Heramisehes Hartwerkzeug. Es ist bekannt, dass Werkzeuge, insbeson dere Schneidwerkzeuge, wie Hobel, Fräser, Bohrer. und dergleichen, welche üblicherweise aus Stahl bestehen, gewisse Nachteile besit zen, z. B. nach der Richtung hin, dass sie für die Bearbeitung gewisser Stoffe, z. B. sehr zäher, gegebenenfalls zäher und zugleich har ter Stoffe, wenig geeignet sind.
Weitere Nachteile bestehen unter anderem darin, dass die Stähle bei Durchführung der Arbeits gänge leicht sehr heiss werden und hierdurch ihre Wirksamkeit vorzeitig verlieren.
Eingehende Versuche haben ergeben, dass es möglich ist, Werkzeuge, welche sich durch ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere hohe Kantenfestigkeit, auszeichnen, aus kera mischem Material herzustellen. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein keramisches Hartwerkzeug aus feuerfestem Material, be stehend aus einem durch Sintern verfestigten Gemisch, das Aluminiumoxyd und einen 15 der Gesamtmenge nicht übersteigenden Ge halt an das Kornwachstum vermindernden Stoffen aufweist.
Es ist bekannt, dass man durch Sintern von möglichst reinem Aluminiumoxyd bei hohen Temperaturen hochfeuerfeste kerami sche Gegenstände, z. B. Tiegel und derglei chen, herstellen kann.
Es ist auch bereits vor geschlagen worden, möglichst reinem calci- niertem Aluminiumoxyd geringe Mengen von ebenfalls ealcinierten Metalloxyden, nämlich Berylliumoxyd, Magnesiumoxyd, Zirkonoxyd oder Mischungen dieser Oxyde zuzusetzen und die Mischungen durch Farmen und Bren nen in hochfeuerfeste Gegenstände, wie Zünd kerzen, Tiegel und :
dergleichen, überzuführen, wobei die Zusatzstoffe eine Erniedrigung der Sintertemperatur bezw. eine Abkürzung des Sintervorganges bewirken und Gegenstände von guter Temperaturwechselbeständigkeit liefern sollen.
Schliesslich ist auch bereits vorgeschlagen worden, Ziehsteine und der gleichen aus Carbiden, Siliziden, Boriden, Aluminiumoxyd oder Gemischen von diesen durch Erhitzen des fein gepulverten Aus gangsmaterials in hochfeuerfesten Pressfor- men bei hohen mechanischen Drucken, z. B. von 100 bis 300 kg/cm\, und bei Temperatu ren, bei welchen die Masse bildsam und pla stisch wird, z. B. bei Temperaturen von 1500 his 2000 , herzustellen.
Aus diesen bekannten Verfahren konnten Schlüsse auf die Ver wendbarkeit von durch Sintern verfestigten Gemischen von Aluminiumoxyd mit unter geordneten,<B>15%</B> der Gesamtmenge nicht übersteigenden Zusätzen an das Kornwachs tum vermindernden Stoffen für Werkzeuge, wie Hobel, Fräser, Bohrer und dergleichen, nicht gezogen werden. Dies um so weniger, als beim Sintern von Aluminiumoxyd mit bekannten und üblichen Zusatzstoffen zu meist erhebliche Kornvergröberungen und so mit Strukturverschlechterungen stattfinden.
Als strukturverbessernde Zusatzstoffe ge mäss vorliegender Erfindung kommen unter anderem in Betracht Chromoxyd (Cr.0,), Ma- gnesiumfluorid (MgF2) und Aluminiumphos phat (AIP03). Es liegen zwar bereits wissen schaftliche Arbeiten vor, bei welchen Mi schungen von Aluminiumoxyd mit Magne- siumoxyd, Chromoxyd, Berylliumoxyd, Zir- konoxyd,
Oxyde der Cerit- oder Yttererden durch fünfstündiges Erhitzen auf 1900 dicht gebrannt wurden. Aus diesen Versuchen, wel che ein weitgehendes Schwinden des Alumi niumoxyds durch die Zusatzstoffe beim Bren nen bezwecken sollten, wurde der Schluss ge zogen, dass die genannten Zusatzstoffe ohne besondere Wirkung geblieben seien.
Aus der Mitverwendung von Chromoxyd bei diesen Versuchen konnte bestimmt nicht geschlossen werden, dass Chromoxyd einen Stoff darstellt, der bei Zugabe in bestimmten Mengen zu Aluminiumoxyd das Kornwachstum der l1Zi- schung beim Sintern so weit hintanzuhalten vermag, dass Produkte entstehen, die als Werkzeuge, insbesondere Schneidwerkzeuge, verwendbar sind. Für die Herstellung keramischer Hart werkzeuge gemäss Erfindung wird vorteilhaft Aluminiumoxyd von hohem Reinheitsgrad verwendet.
Man kann aber auch in gegebenen Fällen Aluminiumoxyd von geringerem Rein heitsgrad verarbeiten, sofern die vorhandenen Beimengungen störende Wirkungen nicht entfalten, Evas leicht durch Vorversuche er mittelt werden kann. Das Zumischen der strukturverbessernden Stoffe zu dem Alumi niumoxyd kann in üblicher Weise erfolgen. Vorteilhaft werden die Stoffe in fein gemah lenem Zustand trocken vermischt und die Mi schung nach üblichen Methoden, z. B. durch Anfeuchten, Formen, Pressen und Brennen der Formkörper, verarbeitet. Man kann aber auch den Zusatzstoff bezw. die Zusatzstoffe dem bereits nach üblichen Methoden plastifi- zierten Aluminiumoxyd beimischen.
Das Sin tern kann bei Temperaturen zwischen 1500 bis 2000 , vorzugsweise bei etwa 1800 , er folgen. Die Mengenverhältnisse richten sich nach den jeweils gewünschten besonderen Eigenschaften der keramischen Werkzeuge. Im allgemeinen hat es sich als vorteilhaft er wiesen, nicht mehr als 10% und vorzugs weise nicht mehr als 5 % an Zusatzstoffen anzuwenden. Vielfach genügen Zusatzmen gen von etwa 2 bis 3 % und weniger, z. B. 1 %. Es können auch mehrere strukturverbes- sernde Zusatzstoffe gemeinschaftlich ange wendet werden.
Die Anwendung von dem Kornwachs tum entgegenwirkenden, strukturverbessern den Zusatzstoffen gemäss der Erfindung ge stattet die Herstellung von Erzeugnissen, die sich durch sehr dichtes, feinkörniges Gefüge auszeichnen, grosse Härte. Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Ein flüsse, wie z. B. Druck oder Schlag, besitzen, glatte Oberflächen und gute Kantenfestig keit aufweisen, also Eigenschaften besitzen, welche für Werkzeuge von besonderer Wich tigkeit sind. Ein weiterer Vorzug der Erfin dung besteht darin, da.ss die Formkörper beim Sintern nur eine verhältnismässig geringe Schwindung erfahren, wodurch die Gefahr unerwünschter Deformierung weitgehend ver- mieden ist, während trotzdem Erzeugnisse von grosser Dichte erhalten werden.
Schliess lich besitzen die Erzeugnisse auch noch aus gezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen che mische, insbesondere korrodierende Einflüsse, z. B. von Dämpfen, Säuren und dergleichen, und grosse Widerstandsfähigkeit gegen hohe, auch sehr hohe Temperaturen. <I>Beispiel;</I> Reines Aluminiumoxyd wird unter Zu satz eines Plastifizierungsmittels, z. B. Salz säure, mit 3 Gewichtsprozent reinem Chrom oxyd innig vermischt, die Mischung wird in Formkörper übergeführt, die der Gestalt des gewünschten Werkzeuges entsprechen, wobei die Formkörper gegebenenfalls einer Pres sung unterworfen werden.
Die Formkörper werden bei etwa 1800 , je nach Grösse, etwa 1/s bis 2 Stunden gesintert. Die gesinterten Körper besitzen rote Farbe. Wenn man dem Aluminiumoxyd an Stelle von Chromoxyd etwa 3 Gewichtsprozent reines Aluminium phosphat oder Magnesi.umfluorid einverleibt und die Mischung in der vorstehend beschrie benen Weise verarbeitet, erhält man Werk zeuge von weisser Farbe, deren Eigenschaften im wesentlichen denen der roten Sinterkörper entsprechen.
Die Erfindung gestattet die Herstellung von Werkzeugen, insbesondere Schneidwerk zeugen und spanabhebenden Werkzeugen, welche an Stelle von Stahlwerkzeugen ver wendet werden können und vor diesen ge wisse Vorteile besitzen. Stahlwerkzeuge, wie Bohrer, Drehwerkzeuge und dergleichen, wer den bekanntlich bei Durchführung des Ar beitsvorganges sehr heiss und verlieren hier durch vorzeitig ihre Wirksamkeit. Diese Nachteile treten bei vorliegenden keramischen Werkzeugen nicht in Erscheinung. Stahl werkzeuge sind für die Bearbeitung mancher Stoffe, z .B. sehr zäher sowie zäher und zu gleich harter Stoffe, wie Kunstharz und an dern Kunststoffen, schlecht geeignet.
Dagegen haben sich die vorliegenden keramischen Werkzeuge gerade für die Bearbeitung der artiger Kunststoffe gut bewährt.