DE60315550T2

DE60315550T2 - Abreibbarer metallischer oder keramischer Werkstoff; Formkörper, Gehäuse die dieses Material enthalten sowie seine Herstellung

Info

Publication number: DE60315550T2
Application number: DE2003615550
Authority: DE
Inventors: Frederic Braillard; Philippe Perruchaut; Didier Ribot; Joël Vigneau
Original assignee: SNECMA Services SA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: CA2431574A1; RU2346068C2; FR2840839A1; FR2840839B1; EP1371815B1; JP2004131838A; US20040023056A1; US7128962B2; RU2003117585A; EP1371815A1; CA2431574C; DE60315550D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft:

– ein neuartiges Metall- oder Keramikmaterial, das geeignet ist, durch Abrasion verschlissen zu werden;
– die Teile, insbesondere Platten, aus dem genannten Material;
– die Gehäuse, deren Innenfläche wenigstens teilweise mit derartigen Platten verkleidet ist;
– ein Verfahren zur Herstellung des genannten Materials.

Die vorliegende Erfindung liegt zum Teil auf dem Gebiet der metallischen Abriebmaterialien. Der Fachmann spricht somit von den Metallwerkstoffen, die geeignet sind, durch Abrasion verschlissen zu werden.
Diese Art von Material ist gewünscht, um vor allem auf der Innenfläche von Gehäusen aufgebracht zu werden, in denen sich umlaufende Teile (zum Beispiel von der Art Verdichter- oder Turbinenschaufeln) bewegen. Das Material ist geeignet, sich bei Interferenzen durch die Enden der umlaufenden Teile verformen zu lassen. Auf diese Weise werden die schädlichen Wirkungen der genannten Interferenzen sowohl im Bereich der Struktur der Enden der umlaufenden Teile als auch im Bereich der Innenfläche der Gehäuse minimiert.
Diese Art von Material soll vorteilhafterweise dem nachfolgenden Lastenheft gerecht werden:

– es muß selbstverständlich eine gute Abriebfähigkeit aufweisen;
– es muß ferner den Temperaturen der Umgebungen standhalten, in denen es zum Einsatz kommen soll (500 bis 1200°C, beispielsweise in den Gehäusen von Flugzeugtriebwerken);
– es muß auch der Erosion durch wiederholte Schläge von Abriebpartikeln (die bei den oben genannten Interferenzen abgelöst werden) standhalten;
– auch müssen seine Herstellungs- und Einsatzkosten möglichst gering sein;
– schließlich ist es vorzugsweise selbstlötbar.

Nach dem Stand der Technik werden hauptsächlich zwei Arten von metallischen Abriebmaterialien vorgeschlagen, nämlich diejenigen, die in situ durch thermisches Spritzen (Plasma etc.) von Metallpulvern erzeugt werden, und diejenigen, die eine Wabenstruktur aufweisen und die auf die zu schützenden Flächen aufgebracht, aufgelötet werden.
Diese zwei Arten von metallischen Abriebmaterialien sind vor allem hinsichtlich des obigen Lastenheftes nicht vollkommen zufriedenstellend.
Die erste Art ist mit einer Spritztechnologie verbunden, die sowohl aufgrund der Spritzzeit, als auch aufgrund der Notwendigkeit einer Bearbeitung nach dem Spritzen, um die Dicke des aufgespritzten Überzugs zu regulieren, kostenintensiv ist.
Die zweite Art hat einen begrenzten Anwendungsbereich. Sie eignet sich lediglich bei Zungen von Labyrinthdichtungen oder bei ummantelten Schaufeln.
Das Patent US 4,546,047 beschreibt eine Wabenstruktur mit Metallwänden, deren Waben mit einem Abriebmaterial gefüllt sind.
Die Anmeldung ER-A-0 751 104 beschreibt eine Abriebdichtung, welche hohle Aluminiumsilikat-Kugeln in einer Aluminiumphosphatmatrix enthält.
In der Patentanmeldung FR-A-2 223 473 besteht die beschriebene poröse Dichtungsstruktur (die besagte Porosität ist eine offene Porosität) aus einer Nickellegierung (Nickel ist hier stets (gewichtsmäßig) in der Mehrheit vorhanden), die Oxide enthält (die wissentlich im Laufe des zweiten Hauptschritts des Verfahrens zum Erhalt der genannten Legierung gebildet werden). Die Nickellegierung ist geeignet, Bornitrid zu enthalten. Die Legierung wird durch Füllen von Wabenstrukturen verwendet.
In einem solchen Zusammenhang haben die Erfinder der vorliegend beanspruchten Erfindung ein neuartiges metallisches oder keramisches Abriebmaterial entwickelt, das dem oben genannten Lastenheft gerecht wird. Das Material bildet den ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Seine Verwendung, in Form von Teilen und vor allem von Platten, die insbesondere dazu bestimmt sind, die Innenfläche von Gehäusen auszukleiden, stellt den zweiten Gegenstand der Erfindung dar. Sein Herstellungsverfahren bildet den dritten Gegenstand der Erfindung. Das Material ist in Anbetracht des oben erwähnten Standes der Technik vollkommen neuartig und hinsichtlich des oben aufgeführten Lastenheftes besonders leistungsfähig.
Gemäß ihrem ersten Gegenstand betrifft die Erfindung folglich ein neuartiges Metall- oder Keramikmaterial, das geeignet ist, durch Abrasion verschlissen zu werden (ein Abriebmaterial). Das genannte Material besteht hauptsächlich aus einer oxidfreien Legierung auf Nickel- und/oder Kobaltbasis oder aus einer Keramik; wobei die Metallegierung oder die Keramik folgendes aufweist:

– in ihrem Volumen verteilte Festschmierstoffteilchen mit einem Anteil von größer oder gleich 10 Vol.-%; und/oder
– in ihrem Volumen verteilte geschlossene Poren, wobei die Poren dem Material eine Porosität unter der Perkolationsschwelle verleihen.

Das erfindungsgemäße Material ordnet einer speziellen Art (es handelt sich um eine oxidfreie Metallegierung auf Ni- und/oder Co-Basis oder um eine Keramik) Mittel zu, die ihr die gewünschte Abriebfähigkeit verleihen (es handelt sich um Schmierstoffteilchen mit einem konsequenten Anteil und/oder um in ihrer Struktur vorhandene geschlossene Poren). Diese Mittel sind geeignet, einzeln oder in Kombination zum Einsatz zu kommen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, ja sogar zu optimieren.
Die Festschmierstoffteilchen machen das Material durch eine Veränderung seiner Zusammensetzung, seiner eigentlichen Beschaffenheit abriebfähig, während die inneren Poren es durch eine Veränderung seines Aggregatzustandes abriebfähig machen (das von den Interferenzen betroffene Materialvolumen ist begrenzt, folglich ist die schädliche Wirkung der Interferenzen begrenzt).
Vorteilhafterweise werden in dem Volumen des erfindungsgemäßen Materials Festschmierstoffteilchen und Poren miteinander verbunden.
Das erfindungsgemäße Material kann zusätzlich zu den Teilchen und/oder den geschlossenen Poren auch an seiner Oberfläche verteilte Ausnehmungen aufweisen, deren Wände dazu bestimmt sind, durch Abrasion verschlissen zu werden. In höchst vorteilhafter Weise werden in dem Volumen des Materials bzw. an seiner Oberfläche, die dazu bestimmt ist, durch Abrasion verschlissen zu werden, Festschmierstoffteilchen, Poren bzw. Ausnehmungen miteinander verbunden.
Der Festschmierstoff, der geeignet ist, in Form von Teilchen in der Matrix des neuartigen Materials der Erfindung zum Einsatz zu kommen, muß selbstverständlich den Temperaturen der Herstellung und der Verwendung des Materials standhalten. Er mull unversehrt bleiben, geeignet sein, seine Wirkung zu entfalten und darf vor allem nicht mit dem Material reagieren, in dem es zum Einsatz kommt. Auf jeden Fall mull er mit der Metallegierung oder der Keramik, in der es – in vernünftiger Menge – zum Einsatz kommt, kompatibel sein und bleiben.
Darüber hinaus mull er in einer mit dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials kompatiblen Form vorkommen (siehe weiter unten). Er kann somit vorbehandelt, vorgepreßt, vorlegiert... zum Einsatz kommen.
Die Poren, die geeignet sind, in der Matrix des neuartigen Materials der Erfindung vorzukommen, liegen auf jeden Fall in einer vernünftigen Menge vor, die dem Material eine geschlossenen Porosität unter der Perkolationsschwelle verleiht. Es empfiehlt sich, das Material nicht übermäßig zu verspröden und, im Hinblick auf seine Verwendung zum Schutz einer Fläche, keine direkten Zugänge zu der genannten Fläche zu schaffen.
Man versteht auch, daß wenn an der Oberfläche des erfindungsgemäßen Materials Ausnehmungen ausgebildet sind, diese hinsichtlich ihrer Größe und ihrer Dichte... vernünftig ausgebildet sind.
Die obigen Anmerkungen stellen jeden Vorteil heraus, der bestehen kann, wenigstens zwei der obigen Mittel, die geeignet sind, dem gewünschten Material Abriebfähigkeit zu verleihen, miteinander zu verbinden.
Nach einer ersten Variante besteht das erfindungsgemäße Material auf der Basis einer Nickel- und/oder Kobaltlegierung. Eine solche Legierung enthält gewichtsmäßig mehrheitlich Nickel, Kobalt oder Nickel und Kobalt zusammen.
Die betreffende Legierung ist vorteilhafterweise vom Typ NiCrAl oder vom Typ MCrAlY mit M = Ni und/oder Co.
Die betreffende Legierung ist nicht oxidiert. Sie wird am Ende eines Sinterns erhalten, das in nicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird (siehe nachfolgend beschriebenes Verfahren). Das Vorliegen von Oxid(en) ist von Nachteil, da die Oxide in der Lage sind, dem Material Abrasivität zu verleihen (Abrasivität, die den gewünschten selbstschmierenden Eigenschaften schadet). Sie kann lediglich aus nicht zufriedenstellenden Betriebsbedingungen resultieren und bleibt auf jeden Fall gering.
Nach einer zweiten Variante besteht das erfindungsgemäße Material auf der Basis einer Keramik. Die betreffende Keramik ist vorteilhafterweise eine Keramik auf der Basis von Zirkonoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumkarbid (SiC).
Bezugnehmend auf das erste – die Festschmierstoffteilchen – der oben erläuterten Mittel, Mittel, die geeignet sind, dem betreffenden Material Abriebfähigkeit zu verleihen, kann folgendes ausgeführt werden.
Die genannten Festschmierstoffteilchen haben im allgemeinen einen Äquivalentdurchmesser (es kann sich um kugelförmige oder eckige Teilchen handeln) zwischen 5 und 100 μm. Sie sind in dem Volumen des Materials verteilt, vorteilhafterweise gleichmäßig verteilt. Sie treten vorteilhafterweise getrennt auf.
Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, sie gruppiert in kleinen Kolonien vorzufinden. Die genannten Kolonien müssen selbstverständlich klein bleiben, um die Homogenität des Materials zu achten. Derartige kleine Kolonien sind geeignet, einen Äquivalentdurchmesser von höchstens 200 μm aufzuweisen. Der Fachmann versteht leicht den Vorteil, der besteht, die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials zu optimieren, um die Bildung dieser Kolonien oder Agglomerate zu minimieren, zu vermeiden.
Die Festschmierstoffteilchen liegen in einem Anteil von größer oder gleich 10 Vol.-% des betreffenden Materials vor. Sie liegen selbstverständlich in einer Menge (≥ 10 Vol.-%), die für den Erhalt der erwarteten Wirkung (um das Material abriebfähig zu machen) erforderlich ist, aber auch in einer vernünftigen Menge (im allgemeinen ≤ 40 Vol.-%) vor, um nicht die mechanischen Eigenschaften des Materials drastisch zu beeinträchtigen. Die Festschmierstoffteilchen liegen vorteilhafterweise in einem Anteil von 20 bis 30 Vol.-% vor.
Die Festschmierstoffteilchen sind im allgemeinen von Partikeln aus Bornitrid (BN) oder Graphit gebildet. Diese zwei Partikelarten sind geeignet, in einer Matrix aus Keramik oder aus einer Legierung auf Kobaltbasis, die kein Nickel enthält, zum Einsatz zu kommen. In Nickel enthaltenden Legierungen muß der Einsatz von Bornitridteilchen ausgeschlossen werden, da ein tatsächliches Kompatibilitätsproblem vorliegt, Nickel ist nämlich imstande, mit Bor eine Reaktion einzugehen.
Bezugnehmend auf das zweite – die geschlossenen Poren – der drei oben erläuterten Mittel, Mittel, die in der Lage sind, dem betreffenden Material Abriebfähigkeit zu verleihen, kann folgendes ausgeführt werden.
Die Poren sind geschlossen und verleihen dem Material eine Porosität unter der Perkolationsschwelle. So verspröden sie das Material nicht übermäßig und lassen keine Leckagemenge in die Dicke des Materials passieren.
Die geschlossenen Poren weisen vorteilhafterweise einen Äquivalentdurchmesser zwischen 10 und 150 μm, in höchst vorteilhafter Weise zwischen 50 und 100 μm auf.
Im allgemeinen macht die dem Material verliehene Porosität zwischen 10 und 50% seines Volumens aus.
Bezugnehmend auf das zusätzliche Mittel – die Oberflächenausnehmungen – der oben erläuterten Mittel, Mittel, die in der Lage sind, dem betreffenden Material Abriebfähigkeit zu verleihen, kann auch folgendes ausgeführt werden.
Die Ausnehmungen weisen vorteilhafterweise einen Äquivalentdurchmesser zwischen 0,5 und 3 mm auf. Die Ausnehmungen haben im allgemeinen die Oberfläche des Materials um wenigstens 40%... ausgehöhlt.
Bezugnehmend auf die oben gemachten Erläuterungen hinsichtlich der Menge des Vorkommens des einen oder anderen der drei Mittel, wird hier präzisiert, daß diese Menge selbstverständlich von der Art des Vorkommens des betreffenden Mittels, allein oder in Kombination mit einem und/oder den zwei anderen Mittel(n) abhängt. Die Wirkungen eines jeden der Mittel – bezogen auf die gewünschte Wirkung – summieren sich.
Nach einer vorteilhaften Variante ist das erfindungsgemäße Abriebmaterial zusätzlich selbstlötbar. Es enthält in einer wirkungsvollen Menge Lötmaterialteilchen. Die wirkungsvolle Menge liegt im allgemeinen zwischen 1 und 10 Massenprozent. Bezüglich der Körngröße der genannten Teilchen wird in keiner Weise einschränkend präzisiert, daß ihr Äquivalentdurchmesser im allgemeinen zwischen 1 und 50 μm beträgt.
Die Teilchen sind vorteilhafterweise von Siliziumteilchen gebildet. Es kann sich auch um Borteilchen handeln. Innerhalb eines gleichen erfindungsgemäßen Materials können Siliziumteilchen sowie Borteilchen vorkommen. Es sei hier jedoch daran erinnert, das Bor in der Lage ist, mit Nickel zu reagieren. Borteilchen kommen folglich nicht in erfindungsgemäßen Materialien auf der Basis einer Nickel enthaltenden Metallegierung zum Einsatz. Sie sind absolut geeignet, in erfindungsgemäßen Materialien auf der Basis einer Keramik oder einer Legierung auf Kobaltbasis, die kein Nickel enthält, zum Einsatz zu kommen.
Der Einsatz von Lötmaterialteilchen in dem erfindungsgemäßen Material macht das genannte Material hinsichtlich seiner späteren Verwendung noch interessanter. Der Einsatz in dem Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials erfordert eine besondere Beherrschung des Verfahrens, das jedoch für den Fachmann verständlich bleibt.
Bei Betrachtung der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Materials wird der Fachmann mit absoluter Sicherheit jedweden Vorteil dessen erfaßt haben.
Das Material der Erfindung ist geeignet, mittels pulvermetallurgischer Techniken erhalten zu werden. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Materials genauer beschrieben, das auf derartigen Techniken beruht.
Gemäß ihrem zweiten Gegenstand betrifft die vorliegende Erfindung, wie oben angegeben, die Verwendung des oben beschriebenen, den ersten Gegenstand der Erfindung bildenden Materials. Genauer gesagt betrifft sie:

– Teile, insbesondere vom Typ flache oder gekrümmte Platten, aus dem genannten Material; sowie
– Gehäuse, die dazu bestimmt sind, umlaufende, heiße Teile aufzunehmen und deren Innenfläche wenigstens teilweise mit derartigen Platten verkleidet (durch sie geschützt) ist, die mit der genannten Innenfläche durch Löten oder Selbstlöten fest verbunden sind.

Die betreffenden Teile sind im allgemeinen Platten, die dazu bestimmt sind, mit Flächen fest verbunden zu werden. Es ist jedoch in keiner Weise aus dem Rahmen der Erfindung ausgeschlossen, daß die genannten Teile andere Formen aufweisen und/oder in anderen Strukturen als den oben erwähnten Gehäusen zum Einsatz kommen.
Die betreffenden Gehäuse sind vorteilhafterweise diejenigen, die Hochdruckverdichter, Niederdruck- sogar Hochdruckturbinen, in der Struktur von Flugzeugtriebwerken umschließen.
Da die Gehäuse im allgemeinen zylindrische Formen aufweisen, sind ihre Innenflächen mit gekrümmten Platten mit entsprechendem Krümmungsradius verkleidet.
Das Anbringen der Platten an der Innenfläche der Gehäuse erfolgt durch Löten, vorteilhafterweise durch Selbstlöten, wenn die Platten in ihrer Struktur die entsprechende Menge Lötmaterial enthalten.
Kommen wir nun zum dritten Gegenstand der vorliegenden Erfindung, nämlich zu einem Verfahren zur Herstellung des neuartigen Abriebmaterials, wie es oben beschrieben ist. Das Verfahren umfaßt:

– das Herstellen einer innigen Mischung aus einem Pulver der betreffenden Metallegierung oder Keramik und aus einem organischen Bindemittel; wobei die innige Mischung eventuell zusätzlich in wirkungsvoller Menge Festschmierstoffteilchen und/oder Lötmaterialteilchen enthält;
– das Formen der genannten Mischung durch Einpressen oder Einspritzen in eine Form;
– das Ausformen des geformten Rohlings;
– das Entbindern des ausgeformten Rohlings;
– das Verdichten durch wenigstens teilweises Sintern des entbinderten Rohlings; wobei das Verdichten an dem Rohling auf Basis einer Metallegierung in nicht oxidierender Atmosphäre vollzogen wird; wobei die Festschmierstoffteilchen und/oder das Durchführen der teilweisen Sinterung dem Material die gewünschte Abriebfähigkeit verleiht (über jeweils die Festschmierstoffteilchen und/oder die aus der Teilsinterung hervorgehenden Poren); wobei die Lötmaterialteilchen, wenn sie zum Einsatz kommen, es selbstlötbar machen.

Das (die) zum Einsatz kommende(n) Pulver – Pulver der betreffenden Metallegierung oder Keramik; Festschmierstoffteilchen und/oder eventuell Lötmaterialteilchen – können entsprechend ihrer Herstellungsart kugelförmige oder eckige Morphologien aufweisen, so daß sie die Formerhaltung und die Verdichtung während der späteren Schritte des Verfahrens erleichtern.
Es kann sich um vorlegierte oder nicht vorlegierte Pulver handeln. Wenn Graphit als Festschmierstoff zum Einsatz kommt, wird er somit zwangsläufig vorgepreßt, so daß er sich mit dem Pulver der betreffenden Metallegierung oder Keramik sowie mit dem Bindemittel gut vermischt.
Das Metallegierungs- oder Keramikpulver ist der Vorläufer der Matrix, es gewährleistet die mechanischen Festigkeitseigenschaften des Ganzen. Seine Körner weisen vorteilhafterweise einen Äquivalentdurchmesser zwischen 10 und 70 μm für die Metallegierungskörner (auf Nickel- und/oder Kobaltbasis), einen Äquivalentdurchmesser zwischen 1 und 20 μm für die Keramikkörner (beispielsweise auf der Basis von ZrO₂, Al₂O₃ oder SiC) auf.
Die Festschmierstoffteilchen verleihen, wenn sie vorliegen, wenigstens teilweise die Abriebfähigkeit. Sie liegen im allgemeinen in dem im vorliegenden Text oben angegebenen Anteil (≥ 10 Vol.-% des Endmaterials), in der im vorliegenden Text oben genannten Korngröße (Äquivalentdurchmesser zwischen 5 und 100 μm) vor. Die Teilchen können vor allem Bornitridkörner (wenn es kein Kompatibilitätsproblem mit Nickel gibt) und/oder metallummantelte Graphitkörner umfassen. Sie können vor allem Bornitridkörner umfassen, deren Äquivalentdurchmesser zwischen 5 und 30 μm liegt, und/oder ummantelte Graphitkörner, deren Äquivalentdurchmesser zwischen 30 und 90 μm liegt. Die Ummantelung ist selbstverständlich mit der Matrix kompatibel, in welche die Festschmierstoffkörner eingebettet werden sollen.
Die Lötmaterialteilchen verleihen dem Endmaterial, wenn sie in wirkungsvoller Menge vorliegen, seine selbstlötbare Eigenschaft. Man hat oben gesehen, daß die wirkungsvolle Menge im allgemeinen zwischen 1 und 10 Massenprozent liegt, daß die Teilchen im allgemeinen einen Äquivalentdurchmesser zwischen 1 und 50 μm aufweisen, daß das Silizium als Lötmaterial bevorzugt wird.
Nach einer Durchführungsvariante des Verfahrens der Erfindung wird das Formen in einer Form durchgeführt, die Ausbauchungen aufweist, welche geeignet sind, Oberflächenausnehmungen zu erzeugen. Die Oberflächenausnehmungen bringen ihre Wirkung hinsichtlich der gewünschten Abriebfähigkeit mit denjenigen der Festschmierstoffteilchen und/oder der aus der Teilsinterung hervorgehenden Poren zusammen.
Das zum Einsatz kommende organische Bindemittel ist herkömmlicher Art, beispielsweise von der Art Wachs + Polymer (vor allem Polypropylen).
Die innige Mischung des Pulvers, der eventuell vorhandenen Teilchen sowie des Bindemittels wird vorteilhafterweise wie folgt hergestellt:

– Mischen des Pulvers, der eventuell vorhandenen (zuvor miteinander kalt vermischten) Teilchen und des Bindemittels bei einer Temperatur zwischen 150 und 200°C. Bei dieser Temperatur muß das eingesetzte Bindemittel eine angemessene Viskosität aufweisen;
– Abkühlen der genannten Mischung bis zur Verfestigung;
– Mahlen der verfestigten Mischung.

Die hergestellte innige Mischung – die vorteilhafterweise in Form von Mahlgut erhalten wird – wird dann zu der gewünschten Form geformt (oftmals zu der einer flachen oder gekrümmten Platte). Es kann ein Einpressen oder Einspritzen in eine angemessene Form vollzogen werden, die – falls erforderlich – Ausbauchungen aufweist und die die gewünschte Form in einem Maßstab größer 1 nachbildet (um den Schwund bei den späteren Schritten des Verdichtens auszugleichen). Die Form umfaßt vorteilhafterweise eine Doppelummantelung, die ermöglicht, die geformte Mischung zu erhitzen oder abzukühlen, um das Befüllen der Form, das Abbinden des Bindemittels und/oder das Ausformen zu erleichtern. Dieser Formschritt ermöglicht, die gewünschte Teilegeometrie zu erhalten. Er ermöglicht, wenn die verwendete Form Ausbauchungen aufweist, die Oberflächenausnehmungen an der Oberfläche des Formteils zu erzeugen.
Der Vorgang des Formens wird vorteilhafterweise durch Spritzen (vor allem durch „metal injection molding"), beispielsweise unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, nämlich bei einer Temperatur zwischen 150 und 200°C, für 15 bis 60 s.
An diesen Formvorgang schließen sich herkömmlicherweise die Ausform- und Entbindervorgänge an.
Das Entbindern wird selbstverständlich der Art des betreffenden Bindemittels angepaßt. Es wird vorteilhafterweise in zwei Schritten durchgeführt. Nach dieser vorteilhaften Variante umfaßt es nacheinander:

– eine erste Behandlung auf chemischem Weg, deren Ziel es ist, das Bindemittel aus dem durch Ausformen erhaltenen Formteil zu entfernen, in diesem ein Netz aus Mikrokanälen zu bilden... Eine solche erste Behandlung auf chemischem Weg kann Hexan (Lösungsmittel des Bindemittels) in Flüssigphase, anschließend in Dampfphase zum Einsatz bringen;
– eine zweite Behandlung auf thermischem Weg, welche das auf chemischem Weg begonnene Entbindern vervollständigt und abschließt. Die zweite Behandlung auf thermischem Weg wird im allgemeinen zwischen 110 und 450°C (mit vorteilhafterweise einer langsamen Temperaturanstiegsgeschwindigkeit), unter entsprechendem Schutzgas (in reduzierender Atmosphäre: beispielsweise Wasserstoff) durchgeführt. Die zweite Behandlung auf thermischem Weg, welche das Entbindern abschließt, wird vorteilhafterweise fortgesetzt, um das Teil vorzusintern. Die Vorsintertemperaturen liegen im allgemeinen zwischen 500 und 1200°C. Durch ein solches Vorsintern wird dem Formteil ein Gerüst oder Skelett verliehen. Die Wärmebehandlung kann so mehrere Zyklen umfassen, zwischen 10 und 50 Stunden dauern. Auf jeden Fall ist sie der Art des betreffenden Materials sowie der Dicke des Formteils angepaßt.

Der letzte Schritt besteht darin, das ausgeformte Teil vollständig oder teilweise zu verdichten. Das Ziel der Teilverdichtung durch Teilsintern ist es, innerhalb des Endmaterials Porosität zu erzeugen. Man hat festgestellt, daß eine solche Porosität bezüglich der gewünschten Abriebfähigkeit gewünscht sein kann. Man versteht, daß sie überflüssig sein kann, wenn die Abriebfähigkeit auf dem Vorkommen von Festschmierstoffteilchen und/oder auf dem Vorliegen von Oberflächenausnehmungen beruht. Der Fachmann versteht es, das durchgeführte Sintern in Abhängigkeit der erwarteten Porosität zu kontrollieren, insbesondere durch eine Kontrolle der Temperaturanstiegs- und –sinkgeschwindigkeiten, der Plateau- oder Haltezeiten und einer Schwellentemperatur. Der Sintertemperaturbereich erstreckt sich im allgemeinen von 1100 bis 1500°C, häufiger von 1100 bis 1350°C.
Das Sintern wird im Zusammenhang mit der Herstellung eines Materials auf der Basis einer Metallegierung in nicht oxidierender Atmosphäre, im allgemeinen unter Vakuum oder unter geringem Teildruck eines entsprechenden Schutzgases (beispielsweise Argon oder Wasserstoff. Der Einsatz von Wasserstoff wird besonders empfohlen, um jedwede Oxidation zu vermeiden) durchgeführt. Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Materials auf der Basis einer Keramik kann es in oxidierender Atmosphäre oder nicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt werden.
Dieser letzte Schritt der Verdichtung des erhaltenen Materials – des ausgeformten Teils – kann sowohl direkt an dem ausgeformten, abgekühlten (vorteilhafterweise in der Form vorgesinterten) Material als auch an dem bereits mit einem Träger fest verbundenen Material durchgeführt werden. Bei dieser zweiten Annahme werden dann nacheinander die Verdichtung und das Löten oder Selbstlöten des Materials an dem Träger durchgeführt.
Das oben beschriebene Verfahren basiert auf einem analogen Verfahren, einem pulvermetallurgischen Verfahren, das durch wenigstens eine Durchführungsbesonderheit im Bereich der Art des zu formenden Materials und/oder der Gestalt der Form und/oder des abschließenden Verdichtungsschrittes abgeändert ist.
Es werden nun in keiner Weise einschränkend die Hauptaspekte der Erfindung (Produkt, Verfahren) anhand:

– der beiliegenden Figur,
– des nachfolgenden Beispiels dargestellt.

Die genannte Figur ist eine Aufnahme eines erfindungsgemäßen Materials (Vergrößerung 100), das auf ein Metallsubstrat aus KC24NWTa (MarM 509) gelötet ist. Das Material – nicht oxidierte CoNiCrAlY-Legierung, die durch Si-Teilchen selbstlötbar gemacht ist – ist geeignet, aufgrund seiner Porosität durch Abrasion verschlissen zu werden. Die Poren sind gleichmäßig verteilt, ihr Volumenanteil beträgt etwa 30%. Dargestellt ist:

– unter 1 die Platte, auf die das erfindungsgemäße Material selbstaufgelötet ist;
– unter 2 das Material der Erfindung;
– unter 3 die geschlossenen Poren (schwarze Bereiche) in der Struktur des Materials;
– unter 4 der Lötbereich;

Das erfindungsgemäße Material ist wie in dem nachfolgenden Beispiel genau erläutert erhalten worden.
BEISPIEL
In einem ersten Schritt wurden zwei Metallpulver durch einfaches Mischen innig miteinander vermischt. Dieses Mischen hätte genausogut auch durch mechanische Synthese durchgeführt werden können. Die betreffenden Pulver sind:

– ein CoNiCrAlY-Pulver (Massenprozent: Co 38%, Ni 32%, Cr 22%, Al 7,5%, Y 0,5%), dessen Körner einen Äquivalentdurchmesser von 35 μm aufweisen, das zu 98 Massenprozent eingesetzt wird;
– ein Siliziumpulver, dessen Körner einen Äquivalentdurchmesser von 10 μm aufweisen, das zu 2 Massenprozent eingesetzt wird;

Anschließend wurde der innigen Mischung ein aus Wachs und Polypropylen bestehendes organisches Bindemittel beigemengt. Das Bindemittel wird in einer Menge von 35 Vol.-% bei 65 Vol.-% der Pulvermischung eingesetzt.
Sie wird auf 180°C erhitzt, um einen pastösen Zustand zu erlangen und um vollkommen homogen zu sein.
Anschließend wird sie abgekühlt, geschnitten, dann schließlich gemahlen, um ein Granulat zu erzeugen.
Das erhaltene Granulat wird in die Spritzmaschine eingebracht und auf 180°C erhitzt.
Die so erhitzte Mischung wird dann in den Hohlraum einer eine entsprechende Form (Plattenform) aufweisenden Metallform eingespritzt.
Nach 1 Minute wird die Form geöffnet und das Formteil herausgenommen.
Das Entbindern wird in zwei Schritten unter Wasserstoff durchgeführt. In einem ersten Schritt läßt man Hexan bis zur quasi vollständigen Entfernung des Wachses chemisch reagieren. In einem zweiten Schritt wird das Polypropylen in einer Wasserstoffatmosphäre pyrolysiert. Die Temperatur wird langsam erhöht, anschließend für 2 Stunden auf 400°C gehalten.
Nach diesem Halten auf 400°C wird die Temperatur langsam bis auf 1000°C erhöht. Sie wird für 10 Minuten auf diesem Wert gehalten, um das Formteil vorzusintern. Dieser Zyklus des Vorsinterns (unter Wasserstoff) dauert 32 Stunden.
Das vorgesinterte Teil wird abgekühlt.
Es wird dann durch Schweißpunkte an seinem Träger befestigt.
An dem genannten Träger wird es nun unter Vakuum wärmebehandelt, um nacheinander die Teilverdichtung (man möchte ein poröses Material erzeugen) und dessen Selbstlöten sicherzustellen.
Für eine kontrollierte Teilverdichtung wird es für 2 Stunden auf 1260°C erhitzt, anschließend für 1 Stunde auf einer ersten Stufe von 1180°C, für 1 Stunde auf einer zweiten Stufe von 1160°C gelassen, um die Diffusionsbehandlung in dem Trägermaterial zu ermöglichen.
Die Porosität des mit seinem Träger fest verbundenen Endteils ist in der beiliegenden Figur klar ersichtlich.

Claims

Metall- oder Keramikmaterial, das geeignet ist, durch Abrasion verschlissen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß es hauptsächlich aus einer oxidfreien Metallegierung auf Nickel- und/oder Kobaltbasis oder aus einer Keramik besteht; wobei die Metallegierung oder die Keramik folgendes aufweist: – in ihrem Volumen verteilte Festschmierstoffteilchen mit einem Anteil von mehr als 10 Vol.-%; und/oder – in ihrem Volumen verteilte geschlossene Poren, wobei die Poren dem Material eine Porosität unter der Perkolationsschwelle verleihen.
Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung oder die Keramik in ihrem Volumen verteilt Festschmierstoffteilchen und geschlossene Poren aufweist.
Material nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung oder die Keramik ferner folgendes aufweist: – an ihrer Oberfläche verteilte Ausnehmungen, deren Wände dazu bestimmt sind, durch Abrasion verschlissen zu werden.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Metallegierung vom Typ NiCrAl oder MCrAlY mit M = Ni und/oder Co besteht.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Keramik auf der Basis von Zirkonoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumkarbid (SiC) besteht.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Festschmierstoffteilchen einen Äquivalentdurchmesser zwischen 5 und 100 μm aufweisen.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festschmierstoffteilchen von Partikeln aus Bornitrid (BN) oder Graphit gebildet sind, wobei Bornitrid (BN) jedoch nicht innerhalb einer Nickel (Ni) enthaltenden Metallegierung vorkommt.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Poren einen Äquivalentdurchmesser zwischen 10 und 150 μm aufweisen.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung oder die Keramik eine Porosität zwischen 10 und 50 Vol.-% aufweist.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenausnehmungen einen Äquivalentdurchmesser von 0,5 bis 3 mm aufweisen.
Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung oder die Keramik Lötmaterialteilchen in einer wirkungsvollen Menge enthält, so daß sie selbstlötbar ist.
Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmaterial aus Silizium (Si) und/oder aus Bor (B) besteht.
Teile, insbesondere vom Typ flache oder gekrümmte Platten, aus einem Material nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12.
Gehäuse, die dazu bestimmt sind, umlaufende, heiße Teile aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Innenflächen wenigstens teilweise mit Platten nach Anspruch 13 verkleidet sind, die mit deren genannten Innenflächen durch Löten oder Selbstlöten fest verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Materials nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt: – das Herstellen einer innigen Mischung aus einem Pulver der betreffenden Metallegierung oder Keramik und einem organischen Bindemittel; wobei die innige Mischung eventuell zusätzlich in wirkungsvoller Menge Festschmierstoffteilchen und/oder Lötmaterialteilchen enthält; – das Formen der genannten Mischung durch Einpressen oder Einspritzen in eine Form; – das Ausformen des geformten Rohlings; – das Entbindern des ausgeformten Rohlings; – das Verdichten durch wenigstens teilweises Sintern des entbinderten Rohlings; wobei das Verdichten an dem Rohling auf Basis einer Metallegierung in nicht oxidierender Atmosphäre vollzogen wird; wobei die Festschmierstoffteilchen und/oder das Durchführen der teilweisen Sinterung dem Material die gewünschte Abriebfähigkeit verleiht; wobei die Lötmaterialteilchen, wenn sie vorkommen, es selbstlötbar machen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus der Metallegierung von Körnern gebildet ist, deren Äquivalentdurchmesser zwischen 10 und 70 μm liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikpulver von Körnern gebildet ist, deren Äquivalentdurchmesser zwischen 1 und 20 μm liegt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen in einer Form durchgeführt wird, die Ausbauchungen aufweist, welche geeignet sind, Oberflächenausnehmungen zu erzeugen.