Verfahren zur Herstellung einer Materiallage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer, insbesondere metallischen, Materiailage,

Ferner betrifft die Erfindung eine Materiailage für ein Blechpaket einer elektrischen rotierenden Maschine, welche nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine elektrische Ma- schine mit einem Blechpaket, welches eine Vielzahl von Mate- riallagen aufweist.

Überdies betrifft die Erfindung eine Regelungseinrichtung mit Mitteln zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer Regelungseinrichtung .

In elektrischen Maschinen, insbesondere in Motoren und Gene- ratoren, kommen Blechpakete aus gestapelten Elektroblechen zum Einsatz, um eine Ausbreitung von Wirbelströmen zu unter- drücken. Derartige Elektrobleche, welche beispielsweise einen weichmagnetischen Werkstoff, insbesondere Eisen, enthalten, werden üblicherweise aus gewalzten Großblechen herausge- schnitten beziehungsweise gestanzt. Anschließend werden die Bleche zu einem Blechpaket paketiert. Ein derartiges Herstel- lungsverfahren wird im Folgenden als konventionelles Herstel- lungsverfahren bezeichnet, wobei durch Walzen derzeit groß- technisch keine Bleche herstellbar sind, die eine Lagendicke von weniger als 100 μm aufweisen. Zudem fällt beim Heraus- schneiden bzw. Stanzen der Bleche aus den Großblechen Abfall an. Die Offenlegungsschrift EP 3595 148 A1 beschreibt ein Ver- fahren zur Herstellung einer Materiallage mit einer Lagendi- cke zwischen 0,5 und 500 μm mit den Schritten: Aufbringen ei- ner Suspension, aufweisend wenigstens ein Bindemittel und Festteilchen, durch eine Schablone auf eine Grundfläche zum Erhalt eines Grünkörpers, Austreiben des Bindemittels aus dem Grünkörper, insbesondere mittels Entbinderung, Schaffen eines dauerhaften Zusammenhalts der Festteilchen durch Erwärmung und/oder mittels Verdichtung, insbesondere mittels Sinterung.

Die Offenlegungsschrift WO 2014/044432 A1 beschreibt ein Ver- fahren zum Herstellen eines Refraktärmetall-Bauteils, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Extrusionsmasse, welche ein Refraktärmetall-Pulver aus min- destens einem Refraktärmetall und/oder einer Verbindung davon sowie mindestens einen Binder aufweist, und Extrudieren der Extrusionsmasse zu mindestens einem Grünkörper; wobei sich an den Schritt des Extrudierens der Extrusionsmasse ein Schritt eines Wärmebehandeins des mindestens einen Grünkörpers an- schließt.

Die Offenlegungsschrift EP 1719 566 A2 beschreibt ein Ver- fahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils umfassend: Bereitstellen einer Mischung aus einem metallischen Pulver und einem Bindemittel, Schmelzen der Mischung und Formen der Mischung zu einem Vorformling in der Form des Bauteils, Ent- fernen eines Großteils des Bindemittels aus dem Vorformling und Erhitzen des Vorformlings mit Mikrowellenenergie, um den Rest des Bindemittels zu entfernen und das Metallpulver zur Bildung des Bauteils zusammenzusintern.

Die Patentschrift US 6183 689 B1 beschreibt ein Verfahren zum Sintern von Grünpulverteilen aus Metall, Metalllegierun- gen oder Metallzusammensetzungen unter Verwendung von Mikro- wellenenergie .

Die Offenlegungsschrift EP 3373 421 A1 beschreibt eine Ge- häuseeinheit für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen PM-Servomotor, mit einem ersten Lagerschild, mit einem Zwischenflansch und mit einem ersten Statorblechpaket. Ein dünnwandiges Edelstahlgehäuse der elektrischen Maschine kann auf kostengünstige und einfache Weise dadurch erzielt werden, dass das erste Lagerschild, das Statorblechpaket und der Zwi- schenflansch eine gemeinsame Edelstahlbeschichtung aufweisen, die mittels eines generativen Fertigungsverfahrens erzeugt ist, wobei die Gehäuseeinheit aus dem ersten Lagerschild, dem Statorblechpaket, dem Zwischenflansch und der gemeinsamen Edelstahlbeschichtung gebildet wird.

Die Offenlegungsschrift WO 2004/073037 A2 beschreibt eine Kombination aus Mikrowellen- und Konvektions- /Strahlungserwärmung, welche in einer Anlage und einem Ver- fahren zur Binderentfernung und zum Sintern von Materialien wie keramischen Materialien und Produkten, LTCC-Intervallen, Festoxid-Brennstoffzellen und Pulvermetallen eingesetzt wird.

Während eines konventionellen Sinterprozesses wird Wärmeener- gie durch Einkopplung mittels Infrarot-Strahlung und/oder Konvektionswärme von außen zugeführt. Diese Art der Erwärmung erfordert lange Aufheizzeiten bei hohem Energiebedarf, da sich ein System aus Ofenraum, Bauteil und Hilfsstrukturen durch Verzögerungen aufgrund von Wärmeleitung und Wärmekapa- zität nur langsam erwärmt. Insbesondere beim Freisintern von dünnen, insbesondere metallischen, Materiallagen, welche bei- spielsweise eine Lagendicke von 0,1 μm bis 1 mm mit einem ho- hem Aspektverhältnis aufweisen, werden zur Abstützung der me- chanisch noch instabilen Grünkörper während des Sinterprozes- ses Hilfsstrukturen benötigt, deren Volumen und daher auch thermische Trägheit zu Temperatur-Gradienten über die Materi- allagen führen.

In Materiallagen, welche Eisen oder eine Eisenbasislegierung enthalten, führen derartige Temperatur-Gradienten zur Ausbil- dung einer unvollständig verdichteten beziehungsweise inhomo- genen Mikrostruktur, welche funktional ungünstig ist, da die magnetischen Eigenschaften, insbesondere das Koerzitivfeld stark von Größe und Anordnung der Kornstruktur sowie deren inneren Grenzflächen und zusätzlich einer Anreicherung von Verunreinigungen abhängt. Um eine ausreichende Dichte und Ho- mogenität der Mikrostruktur zu erreichen sind, insbesondere aufgrund der durch ein Siebdruckverfahren fehlenden Vorver- dichtung, sehr lange Haltezeiten im konventionellen Sinter- prozess erforderlich. Gleichzeitig ist die zusätzlich erfor- derliche Energie zur Erwärmung von Hilfsstrukturen derartig signifikant, dass das Sintern von dünnen, insbesondere metal- lischen, Materiallagen mittels des beschriebenen konventio- nellen Sinterprozesses aus Zeit- und Kostengründen nicht wirtschaftlich ist.

Die Offenlegungsschrift EP 1721 699 A1 beschreibt ein Ver- fahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, umfassend die Bereitstellen eines Körpers, der aus einer ersten Legie- rung hergestellt ist, die Bereitstellen einer Vorform, die ein Metallpulver umfasst, das aus einer zweiten Legierung hergestellt und in Form einer Verlängerung des Körpers ge- formt ist und das Erhitzen der Vorform mit Mikrowellenener- gie, um das Metallpulver zusammen zu sintern und die Vorform mit dem Körper zu verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer, insbesondere metallischen, Materiallage anzugeben, das im Vergleich zum Stand der Technik, schneller und kostengünstiger ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Her- stellung einer, insbesondere metallischen, Materiallage ge- löst, wobei ein Grünkörper bereitgestellt wird, welcher Fest- teilchen umfasst, wobei der Grünkörper bei zumindest einer Sinter-Temperatur gesintert wird und wobei der Grünkörper beim Sintern zumindest teilweise mittels Mikrowellenenergie erwärmt wird, wobei der Grünkörper nach einem vorgegebenen Temperaturprofil erwärmt wird, wobei eine zugeführte Wärme- energie anhand einer Temperatur des Grünkörpers geregelt wird, wobei die Temperatur des Grünkörpers kontaktlos mittels zumindest eines Sensors ermittelt wird, wobei das Temperatur- profil für das Sintern zumindest eine Aufheizphase und zumin- dest eine im Wesentlichen isotherme Haltephase aufweist, wo- bei während der Aufheizphase eine dritte mittlere Mikrowel- lenleistung zugeführt wird, wobei während der Haltephase eine vierte mittlere Mikrowellenleistung zugeführt wird und wobei die vierte mittlere Mikrowellenleistung kleiner als die drit- te mittlere Mikrowellenleistung ist.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Ma- teriallage für ein Blechpaket einer elektrischen rotierenden Maschine, welche nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist, wobei die Materiallage aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist und eine Dichte von zumindest 85 %, insbeson- dere zumindest 90 %,des zugehörigen schmelzmetallurgisch her- gestellten metallischen Werkstoffs aufweist.

Überdies wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket, welches eine Viel- zahl von Materiallagen aufweist.

Zudem wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Com- puterprogrammprodukt zur Durchführung eines derartigen Ver- fahrens bei Ablauf in einer Regelungseinrichtung.

Die in Bezug auf das Verfahren nachstehend angeführten Vor- teile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf die Materiallage, die elektrische Maschine und die Rege- lungseinrichtung übertragen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, den Sintervor- gang von Materiallagen, welche beispielsweise in Blechpaketen von elektrischen Maschinen verwendbar sind, durch Zuführung von Mikrowellenenergie zu beschleunigen, um einen höheren Durchsatz zu erzielen. Eine derartige Materiallage weist im fertig gesinterten Zustand ein Aspektverhältnis, das heißt ein Verhältnis von maximaler Länge zu Lagendicke, von mindes- tens 50:1, insbesondere von 100:1, auf. Beispielsweise hat die Materiallage eine Lagendicke im Bereich von 0,1 μm bis 1 mm, insbesondere von 0,5 μm bis 500 μm. Die Materiallage weist, insbesondere metallische, Festteilchen auf, welche beispielsweise Eisen, Nickel, Kobalt und/oder deren Legierun- gen, enthalten und ist beispielsweise durch Pressen oder Siebdrucken herstellbar. Die Festteilchen liegen beispiels- weise als Legierungspulver oder als Mischungen von Pulvern aus Reinelementen vor.

Die Mikrowellenenergie wird insbesondere durch eine Mikrowel- lenquelle zugeführt, die beispielsweise als Magnetron ausge- führt ist. Die Mikrowellenquelle erzeugt elektromagnetische Schwingungen, welche beispielsweise in einem Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz liegen. Insbesondere werden elektro- magnetische Schwingungen mit Frequenzen erzeugt, die in einem ISM-Band (industrial, scientific and medical application band), beispielsweise bei 915 MHz +/- 13 MHz, 2,45 GHz +/- 50 MHz oder 5,8 GHz +/- 75 MHz, liegen. Optional wird zusätz- liche Energie über eine weitere Wärmequelle, beispielsweise über Heizstäbe, zugeführt.

Die Zuführung von Mikrowellenenergie führt zu einem beschleu- nigten Verdichtungsprozess. Insbesondere zu Beginn des Sin- tervorgangs, bei dem sich der Grünkörper in einem poröseren Zustand befindet und einen hohen elektrischen Widerstand auf- weist, erfolgt eine maximale Einkopplung der Mikrowellenener- gie, was bedeutet, dass eine geringere Aufheizzeit und eine schnelle Erstverdichtung erreicht wird. Die geringere Auf- heizzeit führt auch mit Prozessgasen geringerer Reinheit zu wenig Oxidation und damit zu wenig Verunreinigung im Sinter- gut, was beispielsweise zu verbesserten magnetischen Eigen- schaften führt und Kostenvorteile bietet.

Ferner sind aufgrund der selektiven Erwärmung durch die Mik- rowellen, Träger- und/oder Haltestrukturen für den Grünkör- per, welche beispielsweise aus Quarzglas hergestellt sind, im Wesentlichen Mikrowellen-transparent und tragen nicht zum Energieverbrauch bei. Darüber hinaus werden durch die Mikro- wellenenergie, aufgrund einer im Volumen gleichmäßigen Ver- dichtung, weniger Poren und eine homogenere Korngröße im Ver- gleich zu einem rein konventionellen Sinterprozesses er- reicht, was sich in verbesserten mikrostrukturellen, geomet- rischen und mechanischen Eigenschaften des Sinterguts wieder- spiegelt, Bei einer Materiallage aus einem metallischen Werk- stoff, wie beispielsweise Eisen oder einer Eisenlegierung, wird eine Dichte von zumindest 85 %, insbesondere zumindest 90 %, des zugehörigen schmelzmetallurgisch hergestellten me- tallischen Werkstoffs erreicht. Durch die Materialselektivi- tät ist überdies eine verbesserte Ausbildung von Grenzflächen erzielbar.

Die Regelungseinrichtung regelt insbesondere die zumindest eine Sinter-Temperatur. Die Mittel der Regelungseinrichtung zur Durchführung des Sintervorgangs umfassen beispielsweise eine Steuervorrichtung, einen Sollwertgeber und einen Spei- cher. Insbesondere weist die Regelungseinrichtung einen digi- talen Logikbaustein auf, der für das Herstellungsverfahren konfiguriert ist. Der digitale Logikbaustein ist beispiels- wiese als Mikroprozessor, Mikrocontroller, FPGA (field pro- grammable gate array) oder ASIC (application-specific in- tegrated Circuit) ausgeführt. Das erfindungsgemäße Computer- programmprodukt ist zumindest zur Regelung der Sinter- Temperatur konfiguriert. Darüber hinaus kann das Computerpro- grammprodukt einen digitalen Zwilling umfassen, der zumindest ein Temperaturverhalten des Sinterguts, insbesondere bei ei- ner Zuführung von Mikrowellenenergie, abbildet. Ein derarti- ger digitaler Zwilling ist beispielsweise in der Offenle- gungsschrift US 2017/0286572 A1 beschrieben. Der Offenba- rungsgehalt der US 2017/0286572 A1 wird durch Verweisung in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen.

Der Grünkörper wird nach einem vorgegebenen Temperaturprofil erwärmt, wobei eine zugeführte Wärmeenergie anhand einer Tem- peratur des Grünkörpers geregelt wird. Durch eine Erwärmung anhand eines Temperaturprofils wird eine reproduzierbare Qua- lität der Materiallagen erreicht. Insbesondere durch die Ein- kopplung der Mikrowellen in den Grünkörper ist eine lokale Messung der Grünkörper-Temperatur genauer als beispielsweise eine Messung der Umgebungstemperatur.

Die Temperatur des Grünkörpers wird kontaktlos mittels zumin- dest eines Sensors ermittelt, Der Sensor ist beispielsweise als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt. Durch einen derar- tigen kontaktlosen Sensor wird eine sehr genaue Erfassung der Grünkörper-Temperatur ermöglicht. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen metallischen Komponenten wie Zuleitungen und/oder metallische Temperaturwiderstände erforderlich, die das elektromagnetische Feld während der Mikrowellenerwärmung beeinflussen. Insbesondere sind durch eine mechanische oder optische Variation des Messfeldes ist eine Temperaturvertei- lung auf einem Grünkörper erfassbar. Ferner sind Temperaturen von verschieden Grünkörpern über einen derartigen kontaktlo- sen Sensor während des Erwärmungsvorgangs erfassbar.

Das Temperaturprofil für das Sintern weist zumindest eine Aufheizphase und zumindest eine im Wesentlichen isotherme Haltephase auf, wobei während der Aufheizphase eine dritte mittlere Mikrowellenleistung zugeführt wird, wobei während der Haltephase eine vierte mittlere Mikrowellenleistung zuge- führt wird und wobei die vierte mittlere Mikrowellenleistung kleiner als die dritte mittlere Mikrowellenleistung ist.

Durch die hohe dritte Mikrowellenleistung während der Auf- heizphase wird der Grünkörper schnell und kosteneffizient auf die Sinter-Temperatur erwärmt wobei Sinterhälse zwischen den Partikeln ausgebildet werden, was zu einer deutlich besseren Wärmeleitung führt. Insbesondere nach dem Erreichen der Sin- ter-Temperatur wird die Mikrowellenleistung reduziert, wobei die konventionelle Wärmequelle eine Gefügevergröberung des bereits vorverdichteten Grünkörpers übernimmt. Während der im Wesentlichen isothermen Haltephase ist die Sinter-Temperatur schnell und effizient durch Mikrowellenleistung regelbar. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grünkörper, der zusätzlich ein Bindemittel umfasst, bei zumindest einer Entbinder-Temperatur entbindert und in einem folgenden Schritt bei zumindest einer Sinter-Temperatur gesintert wird, wobei die Sinter-Temperatur höher als die Entbinder- Temperatur ist, wobei der Grünkörper beim Entbindern und beim Sintern zumindest teilweise mittels Mikrowellenenergie er- wärmt wird. Insbesondere bilden die Festteilchen zusammen mit dem Bindemittel eine Suspension zur Herstellung des Grünkö- pers. Beispielsweise wird ein organisches Bindemittel verwen- det, das so beschaffen ist, dass es bei Erwärmung vollständig bzw. nahezu vollständig in gasförmige Bestandteile dissozi- iert. Die Entbinder-Temperatur beträgt beispielsweise 600 bis 800°C während die Sinter-Temperatur beispielsweise bei 1200 bis 1500°C liegt. Insbesondere findet das Sintern unmittelbar nach dem Entbindern statt, um Zeit zu sparen. Neben der ge- ringeren Aufheizzeit während des Sinterns und Entbinderns re- duziert eine Zuführung von Mikrowellenenergie eine Oxidation und damit eine Verunreinigung des Grünkörpers, was beispiels- weise bei Belchen zu besseren magnetischen Eigenschaften führt. Ferner sind Prozessgase mit geringerer Reinheit ver- wendbar, sodass Kosten eingespart werden.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grünkörper mittels Hybriderwärmung entbindert und/oder gesintert wird. Hybriderwärmung umfasst neben einer Mikrowellenerwärmung zu- sätzlich eine konventionelle Erwärmung, welche beispielsweise über Induktionserwärmung, Widerstandserwärmung oder Gasbehei- zung stattfindet. Insbesondere wird der Grünkörper zu Beginn vornehmlich mit Mikrowellen erwärmt, was zur Ausbildung von Sinterhälsen zwischen den Partikeln und damit zu einer deut- lich besseren Wärmeleitung führt, wobei daraufhin eine zuge- schaltete konventionelle Wärmequelle eine Gefügevergröberung des bereits vorverdichteten Grünkörpers übernimmt. Durch Hyb- riderwärmung werden der Entbinder- und Sinterprozess be- schleunigt. Da Mikrowellen bei einigen Werkstoffen bei Raum- temperatur nur schlecht einkoppeln, ist durch Hybriderwärmung eine kürzere Aufheizphase erzielbar. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grünkörper zumindest teilweise in einer reduzierenden Atmosphäre entbin- dert wird. Die reduzierende Atmosphäre enthält beispielsweise ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch oder ein Wasserstoff- Edelgas-, insbesondere ein Wasserstoff-Argon-Gemisch. Der Stickstoff beziehungsweise das Edelgas fungieren als Spülgas. Insbesondere findet der Entbinder-Prozess in einer reduzie- renden Atmosphäre bei einem niedrigen Druck von weniger als 100 mbar statt. Durch die reduzierende Atmosphäre werden eine Oxidation und damit Verunreinigungen verhindert. Insbesondere organische Bindemittel werden in einer reduzierenden Atmo- sphäre durch Entfernen der Kohlenstoffatome aus dem Grünkör- per im Wesentlichen rückstandslos ausgetrieben.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grünkörper zumindest teilweise in einem Vakuum gesintert wird. Durch das Vakuum wird eine schnelle Aufheizung ermöglicht.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Temperatur- profil für das Entbindern zumindest eine Aufheizphase und zu- mindest eine im Wesentlichen isotherme Haltephase aufweist, wobei während der Aufheizphase eine erste mittlere Mikrowel- lenleistung zugeführt wird, wobei während der Haltephase eine zweite mittlere Mikrowellenleistung zugeführt wird und wobei die zweite mittlere Mikrowellenleistung kleiner als die erste mittlere Mikrowellenleistung ist. Durch die höhere erste Mik- rowellenleistung wird der Grünkörper schnell und geregelt auf die Entbinder-Temperatur gebracht ohne dass eine Beschädi- gung, beispielsweise in Form von Rissen, stattfindet. Während der im Wesentlichen isothermen Haltephase ist die Entbinder- Temperatur schnell und effizient durch Mikrowellenleistung regelbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass beim Sintern nach zumindest einer Haltephase eine Abkühlphase folgt, wobei eine Temperatur während der Abkühlphase durch Zuführung von

Mikrowellenleistung geregelt wird. Durch eine mikrowellenba- sierte Temperaturregelung während der Abkühlphase wird eine Beschädigung, beispielsweise durch Ausscheidungen, der Mate- riallage verhindert.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Materiallage aus Eisen hergestellt ist und eine Dichte von mindestens 6600 kg/m ³ aufweist. Unter einer aus Eisen hergestellten Ma- teriallage ist zu verstehen, dass die Materiallage aus Eisen und/oder einer Eisenlegierung, insbesondere einer Eisenba- sislegierung,hergestellt ist. Eisenbasislegierungen sind beispielsweise Eisen-Kobalt und Eisen-Silizium. Durch den Einsatz von Mikrowellenerwärmung ist eine derartig hohe Dich- te beim Sintern erreichbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Materiallage eine Lagendicke zwischen 0,5 μm und 500 μm aufweist. Bei ei- ner derartigen Dicke wird beispielsweise beim Einsatz in ei- ner elektrischen rotierenden Maschine eine ausreichende Wir- belstrom-Unterdrückung erreicht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert.

Es zeigen;

FIG 1 eine schematische Darstellung eines Herstellungsver- fahrens von Materiallagen mit einem Hybrid-Ofen,

FIG 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Grünkörpers vor dem Entbindern,

FIG 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestal- tung eines Temperaturprofils für das Entbindern und Sintern eines Grünkörpers mittels Hybriderwärmung,

FIG 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausge- staltung eines Temperaturprofils für das Entbindern und Sintern eines Grünkörpers mittels Hybriderwärmung und

FIG 5 eine schematische Darstellung eines Herstellungsver- fahrens von Materiallagen mit einem Mikrowellen-Ofen,

FIG 6 eine schematische Darstellung eines Temperaturprofils für das Sintern eines Grünkörpers mittels Mikrowel- lenerwärmung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han- delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom- ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel- che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter- bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er- findung ergänzbar.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung,

FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Herstellungs- verfahrens von Materiallagen 2 mit einem Hybrid-Ofen 4, wobei die fertig gesinterten Materiallagen 2 jeweils ein Aspektver- hältnis, das heißt ein Verhältnis von maximaler Länge 1 zu Lagendicke d, von mindestens 50:1, insbesondere von 100:1, auf. Beispielsweise beträgt die fertig gesinterte Lagendi- cke d zwischen 0,1 μm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,5 μm und 500 μm. Im Hybrid-Ofen 4 werden die als Grünkörper vor- liegenden Materiallagen 2 entbindert und unmittelbar danach gesintert. Der Hybrid-Ofen 4 ist dafür konfiguriert, die Grünkörper mittels Hybriderwärmung zu entbindern und zu sin- tern. Die Hybriderwärmung umfasst neben einer Mikrowellener- wärmung zusätzlich eine konventinelle Erwärmung, beispiels- weise über Induktionserwärmung, Widerstandserwärmung oder Gasbeheizung. Beispielsweise werden die Grünkörper vor dem Entbindern und Sintern aus einer Suspension, welche ein we- nigstens ein, insbesondere organisches, Bindemittel und Fest- teilchen umfasst, mittels Siebdruckens hergestellt und auf einem Träger 6 positioniert, wobei der Träger 6 aus einem dielektrischen Werkstoff, insbesondere einer Keramik wie Alu- miniumoxid, hergestellt ist. Das Bindemittel ist so beschaf- fen, dass es bei Erwärmung vollständig bzw. nahezu vollstän- dig in gasförmige Bestandteile dissoziiert. Insbesondere sind die Materiallagen 2 als Elektrobleche für eine elektrische Maschine, beispielsweise einen Motor oder einen Generator, ausgeführt, wobei die Festteilchen für ein Elektroblech ein weichmagnetisches Material, beispielsweise Eisen, Nickel, Ko- balt und/oder deren Legierungen, enthalten.

Die Grünkörper werden auf dem Träger 6 in einer Kammer 8 des

Hybrid-Ofens 4 angeordnet, wobei die Kammer 8 als Resonator für eine Mikrowellenquelle 10 ausgeführt ist. Die Mikrowel- lenquelle 10 ist insbesondere als Magnetron ausgeführt und beispielhaft über einen Hohlleiter 12 mit der Kammer 8 ver- bunden. Die Mikrowellenquelle 10 erzeugt elektromagnetische Schwingungen, welche beispielsweise in einem Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz liegen. Insbesondere werden elektro- magnetische Schwingungen mit Frequenzen erzeugt, die in einem ISM-Band (industrial, scientific and medical application band), beispielsweise bei 915 MHz +/- 13 MHz, 2,45 GHz +/- 50 MHz oder 5,8 GHz +/- 75 MHz, liegen. Eine maximale Leis- tung der Mikrowellenquelle 10 wird in Abhängigkeit des Mate- rials, der Form und der Anzahl der Grünkörper sowie der Größe der Kammer 8 gewählt. Die Mikrowellenleistung ist optional durch mehrere Hohlleiter 12 an unterschiedlichen Positionen zuführbar, um eine homogenere Erwärmung der Grünkörper zu er- reichen.

Darüber hinaus umfasst der Hybrid-Ofen 4 eine konventionelle Wärmequelle 14, welche beispielsweise als Induktionswärme- quelle, als Widerstandswärmequelle oder als gasbeheizende Wärmequelle ausgeführt ist. Während des Entbinderns und Sin- terns wird eine Temperatur zumindest eines Grünkörpers über einen, insbesondere kontaktlosen, Sensor 16 überwacht. Der Sensor 16 ist beispielsweise als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt. Die Mikrowellenquelle 10 und die konventionelle Wärmequelle 14 werden von einer Regelungseinxichtung 18 ange- steuert, der die Temperatur des zumindest einen Grünkörpers während des Entbinderns und Sinterns anhand eines Temperatur- profils regelt. Das Temperaturprofil ist in einem Spei- cher 20, beispielsweise in Form einer Look-Up-Table, in einem Sollwertgeber 22 hinterlegt und wird zur Regelung mit der Temperatur des zumindest einen Grünkörpers verglichen. Die ermittelte Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert wird in ei- ner Steuervorrichtung 24 zur, insbesondere separaten, Ansteu- erung der Mikrowellenquelle 10 und der konventionelle Wärme- quelle 14 zur Regelung der Temperatur weiterverarbeitet. Op- tional wird die vom Sensor 16 ermittelte Temperatur zusammen mit einem digitalen Zwilling des Hybrid-Ofens 4 zur Tempera- turregelung herangezogen. Darüber hinaus wird durch die Rege- lungseinrichtung 18 ein Druck und eine Gaszusammensetzung in der Kammer 8 geregelt. Die Regelungseinrichtung 18 weist ei- nen digitalen Logikbaustein auf, der für das Herstellungsver- fahren konfiguriert ist. Der digitale Logikbaustein ist bei- spielswiese als Mikroprozessor, Mikrocontroller, FPGA (field programmable gate array) oder ASIC (application-specific in- tegrated circuit) ausgeführt.

FIG 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Grünkör- pers 26 vor dem Entbindern E, weicher eine Suspension aus- Festteilchen 28 und einem, insbesondere organischen, Binde- mittel 30 enthält. Die Festteiichen liegen als Pulver vor und umfassen Teilchen aus elektrisch und/oder magnetisch leitfä- higem Material, insbesondere Metallteilchen. Beispielsweise enthalten die Festteilchen Eisen, Nickel, Kobalt und/oder de- ren Legierungen. Die weitere Ausgestaltung des Grünkörpers 26 in FIG 2 entspricht der in FIG 1. FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausge- staltung eines Temperaturprofils 32 für das Entbindern E und Sintern S mindestens eines Grünkörpers mittels Hybriderwär- mung, wobei zum Vergleich ein Temperaturprofil 34 für das Entbindern E und Sintern S mittels konventioneller Erwärmung dargestellt ist. Die Temperatur T ist qualitativ über die Zeit t aufgetragen. Die Gesamtzeit tk des Temperaturpro- fils 34 für die konventionelle Erwärmung beträgt beispiels- weise 10 Stunden. Die Gesamtzeit th des Temperaturprofils 32 für die Hybriderwärmung ist beispielsweise um 33 % kürzer.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf das Temperatur- profils 32 für das Entbindern E und Sintern S mittels Hyb- riderwärmung .

Zusätzlich ist in FIG 2 ein Betriebsschema 36 der Mikrowel- lenquelle 10 für das Entbindern E und Sintern S mittels Hyb- riderwärmung in Abhängigkeit der Zeit t in Bezug auf das Tem- peraturprofil 32 dargestellt, wobei ein Pulsbetrieb der Mik- rowellenquelle 10 mit Hilfe von senkrechten Strichen darge- stellt ist. Die Mikrowellenquelle 10 ist beispielsweise als Magnetron ausgeführt, wobei eine abgegebene Leistung durch einen Tastgrad geregelt wird. Der Tastgrad wird auch Aussteu- ergrad oder englisch „duty cycle" genannt und errechnet sich aus dem Verhältnis von Impulsdauer zur Periodendauer. Senk- rechte Striche mit einem sehr geringen Abstand repräsentieren einen hohen Tastgrad, was einer hohen mittleren Leistung bei konstanter Spitzenleistung entspricht. Ein Dauerstrich- Betrieb wird auch „continuous wäre" Betrieb, kurz CW Betrieb, genannt. Die konventionelle Wärmequelle wird während des Ent- binder- und Sintervorgangs parallel zur Mikrowellenquelle 10 betrieben.

Der mindestens eine Grünkörper wird sowohl bei der Hybrider- wärmung als auch bei der konventionellen Erwärmung zunächst auf eine Entbinder-Temperatur Td und daraufhin auf eine Sin- ter-Temperatur Ts aufgeheizt. Beim Entbindern E mittels Hyb- riderwärmung folgt einer, beispielsweise linearen, Auf- heizphase Ae eine im Wesentlichen isotherme Haltephase He. Während der Aufheizphase Ae wird eine erste mittlere Mikro- wellenleistung P1 zugeführt, wobei während der Haltephase He eine zweite mittlere Mikrowellenleistung P2 zugeführt wird und die zweite mittlere Mikrowellenleistung P2 kleiner als die erste mittlere Mikrowellenleistung P1 ist. Während des Entbinderns E wird das, insbesondere organische, Bindemittel in einer reduzierenden Atmosphäre ausgetrieben, sodass Koh- lestoff-Atome aus dem Grünkörper entfernt werden. Die redu- zierende Atmosphäre enthält beispielsweise ein Wasserstoff- Stickstoff-Gemisch oder ein Wasserstoff-Edelgas-, insbesonde- re ein Wasserstoff-Argon-Gemisch bei einem niedrigen Druck von weniger als 100 mbar. Der Stickstoff beziehungsweise das Edelgas fungieren als Spülgas, Die Entbinder-Temperatur Td beträgt hierbei beispielsweise 600 bis 800°C.

Unmittelbar nach der Haltephase He des Entbinderns E folgt eine, beispielsweise lineare, Aufheizphase As für das Sin- tern S bis zu einer Sinter-Temperatur Ts, welche beispiels- weise 1200 bis 1500°C beträgt. Die Aufheizphase As bis zur Sinter-Temperatur Ts findet bei einem niedrigen Druck, bei- spielsweise 20 mbar statt, wobei eine reduzierende Atomosphä- re sinnvoll ist, damit keine Carbonisierung stattfindet und ein möglicher Rest-Kohlenstoff entfernt wird. Die daraufhin folgende, im Wesentlichen isotherme, Haltephase Hs findet in einem Vakuum statt. Beim Sintern S wird während der Auf- heizphase As eine dritte mittlere Mikrowellenleistung P3 zu- geführt, wobei während der Haltephase Hs eine vierte mittlere Mikrowellenleistung P4 zugeführt wird und die vierte mittlere Mikrowellenleistung P4 kleiner als die dritte mittlere Mikro- wellenleistung P3 ist. Insbesondere wird beim Sintern S wäh- rend der Aufheizphase As eine maximale Leistung der Mikrowel- lenquelle 10 zugeführt, um die Aufheizphase zu verkürzen. Der Haltephase Hs folgt eine Abkühlphase Cs, wobei die Temperatur während der Abkühlphase Cs durch, insbesondere variable, Zu- führung von Mikrowellenleistung P5 geregelt wird, wobei die konventionelle Wärmequelle 14 während der Abkühlphase Cs aus- geschaltet wird. Die aus dem mindestens eine Grünkörper gesinterte mindestens eine Materiallage 2, welche aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, weist nach dem Sintern S eine Dichte von zu- mindest 90 % des zugehörigen schmelzmetallurgisch hergestell- ten metallischen Werkstoffs auf. Beispielsweise ist die min- destens eine Materiallage 2 aus Eisen, das heißt aus Eisen oder einer Eisenbasislegierung, wie beispielsweise Eisen- Kobalt oder Eisen-Silizium, hergestellt und weist nach dem Sintern S eine Dichte von mindestens 6600 kg/m ³ auf.

FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Aus- gestaltung eines Temperaturprofils 32 für das Entbindern E und Sintern S mindestens eines Grünkörpers mittels Hybrider- wärmung, wobei zum Vergleich ein Temperaturprofil 34 für das Entbindern E und Sintern S mittels konventioneller Erwärmung dargestellt ist. Während des Entbinderns E wird der Grünkör- per zunächst im Vakuum in einer Reinigungs-Aufheizphase Ar mit der ersten mittleren Mikrowellenleistung P1 auf eine Rei- nigungstemperatur Tr erwärmt, wobei die Reinigungstempera- tur Tr beispielsweise 100 bis 300°c beträgt. Während einer Reinigungs-Haltephase Hr werden Lösungsmittel verdampft und es wird eine Oberflächenreinigung durchgeführt bevor die Auf- heizphase Ae für das eigentliche Entbindern E folgt. Die wei- tere Ausgestaltung des Temperaturprofils 32 in FIG 4 ent- spricht dem in FIG 3.

FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Herstellungs- verfahrens von Materiallagen 2 mit einem Mikrowellen-Ofen 38.

Der Sintervorgang erfolgt mittels Mikrowellenerwärmung, wel- cher von einer Mikrowellenquelle 10 über einen Hohlleiter 12 bereitgestellt wird. Die weitere Ausführung des Herstellungs- verfahrens in FIG 5 entspricht dem in FIG 1.

FIG 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Temperatur- profils 40 für das Sintern S eines Grünkörpers mittels Mikro- wellenerwärmung, wobei ein Mikrowellen-Ofen 38 gemäß FIG 5 zum Einsatz kommt. Der zu sinternde Grünkörper weist dabei entweder kein Bindemittel auf, wobei ein Grünkörper ohne Bin- demittel beispielsweise gepresste Festteilchen umfasst, oder der Grünkörper weist Festteilchen mit einem leicht flüchtigen Bindemittel auf, das beim Sintern S in der Aufheizphase As direkt ausgetrieben, insbesondere gecrackt, wird. Leicht flüchtige Bindemittel sind insbesondere aromatische oder aliphatische Öle, beispielsweise Erdölderivate. Der Auf- heizphase As folgt eine Haltephase Hs, wobei die zugeführte vierte mittlere Mikrowellenleistung P4 geringer als die fünf- te mittlere Mikrowellenleistung P5 während der Aufheizpha- se As ist. Der Haltephase Hs folgt eine Abkühlphase Cs, wobei die Temperatur während der Abkühlphase Cs durch, insbesondere variable, Zuführung von Mikrowellenleistung P5 geregelt wird. Die weitere Ausgestaltung des Temperaturprofils 40 in FIG 6 entspricht dem in FIG 3.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her- stellung einer, insbesondere metallischen, Materiallage 2.

Um, im Vergleich zum Stand der Technik, eine höhere Geschwin- digkeit des Herstellungsverfahrens und eine bessere Kostenpo- sition zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass ein Grünkör- per 26 bereitgestellt wird, welcher Festteilchen 28 umfasst, wobei der Grünkörper 26 bei zumindest einer Sinter- Temperatur Ts gesintert wird und wobei der Grünkörper 26 beim Sintern S zumindest teilweise mittels Mikrowellenenergie er- wärmt wird.