Vier Verfahren zur Herstellung von Metallpulver

Herstellung von Metallpulver

Der erste Schritt im gesamten pulvermetallurgischen (PM-)Prozess ist die Herstellung von Metallpulvern. Für die Pulverherstellung werden vier Hauptverfahren eingesetzt: Festkörperreduktion, Zerstäubung, Elektrolyse und chemische Verfahren.

Festkörperreduktion

Bei der Festkörperreduktion wird ausgewähltes Erz zerkleinert, typischerweise mit Kohlenstoff vermischt und durch einen kontinuierlichen Ofen geführt. Im Ofen findet eine Reaktion statt, bei der Kohlenstoff und Sauerstoff aus dem Pulver reduziert werden und ein Schwammmetallkuchen zurückbleibt, der anschließend zerkleinert, von allen nichtmetallischen Bestandteilen getrennt und zur Pulverherstellung gesiebt wird. Da kein Raffinationsverfahren beteiligt ist, hängt die Reinheit des Pulvers von der Reinheit der Rohstoffe ab. Die unregelmäßigen, schwammartigen Partikel sind weich, leicht komprimierbar und ergeben Presslinge mit einer guten Vorsinterfestigkeit („Grünfestigkeit“).

Zerstäubung

Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall in kleine Tröpfchen aufgeteilt und schnell eingefroren, bevor die Tropfen miteinander oder mit einer festen Oberfläche in Kontakt kommen. Typischerweise wird ein dünner Strom geschmolzenen Metalls durch den Aufprall energiereicher Gas- oder Flüssigkeitsstrahlen zerstäubt. Grundsätzlich ist das Verfahren auf alle schmelzbaren Metalle anwendbar und wird kommerziell zur Herstellung von Eisen, Kupfer, legierten Stählen, Messing, Bronze, niedrigschmelzenden Metallen wie Aluminium, Zinn, Blei, Zink und Cadmium sowie in ausgewählten Fällen von Wolfram, Titan, Rhenium und anderen hochschmelzenden Materialien eingesetzt.

Elektrolyse

Durch die Wahl geeigneter Bedingungen wie Elektrolytzusammensetzung und -konzentration, Temperatur und Stromdichte können viele Metalle in schwammartiger oder pulverförmiger Form abgeschieden werden. Häufig ist eine weitere Verarbeitung - Waschen, Trocknen, Reduzieren, Glühen und Zerkleinern - erforderlich, die letztlich Pulver mit hoher Reinheit und hoher Dichte ergibt. Kupfer ist das wichtigste durch Elektrolyse hergestellte Metall, aber auch Eisen-, Chrom- und Magnesiumpulver werden auf diese Weise erzeugt. Aufgrund der damit verbundenen hohen Energiekosten ist die Elektrolyse im Allgemeinen auf hochwertige Pulver wie hochleitfähige Kupferpulver beschränkt.

Chemisch

Die gängigsten chemischen Pulverbehandlungen umfassen die Oxidreduktion, die Ausfällung aus Lösungen und die thermische Zersetzung. Die erzeugten Pulver können sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und dennoch eine genau kontrollierte Partikelgröße und -form haben. Oxidreduzierte Pulver werden aufgrund der in den einzelnen Partikeln vorhandenen Poren häufig als „schwammartig“ bezeichnet. Durch Lösungsausfällung hergestellte Pulver können enge Partikelgrößenverteilungen und eine hohe Reinheit bieten. Die thermische Zersetzung wird am häufigsten zur Verarbeitung von Carbonylverbindungen eingesetzt. Diese Pulver überschreiten nach dem Mahlen und Glühen eine Reinheit von 99,5 %.