Aus EP 0 300 543 AI ist es bekannt, metallische oder keramische Hohlkugeln herzustellen. Dabei wird auf Teilchen aus geschäumtem Polymer eine Beschichtung aufgetragen. Die Beschichtung soll aus einer Suspen- sion, in der ein Bindemittel und metallische und/oder keramische Partikel enthalten sind, gebildet sein.

Das Bindemittel kann dabei in der Suspension auch in gelöster und/oder kolloidaler Form enthalten sein. Es soll ausschließlich unter Berücksichtigung des jewei- ligen Pulverwerkstoffes und der dadurch vorgegebenen Erfordernisse für eine nachfolgend durchzuführende

Pyrolyse und einer Sinterung ausgewählt werden.

Die beschichteten und getrockneten Teilchen werden dann bei Temperaturen zwischen 200 und 600 °C pyroly- siert, um die organischen Komponenten auszutreiben.

Nachfolgend können dann die grünfesten kugelförmigen Teilchen durch eine Sinterung zu Hohlkugeln weiter verarbeitet werden.

In diesem Stand der Technik ist aber auch beispiel- haft darauf hingewiesen worden, dass mit einer aus einem Eisen-oder Aluminiumoxidpulver und Bindermi- schung beschichtete Schaumstoffkugeln in eine plat- tenförmige Form eingebracht werden können. Die ge- füllte Form soll dann in siedendes Wasser für einen Zeitraum von ca. 2 min eingetaucht werden. Dabei kann Wasser über Bohrungen in die Form gelangen. Durch die Erwärmung soll ein Nachschäumen der Schaumstoffkugeln erreicht werden. Nach Abkühlung der Form soll dann ein Körper entnommen werden können, der nach einer Trocknung pyrolysiert und gesintert werden kann. Nach der Sinterung soll ein Eisen-oder Aluminiumoxid- Schwammkörper hergestellt worden sein, der eine gute Festigkeit aufweist und leicht ist.

Es hat sich aber gezeigt, dass sich gesinterte Leichtbauteile nicht mit ausreichender Festigkeit und ökonomisch günstig herstellen lassen.

So können Leichtbauteile auch aus bereits gesinterten Hohlkugeln hergestellt werden, die stoffschlüssig miteinander verbunden worden sind. Hierbei müssen a- ber die an sich fertigen Hohlkugeln in die gewünschte Form des jeweiligen Bauteils gebracht werden. Danach müssen zusätzliche Maßnahmen, die in der Regel einen Energieverbrauch zur Folge haben, durchgeführt wer-

den, was zu erhöhten Herstellungskosten und-aufwand führt.

Dies trifft auch auf die Herstellung von Leichtbau- teilen aus mit einer Beschichtung versehenen Polymer- kernen zu, die in Form gebracht und nachfolgend als ganzes entbindert und gesintert werden. Hierbei ver- längert sich die für die Herstellung erforderliche Zeit. Durch ein Eintauchen in Wasser kommt es zu ei- ner starken Veränderung der Schalenzusammensetzung und einer dadurch veränderten Schalendicke und Scha- lenhomogenität. Dies führt konkret dazu, dass in Ver- bindungsbereichen von miteinander versinterten Hohl- kugeln unterschiedliche Festigkeiten innerhalb eines so hergestellten Leichtbauteiles in Kauf genommen werden müssen. Weiterhin erfordert die Trocknung der mit Wasser getränkten Proben aufgrund der schlechten Durchströmbarkeit, besonders bei Kugeln mit einem Durchmesser < 3mm, sehr hohe Prozesszeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Herstellung von gesinterten Leichtbauteilen kostengünstiger zu machen und die Festigkeit solcher Leichtbauteile in reproduzierbarer Form zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Vorprodukten gemäß Anspruch 1, aus denen Grünkörper für durch Sin- terung herstellbare Leichtbauteile zur Verfügung ge- stellt werden können und dem Verfahren zur Herstel- lung von Grünkörpern nach Anspruch 9 gelöst. Vorteil- hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Die erfindungsgemäßen Vorprodukte für die Herstellung von Grünkörpern, aus denen dann durch Sinterung fer-

tige Leichtbauteile hergestellt werden können, sind aus einem Kern gebildet. Auf dem Kern ist eine erste Schicht vorhanden. Diese erste Schicht wird aus einem sinterbaren Pulver und einem ersten organischen Bin- der/Bindergemisch gebildet. Diese Schicht kann mit herkömmlichen Techniken auf einem Kern, der bevorzugt aus einem schäumbaren Polymer, wie z. B. Polystyren gebildet ist, aufgetragen werden. Der Auftrag kann beispielsweise durch Aufsprühen erfolgen. Sinterbare Pulver können geeignete Metalle, Metalllegierungen und Keramiken sein.

Ggf. nach einer Trocknung wird dann auf die erste Schicht eine zweite Schicht als Überbeschichtung auf- gebracht. Die Überbeschichtung wird ebenfalls aus sinterbarem Pulver und einem zweiten organischen Bin- der gebildet. Der zweite organische Binder unter- scheidet sich vom Binder/Bindergemisch der ersten Schicht und wird durch einen Energieeintrag, z. B. durch den Einfluss eines erwärmten Fluides aktiviert und/oder plastisch/elastisch verformt werden. Mit dieser Eigenschaft können die erfindungsgemäßen Vor- produkte stoffschlüssig miteinander verbunden werden und Grünkörper bilden. Der Energieeintrag kann auch mittels Mikrowelle erreicht werden.

Ein aktivierbarer Binder kann beispielsweise bei ei- ner entsprechenden Erwärmung aus-oder weiterpolyme- risieren oder auch eine Vernetzung eines aus mehreren Komponenten gebildeten Binders erfolgen.

Bei plastischer/elastischer Verformung eines solchen Binders kann eine stoffschlüssige Klebverbindung von Vorprodukten ausgebildet werden.

Die Binder für die Überbeschichtung sollten so ausge-

wählt werden, dass sie mit einem geringen Energieein- satz wirksam werden können.

Für die erste Schicht geeignete Binder, die allein oder als Gemisch eingesetzt werden können, sind Poly- vinylalkohohl, Binder auf Zellulosebasis (z. B. Tylo- se), Polyvinylpyrolidon (PVP) oder Polyvinylbutyral (PVB).

Für die Ausbildung der Überbeschichtung können vor- teilhaft Acrylate, Wachse, Mehrfachalkohole oder ein Polyglykol eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Konsistenz der Überbeschichtung, von Vorprodukten wirkt sich bei der Ausbildung von Leichtbauelementen bei deren Sinterung vorteilhaft auf die Festigkeit aus. Die erfindungsgemäße Konsis- tenz der Überbeschichtung von Vorprodukten wirkt sich bei der Ausbildung von Leichtbauelementen im Grünzu- stand und bei deren Sinterung vorteilhaft auf die Festigkeit aus. Es kommt zum Ablaufen der Überbe- schichtung in die Kontaktstellen und zur Ausbildung von Menisken unabhängig von einer vorherigen Verfor- mung der Grünkugeln. Dieses Ablaufen kann zusätzlich beim Entbindern geschehen und führt zu den gleichen Effekten. Da die Überbeschichtung sinterbares Pulver enthält, werden durch die im Grünzustand bzw. während des Entbinderns gebildeten Menisken nach dem Sintern meniskenförmige Übergangsbereiche unabhängig vom vor- herigen Verformungsgrad der Grünkugeln zwischen den nunmehr gesinterten Kugeln ausgebildet, die einen we- sentlichen Beitrag zur Festigkeit leisten. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik kommt es bei der Ver- arbeitung der Grünkugeln zu Formkörpern lediglich zu einer Veränderung der Überbeschichtung, die sich po- sitiv auf die Formkörpereigenschaften auswirkt.

In der ersten Schicht und in der Überbeschichtung kann jeweils das gleiche sinterbare Pulver enthalten sein, wobei auch die gleichen Korngrößen oder auch unterschiedliche Korngrößen in erster Schicht und Überbeschichtung gewählt werden können.

Als Pulver können geeignete Metalle oder Metalllegie- rungen eingesetzt werden. Insbesondere in der ersten Schicht können auch für die jeweiligen sinterbaren Pulver geeignete Sinteradditive und ggf. legierungs- bildende Elemente enthalten sein.

In der ersten Schicht kann aber auch ein anderes sin- terbares Pulver, als in der Überbeschichtung enthal- ten sein. So können mit den unterschiedlichen Aus- gangspulvern dann beim Sintern für die Fertigstellung von Leichtbauteilen Metalllegierungen oder auch In- termetalle (z. B. Aluminide oder Silizide) das tragen- de Gerüst eines Leichtbauteiles bilden.

Es können aber auch Leichtbauteile aus Eisen oder Ei- senlegierungen hergestellt werden, wenn geeignete Ausgangspulver in der ersten Schicht und in der Über- beschichtung eingesetzt werden.

Die Vorprodukte können auch so ausgebildet sein, dass der Kern einen Hohlraum aufweist, der von einem Poly- mer umschlossen ist oder der Kern an sich als Hohl- raum ausgebildet ist, der von der ersten Schicht um- schlossen ist.

Vorteilhaft sollte der Anteil an sinterbarem Pulver, der in Bezug zum Binder in der Überbeschichtung ent- halten ist nicht größer, bevorzugt aber kleiner sein, als der Anteil an sinterbarem Pulver der in der ers-

ten Schicht enthalten ist.

Vorteilhaft weisen die erfindungsgemäßen Vorprodukte eine sphärische Oberfläche und kugelförmige bis el- lipsoide Gestalt auf, die bei der Herstellung des Grünkörpers und eines fertigen Leichtbauteiles auch beibehalten werden kann. Es ist aber auch eine Ver- formung der Hohlkugeln dabei möglich. Ein aus solchen durch Sintern miteinander verbundenen Hohlkugelteil- chen gebildetes Leichtbauteil weist für viele Anwen- dungen insbesondere mechanisch günstige Eigenschaften auf.

Es besteht aber auch die Möglichkeit ein Leichtbau- teil aus Vorprodukten herzustellen, dass zumindest bereichsweise von der Kugelform abweichende Zellen aufweist, die durch plastische Verformung von Vorpro- dukten bei der Grünkörperherstellung ausgebildet wer- den können, wobei hierzu noch nachfolgend näher ein- gegangen werden soll.

Solche von der Kugelform abweichende Zellen eines Leichtbauteiles können beispielsweise an Oberflächen oder auch im oberflächennahen Bereich von Leichtbau- elementen angeordnet sein, so dass eine entsprechende Oberflächenausbildung von Leichtbauteilen erreicht werden kann.

Für die Herstellung von Grünkörpern wird so vorgegan- gen, dass die beschriebenen Vorprodukte in ein Form- werkzeug eingefüllt werden. Im Anschluss daran wird ein erwärmtes Gas, bevorzugt Luft oder Dampf, bevor- zugt Wasserdampf (erhöhte Wärmekapazität) durch am Formwerkzeug ausgebildete Durchbrechungen geführt, so dass es durch die Hohlräume zwischen den Vorprodukten strömt. Dabei erfolgt eine Erwärmung, die zur Akti-

vierung und/oder der plastisch/elastischen Verformung des Binders der Überbeschichtung führt. Heißes Gas oder Dampf strömt dabei unmittelbar entlang der Ober- fläche der Überbeschichtung entlang, so dass die er- forderliche Temperaturerhöhung sehr schnell erreicht werden kann.

Es sollte bei Temperaturen im Bereich zwischen 40 und 200 °C, bevorzugt zwischen 80 und 120 °C gearbeitet werden.

Nach dem eine für den Binder der Überbeschichtung spezifische Temperatur über einen entsprechend langen Zeitraum (in der Regel wenige Minuten) eingestellt worden ist, bei der Aktivierung und/oder Verformung erfolgt ist, erfolgt eine Abkühlung, die zur stoff- schlüssigen Verbindung von miteinander in berührendem Kontakt stehenden Vorprodukten führt.

Jetzt kann der aus den miteinander verbundenen Vor- produkten gebildete Grünkörper aus der Form entnommen und ggf. nach einer Trocknung zu einem fertigen Leichtbauteil gesintert werden, wobei auf herkömmli- che Sintertechnologie unter Berücksichtigung der je- weiligen sinterbaren Pulver zurück gegriffen werden kann.

Vorteilhaft ist es, das eine oder auch mehrere Form- werkzeug in einer Kammer anzuordnen. Das heiße Gas oder der Dampf können so einfach mit gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck, z. B 0,5 bis 2 bar, in das Formwerkzeug einströmen, so dass das gesamte Formwerkzeugvolumen durchströmt und alle Oberflächen- bereiche sicher erreicht werden. Die Gas-oder Dampf- strömung sollte zumindest von zwei Seiten im Gegen- strom durch entsprechend angeordnete Durchbrechungen

am Formwerkzeug einströmen Eine Kammer zur Aufnahme von Formwerkzeugen kann sich auch vorteilhaft für eine beschleunigte Abkühlung des Grünkörpers auswirken. So kann die Kammer mit Unter- druck, beispielsweise bei 0, 7 bar betrieben werden.

Für eine Beschleunigung der Abkühlung kann aber auch allein oder zusätzlich ein Kühlmittel in die Kammer eingeführt oder das Formwerkzeug von außen angeströmt bzw. angesprüht werden.

Die Formwerkzeuge können aus einem geeigneten Metall mit einer oder mehreren negativ Form (en) für Grünkör- per hergestellt werden. Sie sollten aus mindestens zwei Teilen zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeu- ges gebildet sein. Vorteilhaft sollten Möglichkeiten für den Einsatz und/oder die Befestigung von Kernele- menten an den Formwerkzeugen vorhanden sein, um un- terschiedliche Geometrien an Grünkörpern ausbilden zu können.

Die Formwerkzeuge können aber auch so ausgebildet sein, dass eine Druckkraft auf darin enthaltene Vor- produkte ausgeübt werden kann, die zu einer plasti- schen Verformung von Vorprodukten bei der Herstellung von Grünkörpern führt, die dann auch bei den fertig gesinterten Leichtbauteilen beibehalten wird, wie dies vorab bereits angesprochen worden ist.

Der gleiche Effekt kann aber auch allein oder zusätz- lich mittels Vorprodukten erreicht werden, deren po- lymerer Kern noch einen Anteil eines Treibgases auf- weist, der zu einem Nachschäumen mit einhergehender Volumenvergrößerung der Kerne im Formwerkzeug bei der Erwärmung führt. Dadurch wird eine plastische Verfor-

mung der Vorprodukte erreicht, die nach der Abkühlung der Grünkörper und auch nach dem Sintern beibehalten bleibt. In dieser Form wirken auch Druckkräfte auf die die erste Schicht und die Überbeschichtung bil- denden Stoffe und Pulver.

Da die erste Schicht und die Überbeschichtung bei den in Rede stehenden Temperaturen ein Mindestmaß an Vis- kosität aufweisen, erfolgt auch ein Fließen der Pul- verbestandteile, das zu einer Vergleichmäßigung der Wandstärke auch in plastisch verformten Bereichen von Vorprodukten führt, die auch bei den fertig gesinter- ten Leichtbauteilen beibehalten bleibt.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen weiter erläutert werden.

Beispiel 1 Ein Liter Styroporkugeln mit einem mittleren Durch- messer von 3,82 mm wurden mit einer Metallpulversus- pension, bestehend aus 200 g Carbonyl-Fe Pulver und einem Binderanteil von 8 g Polyvinylalkohol und 2 g Tylose, beschichtet. Anschließend wird eine Überbe- schichtung bestehend aus 100 g Carbonyl-Fe Pulver und 20 g Acrylat auf die bereits beschichteten Kugeln ge- sprüht.

Die so beschichteten Kugeln werden über einen Füllin- jektor in ein zweiteiliges Formgebungswerkzeug ge- füllt, wobei eine Spaltbreite, eingestellt über eine Verschlussplatte, von 3 mm zwischen den Werkzeughälf- ten verblieb. Danach wurde das befüllte Werkzeug mit einem Autoklavdampfdruck von 1 bar 5 s mit Sattdampf beaufschlagt und der 3 mm breite Spalt zwischen den Werkzeughälften wurde geschlossen und das Werkzeug

anschließend 1 s querbedampft. Nach der Kühlung des Werkzeuges auf ca. 30°C wurde das Werkzeug geöffnet und das hergestellte Formteil entnommen.

Bei einer anschließenden Wärmebehandlung bei 1120°C/60min/H2 wurde das hergestellte Formteil ent- bindert und gesintert.

Beispiel 2 Ein Liter Styroporkugeln mit einem mittleren Durch- messer von 1,97 mm wurden mit einer Keramikpulversus- pension, bestehend aus 100 g A1203-Pulver und einem Binderanteil von 4 g Polyvinylalkohol und 1 g Tylose, beschichtet. Anschließend wurde eine Überbeschichtung bestehend aus 40 g A1203-Pulver und 5 g Acrylat auf die bereits beschichteten Kugeln gesprüht.

Die so beschichteten Kugeln werden über einen Füllin- jektor in ein zweiteiliges Formgebungswerkzeug ge- füllt, wobei eine Spaltbreite von 1 mm, eingestellt über eine Verschlussplatte, zwischen den Werkzeug- hälften verblieb. Danach wurde das befüllte Werkzeug mit einem Autoklavdampfdruck von 1 bar 8 s mit Satt- dampf beaufschlagt und der 1 mm breite Spalt zwischen den Werkzeughälften wurde geschlossen und das Werk- zeug anschließend 0,5 s querbedampft. Nach der Küh- lung des Werkzeuges auf ca. 30°C wurde das Werkzeug geöffnet und das hergestellte Formteil entnommen.

Bei einer anschließenden Wärmebehandlung bei 1900°C/60min/Luft wurde das hergestellte Formteil entbindert und gesintert.