AT515007B1

AT515007B1 - Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge

Info

Publication number: AT515007B1
Application number: ATA829/2013A
Authority: AT
Original assignee: Erich Neubauer; Michael Kitzmantel; Gottfried Kladler
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2018-08-15
Also published as: AT515007A1; EP3063103A2; WO2015061817A2; WO2015061817A3

Abstract

Der Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstens eine zweite feste Phase, zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Phase und die zweite Phase jeweils ein Metall, eine Metalllegierung, ein keramisches Material oder Kombinationen hiervon in Form eines Verbundwerkstoffs sind, die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinander unterscheidbar sind, das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefüge oder als dreidimensionales Durchdringungsgefüge ausgebildet ist, wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als in drei Raumdimensionen kontinuierlich auftretende Matrixphase und die zweite Phase als diskontinuierliche, statistisch verteilte Einlagerungsphase aufweist, wobei die zweite Phase diskontinuierliche Bereiche aufweist, die in der Projektion jeweils eine Fläche von mindestens 0,2 mm2 aufweisen, und wobei die erste Phase durch Sintern unter Anwendung von Druck und Temperatur hergestellt ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstens eine zweite feste Phase, wobei die einzelnen Phasen sich dadurch auszeichnen, dass sie in einer Makrostruktur vorliegen und mit freiem Auge voneinander unterscheidbar sind.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung dieses Werkstoffs und die Verwendung des Werkstoffs.

[0003] Für Schmuck, Luxusartikel und andere Gegenstände werden Bauteile mit einer Makrostruktur eingesetzt (z.B. Uhrengehäuse, Ringe, Anhänger, etc), die über Mehrfachumformung von Stapeln aus Metallfolien hergestellt werden. Diese Bauteile zeichnen sich durch ein optisch markantes und ansprechendes, zwei- oder mehrfarbiges Muster aus. Das Muster entsteht dabei durch eine Anordnung von zwei oder mehr verschiedenen Metallen in periodischer oder unregelmäßiger Weise, wobei eine Vielzahl von Prozessschritten erforderlich ist. Zudem ist das Verfahren auf den Einsatz von duktilen Metallen beschränkt, d.h. auf Materialien, die insbesondere bei Raumtemperatur ohne Anwendung von Temperatur umgeformt werden können.

[0004] Die einzelnen Prozessschritte des oben angeführten Verfahrens können grundsätzlich wie folgt beschrieben werden. Es werden zunächst (1) Metallfolien aus zwei oder mehreren Metallen alternierend gestapelt und anschließend über einen unter Druck und Temperatur stattfindenden (2) Diffusionsprozess miteinander zu einem Mehrlagenhalbzeug verbunden. Aus dem Mehrlagenhalbzeug wird anschließend beispielsweise ein (3) Stab herausgeschnitten und dieser (4) verdreht, verformt oder mechanisch bearbeitet. Abhängig vom Grad der Verformung ist zwischen den Umformschritten in manchen Fällen ein (5) Zwischenglühen erforderlich, damit das Halbzeug neuerlich verformt werden kann. Eine Verformung ist in der Regel mit einer Aufhärtung des Materials verbunden. Nach dem Glühen wird das Halbzeug ebenso über (6) weitere mechanische Bearbeitungsprozesse (Hämmern, Schmieden, Walzen etc) in die gewünschte Endkontur übergeführt (z.B. ein Ring) und anschließend über zerspanende Prozesse oder Schleifprozesse in das (7) Endprodukt übergeführt.

[0005] Diese beschriebene Technik hat mehrere Nachteile: [0006] a) sie ist beschränkt auf Metalle, die sehr duktil sind und einen hohen Umformgrad erlauben. Die Anforderung an die Duktilität führt vielfach zum Nachteil, dass die erzielbare Oberflächenhärte limitiert ist.

Beispielsweise können Kombinationen aus sehr duktilen Metallen, wie zB Silber und Gold, mit anderen Metallen, wie zB Kupfer, verformt werden, aber die Härte dieser Werkstoffe ist limitiert; [0007] b) sie ist beschränkt auf Metalle, die in geeigneter Ausgangsform (z.B. Folien) verfügbar sind; [0008] c) zahlreiche Prozessschritte müssen in Handarbeit vorgenommen werden, wodurch eine Einschränkung hinsichtlich Automatisierung oder großtechnischer Fertigung gegeben ist; [0009] d) keramische Werkstoffe oder Mischungen aus Metallen und Keramiken können mit dieser Technologie nicht hergestellt werden.

[0010] Das Dokument US 2012/085585 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff, insbesondere für Bohrwerkzeuge, umfassend ein Matrixmaterial, bspw. aus metallbasierten Legierungen, eine Mehrzahl von harten Partikeln, bspw. aus Keramiken, sowie eine Mehrzahl von Nanopartikeln.

[0011] Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge zu schaffen sowie ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit welchem die oben genannten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll die Erfindung eine erweiterte Werkstoffvielfalt und eine deutliche Reduktion der Prozessschritte ermöglichen.

[0012] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt einen Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge vor, umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstens eine zweite feste Phase, [0013] - wobei die erste Phase und die zweite Phase jeweils ein Metall, eine Metalllegierung, ein keramisches Material oder Kombinationen hiervon in Form eines Verbundwerkstoffs sind, [0014] - wobei die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinander unterscheidbar sind, [0015] - wobei das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefüge oder als dreidimensionales

Durchdringungsgefüge ausgebildet ist, [0016] - wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als in drei Raumdimensionen kontinu ierlich auftretende Matrixphase und die zweite Phase als diskontinuierliche, statistisch verteilte Einlagerungsphase aufweist, wobei die zweite Phase diskontinuierliche Bereiche aufweist, die in der Projektion jeweils eine Fläche von mindestens 0,2 mm2 aufweisen und [0017] - wobei die erste Phase aus Pulvern im Zuge des Herstellprozesses durch Sintern unter Anwendung von Druck und Temperatur hergestellt ist.

[0018] Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf ein mehrphasiges Gefüge Bezug genommen wird, so ist darunter ein Gefüge aus zwei oder mehreren Phasen zu verstehen.

[0019] Die wenigstens zwei Phasen sind makroskopisch, d.h. soweit mit bloßem Auge sichtbar, scharf voneinander abgegrenzt. Lediglich im mikroskopischen Bereich können im Grenzflächenbereich zwischen zwei Phasen allenfalls Reaktionsprodukte und intermediäre Phasen aus Reaktionen an den Grenzflächen zwischen den Phasen vorhanden sein.

[0020] Weiters können Reaktionsprodukte aus Reaktionen der Phasen mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthalten sein. Bezogen auf das Gesamtvolumen des Werkstücks sind die beschriebenen Reaktionsprodukte und intermediären Phasen bevorzugt aber lediglich in einer Menge von weniger als 10 Vol.-% vorhanden.

[0021] Das erfindungsgemäße Mehrphasengefüge ist entweder als Einlagerungsgefüge oder als Durchdringungsgefüge ausgebildet. Ein Einlagerungsgefüge liegt vor, wenn mindestens eine Phase (Einlagerungsphase) diskontinuierlich in mindestens eine andere, kontinuierliche Phase (Matrixphase) eingelagert ist. Die Matrixphase tritt dabei erfindungsgemäß in drei Raumdimensionen kontinuierlich auf und die Partikel der Einlagerungsphase sind in drei Raumdimensionen verteilt in der Matrixphase angeordnet. Dabei kann die eingelagerte Phase durchaus in höherer Konzentration vorliegen als die Matrixphase.

[0022] Abhängig vom Herstellprozess kann es zu einer bevorzugten Ausrichtung der einzelnen Phasen in einer oder zwei Raumrichtungen kommen.

[0023] Durchdringungsgefüge sind dann gegeben, wenn alle im Werkstoff vertretenen Phasen kontinuierlich auftreten. Dies ist ganz allgemein dann der Fall, wenn sich die Phasen in Form von schwammähnlichen Netzstrukturen dreidimensional durchdringen.

[0024] Im Rahmen der Erfindung ist von Bedeutung, dass die Phasen des Gefüges makroskopisch, d.h, mit freiem Auge erkennbar, voneinander unterscheidbar sind. Dies bedeutet, dass sich die Gefügestruktur auf die mit bloßem Auge sichtbaren Strukturen beschränkt. Im Falle eines Einlagerungsgefüges bedeutet dies beispielsweise, dass die zweite Phase diskontinuierliche Bereiche aufweist, die in der Projektion jeweils eine Fläche von mindestens 0,2 mm2, bevorzugt mindestens 1mm2 aufweist. Nach oben hin sind die diskontinuierlichen Bereiche der zweiten Phase auf einen Durchmesser von beispielsweise 10mm begrenzt.

[0025] Die Phasen des Werkstoffs können jeweils aus Atomen eines einzigen chemischen Elements aufgebaut sein, sodass eine reine Phase vorliegt. Die Phasen können aber auch als Legierung oder Verbundmaterial bestehen (Mischphase). Wenn für die erste Phase und/oder die zweite Phase ein Verbundwerkstoff zum Einsatz gelangt, so besteht dieser bevorzugt aus einer Matrix eines ersten Stoffs, in die Füllstoffe mit einer Partikelgröße von < ΙΟΟμιτι eingebracht sind. Diese Substruktur ist ohne Zuhilfenahme von optischen Hilfsmitteln mit dem freien Auge nicht auflösbar.

[0026] Die Erfindung erlaubt die Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien. Die erste Phase ist bevorzugt von einem Metall, einer Metalllegierung, einem metallischen Verbundwerkstoff, einem keramischen Material, einem Metall-Keramik Verbundwerkstoff oder einem Keramik Verbundwerkstoff gebildet.

[0027] Die zweite Phase ist bevorzugt von einem Metall, einer Metalllegierung, einem metallischen Verbundwerkstoff, einem keramischen Material, einem Metall-Keramik Verbundwerkstoff oder einem Keramik Verbundwerkstoff gebildet.

[0028] Wesentlich ist, dass das Material der ersten Phase und das Material der zweiten Phase während des Herstellungsprozesses keine Legierung bilden, sondern gesonderte, scharf gegeneinander abgegrenzte Phasen ausbilden. Dabei agglomerieren jeweils nur gleichartige Partikel miteinander zur Ausbildung der einzelnen Phasen.

[0029] Das Gefüge des Werkstoffes entsteht bevorzugt aus einer zufälligen Anordnung bzw. Mischung der pulver-, pulvergranulat- oder partikelförmigen Ausgangskomponenten „in situ" bei seiner Herstellung.

[0030] Die große Anzahl an ersetzbaren Stoffen wird dadurch ermöglicht, dass die erste Phase erfindungsgemäß durch Sintern hergestellt ist. Es kommt somit eine pulver- oder pulvergranulatförmigen Komponente zum Einsatz, die in einem Verdichtungsvorgang unter Temperatur und Druckeinwirkung gesintert wird. Für den Verdichtungsprozess werden hierbei bevorzugt Prozessparameter angewendet, die es für die jeweilige Werkstoffkombination einerseits verhindern, dass es zu einer signifikanten Diffusion/Reaktion zwischen den einzelnen Komponenten kommt, was zu einer Auslöschung der gewünschten Mehrphasen-Struktur führen würde. Gleichzeitig muss der Vorgang lange genug dauern bzw. die Temperaturen so hoch sein, dass im Fall des Einsatzes von Pulvergranulaten diese zu einem dichten Körper sintern und es zu einer formschlüssigen Verbindung der einzelnen Komponenten kommt, idealerweise mit einer sehr gut kontrollierten, geringen Diffusionszone.

[0031] Zusammengefasst bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile: [0032] a) Erweiterung der Werkstoffkombinationen auf Keramik-Keramik; Metall-Keramik,

Metalle/Legierungen-Metalle/Legierungen, inklusive deren Kombinationen sowie deren Verbundwerkstoffe. Dadurch erweitern sich die erzielbaren Eigenschaftskombinationen, die sich aus den Verbundwerkstoffen mit Makrostruktur ergeben.

[0033] b) Durch Einsatz von Pulvern für die Herstellung einer oder mehrerer Komponenten des erfindungsgemäßen Werkstoffes gibt es wenige Einschränkungen hinsichtlich der Verfügbarkeit von geeigneten Ausgangsmaterialien bzw. sind diese Rohstoffe deutlich kostengünstiger im Vergleich zum Ausgangsmaterial einer Metallfolie die beim Stand der Technik zum Einsatz kommt.

[0034] c) Es gibt keine Einschränkung der Zusammensetzung auf Metalle mit hoher Duktilität bei Raumtemperatur bzw. mit gutem Umformverhalten bei erhöhter Temperatur bzw. erfordert die eingesetzte Herstelltechnologie kein Zwischenglühen, um weitere Umformschritte zu ermöglichen. Der erfindungsgemäße Werkstoff wird mittels eines Verdichtungsprozesses hergestellt, im Gegensatz zum mehrmaligen Wiederholen von Umformschritten beim Stand der Technik.

[0035] d) Die zur Herstellung verwendeten Technologien sind automatisierbar und skalierbar.

[0036] e) Die erzeugten Verbundwerkstoffe können beim Anwenden entsprechender Kombina tionen der Ausgangspulver und Prozesstechnik so hergestellt werden, dass sie mit einer zufälligen (nicht determinierten) Makrostruktur hergestellt werden.

[0037] f) Die erzeugten Verbundwerkstoffe ermöglichen es Phasen mit sehr hoher Härte und

Verschleißbeständigkeit herzustellen, wenn die einzelnen Phasen aus einer Substruktur aufgebaut sind, d.h. einer Matrix, in die Hartstoffpartikel im mikroskaligen Bereich eingebracht sind.

[0038] Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, dass die erste Phase aus einem Material mit niedrigerer Sinter- oder Verformungstemperatur hergestellt ist als die zweite Phase. Dies stellt sicher, dass während der Herstellung, d.h. während des Verdichtungs- bzw. Sinterprozesses, zuerst die erste, pulver- oder pulvergranulatförmige Komponente zu einer kontinuierlichen Phase geformt wird. Unter der Sintertemperatur versteht man hierbei jene Temperatur, bei der die pulverförmigen Ausgangskomponenten über Diffusionsprozesse zu einem Festkörper zusammenwachsen. Diese Temperatur liegt - materialabhängig - bei etwa 0,5 - 0,95% des Schmelzpunktes (gemessen in Kelvin) der Ausgangskomponente. Die Umformtemperatur- oder Verformungstemperatur ist jene Temperatur, bei der das Material bei Anwendung von Druck und Temperatur zu fließen beginnt bzw. plastische Verformung auftritt.

[0039] Die zweite Phase kann ebenfalls durch Sintern gebildet werden. Alternativ kann die zweite Phase durch Einlagern von Partikeln in die erste Phase in deren pulverförmigem Ausgangszustand hergestellt sein. Das Einlagern erfolgt dabei beispielsweise dadurch, dass eine Mischung aus dem Pulver oder Pulvergranulat der ersten Komponente mit den Partikeln der zweiten Komponente hergestellt wird. Danach wird die Mischung einem Verdichtungsvorgang unterworfen, wodurch die erste Phase gesintert und die Partikel der zweiten Komponente jeweils in der gesinterten ersten Phase eingeschlossen werden. Dabei können die Partikel der zweiten Komponente einem Umformvorgang unterworfen sein.

[0040] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Partikel ein Länge zu Durchmesser Verhältnis von 1:1 - 3:1 aufweisen. Die Partikel sind beispielsweise als Kugeln, Ellipsoide, Flakes, Plättchen, Späne, Bleche, Blechstücke, Drähte, Bruchstücke oderdgl. ausgebildet.

[0041] Eine bevorzugte Weiterbildung sieht weiters vor, dass die Partikel einen mittleren volumenäquivalenten Kugeldurchmesser von 0,3-10mm, bevorzugt 0,5-3mm aufweisen.

[0042] Die Partikel der zweiten Phase können entweder gleichorientiert oder zufällig orientiert vorliegen.

[0043] Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung nahezu beliebige Materialkombinationen denkbar. Bevorzugt ist sowohl die erste Phase als auch die zweite Phase ein Metall. Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung, bei der die erste und die zweite Phase jeweils ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung, wie zB ein Element oder eine Legierung der Platingruppe ist. Alternativ können keramische Partikel die zweite Phase ausbilden, die in einer gesinterten Metallphase zufällig verteilt angeordnet sind.

[0044] Bevorzugt besteht die erste Phase aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von > 150 W/mK, wie zB Ag, Cu oder AI, und die zweite Phase aus einem Material mit einer thermischen Ausdehnung von < 8 ppm/K, wie zB W, Mo, TiB2, Zr(Wo4)2.

[0045] Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Phase ein Verbundwerkstoff ist, der eine kontinuierliche Matrix aufweist, in die wenigstens ein partikelförmiger Füllstoff eingebracht ist.

[0046] Bevorzugt beträgt der Volumenanteil der ersten Phase 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60%. Der Volumenanteil der zweiten, insbesondere durch Sintern hergestellten Phase beträgt 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60%.

[0047] Wenn die zweite Phase nicht durch Sintern, sondern von Partikeln gebildet ist, sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, dass der Volumenanteil der zweiten, durch Einlagerung von Partikeln in die erste Phase hergestellten Phase 10- 60%, bevorzugt 20-50%, bevorzugt 30-40% beträgt. In diesem Fall liegen die eingelagerten Partikel mit einer Größe von bevorzugt mindestens 300 pm vor.

[0048] Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Werkstoffs aus wenigstens einer ersten, pulver- oder pulvergranulatförmigen Komponente und wenigstens einer zweiten Komponente, umfassend folgende Schritte: [0049] - Vermischen der wenigstens einen ersten Komponente mit der wenigstens einen zwei ten Komponente, [0050] - Verdichten der Komponenten in einer Pressform unter Anwendung von Druck und

Temperatur, wodurch die erste Komponente zu einer ersten Phase eines mehrphasigen Gefüges gesintert wird.

[0051] Anzumerken ist, dass Merkmale, die oben in Bezug auf den erfindungsgemäßen Werkstoff beschrieben sind, analog im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden können.

[0052] Bevorzugt wird so vorgegangen, dass die zweite Komponente in Pulverform oder als Pulvergranulat eingesetzt wird und im Verdichtungsschritt zu einer zweiten Phase des mehrphasigen Gefüges gesintert wird.

[0053] Bevorzugt weist das Pulver der ersten Phase und ggf- der zweiten Phase eine Korngröße von < 300pm, bevorzugt < 150pm, bevorzugt < 100pm, bevorzugt < 50pm auf.

[0054] Eine vorteilhafte Vorgehensweise sieht vor, dass der Verdichtungsschritt als Heißpressen, heißisostatisches Pressen, direktes Heißpressen, Spark Plasma Sintern, Pressen und Sintern oder Extrudieren sowie deren abgewandelte Formen ausgebildet ist.

[0055] Der Verdichtungsschritt umfasst bevorzugt das Aufbringen von Druck mit einer Rate von > 0,001 MPa/s, bevorzugt >0,1 MPa/s und besonders bevorzugt > 10 MPa/s. Bevorzugt beträgt die Druckaufbringungsrate maximal 106 MPa/s. Weiters kann der Verdichtungsschritt eine Wärmeeinbringung mit einer Heizrate von > 10 K/min, bevorzugt > 100 K/min, besonders bevorzugt > 1000 K/min umfassen.

[0056] Der Verdichtungsschritt umfasst bevorzugt nach dem Aufbringen von Druck und der Wärmeeinbringung einen Halteschritt, in dem die Temperatur und der Druck über einen Zeitraum von < 6 Stunden, bevorzugt < 1 Stunde, besonders bevorzugt 1-60 Sekunden gehalten werden.

[0057] Der Druck während dem Halteschritt ist bevorzugt > 1 MPa, bevorzugt > 10 MPa, besonders bevorzugt > 100 MPa.

[0058] Der Verdichtungsschritt kann in Schutzgas, Vakuum oder an Luft erfolgen.

[0059] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Herstellungsverfahren wie folgt durchgeführt. SCHRITT 1: [0060] Schritt 1 umfasst die Vorbereitung der Ausgangskomponenten. Folgende Ausgangskomponenten können zum Einsatz gelangen: [0061] Die erste Komponente ist insbesondere ein Pulver aus sinterfähigen metallischen oder keramischen Partikeln. Diese Pulver können Korngrößen von kleiner als 300pm aufweisen, bevorzugt kleiner als 100pm, besonders bevorzugt kleiner als 45pm.

[0062] Die erste Komponente kann aber auch aus Pulvergranulaten bestehen. Diese entstehen dadurch, dass sinterfähiges metallisches oder keramisches Pulver mit Wasser oder durch Lösungsmittelzugabe (z.B. über Sprühtrocknen, Gefriertrocknen oder dgl.) oder mit Granulierhilfen (z.B. Binderkomponenten, Polymere, Wachse) in Granulate mit einer Größe von 0,5 - 10mm, bevorzugt 1 - 5mm übergeführt werden.

[0063] Die zweite Komponente kann ebenso wie die erste Komponente aus einem anderen Pulver eines sinterfähigen metallischen oder keramischen Partikels bestehen. Diese Pulver können Korngrößen von kleiner als 300pm aufweisen, bevorzugt kleiner als 100pm, besonders bevorzugt kleiner als 45pm. Ebenso kann die zweite Komponente aus Pulvergranulaten (wie die erste Komponente) hergestellt werden.

[0064] Eine weitere Ausführungsform beinhaltet die Möglichkeit, dass die zweite Komponente aus Partikeln mit einer eindimensional oder zwei-dimensional gerichteten Form gebildet sein kann, wie z.B. Drahtstücke oder Drähte mit einem Durchmesser von 0,3mm bis 5mm, bevorzugt 0,5mm bis 2 mm oder Fasern mit einem Durchmesser von 0,3mm bis 5mm, bevorzugt 0,5mm bis 2mm, oder Flakes, Plättchen, Spänen, Bleche oder Blechstücke. Diese haben charakteristische Dimensionen mit einer Länge, die größer ist als die Dicke, wobei die Dicke der Partikel in einem Bereich von 0,1mm bis 5mm, bevorzugt 0,5mm bis 1mm liegt. Die Partikel müssen sich dadurch auszeichnen, dass sie duktile Eigenschaften bei Raumtemperatur und/oder bei Anwendung von Druck und Temperatur aufweisen.

[0065] Die zweite Komponente kann auch von Partikeln mit einer regelmäßigen (z.B. Kugeln) oder unregelmäßigen Form (z.B. Bruchstücke, Splitter,..) gebildet sein. Diese Füllstoffe können einen mittleren Durchmesser von 0,3mm bis 10mm, bevorzugt zwischen 1mm bis 5mm aufweisen. Bei den Partikeln dieser Art kann es sich beispielsweise um leicht deformierbare Bulkwerk-stoffe mit der Möglichkeit zur Deformation unter Einwirkung von Druck und Temperatur handeln.

[0066] Es kann sich aber auch um nicht oder schwer deformierbare Werkstoffe handeln, welche im Wesentlichen inert in einer Matrix vorliegen: hier sind insbesondere keramische Füllstoffe zu nennen oder auch Füllstoffe auf Kohlenstoffbasis, insbesondere Diamant, die auch bei Anwendung von sehr hohen Temperaturen und Drücken nicht leicht deformiert werden können. SCHRITT 2: [0067] Einwiegen der wenigstens einen ersten Komponente und der wenigstens einen zweiten Komponente und Mischen derselben im gewünschten Verhältnis. SCHRITT 3: [0068] Im dritten Schritt erfolgt die Formgebung. Dazu wird die Mischung in eine geeignete Pressform eingefüllt und bei Raumtemperatur durch Anwendung von Druck verdichtet, sodass ein stabiler, hantierbarer "Grünteil" hergestellt wird.

[0069] Eine besondere Ausführungsform beinhaltet in diesem Zusammenhang das lagenweise Befüllen einer Pressform, wobei hier Lagen aus unterschiedlichen Konzentrationen der einzelnen Phasen kombiniert werden. Hierbei kann beispielsweise ein Gradientenwerkstoff, ein Sandwich oder Mehrlagenwerkstoff erzeugt werden. Ebenso ist es möglich den Mehrphasenwerkstoff gezielt lokal einzubringen oder auch direkt auf einen Trägerkörper aufzupressen.

[0070] Kommt es zur Desintegration des Körpers trotz Anwenden von hohen Presskräften, so kann in den Ausgangsmaterialien zusätzlich vermehrt ein Kunststoffbinder eingesetzt werden, der die Funktion hat einerseits den Formgebungsprozess zu ermöglichen und andererseits das Bauteil zu stabilisieren.

[0071] Alternativ kann die Mischung auch direkt in die Pressform gefüllt werden und danach dem Verdichtungsprozess bei Temperatur und Druck unterzogen werden. SCHRITT 4: [0072] Nach Vorliegen des Grünlings kann dieser - sofern dieser einen hohen Anteil an Kunststoffbinder enthält - in einem optionalen Entbinderungsschritt vom Binder befreit werden. Anschließend wird der Grünling - versehen mit einem Trennmittel - in eine geeignete Pressform eingesetzt und unter Anwendung von Druck und Temperatur zu einem kompakten Bauteil verdichtet.

[0073] Der hier beschriebene zusätzliche Formgebungsschritt kann - abhängig von dem Verdichtungsverfahren - auch entfallen und die Verdichtung des Ausgangsmaterials direkt in der Pressform vorgenommen werden.

[0074] Ebenso ist es auch hier möglich den Mehrphasenwerkstoff aus Lagen unterschiedlicher

Zusammensetzung der einzelnen Phasen, als Gradientenwerkstoff, in einer Sandwichausführung oder auch als Insert gezielt in einem Bereich zu platzieren. Gleichzeitig kann auch direkt auf einen Grundkörper aufgepresst werden.

[0075] Für den Verdichtungsprozess werden Prozessparameter angewendet, die es für die jeweilige Werkstoffkombination einerseits verhindern, dass es zu einer signifikanten Diffusi-on/Reaktion zwischen den einzelnen Komponenten kommt, was zu einer Auslöschung der gewünschten Mehr-Phasenstruktur führen würde. Gleichzeitig muss der Vorgang lange genug dauern bzw. die Temperaturen so hoch sein, dass im Fall des Einsatzes von Pulvergranulaten diese zu einem dichten Körper sintern und es zu einer formschlüssigen Verbindung der einzelnen Komponenten kommt, idealerweise mit einer sehr gut kontrollierten, geringen Diffusionszone.

[0076] Als besonders vorteilhaft, um sehr hohe Verdichtungen zu erreichen, haben sich Druck unterstützte Heißpressverfahrei herausgestellt, insbesondere Verfahren, die sich durch einen sehr raschen Verdichtungsprozess auszeichnen (konventionelles Heißpressen, Spark Plasma Sintern, Direkt beheiztes Heißpressen, Induktives Heißpressen, Kondensator EntladungsSintern etc.). Mit diesen Verfahren ist es möglich in wenigen Minuten sinterfähige Werkstoffe zu einem kompakten Werkstoff zu verdichten. Weitere Verfahren, die zur Anwendung kommen können, sind Hochdruck-Hochtemperatur Verfahren sowie auch Verfahren, die an Luft in einer Pressform ein impulsartiges Verdichten (Schmieden) oder Verdichten im Sekunden-Bereich (z.B. Pulver-Schmieden) umfassen. Besonders bei den an Luft stattfindenden Verfahren kann im Zuge der Herstellung zusätzlich auch ein rascher Abschreckvorgang erfolgen und ggf. auch die Reaktionen mit der Atmosphäre ausgenutzt werden. Ein rascher Verdichtungsprozess ermöglicht beispielsweise das Behalten von sehr feinkörnigen Mikrostrukturen der durch Sintern entstandenen Phasen, was sich vorteilhaft auf die Materialeigenschaften des Endprodukts auswirkt. SCHRITT 5: [0077] Nach der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes kann insbesondere bei der Anwendung von sehr rasch arbeitenden Verdichtungsverfahren optional eine zusätzliche Wärmebehandlung angewandt werden. Diese kann zur kontrollierten Ausbildung einer Diffusionszone eingesetzt werden, oder um Verspannungen im Material zu relaxieren. SCHRITT 6: [0078] Nach der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes kann optional ein Umformungsprozess stattfinden, der es beispielsweise ermöglicht Halbzeug in andere Geometrien überzuführen sowie auch eine gewisse bevorzugte Orientierung daraus zu erzeugen. Voraussetzung für diese Umformschritte ist die entsprechende Duktilität der Materialien. Mögliche Prozesse sind Umformverfahren, wie z.B. Walzen, Ziehen, Hämmern, Rollen, Extrudieren, Severe Plastic Deformation. SCHRITT 7: [0079] Zur Endbearbeitung der Werkstoffe können Prozesse wie Drehen, Fräsen, Schleifen, Drahterodieren, Senkerodieren, Laserbearbeitung oder dgl. zur Anwendung kommen, um die Geometrie des Halbzeugs zu beeinflussen oder um ein Oberflächenfinish durchzuführen. SCHRITT 8: [0080] Abhängig von der Zusammensetzung des Mehrphasengefüges können optional zusätzliche Verfahren zur Oberflächenbehandlung vorgenommen werden. Diese können die Aufgabe haben, die Farbgebung des Bauteils zu ändern oder die Materialeigenschaften wie z.B. die Härte oder die Verschleißbeständigkeit zu beeinflussen.

[0081] Die Verfahren zur Oberflächenbehandlung können folgende Verfahren umfassen: [0082] a) Thermodiffusionsbehandlung: Dabei wird der Bauteil mit pulverförmigen oder pasten förmigen Schlichten versehen. Durch eine Wärmebehandlung kommt es zur Reaktion des Bauteils mit der pulverförmigen bzw. pastösen Masse.

Die Wärmebehandlung kann zur Ausbildung von Reaktionen führen, die zu einem unterschiedlichem optischen Erscheinungsbild führen bzw. auch die funktionellen Eigenschaften der Komponente(n) verändern.

[0083] b) Wärmebehandlung in Gasen: Dabei werden Gase, z.B. Sauerstoff und/oder Stick stoff, verwendet, um Reaktionsprodukte an der Oberfläche des Bauteils zu erzeugen, z.B. Nitride oder Oxide. Die Wärmebehandlung kann auch an Luft stattfinden.

[0084] c) chemische Behandlung: eine chemische Behandlung unter Anwendung von

Strom/Spannung kann beispielsweise verwendet werden, um Oberflächen zu anodi-sieren. Dabei können über die Auswahl des Elektrolyte sowie der Spannung/Strom-Charakteristik die Schichtdicken von erzeugten Nitriden/Oxiden etc. beeinflusst werden.

[0085] d) Behandlung mit einem Plasma sowie die Kombinationen eines Plasmas mit Gasen zur selektiven Oberflächenmodifikation.

[0086] e) Oberflächenbehandlung durch mechanische Prozesse mittels Bürsten, Kugelperlen,

Sandstrahlen, Elektropolieren, Trovalisieren oderdgl.

[0087] f) Ätzen der Oberfläche [0088] g) Beschichtung mit einer transparenten verschleißbeständigen Schicht, wie z.B. mit

Diamant, DLC oder Lack/Kunststoffschichten.

[0089] Die beschriebenen Schritte 1 bis 8 sind in der nachfolgenden Übersicht nochmals zusammengefasst dargestellt.

Schritt 1: Vorbereitung der Ausgangskomponenten__

Schritt 2: Einwtegen und Mischen der Komponenten

Schritt 3: Formgebung durch Druck unterstützen Prozess (Herstellung eines „Grünlings") alternativ direkt zu Schritt 4

Schritt 4: Verdichten der Komponenten durch Einwirken von Druck und/oder Temperatur (z.B. durch Heißpressen, Spark Plasma Sintern, etc) Schritt 5: Optional: Wärmebehandlung

Schritt 6: Optional: Umformprozess (z.B: Walzen, Extrudieren, Hämmern etc.)

Schritt 7: Endbearbeitung des Mehrphasengefüges

Schritt 8: Optional: Oberflächen finish wie z.B: Härten, Beschichten oder Ätzen [0090] Die Erfindung erlaubt die Herstellung von Gegenständen, deren Mehrphasengefüge eine einzigartige und individuelle Makrostruktur ergibt, die beispielsweise als Authentifizierungs-merkmal oder Sicherheitselement verwendet werden kann. Da die erfindungsgemäß erhaltene Makrostruktur nicht reproduzierbar ist, kann diese nicht kopiert werden.

[0091] Der erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß herstellbare Werkstoff eignet sich besonders für die Herstellung von Schmuckgegenständen, Luxusartikel und technischen Funktionswerkstoffen.

[0092] Von besonderem Nutzen insbesondere im Schmuck- und Luxusartikelbereich ist hierbei die nicht determinierte Makrostruktur. Diese verleiht den Produkten Einzigartigkeit aufgrund eines ästhetischen Erscheinungsbildes, insbesondere wenn es sich um Edelmetalle oder Elemente der Platingruppe sowie deren Legierungen handelt und stellt zudem gleichzeitig ein Sicherheitselement dar. Die Oberfläche eines Gegenstands mit der Makrostruktur hat gleichzeitig eine Kopierschutzfunktion, da es schwierig ist, die nicht determinierte Makrostruktur ohne einen erheblichen Aufwand zu reproduzieren.

[0093] So können Luxusartikel, wie z.B. Uhren, Schmuck und Ringe, oder auch Gegenstände mit Label, wie z.B. Taschen, sowie auch Premiumprodukte im Consumerbereich (z.B. Handy-gehäuse) mit einer nicht determinierten Makrostruktur erzeugt werden. Hochwertige Produkte können dadurch geschützt werden ohne dass eine zusätzliche Kennzeichnung erforderlich ist.

[0094] Ebenso kann die Makrostruktur mit der Möglichkeit zur eindeutigen Identifizierung genutzt werden, um hochwertige Anlageobjekte wie Münzen, Medaillen sowie auch Barren herzustellen. Hierbei ist besonders vorteilhaft, wenn Werkstoffe mit Duktilität verwendet werden, da diese auch nachträglich geprägt werden können. Auch ist hier eine Kombination mit weiteren Werkstoffen möglich, sodass beispielsweise Bi-Metall-Münzen hergestellt werden, die aus einem Metallrand bestehen, in dem im Zentrum ein Insert des Verbundwerkstoffes mit Makrostruktur eingebettet ist oder umgekehrt.

[0095] Sicherheitsmerkmale auf Basis von Zahlen, Bildcodes oder Hologramme, wie diese im Bereich von Software zum Einsatz kommen, sind im Schmuck- und Luxusartikelbereich nur bedingt anwendbar, da sie das äußere Erscheinungsbild verändern. Im Dokumentenbereich kommen beispielsweise Hologramme sowie Sicherheitsmerkmale aus Kunststoff mit Reliefstruktur zur Anwendung oder Pigmente mit speziellen Eigenschaften.

[0096] Die vorliegende Erfindung liefert hier eine Lösung durch Verwenden der nicht determinierten Makrostruktur, die sich durch eine Zwei- oder Mehrfarbigkeit auszeichnet. Gleichzeitig sind diese Materialien optisch ansprechend und können daher für Luxusartikel und Schmuck eingesetzt werden, insbesondere wenn diese aus Edelmetallen oder Elementen der Platingruppe sowie deren Legierungen aufgebaut sind. Hierbei erfüllt die zwei- oder mehrfärbige Makrostruktur nicht nur die Anforderung hinsichtlich eines ästhetischen Erscheinungsbilds, sondern ermöglicht es gleichzeitig, dieses schwer kopierbare Makromuster als Sicherheitselement zu verwenden. Mittels einer Bilderkennungssoftware kann aus den optischen Unterschieden, z.B. hinsichtlich Farbe oder Reflexionsgrad, Emissionsgrad oder dgl., ein einzigartiger Code erzeugt werden. Dazu wird ein Halbzeug bestehend aus zwei oder mehreren Phasen, die sich in ihrem optischen Erscheinungsbild unterscheiden, beispielsweise hinsichtlich Farbe oder Reflexionsgrad, durch Prozesse der Umformung oder des mechanischen Bearbeitens, z.B. durch Fräsen, Drehen oder dgl., in ein Bauteil übergeführt, das nachfolgend im Schuck, Luxus- und Premium-produktbereich zur Anwendung kommt, wie z.B. Uhrengehäuse, Ringe, Handygehäuse etc.

[0097] Für die Nutzung der Oberfläche des erfindungsgemäßen Werkstoffes als Authentifizie-rungsmerkmal kann so vorgegangen werden, dass der Hersteller eines aus dem Werkstoff bestehenden oder dieses enthaltenden Produktes eine Bildaufnahme der Makrostruktur an der Oberfläche erstellt, wobei der Bildausschnitt das gesamten Produkt oder nur eine definierten Bereich hiervon erfasst. Dieses Bild wird dem Produkt als Authentifizierungsmerkmal eindeutig zugeordnet. Sofern am Markt mögliche Kopien auftauchen, so kann über die Bilderkennung das charakteristische Muster ermittelt und mit der Datenbank des Herstellers verglichen werden.

[0098] Zusätzlich kann die Makrostruktur des Produkts mittels Bilderkennung in ein binäres Muster umgewandelt und mittels eines Algorithmus ein Zahlencode generiert werden. Dieser Zahlencode kann als zweites Sicherheitsmerkmal eingesetzt werden.

[0099] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. BEISPIEL 1: [00100] Als erste Komponente wird dendritisches Kupferpulver mit einer Korngröße < 45pm eingesetzt. Dieses Pulver wird unter Zugabe eines in Alkohol aufgelösten Granulierbindemittels (2 Gew.-%) einem Granulierprozess unterzogen, sodass Granulatkörner mit der einer Größe von 3-5mm entstehen, wobei der entstandene Feinanteil mit einer Korngröße von weniger als 1mm über ein Sieb entfernt wird. Als zweite Komponente wird Silberpulver mit einer Korngröße < 20pm ebenfalls zu einem Granulat verarbeitet, sodass die Granulatkörner eine Größe von etwa 2-3mm aufweisen. Die beiden Granulate werden in einem Volumenverhältnis von Cu:Ag von 60:40 % gemischt und anschließend bei 150 MPa in einer Ring-Stahlform mit einem Außendurchmesser von 30mm und einem Innendurchmesser von 22mm gepresst. Der daraus entstandene Pulver-Grünling hat eine Dichte von ca. 65%. Anschließend wird der Körper in einem Ofen bei einer Temperatur von 450°C entbindert, sodass die Wachskomponenten entfernt sind. Nach dem Entbindern wird der Grünling in eine auf 750°C beheizte Pressform eingelegt und durch Aufbringen von 100 MPa Pressdruck in 30 Sekunden an Luft verdichtet und danach aus der Form ausgestoßen. Zur Beeinflussung der Mikrostruktur (Flärte) kann das Material direkt in Wasser oder öl abgeschreckt werden. Nach der Verdichtung wird der Ring-Rohling gedreht und anschließend fein poliert. Die relative Dichte liegt bei 99,9% der theoretisch berechneten Dichte. Der Rohling ist in Fig. 5 dargestellt. BEISPIEL 2: [00101] Es wird eine ähnliche Vorgangsweise gewählt wie in Beispiel 1. Anstelle von Kupfer wird Titanpulver mit einer Korngröße < 45pm eingesetzt. Die Pulvergranulat Mischung wird in eine Grafitpressform mit einem Durchmesser von 38mm gefüllt und mittels direkt beheizten Heißpressen bei 50 MPa bei 830°C und mit einer Haltezeit von 3 Minuten verdichtet. Die erreichte relative Dichte liegt bei 99,8% der theoretisch berechneten Dichte. Der Rohling ist in Fig. 1 gezeigt, wobei hier bereits testweise eine Wärmebehandlung durchgeführt wurde. Der Rohling wird mittels Fräsen in ein Uhrengehäuse übergeführt und poliert werden. Nachträglich erfolgt eine Wärmebehandlung bei 600 °C an Luft, wodurch sich nur die Titanbereiche farblich verändern. Das Uhrengehäuse wird fotografiert und daraus ein binäres Bild erzeugt, welches das Uhrengehäuse auf Grund der speziellen Makrostruktur eindeutig identifiziert. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sich durch das unidirektionale Aufbringen der Presskraft unterschiedliche Makrostrukturen in Pressrichtung sowie quer dazu ergeben. BEISPIEL 3: [00102] Silberpulver mit einer Korngröße < 45pm wird mit Partikeln aus Borkarbid (B4C) in einem Attritor gemischt, wobei der Anteil an B4C-Partikeln bei 5 vol.-% liegt und die Partikel eine Korngröße unter 10 pm aufweisen. Das Verbund-Pulver aus Ag und B4C wird mit Messing Spänen (in einem Verhältnis von 50:50 vol.-%) gemischt, die eine Größe von etwa 4-6mm in der Länge und etwa 0,5-1 mm in der Breite bzw. Tiefe aufweisen, wobei die Mischung in eine Pressform (Durchmesser 30mm) gefüllt und bei 150 MPa verdichtet wird. Der sich daraus ergebende Grünling wird in eine permanent beheizte Pressform bei 680°C eingelegt und bei 120 MPa für 60 Sekunden verdichtet. Danach wird der Rohling zu einem Ring weiterverarbeitet. Bei der Messung der Härte an den Reststücken der einzelnen Phasen konnte gezeigt werden, dass die Zugabe von B4C in der Silbermatrix die Härte gegenüber der reinen Silbermatrix um 22% erhöht. BEISPIEL 4 [00103] Silberpulvergranulat wie in Beispiel 1 und Goldspäne mit einer Länge von etwa 3-5 mm und einer Dicke/Breite von etwa 0,5-2mm werden gemischt {im Verhältnis 55:45 vol.-%) und die Mischung wird in eine Grafitform mit einer Abmessung von ca. 27mm x 40mm gefüllt. Die Mischung wird in einer direkten Heißpresse bei 50 MPa und einer Temperatur von 820°C über einen Zeitraum von 5 Minuten verdichtet. Dabei wird Vakuum verwendet. Der daraus erhaltene Rohling mit einer Abmessung von 40x40x8mm hat eine relative Dichte von 99,7%. Aufgrund der geringeren Presskraft sind die Unterschiede in der Makrostruktur in der Pressrichtung und quer dazu nicht so deutlich ausgeprägt. Danach wird der Block überfräst und nachfolgend wärmebehandelt und in einem Walzprozess über mehrere Umformschritte, wobei die Walzrichtung geändert wird, in eine Platte mit einer Dicke von 2mm übergeführt. Die Dichte der Platte erhöht sich durch diesen Vorgang auf >99,9%. Gleichzeitig kommt es zu einer vermehrten Ausrichtung der Goldbereiche in der x-y Richtung. Aus dem Halbzeug werden verschiedene Schmuckgegenstände herausgearbeitet: ein Anhänger in Kreuzform, Einlegeteile, die in Halter für Manschettenknöpfe eingelötet werden, Ringe sowie Anhänger für Schlüssel. BEISPIEL 5: [00104] Aluminiumpulver mit einer Korngröße < 63pm wird durch Zugabe eines Bindemittels in ein Granulat mit einer Granulatpartikelgröße von 3-5mm übergeführt. Anschließend wird das Granulat mit Titanspänen vermischt, wobei ein Verhältnis von Aluminiumpulver zu Titanspänen von 70:30 vol.-% zur Anwendung kommt. Die Mischung wird in eine Grafitform (Durchmesser 30 mm) gefüllt, die mit Trennmittel versehen ist. Die Verdichtung erfolgt in einer induktiv beheizten Heißpresse bei einer Temperatur von 630°C und einem Druck von 35 MPa. Für die Herstellung wird eine hohe Heizrate von 200 K/min verwendet und die Haltezeit beträgt 5 Minuten. Im Endprodukt finden sich Hinweise auf TiAI-Phasen, insbesondere an der Übergangszone zwischen der Ti-Phase und der Al-Phase. Die TiAI-Phasen liegen im Volumen mit etwa 5vol.-% vor. Nach der Herstellung wird das Material geschliffen und poliert und nachträglich noch mittels Glasperlenstrahlen oberflächenmodifiziert. Dabei zeigt sich, dass die Phasen eine unterschiedliche Härte und dadurch eine unterschiedliche Oberflächenstruktur aufweisen, farblich unterscheiden sich die Phasen kaum.

[00105] Erst nach Durchführen einer Wärmebehandlung bei 550’C ändern die Phasen, insbesondere die Titan-Phase, die Farbe. Aus dem Teil wird ein Anhänger hergestellt. BEISPIEL 6: [00106] Ein Pulver einer Titanlegierung (Ti6AI4V) mit einer Korngröße < 63pm wird in ein Granulat mit einer Granulatpartikelgröße von 3-6mm übergeführt. Dieses wird mit Kugeln eines glasartigen Kohlenstoffs mit einem Durchmesser von 1,5mm gemischt, sodass der Anteil der Titanlegierungsmatrix bei 65 vol.-% liegt. Das Pulver wird in einer Grafitform mit einem Durchmesser von 76mm heißgepresst mit einer Höhe von 8mm. Anschließend werden Ringe und Anhänger herausgefräst. Die Ringe werden einer zusätzlichen Wärmebehandlung unter Stickstoff bei 800°C für eine Stunde unterzogen. Dabei kommt es zu einer Änderung der Farbe der Titankomponente, die mit einer Verbesserung der Oberflächenhärte von mehr als 25 % einhergeht und zudem die Verschleißbeständigkeit erhöht. BEISPIEL 7; [00107] Zr02 Pulver mit einer 8 mol-% Y203 Stabilisierung als erste Komponente sowie Zr02 mit einer 8 mol.-% Y203 Stabilisierung sowie einem Zusatz von 3 Gew.-% Co03 als zweite Komponenten werden jeweils mittels Attritor gemischt und anschließend durch Zugabe von Binder (2 Gew.-%) in zwei Granulatmaterialien mit einer Körnung von etwa 3-5mm übergeführt. Diese werden gemischt und nachfolgend wird bei 300 MPa in einer Stahlform ein Grünling mit 30mm Durchmesser erzeugt. Nach einem Entbinderungsprozess bei 450°C für 1 Stunde wird der Grünling in ein Grafitwerkzeug eingesetzt und mittels induktiver Heißpresse bei 50 MPa und einer Temperatur von 1350°C in weniger als 15 Minuten verdichtet. Nach dem Bearbeiten mittels Schleifen und Polieren liegt eine Zweifarbenkeramik vor. Aufgrund einer reduzierenden Umgebung beim Heißpressen durch die Grafitform wird der Bauteil nachträglich nochmals an Luft bei 1.000°C mit einer langsamen Heizrate oxidiert. Dabei kommt es zu einer Änderung der Farben. Nach neuerlichem Schleifen und Polieren wird der Teil mit einem Metallrahmen eingefasst und dient als Anhänger. BEISPIEL 8: [00108] Messingpulver in Granulatform mit einer Granulatgröße von 4-5mm wird mit Edelstahl 316L Pulvergranulaten mit einer Granulatgröße von 3-6mm im Verhältnis 60:40 vol.-% gemischt. Die Granulatmischung wird in einem 39mm x 26mm großen Stahlwerkzeug bei 80 MPa kaltgepresst und anschließend mit einem Trennmittel versehen. Der Grünteil wird bei 700°C und 100 MPa 2 Minuten in einer Stahlform heißgepresst und anschließend ausgestoßen. Das Bauteil wird anschließend in einem Strahlprozess gereinigt. Aufgrund der niedrig gewählten Temperatur ist die zweite Komponente nicht gesintert und kann daher mittels Strahlvorgang entfernt werden. Es entsteht dadurch ein poröser Körper mit Makrostruktur, der aufgrund seiner optischen Erscheinung für einen Schmuckartikel, wie z.B. einen Schlüsselanhänger oder eine Brosche eingesetzt werden kann. Ebenso kann die 3-dimensionale Porosität durch optische Färbung hervorgehoben werden. Weitere Einsatzbereiche des Körpers mit Makroporosität sind Filterelemente im technischen Anlagenbereich. BEISPIEL 9: [00109] Fig. 2 zeigt ein Zweiphasengefüge aus Silber und Messing in einem Verhältnis von 50:50 vol.-%. BEISPIEL 10: [00110] Fig. 3 zeigt ein Zweiphasengefüge aus Gold und Silber in einem Verhältnis von 50:50 vol.-%. BEISPIEL 11 [00111] Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Makrostruktur eines Zweiphasengefüges, das als Authentifizierungsmerkmal für den daraus hergestellten Gegenstand dient. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Ausschnitt in ein Schwarz-Weiß-Bild übergeführt werden, um auf diese Art und Weise besser verarbeitet, wie z.B. in einen binären Code transformiert werden zu können. BEISPIEL 12 [00112] Pulvergranulat wie in Beispiel 1 wird verwendet und gemeinsam mit einem Pulvergranulat mit einer Zusammensetzung aus Cu:Ag von 40:60 vol.% in einer Pressform befüllt und zwar in Form von Lagen. Dabei sind die Lagen aus Cu:Ag mit 40:60 vol.% im Außenbereich und im Zentrum ist eine Lage mit 60:40 vol.%. Die erzielte Sandwichstruktur besteht aus einem Kern mit Cu:Ag mit 60:40, der 4mm dick ist, und von zwei Lagen mit Cu:Ag mit 40:60 vol.% umgeben ist, die etwa 1,5 mm dick sind. BEISPIELE 13 - 18 [00113] Fig. 6 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus zwei Lagen mit unterschiedlicher Konzentration der einzelnen Phasen.

[00114] Fig. 7 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus drei Lagen (Sandwichanordnung) mit unterschiedlicher Konzentration.

[00115] Fig. 8 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus einer Gradientenstruktur.

[00116] Fig. 9 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff, der direkt auf ein Trägermaterial aufgepresst ist.

[00117] Fig. 10 zeigt eine Kombination aus einem Mehrphasen-Werkstoff mit einem Trägerkörper.

[00118] Fig. 11 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff lokal eingebracht in einen Trägerkörper.

Claims

Patentansprüche

1. Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstens eine zweite feste Phase, - wobei die erste Phase und die zweite Phase jeweils ein Metall, eine Metalllegierung, ein keramisches Material oder Kombinationen hiervon in Form eines Verbundwerkstoffs sind, - wobei die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinander unterscheidbar sind, - wobei das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefüge oder als dreidimensionales Durchdringungsgefüge ausgebildet ist, - wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als in drei Raumdimensionen kontinuierlich auftretende Matrixphase und die zweite Phase als diskontinuierliche, statistisch verteilte Einlagerungsphase aufweist, wobei die zweite Phase diskontinuierliche Bereiche aufweist, die in der Projektion jeweils eine Fläche von mindestens 0,2 mm2 aufweisen, - wobei die erste Phase durch Sintern unter Anwendung von Druck und Temperatur hergestellt ist.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase aus einem Material mit niedrigerer Sinter- oder Verformungstemperatur hergestellt ist als die zweite Phase.
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase durch Sintern oder durch Einlagern von Partikeln in die erste Phase in deren pulverförmigem Ausgangszustand hergestellt ist.
4. Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel ein Länge zu Durchmesser Verhältnis von 1:1 - 5:1 aufweisen.
5. Werkstoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel als Kugeln, Ellipsoide, Flakes, Plättchen, Späne, Bleche, Blechstücke, Drähte oder Bruchstücke ausgebildet sind.
6. Werkstoff nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen mittleren volumenäquivalenten Kugeldurchmesser von 0,3-10mm, bevorzugt 0,5-3mm aufweisen.
7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Phase jeweils ein Edelmetall (Ag, Au) oder eine Edelmetalllegierung oder ein Platingruppenmetall (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) oder eine Legierung der Platingruppe ist.
8. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von > 150 W/mK, insbesondere Ag, Cu oder Al, und die zweite Phase aus einem Material mit einer thermischen Ausdehnung von < 8 ppm/K, insbesondere W, Mo, TiB2, Zr(Wo4)2, besteht.
9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Phase ein Verbundwerkstoff ist, der eine kontinuierliche Matrix aufweist, in die wenigstens ein partikel- oder faserförmiger Füllstoff eingebracht ist und die Größe der Füllstoffe unter 50 pm, bevorzugt unter 10 pm liegt.
10. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der ersten Phase 10- 95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60% beträgt.
11. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der zweiten, insbesondere durch Sintern hergestellten Phase 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60% beträgt.
12. Werkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der zweiten, durch Einlagerung von Partikeln in die erste Phase hergestellten Phase 10-60%, bevorzugt 20-50%, bevorzugt 30-40% beträgt.
13. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff weniger als 10 Vol.-% Reaktionsprodukte und intermediäre Phasen aus Reaktionen an den Grenzflächen zwischen den Phasen und aus Reaktionen der Phasen mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthält.
14. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aus wenigstens einer ersten, pulver- oder pulvergranulatförmigen Komponente und wenigstens einer zweiten Komponente, umfassend folgende Schritte: - Vermischen der wenigstens einen ersten Komponente mit der wenigstens einen zweiten Komponente, - Verdichten der Komponenten in einer Pressform unter Anwendung von Druck und Temperatur, wodurch die erste Komponente zu einer ersten Phase eines mehrphasigen Gefüges gesintert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente in Pulverform oder als Pulvergranulat eingesetzt wird und im Verdichtungsschritt zu einer zweiten Phase des mehrphasigen Gefüges gesintert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente in Form von Partikeln eingesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver der ersten Phase und ggf. der zweiten Phase eine Korngröße von < 300pm, bevorzugt < 150pm, bevorzugt < 100pm, bevorzugt < 50pm aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt als Heißpressen, heißisostatisches Pressen, direktes Heißpressen, Spark Plasma Sintern, Pressen und Sintern oder Extrudieren ausgebildet ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt das Aufbringen von Druck mit einer Geschwindigkeit von > 0,001 MPa/s bevorzugt >0,1 MPa/s besonders bevorzugt > 10 MPa/s umfasst, wobei die Druckrate bevorzugt maximal 106 MPa/s beträgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt eine Wärmeeinbringung mit einer Heizrate von > 10 K/min, bevorzugt > 100 K/min, besonders bevorzugt > 1000 K/min umfasst.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt nach dem Aufbringen von Druck und der Wärmeeinbringung einen Halteschritt umfasst, in dem die Temperatur und der Druck über einen Zeitraum von < 6 Stunden, bevorzugt < 1 Stunde, besonders bevorzugt 30-60 sek gehalten werden, wobei der Druck während des Halteschritts bevorzugt > 1 MPa, bevorzugt > 10 MPa, besonders bevorzugt > 100 MPa ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt in einem technischen Gas, in Schutzgas, Vakuum oder an Luft erfolgt.
23. Verwendung der Gefügestruktur eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Authentifizierungsmerkmal.
24. Verwendung der Gefügestruktur eines nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22 hergestellten Werkstoffs als Authentifizierungsmerkmal.
25. Gegenstand hergestellt aus, bestehend aus oder enthaltend einen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22.
26. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand ein Schmuckstück, insbesondere Armband, Halsband, Anhänger, Fingerring, Fußschmuck, Ohrring, Anstecknadel, Brosche, Knopf, Krawattennadel, Manschettenknopf, Gürtelschnalle oder Uhr ist.
27. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand ein Kühlkörper, eine Wärmesenke oder eine Wärmespreize beispielsweise eines elektronischen Bauteils ist.
28. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand ein Gehäuse für ein Mobiltelefon, Griffe für Essbesteck, Brieföffner, Füllfeder, Kugelschreiber oder Etui ist.
29. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand eine Münze, Medaille oder Barren ist.
30. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 29, umfassend einen von einem Grundkörper gebildeten Teilbereich und einen aus dem Werkstoff hergestellten Teilbereich.
31. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 30, umfassend einen von dem Werkstoff mit einer ersten Gefügestruktur gebildeten Teilbereich und einen aus dem Werkstoff mit einer zweiten Gefügestruktur hergestellten Teilbereich, wobei die erste und die zweite Gefügestruktur hinsichtlich des Materials der ersten und/oder zweiten Phase oder hinsichtlich des Volumenverhältnisses der wenigstens einen ersten zur wenigstens einen zweiten Phase voneinander verschieden sind.
32. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit einem Volumenverhältnis der wenigstens einen ersten zur wenigstens einen zweiten Phase vorliegt, das über wenigstens eine räumliche Erstreckung des Gegenstands einen Gradienten aufweist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen