Verfahren zur Herstellung eines Metallpulver-Verbundwerkstoffs

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallpulver-Verbundwerkstoffs mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand.

[0002] Metallpulver-Verbundwerkstoffe mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand finden technische Anwendung beispielsweise als hochohmige Stähle und als weichmagnetische Komponenten in schnell schaltenden Magnetventilen. Für die letztere Anwendung sind spezielle Metallpulver-Kunststoffverbunde entwickelt worden. Sie werden mit Techniken der Pulvermetallurgie durch Verpressen von Metallpulverteilchen erzeugt, welche mit elektrisch isolierendem Kunststoff beschichtet sind. Die verpressten Metallpulverteilchen sind über den Kunststoff miteinander verklebt. Diese Metallpulver-Kunststoffverbunde haben im Vergleich zu Reineisen einen sehr hohen elektrischen Widerstand. Jedoch ist es so, dass sie gegenüber den klassischen Sinterwerkstoffen Abminderungen bezüglich Festigkeit, Permeabilität, magnetischer Sättigung und Temperatur- und Kraftstoffbeständigkeit zeigen.

[0003] In der Pulvermetallurgie (PM) werden die Metallpulver vor dem Verpressen mit kleinen Anteilen an Trenn- bzw. Gleitmitteln versetzt. Dieser Zusatz bewirkt eine höhere Dichte der Formkörper, da er ein Aneinandergleiten der Metallpulverteilchen während der Verdichtung fördert, er verringert die Entformungskräfte, und er erhöht die Lebensdauer des Presswerkzeugs durch Schmierung von Pressstempel und Gesenk.

[0004] Die Trenn- bzw. Gleitmittel werden üblicherweise in Mengen zwischen 0,1 und 1,5 Gew.-% den Metallpulvern zugesetzt. Neben dem reinen Mischen von fein pulverisierten Trennmitteln mit den Metallpulvern ist es auch möglich, die Metallpulverteilchen mit Trennmitteln zu überziehen. Dies kann mit einer Lösung der Trennmittel in einem geeigneten Lösungsmittel erfolgen, wie es beispielsweise in der EP 0 673 284 B1 beschrieben ist, oder indem die Metallpartikel mit der Schmelze der Trennmittel benetzt werden. An die Formgebung durch axiales Pressen schließt sich üblicherweise eine Wärmebehandlung an. Dabei pyrolysieren die zugesetzten Verarbeitungsmittel bei Temperaturen zwischen 150 und 500 ° C weit unterhalb der Sintertemperatur der Metallpulver (Sintertemperatur von Eisen 1120°C bis 1280 °C).

[0005] Aus der EP 0 043 921 A1 ist bereits eine Methode zur Erzeugung von ferromagnetischen Metallteilchen zur Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsträgern bekannt. Weiterhin ist aus der WO 98/05453 eine metallurgische Pulvermischung mit Gleitmittelanteil bekannt.

[0006] Während Trennmittel auf rein organischer Basis, wie Wachse und Fettsäuren, unter Schutzgas weitgehend rückstandsfrei pyrolysieren, hinterlassen beispielsweise Metallseifen im Pulververband Metalloxide. Diese, wie beispielsweise ZnO, schwächen das Gefüge, sofern sie sich nicht, wie beispielsweise Eisen-, Cobalt-, Nickel-, Kupfer-, Molybdän- oder Manganoxide beim anschließenden Sinterprozess in reduzierender Atmosphäre zu den Metallen reduzieren lassen. So beschreibt die EP 0 673 284 B1 wie durch Kombination verschiedenen Metallseifen als Trennmittel durch Reduktion der bei der Pyrolyse erzeugten Oxide in einer Wasserstoffatmosphäre und durch Sintern gezielt metallische Legierungen untereinander oder mit den verpressten Metallpulvern erzeugt werden.

[0007] Auf diese Weise lassen sich auch weichmagnetische Verbundwerkstoffe für Magnetventile herstellen. Jedoch müssten die gesinterten, axial verpressten weichmagnetischen Metallpulver einen wesentlich (etwa um den Faktor 100) höheren elektrischen Widerstand aufweisen, um eine gute Schaltdynamik zu erzielen.

Die Erfindung und ihre Vorteile

[0008] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die rationelle Herstellung eines Metallpulver-Verbundwerkstoffs mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand mit guter mechanischer Festigkeit und sehr guter Temperatur- und Kraftstoffbeständigkeit anzugeben.

[0009] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Während Oxide in hauptsächlich aus Metallpulver bestehenden Verbundwerkstoffen zum Teil die Eigenschaften, wie mechanische und gegebenenfalls magnetische Eigenschaften, negativ beeinflussen, haben die Erfinder festgestellt, dass mehrere Oxide, welche mindestens eine gemeinsame Phase bilden, den Verbundwerkstoffen eine sehr gute mechanische, thermische und chemische Beständigkeit vermitteln.

[0011] Das Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße Herstellung eines Metallpulver-Verbundwerkstoffs mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand lässt sich problemlos so zusammensetzen, dass der daraus hergestellte Verbundwerkstoff neben dem hohen Widerstand auch eine zufriedenstellende Pressdichte aufweist. Sofern die für einen hohen Widerstand im Verbundwerkstoff erforderliche Trennmittelmenge zu groß ist, um gleichzeitig eine optimale Pressdichte zu erhalten, kann in solchen Fällen dem mindestens einen Trennmittel oxidisches Feinpulver zugesetzt werden, das bei der Weiterverarbeitung mit dem aus dem mindestens einen Trennmittel entstandenen Pyrolyseprodukt mindestens eine gemeinsame Phase zu bilden vermag. Dabei muss man keine Verschlechterung der Eigenschaften des Verbundwerkstoffs in Kauf nehmen.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sich die durch Pyrolyse der in der Pulvermetallurgie eingesetzten Trennmittel entstehenden Oxide zur Erzeugung der gemeinsamen Phase einsetzen lassen.

[0013] In vorteilhafter Weise lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten hochohmigen Verbundwerkstoffe in der Ausgestaltung als weichmagnetische Verbundwerkstoffe auch aufgrund ihrer hohen magnetischen Sättigung und hohen Permeabilität insbesondere für Magnetventile mit guter Schaltdynamik einsetzen. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Metallpulver im wesentlichen aus Eisenwerkstoffen, beispielsweise solchen aus Eisen, Eisensilicium, Eisencobalt und Eisennickel oder Mischungen der genannten Materialien besteht, wobei Eisen besonders bevorzugt ist. "im wesentlichen aus ... besteht" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass weitere Stoffe nur in solchen Mengen vorhanden sein können, dass sich die weichmagnetischen Eigenschaften nicht beachtlich verschlechtern.

[0014] Es ist vorteilhaft, wenn als die mindestens eine gemeinsame Phase ein Glas, wie silikatisches oder borhaltiges Glas, oder eine definierte Verbindung aus der Gruppe der Mischoxide mit Spinellstruktur, der Metallphosphate und der Metallsilikate dient.

[0015] Es ist günstig, wenn als Trennmittel mindestens eine Metallseife und/oder mindestens ein Material aus der Gruppe Mono-, Di- oder Triester der Phosphorsäure, der Borsäure und der Kieselsäure mit langkettigen Alkoholen und/oder Polydimethyldisiloxan in dem Ausgangsmaterial enthalten ist (sind).

[0016] Bei der Kombination eines Trennmittels mit oxidischem Feinpulver in dem Ausgangsmaterial wird als Feinpulver bevorzugt mindestens ein Metalloxid und/oder Kieselsäure eingesetzt.

[0017] Um eine hohe Reaktionsfähigkeit der Feinpulver mit den Pyrolyserückständen der Trennmittel zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Teilchendurchmesser (Primärkorndurchmesser) des Feinpulvers ≤ etwa 100 nm ist.

[0018] Eine zufriedenstellende Pressdichte im Formkörper kombiniert mit einem ausreichend hohen elektrischen Widerstand im Metallpulver-Verbundmaterial lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, wenn bezogen auf das Gewicht des Metallpulvers der Anteil der Trennmittel zwischen etwa 0,1 und etwa 1,5 Gew.-% oder die Summe aus den Anteilen an Trennmittel und Feinpulver zwischen etwa 0,2 und etwa 3 Gew.-% liegt.

[0019] Es ist vorteilhaft, wenn das Verhältnis der zugefügten Mengen an Trennmittel bzw. an Trennmittel und Feinpulver, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Mengen an mitreagierendem Metall von den Metallpulveroberflächen, im Hinblick auf die mindestens eine bei der Reaktion der Oxide zu bildende definierte Verbindung angenähert stöchiometrisch ist.

[0020] Es ist vorteilhaft, wenn beim Pyrolysieren und Reagieren auf eine Temperatur deutlich unterhalb der Sintertemperatur des Metallpulvers und besonders bevorzugt - sofern das Metall Eisen ist - auf eine Temperatur zwischen etwa 150 und etwa 550 ° C erhitzt wird. Bei Temperaturen oberhalb etwa 550 °C können Strompfade zwischen den Metallteilchen entstehen, und bei Temperaturen unter etwa 150 ° C ist die Pyrolyse unvollständig und dauert für ein industrielles Verfahren zu lange.

[0021] Es wird in einer nicht reduzierenden Atmosphäre erhitzt, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn dabei die Atmosphäre auf den Pyrolyseprozess abgestimmt wird.

[0022] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

[0023] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Verfahren zur Herstellung von weichmagnetischen Verbundwerkstoffen detailliert beschrieben. Es sei aber klargestellt, dass sich zwar die Erfindung anhand dieser Beispiele besonders anschaulich erläutern lässt, dass aber die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, und von ihnen im Rahmen der Ansprüche mannigfaltige Abweichungen möglich sind.

[0024] Die weichmagnetischen Verbundwerkstoffe mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand bestehen aus verpressten Metallpulverteilchen, die mit einem Überzug hauptsächlich aus definierten chemischen Verbindungen versehen sind, welche an den blanken oder oberflächenmodifizierten, beispielsweise phosphatierten Metallteilchen gut haften und je nach Anwendungsfall zusätzlich einen hohen elektrischen Widerstand, Temperatur- und Kraftstoffbeständigkeit vermitteln und/oder das Metall vor Korrosion schützen. Der Überzug verhindert eine elektrische Verbindung zwischen den Metallteilchen. Die definierten chemischen Verbindungen werden von Mischoxiden mit Spinellstruktur, wie Mischoxide aus der Gruppe Al₂MgO₄ (Spinell), Al₂ZnO₄ (Zinkspinell), Al₂MnO₄ (Manganspinell), Al₂FeO₄ (Eisenspinell), Fe₂MgO₄ (Magnoferrit), Fe₃O₄ (Magnetit), Fe₂ZnO₄ (Franklinit), Fe₂MnO₄ (Jakobsit), Fe₂NiO₄ (Trevirit), Cr₂FeO₄ (Chromit) und Cr₂MgO₄ (Magnochromit), Metallphosphaten, wie Zink- und Eisenphosphat, silikatischen Gläsern, borhaltigen Gläsern und Metallsilikaten, wie CoSiO₃, gebildet.

[0025] Die weichmagnetischen Verbundwerkstoffe enthalten also keine Thermo- oder Duroplaste als Isolations- und Bindemittel wie die Metall-Kunststoffverbunde. Trotzdem haben sie im Vergleich zu diesen auch einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand, eine vergleichbare oder bessere mechanische Festigkeit, eine bessere Temperatur- und Kraftstoffbeständigkeit, eine vergleichbare magnetische Sättigung und eine vergleichbare Permeabilität.

[0026] Die weichmagnetischen Verbundwerkstoffe sind deshalb geeignet für den Einsatz in schnell schaltenden Magnetventilen insbesondere von solchen, die in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden.

[0027] Zur erfindungsgemäßen Herstellung der weichmagnetischen Verbundwerkstoffe werden Metallpulver mit Kombinationen aus neuen oder bekannten Trenn- bzw. Gleitmitteln gemischt oder mit diesen Kombinationen beschichtet (s .o.). Wie erläutert werden die Trennmittel bei der Erfindung auch gebraucht, um einen Verbundwerkstoff mit einem hohen elektrischen Widerstand zu erzeugen. Es ist aber so, daß ein zu hoher Trennmittelanteil die Preßdichte im Formkörper wieder vermindert. Hinsichtlich der Preßdichte liegt der optimale Trennmittelanteil bezogen auf die Metallpulvermenge bei < etwa 1 Gew.-%. Trennmittelanteile von > etwa 2 Gew.-% sind deshalb im allgemeinen nicht brauchbar. In den Fällen, in denen der optimale Trennmittelanteil nicht ausreicht, um den gewünschten hohen elektrischen Widerstand zu erzeugen, ist es deshalb günstiger, in den Trennmitteln oxidische Feinpulver (Primärkorndurchmesser bevorzugt ≤ etwa 100 nm) zu dispergieren, die mit den Pyrolyserückständen (s.u.) der Trennmittel reagieren, statt den Trennmittelanteil wesentlich über das Optimum hinsichtlich der Preßdichte zu erhöhen. Das Mengenverhältnis der Trennmittel bzw. der Trennmittel und Feinpulver richtet sich nach der Zusammensetzung der durch die Reaktion der Pyrolyseprodukte und gegebenenfalls der Feinpulver angestrebten gemeinsamen Phase. Handelt es sich dabei um Mischoxide mit Spinellstruktur, um Metallphosphate oder Metallsilikate, sollten die Trennmittel- bzw. die Trennmittel/Feinpulverkombinationen so zusammengesetzt sein, daß eine stöchiometrische Umwandlung in die genannten Verbindungen stattfindet. Dabei ist zu berücksichtigen, daß ein Teil der Bestandteile der definierten Verbindungen auch aus der Oberfläche der Metallpulver stammen kann. Im Einzelfall muß die richtige Zusammensetzung der Trennmittel- bzw. Trennmittel-/Feinpulverkombination durch einfache Versuche festgelegt werden. Entstehen bei der Reaktion statt definierter Verbindungen eine gemeiname Phase in Form von Gläsern, so können bei der Zusammensetzung der Trennmittel- bzw. Trennmittel-/Feinpulverkombinationen größere Toleranzen zugelassen werden.

[0028] Beispiele für die genannten Trennmittel sind Metallseifen, wie die Stearate von Calcium, Magnesium, Aluminium, Zink, Cobalt, Eisen, Nickel, Kupfer, Molybdän und Mangan, oder Ester höherer Alkohole der Phosphor-, der Bor- oder der Kieselsäure. Beispiele der genannten Feinpulver sind Oxide, wie Fe₂O₃ und Kieselsäure.

[0029] Das Gemisch aus Metallpulver, Trennmittel und gegebenenfalls Feinpulver wird zu Formkörpern axial verpreßt. Anschließend werden die Formkörper in einer nicht reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise in einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre, auf eine Temperatur erhitzt, die deutlich unterhalb der Sintertemperatur des Metallpulvers, d.h. bevorzugt unter etwa 800°C und besonders bevorzugt zwischen etwa 150 und etwa 550°C, liegt, damit die Trennmittel pyrolysieren. Unterhalb etwa 150°C wird allenfalls unvollständig pyrolysiert und die Reaktionen verlaufen sehr langsam. Bei Temperaturen unterhalb 550°C ist ausgeschlossen, daß die Metallteilchen zusammensintern und sich dabei elektrische Strompfade bilden können. Die Pyrolyserückstände reagieren bei den angewandten Temperaturen entweder miteinander und/oder mit den zugesetzten Feinpulvern und gegebenenfalls mit der Oberfläche der Metallteilchen zu den genannten, definierten chemischen Verbindungen.

[0030] Die Erfindung soll im folgenden durch sechs spezielle Ausführungsbeispiele noch mehr im Detail besprochen werden.

Beispiel 1

[0031] Ein Gemisch aus Eisenpulver und Zinkstearat und einem Mono-, Di- oder Triester der Phosphorsäure mit langkettigen Alkoholen, wie beispielsweise einem Gemisch von Phosphorsäuremonostearylester und Phosphorsäuredistearylester mit einem Schmelzpunkt von 70°C, als Trennmittel wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil der Trennmittel bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers etwa 1,7 Gew.-% betrug und das Atomverhältnis Zn:P bei etwa 3:2 lag. Der Formkörper wurde in einer nicht reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise in Stickstoff, auf eine Temperatur von maximal etwa 550°C erhitzt, wobei die Trennmittel zu ZnO bzw. P₂O₅ pyrolysierten und die entstandenen Oxide mit einander zu Zinkphosphat reagierten. Zinkphosphat hat - wie festgestellt wurde - einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand, haftet gut an Metallen und schützt speziell Eisen vor Korrosion. Der erhaltene Verbundwerkstoff eignete sich als weichmagnetisches Material für schnellschaltende elektrische Ventile.

Beispiel 2

[0032] Ein Gemisch aus Eisenpulver und Cobaltstearat und mit reaktiven Gruppen modifiziertem Polydimethylsiloxan als Trennmittel wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil der Trennmittel bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers etwa 1,6 Gew.-% betrug und das Atomverhältnis Co:Si bei etwa 1 lag. Der Formkörper wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt. Die aus den Trennmitteln entstandenen Pyrolyseprodukte CoO und SiO₂ reagierten dabei zu CoSiO₃. Das Cobaltsilikat hatte auf dem Eisenpulver eine gute Haftung, war elektrisch gut isolierend und schützte Eisen gut vor Korrosion.

Beispiel 3

[0033] Ein Gemisch aus Eisenpulver, Cobaltstearat als Trennmittel, welchem eine stöchiometrische Menge an pyrogener Kieselsäure (Primärkorndurchmesser < etwa 100 nm) zugesetzt worden war, wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil des Trennmittels bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers bei etwa 1,3 Gew.-% lag. Der Formkörper wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt. Das aus dem Trennmittel entstandene Pyrolyseprodukt CoO reagierte dabei mit dem SiO₂ der Kieselsäure zu CoSiO₃.

Beispiel 4

[0034] Ein Gemisch aus Eisenpulver und als Trennmittel Zinkstearat und Eisenstearat wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil der Trennmittel bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers etwa 1,4 Gew.-% betrug und das Atomverhältnis Zn:Fe bei etwa 1:2 lag. Der Formkörper wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt. Die aus den Trennmitteln entstehenden Pyrolyseprodukte ZnO und Fe₂O₃ reagierten dabei miteinander zu dem Spinell Fe₂ZnO₄ (Franklinit). Spinelle haben - wie festgestellt wurde - eine gute Haftung auf Eisenpulver, sie sind elektrisch gut isolierend und sie schützen Eisen ausgezeichnet gegen Korrosion.

Beispiel 5

[0035] Ein Gemisch aus Eisenpulver und Zinkstearat als Trennmittel, welchem eine stöchiometrische Menge von feinem Fe₂O₃ zugemischt worden war, das beispielsweise von der BASF AG als Pigment mit 100 nm Korngröße erhältlich ist, wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil des Trennmittels bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers etwa 1 Gew.-% betrug. Der Formkörper wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt. Das aus dem Trennmittel entstandene Pyrolyseprodukt ZnO reagierte mit dem Fe₂O₃ zu dem Spinell Fe₂ZnO₄.

Beispiel 6

[0036] Ein Gemisch, das Eisenpulver und als Trennmittel Nickelstearat und Eisenstearat enthielt, wurde zu einem Formkörper gepreßt, wobei der Anteil der Trennmittel bezogen auf das Gewicht des Eisenpulvers etwa 1,5 Gew.-% betrug und das Atomverhältnis Ni:Fe bei etwa 1:2 liegt. Der Formkörper wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt. Die aus den Trennmitteln entstandenen Pyrolyseprodukte NiO und Fe₂O₃ reagierten miteinander zu dem Spinell Fe₂NiO₄.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Metallpulver-Verbundwerkstoffs mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand, wobei ausgegangen wird von einem Ausgangsmaterial, welches ein Gemisch aus Metallpulver und mindestens zwei bei einer Pyrolyse oxidische Pyrolyserückstände bildenden Trennmitteln oder mindestens einem bei einer Pyrolyse einen oxidischen Pyrolyserückstand bildenden Trennmittel sowie einem oxidischen Feinpulver bildet, dass das Ausgangsmaterial zu Formkörpern gepresst wird, dass bei einem Ausgangsmaterial, welches mindestens zwei bei einer Pyrolyse oxidische Pyrolyserückstände bildende Trennmittel erhält, die mindestens zwei Trennmittel und bei einem Ausgangsmaterial, welches ein bei einer Pyrolyse einen oxidischen Pyrolyserückstand bildendes Trennmittel sowie ein oxidisches Feinpulver beinhaltet, das mindestens eine Trennmittel durch Erhitzen bei einer Temperatur deutlich unterhalb der Sintertemperatur des Metallpulvers in einer nicht reduzierenden Atmosphäre zu einem Oxid pyrolysiert und die dann vorliegenden Oxide unter Bildung mindestens einer gemeinsamen Phase miteinander zur Reaktion gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die mindestens eine gemeinsame Phase eine chemische Verbindung oder ein Glas erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der zugefügten Mengen an Trennmittel bzw. an Trennmittel und Feinpulver, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Mengen an mitreagierendem Metall von den Metallpulveroberflächen, im Hinblick auf die mindestens eine bei der Reaktion der Oxide zu bildende definierte Verbindung angenähert stöchiometrisch ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver hauptsächlich Eisenwerkstoffe enthält, und auf eine Temperatur deutlich < 1150 ° C erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Temperatur < etwa 800 ° C erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Temperatur zwischen etwa 150 und etwa 550 ° C erhitzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer nicht reduzierenden Atmosphäre erhitzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stickstoff und/oder Argon enthaltenden Atmosphäre erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangsmaterial als Trennmittel mindestens eine Metallseife und/oder mindestens ein Material aus der Gruppe Mono-, Di- oder Triester der Phosphorsäure, der Borsäure oder der Kieselsäure mit langkettigen Alkoholen und/oder - gegebenenfalls - mit reaktiven Gruppen modifiziertes Polydimethyldisiloxan enthalten ist (sind).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Metallseife ein Stearat ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallion in der Metallseife ausgewählt ist aus der Gruppe Ca-, Mg-, Al-, Zn-, Co-, Fe-, Ni-, Cu-, Mo- und Mn-Ion.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinpulver im Ausgangsmaterial aus mindestens einem Metalloxid und/oder Kieselsäure gebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe Fe₂O₃, NiO, ZnO, CoO, MnO, MgO, Cr₂O₃, CuO, MoO₂.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchendurchmesser (Primärkorndurchmesser) des Feinpulvers im Ausgangsmaterial < etwa 1 µm ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchendurchmesser ≤ etwa 100 nm ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangsmaterial bezogen auf das Gewicht des Metallpulvers der Anteil der Trennmittel zwischen etwa 0,1 und etwa 2 Gew.-%, oder die Summe aus den Anteilen an Trennmittel und Feinpulver zwischen etwa 0,2 und etwa 3 Gew.-% liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus den Anteilen an Trennmittel und Feinpulver ≤ etwa 2 Gew.-% ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Trennmittel bzw. die Summe aus den Anteilen an Trennmittel und Feinpulver zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 Gew.-% liegt.

Claims

1. Process for preparing a composite material which is made from metal powder and has a high electrical resistivity, wherein the process proceeds from a starting material which forms a mixture of metal powder and at least two release agents, which form oxidic pyrolysis residues during pyrolysis, or at least one release agent, which forms an oxidic pyrolysis residue during pyrolysis, and an oxidic fine powder, wherein the starting material is pressed to form shaped bodies, wherein, in the case of a starting material which contains at least two release agents which form oxidic pyrolysis residues during pyrolysis, the at least two release agents, and, in the case of a starting material which contains one release agent which forms an oxidic pyrolysis residue during pyrolysis and an oxidic fine powder, the at least one release agent, is/are pyrolysed to form an oxide by heating in a non-reducing atmosphere at a temperature significantly below the sintering temperature of the metal powder, and the oxides which are then present are reacted with one another to form at least one common phase.

2. Process according to Claim 1, characterized in that a chemical compound or a glass is produced as the at least one common phase.

3. Process according to Claim 2, characterized in that the ratio between the added quantities of release agent or of release agent and fine powder, if appropriate taking into account the quantities of co-reacting metal from the metal powder surfaces, is approximately stoichiometric with respect to the at least one defined compound to be formed during the reaction of the oxides.

4. Process according to Claim 1, characterized in that the metal powder contains primarily iron materials and is heated to a temperature significantly < 1150°C.

5. Process according to Claim 4, characterized in that heating is carried out to a temperature < about 800°C.

6. Process according to Claim 5, characterized in that heating is carried out to a temperature between about 150 and about 550°C.

7. Process according to one of Claims 1 to 6, characterized in that heating is carried out in a non-reducing atmosphere.

8. Process according to Claim 7, characterized in that heating is carried out in an atmosphere containing nitrogen and/or argon.

9. Process according to Claim 1, characterized in that the release agent present in the starting material is at least one metal soap and/or at least one material from the group consisting of monoesters, diesters or triesters of phosphoric acid, boric acid or silicic acid with long-chain alcohols and/or - if appropriate - polydimethyldisiloxane modified with reactive groups.

10. Process according to Claim 9, characterized in that the at least one metal soap is a stearate.

11. Process according to Claim 9 or 10, characterized in that the metal ion in the metal soap is selected from the group consisting of Ca, Mg, Al, Zn, Co, Fe, Ni, Cu, Mo and Mn ions.

12. Process according to one of Claims 1 or 9 to 11, characterized in that the fine powder in the starting material is formed from at least one metal oxide and/or silicic acid.

13. Process according to Claim 12, characterized in that the at least one metal oxide is selected from the group consisting of Fe₂O₃, NiO, ZnO, CoO, MnO, MgO, Cr₂O₃, CuO and MoO₂ .

14. Process according to one of Claims 1 or 9 to 13, characterized in that the particle diameter (primary grain diameter) of the fine powder in the starting material is < about 1 µm.

15. Process according to Claim 14, characterized in that the particle diameter is ≤ about 100 nm.

16. Process according to one of Claims 1 or 9 to 15, characterized in that the content of release agents in the starting material, based on the weight of the metal powder, is between about 0.1 and about 2% by weight, or the sum of the contents of release agent and fine powder is between about 0.2 and about 3% by weight.

17. Process according to Claim 16, characterized in that the sum of the contents of release agent and fine powder is ≤ about 2% by weight.

18. Process according to Claim 16 or 17, characterized in that the content of release agents or the sum of the contents of release agent and fine powder is between about 0.5 and about 1.5% by weight.

Revendications

1. Procédé pour fabriquer à partir de poudre métallique un matériau composite à haute résistance électrique spécifique en partant d'un matériau de départ qui forme un mélange constitué de poudre métallique et d'au moins deux agents de séparation formant des résidus oxydés de pyrolyse lorsqu'ils subissent une pyrolyse ou d'au moins un agent de séparation formant un résidu oxydé de pyrolyse lorsqu'il subit une pyrolyse et d'une fine poudre d'oxyde, le matériau de départ étant comprimé en corps moulés, et selon que le matériau de départ contient au moins deux agents de séparation qui forment des résidus oxydés de pyrolyse lorsqu'ils subissent une pyrolyse ou que le matériau de départ contient un agent de séparation qui forme un résidu oxydé de pyrolyse lorsqu'il subit une pyrolyse ainsi qu'une fine poudre d'oxyde, le ou les agents de séparation sont pyrolysés en un oxyde en étant chauffés dans une atmosphère non réductrice à une température nettement supérieure à la température de frittage de la poudre métallique, les oxydes ainsi obtenus étant amenés à réagir les uns avec les autres pour former au moins une phase commune.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme phase ou phases communes, on forme un composé chimique ou un verre.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport entre les quantités ajoutées d'agents de séparation ou d'agent de séparation et de poudre fine, éventuellement en tenant compte des quantités de métal provenant de la surface des poudres métalliques et réagissant, est approximativement stoechiométrique lors de la réaction des oxydes en le composé défini qui se forme.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre métallique contient principalement des matériaux ferreux et est chauffée à une température nettement < 1 150°C.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on chauffe à une température < environ 800°C.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on chauffe à une température comprise entre environ 150 et environ 550°C.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on chauffe dans une atmosphère non réductrice.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on chauffe dans une atmosphère qui contient de l'azote et/ou de l'argon.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le matériau de départ, on utilise comme agent de séparation au moins un savon métallique et/ou au moins un matériau sélectionné dans l'ensemble constitué des mono, di ou triesters d'acide phosphorique, d'acide borique ou d'acide silicique avec des alcools à longue chaîne et/ou éventuellement avec des groupes réactifs de polydiméthylsiloxane modifié.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ou les savons métalliques sont des stéarates.

11. Procédé selon les revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'ion métallique du savon métallique est sélectionné dans l'ensemble constitué des ions Ca, Mg, Al, Zn, Co, Fe, Ni, Cu, Mo et Mn.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 9 à 11, caractérisé en ce que la poudre fine du matériau de départ est formée d'au moins un oxyde métallique et/ou d'acide silicique.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le ou les oxydes métalliques sont sélectionnés dans l'ensemble constitué par Fe₂O₃, NiO, ZnO, CoO, MnO, MgO, Cr₂O₃, CuO, MoO₂ .

14. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 9 à 13, caractérisé en ce que le diamètre des particules (diamètre des grains primaires) de la poudre fine du matériau de départ est < environ 1 µm.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diamètre des particules ≤ environ 100 nm.

16. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 9 à 15, caractérisé en ce que dans le matériau de départ, la teneur en agents de séparation est comprise entre environ 0,1 et environ 2 % en poids par rapport au poids de la poudre métallique ou en ce que la somme des teneurs en agent de séparation et en poudre fine est comprise entre environ 0,2 et environ 3 % en poids.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la somme des teneurs en agent de séparation et en poudre fine ≤ environ 2 % en poids.

18. Procédé selon les revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que la teneur en agents de séparation ou la somme des teneurs en agent de séparation et en poudre fine sont situées entre environ 0,5 et environ 1,5 % en poids.