Erzeugnisse wie Draht, Band oder Folie werden bei der Isabellenhütte in der Regel über klassische schmelzmetallurgische Verfahren erschmolzen und danach zu Halbzeug umgeformt. Die Pulvermetallurgie hingegen beschreibt einen Bereich der Metallurgie, der sich mit der Herstellung und Weiterverarbeitung von Metallpulvern befasst.
Während in der Schmelzmetallurgie das Metall oder die Legierung zunächst in den flüssigen Zustand überführt wird und danach die Erstarrung stattfindet, werden die Pulverpartikel bei hoher Temperatur an ihren Kontaktflächen durch Diffusion der Metallatome in Verbindung gebracht, auch als Sintern bezeichnet, mit dem Ergebnis fester, feinkörniger Halbzeug- oder Fertigteile. Bei Metallen liegt die Sintertemperatur im Bereich von 65 und 80 % der Schmelztemperatur.
Zur Herstellung der Pulverpartikel kommen unterschiedlichste Herstellverfahren wie der Inertgasverdüsung, mechanische Verfahren oder chemische Reduktion zum Einsatz. Metallische Pulver unserer Cu- oder Ni-Basislegierungen wie Manganin®, Isotan®, Isaohm®, Noventin® oder Zeranin® 30 sind die Ausgangsbasis für eine Reihe von uns für in Zukunft relevanter Fertigungstechnologien. Diese kommen aus dem Bereich der gedruckten Elektronik (engl. Printed Electronics) wie der Dickschichttechnik, in der metallgefüllte Widerstandspasten verarbeitet werden, der Dünnschichttechnik, bei der metallische Tinten zum Einsatz kommen, dem Metallpulverspritzguss (MIM, engl. Metal Injection Molding) sowie der additiven Fertigung bzw. dem 3D-Druck.
Dickschicht-Hybridtechnik
Die Dickschicht-Hybridtechnik ist eine Aufbau- und Verbindungstechnik zur Herstellung elektronischer Schaltungen sowohl in integrierter als auch diskreter Bauweise. Mittels Dickschichttechnik können integrierte oder diskrete Widerständen mit Schichtdicken im Bereich einiger Mikrometer aufgebaut werden. Als Träger- bzw. Substratmaterial fungieren meist Platten aus Aluminiumoxidkeramik. Die Leiterbahnen werden über Metallpasten im Sieb- oder Schablonendruckverfahren aufgebracht und mit Isolationsschichten versehen. Das bedruckte Substrat wird in Luft oder inerter Atmosphäre gebrannt, die Pulverbestandteile der Widerstandspaste versintern dabei zu Funktionsschichten. In einem anschließenden Lasertrimmschritt kann der elektrische Widerstand einem Präzisionsabgleich unterzogen werden.
Dünnschichtverfahren
Ähnlich der Dickschichttechnik können zum Aufbringen metallischer Funktionsschichten auch Dünnschichtverfahren zum Einsatz kommen, die ebenfalls zur gedruckten Elektronik zählen. Die Funktionsschichten werden mittels metallischer Tinten appliziert, ausgehärtet und eingebrannt bzw. gesintert. Typische Schichtdicken liegen im Bereich weniger Mikro- bis Nanometer.
MIM - Metallpulverspritzgießen
Metallpulverspritzgießen oder MIM ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen komplexer Geometrie. Es hat seinen Ursprung in der Spritzgusstechnologie von Kunststoff. Metalle lassen sich über konventionelle Verfahren wie Gießen und Zerspanen deutlich schwerer verarbeiten als Kunststoffe. MIM verbindet die Einfachheit der Formgebung beim Spritzgießen mit den Materialeigenschaften von Metall. Hierzu wird Metallpulver mit einem organischen Binder zum sogenannten Feedstock vermischt und auf einer Spritzgussmaschine in Form gebracht. Anschließend wird der Binder wieder entfernt und das Bauteil bei hoher Temperatur in einem Ofen gesintert.
Als Ergebnis erhält man ein metallisches Enderzeugnis, das die mechanischen Vorteile gesinterter Bauteile mit der Formgebungsvielfalt des Spritzgießens verbindet. So können Bauteile mit anspruchsvoller Geometrie in einem einzigen Stück hergestellt werden, die in konventionellen Verfahren nur mehrstufig zu fertigen sind.
Über additive Verfahren des 3D-Drucks, werden Bauteile aus metallischen Pulvern Schicht-für-Schicht generativ aufgebaut. Diese Fertigungsmethode ist bereits im Rahmen des Rapid Prototyping im Entwicklungs- und Konstruktionsbereich seit Jahren etabliert, setzt sich aber auch zunehmend in der Serienfertigung durch. Wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist, dass höchst komplexe Strukturen herstellbar sind, indem ein starker Laserstrahl das Pulver exakt an den Stellen aufschmilzt, die durch computergenerierte Konstruktionsdaten vorgegeben sind. Anschließend senkt sich die Fertigungsplattform ab und es erfolgt ein weiterer Pulverauftrag. Der Werkstoff wird erneut aufgeschmolzen und verbindet sich an den definierten Stellen mit der darunterliegenden Schicht.
