Was ist Bindemittelmaterial?
Beim Metallspritzguss spielt das Bindemittel eine entscheidende Rolle. Bindemittel bestehen typischerweise aus einer Mischung verschiedener Polymere, einschließlich einer Hauptphase und mehreren Zusatzphasen (wie Dispergiermitteln, Stabilisatoren und Weichmachern). Die Hauptfunktion des Bindemittels besteht darin, die Fließfähigkeit des Pulvers beim Einspritzen zu erhöhen, um das Formen zu erleichtern und dem Teil nach dem Formen eine gewisse Festigkeit zu verleihen. Als Zwischenkomponente formt das Bindemittel nicht nur das Metallpulver, sondern behält auch seine Form vor dem Sintern bei. Durch das Mischen des Bindemittels mit dem Metallpulver entsteht ein Ausgangsmaterial, das beim Metallspritzguss verwendet wird. Der Binder wird nach dem Spritzgießen und vor Beginn des Sinterns entfernt.
Und die endgültigen Eigenschaften nach dem Sintern. Die Eigenschaften des Bindemittels beeinflussen die Verteilung der Metallpartikel, den Spritzgussprozess, die Größe des Spritzgussteils und die Endeigenschaften des Sinterteils. Tabelle 4.1 fasst die Eigenschaften eines idealen Bindemittelsystems für den Metallspritzguss zusammen. Das Bindemittel und die Metallpartikel sollten einen kleinen Kontaktwinkel aufweisen, da ein kleinerer Kontaktwinkel dazu führt, dass das Bindemittel die Pulveroberfläche besser benetzt und so das Mischen und Spritzgießen erleichtert. Das Bindemittel und die Metallpartikel sollten gegenseitig inert bleiben; Das heißt, das Bindemittel sollte nicht mit den Metallpartikeln reagieren und die Metallpartikel sollten nicht dazu führen, dass das Bindemittel polymerisiert oder abgebaut wird. Die Mischung aus Bindemittel und Pulver, also das Ausgangsmaterial, sollte verschiedene rheologische Anforderungen erfüllen, um erfolgreich fehlerfreie Teile zu formen. Die Viskosität des Ausgangsmaterials sollte in einem angemessenen Bereich liegen, um ein reibungsloses Spritzgießen zu gewährleisten. Eine zu niedrige Viskosität des Ausgangsmaterials führt während des Formens zu einer Phasentrennung zwischen Pulver und Bindemittel, während eine zu hohe Viskosität des Ausgangsmaterials den Misch- und Spritzgussprozess beeinträchtigt. Zusätzlich zur Anforderung, dass die Viskosität des Ausgangsmaterials während des Formens innerhalb eines idealen Bereichs liegt, ist es auch erforderlich, dass die Viskosität des Ausgangsmaterials beim Abkühlen erheblich ansteigt, was dazu beiträgt, dass der Spritzguss-Vorformling während des Abkühlens eine bestimmte Form beibehält.
Tabelle 4.1 Eigenschaften idealer Bindemittelsysteme für den Metallspritzguss
| Artikel | Ideale Eigenschaften |
|---|---|
| Interaktion mit Pulver | Kleiner Kontaktwinkel, gute Bindungsleistung mit Pulver, keine chemische Reaktion mit Pulver |
| Strömungseigenschaften | Niedrige Viskosität bei Formtemperatur, geringe Viskositätsänderung während des Formens, schneller Viskositätsanstieg beim Abkühlen, hohe Fließfähigkeit und Füllfähigkeit |
| Entbindendes Eigentum | Schrittweise Zersetzung, unterschiedliche Zersetzungstemperaturen für verschiedene Bindemittelbestandteile, geringer Restkohlenstoffgehalt nach der Entbinderung, ungiftige und nicht korrosive Zersetzungsprodukte |
| Fertigungsverarbeitbarkeit | Leicht erhältlich, niedrige Produktionskosten, lange Haltbarkeit, sicher und umweltfreundlich, keine Verschlechterung durch zyklisches Erhitzen, hohe Festigkeit und Härte, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, leicht löslich in gängigen Lösungsmitteln, hohe Schmierfähigkeit, keine Kettenverzweigung in Molekülen, keine orientierte Verteilung |
Beim Entbindern soll der Binder schnell entfernt werden, ohne dass es zu Defekten im Spritzgussteil kommt. Am wahrscheinlichsten ist die Bildung von Defekten im Grünkörper während der Entbinderungsphase, da die Wahrscheinlichkeit von Defekten zunimmt, wenn das festigkeitsgebende Bindemittel entfernt wird. Das Fehlen offener Poren im Anfangsstadium der thermischen Entbinderung führt zu Fehlern wie Rissen und Blasenbildung im Spritzgussteil. Auch Spannungen, die dadurch entstehen, dass Polymerabbauprodukte im Inneren des Spritzgussteils nicht entweichen, können zu Defekten führen. Um dies zu vermeiden, wird das Bindemittel in der Regel als Mehrkomponentensystem konzipiert, das sich bei unterschiedlichen Temperaturen zersetzt. Dabei kann der Entbinderungsprozess in zwei Stufen unterteilt werden: In der ersten Stufe werden die niedrig schmelzenden Bestandteile des Bindemittelsystems entfernt, wodurch offene Poren im Grünkörper entstehen. Dabei sorgen die übrigen Bestandteile des Bindemittelsystems für Festigkeit und behalten die Form des Spritzgussteils bei. Im zweiten Schritt werden nach und nach die übrigen Bestandteile des Bindemittelsystems entfernt. Dieses zweistufige Entbinderungsverfahren ermöglicht eine schnellere Entfernung des Bindemittels aus dem Spritzgussteil. Das Bindemittel sollte außerdem vollständig zersetzbar sein, ohne Kohlenstoffrückstände zu hinterlassen, und die Zersetzungsprodukte bei der thermischen Entbinderung sollten nicht korrodierend auf die Ausrüstung wirken.
Beim Metallspritzguss verwendete Bindemittel sollten leicht verfügbar, kostengünstig und langlebig sein; Anguss- und Angussabfälle sollten während des Spritzgussprozesses wiederverwendbar sein; das Bindemittel sollte gut recycelbar sein und sich beim Wiedererhitzen nicht zersetzen; Das Bindemittel sollte eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um Defekte durch thermische Spannungen zu vermeiden.
Es ist unwahrscheinlich, dass ein einziges Bindemittel alle Futtermitteleigenschaften erfüllt; Bindemittelsysteme, die beim Spritzgießen verwendet werden, bestehen typischerweise aus mehreren Komponenten, von denen jede eine bestimmte Funktion erfüllt. Ein Bindemittelsystem enthält normalerweise eine Hauptkomponente, während andere Komponenten als Zusatzstoffe dienen, um die gewünschten Futtereigenschaften zu erreichen.