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Title:
ADJUSTMENT OF THE SURFACE ROUGHNESS OF A SURFACE DURING THE PRESSING OF A GREEN BODY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/210499
Kind Code:
A1
Abstract:
By the use of layers (13) which are easily removable from the solid pressing stamps (4', 4''), a rough surface of a green ceramic body (7) can be achieved in a simple manner.

Inventors:
BECK, Thomas (Jägerstr. 25 D, Panketal, 16341, DE)
DIETRICH, Jens (Lilienthalstr. 70, Falkensee, 14612, DE)
KREUZIGER, Sven (Pontstr. 123, Aachen, 52062, DE)
Application Number:
EP2018/059521
Publication Date:
November 22, 2018
Filing Date:
April 13, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B30B11/02; B28B11/08; B28B11/10; C04B37/00
Foreign References:
US20050022921A12005-02-03
US5252279A1993-10-12
US20100015396A12010-01-21
US20100047512A12010-02-25
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Pressen eines Grünkörpers (7),

insbesondere einer grünen CMC-Komponente (7),

wobei zumindest ein,

insbesondere zwei,

Pressstempel (4 4λ λ) verwendet werden,

die Oberflächen (10 10 λ λ) aufweisen,

die mit dem zu pressenden Grünkörper (7) in Kontakt kommen und zusammenpressen können,

wobei auf zumindest einer Oberfläche (10 10 λ λ) der Press Stempel (4 4λ λ) eine leicht entfernbare Schicht (13 λ) aufgebracht ist.

2. Verfahren zur Einstellung der Oberfläche (11 11 λ λ) eines CMC-Grünkörpers (7),

bei dem eine raue Oberfläche (11 11 λ λ) des Grünkörpers (7) dadurch erreicht wird,

dass zumindest ein Pressstempel (4 4λ λ) eine Schicht ( 13 λ ) aufweist,

insbesondere beide Pressstempel (4 4λ λ) eine Schicht (13 ...) aufweisen,

die entsprechend grob ausgebildet ist oder sind,

wobei die Schicht (13 λ) oder Schichten (13 ...) leicht entfernbar ist oder sind von der Oberfläche (10 10 λ λ) der Pressstempel (4 4λ λ).

3. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

bei dem die zumindest eine Schicht (13 λ) eine thermisch ge¬ spritzte Schicht aus grobem Pulver darstellt,

das zumindest 20% gröber ist als das Pulver des Grünkörpers (7) .

4. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schicht (13 λ) oder Schichten (13 ...) eine durch Schlicker aufgebrachte Schicht darstellt mit einem groben Pulver,

das zumindest 20% gröber ist als das Pulver des Grünkörpers

(7) .

5. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das grobe Pulver Graphit und/oder Metall aufweist.

6. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das grobe Pulver Keramik aufweist.

7. Vorrichtung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem die Pressstempel (4 4λ λ) aus Metall, insbesondere Hartmetall sind.

Description:
Einstellung der Oberflächenrauigkeit einer Oberfläche beim

Pressen eines Grünkörpers

Die Erfindung betrifft die Beeinflussung der Oberflächen- rauigkeit einer CMC-Komponente, das als Grünteil zusammenge- presst wird bevor aus gesintert wird.

Der Einsatz von CMC Werkstoffen wird wegen immer höheren Tem- peraturanforderungen zukünftiger Gasturbinen im Heißgasbereich, notwendig. Hergestellt werden diese Werkstoffe z.B. im Schlickergussverfahren. Dabei werden keramische Fasermatten von einem Schlickerguss verbunden. Das ganze wird über eine Abformtechnik auf Bauteilgeometrie ausgeformt. Anschließend getrocknet und gesintert. Auch diese so hergestellten Bau ¬ teile benötigen ähnlich wie metallische Heißgas-Bauteile eine TBC Schutzbeschichtung . Um eine möglichst gute Anhaftung dieser TBC zu erreichen muss eine bestimmte Oberflächenbeschaf ¬ fenheit, d. h. Rauigkeit vorhanden sein. Diese Rauigkeit ent- steht nicht automatisch im Schlickergussprozess . Es ist auch aufwändig dies nach dem Guss mechanisch einzubringen.

Eine gute Anbindung wird erreicht, indem man die zu beschich ¬ tende Oberfläche mit einem ps-Laser abtragend strukturiert. Außerdem zeigt sich, dass beim direkten Strukturieren mit dem Laser auf der CMC-Oberfläche auch die oberflächennahen eingebetteten Fasermatten teilweise durchtrennt werden. Deshalb starten gerade Versuche, die Gegenstruktur in die Formwerkzeuge einzubringen. Ob sich damit geeignete Strukturen pres- sen lassen ist noch nicht bekannt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung o.g. Problem zu lösen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen. Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Es zeigen Figur 1 schematisch wie ein Grünkörper eines CMC zusammen- gepresst wird und

Figur 2 einen erfindungsgemäßen Pressstempel.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Gegenstück einer gewünschten Oberflächenmodifikation eines Grünkörpers additiv auf ein Formwerkzeug aufzubringen. Damit erhält man bei jedem Abguss (Abdruck) die gewünschte Oberflächenstruktur.

Ausführungsbeispiele :

1. Beschichten, insbesondere thermisches Beschichten des Formwerkzeuges mit einer sehr grobkörnigen und damit rauen Oberfläche. Wird dann im Herstellungsprozess die Faserver ¬ bundmatte mit dem Matrixwerkstoff in die Form gepresst, ergibt sich die gewünschte Oberflächenstruktur.

2. Einstreichen des Formwerkzeugs mit einem Schlicker, der Partikel geeigneter Größe enthält. Der Schlicker ist vorzugs ¬ weise ein Gemisch aus Trägerflüssigkeit, Pulver und insbeson ¬ dere auch einem Binder. Die Partikel sind aus Material das sich nach Abguss (Abpress ) -Prozess entfernen lässt, insbeson ¬ dere Graphit oder geeignete Metalle.

Nach Trocknen des Schlickers, insbesondere ohne Ausbindern, wird dann im Herstellungsprozess die Faserverbundmatte mit dem Matrixwerkstoff in die Form gepresst, so ergibt sich die gewünschte Oberflächenstruktur. Die Partikel werden nach dem Ausformen teilweise in der Oberfläche der CMC mit eingebunden sein .

Kohlenstoff lässt sich mit einer Warmbehandlung unter Atmosphäre rückstandslos entfernen.

Metalle können mit geeigneter Säure gelöst werden.

Ein kompletter Nachbearbeitungsschritt entfällt. Daraus re ¬ sultiert eine Kosteneinsparung. Weiterhin reduziert sich die Durchlaufzeit .

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit Press ¬ stempel, insbesondere oberen 4 λ und unteren 4 λ λ Pressstempeln, die mittels einer Kraft F einen Grünkörper 7 zusammen- drücken.

Die Pressstempel 4 λ , 4 λ λ sind aus Metall, insbesondere Hart ¬ metall.

Dieser Grünkörper 7 ist vorzugsweise ein CMC und besteht aus mehreren Lagen (plies) . Diese Lagen wiederum enthalten Fasern, insbesondere ein Fasergeflecht, die in einer kerami ¬ schen Matrix eingebettet sind. Ebenso kann eine keramisch ¬ metallische Matrix verwendet werden. Vorzugsweise werden SiC-Fasern, Aluminiumoxid-Fasern, Mul- lite-Fasern und/oder Aluminiumoxid/Mullite-Fasern verwendet. Als Matrix-Material wird entsprechend Siliziumkarbid (SiC) oder Aluminiumoxid und/oder Aluminiumoxid/Mullite verwendet. Die einzelnen Lagen werden mittels einer Kraft F zusammenge- presst, solange die Keramik noch grün, also ungesintert ist. Dabei soll auf die äußere Oberfläche 11 11 λ λ des Grünkör ¬ pers 7 eine gewisse Strukturierung oder Rauheit erzeugt wer ¬ den .

Dies erfolgt durch eine Beschichtung der Oberfläche 10 10 λ λ der/des Pressstempel (s) 4 λ , 4 λ λ (Fig. 2) mit einer Schicht 13 λ . Hier ist nur exemplarisch ein Pressstempel 4 λ mit der Schicht 13 λ dargestellt. Dies kann ebenso für den anderen Pressstempel 4 λ λ oder für beide Pressstempel 4 λ , 4 λ λ gelten. Dies kann durch lösbare Beschichtungen erfolgen, wie z.B. thermisches Beschichten mittels grobkörnigen Pulvers oder ein Auftrag eines Schlickers aus einem Material, das sich nach dem Pressen sehr leicht aus der grünen Keramik 7 lösen lässt. Wenn nur eine raue Oberfläche 11 11 λ λ erzeugt werden soll, wird auch nur auf dem entsprechenden Pressstempel 4 λ , 4 λ λ eine Schicht 13 λ aufgebracht.

Die Schicht 13 λ muss keine besondere Haftung zum Presstempel 4 λ , 4 λ λ aufweisen. Sie kann auch jedes Mal neu erstellt werden .