Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ^' Sinterformteilen aus Metall oder Keramik durch Spritz¬ gießen einer Masse, die ein austreibbares Bindemittel und gegebenenfalls ein Gleitmittel enthält.

Stand der Technik:

Bekannte Verfahren umfassen folgende Schritte:

- Mischen des sinterfähigen Metall- oder Keramikpulvers mit einem Bindemittel, so daß eine spritzgußfähige

Masse entsteht.

- Spritzgießen der Masse zum Formteil

— Austreiben des Bindemittels aus dem Formteil durch eine erste Wärmebehandlung

- Sintern des entstandenen Rohlings zum Fertigteil

- Falls eine Dichte nahe bei 100 % der theoretischen Dichte im Fertigteil erforderlich ist, heißiso-

statisches Nachverdichten

Als Bindemittel werden verwendet: a) Thermoplaste (z. B. Polyethylen, Polyethylen-Wachse, Paraffin-Wachse, Cellulose und deren Derivate, Poly¬ amide, Polyaeryle, Styrole)

b) Duroplaste, Epoxide, Polyimide Polyester, Phenol- Melamin-Resorcinharze

c) Gemische aus den Gruppen a) und b)

Für die Herstellung von Formteilen durch Spritzguß sind folgende Eigenschaften des Bindemittels besonders wichtig:

- Gutes Fließvermögen bereits bei geringen Anteilen des Binders in der Masse

- Erzielen einer guten Formstabilität im Formteil während des Ausheizens

- Vollständige Entfernbarkeit des Binders durch Aus¬ heizen unter Zurücklassen einer einer einstellbaren Menge freien Kohlenstoffes

Nachteile der bekannten Bindemittel:

Gruppe a) Diese Bindemittel haben den Vorzug eines guten Fließvermögens und sind auch meist vollständig entfern- bar. Der Nachteil dieser Gruppe liegt darin, daß nur eine geringe Formstabilität zu erzielen ist, weil Thermo¬ plaste beim Ausheizen in die flüssige Phase übergehen. Üblicherweise werden deshalb Gemische von Thermoplasten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten gewählt. Trotzdem ist die Temperaturführung während des Ausheizens des

Binders sehr kritisch und der Ausheizvorgang muß sehr vorsichtig, über lange Zeit (3 bis 10 Tage) erfolgen, weil sonst die Gefahr besteht, daß sich die Teile ver- formen oder Risse entstehen.

Die Bindemittel der Gruppe b) ergeben eine gute Form¬ stabilität der Spritzgußteile. Da ausgehärtete Duroplaste beim Austreiben des Binders nicht aufschmelzen, ist die Gefahr unerwünschter Verformungen oder Rußbildung wesentlich kleiner als bei Thermoplasten.

Die Nachteile dieser Bindemittel bestehen darin, daß nur ein wesentlich geringeres Fließvermögen zu erzielen ist und daß nach dem Ausheizen stets viel freier Kohlenstoff (etwa 15 % bis 50 % bezogen) zurückbleibt.

Im Stand der Technik ist deshalb eine gezielte Einstel¬ lung des zurückbleibenden Kohlenstoffes nur in sehr be¬ grenztem Umfang möglich.

Durch Mischen von Bindemitteln der Gruppe a) und b) zur

Gruppe c) lassen sich die Vorteile beider Gruppen bis zu einem gewissen Grad vereinigen, doch treten dann auch die Nachteile beider Gruppen, wenn auch in schwächerem Ausmaß, auf.

Darstellung der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bindemittel anzugeben, das sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet:

- Erzielen eines guten Fließvermögens

- gute Formstabilität der Teile und verbessertes Aus- heizverhalten und gewünschtenfalls:

- Anteil des zurückgelassenen Kohlenstoffes einstellbar von 0.001 % bis 10 %.

Lösung :

Es wird erfindungsgemäß nunmehr ein Verfahren vorgeschla¬ gen zum Herstellen von Sinterformteilen aus Metall oder Keramik durch Spritzgießen einer Masse, die ein austreib- bares Bindemittel und ein Gleitmittel enthält, das gekenn¬ zeichnet ist durch ein Bindemittel mit

- einem Thermoplast, dessen Vernetzungsgrad nach der Ver¬ arbeitung in der Spritzgußmasse erhöht werden kann und mit Vorteil

- ein Gleitmittel, wobei dieses Gleitmittel mit Vorteil selbst wiederum aus verschiedenen Bestandteilen besteht und niederviskos (kleiner als 100 Poise) ist, so daß gute Gleiteigenschaften erreicht werden.

Der Anteil des Bindemittels beträgt mit Vorteil zwischen 2 und 20%, bezogen auf die Spritzmasse.

Nach der Formgebung und Vernetzung weist der Thermoplast ein hohes Molekulargewicht und damit einen hohen Schmelz- punkt auf. Damit wird erreicht, daß die, mit dem Binder gemischten Gleitmittel beim Austreiben des Binders bei einer Temperatur entfernt werden können, bei welcher der nachvernetzte Thermoplast noch nicht schmilzt und daß da¬ her dem Formteil eine gewisse Festigkeit verbleibt. Das Gleitmittel läßt sich relativ leicht entfernen, ohne daß der Dampfdruck beim Ausheizen zu Beschädigungen (Ver¬ formung, Risse) des Formteils führt.

Wenn dann bei höherer Temperatur (60 bis 90% der Schmelz- temperatur) der nachvernetzte Thermoplast ausgetrieben wird, sind wegen des vorher entfernten Gleitmittels bereits Poren und Kanäle vorhanden, durch die nun auch der Thermo¬ plast entweicht, ohne das Teil zu beschädigen.

Somit ist ein Bindemittel geschaffen, das sehr gute Gleiteigenschaften aufweist und sich leicht (d.h. relativ schnell) entfernen läßt. Mit Hilfe eines Duroplast-

Anteils läßt sich der zurückbleibende Kohlenstoff gezielt einstellen, d. h.

ein Duroplast wird nur verwendet, wenn es erwünscht ist, daß nach dem Ausheizen eine bestimmte Menge Kohlenstoff zurückbleibt.

Bei der Herstellung von Sinterformteilen aus Metall oder Keramik mit diesem ^' neuen Bindemittel wird wie folgt ver¬ fahren a) Aufbereitung einer Masse, bestehend aus dem zu ver¬ arbeitenden Pulver und dem Bindemittel; gegebenen¬ falls wird, um die Homogenität zu erhöhen, ein Lö¬ sungsmittel verwendet, das nach dem Mischen der Be¬ standteile der Masse abgedampft wird.

b) Verarbeiten der Masse durch Spritzguß zum Formteil

c) Erhöhen des Vernetzungsgrades des im Bindemittel enthaltenen vernetzbaren Thermoplast mit dafür ge- eigneten Methoden, wie thermische oder Strahlen¬ vernetzung.

d) Austreiben des Binders durch geeignete Wärmebehandlung.

e) Sintern und gegebenenfalls durch heißisostorisches Pressen Nachverdichten der Formteile auf nahezu vollständige, theoretische Dichte.

Durch die Erhöhung des Vernetzungsgrades im Thermoplast nach dem Spritzgießen werden zwei Vorteile erzielt:

- Während des Spritzgießens ist der Thermoplast relativ niedermolekular und niederviskos (kleiner als 100 Poise)

- Das Thermoplast ist nachträglich vernetzbar.

1 Wege zur Ausführung der Erfindung:

a) Für Bindemittel: vernetzbarer Thermoplast: Polyethylen, nachvernetz- 5 bar durch Wärme bei Anwesenheit vcn Wasser (z. B. feuchte Atmosphäre in der Behandlungskammer)

Typ: HDPEX CG 71210:10 Hersteller ASEA Kerbel Stockholm 10 b) für Gleitmittel:

Ein Gemisch von Zinkstearat und Stearinsäure zu gleichen Teilen

-*5 c) Zumischbares Duroplast: Phenolharz Typ SW 433 Hersteller: Fa. Bakelite

Ausführungsbeispiel 1

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Zusammensetzung einer spritzbaren Masse für SiC: Zu verarbeitendes Pulver: sinterfähiges - SiC (Schmelz¬ temperatur 2700 C) , gemischt mit 0,6 % amorphem Bor.

2 Korngröße 1 u m, BET spez. Oberfläche 15 /g.

25 78 % SiC-Pulver, 6 % vernetzbarer Thermoplast,

12 % Gleitmittel, 4 % Duroplast.

Bei diesem Ansatz bleiben nach dem Ausheizen des Binders 1.6 % freier Kohlenstoff im SiC-Formteil zurück, die 3 als Sinteradditiv wirken.

Austührungsbeispiel 2:

Zusammensetzung einer spritzbaren Masse für Ni-Basis- 35 Legierungs-Formteile:

Zu verarbeitendes Pulver: Udimet 700 (Ni-Basis-Legierung) , Korngröße kleiner 45jUm, mittlere Korngröße 30tιm

Zusammensetzung der Masse:

95,5 % U-700 Pulver 2 % vernetzbarer Thermoplast 2,5 % Gleitmittel

Bei dieser Zusammensetzung bleiben weniger als 0,001 % freier Kohlenstoff im Ni-Basis-Formteil zurück. Dies ist erwünscht, da Kohlenstoff die mechanischen Eigen¬ schaften des Formteils verschlechtert.

Abwandlungen der beschriebenen Beispiele lassen sich selbstverständlich durchführen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch andere spritzgießfähige, spritzpreßfähige, strangpreßfähige, extrudierbare Metalle oder Keramiken verarbeitet werden.

Das Ausheizen oder Austreiben von Bindemittel und gege¬ benenfalls Gleitmittel kann im Ausführungsbeispiel 1 ent¬ weder kontinuierlich einige Stunden oder abgestuft in Teil¬ schritten von Raumtemperatur auf über einige hundert C (1. Stufe) bis etwa Sintertemperatur (75 - 95 % der Schmelz¬ temperatur) ininerter Atmosphäre (Ar) erfolgen. Ein so

3 gesinterter Formteil hatte eine Dichte von 3,14 g/cm und

2 650 N/mm Biegefestigkeit.

Für das Ausführungsbeispiel 2 können an sich bekannte Ausheiz- und Sinterbedingungen angewandt werden.

Wichtig ist bei der Erfindung, daß die Additive der Spritzmasse bei sehr verschiedenen Temperaturen entfernt werden und daß dazu ein Thermoplast gehört, dessen Ver-

netzungsgrad nach dem Spritzgießen sehr stark erhöht wird, so daß die (Grün-)Teile schon vor dem Sintern ausreichend formstabil sind.

Gewerbliche Anwendung:

Für komplizierte Formteile, wie z.B. Turbinenschaufeln oder -räder, die erfindungsgemäß aus Metall oder Keramik durch Spritzgießen hergestellt werden können.

Zur Erfindung gehören auch alle Kombinationen der bean¬ spruchten Merkmale und derjenigen, die in der Beschrei¬ bung zur Darstellung der Erfindung erläutert sind.