Ein solcher Keramik-Gegenstand, insbesondere ein Werkstück einer hohen mechanischen Festigkeit, und ein Verfahren zu seiner Herstellung gehen beispielsweise aus US-PS 5,505, 248 hervor. Dabei wird in ein Gefäß, dessen Innenwände mit einem sogenannten Barrierematerial ausgekleidet sind und das an die Form eines herzustellenden Gegenstandes angepasst ist, ein Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid, eingebracht.

Das Keramikmaterial weist insbesondere die Gestalt eines in einem Pulverpressprozess hergestellten Keramikrohlings (Preform) auf, der relativ porös ist. Auf die Oberfläche der Preform wird ein Matrixmetall, beispielsweise in der Form einer Aluminiumplatte oder dergleichen, angeordnet.

Das Gefäß wird dann zusammen mit der Preform und der Aluminiumplatte auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums liegt. Dabei wird eine spontane Infiltration eingeleitet, bei der geschmolzenes Aluminium in die Hohlräume der porösen Preform drucklos aufgrund von Kapillareffekten eindringt. Es ist bekannt diese Infiltration in einer Stickstoff-Atmosphäre gegebenenfalls zusätzlich unter Einwirkung von Magnesiumdampf auszuführen. Das zuvor genannte Barrierematerial verhindert, dass bei der Infiltration auf der Oberfläche der Preform eine unerwünschte Aluminiumschicht entsteht.

Die zur Ausführung der Infiltration erforderliche Erwärmung der in dem Gefäß enthaltenen Preform wird vorzugsweise in einem Durchlaufofen ausgeführt. Es entsteht dabei in dem Gefäß ein Gegenstand, der im Hinblick auf die Festigkeit und die Verschleißfestigkeit mit Stahl vergleichbar ist. Im Hinblick auf den thermischen Expansionskoeffizienten, die Dichte und die thermische Leitfähigkeit weist die Preform nach der Infiltration ebenfalls erheblich bessere Werte auf.

Ein Problem der Herstellung eines derartigen Keramikmaterials besteht jedoch darin, dass beim Erwärmen in der Preform eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht werden muß, damit die Infiltration in allen Bereichen der Preform gleichmäßig auftritt, sodass homogene Eigenschaften erzielt werden. Die Erwärmung muß daher über einen sehr langen Zeitraum, der etwa 10-20 Stunden beträgt, ausgeführt werden. Bei der Herstellung von großen Stückzahlen von Gegenständen besteht daher ein Problem darin, dass die Erwärmung der die Preformen aufnehmenden Gefäße in einem Durchlaufverfahren relativ viel Zeit erfordert. Es sind daher sehr kostspielige Durchlauföfen mit langen Heizstrecken erforderlich. Für eine Serienfertigung von hohen Stückzahlen ist diese Vorgehensweise daher problematisch. Der Energieverbrauch ist enorm.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Gegenstandes anzugeben, bei dem die Herstellungszeit wesentlich verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch die spezielle Beschaffenheit bzw.

Zusammensetzung des Keramikmaterials der Preformen die Zeit zur Erwärmung des Keramikmaterials auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Matrixmetalles wesentlich verkürzt werden kann. Aus diesem Grunde können Gegenstände aus dem Keramikmaterial durch Erhitzen im Durchlaufverfahren wesentlich schneller hergestellt werden. Dadurch können enorme Kosten eingespart werden. Die Verweildauer der einzelnen Gegenstände im Produktionsprozeß ist kürzer, und zur Erwärmung wird weniger Energie benötigt. Wegen der gegenüber den Keramikpartikeln großen Duktilität der Matrixmetall-Partikel kann beim Pressen der Preform vorteilhafterweise die gleiche Keramik-Packungsdichte erzielt werden. Zudem sind gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung durch das Beimischen des Matrixmetall-Pulvers bessere Fließeigenschaften des Gemisches zu erwarten. Ferner dient das mitverpresste Matrixmetall zum Zusammenhalten der Preform, so dass ein Heißverpressen zum Binden der Preform nicht erforderlich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit der Figur näher erläutert.

Zu der Erfindung führte die folgende Überlegung. Um die Verweildauer der mit den zu infiltrierenden Preformen befüllten Gefäße z. B. in einem Durchlaufofen wesentlich zu verkürzen, wurde der Gedanke gefasst, dem pulverförmigen Keramikmaterial der Preform von Haus aus ein pulverförmiges Metallmaterial zuzumischen, so dass die Erwärmung der aus dieser Mischung durch Pressen hergestellten Preformen, die vorzugsweise im Durchlaufverfahren ausgeführt wird, aufgrund ihrer wesentlich verbesserten Wärmeleitfähigkeit gleichmäßiger erfolgt. Die Erwärmungs-bzw. Durchlaufzeit wird dadurch wesentlich beschleunigt. Die Eigenschaften der infiltrierten Preformen sind äußerst homogen auf alle Bereiche der Preformen verteilt.

Besonders bevorzugt eignen sich als Keramikmaterial Aluminiumoxid und als Matrixmetall Aluminium. Beide Komponenten liegen jeweils in Pulverform vor und werden zur Herstellung der Preform trocken gemischt. Das Mischungsverhältnis beträgt vorzugsweise etwa : Aluminium zu 34 Aluminiumoxid. Das Pulvergemisch wird anschließend in einer Pressoperation zur Preform verpresst. Typischerweise besteht die dabei entstehende Preform aus etwa : 20% Aluminium, 60% Aluminiumoxid und 20% Luft. Da dem pulverförmigen Keramikmaterial (vorzugsweise Aluminiumoxid) pulverförmiges Matrixmetall (Aluminium) zugemischt wird, muss bei der späteren Infiltration nur noch weniger Matrixmetall infiltriert werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass als Keramikmaterial beispielsweise auch Siliciumcarbid Anwendung finden kann.

Anstelle des oben als Matrixmetall genannten Aluminiums kann auch eine Aluminiumlegierung verwendet werden.

Die Ausführung des vorliegenden Verfahrens wird nun im Zusammenhang mit der schematischen Figur näher erläutert.

Die durch Mischen des-pulverförmigen Keramikmaterials und des pulverförmigen Matrixmetalles und durch Verpressen der Mischung hergestellte Preform 2 wird in ein Gefäß 1 eingebracht. In der Figur sind lediglich schematisch einzelne Partikel der Preform 2 dargestellt, wobei die Partikel des Keramikmaterials mit 21 und die Partikel des zugemischten Matrixmetalls mit 22 bezeichnet sind. Das Gefäß 1 ist an die Außenkonturen der Preform 2 angepasst. Seine Innenwände sind in an sich bekannter Weise mit einem Barrierematerial 4 beschichtet. Auf die Oberfläche der Preform 2 wird ein Rohling 6 aus dem zu infiltrierenden Matrixmetall aufgelegt. Die in dieser Weise bestückten Gefäße 1 werden aufeinander folgend in einen Ofen 5 bewegt, bei dem es sich vorzugsweise um einen Durchlaufofen handelt.

Bei der Erhitzung der Preform 2 auf die Schmelztemperatur des Matrixmetalls, die aus den oben erläuterten Gründen relativ schnell erreicht wird, dringen zusätzlich zu den bereits in der Preform 2 enthaltenen Partikeln 22 des Matrixmetalls Partikel des Matrixmetalls des Rohlings 6 in die Poren der Preform 2 ein, sodass die eingangs erläuterten guten Eigenschaften in allen Bereichen der Preform 2 gleichmäßig verteilt erreicht werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Infiltration in an sich bekannter Weise in einer Infiltrationsatmosphäre, z. B. In Stickstoff, ausgeführt werden kann, wobei die bekannten, die Infiltration begünstigenden Maßnahmen ergriffen werden können.

Ferner kann das Gefäß 1 zur Erhitzung in einem ebenfalls bekannten feuerfesten Schiffchen 7 angeordnet werden, in dem sich ein ebenfalls feuerfestes Trägermaterial 8 befindet.

Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist in der Zumischung des pulverförmigen Matrixmetalls zu dem pulverförmigen Keramikmaterial und dem Verpressen der entstehenden Mischung zu der Preform 2 zu sehen.