DE102011080514A1 - Producing dimensionally accurate sintered bodies made of base material, comprises mixing first particle and process agent with curable liquid binding material, forming green body from mixture, curing, and sintering to produce brown body - Google Patents

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Abstract

Producing dimensionally accurate sintered bodies made of at least one base material, comprises (a) mixing at least a first particle (2) comprising base material and a process agent (6) comprising a material other than the base material, with a curable, liquid binding material (8), (b) forming a green body (10) from the mixture such that the process agent is present in the spaces between the particles of the base material, (c) partially curing the binding material, and (d) sintering the green body to produce a brown body (12). An independent claim is also included for a product produced by the above method.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern mittels eines Sinterprozesses, dergestalt, dass der Sinterkörper nach dem Sintervorgang gegenüber dem Sinterausgangskörper vor dem Sintervorgang keine oder fast keine Massveränderungen erfährt.The present invention relates to a method for producing sintered bodies by means of a sintering process, such that the sintered body undergoes no or almost no mass changes after the sintering process with respect to the sintered starting body before the sintering process.

Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, Materialien, die mit herkömmlichen Sinterverfahren deutlichen Schwund und Verzug aufweisen, verzugsfrei und schwundfrei zu sintern.With the new process it is possible to sinter materials without distortion and shrinkage-free with conventional sintering processes.

Technisches GebietTechnical area

Allgemein versteht man unter Sinterverfahren solche Verfahren, bei denen ein Grundmaterial in einem Temperaturgang auf eine Temperatur gebracht wird, bei der es zu Teilverschmelzungen der einzelnen Grundmaterialpartikel kommt, ohne dass diese vollständig in eine Schmelze übergehen. Diese Temperatur, die meist deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des Grundmaterials liegt, wird Sintertemperatur genannt.In general, sintering processes are understood to be those processes in which a base material is brought to a temperature in a temperature range at which partial fusion of the individual base material particles occurs without these completely being converted into a melt. This temperature, which is usually well below the melting temperature of the base material is called sintering temperature.

Man kann Sinterverfahren in zwei Haupttypen unterteilen: Beim Typ1 wird ein Grundmaterial etwa mittels eines Pressvorgangs verdichtet und dann auf Sintertemperatur erhitzt. Dadurch entsteht ein fester Sinterkörper, ein sogenannter Bräunling, der in der Regel deutlich kleiner als der gepresste Körper, der sogenannte Grünling, ist. Beim Typ2 wird das Grundmaterial mittels eines Kindermaterials zu einem festen Grünling gebunden. Diese Kindermatrix hält den Sinterkörper während des Sintervorgangs in Form, sodass auch hier nach dem Erreichen der Sintertemperatur ein fester Bräunling entsteht.One can subdivide sintering process into two main types: In type 1, a base material is compressed by about a pressing operation and then heated to sintering temperature. This results in a solid sintered body, a so-called browning, which is usually much smaller than the pressed body, the so-called green body. In type 2, the base material is bound to a solid green compact by means of a child material. This child matrix keeps the sintered body in shape during the sintering process, so that a solid browning occurs after reaching the sintering temperature.

Es sind Sinterverfahren bekannt, bei denen das Bindematerial während des Sinterprozesses vollständig reduziert wird oder auch nachträglich in einem weiteren Prozessschritt etwa chemisch entfernt wird.Sintering methods are known in which the binding material is completely reduced during the sintering process or is subsequently removed, for example, chemically in a further process step.

Die richtungsabhängige Verkleinerung vom Grünling zum Bräunling nennt man Schwund, die räumliche Ablenkung einer Achse zwischen Grünlingsgeometrie und Bräunlingsgeometrie nennt man Verzug. In der Praxis bedingt ein großer Schwund (10%–30% und mehr) immer auch einen deutlichen, meist nicht kalkulierbaren, Verzug.The direction-dependent reduction from Grünling to Bräunling is called shrinkage, the spatial deflection of an axis between Grünlingsgeometrie and Bräunlingsgeometrie called delay. In practice, a large loss (10% -30% and more) always causes a significant, usually incalculable, default.

Die tatsächlichen Werte für den Schwund sind vom Grundmaterial abhängig. So gibt es wenige Materialien wie etwa SiC, die, je nach angewendeten Verfahren, sehr geringe Schwünde aufweisen, etwa im Bereich (0%–5%). Die meisten gebräuchlichen. Grundmaterialien wie etwa Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, Silizium, Kohlenstoff und deren Verbindungen und weitere Materialien weisen aber je nach angewendetem Verfahren deutliche Schwünde auf (3%–40%).The actual values for the shrinkage depend on the basic material. So there are few materials such as SiC, which, depending on the method used, have very low swells, for example in the range (0% -5%). Most common. However, base materials such as metals, metal alloys, metal oxides, silicon, carbon and their compounds and other materials have significant swells depending on the method used (3% -40%).

Stand der TechnikState of the art

Sinterverfahren vom Typ1 werden schon sehr lange verwendet, etwa bei der Herstellung von Porzellangeschirr. Da hier die Maßgenauigkeit keine besonders große Rolle spielt wird der zu erwartende Schrumpf bei der Herstellung der Pressgrünlinge einfach aufgerechnet.Type 1 sintering processes have been used for a very long time, for example in the manufacture of porcelain dishes. Since the dimensional accuracy does not play a particularly important role here, the expected shrinkage in the production of the green compacts is simply offset.

Spielt die Maßgenauigkeit des Sinterkörpers dagegen eine wichtige Rolle, kann man nach Stand der Technik für Grundmaterialien mit hohem Schwundverhalten durch Variation der Prozessparameter von bekannten Sinterverfahren (weder vom Typ1 noch vom Typ2) nicht in den Bereich des schwundfreien Sinterns vordringen.On the other hand, if the dimensional accuracy of the sintered body plays an important role, it is not possible to advance into the area of shrinkage-free sintering by varying the process parameters of known sintering processes (neither Type 1 nor Type 2) according to the prior art for high shrinkage materials.

Es sind zwar Verfahren bekannt, welche das Schwundverhalten einiger Grundmaterialien beeinflussen können. Wie etwa in der DE 10 2008 013471 offengelegt, kann das Schwundverhalten durch die Wahl der Korngrössenverteilung beeinflusst und somit auch minimiert, jedoch in der Regal nicht auf Null minimiert werden. Stand der Technik in diesem Fall ist es, die Bräunlinge mit Aufmaß zu produzieren und anschließend nachzubearbeiten, um die gewünschte Geometrie zu erreichen.Although methods are known which can influence the shrinkage behavior of some base materials. Like in the DE 10 2008 013471 disclosed, the shrinkage behavior can be influenced by the choice of grain size distribution and thus minimized, but not minimized in the shelf to zero. The state of the art in this case is to produce the brown briquettes with oversize and then rework to achieve the desired geometry.

In der DE 4324438 wird ein spezielles Verfahren beschrieben, welches den Schwund von oxidkeramischen Zahnersatzstücken durch Verwendung von leicht oxidierbaren Materialien minimieren kann. Dieses rein chemische dem Sinterschrumpf entgegenwirkende Wachstum durch Oxidation ist aber nur in den seltensten, sehr speziellen Fällen einsetzbar.In the DE 4324438 A special method is described which can minimize the fading of oxide ceramic dentures by the use of easily oxidizable materials. However, this purely chemical growth, which counteracts sintering shrinkage by oxidation, can only be used in the rarest, very special cases.

Die Nachbearbeitung von gesinterten Materialien etwa durch spanabhebende Methoden oder Schleifen ist ein zusätzlicher Prozessschritt, der oft unverhältnismäßig aufwendig und manchmal gar nicht machbar ist (etwa bei vorgegebener Oberflächenrauhigkeit), womit die Wirtschaftlichkeit eines Sinterverfahrens nicht mehr gegeben ist.The reworking of sintered materials, for example by machining methods or grinding, is an additional process step, which is often disproportionately expensive and sometimes not feasible at all (for example with a given surface roughness), whereby the cost-effectiveness of a sintering process is no longer met.

Verfahren mit rein chemischen dem Sinterschrumpf entgegenwirkenden Wachstum sind extrem abhängig von den chemischen Eigenschaften des Grundmaterials und nur in Ausnahmefällen realisierbar. Oft erzeugt ein derartiges Verfahren zu spröde Sinterkörper mit starker Rissbildung. Dieser Verfahrenstyp ist, wenn überhaupt, dann nur für sehr kleine Geometrien (wenige ccm) realisierbar.Processes with purely chemical growth which counteracts sintering shrinkage are extremely dependent on the chemical properties of the base material and can only be realized in exceptional cases. Often, such a process produces brittle sintered bodies with severe cracking. This type of process can only be realized, if at all, for very small geometries (a few ccm).

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, für Grundmaterialien mit hohem Schwundverhalten wie etwa Stahl, andere Metalle oder Nichtmetalle, deren Oxide und anderen Verbindungen ein neues Verfahren bereitzustellen, das geeignet ist, das Schwundverhalten dieser großen Palette von Grundmaterialien durch geeignete erfinderische Massnahmen so zu beeinflussen, dass diese Materialien möglichst schwundarm gesintert werden können.It is an object of the invention to provide a new process for base materials with high shrinkage behavior such as steel, other metals or non-metals, their oxides and other compounds, which is capable of influencing the shrinkage behavior of this large range of base materials by suitable inventive measures These materials can be sintered as low as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von maßgenauen Sinterkörpern nach Anspruch 1 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for producing dimensionally accurate sintered bodies according to claim 1. Particularly preferred developments of the invention are specified in the dependent claims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, gezielt auf die geometrischen Abläufe während des eigentlichen Sintervorgangs einzuwirken. Zu diesem Zweck kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Prozessmittel zum Einsatz, das aus einem anderen Material besteht als das mindestens eine Grundmaterial. Das Prozessmittel dient der Steuerung des geometrischen Ablaufs des eigentlichen Sintervorgangs.The invention is based on the idea to act specifically on the geometric processes during the actual sintering process. For this purpose, in the method according to the invention a process agent is used which consists of a different material than the at least one base material. The process means is used to control the geometric sequence of the actual sintering process.

Genauer gesagt hat das Prozessmittel folgende Aufgabe: Beim herkömmlichen Sintern Typ1 bzw. Typ2 bilden sich während des Sinterns sogenannte Sinterhälse zwischen den einzelnen Grundmaterialpartikeln aus. Das Material, aus dem die Sinterhälse letztendlich bestehen, kommt aus den Grundmaterialpartikeln, und führt im Falle der Grundmaterialien mit hohem Schwundverhalten zu einer Materialverringerung dieser Partikel und damit zu einem geometrischen Zusammenrücken der Grundmaterialpartikel (Schwund).More precisely, the process agent has the following task: During sintering, type 1 or type 2, so-called sintering necks are formed between the individual base material particles during sintering. The material from which the sintering necks ultimately exist comes from the base material particles, and leads in the case of the base materials with high shrinkage behavior to a reduction in material of these particles and thus to a geometric collapse of the base material particles (shrinkage).

Das neuartige Prozessmittel hat nun die Funktion, diesem geometrischen Zusammenrücken aufgrund des Materialabgangs der Grundmaterialpartikel entgegenzuwirken, indem es den Materialverlust des einzelnen Partikels volumenmässig ausgleicht.The novel process agent now has the function of counteracting this geometric contraction due to the material outlet of the base material particles by compensating for the volume loss of the individual particle in terms of volume.

Um diese Funktion erfüllen zu können, wirkt das neuartige Prozessmittel wie folgt: Im Grünling befindet sich des neuartige Prozessmittel in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Grundmaterialpartikeln. Während des Sintertemperaturganges verteilt sich des neuartige Prozessmittel gleichmäßig auf der Oberfläche der Grundmaterialpartikel und/oder dringt in das Grundmaterial ein. Die Menge des Prozessmittels ist dabei vorzugsweise so zu wählen, dass das so erzielte Wachstum der Grundpartikel dem negativen Schwundverhalten des Grundmaterials im wesentlichen entspricht.To be able to fulfill this function, the novel process agent acts as follows: In the green body, the novel process agent is located in the spaces between the individual base material particles. During the sintering temperature cycle, the novel process agent distributes uniformly on the surface of the base material particles and / or penetrates into the base material. The amount of the process agent is preferably to be chosen so that the growth of the base particles thus achieved essentially corresponds to the negative shrinkage behavior of the base material.

Ferner sollte das Prozessmittel im Temperaturbereich unterhalb der Sintertemperatur des Grundmaterials vorzugsweise eine anziehende Kraft Richtung Grundmaterial erfahren und zumindest in der Nähe des Grundmaterials eine abstoßende Kraft zwischen den einzelnen Prozessmittelpartikeln vorherrschen, welche zu einer aktiven Gleichverteilung der Prozessmittelpartikel auf der Oberfläche bzw. nahe der Oberfläche der Grundmaterialpartikel führt. Diese Kräfte können physikalische und oder chemische Ursachen haben. Mit der Entwicklung feinster Stäube im Mikron- und Submikronbereich (10 nm – 2 μm), die in den letzten Jahren stark zunimmt, erweitert sich die Palette der möglichen geeigneten Prozessmittel stetig, da gerade Stäube mit Partikelgrößen im Submikronbereich aufgrund Ihrer großen Oberfläche im Bezug auf ihre dazu sehr kleine Partikelmasse in verschiedensten Medien derartige Eigenschaften besitzen.Furthermore, in the temperature range below the sintering temperature of the base material, the process agent should preferably experience an attractive force towards the base material and a repulsive force prevailing between the individual process agent particles at least in the vicinity of the base material, which leads to an active uniform distribution of the process agent particles on the surface or near the surface of the Base material particles leads. These forces can be physical and / or chemical causes. With the development of very fine dusts in the micron and submicron range (10 nm - 2 μm), which has been increasing rapidly in recent years, the range of possible suitable process agents is constantly expanding, especially as dusts with particle sizes in the submicron range due to their large surface area Their very small particle mass in various media possess such properties.

Obgleich bei der erfindungsgemäßen Verfahren ein einzelnes Grundmaterial zum Einsatz kommen kann, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Mischung für den Grünling mindestens ein zweites, Partikel aufweisendes Grundmaterial enthält, des aus einem anderen Material besteht als das erste Grundmaterial und/oder eine andere Körnung aufweist als das erste Grundmaterial. Hierdurch lässt sich das Schrumpfverhalten des herzustellenden Bräunlings weiter optimieren und insgesamt auch die Gefügestruktur verbessern, ohne dass das Verfahren aufwändiger oder komplizierter wird.Although a single base material can be used in the method according to the invention, according to a development of the invention, the mixture for the green body contains at least one second base material comprising particles, which consists of a different material than the first base material and / or one has different grain than the first base material. In this way, the shrinkage behavior of the brown compact to be produced can be further optimized and, overall, the microstructure can also be improved without the process becoming more complicated or complicated.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die mittlere Partikelgröße des ersten Grundmaterials mindestens das Fünffache, bevorzugt mindestens das Achtfache der mittleren Partikelgröße des zweiten Grundmaterials ist. Hierdurch lässt sich auf geometrische Weise des Schrumpfverhalten verbessern. Darüber hinaus wird die Ausbildung und Entwicklung der Sinterhälse vorteilhaft beeinflusst.It is particularly preferred that the average particle size of the first base material is at least five times, preferably at least eight times the average particle size of the second base material. This can be improved in a geometric manner of the shrinkage behavior. In addition, the design and development of sintered necks is favorably influenced.

Die Materialien des ersten und des zweiten Grundmaterials können im Rahmen der Verbindung vielfältig ausgewählt werden, wobei sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Metall, Halbmetall und/oder Legierungen und/oder Oxide hiervon besonders bewährt haben.The materials of the first and of the second base material can be varied selected within the context of the connection, wherein, according to a development of the invention, metal, semimetal and / or alloys and / or oxides thereof have proven particularly suitable.

Als Prozessmittel für Metalle und Metalllegierungen kommen unter anderem zum Beispiel Metalle, die einen höheren Sinterpunkt als das Grundmaterial haben, in Frage. Aber auch Glasstäube, Korundstäube und viele weitere Stäube im Submikronbereich kommen, natürlich immer abhängig vom Grundmaterial, als Prozessmittel in Frage.As a process agent for metals and metal alloys are, inter alia, for example metals that have a higher sintering point than the base material in question. But glass dust, corundum dusts and many other dusts in the submicron range, of course, always depending on the base material, as a process in question.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Sinterpunkt des erfindungsgemäßen Prozessmittels höher ist als der des verwendeten Grundmaterials. Hierdurch kann das Prozessmittel seine Funktion entlang des gesamten Verfahrens füllen und somit besonders wirksam des Schrumpfverhalten beeinflussen.According to one embodiment of the invention is further provided that the sintering point of inventive process agent is higher than that of the base material used. As a result, the process agent can fill its function along the entire process and thus influence the shrinkage behavior particularly effectively.

Um darüber hinaus eine besonders gleichmäßige Verteilung des erfindungsgemäßen Prozessmittels zu erzielen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Materialmischung vor dem Formen des Grünlings gerührt und/oder gerüttelt wird. Alternativ oder zusätzlich ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Materialmischung vor dem Formen des Grünlings und/oder während des Formens des Grünlings mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Hierdurch wird ebenfalls zu einer gleichmäßigen Verteilung des Prozessmittels beigetragen, aber auch ein wesentlicher Beitrag zu einer für das schonfreie Sintern vorteilhaften Gefügestruktur des Grünlings geleistet.Moreover, in order to achieve a particularly uniform distribution of the process agent according to the invention, it is provided according to a development of the invention that the material mixture is stirred and / or shaken before the greenware is molded. Alternatively or additionally, according to a development of the invention, it is provided that the material mixture is subjected to a negative pressure before the greenware is molded and / or during the molding of the green compact. This also contributes to a uniform distribution of the process agent, but also makes a significant contribution to an advantageous for the smooth sintering microstructure of the green body.

Des Bindermaterial kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus vielfältigen Materialien ausgewählt werden, wobei sich für des erfindungsgemäße Verfahren von allem Bindermaterialien bewährt haben, die sich beim Sintern zumindest teilweise verflüchtigen, da sich hieraus ein vorteilhaftes Schwundverhalten ergibt. Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz von Epoxidharz.The binder material can be selected in the context of the present invention from a variety of materials, which have proven to be for the inventive method of all binder materials, which at least partially volatilize during sintering, as this results in an advantageous shrinkage behavior. Particularly preferred is the use of epoxy resin.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund des hervorragenden Schonverhaltens und der erzielbaren Gefügestrukturen für eine Vielzahl von Produkten mit hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit, ohne dass eine Nachbearbeitung erforderlich ist. Zu nennen sind hier insbesondere Formwerkzeuge und Werkzeugeinsätze für das Formen von Kunststoffen, das Transportieren und Formen von Glas, oder poröse Heizplatten für das flächig-homogene Aufheizen von Kunststoffen, poröse Funktionskörper, wie beispielsweise Katalysatoren und Elektroden, Formkörper mit bevorzugt exakt abgebildeten Mikro-Naturoberflächen, Funktionskörper mit beispielsweise arteriellen Innenraumstrukturen, und viele andere mehr.The inventive method is due to the excellent behavior and the achievable microstructures for a variety of products with high demands on the dimensional accuracy, without reworking is required. Mentioned here are in particular molds and tool inserts for molding plastics, the transporting and shaping of glass, or porous heating plates for the surface-homogeneous heating of plastics, porous functional body, such as catalysts and electrodes, moldings with preferably exactly mapped micro-natural surfaces Functional body with, for example, arterial interior structures, and many others.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 shows schematically the basic sequence of the method according to the invention;

2 zeigt schematisch eine Gefügestruktur eines im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeiteten Grünlings; 2 schematically shows a microstructure of a processed in the context of the method according to the invention green compact;

Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

Grundbeispiel:Basic example:

Der prinzipielle Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1 schematisch dargestellt. Zunächst wird ein sogenannter Grünling hergestellt, in dem in der vorliegenden Ausführungsform ein erstes, Partikel 2 aufweisendes Grundmaterial mit einem Prozessmittel 6 und einem flüssigen Bindermaterial 8 gemischt wird. Für die Partikel 2 des Grundmaterials, das Prozessmittel 6 und das Bindermaterial 8 können Materialien zum Einsatz kommen, die unten stehend noch beispielhaft erläutert werden.The basic sequence of the method according to the invention is in 1 shown schematically. First, a so-called green compact is produced in which, in the present embodiment, a first particle 2 containing base material with a process agent 6 and a liquid binder material 8th is mixed. For the particles 2 of the basic material, the process agent 6 and the binder material 8th Materials may be used, which are explained below by way of example.

Aus den gemischten Materialien wird ein Grünling 10 derart geformt, dass sich das Prozessmittel 6 in den Zwischenräumen zwischen den Partikeln 2 des Grundmaterials befindet, wobei das Bindermaterial 8 für einen Verbund der Mischung sorgt. Anschließend wird das Bindermaterial 8 zumindest teilweise ausgehärtet, um schließlich den Grünling 10 zu einem Bräunling 12 zu sintern. DA der Vorgang des Sinterns dem Fachmann bekannt ist, wird hierauf nicht näher eingegangen, 1 zeigt jedoch, wie sich im Zuge der Temperaturrampe des Sinterns das Bindermaterial zuminderst teilweise verflüchtigt und die mit 2'' gekennzeichneten. Randbereiche der Partikel in Anwesenheit des Prozessmittels 6 miteinander verschmelzen. Hieraus ergibt sich die in 1 ganz unten schematisch dargestellte Struktur eines Bräunlings, bei welchem die Partikel 2 über Sinterhälse 2' unter Anwesenheit des Prozessmittels 6 miteinander verbunden sind.The mixed materials become a green 10 shaped so that the process agent 6 in the spaces between the particles 2 of the base material, wherein the binder material 8th ensures a composite of the mixture. Subsequently, the binder material 8th at least partially cured to finally the green body 10 to a brownie 12 to sinter. Since the process of sintering is known to those skilled in the art, this will not be discussed in detail, 1 shows, however, how in the course of the temperature ramp of sintering, the binder material at least partially volatilized and with 2 '' marked. Edge regions of the particles in the presence of the process agent 6 merge together. This results in the in 1 at the bottom schematically illustrated structure of a Bräunlings in which the particles 2 over sinter necks 2 ' in the presence of the process agent 6 connected to each other.

Beispiel 1:Example 1:

Aus einem bestehenden Aluminium-Werkzeugeinsatz soll ein geometrisch identischer Werkzeugeinsatz aus porösem Edelstahl mit 20–30 Vol% Porosität und einer Oberflächenrauhigkeit von maximal rz5 hergestellt werden.From an existing aluminum tool insert, a geometrically identical tool insert made of porous stainless steel with 20-30% by volume porosity and a surface roughness of maximum rz5 is to be produced.

Die Vorgabe der maximalen Rauhigkeit bestimmt die Wahl der Größen der zu verwendenden Edelstahlpartikel, die Vorgabe der Porosität die zu wählende Partikelgrößenverteilung. Im gegebenen Fall muss wegen der Vorgabe der Porosität mit zwei verschiedenen Partikelgrößen gearbeitet werden. Eine derartige Struktur ist in 2 schematisch dargestellt.The specification of the maximum roughness determines the choice of the sizes of the stainless steel particles to be used, the specification of the porosity the particle size distribution to be selected. In this case, because of the specification of the porosity, two different particle sizes must be used. Such a structure is in 2 shown schematically.

Die kleinen Partikel sollten hierbei wegen der Rauhigkeitsvorgabe nicht größer als 10 μm (besser kleiner 5 μm) sein. Um später die Wirksamkeit des Prozessmittels zu gewährleisten, sollten die kleinen Partikel allerdings nicht größer als 2 μm sein.Due to the roughness specification, the small particles should not be larger than 10 μm (better smaller than 5 μm). However, in order to guarantee the effectiveness of the process agent later, the small particles should not be larger than 2 μm.

Es wird etwa eine Grundmaterialmischung aus Edelstahlkugeln mit folgender Größenverteilung gewählt: 72 Vol% Partikel der Größe 20 μm und 28 Vol% Partikel der Größe 1–2 μm. Bei dieser Verteilung ist von einem natürlichen Schrumpfverhalten von 3–4% auszugehen. For example, a base material mixture of stainless steel balls with the following size distribution is selected: 72% by volume of particles of size 20 μm and 28% by volume of particles of size 1-2 μm. In this distribution, a natural shrinkage behavior of 3-4% is assumed.

Als Prozessmittel wird nun Wolfram mit einer Partikelgröße von < 200 nm gewählt und im Verhältnis 17–23 Gew% zu 83–77 Gew% Edelstahl bereitgestellt. Bei optimaler Prozessführung ist nun von einem Schwund –0,10 bis 0,3% auszugehen, der über einen Justierungsschritt im Mischungsverhältnis auf 0,0% eingestellt werden kann.Tungsten with a particle size of <200 nm is now selected as the process agent and provided in a ratio of 17-23% by weight to 83-77% by weight of stainless steel. With optimum process control, a shrinkage of -0.10 to 0.3% can now be assumed, which can be set to 0.0% in the mixing ratio via an adjustment step.

Als Prozess wird etwa ein Binderharzprozess durchgeführt. Der Aluminiumwerkzeugeinsatz wird zunächst in Silikon abgeformt. Das Edelstahlpulver, ein 2 Komponenten Epoxidharz, und das Wolfram-Prozessmittel werden unter Vakuum angemischt und in die Silikonform verbracht und in einem weiteren Schritt unter Vakuum mechanisch verdichtet, z. B. geschüttelt oder gerührt.As a process, a binder resin process is performed, for example. The aluminum tool insert is first molded in silicone. The stainless steel powder, a 2-component epoxy resin, and the tungsten process agent are mixed under vacuum and placed in the silicone mold and mechanically compacted in a further step under vacuum, for. B. shaken or stirred.

Nach dem Aushärten des Grünlings wird dieser aus der Silikonform entformt und in einem Wasserstoffreduktionsofen in mehreren Temperaturrampen bis 940°C versintert. Die Wolframpartikel wandern nun während der einzelnen Temperaturrampen durch den sich umsetzenden Binder und Verteilen sich gleichmässig an der Oberfläche der Edelstahlpartikel und verhindern somit das sich räumliche Annähern der Edelstahlpartikel. Der so entstehende Bräunling erfüllt die Vorgaben, ohne dass eine Nachbearbeitung notwendig ist.After curing of the green compact, it is removed from the silicone mold and sintered in a hydrogen reduction furnace in several temperature ramps up to 940 ° C. The tungsten particles now move through the reacting binder during the individual temperature ramps and distribute themselves uniformly on the surface of the stainless steel particles and thus prevent the spatial proximity of the stainless steel particles. The resulting browning fulfills the specifications without the need for post-processing.

Beispiel 2:Example 2:

Es soll ein elektrisch leitender, permanent magnetischer und poröser Glasformkörper hergestellt werden. Als Grundmaterial werden Glaskugeln einer konstanten Größe, etwa 10 μm, verwendet und als Prozessmittel eine Mischung aus Wolfram und Kohlenstoffpartikeln im Submikronbereich im Verhältnis etwa 5 zu 23. Als Prozess wird der gleiche Prozess wie in Beispiel 1 gewählt, allerdings nur bis zu einer maximalen Temperatur von 850°C. Der Prozess wird hier außerdem in einem starken elektrischen Feld durchgeführt.It is an electrically conductive, permanent magnetic and porous glass moldings are made. The base material used is a glass bead of a constant size, about 10 μm, and a mixture of tungsten and submicron carbon particles in the ratio of about 5 to 23 as the process agent. The process is the same as in example 1, but only up to a maximum temperature of 850 ° C. The process is also performed here in a strong electric field.

Beispiel 3:Example 3:

Es soll ein extrem leichter, elastischer, aber fester Kunststoffformkörper mit einer sehr glatten Oberfläche hergestellt werden. Als Grundmaterial werden Kunststoffkugeln etwa der Größen 45 μm und 4 μm im Verhältnis 53% zu 37% gemischt. Als Prozessmittel werden elektrostatisch geladene Glasstäube mit Durchmessern im Submikronbereich verwendet und in einer Trägerflüssigkeit gelöst. Das Grundmaterial wird nun in der Form verdichtet und anschließend mit dem gelösten Prozessmittel getränkt. Der Temperprozess findet nun in der Form statt. Nach dem Temperprozess wird der fertige Formkörper entformt.It is an extremely lightweight, elastic, but solid plastic moldings are made with a very smooth surface. As base material plastic balls are mixed about the sizes 45 microns and 4 microns in a ratio of 53% to 37%. As a process agent electrostatically charged glass dust with diameters in the submicron range are used and dissolved in a carrier liquid. The base material is then compacted in the mold and then soaked with the dissolved process agent. The annealing process now takes place in the form. After the annealing process, the finished shaped body is removed from the mold.

Beispiel 4:Example 4:

Es soll ein leichter Werkzeugeinsatz zur Formgebung für den Folientiefzug in einer Form-, Füll- und Schließlanlage gefertigt werden, der mit einem Magneten aus dem Werkzeugeinsatznest aushebbar ist. Als Grundmaterialien werden Aluminiumstäube (etwa 60% < 4 μm, 40% > 25 μm) und eisenbasierter magnetisierbarer Staub (< 10 μm) im Verhältnis (etwa 5:2) gemischt. Als Prozessmittel werden Wolfram-Alkali-Oxid-Cluster-Stäube verwendet. Als Binder wird ein speziell auf den Prozess angepasstes 2-Komponenten Harz verwendet.It is intended to produce a lightweight tool insert for shaping the film depression in a form, fill and Schließlanlage which can be lifted with a magnet from the tool insert nest. As base materials, aluminum dusts (about 60% <4 μm, 40%> 25 μm) and iron-based magnetizable dust (<10 μm) are mixed in the ratio (about 5: 2). As a process agent tungsten-alkali-oxide cluster dusts are used. As a binder, a specially adapted to the process 2-component resin is used.

In einem mehrstufigen Sinterprozess in einem Schutzgasofen entstehen dann maßgenaue Werkzeugeinsätze aus Aluminium, in denen genügend magnetisierbares Material eingeschlossen ist, um die gestellte Aufgabe zu erfüllen.In a multi-stage sintering process in a protective gas then dimensionally accurate tool inserts made of aluminum, in which sufficient magnetizable material is included to fulfill the task.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008013471 [0010] DE 102008013471 [0010]
  • DE 4324438 [0011] DE 4324438 [0011]

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung von maßgenauen Sinterkörpern aus einem oder mehreren Grundmaterialien, mit folgenden Schritten: Mischen mindestens eines ersten, Partikel (2) aufweisenden Grundmaterials und eines Prozessmittels (6), das aus einem anderen Material besteht als das mindestens eine Grundmaterial, mit einem aushärtbaren, bevorzugt flüssigen Bindermaterial (8), Formen eines Grünlings (10) aus der Mischung derart, dass sich das Prozessmittel (6) in Zwischenräumen zwischen den Partikeln (2) des Grundmaterials befindet, Zumindest teilweises Aushärten des Bindermaterials (8), und Sintern des Grünlings (10), um einen Bräunling (12) herzustellen.Process for producing dimensionally accurate sintered bodies from one or more base materials, comprising the following steps: mixing at least one first particle ( 2 ) and a process agent ( 6 ), which consists of a different material than the at least one base material, with a curable, preferably liquid binder material ( 8th ), Forms of a green body ( 10 ) from the mixture such that the process agent ( 6 ) in interstices between the particles ( 2 ) of the base material, at least partial curing of the binder material ( 8th ), and sintering the green body ( 10 ) to a brownie ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmittel (6) ein Staub mit einer Partikelgröße zwischen 5 nm und 4 μm, bevorzugt zwischen 10 nm und 2 μm, besonders bevorzugt höchstens 1 μm ist.Method according to claim 1, wherein the process means ( 6 ) is a dust having a particle size between 5 nm and 4 microns, preferably between 10 nm and 2 microns, more preferably at most 1 micron. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mischung für den Grünling (10) mindestens ein zweites, Partikel (4) aufweisendes Grundmaterial enthält, das aus einem anderen Material besteht als das erste Grundmaterial und/oder eine andere Körnung aufweist als das erste Grundmaterial.Process according to Claim 1 or 2, in which the mixture for the green product ( 10 ) at least a second, particle ( 4 ) comprising base material which is made of a different material than the first base material and / or has a different grain than the first base material. Verfahren nach Anspruch 3, bei der, die mittlere Partikelgröße (2) des ersten Grundmaterials mindestens das fünffache, bevorzugt mindestens das achtfache der mittleren Partikelgröße (4) des zweiten GrundmaterialsThe method of claim 3, wherein the average particle size ( 2 ) of the first base material at least five times, preferably at least eight times the average particle size ( 4 ) of the second base material Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die mittlere Partikelgröße (2) des ersten Grundmaterials mindestens 10 μm, bevorzugt mindestens 30 μm beträgt.Method according to one of the preceding claims, in which the mean particle size ( 2 ) of the first base material is at least 10 μm, preferably at least 30 μm. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die mittlere Partikelgröße (4) des zweiten Grundmaterials höchstens 10 μm, bevorzugt höchstens 5 μm beträgt.Method according to one of the preceding claims, in which the mean particle size ( 4 ) of the second base material is at most 10 μm, preferably at most 5 μm. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Material des ersten und/oder zweiten Grundmaterials ausgewählt ist aus einem Metall, einem Halbmetall und/oder Legierungen und/oder Oxiden dieser.Method according to one of the preceding claims, wherein the material of the first and / or second base material is selected from a metal, a semi-metal and / or alloys and / or oxides thereof. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Material des Prozessmittels (6) ausgewählt ist aus einem Metall oder einer Metalllegierung, Glasstaub, Korundstaub, oder einer anderen Metall- oder Halbmetallverbindung, Salzen und/oder Mischungen aus diesen Materialien.Method according to one of the preceding claims, in which the material of the process agent ( 6 ) is selected from a metal or a metal alloy, glass dust, corundum dust, or another metal or semimetal compound, salts and / or mixtures of these materials. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Sinterpunkt des Prozessmittels (6) höher als der des verwendeten Grundmaterials.Method according to one of the preceding claims, in which the sintering point of the process agent ( 6 ) higher than that of the base material used. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Materialmischung von dem Formen des Grünlings (10) gerührt und/oder gerüttelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the material mixture of the molding of the green body ( 10 ) is stirred and / or shaken. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Materialmischung vor dem Formen des Grünlings (10) und/oder während des Formens des Grünlings (10) mit Unterdruck beaufschlagt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the material mixture before forming the green body ( 10 ) and / or during the molding of the green body ( 10 ) is subjected to negative pressure. Verfahren nach einem der vorheriger Ansprüche, bei dem das Bindermaterial (8) sich beim Sintern zumindest teilweise verflüchtigt und bevorzugt Epoxydharz aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the binder material ( 8th ) volatilizes at least partially during sintering and preferably has epoxy resin. Produkte, die mit einem Verfahren nach einem vorherigen Ansprüchen hergestellt sind, insbesondere Formwerkzeuge und Werkzeugeinsätze für das Formen von Kunststoffen, das Transportieren und Formen von Glas, oder poröse Heizplatten für das flächig homogene Aufheizen von Kunststoffen, poröse Funktionskörper wie beispielsweise Katalysatoren und Elektroden, Formkörper mit bevorzugt exakt abgebildeten Mikro-Naturoberflächen, Funktionskörper mit beispielsweise arteriellen Innenraumstrukturen.Products produced by a method according to any preceding claim, in particular molds and tool inserts for molding plastics, transporting and shaping glass, or porous heating plates for homogeneous heating of plastics, porous functional bodies such as catalysts and electrodes, shaped bodies with preferably exactly depicted micro-natural surfaces, functional body with, for example, arterial interior structures.
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