Werkstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Metall-Matrix- Komposit-Werkstoffen, die eine Metallschmelzeinrichtung zum Erzeugen einer Metall schmelze, eine Partikelzuführeinrichtung zum Zuführen von Festkörperpartikeln zur Me tallschmelze und eine wenigstens einen mechanischen und/oder elektromagnetischen Rührer aufweisende Mischzone zum Verteilen der Festkörperpartikel in der Metall schmelze aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Gießverfahren zur Herstellung von Metall-Matrix- Komposit-Werkstoffen, bei dem eine Metallschmelze erzeugt wird, der Metallschmelze Festkörperpartikel zugeführt werden und in einem Mischschritt die Festkörperpartikel in der Metallschmelze mittels Rühren durch wenigstens einen mechanischen und/oder elektromagnetischen Rührer verteilt werden, während die Metallschmelze mit den Fest körperpartikeln in einem kontinuierlichen Fluss gehalten wird.

Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffe (MMC) sind Festkörperpartikel enthaltende Metalle oder Metalllegierungen. Solche parti kel verstärkten Metalle oder Metalllegierungen bieten gegenüber ihren unverstärkten Varianten eine wesentlich höhere Verschleißbeständig keit und eine erhöhte Festigkeit, insbesondere eine erhöhte Warmfestigkeit.

Die in MMC-Werkstoffen verwendeten Festkörperpartikel können beispielsweise Kera mikpartikel sein. Die Festkörperpartikel können aus Metalloxid(en), vorzugsweise Alumi niumoxid, Metallnitrid(en), Metallcarbid(en), vorzugsweise Siliziumcarbid, Metallsili- zid(en), und/oder Glas bestehen. Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffe, insbesondere Alu- minium-Matrix-Komposit-Werkstoffe (AMC), wurden erstmals in den frühen 1970er Jah ren kommerziell betrachtet. Die Motivation kam vorrangig aus dem Bedarf nach leis tungsfähigeren Leichtbauwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt sowie für militärische Anwendungen. Ende der 1980er Jahre führte die Forschung zu ersten praktikablen Her stellungsverfahren.

Trotzdem sind bisher nur wenige kommerzielle Anwendungen von MMC erschlossen, da eine zu geringe Robustheit der etablierten MMC-Produktionsprozesse trotz aufwändiger Prozessführung zu schwankenden Werkstoffqualitäten und zusätzlichen Nachbearbei tungsaufwendungen der MMC-Produkte und damit bislang zu hohen MMC-Werkstoff- kosten führen. Daher sind MMC-Werkstoffe trotz ihres großen Anwendungspotenzials nur in Nischenanwendungen oder High-End-Technologien zu finden. Momentan ist nicht absehbar, dass einer der weltweit agierenden Anbieter von MMC-Werkstoffen die Hürde des erforderlichen Kosten-Nutzen-Verhältnisses für eine Großserienfertigung überwin det.

MMC-Werkstoffe werden derzeit durch Rührgießen, Sintern, Schmelzinfiltration oder Sprühkompaktieren hergestellt.

Nur das Rührgießen wurde bisher zur Industriereife entwickelt, und damit hergestellte AMC-Masseln sind die auf dem Markt am häufigsten eingesetzten AMC-Vorprodukte. AMC-Masseln werden in Gießereien wieder aufgeschmolzen und zu Produkten vergos sen.

In der gattungsbildenden Druckschrift DE 692 23 950 T2 ist ein solcher Rührgießprozess beschrieben. Dabei wird z. B. eine Aluminiumlegierung zunächst in einem Schmelzofen aufgeschmolzen. Aus der Schmelze werden Oxide, Teilchen, gelöstes Gas und andere Verunreinigungen entfernt, indem ein Argon-haltiges Gas durch die Schmelze hindurch geblasen wird. Daraufhin wird die Schmelze von oben in einen ersten zylinderförmigen Mischkessel gepumpt. In den ersten Mischkessel werden zudem Keramikpartikel einge führt, die in die Schmelze eingerührt werden, bis eine ausreichende Benetzung der Keramikpartikel mit der Aluminiumlegierung erfolgt ist. Zum Rühren wird ein in die Schmelze eintauchender, dispergierender Rührflügel verwendet.

Das so hergestellte gemischte Kompositmaterial wird unten an dem ersten Mischkessel entnommen und über eine Leitung unten in einen zweiten zylinderförmigen Mischkessel geleitet, wo der Fluss des Kompositmaterials im Gegensatz zum ersten Mischkessel aufwärts verläuft und in dem wiederum eine Durchmischung mit einem Rührflügel erfolgt. Von dem zweiten Mischkessel wird dann das darin gemischte Kompositmaterial einem Halteofen zugeführt.

Als Alternative zu den senkrecht ausgerichteten Mischkesseln schlägt die Druckschrift DE 692 23 950 T2 ferner einen langgestreckten röhrenförmigen Mischkessel mit horizon taler Zylinderachse vor. Bei einem solchen horizontalen Mischer ist eine Induktionsspule um das Äußere des Mischkessels gewickelt und/oder ragen senkrecht von oben ein oder mehrere Rührflügel in das Innere des Mischkessels, um im Betrieb das aufgeschmolze ne Metall und das teilchenförmige Material, die den Mischkessel von einer Seite zur an deren kontinuierlich durchfließen, zu vermischen.

In der Druckschrift US 2012/0043050 A1 kommt beim Einstreuen von Partikeln in eine Metallschmelze ebenfalls ein Rührer zum Einsatz. Hier ist an einem sich verjüngenden Ende der Schmelzeleitung wenigstens ein Rollenpaar vorgesehen, mit dem die sich ab kühlende Schmelze zu einer Platte gewalzt wird, durch welchen Prozess sich die Partikel verfeinern.

Auch in der Druckschrift US 6,015,528 A weist die beschriebene Vorrichtung zum Her stellen von Metall-Matrix-Komposit-Materialien einen Rührer auf, der von oben in ein Gemisch aus Metallschmelze und Feststoffpartikeln ragt und der eine Segregation der Partikel durch deren Absetzen oder Aufsteigen vor der Schmelzeverfestigung verhindern soll.

Anstelle von Rührern ist auch der Einsatz von Ultraschalleinrichtungen zur Durchmi schung einer fließenden Schmelze mit darin eingebrachten Festkörperpartikeln vorge schlagen worden. Jedoch sind solche Verfahren nur auf geringe Volumina begrenzt.

Aus der Druckschrift DE 1 194 152 A ist beispielsweise ein Verfahren zum feinen Disper gieren von unlöslichen Stoffen in Metallschmelzen mittels mechanischer Schwingungen bekannt, bei dem die akustische Beanspruchung der Wandungen des Gefaäßes, in dem sich die Metallschmelze befindet, gering bleibt. Um dies zu erreichen, werden die zu dis pergierenden Stoffes mit einer innerhalb der Metallschmelze befindlichen schallabstrah lenden Fläche in direkte Berührung gebracht. Die zu dispergierenden Stoffe sind hierzu zu Stäben gepresst oder gesintert oder als mit Pulver gefüllte Rohre ausgebildet, die gegen die schallabstrahlende Fläche gedführt oder gedrückt werden.

Der einzige großkommerziell verfügbare, mit einem Rührgießverfahren hergestellte AMC-Werkstoff basiert auf einer AISi9-10Mg0,5-Matrix mit SiC-Verstärkung von 10 bzw. 20 Vol.-% bei fixer SiC-Partikelgröße von etwa 13 pm.

Mit den bekannten Rührgießverfahren können bisher die für spezifische Anwendungen nötigen AMC-Werkstoffe nicht großtechnisch hergestellt werden. Aktuell ermöglichen diese Verfahren lediglich die Herstellung von 150 bis 160 Liter AMC-Schmelze in einer Charge. Dabei dauert allein der Rührprozess ein bis zwei Stunden pro Charge. Zudem ist der in der Druckschrift DE 692 23 950 T2 beschriebene Rührgießprozess energiein tensiv und damit ökonomisch und ökologisch kritisch.

Die bekannten Rührgießverfahren weisen zudem eine zu geringe Prozessflexibilität in Bezug auf Matrix- und Verstärkungswerkstoffe und deren Gehalte auf, benötigen zu lan ge Prozesszeiten zur Sicherstellungeiner homogenen Partikelverteilung und sind im Hin blick auf den maximal erreichbaren Verstärkungsanteil eingeschränkt.

Insbesondere aufgrund der geringen Reproduzierbarkeit von rührgegossenen MMC- Halbzeugen werden zur Erhöhung der Werkstoffqualität und Prozessrobustheit auch al ternative MMC-Produktionsvarianten, wie Sintern, Sprühkompaktieren oder Schmelzin filtration eingesetzt, die jedoch mit einer deutlichen Kostenerhöhung für die hergestellten MMC-Werkstoffe einhergehen.

Beim Sintern bzw. der Pulvermetallurgie zur Herstellung von AMC wird ein Pulverge misch aus Keramik-Partikeln und Aluminium-Pulvern verarbeitet. Dadurch lassen sich Hartstoffanteile von bis zu 50 % einstellen.

Das beim Sintern bzw. in der Pulvermetallurgie entstehende Produkt ist ein hochwertiges massives AMC-Halbzeug, allerdings ohne mögliche Hinterschnitte oder filigrane Kontu ren, wodurch in der Regel extensive mechanische Nachbearbeitungen nötig sind. Die im Vergleich zu den schmelzmetallurgisch hergestellten AMC überlegenen Eigenschaften der pulvermetallurgisch hegestellten AMC sind jedoch mit höheren Vormaterialkosten sowie einem größeren Aufwand bei der Vorbehandlung und im Herstellungsprozess ver bunden. Aus diesen Gründen finden pulvermetallurgisch hergestellte AMC-Halbzeuge vor allem in anspruchsvollen High-Tech-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Rüstungsindustrie Anwendung. Eine pulvermetallurgische Großserienumsetzung von AMC-Halbzeugen mit entsprechend niedrig gehaltenen Werkstoffkosten ist bis heute nicht realisierbar.

Beim Sprühkompaktieren werden Keramikpartikel mittels eines Gasstrahls in einen Alu- minium-Schmelzpartikelstrahl eingebunden. Derzeit können mit diesem Verfahren bis zu 2 m hohe bolzenförmige Halbzeuge mit maximal 300 mm Außendurchmesser erzeugt werden. Mit dem Sprühkom paktieren ist höchstens ein Verstärkungsanteil an Partikeln in einem MMC-Werkstoff von etwa 20 Vol.-% erzielbar. Zudem schränkt neben hohen Herstel lungskosten die begrenzte Herstellbarkeit komplizierter Geometrien eine Großseriennut zung dieser Technologie stark ein.

Bei der Schmelzinfiltration wird die keramische Verstärkungsphase als poröser Schaum körper vorbereitet und anschließend durch eine Aluminiumschmelze infiltriert. Neben Partikeln können auch Fasern und Schaumkörper mit hohen Verstärkungsanteilen zu endkonturnahen Bauteilen verarbeitet werden.

Die Schmelzinfiltration eignet sich aufgrund hoher Prozess- und Halbzeugkosten nur für anspruchsvolle Bauteile mit hoher Wertschöpfung. Eine Großserienumsetzung ist derzeit nicht realisierbar.

Ferner ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren zum Gießen von Metallschmelzen bekannt, bei welchen keine Partikel in die Metall schmelze eingebracht werden. So kommt z. B. in der Druckschrift DE 199 62 471 A1 eine Vorrichtung zum Gießen einer Metallschmelze zum Einsatz, bei der zwischen einem Vorratsgefäß und einer Gießform eine auf einer Tragkonstruktion kipp- und drehbar ge lagerte Gießrinne angeordnet ist

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gießvorrichtung und ein Gieß verfahren der eingangs angegebenen Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchen große Mengen an MMC-Werkstoffen mit hohem Partikelfüllgrad und homogener Partikel verteilung zu vergleichsweise niedrigen Kosten hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen durch eine Gießvorrichtung zur Herstel lung von Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffen, die eine Metallschmelzeinrichtung zum Erzeugen einer Metallschmelze, eine Partikelzuführeinrichtung zum Zuführen von Fest körperpartikeln zur Metallschmelze und eine wenigstens einen mechanischen und/oder elektromagnetischen Rührer aufweisende Mischzone zum Verteilen der Festkörperparti kel in der Metallschmelze aufweist, gelöst, wobei die Mischzone wenigstens eine in eine Gieß- und Fließrichtung der Gießvorrichtung geneigte Gießrinne mit wenigstens einem eine Senke in der Gießrinne ausbildenden Mischbecken aufweist, wobei in und/oder an dem wenigstens einen Mischbecken jeweils der wenigstens eine Rührer angeordnet ist. Die wenigstens eine Gießrinne bildet eine Zwangsführung für die Metallschmelze-Fest- körperpartikel-Dispersion. Die Gießrinne hat beispielsweise einen C-, U- oder V-förmigen Querschnitt.

Durch die Neigung der wenigstens einen Gießrinne, durch die das geschmolzene und mit den Festkörperpartikeln injizierte Material, also die Verbundschmelze, die Gießrinne entlang fließen kann, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ein konti nuierlicher Materialfluss. Durch die Neigung der Gießrinne, in der das wenigstens eine Mischbecken ausgebildet ist, ist dessen Auslauf niedriger als sein Einlauf, wodurch ein kontinuierlicher Ausfluss der Verbundschmelze aus dem jeweiligen Mischbecken in der Neigungsrichtung gegeben ist. Es kann daher mit der erfindungsgemäßen Gießvorrich tung kontinuierlich ein MMC-Werkstoff produziert werden, ohne dass aufwändige und energieintensive Pumptechnologien in die Prozesslinie integriert werden müssen. Somit kann der jeweilige MMC-Werkstoff sehr effizient produziert werden.

Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung ermöglicht ein Rührgießen, bei dem sich die Me tallschmelze mit den darin eingebrachten Festkörperpartikeln in einem kontinuierlichen, aber langsamen Fluss befindet, bei dem eine zuverlässige Benetzung und homogene Verteilung der Festkörperpartikel in der Metallschmelze auch bei großen Partikelmengen erfolgen kann. Entsprechend lassen sich mit der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung hochwertige MMC-Werkstoffe mit hohem Partikelfüllgrad, beispielsweise mit einem Partikelfüllgrad von wenigstens 20 Vol.-%, kontinuierlich hersteilen.

Das wenigstens eine Mischbecken befindet sich bei der erfindungsgemäßen Gießvor richtung in einem durch die Gießrinne ausgebildeten Fließweg für die Metallschmelze- Festkörperpartikel-Dispersion. Das heißt, die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Disper- sion wird in das wenigstens eine Mischbecken zwangsgeführt. Dabei ist das wenigstens eine Mischbecken jeweils durch eine Senke in der Gießrinne ausgebildet. In dem we nigstens einen Mischbecken befindet sich die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Disper- sion länger als auf einem entsprechend langen, geraden Abschnitt der Gießrinne.

In dem in dem wenigstens einen Mischbecken jeweils eine höhere Verweilzeit der Me tallschmelze als in der Gießrinne gegeben ist, findet darin eine noch bessere Benetzung der Festkörperpartikel mit dem Material der Metallschmelze als in der Gießrinne statt. Die Benetzung wird in dem wenigstens einen Mischbecken noch dadurch verstärkt, dass auf die darin im Fluss befindliche Metallschmelze mit den darin eingebrachten Festkör perpartikeln durch den wenigstens einen Rührer Kräfte ausgeübt und/oder aufgebracht werden. Gerade die Wechselwirkung zwischen nicht stehender Metallschmelze und Rührwirkung des wenigstens einen Rührers führt zu besonders guter Benetzung der Festkörperpartikel in vergleichsweise sehr kurzer Prozesszeit.

Ist der wenigstens eine Rührer ein mechanischer Rührer, werden durch diesen Scher kräfte auf die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion ausgeübt, durch welche die Benetzung der Festkörperpartikel mit dem geschmolzenen Metall vorangetrieben wird.

Ist der wenigstens eine Rührer ein elektromagnetischer Rührer mit einer oder mehreren Spulen, entsteht durch das wenigstens eine erzeugte Magnetfeld in Abhängigkeit von der jeweiligen Anordnung eine Verwirbelung in der Metallschmelze-Festkörperpartikel- Dispersion, die die Benetzung beschleunigt. Mit dem wenigstens einen elektromagneti schen Rührer erfolgt eine kontaktlose Durchmischung der parti kel versetzten Metall schmelze und eine Förderung der Benetzung.

Mit dem wenigstens einen Rührer können bei mechanischem Wirkprinzip im Vergleich zu Ultraschallbehandlungen deutlich größere Scherzonen in der Metallschmelze ausgebil det werden, was die Benetzung der Festkörperpartikel besonders forciert.

Durch den wenigstens einen Rührer können zudem unabhängig vom verwendeten Rühr wirkprinzip vorteilhaft Gaseinschlüsse aus der Metallschmelze entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der Ausgestaltung des jeweiligen Rührers nicht eingeschränkt. Wird wenigstens ein mechanischer Rührer eingesetzt, empfiehlt sich die Verwendung eines Rührers mit Flügelblättern, beispielsweise mit zwei, drei oder mehr als drei Flügelblättern. Die Winkelausrichtung der Flügelblätter ist variabel.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine Rührer höhenverstellbar ausgeführt, sodass er/sie beispielsweise am Prozessende aus Schmelzeresten in dem jeweiligen Mischbecken entfernt werden kann/können.

Der wenigstens eine mechanische Rührer ist typischerweise elektrisch betrieben. In oder an dem jeweiligen Mischbecken kann jeweils auch mehr als ein Rührer angeord net sein. Beispielsweise kann in dem jeweiligen Mischbecken ein mechanischer Rührer und außen an dem Mischbecken ein elektromagnetischer Rührer angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass das jeweilige Mischbecken so lang gestaltet ist, dass in oder an ihm mehrere nacheinander angeordnete Rührer vorgesehen sind.

Die Neigung der Gießrinne und des wenigstens einen Mischbeckens ist grundsätzlich variabel und richtet sich beispielsweise nach einem Startwert der Viskosität der Metall- schmelze-Festkörperpartikel-Dispersion.

Mit der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung können unterschiedlichste flüssige Metal le/Metalllegierungen und Festkörperpartikel, sowohl hinsichtlich des jeweiligen Materials als auch hinsichtlich der jeweiligen Partikelgröße, zu MMC-Werkstoffen verarbeitet wer den. Hierzu können die wenigstens eine Gießrinne als auch das wenigstens eine Misch becken entsprechend dimensioniert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ist in dem wenigstens einen Mischbecken wenigstens ein vertikal in seinem Abstand zu einem Boden des jeweiligen Mischbeckens verstellbarer Schieber angeordnet.

Der Abstand einer Unterkante des jeweiligen Schiebers zum Boden des jeweiligen Mischbeckens, durch welchen eine Durchgangshöhe bzw. ein Durchgangsquerschnitt für die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion bestimmt wird, kann durch die vertika le Bewegbarkeit des Schiebers einfach verändert und somit gesteuert werden.

Um eine vorzeitige (Teil-)Erstarrung der Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion durch deren Abkühlung zu verhindern und dadurch die Metallschmelze-Festkörperparti- kel-Dispersion dauerhaft im Fluss zu halten, ist es von Vorteil, wenn an der Gießrinne und/oder an dem wenigstens einen Mischbecken wenigstens eine Heizung angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ist auf die wenigstens eine Gießrinne und/oder auf das wenigstens eine Mischbecken wenigs tens ein Deckel aufgebracht. Durch den wenigstens einen Deckel kann ein Spritzen der Metallschmelze aus der wenigstens einen Gießrinne und/oder aus dem wenigstens ei nen Mischbecken verhindert werden. Wird kein Deckel verwendet, sollten andere Vor- kehrungen zum Schutz für Nutzer der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung vor austre tender heißer Schmelze getroffen werden.

Bei manchen Anwendungen der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung, wie z. B. dann, wenn ein Gießformwechsel vorgesehen ist, kann es sinnvoll sein, dass die Gießvorrich tung einen Pufferbehälter aufweist, in den die wenigstens eine Gießrinne mündet. Zur Kompensation von Absinkbewegungen der Festkörperpartikel in der Metallschmelze, also einer Sedimentation, ist es dann von Vorteil, wenn in oder an dem in und/oder an dem Pufferbehälter ein Rührer oder eine Ultraschallsonotrode angeordnet ist.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Gießverfahren zur Herstellung von Metall-Matrix-Kom- posit-Werkstoffen, bei dem eine Metallschmelze erzeugt wird, der Metallschmelze Fest körperpartikel zugeführt werden und in einem Mischschritt die Festkörperpartikel in der Metallschmelze durch wenigstens einen mechanischen und/oder elektromagnetischen Rührer verteilt werden, während die Metallschmelze mit den Festkörperpartikeln in ei nem kontinuierlichen Fluss gehalten wird, gelöst, bei dem die Metallschmelze mit den Festkörperpartikeln während des Mischschrittes in wenigstens einer in eine Gieß- und Fließrichtung geneigten Gießrinne fließt und in wenigstens einem eine Senke in der Gießrinne ausbildenden Mischbecken durch den wenigstens einen Rührer durchmischt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren findet eine kontinuierliche Metallschmelze erzeugung und Festkörperpartikelzuführung statt. Das erfindungsgemäße Gießverfahren ermöglicht daher gegenüber den im Stand der Technik bekannten Batch-Prozessen ein kontinuierliches Gießen von MMC-Werkstoffen mit deutlich gesteigerten Füllgraden an Festkörperpartikeln. Durch die Kontinuität im Prozess lassen sich MMC-Schmelzen oder mit Feststoffen versehene Metallschmelzen effizient hersteilen.

So weist das erfindungsgemäße Gießverfahren beispielsweise keine Leerzeiten durch Befüllungs- oder Entleerungsvorgänge auf.

Indem bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren die kontinuierlich fließende Metall- schmelze-Festkörperpartikel-Dispersion mechanisch oder elektromagnetisch in wenigs tens einem Mischbecken mit jeweils gegenüber der Gießrinne erhöhter Dispersionsver weilzeit durchmischt wird, kann ein hoher Festkörperpartikelgehalt homogen in die Me tallschmelze eingebunden werden. Das wenigstens eine Mischbecken, in das die fließende Metallschmelze-Festkörperparti- kel-Dispersion bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren gezielt geführt wird, bildet jeweils eine intensive Mischzone für den wenigstens einen Rührer. Dadurch ergibt sich eine mögliche Maximierung des Mischungseffektes, womit eine deutliche Reduzierung der Prozesszeit einhergeht.

Bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren erfolgt die Metallschmelzeerzeugung unter Normalatmosphäre oder im Vakuum. Die Metallschmelze wird bedarfsgerecht über ein Leitungssystem mit einem definierten Druckunterschied in eine Prozesskammer geför dert. Das Leitungssystem ist vorzugsweise beheizbar bzw. beheizt.

Die Festkörperpartikel können sich in einem Speicher oder Silo befinden, welcher an die Prozesskammer gekoppelt ist und in dem vorzugsweise gleiche Druckbedingungen wie in der Prozesskammer herrschen.

Die Festkörperpartikel können beispielsweise mittels wenigstens einer Schnecke oder eines Rüttlers in das Leitungssystem oder direkt in die Gießrinne gefördert werden. Die Förderstrecke, entlang der die Festkörperpartikel dem Leitungssystem oder der Gießrin ne zugeführt werden, ist vorzugsweise beheizbar bzw. beheizt.

Nach Zuführung der Festkörperpartikel zur Metallschmelze fließt die mit den Festkörper partikeln injizierte Metallschmelze in der wenigstens einen geneigten Gießrinne bedingt durch die Schwerkraft nach unten.

Bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren wird für eine homogene Verteilung und Be netzung der Festkörperpartikel in der Metallschmelze und eine gleichzeitige Entgasung der Metallschmelze die Metallschmelze mit den darin eingebrachten Festkörperpartikeln gerührt. Dabei kann die fließende Metallschmelze mit den darin eingebrachten Festkör perpartikeln sowohl mechanisch als auch elektromagnetisch gerührt werden.

Vorzugsweise ist die Geometrie der wenigstens einen Gießrinne und des wenigstens einen Mischbeckens so gestaltet, dass die Verweilzeit der durchlaufenden, die Festkör perpartikel enthaltenden Metallschmelze in dem wenigstens einen Mischbecken maxi miert wird. Dennoch bleibt die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion jederzeit in einem kontinuierlichen Fluss. Ein „kontinuierlicher Fluss“ bedeutet bei der vorliegenden Erfindung, dass die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion während des Misch schrittes zu keinem Zeitpunkt stehen bleibt, die jeweilige Geschwindigkeit, mit der die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion während des Mischschrittes fließt, ist je doch in dem/den Mischbecken geringer als sonst in der wenigstens einen Gießrinne.

Dadurch wird bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren kontinuierlich eine Benetzung der Festkörperpartikel durch das Material der Metallschmelze, eine Entgasung der Me tallschmelze und eine Homogenisierung der Metallschmelze-Festkörperpartikel-Disper- sion gewährleistet.

In dem erfindungsgemäßen Gießverfahren kann eine Dosierung der Festkörperpartikel, die Injektion bzw. Zuführung der Festkörperartikel zur Metallschmelze als auch der Mischschritt, in dem eine Benetzung der Festkörperpartikel mit der Metallschmelze statt findet, sowohl im Vakuum als auch unter Schutzgasatmosphäre erfolgen.

Die in dem Mischschritt erzeugte Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion kann beispielsweise in einen Pufferbehälter geleitet werden, in dem kein kontinuierlicher Schmelzestrom mehr stattfindet.

Ferner ist es möglich, die in dem Mischschritt erzeugte Metallschmelze-Festkörperparti- kel-Dispersion abschließend in wenigstens eine, vorzugsweise beheizte, Dauerkokille abzugießen, in welcher anschließend eine Erstarrung der Metallschmelze-Festkörper- partikel-Dispersion zu einem festen MMC-Werkstoff oder einem für eine Weiterverarbei tung geeigneten MMC-Halbzeug oder einem endkonturnahen Produkt aus MMC-Werk stoff stattfindet.

Alternativ kann die erzeugte, homogenisierte Metallschmelze-Festkörperpartikel-Disper- sion im schmelzflüssigen Zustand in eine Druckgießmaschine eingeleitet werden, in der endkonturnahe Komponenten aus MMC-Werkstoff gefertigt werden können.

Darüber hinaus ist es möglich, die in dem Mischschritt erzeugte Metallschmelze-Festkör- perpartikel-Dispersion in ein geeignetes, aktiv oder passiv beheiztes Transportsystem abzufüllen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gießverfahrens wird die mit den Festkörperpartikeln versehene Metallschmelze in dem Mischschritt kontinuierlich fließend von mehreren in der Gieß- und Fließrichtung hintereinander angeordneten Rührern durchmischt. So kann nach und nach der Benetzungsgrad und die Homogenität der Festkörperpartikeleinbindung in die Metallschmelze erhöht werden. Die jeweiligen Rührer können mit gleicher oder mit unterschiedlicher Drehzahl die Verbundschmelze mischen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gießverfahrens wird durch eine Höhenverstellung wenigstens eines in dem wenigstens einen Mischbecken angeordneten Schiebers ein Materialvolumen in dem jeweiligen Mischbecken gesteuert.

Um möglichst wenig thermische Energie während des Mischschrittes zu verlieren, wer den vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen Gießverfahren schmelzeberührende Komponenten der verwendeten Gießvorrichtung, wie die Gießrinne und/oder das wenig stens eine Mischbecken, beheizt und/oder zumindest teilweise aus wärmeisolierendem Material hergestellt. Hierdurch gibt es keine Erstarrungsvorgänge während der Prozess führung, stattdessen bleibt die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion schmelz flüssig bis zum Prozessende.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung wird im Fol genden anhand von Figur 1 erläutert.

Dabei zeigt Figur 1 rein schematisch und nicht maßstabsgetreu nur einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung. Die Gießvorrichtung weist eine nicht dargestellte Metallschmelzeinrichtung auf, in der beispielsweise eine Aluminiumlegierung geschmol zen wird. An die Metallschmelzeinrichtung schließt sich wenigstens eine in Figur 1 nicht gezeigte Metallschmelzeleitung an, mit der die in der Metallschmelzeinrichtung erzeugte Metallschmelze bis zu einer Partikelzuführeinrichtung geleitet wird. Mit der auch zu der Gießvorrichtung gehörenden, in Figur 1 nicht gezeigten Partikelzuführeinrichtung werden Festkörperpartikel auf die Metallschmelze gegeben.

An den Abschnitt der Gießvorrichtung, der die Partikelzuführeinrichtung aufweist, schließt sich eine Mischzone 1 der Gießvorrichtung an. Eine mögliche Ausführungsform dieser Mischzone 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt.

Die Mischzone 1 weist eine Gießrinne 2 auf. Die Gießrinne 2 ist in einer Gieß- und Fließ richtung A der Gießvorrichtung in einem Neigungswinkel a zu einer horizontalen Aufstell- fläche 7 der Gießvorrichtung geneigt. Entsprechend fließt eine in die Gießrinne 2 geleite te Metallschmelze mit darin eingebrachten Festkörperpartikeln aufgrund der Schwerkraft die Gießrinne 2 hinab.

In die Gießrinne 2 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere Mischbecken 3 in Form von Senken eingebracht. Die Böden 31 der Mischbecken 3 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls in dem Neigungswinkel a zu der horizontalen Aufstellflä che 7 der Gießvorrichtung geneigt. Die Neigung der Böden 31 der Mischbecken 3 be günstigt das Fließen der Verbundschmelze innerhalb und aus dem jeweiligen Mischbe cken 3. Alternativ können die Böden 31 auch horizontal, d. h. parallel zur Aufstellfläche 7 der Gießvorrichtung, ausgerichtet sein.

In jedem der Mischbecken 3 befindet sich ein Rührer 4. In dem gezeigten Ausführungs beispiel sind die Rührer 4 vorzugsweise höhenverstellbare mechanische Rührer, können in anderen Ausführungsformen der Erfindung aber auch elektromagnetische Rührer sein.

Die mechanischen Rührer 4 weisen jeweils Rührblätter 41 auf, die bei gefülltem Misch becken 3 in mechanischem Kontakt mit der darin befindlichen Metallschmelze-Fest- körperpartikel-Dispersion sind. Durch das Drehen der Rührer 4 werden mittels der Rühr blätter 41 Scherkräfte in die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion eingetragen, die zu einer homogenen Verteilung der Festkörperpartikel in der Metallschmelze- Festkörperpartikel-Dispersion und zu einer guten Benetzung und damit zu einer guten Anbindung der Festkörperpartikel an das Material der Metallschmelze führen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder der Rührer 4, wie es durch den Doppel pfeil schematisch gezeigt ist, höhenverstellbar.

Während des stattfindenden Mischschrittes befindet sich die Metallschmelze-Festkörper- partikel-Dispersion stets in fließender Bewegung. Beispielsweise kann die Fließge schwindigkeit der Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion in der Gießrinne 2 10 l/min betragen.

Übersteigt die Metallschmelze-Festkörperpartikel-Dispersion in dem jeweiligen Mischbe cken 3 dessen Überlauf 32, fließt sie weiter entlang der Gießrinne 2.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Gießrinne 2 eine Heizung 6 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich ferner in jedem der Mischbecken 3 ein Schieber 5. Dabei entspricht die Breite jedes der Schieber 5 einer Innenbreite des jeweiligen Mischbeckens 3. Anstelle eines Schiebers 5 können jedoch auch mehrere Schieber 5 pro Mischbecken 3 vorgesehen sein.

Jeder der Schieber 5 ist, wie es durch den Doppelpfeil schematisch gezeigt ist, höhen verstellbar, sodass ein Abstand a zwischen einer unteren Kante des jeweiligen Schie bers 5 zu einem Boden 31 des jeweiligen Mischbeckens 3 und damit ein Durchflussquer schnitt für die in das jeweilige Mischbecken 3 fließende Metallschmelze-Festkörper- partikel-Dispersion veränderbar und damit mittels des Schiebers 5 steuerbar ist.