EP1886748A1

EP1886748A1 - Process for the making of sintered articles, the articles as well as the use of such articles

Info

Publication number: EP1886748A1
Application number: EP06010807A
Authority: EP
Inventors: Michael Lange; Robert Baumgartner
Original assignee: Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-13

Abstract

Production of a sintered product comprises filling a mold with a mixture so that a chamber is only partially filled with a first filling over the base pattern and hardening the filling forming a first layer having a layer thickness on the base pattern. An independent claim is also included for a sintered product produced by the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterprodukten, Sinterprodukte sowie Verwendungen für Sinterprodukte.The invention relates to a process for the production of sintered products, sintered products and uses for sintered products.

Die Druckschrift DE 699 103 84 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterproduktes. Es weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Form mit einem eingelegten Grundmuster zur Definition eines Formmusters. Füllen der Form in der Nähe des Grundmusters mit einer Mischung, die feuerfeste Partikel und ein wärmeflüchtige Bindemittel aufweist. Aushärten der Mischung, um einen ausgehärteten Gegenstand (Grünling) bereitzustellen, der ein Formmuster aufweist, das das Grundmuster dupliziert. Erhitzen des Grünlings auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um das Bindemittel und das Grundmuster zu veranlassen den Grünling zu verlassen und so einen porösen feuerfesten Gegenstand bereitzustellen und durch nachfolgendes weiteres Erhitzen des porösen feuerfesten Gegenstands auf eine höhere Temperatur die feuerfesten Partikel zu veranlassen aneinander zu haften, um einen gesinterten, porösen Gegenstand (Bräunling) zu bilden bei dem nach dem Ausformen des Bräunlings aus der Form das Formmuster zurückbleibt.The publication DE 699 103 84 T2 describes a process for producing a sintered product. It has the following steps: Providing a shape with an inserted basic pattern for defining a shape pattern. Filling the mold near the base pattern with a mixture comprising refractory particles and a heat-volatile binder. Curing the mixture to provide a cured article having a shape pattern that duplicates the base pattern. Heating the green compact to a temperature sufficient to cause the binder and base pattern to leave the green compact to provide a porous refractory article and to urge the refractory particles together by further heating the porous refractory article to a higher temperature to form a sintered, porous article (browning) in which remains after shaping the Braunling from the mold, the shape pattern.

Durch die Druckschrift EP 0 051 634 B1 sind Sinterprodukte mit einer ersten Matrix aus feuerfestem Material und einer zweiten Matrix aus Metall, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Sinterprodukte bekannt. Die erste Matrix besteht aus Körnern eines von einem Metall umhüllten feuerfesten Stoffes. Die zweite Matrix besteht aus einer kontinuierlichen metallischen Phase, die die Poren des Bräunlings vollständig ausfüllt und die Sinterprodukte so im wesentlichen porenfrei sind.
Das Verfahren zum Herstellen dieser Sinterprodukte umfasst die folgenden Schritte: Herstellen einer Mischung aus Körnern des feuerfesten Materials mit Körnern eines Metalls. Vermischen der Körnermischung mit einem wärmeflüchtigen Bindemittel.Through the publication EP 0 051 634 B1 For example, sintered products with a first matrix of refractory material and a second matrix of metal, as well as a method for producing these sintered products are known. The first matrix consists of grains of a metal-coated refractory. The second matrix consists of a continuous metallic phase which completely fills the pores of the tanning bristle and thus the sintered products are essentially free of pores.
The method for producing these sintered products comprises the following steps: preparing a mixture of grains of the refractory material with grains of a metal. Mixing the grain mixture with a heat-volatile binder.

Einfüllen dieser Mischung in eine erwärmte Form und Abkühlen auf Zimmertemperatur unter Abbinden des Bindemittels, so dass ein handhabbarer Grünling entsteht, der aus der Form entfernt wird. Erwärmen des Grünlings, so dass das Bindemittel entweichen kann und die Körner der Mischung miteinander verbunden werden. Erhitzen des so erhaltenen Bräunlings auf eine Temperatur, die es erlaubt ein zweites Metall mit dem Bräunling so in Kontakt zu bringen, dass das zweite Metall schmilzt und durch Kapillarwirkung in die Poren des Bräunlings eingesaugt (infiltriert) wird und diese vollständig ausfüllt.Charge this mixture into a heated mold and cool to room temperature with setting of the binder to form a handleable green body which is removed from the mold. Heating the green body so that the binder can escape and the grains of the mixture are joined together. Heating the bronling thus obtained to a temperature which allows a second metal to be brought into contact with the brown compact so that the second metal melts and is sucked (infiltrated) into the pores of the brown compact by capillary action and completely fills it.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass folgende Probleme bisher nicht gelöst sind:

Beim Verfahren nach DE 699 103 84 T2 können unerwünschte Rückstände beim Entfernen des Grundmusters durch Erhitzen verbleiben, welche die Produktqualität des herzustellenden Gegenstandes beeinträchtigen.
Ebenfalls wird das oftmals aufwändig hergestellte Grundmuster bei der Entformung zerstört und steht damit für weitere Kopiervorgänge nicht mehr zur Verfügung.
Bei den Verfahren nach DE 699 103 84 T2 und EP 0 051 634 81 entstehen unbefriedigende Ergebnisse in Bezug auf Verzug und Schrumpf gegenüber dem Grundmuster, insbesondere bei komplizierten Geometrien.
Die benannten Verfahren benötigen lange Temperierzykten, da der Sinterprozess erst abgeschlossen werden kann, wenn das gesamte Bindemittel vollständig entfernt ist. Auf Grund der Verwendung eines homogenen Gemisches aus Bindemittel und Metallpulver wirkt sich dies bei Geometrien mit großer Wandstärke besonders negativ aus. Daraus resultiert ein hoher Verbrauch an Energie und Schutzgas.
Die benannten Verfahren verwenden homogene Bindemittel - Metallpulvergemische, die auch kostenintensive Hartmetallanteile aufweisen, obwohl deren Funktionalität zum Beispiel nur in bestimmten Teilbereichen und nicht im gesamten Volumen des Erzeugnisses benötigt werden.

In practice, it has been shown that the following problems have not yet been solved:

In the process after DE 699 103 84 T2 undesirable residues may remain when the basic pattern is removed by heating, which affects the product quality of the article to be produced.
Likewise, the basic pattern, which is often laboriously produced, is destroyed during demolding and is thus no longer available for further copying processes.
In the case of DE 699 103 84 T2 and EP 0 051 63481 There are unsatisfactory results in terms of distortion and shrinkage compared to the basic pattern, especially in complicated geometries.
The named methods require long tempering, because the sintering process can only be completed when the entire binder is completely removed. Due to the use of a homogeneous mixture of binder and metal powder, this has a particularly negative effect on geometries with a large wall thickness. This results in a high consumption of energy and inert gas.
The named methods use homogeneous binder - metal powder mixtures, which also have costly carbide portions, although their functionality is needed, for example, only in certain sub-areas and not in the entire volume of the product.

Die in den benannten Verfahren verwendeten homogenen Gemische sind für komplizierte und/oder großvolumige Geometrien aufgrund ihrer ungünstigen rheologischen Eigenschaften wenig geeignet, da bei der Herstellung des Grünlings unerwünschte Hohlräume im Inneren des Formmusters verbleiben können, die sich im Endprodukt wiederfinden.The homogeneous mixtures used in the named processes are not very suitable for complicated and / or large-volume geometries due to their unfavorable rheological properties, since in the production of the green body undesirable voids may remain in the interior of the shape pattern, which are found in the final product.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Verfahren so zu verbessern und zu modifizieren, dass die genannten Nachteile des Standes der Technik eliminiert werden und Sinterprodukte mit verbesserten Eigenschaften in kürzerer Produktionszeit bei geringerem Einsatz von Energie und kostenintensiven Materialien für verschiedene Anwendungen hergestellt werden können.The invention is therefore based on the object of improving and modifying the methods mentioned in the introduction in such a way that the stated disadvantages of the prior art are eliminated and sintered products with improved properties are produced in a shorter production time with less use of energy and costly materials for different applications can.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale sowie durch einen Sintergegenstand nach dem in dem nebengeordneten Anspruch 10 angegebenen Maßnahmen sowie Verwendungen der Sintergegenstände nach den weiteren nebengeordneten Anspruch 18 bis 21. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen rückbezogenen Ansprüche.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1 and by a sintered article according to the specified in the independent claim 10 measures and uses of the sintered articles according to the further independent claim 18 to 21. Further developments are the subject of the respective dependent claims.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes
Fig. 2: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes gefüllt mit einer definierten Menge eines Bindemittel - Metallpulvergemisches
Fig. 3: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit einer ersten Schicht eines ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemisches
Fig. 4: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit einer Schicht eines ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemisches und mit einer Auffüllung
Fig. 5: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit einer Schicht eines ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemisches und mit einer zweiten Füllung
Fig. 6: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit mehreren Schichten von ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemischen
Fig. 7: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit mehreren Schichten von ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemischen und mit einer Auffüllung
Fig. 8: eine Gießform zur Herstellung eines Sinterproduktes mit mehreren Schichten eines ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemisches, mit eingelegten weiteren Materialien oder Einlagen und einer Auffüllung
Fig. 9: Ausgeformtes Formmuster zur Herstellung eines Sinterproduktes mit mehreren Schichten eines ausgehärteten Bindemittel - Metallpulvergemisches, mit eingelegten weiteren Materialien oder Einlagen und einer Auffüllung

The invention is described below with reference to the schematic drawings. Show it:

Fig. 1: a mold for producing a sintered product
Fig. 2: a casting mold for producing a sintered product filled with a defined amount of a binder - metal powder mixture
Fig. 3: a mold for producing a sintered product with a first layer of a cured binder - metal powder mixture
Fig. 4: a mold for producing a sintered product with a layer of a cured binder - metal powder mixture and with a filling
Fig. 5: a casting mold for producing a sintered product with a layer of a cured binder - metal powder mixture and with a second filling
Fig. 6: a mold for producing a sintered product with a plurality of layers of cured binder - metal powder mixtures
Fig. 7: a mold for producing a sintered product with a plurality of layers of cured binder - metal powder mixtures and with a filling
Fig. 8: a casting mold for producing a sintered product with several layers of a cured binder - metal powder mixture, with inserted other materials or deposits and a filling
Fig. 9: A molded shape pattern for producing a sintered product with a plurality of layers of a cured binder - metal powder mixture, with inserted further materials or deposits and a filling

In die in Figur 1 dargestellte Form 1, die das Grundmuster 2 des herzustellenden Sinterproduktes umfasst, wird im ersten Schritt eine erste Füllung 5 aus einer definierten Menge einer Mischung, die Partikel von Metallen und/oder Metalllegierungen und wärmeflüchtige Bindemittel enthält, eingefüllt, wie in Figur 2 dargestellt. Diese Menge der ersten Füllung 5 der Partikel - Bindemittelmischung ist so bemessen, dass der Raum 3 über dem Grundmuster 2 nach dem Einbringen nur teilweise gefüllt ist.
Im zweiten Schritt wird die in die Form eingebrachte Bindemittel - Metallpulvermischung so zum Aushärten gebracht, dass eine sich über die Oberfläche des Grundmusters erstreckende erste Schicht 6 entsteht. (Fig. 3).
Der dritte Schritt umfasst das Einbringen einer Auffüllung 9, die aus einer Partikelmischung von Metallen und/oder Metalllegierungen ohne Bindemittel besteht, in den verbleibenden Raum 3 über dem Grundmuster 2 (Fig. 4) dergestalt, dass die Oberfläche 4 der Auffüllung 9 bis zur Oberkante 13 der Form 1 reicht.
Es folgt Schritt vier, bei dem das Entformen des Grünlings aus der Gießform geschieht (Fig. 9). Das Einbringen der Auffüllung 9 kann alternativ auch nach dem Entformen des Grünlings erfolgen.
Im fünften Schritt erfolgt das Erhitzen des Grünlings nach einem geeigneten Temperaturprofil, so dass, sobald der Sinterprozess den Punkt erreicht hat, an welchem kein Bindemittel mehr vorhanden ist, die endgültige Sintertemperatur eingestellt wird, die der Sintertemperatur der verbliebenen Metallpartikel entspricht.In the form 1 shown in FIG. 1, which comprises the basic pattern 2 of the sintered product to be produced, in the first step a first filling 5 of a defined amount of a mixture containing particles of metals and / or metal alloys and heat-volatile binders is filled, as in FIG Figure 2 shown. This quantity of the first filling 5 of the particle / binder mixture is dimensioned so that the space 3 above the basic pattern 2 is only partially filled after insertion.
In the second step, the binder-metal powder mixture introduced into the mold is hardened so that a first layer 6 extending over the surface of the basic pattern is formed. (Fig. 3).
The third step comprises introducing a padding 9, which consists of a particle mixture of metals and / or metal alloys without binder, into the remaining space 3 above the basic pattern 2 (FIG. 4) such that the surface 4 of the padding 9 up to the upper edge 13 of Form 1 is enough.
This is followed by step four, in which the demolding of the green compact from the casting mold takes place (FIG. 9). The introduction of the filling 9 may alternatively be carried out after removal of the green body.
In the fifth step, the greenware is heated according to a suitable temperature profile, so that once the sintering process has reached the point at which binder is no longer present, the final sintering temperature is set, which corresponds to the sintering temperature of the remaining metal particles.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Schritte eins und zwei ein- oder mehrmals wiederholt, um durch das Einbringen einer zweiten Füllung 7 oder von weiteren Füllungen zu einer zweiten Schicht 8 oder zu mehrschichtig aufgebauten Erzeugnissen zu gelangen, (Fig.5, 6)In a preferred embodiment of the method, steps one and two are repeated one or more times in order to arrive at a second layer 8 or multilayer products by introducing a second filling 7 or further fillings (FIGS. 5, 6).

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird durch geeignete Maßnahmen erreicht, dass die erste Schicht 6 oder weitere Schichten sich gezielt nicht über die gesamte Oberfläche des Grundmusters 2 oder weiterer Schichten erstrecken.In a further variant of the method, it is achieved by suitable measures that the first layer 6 or further layers do not specifically extend over the entire surface of the basic pattern 2 or further layers.

In einer weiteren Ausführung des Verfahrens werden massive Materialien und /oder Objekte in den Raum oberhalb der bereits ausgehärteten Schichten eingebracht (Fig. 8).In a further embodiment of the method, massive materials and / or objects are introduced into the space above the already hardened layers (FIG. 8).

In einer Ausbildung des Verfahrens wird die Verteilung einer Füllung zur Ausbildung einer Schicht beispielsweise durch Bewegen der Gießform während des Aushärtens des Bindemittels erreicht.In one embodiment of the method, the distribution of a filling to form a layer is achieved, for example, by moving the casting mold during the curing of the binder.

In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird die Verteilung einer Füllung zur Ausbildung einer Schicht durch das Einführen eines Verdrängerkörpers in die Form 1 erreicht.In a further embodiment of the method, the distribution of a filling to form a layer is achieved by introducing a displacement body into the mold 1.

Die Stärken der dabei gebildeten Schichten können dabei sowohl gleichförmig als auch gezielt ungleichförmig ausgebildet sein.The thicknesses of the layers formed thereby can be uniform as well as deliberately non-uniform.

Die Ausbildung der Partikel und ihre Vermischung mit dem Bindemittel lassen sich in weiten Bereichen variieren. So ist es grundsätzlich möglich, Partikel unterschiedlicher Größen und geometrischer Formen in fester und/oder flüssiger und/oder gasförmiger Form dem Bindemittel zuzugeben, um diese darin gezielt zu verteilen, um beispielsweise Sinterprodukte für den Einsatz bei Prozessen zu erzeugen, die eine homogene Be- und Entlüftung erfordern.
Der hydraulische Widerstand des Sinterproduktes kann gezielt dem Prozess angepasst werden, indem die Kornverteilung entsprechend eng oder breit oder aber die Kornform als ausgewählt kugelig oder mit zufälligem Querschnitt gewählt wird.The formation of the particles and their mixing with the binder can be varied within wide ranges. Thus, it is fundamentally possible to add particles of different sizes and geometric shapes in solid and / or liquid and / or gaseous form to the binder in order to distribute them in a targeted manner in order, for example, to produce sintered products for use in processes which have a homogeneous composition. and require ventilation.
The hydraulic resistance of the sintered product can be specifically adapted to the process by the grain distribution corresponding to narrow or wide or the grain shape is selected as selected spherical or with random cross-section.

Dem gleichen Einsatzzweck dient auch die Verwendung von hochwärmeleitfähigen Partikeln extrem kleiner Durchmesser bis in den Nanometerbereich, wodurch eine partielle oder flächige Schicht an der Produktoberfläche entsteht, die wie eine extrem wärmeleitfähige Beschichtung wirkt.The same purpose is also the use of highly heat conductive particles extremely small diameter down to the nanometer range, creating a partial or planar layer on the product surface is formed, which acts as an extremely thermally conductive coating.

Eine hohe Wärmeleitfähigkeit an definierten, beliebigen Stellen im Produkt selbst kann beispielsweise auch erreicht werden, wenn vorzugsweise gas- oder flüssigkeitsdichte, infiltrierbare Hohlkörper in die Bindemittel-Partikelmischung in die Auffüllung eingebracht werden, sodass partiell infiltrierte gas- und flüssigkeitsdichte Kanäle im Sinterprodukt entstehen.A high thermal conductivity at defined, arbitrary points in the product itself can also be achieved, for example, if preferably gas- or liquid-tight, infiltratable hollow bodies are introduced into the binder-particle mixture in the filling, so that partially infiltrated gas- and liquid-tight channels are formed in the sintered product.

In einer weiteren Variante werden nicht infiltrierbare poröse oder massive Hohl- oder Massivkörper in die Auffüllung eingebracht, um spezifische Eigenschaften des Sinterproduktes zu generieren, die spezifische Prozesse erfordem. So können beispielsweise Graphitkörper eingebracht werden, um eine erforderliche Gewichtsreduktion zu erzielen.In a further variant, non-infiltratable porous or solid hollow or solid bodies are introduced into the padding in order to generate specific properties of the sintered product, which require specific processes. For example, graphite bodies can be incorporated to achieve a required weight reduction.

Der Abform- und Sinterprozess ermöglicht bei Auswahl eines geeigneten Partikelgrößenmischung bis in den Nanometerbereich die Abformung von Mikro-und/oder Nanooberflächen. Dieses führt zur Möglichkeit direkt aus der Natur stammende Mikro- oder Nanooberflächen oder andere Mikro- oder Nanooberflächen abzuformen und damit deren spezifische funktionelle Eigenschaften auf die Oberfläche zu übertragen.The molding and sintering process allows for the impression of micro and / or nano surfaces when selecting a suitable particle size mixture down to the nanometer range. This results in the ability to mold directly from nature derived micro or nano surfaces or other micro or nano surfaces and thus to transfer their specific functional properties on the surface.

Eine bevorzugte Durchführung des Verfahrens sieht beispielsweise vor, dass man bei geeigneter Auswahl der Einsatzmaterialien zu einem porösen Sinterprodukt gelangt, welches Eigenschaften als Filter besitzt und/oder als Eigenschaftstransformator des den porösen Körper durch- und/oder umströmenden Fluids wirkt.A preferred implementation of the method provides, for example, that, with a suitable selection of the feedstock, a porous sintered product is obtained which has properties as a filter and / or acts as a property transformer of the fluid through and / or flowing around the porous body.

In ausgewählten Anwendungen ist es von Vorteil, wenn innerhalb des Sinterproduktes partiell oder vollständig leitende Zonen zur Realisierung elektrischer Eigenschaften vorhanden sind. Die gezielte Einbringung leitender oder halbleitender Materialien und/oder isolierender Materialien erfolgt entweder vor dem Aushärten einzelner Schichten oder vor der Auffüllung.In selected applications, it is advantageous if partially or completely conductive zones for realizing electrical properties are present within the sintered product. The targeted introduction of conductive or semiconducting materials and / or insulating materials takes place either before the curing of individual layers or before filling.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist die freie Kombinierbarkeit der beschriebenen Prozessschritte, der Materialien und damit der spezifischen Eigenschaften der Einzelanwendungen die somit zu komplexen Funktionseigenschaften innerhalb eines Produktes führen.A particular advantage of the method is the free combinability of the process steps described, the materials and thus the specific properties of the individual applications which thus lead to complex functional properties within a product.

Durch das Bereitstellen eines Grundmusters als Gießform und dessen Entformen entfällt die Problematik der unerwünschten Rückstände durch thermisches Entfernen des Grundmusters wie in der Druckschrift DE 699 103 84 T2 beschrieben. Soll das Grundmuster direkt abgeformt werden, um zu einem mehrschichtigen Sinterprodukt zu gelangen, so wird das Grundmuster im kalten Zustand chemisch aufgelöst, das Grundmuster und das Lösungsmittel sind dann aufeinander für diese Aufgabe abzustimmen.By providing a basic pattern as a mold and its demolding eliminates the problem of unwanted residues by thermal removal of the basic pattern as in the document DE 699 103 84 T2 described. If the basic pattern is to be shaped directly in order to obtain a multilayer sintered product, the basic pattern is chemically dissolved in the cold state, the basic pattern and the solvent then have to be matched to one another for this task.

Beim Umformverfahren vom Grundmuster zur Form wird das Grundmuster nicht zerstört. Es steht für weitere Duplikationsvorgänge zur Verfügung. Dies ist bei der Herstellung von kostenintensiven Grundmustern angezeigt.In the forming process from the basic pattern to the shape, the basic pattern is not destroyed. It is available for further duplication operations. This is indicated in the production of costly basic patterns.

Durch den schichtweisen Aufbau des Sinterprodukts muss nur solange das Bindemittel aus den jeweiligen mit Bindemittel versetzten Schichten entzogen werden, solange noch Bindemittel in den einzelnen Schichten vorhanden ist. Sobald kein Bindemittel im zu versintemden Anteil des Erzeugnisses mehr vorhanden ist, können in einem einzigen temperaturkonstanten und wesentlich verkürzten Sinterprozess die verbliebenen Metallpartikel der bindemittelfreien Auffüllung versintert werden. Dies führt zu einer zeitlichen Verkürzung des Gesamtprozesses, zu Energieeinsparung und zur Reduzierung von Schutzgasverbrauch.Due to the layered structure of the sintered product, the binder only has to be removed from the respective binder-added layers as long as binder is present in the individual layers. As soon as a binder is no longer present in the portion of the product that is too fragile, the remaining metal particles of the binder-free filling can be sintered in a single, temperature-constant and substantially shortened sintering process. This leads to a shortening of the overall process, to energy savings and to the reduction of inert gas consumption.

Durch den schichtweisen Aufbau ist es möglich, den einzelnen Schichten definierte Eigenschaften zuzuordnen, zum Beispiel können teure Werkstoffe gezielt in definierten Schichten eingesetzt werden, wo man diese aufgrund der gewünschten Eigenschaft des Sinterproduktes benötigt. Zum Beispiel können teure Partikeimischungen mit Partikeln in der Größenordnung von Nanometern (Nanostäube) zur Herstellung der Oberfläche etwa für die Abbildung einer Naturoberfläche gezielt eingesetzt werden. Durch den Einsatz von kostenintensiven Materialien nur an Orten, wo sie tatsächlich benötigt werden, lassen sich Materialkosten einsparen.The layered structure makes it possible to assign defined properties to the individual layers; for example, expensive materials can be used specifically in defined layers, where they are needed because of the desired property of the sintered product. For example, expensive particle mixes can With particles on the order of nanometers (nanoparticles) for the production of the surface can be used specifically for the imaging of a natural surface. By using cost-intensive materials only in places where they are actually needed, material costs can be saved.

Durch das gezielte Auswählen und Abstimmen von Materialmischungen und deren Korngrößen und -formen ist es möglich, Gemische herzustellen, welche sehr gute Fließeigenschaften haben. Dies wird durch das Herstellen eines schichtartigen Aufbaus besonders begünstigt, da der Anteil an flüssig zu verarbeitenden Material im Vergleich zum Gesamtvolumen des herzustellenden Gegenstandes klein ist und somit innerhalb der Zeit bis zur Aushärtung des Bindemittels so zu verarbeiten ist, dass keine unerwünschten Hohlräume während des Aushärtens des Bindemittels entstehen können.Through the targeted selection and tuning of material mixtures and their particle sizes and shapes, it is possible to produce mixtures which have very good flow properties. This is particularly favored by the production of a layered structure, since the proportion of material to be processed liquid is small compared to the total volume of the article to be manufactured and thus to process within the time to curing of the binder so that no unwanted voids during curing of the binder can arise.

Im Nachfolgenden wird die Herstellung des Sinterprodukts für die beispielhafte Verwendung als Formeinsatz zum Thermoformen einer thermoplastischen Kunststofffolie für die Serienproduktion von Joghurtbechern mit Thermoformautomaten beschrieben.
Ein Grundmuster wird durch das bekannte RTV Verfahren abgeformt.
Ein Zweikomponenten - Harzbad wird hergestellt. Diesem werden Partikel aus Wolframkarbidpulver, Eisenpulver und Messingpulver beigemengt. Das Harzbad - Metallpartikelgemisch wird homogen vermischt und in die Form verbracht.
Die Form wird auf einem Rütteltisch solange bewegt, bis das Harzbad - Metallpartikelgemisch dünnflüssig ist. Anschließend polymerisiert das Harz in der Form bei ca. 37°C und härtet unter ständigen weiteren Bewegungen aus, Nach dem Aushärten wird die Form mit einem Eisenpulvergemisch aufgefüllt und anschließend entformt.. Das ausgehärtete Kunstharz-Metallpulvergemisch wird in einen Wasserstoff - Reduktionsofen verbracht und mit einem Temperaturprofil bis 1300°C ausgebrannt. Es entsteht bei diesem Prozess ein Sintermetallprodukt aus den Bestandteilen Wolframcarbid, Eisen und Messing. Die Oberfläche des Sinterproduktes ist extrem hart, da die Oberfläche einen hohen Wolframcarbidanteil enthält. Sie ist ebenfalls extrem glatt, da die sehr kleinen Wolframcarbidpartikel bei der Erzeugung der ersten Schicht an die Oberfläche der Gießform gelangt sind. Der gesamte Sinterkörper ist gas- und flüssigkeitsdurchlässig.
Es entsteht ein Werkzeugeinsatz für die Tiefziehtechnik, der durch die poröse Struktur gut entlüftbar ist. Es entfallen das bei der Produktion konventionell hergestellter Formeinsätze nachträgliche Einbohren von Entlüftungskanälen zum Abtransport des Luftvolumens während des Verformens.
Die homogen über die gesamte Fläche abtransportierte Luft verhindert die bei der konventionellen Methode entstehenden Unregelmäßigkeiten an der Folienoberfläche. Des weiteren kann die komprimierte Luft, die während des Tiefziehvorgangs entsteht, wesentlich schneller abtransportiert werden, was zu einer Verkürzung der Taktzeiten während des Tiefziehvorganges führt. Ein weiterer Vorteil besteht in der hohen Wärmeleitfähigkeit des Werkzeugmaterials. Dies führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Verformzeit und vor allem zu einer wesentlichen Verbesserung der Optik und der Eigenschaften des tiefgezogenen Materials durch hohe Temperaturgradienten.Hereinafter, the production of the sintered product for the exemplary use as a mold insert for thermoforming a thermoplastic resin film for series production of yogurt cups with thermoforming machines will be described.
A basic pattern is molded by the known RTV method.
A two component resin bath is made. These are particles of tungsten carbide powder, iron powder and brass powder added. The resin bath - metal particle mixture is homogeneously mixed and spent in the mold.
The mold is moved on a vibrating table until the resin bath - metal particle mixture is fluid. Subsequently, the resin polymerizes in the mold at about 37 ° C and cures under constant further movements, After curing, the mold is filled with an iron powder mixture and then demolded .. The cured resin-metal powder mixture is placed in a hydrogen - reduction furnace and with burned out a temperature profile up to 1300 ° C. This process produces a sintered metal product from the constituents tungsten carbide, iron and brass. The surface of the sintered product is extremely hard because the surface contains a high tungsten carbide content. It is also extremely smooth, since the very small tungsten carbide particles generate the first Layer have reached the surface of the mold. The entire sintered body is gas and liquid permeable.
The result is a tool insert for the thermoforming technique, which is well ventilated by the porous structure. It eliminates the in the production of conventionally produced mold inserts subsequent drilling of ventilation channels for the removal of air volume during deformation.
The homogeneously transported air over the entire surface prevents the irregularities at the film surface, which arise with the conventional method. Furthermore, the compressed air that arises during the deep-drawing process can be transported away much faster, which leads to a shortening of the cycle times during the deep-drawing process. Another advantage is the high thermal conductivity of the tool material. This also leads to a reduction of the deformation time and above all to a significant improvement in the appearance and the properties of the deep-drawn material by high temperature gradients.

Verwendung des Sinterproduktes als Heizplatte für die Vervielfältigung von DNA-Material, das an seiner freigestaltbaren Oberflächenstruktur porös ist und in der zweiten Schicht flächig oder partiell hochwärmeleitfähig ist und/oder diese Flächen mittels flüssiger oder gasförmiger Kühl- oder Heizmitteln und/oder auf elektrischen Effekte beruhende Heizung oder Kühlung zwangstemperiert werden kann. Mit dem Einsatz einer solchen Heizplatte gemäß oben beschriebenem Herstellungsverfahren ist es möglich, Temperaturgradienten zu erreichen, wie sie in der Genforschung angestrebt werden. Dies kann die Polymerisationszeiten und damit die Produktionszeiten bei der DNA-Vervielfältigung weiter verkürzen.Use of the sintered product as a heating plate for the duplication of DNA material, which is porous on its free-formable surface structure and in the second layer surface or partially highly heat conductive and / or these surfaces by means of liquid or gaseous cooling or heating means and / or based on electrical effects Heating or cooling can be tempered. With the use of such a heating plate according to the above-described manufacturing method, it is possible to achieve temperature gradients, as they are sought in genetic research. This can further shorten the polymerization times and thus the production times in DNA replication.

Verwendung des Sinterproduktes als leicht zu reinigender Gebrauchsgegenstand. Mit dem neuen Verfahren ist es möglich durch den gezielten Einsatz von metallischen und/oder nichtmetallischen Partikeln mit Korngrößen von einigen Nanometern direkt in der Natur vorkommende Mikrooberflächen abzuformen und damit Funktionsflächen zu erzeugen, die zur Imitation der spezifischen funktionellen Eigenschaften von Naturoberflächen geeignet sind. So kann zum Beispiel die Funktionsoberfläche einer Lotusblüte abgeformt werden, womit die Imitation des "Lotuseffektes" gelingt. Die Oberflächenstruktur der Lotusblüte bewegt sich im Mikrometerbereich, somit liegt die Abbildungsgenauigkeit bei dem neuen Verfahren bei ca. 1:100, womit eine sehr gute Imitation des Effektes gelingt,Use of the sintered product as an easy-to-clean commodity. By means of the targeted use of metallic and / or non-metallic particles with particle sizes of a few nanometers, the new process makes it possible to mold micro-surfaces occurring directly in nature and thus to produce functional surfaces which are suitable for imitating the specific functional properties of natural surfaces. For example, the functional surface of a lotus flower can be molded, thus succeeding in imitating the "lotus effect". The surface structure of the lotus flower moves in the micrometer range, so the imaging accuracy of the new process is about 1: 100, which achieves a very good imitation of the effect,

Verwendung eines mehrschichtiges Sinterproduktes als Filter- und Detektoreinheit. Durch die Kombination von Verfahrensschritten ist es möglich einen partiell infiltrierten Rundhohlkörper herzustellen, der das Kernstück einer Filter- und Detektoreinheit für ein neuartiges Feinstaubmessgerät bildet. Dabei wird ein Hohlkörper, der an der Stelle, an der Feinstäube zu deponieren sind, eine poröse betaaktive Nanooberfläche besitzt, so hergestellt, dass die zu messende Staubschicht, deren Dicke proportional zur Staubkonzentration in Luft ist, an dieser Stelle angesaugt und deponiert werden, um dann mittels eines geeignetes Messverfahrens, zum Beispiel durch Betaabsorptionsmessung, ein Maß für die Staubkonzentration in Luft zu erhalten. Die wesentlichen Vorteile einer derartigen Filter-Detektoreinheit gegenüber Messgeräten gemäß dem Stand der Technik bestehen in der homogenen Deposition von Partikeln über den gesamten Bereich der Depositionsfläche, dem hohen Durchsatz und der einfachen Reinigung der Depositionsfläche innerhalb des Gerätes selbst mittels geeigneter Reinigungstechniken wie zum Beispiel Ultraschall und/oder Ausblasen der Ansaugfläche. Es werden keine herkömmlichen Einwegfilter benötigt.Use of a multilayer sintered product as a filter and detector unit. Through the combination of process steps, it is possible to produce a partially infiltrated round hollow body, which forms the core of a filter and detector unit for a novel particulate matter. In this case, a hollow body, which has a porous beta-active nano surface at the point at which fine dust is deposited, prepared so that the dust layer to be measured, the thickness of which is proportional to the dust concentration in air, are sucked in and deposited at this point then by means of a suitable measuring method, for example by beta absorption measurement, to obtain a measure of the dust concentration in air. The main advantages of such a filter-detector unit over prior art measuring devices consist in the homogeneous deposition of particles over the entire area of the deposition surface, the high throughput and easy cleaning of the deposition surface within the device itself by means of suitable cleaning techniques such as ultrasound and / or blowing out the suction surface. There are no conventional disposable filters needed.

Verwendung eines Sinterproduktes als radioaktive Abschirmung mit gezielten Abschirm- und Kollimatoreigenschaften, zum Beispiel als homogene Strahlenquelle mit definierten Strahlenaustrittskanälen, welche als Durchstrahlungsquelle wesentlicher Bestandteil eines neuartigen bildgebenden Durchstrahlungsgerät sein kann. Bezugszeichenliste 1 Form 2 Grundmuster 3 Raum 4 Oberfläche 5 Erste Füllung 6 Erste Schicht 7 Zweite Füllung 8 Zweite Schicht 9 Auffüllung 10 Einlagen 11 Formmuster 12 Ausgehärteter Gegenstand 13 Oberkante s Schichtstärke q Querschnitt Use of a sintered product as a radioactive shielding with targeted shielding and Kollimatoreigenschaften, for example, as a homogeneous radiation source with defined radiation exit channels, which can be as a source of radiation essential part of a novel imaging radiographic device. <B> LIST OF REFERENCES </ b> 1 shape 2 pattern 3 room 4 surface 5 First filling 6 First shift 7 Second filling 8th Second shift 9 filling 10 insoles 11 shape pattern 12 Hardened article 13 top edge s layer thickness q cross-section

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sinterproduktes umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Form (1), die ein Grundmuster (2) aufweist, um ein Formmuster (11) zu definieren, das kopiert werden soll;

b) Füllen der Form (1) mit einer Mischung, die Partikel von Metallen und/oder Metalllegierungen und wärmeflüchtige Bindemittel aufweist;

c) Aushärten der Mischung unter Verbindung der Partikel mit den Bindernitteln, um einen ausgehärteten Gegenstand (12) mit einem Formmuster (11) daran bereitzustellen, wobei das Formmuster (11) das Grundmuster (2) kopiert; und

d) Ausformen des ausgehärteten Gegenstandes (12) aus der Form (1)

e) Erhitzen des ausgehärteten Gegenstandes (12) zur Entfernung der Bindemittel und zum Verbinden der Partikel dadurch gekennzeichnet, dass

f) das Füllen der Form (1) mit der Mischung so durchgeführt wird, dass ein Raum (3) über dem Grundmuster (2) mit einer ersten Füllung (5) nur teilweise gefüllt wird und dass

g) das Aushärten der ersten Füllung (5) unter Zuhilfenahme von Maßnahmen erfolgt, die eine Ausbildung einer ersten Schicht (6), die eine Schichtstärke (s) aufweist, am Grundmuster (2) zur Folge haben.

Process for producing a sintered product comprising the following steps: a) providing a mold (1) having a basic pattern (2) to define a shape pattern (11) to be copied;

b) filling the mold (1) with a mixture comprising particles of metals and / or metal alloys and heat-volatile binders;

c) curing the mixture to combine the particles with the binder agents to provide a cured article (12) having a mold pattern (11) thereon, wherein the mold pattern (11) copies the master pattern (2); and

d) shaping the cured article (12) from the mold (1)

e) heating the cured article (12) to remove the binder and to join the particles, characterized in that

f) the filling of the mold (1) with the mixture is carried out such that a space (3) above the basic pattern (2) is only partially filled with a first filling (5) and that

g) the curing of the first filling (5) takes place with the aid of measures which result in the formation of a first layer (6) having a layer thickness (s) on the basic pattern (2).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aushärten der ersten Schicht (6) eine zweite Füllung (7) und gegebenenfalls weitere Füllungen in den Raum (3) über dem Grundmuster (2) zur Ausbildung einer zweiter Schicht (8) und weiterer Schichten eingebracht werden.A method according to claim 1, characterized in that after curing of the first layer (6) a second filling (7) and optionally further fillings in the space (3) over the basic pattern (2) for forming a second layer (8) and further Layers are introduced.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aushärten einer Schicht der Raum (3) über dem Grundmuster (2) vor dem Erhitzen des ausgehärteten Gegenstandes (12) zur Entfernung des Bindemittels und zum Verbinden der Partikel mindestens teilweise mit einer Auffüllung (9) aus Partikeln von Feststoffen gefüllt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after curing of a layer of the space (3) over the basic pattern (2) before heating the cured article (12) for removing the binder and for joining the particles at least partially with a filling (9) is filled from particles of solids.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Ausbildung einer Schicht darin bestehen, dass die Form (1) einer Bewegung unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measures for forming a layer consist in that the mold (1) is subjected to a movement.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Ausbildung einer Schicht darin bestehen, dass ein Verdrängerkörper in die Form (1) eingeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measures for forming a layer consist in that a displacement body is introduced into the mold (1).

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Ausbildung einer Schicht so ausgeführt werden, dass die Schichtstärke (s) der Schicht mindestens teilweise gleichförmig über die Oberfläche des Grundmusters (2) oder einer zuvor gebildeten Schicht ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measures for forming a layer are carried out so that the layer thickness (s) of the layer at least partially uniformly over the surface of the base pattern (2) or a previously formed layer is formed.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Ausbildung einer Schicht so ausgeführt werden, dass die erste Schicht (6) die Oberfläche des Grundmusters (2) oder eine weitere Schicht die Oberfläche einer zuvor gebildeten Schicht mindestens teilweise bedeckt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measures for forming a layer are carried out so that the first layer (6) the surface of the basic pattern (2) or another layer at least partially covers the surface of a previously formed layer.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Teilflächen des Grundmusters (2) direkt von Naturoberflächen abgeformt werden, sodass die Übertragung spezifischer funktioneller Eigenschaften von Naturoberflächen und anderer Oberflächen ermöglicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least partial surfaces of the basic pattern (2) are molded directly from natural surfaces, so that the transfer of specific functional properties of natural surfaces and other surfaces is made possible.

Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Infiltration mit elektrisch halbleitenden oder elektrisch leitenden Materialien ein Sinterprodukt mit bestimmten elektrischen, elektromagnetischen oder magnetischen Eigenschaften erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sintered product with certain electrical, electromagnetic or magnetic properties is produced by infiltration with electrically semiconductive or electrically conductive materials.

Sinterprodukt mit mindestens einer ersten Matrix, wobei die erste Matrix mindestens teilweise Partikel von Metallen oder Metalllegierungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Matrix als eine erste Schicht (6) mit einer Schichtstärke (s) ausgeführt ist, die im wesentlichen kleiner ist als der Querschnitt (q) des Sinterproduktes und die erste Schicht (6) eine definierte Porosität aufweist.Sintered product having at least a first matrix, wherein the first matrix at least partially comprises particles of metals or metal alloys, characterized in that the first matrix is designed as a first layer (6) with a layer thickness (s) which is substantially smaller than that Cross-section (q) of the sintered product and the first layer (6) has a defined porosity.

Sinterprodukt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Schicht (8) oder weitere Schichten aufweist.Sintered product according to claim 10, characterized in that it comprises a second layer (8) or further layers.

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (7, 8) oder weitere Schichten eine gleichmäßige Schichtstärke (s) aufweisen.Sintered product according to one of claims 10 or 11, characterized in that the layers (7, 8) or further layers have a uniform layer thickness (s).

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (7, 8) oder weitere Schichten eine gezielt ungleichmäßige Schichtstärke (s) aufweisen.Sintered product according to one of claims 10 or 11, characterized in that the layers (7, 8) or further layers have a specifically uneven layer thickness (s).

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht mindestens teilweise aus feuerfesten Stoffen wie Wolframcarbid oder Metalllegierungen dieser Art besteht.Sintered product according to one of claims 10 to 13, characterized in that at least one layer at least partially consists of refractory materials such as tungsten carbide or metal alloys of this type.

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Auffüllung (9) aus verbundenen Partikeln eines Feststoffs, eines Metalls oder einer Metalllegierung aufweist, die an eine Schicht (7, 8) oder an eine weitere Schicht grenzt und mit ihr verbunden ist.Sintered product according to one of claims 10 to 14, characterized in that it comprises a filling (9) of bonded particles of a solid, a metal or a metal alloy which adjoins a layer (7, 8) or another layer and with it connected is.

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffüllung (9) Einlagen (10) aus infiltrierbaren Werkstoffen aufweist.Sintered product according to one of claims 10 to 15, characterized in that the filling (9) has inserts (10) of infiltratable materials.

Sinterprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffüllung (9) Einlagen (10) aus nichtinfiltrierbaren Werkstoffen aufweist.Sintered product according to one of claims 10 to 16, characterized in that the filling (9) has inserts (10) of non-infiltratable materials.

Verwendung eines Sinterprodukts nach einem der Ansprüche 10 - 17 als Umformwerkzeug für Fertigungsprozesse, wie etwa Tiefziehen.Use of a sintered product according to any one of claims 10 - 17 as a forming tool for manufacturing processes, such as deep drawing.

Verwendung eines Sinterprodukts nach einem der Ansprüche 10 - 17 als Filter und/oder Eigenschaftstransformator für Fluide, die das Sinterprodukt durch- und/oder umströmen.Use of a sintered product according to one of claims 10 to 17 as a filter and / or property transformer for fluids which flow through and / or around the sintered product.

Verwendung eines Sinterprodukts nach einem der Ansprüche 10 - 17 als Heizplatte.Use of a sintered product according to any one of claims 10 to 17 as a heating plate.

Verwendung eines Sinterprodukts nach einem der Ansprüche 10 - 17 als Abschirmkörper für radioaktive Strahlung.Use of a sintered product according to one of Claims 10 to 17 as a radioactive radiation shielding body.