专利名称：热压模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热压模具，用以借助于热压方法由至少一种材料制造工具。
背景技术：
在热压方法中利用热压模具由一种粉末原料借助于粉末冶金方法在高压和高温下制造工件。在以热压方法制成的工件中涉及例如钻头的磨损部分。
热压模具通常由石墨或硬金属制成。已知的石墨制的热压模具的不利的特别是低的耐磨性和抗断裂性以及高温下的低的抗氧化性。已知的硬金属制的热压模具的不利的特别是热压模具的大的重量、其可加工性、有限的耐热性以及低的抗氧化性。由于由石墨和由硬金属制的热压模具具有低的抗氧化性，这些热压模具在惰性的气氛下使用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种热压模具，其可以在自然大气下经济地使用。此外，该热压模具应该具有高的耐磨性并易于加工。另外，该热压模具应该具有小的重量并可经济地制造。
该目的通过独立权利要求的特征来达到。有利的进一步构成说明于从属权利要求中。
按照本发明，热压模具由至少一种材料制成，该材料包含至少一种由通式(Gruppe)Mn+1AXn构成的材料化合物，其中M为下列一组元素中的一种Sc，Ti，V，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta或W；A为下列一组元素中的一种Al，Si，P，S，Ga，Ge，As，Cd，In，Sn，Tl或Pb；以及X为下列一组元素中的一种C或N。
化合物Mn+1AXn及其在实验室范围中的制造自1967年以来是已知的。变量n优选为1至3。US 5 942 455公开了这种化合物大批量的制造。
该通式基于陶瓷的材料化合物而具有基本上无温度关系的机械特性。此外由该通式制成的热压模具具有高的耐磨性。其中热压模具可容易地加工。并且重要的是，即使在高温下也具有抗氧化性，这使本发明的热压模具可以在自然的大气下应用。此外由该通式制成的热压模具按照元素和变量n的选择可以具有类似于硬金属的导电性。
用于热压模具的材料以粉末形式借助于本领域技术人员本来已知的粉末冶金方法制成所要求的热压模具形状。热压模具例如直接制成所要求的形状和尺寸(“net-shaped”)。通过材料通式Mn+1AXn中的至少一种材料的容易加工性还可以借助于一辅助的加工步骤将热压模具制成确定的形状和要求的尺寸。热压模具例如可通过电腐蚀、磨削、车削、锯等加工。
元件的选择和Mn+1AXn的化学计量的系数值主要通过优选的本发明的热压模具的特性来确定并按其选定。
有利的是，变量n＝2以及M＝Ti，A＝Si和X＝C，由此由通式Mn+1AXn得出化合物Ti3SiC2。由这种化合物制成的热压模具的特征特别在于其良好的机械特性。
有利的是，变量n＝1以及M＝Ti，A＝Al和X＝C，由此由通式Mn+1AXn得出化合物Ti2AlC。由这种化合物制成的热压模具的特征特别在于其高的抗氧化性。
有利的是，变量n＝3以及M＝Ti，A＝Al和X＝N，由此由通式Mn+1AXn得出化合物Ti4AlN3。由这种化合物制成的热压模具的特征特别在于其高的电阻。
优选热压模具基本上完全由含材料通式Mn+1AXn的材料制成。但热压模具也可以例如只部分地由该化合物制成。在将多种材料应用于制造热压模具时包含材料通式Mn+1AXn的材料在热压模具的外表面上，例如就该区域内材料总量的体积％来说，构成主要成分。
优选热压模具具有一材料通式Mn+1AXn的外层，其涂覆/沉积在一基体上。该基体例如由一种硬金属制成，其上涂覆足够厚度的外层。外层的厚度由在应用本发明的热压模具时必需的特性和现有的区域条件所决定。在该热压模具的实施形式中，在外层磨耗以后可以在基体上涂覆新的外层。基体可以重复应用。
优选将热压模具构成为冲头和/或套筒。套筒可以设有一底面以便构成一杯状的热压模具。此外一热压范围的其他的构件，例如阴模、隔板、销、芯子、螺钉等由至少材料通式Mn+1AXn的材料制成。
由以下详述和全部的权利要求得出本发明的其他有利的实施形式和特征组合。
以下借助多个实施例更详细地说明本发明。其中图1包括本发明的热压模具的一热压范围的示意的细部剖面图；图2图1中所示的冲头的透视图；图3图1中所示的套筒的透视图；图4图2中所示的冲头的一个方案的透视图；以及图5本发明的热压模具的其他的实施例的透视图。
基本上在各图中相同的零件具有相同的标记。
具体实施例方式
图1示出包括本发明的热压模具的一热压范围(Heisspressrahmen)的示意的细部剖面图。热压范围1包括一具有多个凹槽的阴模2(图中只示出凹槽3)。在凹槽3中设有套筒4作为第一热压模具，其中设有一冲头5作为第二热压模具。在凹槽3中设有一底面件8，其用作为第三热压模具。因此待制造的工件完全由本发明的热压模具包围，其可以在自然的大气条件下制造工件6。同时，在一种变型方案中(图中未示出)，套筒4可以具有底面件8并从而构成杯状的。
在热压方法/工艺中，待制造的工件6例如以粉末形式冷压地或预烧结地加入套筒4中。将冲头5以高压并在高温下沿箭头7的方向向阴模2的方向推动，直到充分地压实待制造的工件6。这主要涉及一种用于制造工件6的粉末冶金方法。如果阴模2基本上由一材料通式Mn+1AXn的材料制成，则可以省去在凹槽3中设置的套筒4并且冲头5直接沿凹槽3的内表面9滑动。
冲头5、套筒4以及在必要时阴模2同样以粉末冶金方法由一种包含材料通式Mn+1AXn的材料制成。本发明的热压模具优选直接制成最终的形状。本发明的热压模具也可以制成一基本形状并借助于继续的加工步骤，如切割、磨削等，制成所要求的形状。
图2中示出图1中所示的冲头的透视图。冲头5具有圆柱形构造并且其外面尺寸匹配于套筒4的内面尺寸，或匹配于凹槽3的内面尺寸。为了确保高的抗氧化性和高温下的良好特性以及良好的耐磨性，冲头5主要由材料通式Mn+1AXn的材料制成。
图3中示出图1中所示的套筒4的透视图。套筒4具有管形的构造并且其尺寸匹配于冲头5的外面尺寸和凹槽3的内面尺寸。为了确保套筒4作为热压模具在热压区域内的适用性套筒4也优选基本上由材料通式Mn+1AXn的材料制成。
图4中示出图2中所示的冲头的一种变型方案的透视图。冲头11具有圆柱形基体12，其设有一基本上由一种材料通式Mn+1AXn的材料制成的外层13。基体12例如由一种硬金属制成。
图5中示出本发明的热压模具的其他的实施例的透视图。该热压模具包括壁部分21.1和21.2，它们借助于隔壁22.1和22.2彼此间隔开设置。在形成的自由空间23中可以例如插入一长方形的冲头(图中未示出)。
本发明的热压模具的特征特别在于其材料特性和成型的灵活性。此外，本发明的热压模具可以在其制造以后进行加工并且可以经济地制造热压模具的特殊形状。热压模具例如借助于螺钉连接，其同样由一种包含材料通式Mn+1AXn的材料制成。
应用于制造本发明的热压模具的材料包括例如下列化合物Ti3SiC2、Ti2AlC或Ti4AlN3。
权利要求
1.热压模具，用以借助于热压方法由至少一种材料制造工件，其特征在于，所述至少一种材料包含一种由通式Mn+1AXn构成的材料化合物，其中M为下列一组元素中的一种Sc，Ti，V，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta或W；A为下列一组元素中的一种Al，Si，P，S，Ga，Ge，As，Cd，In，Sn，Tl或Pb；以及X为下列一组元素中的一种C或N。
2.按照权利要求1所述的热压模具，其特征在于，由通式Mn+1AXn构成的材料是Ti3SiC2。
3.按照权利要求1所述的热压模具，其特征在于，由通式Mn+1AXn构成的材料是Ti2AlC。
4.按照权利要求1所述的热压模具，其特征在于，由通式Mn+1AXn构成的材料是Ti4AlN3。
5.按照权利要求1至4之一项所述的热压模具，其特征在于，热压模具(4、5；21.1、21.2、22.1、22.2)主要由材料通式Mn+1AXn构成的材料制成。
6.按照权利要求1至5之一项所述的热压模具，其特征在于，热压模具(11)具有一由材料通式Mn+1AXn构成的外层(13)，其涂覆在一基体(12)上。
7.按照权利要求1至6之一项所述的热压模具，其特征在于，热压模具构成为冲头(5，11)和/或套筒(4)。
全文摘要
一种热压模具，用于以热压方法由一种材料制造零件，该材料包含由通式M
文档编号C22C29/02GK1576380SQ20041006006
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月30日
发明者德夫里姆·阿克于兹, 塔梅尔·埃－拉吉 申请人:希尔蒂股份公司, 3－One－2有限责任公司