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DE1955082B2 - Sliding material made of metal and polytetrafluoroethylene and process for its manufacture - Google Patents
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Sliding material made of metal and polytetrafluoroethylene and process for its manufacture

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Description

werden. Beim Heißpressen dieser Mischungen ergeben sich metallische Körper, deren Gleiteigenschaften durch den PTFE-Anteii im gewünschten Sinn beeinflußt werden können.will. When these mixtures are hot-pressed, metallic bodies and their sliding properties result influenced by the PTFE content in the desired sense can be.

Wie schon erwähnt, ist es Voraussetzung für die Herstellung dieser Verbundwerkstoffe, daß sich das Metall für die Verarbeitung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen eignet. Geeignete Metallpulver sind Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold und deren Legierungen, wie Messind und Bronze. Sie lassen sich bei einer dem Metall entsprechend angemessenen Druckanwendung gut in diesem Bereich verarbeiten.As already mentioned, it is a prerequisite for the production of these composite materials that the Metal suitable for processing at relatively low temperatures. Suitable metal powder are copper, aluminum, silver or gold and their alloys, such as brass and bronze. You let yourself process well in this area if the pressure applied is appropriate for the metal.

Überraschenderweise lassen sich selbst sehr hochschmelzende Metalle, wie Nickel- oder Eisenpulver, im Heißpreßbereich verarbeiten, wenn sie eine für das Sintern hochaktive Oberfläche besitzen. Das ist bei Nickel- und Eisenpulvern beispielsweise dann der Fall, wenn sie nach dem bekannten Metall-Carbonyl-Verfahren hergestellt wurden.Surprisingly, even very high-melting metals, such as nickel or iron powder, process in the hot pressing area if they have a surface that is highly active for sintering. That is This is the case with nickel and iron powders, for example, when they are produced using the known metal-carbonyl process were manufactured.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens soll in den nachfolgenden Beispielen beschrieben werden.The method of operation of the production process according to the invention is intended to be described in the following examples will.

Beispiel 1example 1

50 Volumprozent Carbonylnickelpulver mit einem Schüttgewicht von 0,7 bis 0,8 g/cm3 werden mit 50 Volumprozent PTFE-Pulver im pneumatischen Mischer homogen vermischt und in den durch Matrize und Unterstempel des Heißpreßwerkzeuge« gebildeten Füllraum gleichmäßig eingefüllt. Das gefüllte Heißpreßwerkzeug wird durch den Oberstempel verschlossen und das eingefüllte Metallpulver durch Widerstandsheizung auf 400° C erwärmt. Beim Erreichen dieser Temperatur wird der Flächenpreßdruck auf 1000 kp/cm2 gesteigert. Die Druckhaltezeit beträgt 5 Sekunden. Danach wird der Druck auf 100 kp/cm2 abgesenkt und mittels Kühlwasser so schnell wie möglich auf eine Temperatur von 60~ C und weniger abgekühlt. Dann öffnet man das Heißpreßwerkzeug und entnimmt der Form den metallisch versinterten Gleitwerkstoff.50 percent by volume carbonyl nickel powder with a bulk density of 0.7 to 0.8 g / cm 3 are mixed homogeneously with 50 percent by volume PTFE powder in a pneumatic mixer and evenly poured into the filling space formed by the die and lower punch of the hot-pressing tool. The filled hot-pressing tool is closed by the upper punch and the filled metal powder is heated to 400 ° C. by resistance heating. When this temperature is reached, the surface pressure is increased to 1000 kp / cm 2 . The pressure hold time is 5 seconds. The pressure is then lowered to 100 kp / cm 2 and cooled down as quickly as possible to a temperature of 60 ° C. and less by means of cooling water. Then you open the hot-pressing tool and remove the sintered metal sliding material from the mold.

Werkstoffe mit 40, 30, 20 und 10 0Zo PTFE erfordern gleiche Arbeitsbedingungen.Materials with 40, 30, 20 and 10 0 Zo PTFE require the same working conditions.

Beispiel 2Example 2

75 Volumprozent chemisch gefülltes Kupferpulver mit einer Korngröße kleiner als 40 μ werden mit 25 °/o PTFE-Pulver wie im Beispiel 1 gemischt und in das Heißpreßwerkzeug eingefüllt. Nach dem Verichließen durch den Oberstempel erfolgt eine Erwärmung auf 380° C. Beim Erreichen dieser Temperatur wird ein spezifischer Flächenpreßdruck von 500 kp/cm3 mit einer Haltezeit von 5 Sekunden ausgeübt. Abkühlung und Entnahme erfolgen wie im Beispiel 1.
Beispiel 375 percent by volume of chemically filled copper powder with a grain size of less than 40 μ is mixed with 25% PTFE powder as in Example 1 and poured into the hot-pressing tool. After closing by the upper ram, it is heated to 380 ° C. When this temperature is reached, a specific surface pressure of 500 kp / cm 3 is exerted with a holding time of 5 seconds. Cooling and removal take place as in example 1.
Example 3

75 Volumprozent eines durch Verdüsung gewonnenen Aluminiumpulvers mit einer Korngröße kleiner als 40 μ und 25 % PTFE-Pulver werden wie im75 percent by volume of an aluminum powder obtained by atomization with a grain size smaller as 40 μ and 25% PTFE powder are used as in

ίο Beispiel 1 und 2 gemischt und in das Heißpreßwerkzeug eingefüllt. Hier wird wie im Beispiel 2 nach Schließen des Heißpreßwerkzeuges auf 380° C erwärmt. Der spezifische Flächenpreßdruck beträgt hier 300 kp/cm2 und die Haltezeit 10 Sekunden. Die Ab-ίο Examples 1 and 2 mixed and poured into the hot pressing tool. Here, as in Example 2, after closing the hot-pressing tool, it is heated to 380 ° C. The specific surface pressure is 300 kp / cm 2 and the holding time is 10 seconds. The Ab-

kühlung und Entnahme erfolgt wie in den vorangegangenen Beispielen.cooling and removal take place as in the previous examples.

Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Werkstoffe ist nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt. Alle Metalle, die H einer dem beigemischten Kunststoff verträglichen Temperatur unter Druck metallisch versintern, können bei Bedarf eingesetzt werden.The composition of the materials according to the invention is not restricted to the examples given. All metals that have a temperature compatible with the added plastic under pressure sintered metallic, can be used if necessary.

Die Erfindung ermöglicht mithin die Herstellung von Lager- oder Gleitwerkstoffen aus einer Mischung von PTFE und ähnlichen Kunststoffen mit Metallpulvern. The invention therefore enables the production of bearing or sliding materials from a mixture of PTFE and similar plastics with metal powders.

Stoffe mit metallischem Grundgerüst sowie durch PTFE verbesserten Gleiteigenschaften sind ohne Schwierigkeit herzustellen und weisen qualitativ wesentlich verbesserte Eigenschaften auf.Substances with a metallic basic structure and sliding properties improved by PTFE are without Difficulty to manufacture and have qualitatively significantly improved properties.

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellte Gleitwerkstoffe aus Carbonyl-Nickel und PTFE zeigen gegenüber bekannten Gleitwerkstoffen, vor allem bei erhöhter Reibung, ganz wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften. Ein weiterer großer Vorteil besteht in der problemlosen Abführung der Reibungswärme. According to the method described in Example 1, sliding materials made of carbonyl nickel and Compared to known sliding materials, PTFE show very significantly improved properties, especially when there is increased friction Sliding properties. Another great advantage is the problem-free dissipation of frictional heat.

Die Werkstoffeigenschaften können nach der beschriebenen Arbeitsweise in weiten Grenzen avi einfachste Weise, nämlich nur durch die Wahl der entsprechenden Mischungen, verändert und so den unterschiedlichen Bedarfsfällen angepaßt werden.The material properties can be avi within wide limits according to the procedure described the simplest way, namely just by choosing the appropriate mixes, changed and so the can be adapted to different needs.

Dies soll am Beispiel des Werkstoffes Nickel-Polytetrafluoräthylen durch die Änderung der Härte, der Zugfestigkeit und der Dichte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung gezeigt werden. Die Werkstoffeigenschaften sind in den Diagrammen wie folgt wiedergegeben: This should be done using the example of the material nickel-polytetrafluoroethylene by changing the hardness, tensile strength and density depending on the Composition are shown. The material properties are shown in the diagrams as follows:

Diagramm 1: Härte HB (kp/mm2)Diagram 1: hardness HB (kp / mm 2 )

Diagramm 2: Zugfestigkeit (kp/mm2)
Diagramm 3: Dichte (g/cm3)Diagram 2: tensile strength (kp / mm 2 )
Diagram 3: density (g / cm 3 )

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

1 2 wiederum in 8 Stunden langsam auf 100° C abge- Patentansprüche: kühlt. nTL~ ,-.... Zum Aufbau dieser Körper mit PTFE-Grundgerust1 2 again slowly cooled to 100 ° C in 8 hours. nTL ~, -.... To build this body with a PTFE basic structure 1. Gleitwerkstoff aus Metall und Polytetrafluor- liegt der Volumanteil des PTFE immer über 50 «/„ äthylen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß 5 und der des Metallanteiles unter 50 «/o Nach diesem er aus einer innigen Mischung aus 1 bis 50 Vo- zeitraubendem und umständlichen Polymensatiunslumprozent Polytetrafluorethylen und 50 bis 99 verfahren entsteht nur ein Verbund des PTFE im Volumprozent metallischem Zusatz besteht, wo- Gerüst. Ein metallisch leitender Verbund, der zur bei die weit überwiegende Anzahl der Metallteil- Wärmeableitung für die Lagerreibung und zum chen über Sinterstellen miteinander verbunden io Festigkeitsaufbau für den Lagerkorper genutzt wersind. den könnte, entsteht nicht.1. Sliding material made of metal and polytetrafluor- the volume fraction of the PTFE is always over 50 "/" ethylene, thereby g e k e η η ζ e i c h η e t, that 5 and that of the metal content below 50% after this it consists of an intimate mixture of 1 to 50 volumetric and cumbersome polymer percentages Polytetrafluoroethylene and 50 to 99 process only creates a composite of the PTFE in the Percentage by volume of metallic additive consists, where- framework. A metallically conductive composite that is used to with the vast majority of the metal part heat dissipation for the bearing friction and for surfaces connected to one another via sintering points are used to build up the strength of the bearing body. that could not arise. 2. Gleitwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch Erfindungsgemäß werden als Gegenmaßnahme gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus Kup- Gleitwerkstoffe vorgeschlagen, bei denen die \ orfer, Aluminium, Silber und Gold oder deren teile der beiden Stoffgruppen »Metall« und »Kiinst-Legierungen besteht. 15 stoff« kombiniert sind, wodurch nicht nur die uner-2. Sliding material according to claim 1, characterized according to the invention as a countermeasure characterized in that the metal powder is proposed from Kup sliding materials, in which the \ orfer, Aluminum, silver and gold or their parts of the two groups of substances "metal" and "synthetic alloys" consists. 15 fabric «are combined, whereby not only the 3. Gleitwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch wünschten Eigenschaften der bisher bekannten Vergekennzeichnet, daß als Metallpulver Carbonyl- bundwerkstoffe zurückgedrängt werden, soiu.cni Nickel und/odst Carbonyleisen verwendet wird. überraschenderweise neue, einen technischen Fm1-3. Sliding material according to claim 1, characterized by the desired properties of the previously known Vergekstoffe that carbonyl bundwerkstoffe are pushed back as metal powder, soiu.cni nickel and / odst carbonyl iron is used. surprisingly new, a technical Fm 1 - 4. Verfahren zur Herstellung des in den vor- schritt bewirkende Eigenschaften auftreten,
hergehenden Ansprüchen beschriebenen Gleit- 20 Da bei sogenannten Verbundkörpern zwischen el·:·.; Werkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß 50 bis geschichteten und den durchmischten Korpern uni-ji-99 Volumprozent oberflächenreiches Metallpul- schieden werden muß, sei hervorgehoben, daß i;n ver mit 1 bis 50 Volumprozent Polytetrafluor- Rahmen der Erfindung nur die durchmischten Werkäthylen gut durchgemischt und im Temperatur- stoffe in Betracht kommen, weil bei einem geschicnbereich unterhalb^ der Schmelzpunkte der Be- 25 teten Verbundkörper die vorher erwähnten Schwiestandteile unter einem Druck, bei dem die mit- rigkeiten und Nachteile nicht beseitigt würden,
einander in Berührung stehenden Metallpulver- Für die Herstellung durchmischter Verbundkörper teilchen untereinander versintern, geformt wird. sind zwei Wege bekannt:4. Process for the production of the properties which occur in the pre-step,
20 As in so-called composite bodies between el ·: · .; Material, characterized in that 50 to layered and the mixed bodies uni-ji-99 volume percent surface-rich metal powder must be emphasized that only the mixed materials well mixed with 1 to 50 volume percent polytetrafluor frame of the invention and temperature materials come into consideration because, in one geschicnbereich below ^ the melting points of loading 25 ended composites the aforementioned Sr. ie constituents under a pressure at which the medium-culties and disadvantages would not be removed,
Metal powder in contact with one another, for the production of mixed composite bodies, particles are sintered with one another and shaped. two ways are known: 1. Imprägnierung oder Tränkung poröser Melall-3° körper mit dem gewünschten Kunststoff;1. Impregnation or saturation of porous Melall-3 ° bodies with the desired plastic; 2. Einbringen von feindispersem Metall in den2. Introduction of finely divided metal into the T^- , . ^, ■ ■ , r ~ , Kunststoff.
Die besonderen Gleiteigenschaften des Polytetra-T ^ -,. ^, ■ ■ , r ~, plastic.
The special sliding properties of the polytetra- fluoräthylens (im folgenden kurz PTEE genannt) sind Beim ersten Verfahren sind stets zwei Arbeitsallgemein bekannt. Es hat unter den bisher bekann- 35 gänge, nämlich das Herstellen des Metallskeletts und ten Kunststoffen mit die günstigsten Temperatur- ein sich daran anschließendes Tränken oder Imprii- und Gleiteigenschaften. Allerdings weist es eine ver- gnieren, notwendig,
hältnismäßig geringe mechanische Stabilität auf. Beim zweiten Verfahren kann in einem Arbeiis-fluoroethylene (hereinafter referred to as PTEE for short) are always two working methods that are generally known in the first process. Among the hitherto known, it has the production of the metal skeleton and the synthetic materials with the most favorable temperature, followed by soaking or impregnation and sliding properties. However, it exhibits a gnawing, necessary,
relatively low mechanical stability. In the second method, in a work- Vor allem bei Reibbeanspruchung ist eine Stoff- gang gearbeitet werden; als Empfänger dient stets wanderung zu beobachter*. Einzelne PTFE-Teilchen 40 der Kunststoff, der das Metallpulver zusammenhangwerden unter dem Einfluß der beispielsweise durch los in sich aufnimmt. Dadurch wirken sich die für Metalle hervorgerufenen Reibung abgerissen und auf das Metall wichtigen Eigenschaften, wie Steigerung die Gegenfläche der Reibkombination übertragen, so von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit, gar nicht aus. daß die reibende Grenzfläche — ursprünglich zwi- Die Metallteilchen können lediglich so viel Wärme sehen Metall und Kunststoff gelegen — rein geome- 45 fortnehmen, wie erforderlich ist, um sie selbst auftrisch gesehen, in die Kunststoffschicht einwandert, zuheizen.Above all in the case of frictional stress, a fabric course must be worked; always serves as the recipient hike to be watched *. Individual PTFE particles 40 are the plastic that make up the metal powder under the influence of, for example, absorbs through los. This affects the for Metals caused friction torn off and on the metal important properties, such as increase transfer the counter surface of the friction combination, so of strength and thermal conductivity, not at all. that the rubbing interface - originally between- The metal particles can only hold so much heat see metal and plastic located - purely geome- 45 remove as necessary to reveal them yourself seen, immigrated into the plastic layer, to heat up. woraus sich eine Gefahren hervorrufende Unsicher- Diese Nachteile lassen sich gemäß der Erfindungresulting in a risk-causing uncertainty- These disadvantages can be addressed according to the invention heit im Lagerspiel ausbildet. aufheben; die Herstellung wird in einem Arbeits-is trained in the bearing game. lift; production is carried out in a Diese Stoffwanderung beruht auf der mechanischen gang verwirklicht, wobei das Metall zum zusammen-This migration of matter is based on the mechanical process, whereby the metal is used to Verreibung des an sich wenig festen Kunststoffes, so hängenden, tragenden Skelett ausgebildet wird, wennTrituration of the not very strong plastic, so hanging, load-bearing skeleton is formed when Zusätzlich muß der Abbau des an seinen Enden nicht man erfindungsgemäß PTFE oder einen KunststoffIn addition, according to the invention, the degradation of the PTFE or a plastic does not have to be carried out at its ends stabilisierten Makro-Moleküls und sein Wiederauf- mit ähnlichen Eigenschaften mit Metallpulver kom-stabilized macro-molecule and its recovery with similar properties with metal powder. bau an der kühlenden Metallfläche unter dem Ein- biniert und bei der Formung Druck und Wärme ge-build on the cooling metal surface under the embedded and during the forming process pressure and heat fluß von Erhitzung und Abkühlung berücksichtigt meinsam zur Anwendung bringt (Heißpressen),taking into account the flow of heating and cooling applies jointly (hot pressing), werden, der ebenfalls nachteilige Folgen zeitigt. 55 Diese Verfahrensdurchführung erschien bisher un-which also has detrimental consequences. 55 Up to now, this procedure has not appeared Es stellte sich daher die Aufgabe, einen Gleitwerk- verwirklichbar, weil die VerarbeitungstemperaturenThe task was therefore to create a sliding mechanism, because the processing temperatures stoff aufzufinden, der diese Nachteile umgeht. von Kunststoffen tief, die von Metall dagegen hochfind a substance that avoids these disadvantages. plastics are deep, while those of metal are high In der französischen Patentschrift 1 386 360 wird liegen.In the French patent 1 386 360 will lie. die gemeinsame Verarbeitung von Metallpulvern und überraschenderweise gibt es aber eine Reihe von PTFE beschrieben, wobei jedoch der festigkeitsbil- 60 Metallpulvern, die sich bei gleichzeitiger Anwendung dende und tragende Grundkörper durch eine Lang- von Druck und Wärme bei derart niedrigen Temperazeitpolymerisation des PTFE-Pulvers zu einem zu- türen verarbeiten lassen, daß ohne Zersetzung PTFE sammenhängenden Gerüstkörper aus diesem aufge- verwendet werden kann.the joint processing of metal powders and, surprisingly, there are a number of PTFE described, however, the strength-forming 60 metal powders, which can be used at the same time dend and load-bearing base body through long-term pressure and heat at such low temperature-time polymerisation Let the PTFE powder be processed into a door that does not decompose PTFE related frame body can be used from this. baut wird, wobei das Metallpulver nur als Füllstoff Allen Metallpulvern, die sich unter Anwendungis built, whereby the metal powder is only used as a filler. All metal powders that are used under dient. Dabei wird zur Vermeidung von Spannungen 65 von Druck und Wärme unterhalb des Schmelzpunk-serves. In order to avoid tensions 65 of pressure and heat below the melting point im Block dieser erst ganz langsam unter Druck in tes der Bestandteile zu metallischen Körpern ver-in the block this is only slowly converted into metallic bodies under pressure in tes of the components 8 Stunden auf 360° C aufgeheizt, dann 2 Stunden bei arbeiten lassen, können PTFE-Pulver oder ähnlicheHeated to 360 ° C for 8 hours, then left to work for 2 hours, PTFE powder or similar can be used di&ser Temperatur polymerisiert und anschließend Stoffe zwischen 1 und 50 Volumprozent zugemischtpolymerized at this temperature and then mixed in substances between 1 and 50 percent by volume
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