DE2823001A1 - Verfahren zum strangpressen von feinteiligen werkstoffen - Google Patents

Verfahren zum strangpressen von feinteiligen werkstoffen

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Description

GHYER, HAGEMANN & PARTNER .ß„nft1
UpsirHK.he5Mr.iF*> 60 · I'ostfac h 400741 · 8000 Miinc heu 40 · Telefon ΟΗ9ι3Ο4Ο7Γ · Tek-x 3-216 HO h.igi- el Ir!ri;r,iinin h.iwyfMlfiil -Teit'kopioivr OB')/ «14071
Glacier GmbH - DEVA-Werke München, den
Stadtaliendorf 26> Mai 1978
u.Az.: Pat 11/52-78M Dr.H/3/da
VERFAHREN ZUM STRANGPRESSEN VON FEINTEILIGEN WERKSTOFFEN
(Zusatz zu Patent/Patentanmeldung P 27 33 009.2)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strangpressen von feinteiligen Werkstoffen, bei dem der Werkstoff kontinuierlich in ein Gesenk eingebracht, dort mittels laufender Hübe eines Stempels jeweils zu einem Preßkörper gegen einen durch einen Abschnitt des bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand kaltverdichtet, unter dem Druck des Verdichtungshubes bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt unter gleichem Radialdruck weitergeführt wird und die Preßkörper nach Durchführung durch eine Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt werden, wobei die Preßkörper nach ihrer Erzeugung unentspannt als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt werden, nach Patent/Patentanmeldung P 27 33 009.2.
Das oben beschriebene Verfahren war bisher zum Strangpressen von granulierten pulvermetallurgischen Werkstoffen vorgesehen. Mit diesen Ausgangsmaterialien ist nach diesem Verfahren ein kontinuierlicher Strang erzeugbar, der an Jeder beliebigen Stelle einen vergleichsweise hohen Raumerfüllungsgrad und gleichzeitig
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eine relative große Gleichmäßigkeit der technologischen Eigenschaften des Werkstoffs über seine ganze Länge hin aufweist. Dieses Verfahren ermöglicht somit unmittelbar vom Pulvergemisch ausgehend in einem Vorgang das Kalt- und Warmpressen des Granulates, wobei das Sintern und das Strangpressen nicht mehr als voneinander getrennte Vorgänge vorgenommen werden müssen. Der Gegendruck für die Verdichtung wird durch die gesamte Reibung innerhalb des Strangpreß- Gesamtwerkzeuges aufgebracht. Hierbei nimmt die Reibung aus der Herstellungslänge des Gesenks ebenso teil,wie die Reibung innerhalb des Sinterteils.Die entstandenen Preßlinge werden dann nacheinander in die unmittelbar angeschlossene Sinterzone eingeschoben. Dabei wird zunächst die eigentliche Verdichtung im kalten Zustand erreicht, wenn man sie sonst unter hydraulischem Pressen etwa für die Erzeugung von Preßlingen verwendet. Die Erwärmung in der Erwärmungszone kann auf vielfältige Weise erfolgen, z. B. durch eine mittelfrequente Induktion.
Der nach diesem Verfahren ausgepreßte Strang zeigt gegenüber dem mit einem herkömmlichen Heißpressverfahren erzeugten Strang verbesserte physikalische Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Dichte, Druckfestigkeit und Zugfestigkeit, wie auch in vielen Fällen in der Brinellhärte.
Neben der Verbesserung in den technologischen Eigenschaften ergibt sich aber auch bei Anwendung dieses Verfahrens eine erheblich verbesserte Wirtschaftlichkeit in der Herstellung.
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So konnte in einigen Fällen der Herstellungspreis pro kg des danach erzeugten Produktes um fast 50% gesenkt werden.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das oben beschriebene Verfahren nicht nur zum Strangpressen von granulierten pulvermetallurgischen Werkstoffen geeignet ist, sondern ganz allgemein zum Strangpressen von sinterungsfähigen nicht-metallischen Werkstoffen eingesetzt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß sinterungsfähige nicht-metallische Werkstoffe eingesetzt werden.
Die Erfindung soll demzufolge lediglich solche Ausgangswerkstoffe nicht erfassen, die rein metallisch sind. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäß zu verarbeitenden nicht-metallischen Werkstoffe sehr wohl gewisse metallische Anteile enthalten können. Dabei ist es allein wesentlich, daß zumindest ein Bestandteil dem Erfordernis der Fähigkeit zur Sinterung genügt. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Sinterung gesprochen wird, so ist das in weitestgehendem Sinne zu verstehen. So wird häufig in der Technik unter Sintern lediglich das Zusammenpacken feinkörniger Stoffe bei hohen Temperaturen verstanden, wobei das Sintergut nicht geschmolzen wird. Unter Sintern im Sinne der Erfindung soll jedoch auch ein zumindest teilweises Schmelzen des nicht-metallischen Werkstoffes oder
Glacier GmbH - DEVA Werke
p«t ιι/4β-7β» 909849/0049
eines Gemischbestandteiles verstanden werden. Im Ergebnis soll das Sintern des Ausgangswerkstoffes lediglich dazu führen, daß ein Verfahrensprodukt entsteht, das den gewünschten inneren Zusammenhang auf Grund der in der Sinterzone abgelaufenen physikalischen und chemischen Vorgänge erhält , um die oben ge nannten Vorteile des eingangs beschriebenen Verfahrens zu erzielen. So ist der Mechanismus der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ablaufenden Sintervorgänge recht vielgestaltig. Dabei handelt es sich sowohl um Schmelzvorgänge an den Oberflächen der Sinterkörper, besonders in einem heterogenen Sintergut, als auch um Diffusionsvorgänge im festen Material sowie chemische Reaktionen. Die einzustellende Sintertemperatur kann entweder durch Außenbeheizung oder durch Oxidationsvorgänge im Inneren der Werkstoffmassen innerhalb der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung erzeugt werden. Es sind jedoch auch andere Verwendungsfälle des erf indungsgemäßen Verfahrens denkbar, bei denen die Sinterung ohne Erhitzung erfolgt, d.h. es handelt sich dann um die Kaltsinterung, einen Vorgang, bei dem die Verfestigμng bei gewöhnlicher Temperatur erfolgt. Grundsätzlich gestattet also das erfindungsgemäße Verfahren in Abhängigkeit von dem jeweils gewählten bzw» den jeweils gewählten Ausgangswerkstoffen ein Strangpressen der vorgepreßten Preßlinge bei normal- oder erhöhter Temperatur. Erfolgt ein Warms trangpr es sen,- so muß- dann unter Luftabschluß erwärmt werden ,wenn eine ggf. unerwünschte Oxidation auszuschließen ist.Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Preßling mit einem dünnen Stahl-Hemd umhüllt wird.
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Das Pressen "im Hemd" ermöglicht zudem die Anwendung eines flüssigen Schmiermittels. Da beim Kaltstrangpressen ohne Hemd gearbeitet wird, entfällt die oben genannte Schmierung oder es wird mit einem trockenen Schmiermittel, z.B. Graphit oder MoS„, gearbeitet, wenn ein solches Ausgangsmaterial gewählt wird, in dessen Preßling flüssiges Schmiermittel eindringen könnte und die Verschweißung der Pulverteilchen stören würde. Die Anwendung eines trockenen Schmiermittels ist selbstverständlich auch im Falle des Warmstrangpressens möglich.
Die sinterungsfähigen nicht-metallischen Werkstoffe werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst allgemein in feinteiliger Form eingesetzt. Dabei können diese Werkstoffe in pulvriger,granulierter oder pslletisierter Form vorliegen. Welche Teilchengröße vorzugsweise gewählt wird, hängt von dem jeweils gewählten Werkstoff ab.
Erfindungsgemäß können Grob- , Fein- und Feinstpulver, auch als sedimentierte Anhäufungen in Form von Granulatkörnern oder Pellets stranggepreßt werden, wobei die optimale Teilchengröße, wie bereits erwähnt, in Abhängigkeit von dem eingesetzten Werkstoff gewählt wird.
Zu den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitbaren sinterfähigen nicht-metallischen Werkstoffe zählen sowohl anorganische als auch organische Werkstoffe.
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Die anorganischen Werkstoffe erfassen z.B. Oxide, Hydroxide, Salze, Elemente und Ausgangsmaterialien für metallkeramische Erzeugnisse.
Zu in Frage kommenden Elementen als Werkstoffe zählen beispielsweise Bor und Graphit. Die Oxide erfassen z.B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Beryliumoxid, Zirkonoxid und Thoriumoxid, die zu Sintertonerde, Sintermagnesia, Sinterberylerde, Sinterzirkonerde bzw. Sinterthorerde, d.h. oxidkeramischen Erzeugnissen, erfindungsgemäß stranggepreßt werden können. Auch lassen sich Gemische von Oxiden, z.B. aus Magnesiumoxid und Aluminiumoxid, zu Sinterspinellen verarbeiten.
Die Ausgangsstoffe für metallkeramische Erzeugnisse, d.h. Cermets, können vielfältiger Art sein. Derartige Fertigmaterialien enthalten regelmäßig einen keramischen Anteil (Carbide, Nitride, Silicide, Boride, Oxide und dgl. von Al, Cr, Mg, 3i, Ti, Zr, Mo usw.), der die große Härte, den hohen Schmelzpunkt", die bedeutende Wärmefestigkeit und Zunderbeständigkeit bewirkt. Der metallische Anteil (z.B. Cr, Co, Ni, Fe, Mo, W unc dgl.)verbessert die Temperaturwechselbeständigkeit, Zähigkeit und Schlagfestigkeit.
Zu den erfindungsgemäß verarbeitbaren organischen Ausgangsmaterialien zählen sowohl natürlich vorkommende Stoffe bzw. Stoffgemische als auch Kunststoffe. Es hat sich gezeigt, daß
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insbesondere höhermolekulare Kunststoffe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit günstigen Ergebnissen stranggepreßt werden können. Die Bindung dieser feinteiligen Werkstoffe setzt sich beim Sintern aus atomaren und molekularen Kohäsionskräften zusammen, die etwa gleich stark werden können wie die Gitterkräfte, die den Zusammenhalt der Atome bzw. Ionen in den Partikeln selbst bewirken. Zu den in Frage kommenden Kunststoffen zählen Polymerisations- , Polyadditions- und Polykondensationsprodukte, wobei jedoch die letzteren zumindest weitgehend auskondensiert vorliegen müssen, damit beim Sinterprozeß, sofern Wärme angewandt wird, nicht Wasser oder dgl. als Kondensationsprodukt in störender Weise ausgeschieden wird.
Zu den Polymerisationsprodukten zählen insbesondere die Polymeren von Äthylen, Propylen, Butylen, Styrol, Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid, Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen, Vinylpropionat, Methylvinyläther, Äthylvinyläther, Acrylsäure, Acrylsäureester, wie Acrylsäuremethylester und Acrylsäureäthylester, Methacrylsäure, Methacrylsäureester, wie Metacrylsäuremethylester und Methacrylsäureäthylester, Acrylnitril, Vinylcarbazol, Vinylpyrrolidon und Maleinsäuredimethylester.
Unter Polyadditionsprodukten haben sich als besonders geeignet erwiesen: Polyurethane, Epoxidharze, Polyimide, Polyamide und Polysiloxane.
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Als Polykondensatxonsprodukte kommen z.B. in Frage: Polyester, Polyimide, Polyamide ,Phenoplaste, Aminoplaste usw., die jedoch zum Teil, wie oben gezeigt, auch in Form ihrer Polyadditionserzeugnisse eingesetzt werden können.
Bei der Verarbeitung der oben genannten Kunststoffe kann es von Vorteil sein, sie nicht in endgültig ausreagierter, z.B. vernetzter Form einzusetzen, um während des Sinterprozesses die vollständige Ausreaktion zu erreichen, was insbesondere für das Fertigprodukt der Duroplaste gilt, die eine vollständige Raumnetzstruktur zeigen.
Grundsätzlich können besonders leicht teilchenförmige Kunststoffe mit vorzugsweise begrenzter Thermoplastizität, z.B. Polytetrafluoräthylen oder hochmolekulares Niederdruck-Polyäthylen, verarbeitet werden. Auf Grund der sehr geringen Fließfähigkeit (auch oberhalb ihres Erweichungspunktes) der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeiteten Kunststoffe haben die preßgesinterten Formlinge eine sehr gute Maßhaltigkeit.
Schließlich ist es möglich, sämtlichen vorgenannten sinterungsfähigen nicht-metallischen Werkstoffen vorher die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Endproduktes verbessernde Additive beizugeben. So können beispielsweise zur
Verbesserung der Gleitfähigkeit den oben genannten organischen
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Kunststoffen organische und/oder anorganische Festschmierstoffe beigegeben werden, wie Graphit, MoS _ oder Polytetrafluoräthylen.
Die oben genannten organischen Kunststoffe lassen sich im Hinblick auf das Material der Strangpreßvorrichtung ohne weiteres verarbeiten, da die dafür geeigneten Temperaturen in Bereichen liegen, bei denen Vorrichtungen aus billigen metallischen Materialien eingesetzt werden können. Sind nun höhere Temperaturen erforderlich, so werden, zumindest an der Kontaktstelle des gepreßten Stranges und der Vorrichtung, hoch-oder höchstschmelzende Metalle zur Anwendung kommen müssen, wie z.B. Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadin. Anstelle dieser Materialien können jedoch auch hitzebeständige keramische Materialien verwendet werden. Die Wahl des Materials, aus dem die beim erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Vorrichtung besteht, berührt jedoch nicht den Kern der vorliegenden Erfindung. Auf jeden Fall wird der Fachmann an Hand der gegebenen Lehre mit besonderem Vorteil die oben beschriebenen sinterfähigen nicht-metallischen Werkstoffe verarbeiten können. Dabei wird der Fachmann anhand einiger weniger Versuche die optimalen Temperatur- und Druckwerte auffinden können, die im übrigen miteinander in Beziehung stehen. Zum anderen sind der Literatur ohne weiteres Sintertemperaturen die bei anderen bekannten Verfahren eingehalten werden, entnehmbar, die ihm als Anhaltspunkte dienen können. Eine geeignete Vorrichtung zur Durch-
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führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der deutschen Patentanmeldung P 27 33 009.2 beschrieben.
Das nachfolgende Beispiel soll die vorliegende Erfindung noch näher erläutern.
Beispiel
Ein nicht voll ausreagiertes Polyimid ( Kinell 5504)
einer Körnung von ca. 3 00 Mikron wird unter einem Preßdruck von 1 Mp/cm2 unter Verwendung der in der deutschen Patentanmeldung P 27 33 009.2 beschriebenen Vorrichtung zu einem Preßkörper kaltverdichtet. Unter dem Druck des Verdichtungshubes wird das Material bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt unter gleichem Radialdruck weitergeführt und der Preßkörper über eine auf etwa 19C0C aufgeheizte Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt , wobei der Preßkörper nach seiner Erzeugung ohne Entspannen als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt wird. Es kann sich nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in diesem Fall, wie im übrigen auch bei allen erfindungsgemäß einsetzbaren Ausgangsmaterialien, eine Alterung anschließen, die in diesem Beispiel bei 2500C eine Stunde lang durchgeführt werden kann.
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Claims (11)

GEYtR. MAGEMA^N & PARTNER Destouchcssiraßp 60 · Postfach 400745 · WjUU .VUiih hen -K) · [eleton 08'WO40 7I* ·Τι>1οχ 5-210 "Uf> h.ige (I · Γι-Ιιμ-μιιιι» !i.ii>c>y|>.ilcnl · R-U'kopiercr Oii'J. !04071 Glacxer GmbH - DEVA-Werke München, den Stadtaliendorf 26. Mai 1978 u.Az.: Pat 11/52-78M Ansprüche
1. Verfahren zum Strangpressen von feinteiligen
Werkstoffen, bei dem der Werkstoff kontinuierlich in ein Gesenk eingebracht, dort mittels laufender Hübe eines Stempels jeweils zu einem Preßkörper gegen einen durch einen Abschnitt des bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand kaltverdichtet, unter dem Druck des Verdichtungshubes bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt unter gleichem Radialdruck weitergeführt wird und die Preßkörper nach Durchführung durch eine Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt werden, wobei die Preßkörper nach ihrer
Erzeugung unentspannt als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt werden (nach Patent/ Patentanmeldung P 27 33 009.2), dadurch g" e" k e η η zeichnet , daß sinterungsfähige nicht-metallische
Werkstoffe eingesetzt werden.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-metallischen Vierkstoffe in pulvriger oder granulierter Form eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-metallische Werkstoffe anorganische Elemente oder anorganische Verbindungen eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Verbindungen Oxide, Salze oder Gemische zur Herstellung metallkeramischer Erzeugnisse eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-metallische Werkstoffe organische höher-molekulare Verbindungen eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als organische höher-molekulare Verbindungen Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß thermoplastische Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte verwendet werden.
Glacier GmbH - DEVA Werke - 3 -
-at 11/40-78Π 909849/0049
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte in nicht vollständig ausreagierter Form verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 0, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyimid, Polysiloxan , Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen oder Polybutylen verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den sinterungsfähigen nicht-metallischen Werkstoffen vorher die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Endprodukts verbessernde Additive beigegeben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Festschmierstoffe Graphit, iloS„ oder Polytetrafluoräthylen für organische, nicht-metallische Werkstoffe eingesetzt werden, insbesondere für Polyimide.
Glacier GmbH - DEVA Werke Pat 11/48-7011
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