfinning att ästad- komma en metod för formning av keramiska pulver till kroppar med homogen mikrostruktur och en isotrop orientering av whis- kers och plattor.

Det är ett ändamäl med föreliggande uppfinning att ästad- komma en metod för formning av keramiska pulver sä att kasse- rade grönkroppar kan omdispergeras och omformas. 10 U 20 25 30 35 504 067 Föreliggande uppfinning ger en metod för formning av kera- miska pulver till solida, formade kroppar av komplicerad form säsom skär för metallskärande verktyg. Metoden avser formning av keramiska pulver till grönkroppar där en gelning och bild- ning av sagda kroppar induceras genom minskning av solvatatio- nen hos det tillsatta dispergeringsmedlet genom en tempera- UPP' hettas vidare för avlägsnande av de organiska komponenterna och turändring. De fasta, formade grönkropparna, som erhälls, sintras sedan vid hög temperatur för att ge helt täta produk- ter.

Mera speciellt omfattar metoden enligt föreliggande uppfin- ning formning av en slamma omfattande keramiska pulver, ett dispergeringsmedel för de fasta faserna och ett lämpligt lös- ningsmedel. Dispergeringsmedlet skall adsorberas pä pulver- ytorna och ge sä kallad sterisk stabilisering med en del av mo- lekylen stickande ut frän pulverytan ut i lösningsmedlet. Den resulterande slamman skall ha tillräckligt läg viskositet vid given temperatur (företrädesvis rumstemperatur) för att medge fyllning i ett verktyg av komplicerad form. Slamman omvandlas sedan till fast gel genom en ändring av temperaturen, antingen en ökning eller en minskning. Temperaturförändringen förorsakar en minskning i solvatationen hos de stabiliserande delarna hos dispergeringsmedlet och inducerar flockulering. En polymer av liknande typ som den stabiliserande delen kan tillsättas för att öka hällfastheten hos den formade grönkroppen.

Det finns mänga dispergeringsmedel kommersiellt tillgäng- liga som är lämpliga för användning i föreliggande uppfinning.

Allmänt bestär dispergeringsmedlet av tvä delar; en ankargrupp (A), (B), sticker ut i lösningsmedlet och hindrar nära kontakt mellan tvä som fäster mot ytan och en stabiliserande del som närliggande partiklar. Dispergeringsmedlet kan vara antingen av A-B typ eller segmentpolymeriserat av typ A-B-A-B-A-B. Den sta- biliserande delen är typiskt ett längkedjigt kolváte med läg polaritet för dispersion i organiska media eller en längkedjig polyetylenoxid för dispersion i vattenmedia. Fóredragna disper- geringsmedel innefattar polymeriska substanser med en stabili- serande del av polyestertyp och en sur och/eller basisk ankar- QIUPP- 10 Ü 20 25 30 35 504 067 Sälunda skall dispergeringsmedlet ha god löslighet i det valda lösningsmedlet vid blandningstemperaturen. Lösligheten skall minskas genom antingen en ökning eller minskning av tem- peraturen. Detta kan undersökas genom att mäta grumlingstempe- raturen t.ex. temperaturen där en 1% lösning bildar aggregat och gör lösningen grumlig. Föredragna lösningsmedel för orga- niskbaserade slammor omfattar, men är inte begränsade till, längkedjiga alkoholer, blandningar av alkoholer och petroleum- lösningsmedel med hög kokpunkt och ketoner.

En polymer av en liknande typ som den stabiliserande delen hos dispergeringsmedlet kan också tillsáttas. Eftersom löslig- heten för denna lösliga polymer ändras med temperaturen pà ett liknande sätt, ökar tillsatsen av polymer hällfastheten hos den formade grönkroppen.

De(t) keramiska pulvret/pulvren, dispergeringsmedlet och lösningsmedlet kan kombineras pä varje lämpligt sätt. I en fö- redragen utföringsform bereds slamman genom att lösa upp dis- pergeringsmedlet i lösningsmedlet och sedan tillsätta de(t) ke- ramiska pulvret eller pulvren till lösningen. Vanligen är mäng- den dispergeringsmedel som används i blandningen 1-20 %, trádesvis 2-10 volyms-%, och mängden av det keramiska pulvret 30-65 %, företrädesvis högre än 50 volyms-%. Den resulterande slamman hälls eller pressas sedan in i en form av önskat ut- seende i flytande tillstànd, skapa en fast gel. före- temperaturen ändras sedan för att Temperaturen hälls en tid vid gelningstempe- raturen för att läta spänningarna relaxera. Den formade grön- kroppen tas sedan ur formen och överförs till en torkkammare, t.ex. en frystork, där gelningstemperaturen kan bibehällas och gastrycket kontrolleras för att avlägsna det organiska lösning- smedlet. Efter nämnda torkning upphettas grönkroppen ytterli- gare làngsamt, företrädesvis till en temperatur >500°C, under en tid tillräcklig för att väsentligen avlägsna nämnda orga- niska dispergeringsmedel, sintras därefter till en tät produkt och slipas om nödvändigt lätt eller efterbehandlas pä nägot an- nat sätt.

Uppfinningen kan tillämpas pä tillverkningen av alla slags keramiska kroppar företrädesvis frän pulverblandningar innehal- lande keramiska oxider, karbider, nitrider, borider eller 10 U 20 25 30 35 504 067 blandningar därav eventuellt med bindemetall. Den keramiska pulverblandningen innehäller helst aluminiumoxid, zirkonium- oxid, kiselkarbid, kiselnitrid eller Sialon. Uppfinningen är särskilt lämplig för tillverkning av keramiska kompositer för- stärkta med whiskers och/eller platelets. I detta fall är den keramiska pulverblandningen företrädesvis baserad pä aluminium- oxid, zirkoniumoxid eller kiselnitrid och whiskers- och/eller de skivformade enkristallerna omfattar företrädesvis kiselkar- bid eller karbider, borider och/eller nitrider av titan, tan- tal, hafnium och/eller niob. Den keramiska pulverblandningen innehåller ocksä när nödvändigt sintringshjälpmedel, korntill- växthämmare etc.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till fram- ställningen av keramiska kroppar. Det är emellertid uppenbart att metoden enligt uppfinningen kan tillämpas allmänt inom pul- vermetallurgin för tillverkning av kroppar av härdmetall, ti- tanbaserade karbonitridlegeringar, sinterjärn etc. I händelse av pulver med hög densitet säsom wolframkarbid i konventionell härdmetall mäste försiktighet iakttas för att undvika segrege- ring genom sedimentering.

En koncentrerad slamma bereddes genom att blanda 22 volyms- delar aluminiumoxid AKP-30 (Sumitomo Chemicals Co., Japan), 3 volymsdelar Hypermer KD-3 (ett dispergeringsmedelsvarumärke med en stabiliserande del av polyester typ levererad av ICI Inc.) och 15 volymsdelar pentanol som lösningsmedel. Slamman blanda- des omsorgsfullt och behandlades slutligen med ett ultraljud- horn. Slamman omfattade omkring 55 volyms-% fasta ämnen och kunde hällas i en form. Temperaturen sänktes till -20°C i 60 minuter. Den gelade grönkroppen värmebehandlades vid SSOOC för avlägsnande av det organiska dispergeringsmedlet. Den värmebe- handlade kroppen sintrades vid l600°C i luft till full täthet.

Exempel 2 En koncentrerad slamma bereddes genom att blanda 13 volyms- delar aluminiumoxid, 5 volymsdelar kiselkarbidwhiskers, 2 vo- lymsdelar dispergeringsmedel Hypermer KD-3 och 20 volymsdelar W Ü 20 25 30 35 504 067 pentanol som lösningsmedel. Slamman blandades omsorgsfullt och behandlades slutligen med ett ultraljudhorn. Slamman omfattade omkring 45 volyms-% fasta ämnen och överfördes till en form och kyldes till -20°C i 60 minuter och den erhällna grönkroppen av- lägsnades och torkades som beskrivits i Exempel 1. Den torkade kroppen behandlades i en kombinerad avdrivnings- och försin- tringscykel i en grafitugn. Den slutliga temperaturen var 1300°C och ugnsatmosfären var väte. Den försintrade kroppen doppades med en sugkopp i en BN-slamma och sedan i en mullit- slamma enligt svenska patentansökan 9004134-4. Doppningen ut- fördes pä sä sätt att den första halvan av kroppen doppades i BN-slamman, varefter skiktet tilläts torka och sedan doppades den andra halvan. Kroppen som nu var omgiven av ett täckande BN-skikt och ovanpá detta ett täckande mullitskikt, placerades i en glaspulverbädd och efter det sintrades genom isostatisk pressning vid hög temperatur. Före den isostatiska pressningen smältes glaset för att isolera kroppen fràn övertrycket i ugnen. Sintringen genomfördes vid 1550°C och 160 MPa.

Eš§mQ§l_l En koncentrerad slamma bereddes genom att blanda 18 volyms- delar kiselnitrid (SN E-10, UBE, Japan) innehållande 6 vikts-% yttriumoxid och 2 vikts% aluminiumoxid, 2 volymsandelar av dis- pergeringsmedlet Hypermer KD-3 och 20 volymsdelar pentanol.

Slamman blandades och behandlades med ett ultraljudhorn. man omfattade omkring 45 volyms-% fasta ämnen.

Slam- Vid omkring 30°C var slamman flytande och kunde hällas i en form. Temperaturen sänktes till -20°C i 60 minuter och den erhällna grönkroppen avlägsnades, torkades och vàrmebehandlades som i Exempel 1. Den värmebehandlade kroppen sintrades till full täthet vid 1850°C i kváveatmosfár.

Ez§mn§l_A Exempel 1 upprepades. Efter avlägsnande frän formen över- fördes den gelade grönkroppen till en bägare och temperaturen ökades till 30°C. Som ett resultat omvandlades grönkroppen till en flytande suspension som kunde formas pä nytt.

Claims (8)

W U 20 25 30 35 504 067 Klä!

1. En metod att tillverka en sintrad kropp k ä n n e t e c k n a d av stegen a) skapande av en slamma omfattande en pulverblandning, ett dispergeringsmedel som ger sterisk stabilisering för nämnda pulver och ett organiskt lösningsmedel med en eventuell till- sats av en eller flera lösliga polymerer b) överföring av sagda slamma till en form c) ändring av temperaturen hos sagda form innehållande sagda slamma till en temperatur tillräcklig att förorsaka gel- ning hos den steriskt stabiliserade suspensionen för att forma en grönkropp d) avlägsnande av sagda kropp från sagda form e) överföring av sagda kropp till en kammare där gel- ningstemperaturen kan bibehällas och trycket minskas för att underlätta avlägsnande av lösningsmedlet för att bilda en tor- kad kropp g) sintring av sagda kropp.

2. En metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att sagda dispergeringsmedel väljs från gruppen bestående av poly- meriskt dispergeringsmedel med stabiliserande del av polyester typ med sur och/eller basisk ankargrupp.

3. En metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att sagda polymer är av samma slag som den stabiliserande delen hos dispergeringsmedlet.

4. En metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att sagda organiska lösningsmedel väljs från en grupp bestående av långkedjiga alkoholer och hög- kokande petroleumlösningsmedel och olika ketoner.

5. En metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att sagda pulverblandning omfattar karbider, nitrider, keramiska oxider, borider eller blandningar därav eventuellt med en bindemetall och, om nödvändigt, konven- tionella sintringshjälpnedel och/eller korntillväxthämmare.

6. En metod enligt föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att sagda keramiska pulverblandning omfattar aluminiumoxid, zirkoniumoxid, kiselkarbid, kiselnitrid eller Sialon. 504 067

7. En metod enligt krav 5 eller 6, k á n n e t e c k n a d av att sagda keramiska pulverblandning dessutøm innehåller whiskers- och/eller skivformade enkristaller företrädesvis av kiselkarbid och/eller karbider, nitrider och/eller borider av titan, tantal, hafnium och/eller niob.

8. En metod enligt nàgot av fóregàende krav, k á n n e t e c k n a d av att sagda sinterkropp är ett skär för skärande bearbetning av metall.