Perfektes Vakuumsintern - Schritt für Schritt - Nr. 4

Perfektes Vakuumsintern - Schritt für Schritt - Nr. 4

Da bin ich wieder! Dies ist der zweite Teil unseres Artikels zum Vakuumsintern. Im ersten Teil haben wir uns ausführlich mit den beiden Bearbeitungsschritten Entbindern und Sintern beschäftigt. Gegenstand des zweiten Teils waren die Vakuumöfen zum Entbindern und Sintern. Dabei haben wir uns insbesondere die spezifischen Funktionen wie Glühraum, Gas-Flussmittel sowie Beladen und Entladen angeschaut. Im dritten Teil ging es dann um Bindemittel und Techniken zu deren Entfernung, wobei ich es Ihnen überlassen habe, sich noch weiter mit den Eigenschaften des Bindemittelkondensators zu befassen. Nun kommen wir zum nächsten und letzten Schritt. Was passiert nach dem Kondensator mit den Bindemittelrückständen, die zusammen mit dem Verfahrensgas hochgepumpt werden?

Die primäre Pumpe und die Bindemittelrückstände: Was passiert?

Nach dem Kondensator erreicht das gepumpte Gas die primäre Pumpe. Dies stellt uns vor zwei Probleme: Das eine hat mit den Rückständen der Bindemitteltrennung zu tun und das zweite bezieht sich auf die Reaktionsfähigkeit des Verfahrensgases selbst.

Bezüglich des ersten Problems ist es keine Überraschung, dass ein Teil der Rückstände, die bei der Bindemitteltrennung anfallen, die Pumpe erreichen. Daraus kann man also nicht schließen, dass der Kondensator nicht funktioniert. Es geht darum, dass bei jedem Stoff mit jeder Temperatur ein gewisser Dampfdruck verbunden ist, bzw. dass der Dampfdruck im Gleichgewicht steht zu der festen oder flüssigen Phase desselben Stoffes, der bei der jeweiligen Temperatur existiert. Daher würde selbst ein perfekter Kondensator keinen Partialdruck bei den Bindemittelrückständen am Ausgang aufweisen, der unter dem Dampfdruck läge, den diese Stoffe bei der Wassertemperatur, die zum Kühlen des Kondensators benutzt wird, haben.

Theoretisch könnten diese Rückstände weiter reduziert werden, indem andere Filtrationsverfahren verwendet werden, die mit jenen vergleichbar sind, die bei Auffangtürmen für industrielle Emissionen zum Einsatz kommen. In diesem Fall werden Sie als Wet Captured Substances bezeichnet, also im nassen Zustand aufgefangene Stoffe. In der Praxis würden die Kosten für eine solche Lösung jedoch viel zu hoch sein, sowohl für einen Turm, der im Vakuum arbeiten müsste, und wobei das Gas gefiltert werden müsste, bevor es die Pumpe erreicht, als auch für die Flüssigkeit, die keine Probleme der Retro-Diffusion für die Vakuumkammer verursachen dürfte, welche regelmäßig ausgetauscht werden müsste, weil sie von den Bindemittelrückständen verschmutzt wird.

Aus diesen Gründen erfolgt normalerweise eine Intervention an der primären Pumpe, entweder dadurch, dass versucht wird, ein Kondensieren des Bindemittels zu verhindern, oder dadurch, dass sichergestellt wird, dass die Pumpe gereinigt werden kann. In der Praxis haben wir festgestellt, dass einige erschwinglichere Pumpen einsetzen, wobei sie bewusst in Kauf nehmen, dass sie diese austauschen oder reparieren müssen, wann immer diese beschädigt werden. Im Allgemeinen ist es jedoch möglich, weniger externe Lösungen zu entwerfen.

Wie vermeidet man, dass das Bindemittel in der Pumpe kondensiert?

Zur Vermeidung, dass das Bindemittel in der primären Pumpeinheit kondensiert, müssen wir uns zunächst die Frage stellen: Warum sollte es in der Pumpe kondensieren, wenn es nicht schon im Kondensator kondensiert ist? Ganz einfach: Weil in der Pumpe Kompression herrscht, und Kompression begünstigt das Kondensieren von Dampf. Daraus ergeben sich ganz logisch die beiden folgenden Methoden zur Vermeidung des Problems: Die Begrenzung der Kompression oder die Entgegenwirkung der Kondensierung, die sich aus der Kompression ergibt, indem gleichzeitig ein anderer Parameter, nämlich die Temperatur, verändert wird.

Bezüglich der Begrenzung der Kompression ist die sogenannte Gasballasttechnik für die Kreiselpumpe weithin bekannt: In der Praxis wird während der Kompressionsphase des Gases, das von der Pumpe extrahiert wird, ein Ventil geöffnet, welches das Einströmen von Luft oder anderen Gasen von außen ermöglicht. Dadurch ist es möglich, dass sich das Ablassventil der Pumpe öffnet, ohne eine zusätzliche Kompression des extrahierten Volumens, und damit auch ohne die Kondensierung von Dämpfen, die sie möglicherweise enthält.

Im Hinblick auf die Temperatur besteht eine ziemlich natürliche Lösung darin, die Temperatur des aufgefangenen Materials zu senken. Es ist jedoch zu kostenaufwändig, unter die Werte zu gehen, die von industriellen Kältemaschinen typischerweise erreicht werden. Stattdessen ist es einfacher, Kreiselpumpen einzusetzen, die bei höheren Temperaturen arbeiten, und nicht zuletzt auch deswegen, weil diese Pumpen üblicherweise kostengünstig sind. Tatsächlich ist es so, dass viele, die nicht mit den Problemen des Sintern vertraut sind, beim Versuch, ein Vakuumsystem einzusetzen, dazu tendieren, hochleistungsfähige Pumpen mit hohem Endvakuum zu benutzen. Um dies zu erreichen, ist es jedoch wichtig, die Retro-Diffusion der Öldämpfe zu begrenzen, und deswegen muss die Pumpe bei niedrigen Temperaturen arbeiten. Eine solche Vorgehensweise begünstigt jedoch die Kondensierung der Dämpfe, die von den Bindemittelrückständen stammen. Und diese Dämpfe kontaminieren nicht nur das Öl, sondern beschädigen die Pumpe. Dies führt uns zu dem scheinbaren Paradox, dass sich eine weniger raffinierte Pumpe, die auf Kosten eines schwächeren Endvakuums bei höheren Temperaturen arbeitet, als für dieses Verfahren besser geeignet herausstellt und unter diesen Betriebsbedingungen auch länger hält.

Die Suche nach Möglichkeiten einer regelmäßigen Reinigung der Pumpen, um Probleme dieser Art zu vermeiden, führt uns weg von den üblichen Kreiselpumpen hin zu Trockenpumpen. Auch wenn keine dieser Pumpen gegen die Probleme der Kondensierung immun sind, enthalten sie zumindest kein Öl, das kontaminiert werden könnte. Mehrere Pumpenhersteller bieten Modelle an, die zerlegt werden können, um die Rotoren zu reinigen. Eine noch simplere Lösung sind Reinigungskits, die speziell für Sinteranwendungen konzipiert sind. Damit können die Pumpen gereinigt werden, ohne sie entfernen zu müssen, und damit auch ohne die Gefahr, beschädigt zu werden.

Ich hoffe, dass der Artikel bis hierher nützlich und interessant für Sie war. Nun möchte ich mich zwei weiteren Punkten zuwenden: Hohes Vakuum und Druck in Sinteröfen.

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Sinteröfen und hohes Vakuum

Auch wenn es einige Kunden gibt, die uns nach Sinteröfen fragen, die in der Lage sind, bei hohem Vakuum zu arbeiten, also zwischen 1E-3 mbar und 1E-6 mbar, sind wir der Meinung, dass die Anwendungen in diesem Bereich ziemlich begrenzt sind.

Einige machen sich Sorgen über bestimmte Materialien, die besonders sensibel auf Sauerstoffrückstände reagieren. Einer dieser Materialien ist zum Beispiel Titan. Da jedoch das Verfahren überwiegend unter Partialdruck stattfindet, durch den Effekt der Reinigung, den wir bereits weiter oben erwähnt haben, ist die Benutzung einer Diffusionspumpe in der Praxis auf eine Hochvakuumreinigung reduziert, bevor das Verfahren startet, welches effektiv durch eine Reinigungssequenz mit einem kurzkettigen Inertgas ersetzt werden kann (typischerweise zwei oder drei), wodurch das System vereinfacht wird.

Sinteröfen und HIP-Verfahren

Üblicherweise brauchen Sinteröfen nicht unter Druck zu arbeiten, außer, wenn zur Herstellung des Gasflusses ein leichter Überdruck notwendig ist, ohne durch die Vakuumpumpe zu passieren oder wenn die gesinterten Werkstücke innerhalb desselben Zyklus gehärtet werden sollen.

Die relevanteste Ausnahme ist, wenn Sie erwarten, dass Probleme bezüglich der Dichte des gesinterten Materials auftreten werden und daher die Option eines HIP-Verfahrens (Hot Isostatic Pressing) direkt im Anschluss an das Sintern wählen. In diesem Fall kann man typischerweise, je nach Anwendung, mit einem Druck im Bereich von 30 bis 150 bar arbeiten, was die Kosten für das System beträchtlich steigert.

Wie immer hoffe ich, dass Ihnen dieser Artikel nützliche Erkenntnisse gebracht hat. Falls Sie mehr über das Vakuumsintern erfahren möchten, empfehle ich Ihnen den ersten Teil des Artikels zum Entbindern und Sintern. Den zweiten Teil zu Vakuumsinteröfen sowie den dritten Teil zum Entfernen von Bindemitteln kann ich Ihnen ebenfalls empfehlen.

Bei etwaigen Fragen zum Sintern in Vakuumöfen stehe ich Ihnen sehr gerne zur Verfügung. Wenden Sie sich einfach an mich. All Ihre Fragen sind auch für uns sehr nützlich, denn dadurch können wir unser Wissen zum Vakuumsintern weiter vertiefen und Aspekte untersuchen, auf die wir bisher nicht eingegangen sind.

Diesbezüglich habe ich eine Frage für Sie. Bei vorigen Kommentaren haben wir Öfen mit einer inerten Verfahrensatmosphäre besprochen (typischerweise Vakuum, Argon oder Stickstoff). Was würde jedoch passieren, wenn eine Atmosphäre mit entzündlichen Gasen erforderlich wäre, wie zum Beispiel Wasserstoff? Haben Sie Erfahrungen in diesem Bereich gemacht? Welche Vorteile bzw. Nachteil hat dieses Vorgehen? Dieses Thema würde ich gerne näher besprechen. Falls Sie über entsprechende Erfahrungen in der Praxis verfügen, würde ich mir gerne Ihre Meinung anhören. Schreiben Sie uns doch einen Kommentar.

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Bei etwaigen Fragen, Kommentaren oder Bedenken im Zusammenhang mit dem Sintern in Vakuumöfen helfe ich Ihnen sehr gerne weiter.

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