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Keramik einfach erodieren

Werkstoffe: Spritzgießformen aus verschleißfesten Keramiken
Keramik einfach erodieren

Spritzgießformen mit enorm langer Einsatzdauer lassen sich aus einem neuen Keramikwerkstoff fertigen. Der ist so fest und steif, wie man es von Keramik erwartet, darüber hinaus aber auch elektrisch leitend. So lässt er sich durch Erodieren in Form bringen.

Hochleistungskeramiken sind hart, steif und fest. Daher eignen sie sich sehr gut, um verschleißbeanspruchte Bauteile im Werkzeug- und Formenbau herzustellen. Durch Erodieren ließen sich diese Werkstoffe bislang allerdings nicht wirtschaftlich bearbeiten. Das haben Wissenschaftler nun geändert. Mitarbeitern des Instituts für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) der Universität Stuttgart ist es zusammen mit dem Graveurbetrieb Leonhardt aus Hochdorf gelungen, eine Mischkeramik zu entwickeln. Sie lässt sich durch funkenerosive Verfahren verhältnismäßig kostengünstig und präzise bearbeiten.

Discharge Machinable Ceramics, kurz DiMaCer, heißt dieser verschleißfeste Keramikmix. Übersetzt bedeutet das etwa „Erodierbare Keramik“. Spritzgießformen und Werkzeuge für das Strangpressen sollen daraus hergestellt werden. Diese werden in weiten Feldern der Keramik- und Kunststoffverarbeitung angewendet, um beispielsweise Bauteile für die Automobiltechnik, für medizintechnische Geräte oder für Konsumgüter in großen Stückzahlen zu fertigen.
Das Problem war bisher, dass in den Spritzgießformen mit der Zeit Verschleißspuren auftraten und die Standzeit dieser Werkzeuge begrenzten. Dadurch schießen aber die Produktionskosten für die damit hergestellten Bauteile in die Höhe, weil die Produktion zunächst ausfällt, bis die alten Werkzeuge wieder instandgesetzt oder neue angeschafft werden.
Werkzeuge aus verschleißfesten Werkstoffen wie Hochleistungskeramiken zu fertigen, hat sich bis jetzt aber wirtschaftlich kaum gelohnt, weil der Fertigungsaufwand zu hoch war. Mit den konventionellen Fertigungsverfahren wie Schleifen und Polieren konnten darüber hinaus die komplexen Strukturen, die für Präzisionswerkzeuge im keramischen Spritzguss erforderlich sind, nicht hergestellt werden. Insbesondere schmale und tiefe Aussparungen und Innenradien bereiteten Probleme. Diese lassen sich mit dem Verfahren der Funkenerosion aber sehr wohl herstellen. Nur waren die am häufigsten eingesetzten Strukturkeramiken nicht elektrisch leitend.
In der mehrphasigen Mischkeramik sind nun die mechanischen Eigenschaften von Hochleistungskeramiken mit elektrischer Leitfähigkeit kombiniert. So lässt sie sich problemlos senk- und drahterodieren. Die Bearbeitungsgenauigkeit und Qualität der erzeugten Oberfläche hat die anfänglichen Erwartungen sogar übertroffen: Es treten keine Risse senkrecht zur Oberfläche auf, und die erodierten Oberflächen sind sehr glatt. Die erreichbaren Schnittgeschwindigkeiten ähneln denen beim Erodieren von Hartmetall. In praxisnahen Versuchen zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der neuen Keramik mindestens zehnmal höher ist als die von gehärtetem Stahl. Ein Patent für die Erfindung haben die Projektpartner bereits angemeldet.
Weitere Informationen Über das Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile: www.uni-stuttgart.de/ifkb
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