构件制造方法和构件技术

一种部分由陶瓷－金属复合材料制成的构件及其制造方法。一个陶瓷原料制的牺牲体填充金属和／或金属合金，并加热使填充金属（ＢＭｅ）和牺牲体陶瓷金属（ＫＭｅ）发生反应，生成陶瓷－金属复合材料，其中陶瓷相有ＫＭｅ↓［ｍ］Ｂ↓［ｘ］和／或ＫＭｅ↓［ｎ］Ｃ↓［ｙ］和／或ＫＭｅ↓［ｏ］ＣＮ和ＢＭｅ↓［ｐ］Ｏ↓［３］，金属相有陶瓷金属（ＫＭｅ）和填充金属（ＢＭｅ）的金属间化合物。将牺牲体定位在一压铸模具中并向其中填充金属（ＢＭｅ），铸成由牺牲体和中间件组成的构件，并在牺牲体部分加热到反应温度或更高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如权利要求1前序部分所述构件的制造方法和构件，该构件至少部分地具有如权利要求前序部分所述的陶瓷-金属-复合材料，这两者都可从作为本专利技术基础的DE-P…中得知。从尚未公开的DE-P中可知陶瓷-金属-复合材料构件的一种制造方法，该方法中，陶瓷原料制成的牺牲体内填充热软化金属-主要是铝-和/或金属合金。填充温度低于反应温度，在该反应温度下将在陶瓷原料中的金属和填充金属中的金属之间发生置换反应。在尽可能地填满牺牲体后，填满的牺牲体加热至反应温度或更高，然后发生刚刚提到的反应。在该反应使构件由陶瓷-金属-复合材料制成，材料具有陶瓷相和金属相，其金属相有一种陶瓷金属与填充金属的金属间化合物。通过在低于金属与牺牲体材料反应温度下将加热软化的金属填充到牺牲体内，在填充过程中以及之后的填充金属与牺牲体材料间的反应过程中获得陶瓷基体。理想情况下完全填满牺牲体的孔，从而使在化学计量合适地使用上述物质时构件完全反应并无裂纹和气隙。这里有利的方式是，待填充金属为铝，陶瓷金属为钛，从而在优选的置换反应后具有陶瓷相TiBx和/或TiCy和/或TiCN和Al2O3，而金属相的金属间化合物为耐高温的TiAl。这种陶瓷-金属-复合材料的材料性能很好。例如由铝作填充金属(BMe)而Ti作陶瓷牺牲体金属(KMe)制成的陶瓷-金属-复合材料，具有密度3.4g/cm3，该密度略高于所谓MMCs(金属-基体-复合材料)，而只有可比铸铁密度的42％。尤其在优选型式下，以金属化合物TiAl形式存在的耐高温化合物使构件的应用范围达到至少800℃，远远超过灰铸铁的范围。制出的陶瓷-金属-复合材料可特别用来制造盘式制动器的摩擦环。这种摩擦环通过机械连接技术如螺钉旋接等固定到制动盘体部。本专利技术的目的在于，改进现有同类方法，使具有前述陶瓷-金属-复合材料的构件的制造更简单，更快，特别是更便宜。该目标通过权利要求1等分类所述特征实现。在填充牺牲体的同时在同一个压铸模具内压铸整个构件-即牺牲体部分和自由于牺牲体之外的中间件-可以省去迄今为止总要进行的事后的构件各部位的机械连接。本专利技术适当的型式从其他从属权利要求中可知。此外借助图示实施例阐述本专利技术。其中图示为附图说明图1装入粉末的牺牲体压模，图2嵌入牺牲体的压铸模具，图3牺牲体部分被填充并感应加热的铸件，图4嵌入两个牺牲体的压铸模具。在开始描述图1至图4之前，下面先借助车用制动盘描述构件的制造原理。首先制造牺牲体1，为此以适当的方式将TiO2和具有一个或多个含硼(B)和/或碳的原料，特别是含硼或碳的陶瓷，混合成混合物。该混合物加热到置换温度900℃-1900℃，最好在1100℃-1400℃之间，并且低于会导致自催化反应，甚至引起爆炸的温度，并焙烧，这时在该置换温度下初始材料和TiO2发生置换反应，反应产物为TiBx和/或TiCy，其中0≤x≤20≤y≤1这样从反应产物中就可以特别是通过压制制造出形状稳定、多孔的牺牲体1。在牺牲体1的这种制造过程中，本专利技术所提供方法的另一种形式有更大的优点，因为其通过放弃非常昂贵的TiC作牺牲体1的初始材料，从而不仅使原料而且使工艺技术的成本费用降低。这样本专利技术例如在制造制动盘时，可以使制动盘在大批量生产时的单件价格降到铸铁盘的水平。下面详细介绍牺牲体1的制造。粉状反应初始材料在玻璃烧瓶中混合，其中初始材料特别按事先计算好的化学比例称好。混合物中也适当地添加一些过剩碳和/或过剩氧气。通过碳过剩可使TiO2的反应更好，而氧气过剩可使铝更好地氧化为Al2O3。紧接着添加一种溶解于丙酮中的黏合剂(聚丙烯碳酸脂)到粉状混合物。这种滑泥状物在一旋转蒸发器中彻底混合同时烘干。烘干后的材料由又大又硬的附聚物组成，这些附聚物必须再放到一离心式碾磨机中细化。由此获得的混合物在一圆形压模中单轴压制成一多孔生坯(型模直径为60mm，100mm，330mm)。压制之后，具有陶瓷基体的未加热生坯在制造陶瓷多孔牺牲体1的置换温度下进行热处理。这里热处理和压制可以交换进行。即也可以先在混合物置换温度下进行热处理，然后再从加热或焙烧过的混合物中压制出陶瓷多孔牺牲体1，或者也可以用烧结法。也可以在压制出生坯或者牺牲体1之前往混合物中以本身已公开的方式添加纤维和/或毛毡和/或织物-以下统称为纤维，并与混合物混合。较有利的是，例如可加入短纤维，其长度小于15mm大于3mm。纤维最好以Al2O3和/或SiC和/或金属，主要是钢，和/或矿物质为基制成。置换温度在900℃-1900℃之间，最好在1100℃-1400℃范围内，但必须总低于一个温度，该温度导致达到自催化温度，甚至引起爆炸，温度程序在其上升斜度(Rampen)和保持时间段上与反应机理相适合。通常使用石墨加热的冷壁反应器在真空中加热。这样获得的多孔陶瓷牺牲体1接着定位于一压铸模具的压铸型模中并且位置固定地嵌入压铸型模。然后闭合压铸型模，压铸型模浇铸成整个制动盘形状。在浇铸压铸型模时，牺牲体1填充有金属和/或具有金属的合金，同时保留的中间部分2(该区域没有牺牲体1)浇铸成体部(中间件3)。以特殊的方式使牺牲体1部位备有适当的材料输入通道5。这样牺牲体1可以与保留的中间部分2分开地填充，中间部分2可通过独立可控的浇铸口6供料。通过压铸模具的这种结构形式，压铸型模比如在牺牲体1部位可以以另一种压力冲击并/或甚至也可填充与保留的中间部分2的材料不同的材料。这种可变型性使待制造构件可以与其各自应用目的适当匹配。因此可以，比如在一工序中用第一种金属-低熔点轻金属如铝填充牺牲体1，而在中间部分3浇铸另一种与第一种金属和/或复合材料相结合的耐高温物质。至少牺牲体1的填充是在填充温度下完成，该填充温度在一温度间隔中，其上限对应填充金属(BMe)主要是铝和/或镁与牺牲体1金属(KMe)的反应温度，下限根据填充金属(BMe)的软化点或者说软化温度确定。对于铝作填充金属(BMe)时填充温度低于1000℃，最好低于900℃。填充后，将制动盘在预备作摩擦环的摩擦面7部位加热至反应温度或更高。这种加热也可根据制动盘选择。可通过电感加热或通过摩擦加热。第一种情况使用感应器8，而第二种情况制动盘的摩擦面经历一次例如类似制动的过程，此时填满的牺牲体至少局部地获得了反应必需的热量。为了在特别是使用铝作体部(中间件3)和填充金属时，铸造制动盘的金属化部分在加热到或超过反应温度过程中不被加热过度，体部例如可通过与其贴靠的尤其是形状匹配的冷却体冷却，从而使体部的加热可以保持在临界温度以下。冷却体特别可为热交换器。另外一种有利而且也很便宜的情况是，使液体或气体冷却剂流经冷却体内侧。通过对被填充的牺牲体1进行感应或摩擦加热，可使只在表面或其附近区域进行热量输入，由此在牺牲体1内部保留了一个芯部4，其材料未参与反应。摩擦环的相的组成可这样横向于摩擦面方向调整，使得反应生成的陶瓷-金属-复合材料所占比例不断减少，直至摩擦环的两个摩擦面之间的中心。这种减少可达以下程度，即位于中心的芯保持不参加反应并且即使在加热到反应温度时仍然具有铝成分，这对耐损伤性和制动过程中所产生热量的散发很有好处。此外更有意义的是，摩擦面的相的组成也具有一梯度，使陶瓷-金属-复合材料所占比例沿到体部方向逐渐减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部分由陶瓷－金属－复合材料制成的构件的制造方法，该方法中：－由陶瓷原料制成一个多孔牺牲体，－在预先给出的等于或高于填充金属软化温度的填充温度下和高压下，将软化的金属和／或金属合金－以下简称为填充金属（ＢＭｅ）－填充到牺牲体内， －将用金属（ＢＭｅ）填充的牺牲体加热到高于填充温度的反应温度或更高，－在反应温度或高于反应温度下，填充金属（ＢＭｅ）和牺牲体陶瓷金属（ＫＭｅ）之间发生反应，－反应生成陶瓷－金属－复合材料，该材料具有陶瓷相和金属相，－陶瓷相有Ｋ Ｍｅ↓［ｍ］Ｂ↓［ｘ］和／或ＫＭｅ↓［ｎ］Ｃ↓［ｙ］和／或ＫＭｅ↓［ｏ］ＣＮ和ＢＭｅ↓［ｐ］Ｏ↓［３］，－金属相有一种陶瓷金属（ＫＭｅ）和填充金属（ＢＭｅ）的金属间化合物。其特征在于，－将牺牲体（２）定位在一压铸模具中，并相对压 铸模具位置固定，并且将压铸型模内牺牲体（１）外的所有自由间隙（２）都填满，－在压铸构件时往牺牲体（１）内填充待填充金属（ＢＭｅ），－用压铸模具铸成至少接近最终形状的构件，该构件由被填充的牺牲体（１）和自由于牺牲体外的中间件（３）组成 ，－铸好的构件在被填充的牺牲体部分加热到反应温度或更高。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒂尔曼豪格，斯特芬劳舍尔，米歇尔沙耶迪克，
申请(专利权)人：戴姆勒奔驰公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]