AT261920B - Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, insbesondere zur Verwendung in Schneid- und Bohrwerkzeugen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, insbesondere zur Verwendung in Schneid-und Bohrwerkzeugen 
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Werkstoffen, die in Schneid-und Bohrwerkzeugen ver- wendet werden können. 



   Es ist bekannt, diesem Zweck dienende Werkstoffe aus Mischungen von Metallkarbiden mit einem oder mehreren Metallen, durch pulvermetallurgische Verfahren, besonders durch Sintern, herzustellen. 



   Bestimmte Borverbindungen, besonders Borkarbid und die kubische Form des Bornitrids zeigen grosse Härte, die nur von jener des Diamanten übetroffen wird und die daher wertvolle Bestandteile von Werkstoffen bilden könnten, die in schneidenden und bohrenden Werkzeugen angewendet werden. Nachteiligerweise wurde jedoch bei den hohen Temperaturen, die bei diesen Verfahren angewendet werden müssen, das Borkarbid mit den Metallen der Mischung reagieren, um Boride einer Festigkeit und Härte zu bilden, die geringer ist als jene des ursprünglichen Karbids. Des weiteren verbraucht die Reaktion das Metall, welches zur Zähigkeit des Werkstoffes beiträgt. Es besteht auch die Gefahr ähnlicher Reaktionen mit ändern Borverbindungen. 



   Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit und gestattet es demnach, neue und wertvolle Werkstoffe zu erhalten, die zur Verwendung in Schneid- und Bohrwerkzeugen geeignet sind, indem die Teilchen der Borverbindung, die mit feinverteilten Metallen und allenfalls Metallkarbiden gemischt sind, mit einem Material überzogen werden, welches eine Reaktion zwischen der Borverbindung und den andern Bestandteilen der Mischung bei den Verarbeitungstemperaturen zu Formkörpern ausschliesst. 



   Borkarbid stellt die bevorzugte Borverbindung dar, und obgleich es nicht so hart ist wie die kubische Form des Bomitrids, ist es leichter erhältlich und chemisch besser geeignet, indem es mit einem Karbid zweckentsprechend überzogen werden kann und weil die andern Bestandteile der Mischung für gewöhnlich Karbide enthalten. 



   Die andern Bestandteile der Mischung umfassen vorzugsweise wenigstens ein Karbid des Wolframs, Titans und Tantals zusammen mit einem oder mehreren der Metalle : Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom und Zirkon. Wie bereits bekannt, können sich die Gewichtsanteile um   5 - lOgo   Metall mit   95-90%   Karbiden bewegen und dieser Mischung können beschichtete Teilchen zugeführt werden, die   10 - 300/0   des Gesamtvolumens betragen. 



   Die Beschichtung der Teilchen kann eine oder mehrere Verbindungen umfassen, die aus den Karbiden, Nitriden und Carbonitriden der Elemente der Gruppen IV, V, VI des periodischen Systems ausgewählt sind, vorzugsweise die feuerfesten Karbide des Siliciums, Titans, Zirkons, Tantals, Vanadins, Chroms, Molybdäns und Wolframs sowie Siliciumnitrid. Die bevorzugten Stoffe sind Wolframkarbid und Titankarbid. 



   Falls der Unterschied zwischen den Koeffizienten der Warmedehnung der Teilchen und der Beschichtung so gross ist, dass die Gefahr der Rissbildung im Überzug besteht, ist es möglich den Überzug in zwei Schichten aufzubauen, nämlich einer inneren Schicht, deren thermischer Expansionskoeffizient jenem des Teilchenmaterials angenahert ist und einer   äusseren   Schicht, die hinsichtlich der ändern Be- 

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 ähnlich wie oben beschrieben, angewendet werden. Um eine Schicht aus Siliciumkarbid zu erzeugen, werden die   beiden Hilfsströme   durch einen einzigen Hilfsstrom von 400 cm3/min Wasserstoff ersetzt, der über Trichlormethylsilan zirkuliert.

   Unter Verwendung einer Bettemperatur zwischen 1000 und 1700OC, vorliegendenfalls von 1500 C, erzeugt der thermische Zerfall des Trichlormethylsilans in   30 - 60   min eine Schicht einer Dicke von 5 bis   l0/l.   Nach Abstellen des Hilfsstromes lässt man das Bett auf 1300 C abkühlen, man erhält, wie schon oben beschrieben, eine aus Titankarbid bestehende Schicht von 10 bis   15 li   Dicke. 



   Es können auch andere Siliciumverbindungen verwendet werden, um Siliciumkarbid zu bilden, beispielsweise eine Mischung aus Siliciumhalogeniden, wie Siliciumtetrachlorid und einem Kohlenwasserstoff wie Methan. 



   Die Bildung einer   Doppelbeschichtung   auf den Teilchen erweist sich als besonders nützlich, wenn ein so grosser Unterschied hinsichtlich der thermischen Ausdehnung zwischen der Aussenschicht und den Teilchen besteht, dass es zur Rissbildung in der Aussenschicht kommen könnte, sofeme diese unmittelbar auf das Teilchen aufgebracht wäre. Siliciumkarbid ist zufolge seines thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4,4 x   10-6/ C   besonders geeignet, die erste Beschichtung des Borkarbids zu bilden, dessen Koeffizient 4, 5 x 10-6/0 C beträgt. Die Beschichtungsdicken von 5 bis 20, vorzugsweise 15 bis   20/l   sind im wesentlichen dieselben für die Beschichtungen mit Silicium- oder Wolframkarbid als auch für die Beschichtung mit Titankarbid. 



   Obgleich die erfindungsgemäss hergestellten Stoffe von besonderer Bedeutung für die Herstellung von Schneid- und Bohrwerkzeugen sind, sind manche von ihnen auch auf dem Gebiet der Atomenergie nützlich, weil die Bor enthaltenden Teilchen thermische Neutronen absorbieren und das Material zufolge seiner thermischen und mechanischen Eigenschaften befähigt ist, in Regelstäben und als verbrennbare Neutronenfänger in Kernreaktoren Anwendung zu finden. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, insbesondere zur Verwendung in Schneid- und Bohrwerkzeugen, nach welchem beschichtete Teilchen harter Borverbindungen bei hoher Temperatur,   z. B. durchheisspressen   oder Sintern, zu Formkörpern verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen, die mit feinverteilten Metallen und allenfalls Metallkarbiden gemischt sind, mit einem Material beschichtet werden, das eine Reaktion zwischen der Borverbindung und den andem Bestandteilen der Mischung bei den Verarbeitungstemperaturen zu   Formkörpem   ausschliesst.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Borverbindung Borkarbid ist. EMI3.1 fasst, vorzugsweise Wolfram-, Titan- oder Tantalkarbid, in Verbindung mit einem oder mehreren der Metalle, Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom und Zirkon.

   4. VerfahrennachAnspruch3, dadurch gekennzeichnet, dass dieMischungeinen grösseren Anteil von Wolframkarbid und einen kleineren Anteil Kobalt enthält.

   5. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens eine Verbindung enthält, die ein Karbid, Nitrid oder Carbonitrid des Siliciums, Titans, Zirkons, Tantals, Vanadins, Chroms, Molybdäns oder Wolframs ist.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus zwei Lagen bestehende Beschichtung angewendet wird, wobei die erste Lage einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der jenem der zu umhüllenden Borverbindung nahekommt und die zweite Lage mit den andern Bestandteilen der Mischung nicht reagiert.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Teilchen dadurch erfolgt, dass in ein erhitztes Wirbelbett ein gasförmiges Gemenge eingeführt wird, aus welchem das Beschichtungsmaterial bei Bettemperatur niedergeschlagen wird.

   8. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Titankarbid besteht und die andern Bestandteile der Mischung mindestens 70% Wolframkarbid und 5 - l00/0 Kobalt umfassen.

   9. Gemäss dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 hergestellter Werkstoff zur Verwendung in spanabhebenden Werkzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Borkarbidteilchen besteht, <Desc/Clms Page number 4> die mit Titan- oder Wolframkarbid beschichtet und mit fein verteilten Karbiden wenigstens eines der Metalle Silicium, Titan, Zirkon, Tantal, Vanadin, Chrom, Molybdän oder Wolfram sowie einem oder mehreren der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom und Zirkon verbunden sind.