DE10102706A1 - Auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material und Verfahren zu dessen Herstellung

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material zur Verfügung gestellt, das herausragende Haltbarkeit besitzt und für ein Schneidewerkzeugmaterial verwendbar ist, das mit hoher Geschwindigkeit wenigstens ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch ein DOLLAR A Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, schneiden kann und eine lange Lebensdauer besitzt, und es wird ein Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials zur Verfügung gestellt. DOLLAR A Das Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials umfasst folgendes: DOLLAR A Herstellung einer Ausgangsmischung durch Mischen von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si¶3¶N¶4¶, Al¶2¶O¶3¶ und Ce¶x¶N (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert; Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und Gewinnung eines gesinterten Produkts.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität für die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-015355 mit dem Titel "Auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material und dessen Herstellung", die am 25. Januar 2000 eingereicht wurde.
Der Inhalt dieser Anmeldung wird hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit eingeschlossen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material, das wenigstens als Werkzeugmaterial, etwa für Hochgeschwindigkeitsschneidewerkzeuge für hochwertiges Gussseisen, dargestellt durch Ni-Resist-Gusseisen und getempertes Gusseisen, effizient verwendbar ist und bezieht sich auch auf ein Verfahren für dessen Herstellung.
Ein Ni-Resist-Gusseisen ist ein austenitisches Gusseisen von Nickel-Chrom-Kupfer-Typ, das eine austenitische Matrix und in der Matrix vorhandenes Graphit umfasst, und eine chemische Zusammensetzung besitzt, die Ni in einem Bereich von 13,5-17,5%, Cu in einem Bereich von 5,5-7,5%, Cr in einem Bereich von 1,0-2,5%, 3,0% oder mehr C, Si in einem Bereich von 1,0-2,8%, und Mn in einem Bereich von 0,5-1,5% enthält. Aufgrund von der verglichen mit gewöhnlichem Gusseisen herausragenden Verschleißfestigkeit, Wärmewiderstandsfähigkeit und Korrosionswiderstandsfähigkeit ist das Ni-Resist- Gusseisen weithin als ein Material für Maschinenteile eingesetzt worden, die Hochtemperaturtauglichkeit und Härte in korrosiver Atmosphäre besitzen müssen. Insbesondere ist das Ni-Resist-Gusseisen in letzter Zeit hauptsächlich für wesentliche und wichtige Automobilbauteile wegen der weiter erhöhten Automobilleistung eingesetzt worden.
Im allgemeinen wird zur Verarbeitung eines hochwertigen Gussseisens, dargestellt durch das Ni-Resist-Gusseisen und das getemperte Gusseisen, in eine Endgestalt und -größe der wesentlichen und wichtigen Teile oder dergleichen nach dem Guss ein Schneideverfahren benötigt. Ein Schneidewerkzeug zur Verarbeitung des hochwertigen Gusseisens muss eine schnelle Verarbeitung mit der benötigten Verarbeitungspräzision ohne Mühe ermöglichen. Im Fall der Abnutzung der Kante eines Werkzeugs oder des Bruchs aufgrund von Absplitterung, tritt Oberflächenaufrauhung und Ausspülung in der verarbeiteten Oberfläche des hochwertigen Gusseisens auf. Daher kann die benötigte Präzision bei der Größe und der Oberflächenrauheit nicht erreicht werden und führt so zu schlechterer Qualität und macht den Ausstoß eines Gusseisens als Produkt unmöglich.
Wenn ein Werkzeug abgenutzt ist oder wie vorstehend beschrieben fehlerhaft wird, muss das Werkzeug daher sofort ersetzt werden. Da der Austausch des Werkzeugs zu einer Produktivitätsverminderung führt, muss dieser so weit wie möglich vermieden werden.
Um die Schneideverarbeitung eines hochwertigen Gusseisens, dargestellt durch ein Nickel-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, mit hoher Effizienz auszuführen, bestand daher ein hoher Bedarf nach einem verschleißfreien Verarbeitungswerkzeug zum Schneiden, bei dem kein Kantenbruch durch Absplitterung auftritt und das eine lange Lebensdauer besitzt.
Zur Lösung der Problematik ist als Schneideverarbeitungswerkzeug zum Beispiel ein gesinterter keramischer Körper vorgeschlagen worden, der TiC, Al2O3 und einen SiC-Whisker enthält, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 8-16028 beschrieben.
Weiterhin ist wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 64-4986 beschrieben, ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material als ein Schneide- und Verarbeitungswerkzeug für ein Gusseisen vorgeschlagen worden, das Si3N4 und/oder Al2O3, und Ti2AlN als ein Bindemittel enthält. Außerdem ist, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 64-4987 beschrieben, ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material vorgeschlagen worden, das Si3N4, Si2W und Ti2AlN als ein Bindemittel enthält.
Zuvor haben einige der Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits als ein zum Schneiden und Verarbeiten von hochwertigem Gusseisen in geeigneter Weise verwendbares Werkzeugmaterial ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material, das durch Sintern eines Pulvers aus Ti(1-x)AlNx (wobei x von 0,05 bis 0,70 variiert) und eines Pulvers aus kubischem Bornitrid gekennzeichnet ist, und das Verfahren zur Herstellung des Materials vorgeschlagen.
Jedoch besitzen die nach dem Stand der Technik hergestellten Materialien für Schneide- und Verarbeitungswerkzeuge die folgenden Probleme. Zwar besitzt der keramische gesinterte Körper aus TiC, Al2O3 und SiC-Whisker den Vorteil niedriger Produktionskosten, da er kein kubisches Bornitrid enthält, aber der keramische gesinterte Körper kann keine Haltbarkeit gewährleisten, welche die Lebensdauer in gewünschten Umfang verlängert.
Andererseits soll das auf kubischem Bornitrid basierende gesinterte Material in Bezug auf allgemeines Gusseisen verglichen mit dem zuvor beschriebenen keramischen gesinterten Körper, der einen SiC Whisker enthält, herausragende Eigenschaften besitzen. Jedoch hat das herkömmliche auf kubischem Bornitrid basierende gesinterte Material bis jetzt in Bezug auf hochwertiges Gusseisen keine ausreichende Haltbarkeit gewährleistet.
Außerdem besitzt das auf kubischem Bornitrid basierende gesinterte Material, das durch Sintern eines Pulvers aus Ti(1-x)AlNx (wobei x von 0,05 bis 0,70 variiert) und eines Pulver aus kubischem Bornitrid hergestellt wurde, herausragende Eigenschaften in Bezug auf ein spheroidisches Graphitgusseisen, welches zu dem hochwertigen Gusseisen gehört und verglichen mit einem allgemeinen Gusseisen schwer verarbeitet werden kann, aber dieses hat bis jetzt für hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch Ni-Resist-Gusseisen und getempertes Gusseisen, keine ausreichende Haltbarkeit geschaffen.
Das heißt, ein hochwertiges Gusseisen, wie etwa ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, besitzt verglichen mit einem spheroidischen Graphitgusseisen und einem allgemeinen Gusseisen herausragende Verschleißfestigkeit, und die Härte der Struktur selbst wird während des Schneidens weiter erhöht, da die austenitische Struktur aufgrund der Spannungsinduktion durch die Verarbeitungsspannung beim Schneiden in eine martensitische Struktur umgewandelt wird. Folglich gewährleistet das Werkzeug sogar im Fall der Verwendung des zuvor erwähnten herkömmlichen auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials als ein Schneidewerkzeug keine Haltbarkeit, welche die Lebensdauer ausreichend verlängert.
Folglich bestand ein starkes Bedürfnis nach Entwicklung eines ökonomischen Schneidewerkzeugs, welches ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch Ni-Resist- Gusseisen und getempertes Gusseisen, mit hoher Geschwindigkeit schneiden kann und eine lange Lebensdauer besitzt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die herkömmlichen Probleme zu überwinden und ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material mit herausragender Haltbarkeit zur Verfügung zu stellen, das für ein Werkzeugmaterial zum Schneiden verwendbar ist, welches wenigstens ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch Ni-Resist-Gusseisen und getempertes Gusseisen, mit hoher Geschwindigkeit schneiden kann und eine lange Lebensdauer besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das nachstehende Verfahren und Material gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials folgendes ein:
Herstellung einer Ausgangsmischung, indem Teilchen aus kubischen Bornitrid mit einem Bindemittelpulver vermischt werden, das aus dem auf TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert;
Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials folgendes ein:
Beschichten von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf dem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, zur Bildung von beschichteten Ausgangsteilchen;
Sintern der beschichteten Ausgangsteilchen unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials folgendes ein:
Beschichten von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem ersten Bindemittelpulver, das auf dem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, zur Bildung von beschichteten Ausgangsteilchen;
Herstellung einer Ausgangsmischung durch Mischen der beschichteten Ausgangsteilchen mit einem zweiten Bindemittelpulver, das auf dem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert;
Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material zur Verfügung gestellt, indem Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver gesintert werden, das auf dem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, wobei das gesinterte Material außerdem TiOy umfasst, das durch den Sintervorgang in-situ in der Nachbarschaft von Teilchen aus kubischem Bornitrid gebildet wird, wobei y von 1 bis 2 variiert, wobei das Bindemittelpulver und die Teilchen aus kubischem Bornitrid, wie sie zum Sintern zusammengesetzt sind, 30 bis 95% kubisches Bornitrid und 70 bis 10% Bindemittelpulver umfassen, wobei die Konzentration jeder Komponente des Bindemittelsystems innerhalb eines Bereichs von 1 bis 25% des kombinierten Gesamtvolumens liegt.
Gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material zur Verfügung gestellt, indem Teilchen aus kubischen Bornitrid mit einem Bindemittelpulver gesintert werden, das auf dem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, wobei das gesinterte Material außerdem TiOy umfasst, das durch den Sintervorgang in-situ in der Nachbarschaft von Teilchen aus kubischem Bornitrid gebildet wird, wobei y von 1 bis 2 variiert, und das Bindemittelpulver und die Teilchen aus kubischem Bornitrid, wie sie zum Sintern zusammengesetzt sind, 30 bis 95% kubisches Bornitrid und 70 bis 10% Bindemittelpulver umfassen, wobei die Konzentration jeder Komponente des Bindemittelsystems innerhalb eines Bereichs von 1 bis 25% des kombinierten Gesamtvolumens liegt, wobei SiC hierzu in einer Menge von 1 bis 20% relativ zu dem gesamten Volumen beigemischt wird.
Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und viele der zu erwartenden Vorteile davon werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich werden, insbesondere in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine Diagrammdarstellung zeigt, die das erste Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen veranschaulicht,
Fig. 2 eine Diagrammdarstellung ist, die das zweite Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen veranschaulicht,
Fig. 3 eine Diagrammdarstellung ist, die das dritte Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen veranschaulicht,
Fig. 4 eine schematische Zeichnung ist, die die Struktur von auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Material zeigt, das durch das erste Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen erhalten wurde,
Fig. 5 eine schematische Zeichnung ist, die die Struktur des auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials zeigt, das durch das zweite Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen erhalten wurde,
Fig. 6 eine schematische Zeichnung ist, die die Struktur des auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials zeigt, das durch das dritte Herstellungsverfahren in den Ausführungsformen erhalten wurde,
Fig. 7(a) eine Zeichnung ist, die die Peaks der Röntgenstrahlbeugung nach Sintern in den Ausführungsformen zeigt,
Fig. 7(b) eine Zeichnung ist, die die Peaks der Röntgenstrahlbeugung vor Sintern in den Ausführungsformen zeigt,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Schneidewerkzeugs in den Ausführungsformen ist,
Fig. 9 ein Querschnitt im S-Querschnitt eines Schneidewerkzeugs in Fig. 8 in den Ausführungsformen ist und
Fig. 10 ein Grundriss eines Schneidewerkzeugs ist, der den Verschleiß an der Flankenfläche in den Ausführungsformen zeigt.
Die bevorzugten Ausführungsformen werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Referenznummern in allen Zeichnungen entsprechende oder identische Elemente bezeichnen.
Wenn ein Pulver aus kubischem Bornitrid unter Verwendung eines Bindemittelpulvers gesintert wird, das vier Pulverarten aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) enthält, wird das TiCN durch kontinuierliche Bildung einer festen Lösung eines kubischen TiN-Systems und eines kubischen TiC-Sytems gebildet und das Verhältnis von N : C ist optional innerhalb eines Bereichs von (1 : 9) bis (9 : 1). Zur zweckmäßigen Nutzung der TiN- als auch der TiC- Eigenschaften liegt das Verhältnis vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von (2 : 8) bis (8 : 2).
Außerdem ist der Teilchendurchmesser des TiCN-Pulvers vorzugsweise geringer als der Teilchendurchmesser des Pulvers aus kubischen Bornitrid, das später beschrieben wird. Wenn der Teilchendurchmesser des TiCN-Pulvers 10 µm übersteigt, ist eine ausreichende Herstellung von Substanzen, wie etwa dem später beschriebenen TiO, nicht möglich und außerdem verbleibt möglicherweise TiCN nach dem Sintern, obwohl dies von den Sinterbedingungen abhängt. Darüberhinaus tritt beim Übersteigen eines Teilchendurchmessers des TiCN-Pulvers von 10 µm, sogar bei einer vollständigen Umsetzung des TiCN in die gewünschten Substanzen, wie etwa TiO, das Problem der ungleichmäßigen Abscheidung der hergestellten Substanzen auf und eine gleichmäßige Verteilung der hergestellten Substanzen als Bindemittel um das kubische Bornitridpartikel herum kann kaum erwartet werden.
Daher beträgt der Teilchendurchmesser des TiCN-Pulvers vorzugsweise 5 µm oder weniger und höchst bevorzugt 2 µm oder weniger. Im allgemeinen ist ein ultrafeines Teilchen mit dem Durchmesser von 0,1 µm oder weniger bevorzugt, aber in diesem Fall muss die Entfernung von absorbierten Gasen berücksichtigt werden. Außerdem muss bei einer Verkleinerung des Teilchendurchmessers durch Pulverisierung beachtet werden, dass eine Kontaminierung mit Verunreinigungen verhindert wird.
Das Si3N4 besitzt zwei Arten von Kristallstrukturen; ein hexagonales System vom α-Typ und ein trigonales System vom β-Typ. Grundsätzlich sind beide Kristallstrukturen verwendbar und der α-Typ, der mit Sauerstoff leicht eine feste Lösung ausbildet, ist bevorzugt.
Vorzugsweise ist auch der Teilchendurchmesser des Si3N4 geringer als der Teilchendurchmesser eines Pulvers aus kubischen Bornitrid, das später beschrieben wird. Aus dem gleichen Grund wie bei dem TiCN ist der Teilchendurchmesser des Si3N4 vorzugsweise nicht größer als 5 µm und weiter bevorzugt nicht größer als 2 µm. Im allgemeinen ist ein ultrafeines Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 µm oder weniger wünschenswert und in diesem Fall muss die Entfernung von adsorbierten Gasen berücksichtigt werden. Außerdem muss bei einer Verkleinerung des Teilchendurchmessers durch Pulverisierung besonders beachtet werden, dass eine Kontaminierung mit Verunreinigungen verhindert wird.
Das Al2O3 besitzt viele Kristallstruktursysteme. Obwohl grundsätzlich alle Kristallstruktursysteme erlaubt sind, sind ein γ-Typ mit einem kubisches System vom Spineltyp, der in einen α-Typ bei 1000°C oder höher umgewandelt wird, und ein α-Typ mit einem trigonalen System vom Korund-Typ, der bei einer derartig hohen Temperatur stabil ist, bevorzugt.
Der Teilchendurchmesser des Al2O3 ist vorzugsweise geringer als der Teilchendurchmesser des Pulvers aus kubischem Bornitrid, das später beschrieben wird. Da ein hochreines Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 1 µm oder weniger leicht erhalten werden kann, wird vorzugsweise ein derartiges Pulver verwendet. Folglich tritt in diesem Fall weder eine unvollständige Umsetzung noch eine ungleichmäßige Abscheidung auf, welche im Fall von TiCN und Si3N4 berücksichtigt werden mussten. Im allgemeinen sind trotzdem ultrafeine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 µm oder weniger wünschenswert und in diesem Fall muss die Entfernung von adsorbierten Gasen berücksichtigt werden.
Das CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) umfasst hauptsächlich CrN und Cr2N, die beide nicht- stöchiometrische Verbindungen sind.
Vorzugsweise ist der Teilchendurchmesser von CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) geringer als der Teilchendurchmesser des Pulvers aus kubischen Bornitrid, das später beschrieben wird. Aus dem gleichen Grund wie bei dem TiCN und dergleichen ist der Teilchendurchmesser des CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) vorzugsweise nicht größer als 5 µm und weiter bevorzugt nicht größer als 2 µm. Im allgemeinen sind ultrafeine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 µm oder weniger wünschenswert und in diesem Fall, muss die Entfernung von adsorbierten Gasen beachtet werden. Außerdem muss bei einer Verkleinerung des Teilchendurchmessers durch Pulverisierung besonders beachtet werden, dass eine Kontamination mit Verunreinigungen verhindert wird.
Das kubische Bornitrid (nachstehend manchmal als cBN bezeichnet) ist ein Bornitrid (BN) mit einer kubischen Struktur vom Zinkblende-Typ, das bei Ultrahochdruck synthetisiert wurde, und die Härte steht der des Diamanten nahe. Die Teilchen aus kubischem Bornitrid können nur unter Ultrahochdruck und -Temperatur durch Sintern direkt aneinander gebunden werden. Daher müssen zur Bindung der Teilchen Bindemittel auf der Oberfläche der Teilchen aus kubischem Bornitrid verteilt sein.
Wenn es nur auf die Verschleißfestigkeit eines erhaltenen gesinterten Materials ankommt, beträgt der Teilchendurchmesser des kubischen Bornitrids vorzugsweise 0,5 bis 10 µm, außer wenn es auf die Verschleißfestigkeit besonders ankommt, wie später beschrieben wird. Bei einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,5 µm tritt das Problem auf, dass die TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) den Teilchenumfang kaum bedecken.
Im Fall der Verwendung eines erhaltenen gesinterten Werkzeugmaterials zum Schneiden eines hochwertigen Gusseisens, dargestellt durch ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, beträgt der Teilchendurchmesser vorzugsweise 0,5 bis 5 µm. Bei einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,5 µm tritt das gleiche Problem wie vorstehend beschrieben auf.
Andererseits tritt beim Übersteigen eines Teilchendurchmessers von 5 µm das Problem auf, dass die Endverarbeitung eines Werkzeugs schwierig wird und es leicht zu Bruch in dem dazwischenliegenden Schneideprozess kommt, und daher beträgt die Teilchengröße vorzugsweise 0,5 bis 3 µm und weiter bevorzugt 0,5 bis 2 µm.
Wenn es jedoch mehr auf die Verschleißfestigkeit ankommt, kann Inkaufnahme einer Abnahme der Schlagfestigkeit zum Beispiel ein kubisches Bornitrid mit einem Durchmesser von 5 µm bis 20 µm in einer Menge von bis zu 60 Volumenprozent des gesamten kubischen Bornitrids neben dem kubischem Bornitrid mit dem vorstehenden Teilchendurchmesser zugegeben werden.
Weiter wird z. B. ein Ultrahochdruck-Sinterverfahren als Verfahren zum Sintern eines Mischpulvers verwendet, das aus einem Bindemittelpulver, das jeweils Pulver aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) enthält, und aus einem Pulver aus kubischem Bornitrid zusammengesetzt ist. Das Ultrahochdruck-Sinterverfahren wird zum Beispiel unter Bedingungen einer Temperatur von 1300 bis 1600°C und eines Drucks von 4,0 bis 7,0 GPa ausgeführt.
In einem Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials der vorliegenden Erfindung wird ein Mischpulver gesintert, das aus einem Bindemittelpulver, das jeweils Pulver aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) enthält, und einem Pulver aus kubischem Bornitrid zusammengesetzt ist. Ein auf diese Weise erhaltenes, auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material zeigt herausragende Haltbarkeit, zum Beispiel wenn es für ein Schneidewerkzeug verwendet wird.
Bisher konnte sogar bei Verwendung eines gesinterten, kubisches Bornitrid enthaltenden Materials keine ausreichende Haltbarkeit erhalten werden. Dies beruht vermutlich auf der schwächeren Wärmewiderstandsfähigkeit und Haltbarkeit des Bindemittels selbst.
Im Gegensatz hierzu werden in der vorliegenden Erfindung als Bindemittel die vier Pulverarten aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) verwendet. Folglich werden in einem auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Material die Kristallstrukturen von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert), Pulver für ein Bindemittel, durch den Sintervorgang umgewandelt, und es ist bestätigt, dass wenigstens eine Kristallstruktur von TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) existiert und daneben wird angenommen, dass einige unbekannte Bindemittel mit einigen unbekannten Beugungspeaks hergestellt werden. Zurückgehend auf diese hergestellten Substanzen wird das Bindemittel selbst mit extrem hoher Härte und herausragender Oxidationswiderstandsfähigkeit bereitgestellt.
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenes, auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material ist aus sehr harten kubischen Bornitridteilchen zusammengesetzt, die durch das Bindemittel stark aneinander gebunden sind und besitzt herausragende Haltbarkeit. Das erhaltene, auf kubischem Bornitrid basierende, gesinterte Material kann daher wegen der herausragenden Haltbarkeit des Bindemittels genauso wie wegen der Eigenschaften des kubischem Bornitrids effektiv zum Beispiel für ein Schneidewerkzeug und für eine Bohrspitze verwendet werden. Wenn das gesinterte Material z. B. für ein Schneidewerkzeug für ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen verwendet wird, kann das gesinterte Material ein Schneidewerkzeug bereitstellen, welches mit hoher Geschwindigkeit und unter hoher Last schneiden kann, die Eliminierung von kubischem Bornitridteilchen verhindert und herausragende Verschleißfestigkeit und Ausfallsbeständigkeit besitzt.
Weiter umfasst die Ausgangsmischung vorzugsweise, angegeben als Prozentsatz des gesamten kombinierten Volumens, 30 bis 90 Volumenprozent kubisches Bornitrid und 70 bis 10 Volumenprozent Bindemittelpulver, wobei jede Komponente des Bindemittel-Systems innerhalb eines Bereichs von 1 bis 25 Volumenprozent liegt.
Wenn das gesamte Bindemittelpulver weniger als 10% ausmacht, übersteigt das Verhältnis des kubischen Bornitrids 90 Volumenprozent und demzufolge kann das aus einem Bindemittelpulver hergestellte Bindemittel nicht ausreichend um die kubischen Bornitridteilchen herum verteilt werden. Demzufolge besteht das Problem einer beträchtlich schwachen Bindung der Teilchen aus kubischem Bornitrid und darüber hinaus verbleiben unter den Teilchen aus kubischem Bornitrid Hohlräume, mit der Folge, dass eine Verwendung des gesinterten Materials für ein Schneidewerkzeug nicht möglich ist.
Wenn andererseits die Gesamtmenge eines Bindemittelpulvers 70 Volumenprozent übersteigt, wird folglich das Inhaltsstoff-Verhältnis des kubischen Bornitrids auf weniger als 30 Volumenprozent gedrückt. In diesem Fall können die herausragenden Eigenschaften, wie etwa hohe Härte des kubischem Bornitrids, nicht voll ausgenützt werden. Demzufolge beträgt das Mischungsverhältnis des kubischem Bornitrids weiter bevorzugt 40 bis 80 Volumenprozent.
Auch ist das Mischungsverhältnis jedes Pulvers, das ein Bindemittelpulver zusammensetzt, wie oben beschrieben, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 25%.
Das heißt, wenn das jeweilige Mischverhältnis eines der Pulver TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) weniger als 1% beträgt, kann das Pulver nicht als ein Bindemittelrohmaterial für ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material der vorliegenden Erfindung fungieren. Andererseits führt das Übersteigen eines Verhältnisses von mehr als 25% für jedes ein Bindemittelpulver zusammensetzendes Pulver dazu, dass das jeweilige Pulver als Bindemittelrohmaterial nicht gut mit anderen Bindemittelrohmaterialien ausbalanciert werden können und ein gewünschtes Bindemittel nicht erhalten werden kann. Demzufolge beträgt das jeweilige Mischverhältnis jedes der TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) vorzugsweise 1 bis 25 Volumenprozent und weiter bevorzugt 2 bis 20 Volumenprozent.
Wenn die beschichteten Teilchen vor dem Sintern hergestellt werden, ist die Verteilung des kubischen Bornitrids in dem erhaltenen auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials gleichmäßiger, da die beschichteten Teilchen zuvor hergestellt wurden und die Pulver als Bindemittel um die Teilchen aus kubischen Bornitrid herum vorliegen und diese Teilchen lagern sich aneinander und sintern.
In diesem Fall können hergestellte Substanzen, die wenigstens TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) als ein Bindemittel enthalten, aus einem Bindemittelpulver abgeleitet werden und demzufolge besitzt ein gesintertes Material eine feine Struktur, in welchem kubische Bornitridteilchen gleichmäßig dispergiert sind.
Die Mischungsverhältnisse der jeweiligen Rohmaterialien und die Gründe für die Beschränkung für die jeweiligen Rohmateriälien sind ungefähr die gleichen wie vorstehend beschrieben und nur der untere Grenzwert jedes Pulvers als ein Bindemittel kann auf 5% abgesenkt werden.
Das heißt, sogar bei einer Gesamtmenge der Bindemittelpulver von weniger als 10% beträgt, kann das Bindemittel durch vorheriges Herstellen der beschichteten Teilchen um das kubische Bornitrid herum verteilt werden und die Teilchen aus kubischem Bornitrid können fest aneinander gebunden sein. Bei einer Gesamtmenge Bindemittelpulver von weniger als 5% verbleiben jedoch, genauso wie vorstehend beschrieben, zwischen den Teilchen aus kubischem Bornitrid Hohlräume und führen so zu einer Verschlechterung der Zähigkeit bzw. Festigkeit, die darauf zurückgeführt werden kann, dass die Hohlräume zu Bruchpunkten werden und die Lebensdauer eines Werkzeugs verkürzen. Demzufolge beträgt das Gesamtmischungsverhältnis der Pulver als ein Bindemittel vorzugsweise 15 Volumenprozent oder mehr.
Andererseits besteht bei einem Gesamtmischverhältnis der Bindemittelpulver von 90% zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Problemen, das Problem extrem hoher Kosten für die Beschichtung. Demzufolge beträgt die Gesamtzugabemenge (die Beschichtungsmenge) der Bindemittelpulver vorzugsweise bis zu 50 Volumenprozent.
In diesem Fall kann ein Dampfphasenbeschichtungsverfahren, das zum Beispiel als Herstellungsverfahren für ein beschichtetes auf kubischem Bornitrid basierendes, gesintertes Material zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-53268 beschrieben wurde, als ein Verfahren zur Herstellung der beschichteten Teilchen verwendet werden. Alternativ können Dampfphasenbeschichtungsverfahren verwendet werden, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-30663 und in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-31076 beschrieben wurden.
Ferner werden die beschichteten Teilchen, die mit dem ersten Bindemittelpulver beschichtet sind, zuvor hergestellt und dann wird ein Mischpulver, das durch Mischen der Teilchen mit einem zweiten Bindemittelpulver hergestellt wurde, gesintert. In diesem Fall sind die Herstellungskosten für die beschichteten Teilchen verringert, wenn eine relativ große Menge einer Pulvermischung von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) zugegeben werden muss, gleichzeitig kann der Effekt der Verwendung der beschichteten Teilchen erhalten werden.
Das heißt, dass zum Beispiel bei einer Zugabemenge von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) in einem Anteil von 70% der Gesamtmenge die zum Beschichten des kubischem Bornitrids verwendete Menge bis auf zum Beispiel 20 Volumenprozent gedrückt wird und die verbleibenden 50 Volumenprozent der Gesamtmenge von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) zugegeben und als Pulver vermischt wird.
Demzufolge können die Herstellungskosten verglichen mit dem Fall, in dem die Pulvermischung von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) insgesamt zum Beschichten der Teilchen aus kubischem Bornitrid verbraucht wird, verringert werden und gleichzeitig kann der Effekt der Verwendung der beschichteten Teilchen erhalten werden.
In diesem Fall können hergestellte Substanzen, die wenigstens TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) als ein Bindemittel enthalten, aus dem ersten Bindemittelpulver und einem zweiten Bindemittelpulver abgeleitet werden und demzufolge besitzt ein erhaltenes gesintertes Material eine feine Struktur, in welcher stark aneinander gebundene Teilchen aus kubischem Bornitrid gleichmäßig dispergiert sind.
Ferner wird der Ausgangsmischung außerdem vorzugsweise 1 bis 20 Volumenprozent Si-C bezogen auf die Teilchen aus kubischem Bornitrid und dem Bindemittelpulver zusammengenommen beigemischt.
Das SiC schließt den α-Typ, der eine wurtzitartige Struktur mit rhombischen System besitzt, und den β-Typ, der eine Zinkblendestruktur mit kubischem System besitzt, ein. Beide dürfen verwendet werden und der α-Typ, welcher flexibler ist, ist bevorzugt. Die Zugabe von SiC führt bei den hergestellten Substanzen, die wenigstens TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) enthalten, zu einer erhöhten Härte nach dem Sintern, sodass die SiC- Zugabe zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials effektiv ist.
Wenn die SiC-Menge durch Extrazugabe weniger als 1 Volumenprozent beträgt, wird die Härte nur geringfügig erhöht. Andererseits geht beim Überschreiten von 20% die Balance in der Pulvermischung verloren und da der Gehalt an kubischen Bornitrid besonders vermindert ist, tritt das unerwünschte Problem auf, dass die Verschleißfestigkeit im Gegenteil vermindert ist. Die zusätzliche Menge durch Extrazugabe beträgt vorzugsweise 3 bis 15 Volumenprozent.
Der Teilchendurchmesser des SiC ist vorzugsweise geringer als der Teilchendurchmesser des Pulvers aus kubischem Bornitrid. Um das SiC um die kubischen Bornitridteilchen herum als ein Verstärkungsmaterial in den Bindemitteln gleichmäßig zu verteilen, während es in dem herzustellenden TiO dispergiert ist, beträgt der Teilchendurchmesser vorzugsweise 3 µm oder weniger und weiter bevorzugt 2 µm oder weniger. Im allgemeinen sind ultrafeine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 µm oder weniger wünschenswert und in diesem Fall muss die Entfernung von adsorbierten Gasen beachtet werden. Außerdem muss bei einer Verkleinerung des Teilchendurchmessers durch Pulverisierung besonders beachtet werden, dass eine Kontaminierung mit Verunreinigungen verhindert wird.
Diese auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien sind alle vorteilhaft verwendbar, z. B. für ein Schneidewerkzeug und eine Bohrspitze, da wie zuvor beschrieben nicht nur das kubische Bornitrid sondern auch die Bindemittel herausragende Haltbarkeit zeigen. Wenn die gesinterten Materialien für ein Schneidewerkzeug für ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch z. B. ein Ni-Resist Gusseisen und ein getempertes Gusseisen verwendet werden, kann das aus den Materialien hergestellte Schneidewerkzeug mit hoher Geschwindigkeit und unter hoher Last schneiden, das Entweichen von Teilchen aus kubischem Bornitrid verhindern und besitzt eine herausragende Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Bruch.
Ausführungsformen
Ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant ist, wird anhand der Fig. 1 bis 10 beschrieben.
In diesem Beispiel wurden auf kubischem Bornitrid basierende gesinterte Materialien einer Vielzahl von Zusammensetzungen durch drei Arten von Herstellungsverfahren hergestellt. Danach wurden die erhaltenen Materialien als Schneidewerkzeugmaterialien zur Herstellung von Schneidewerkzeugen verwendet und es wurden die Eigenschaften jedes Schneidewerkzeugs in Bezug auf die Lebensdauer bewertet.
Tabelle 1 zeigt die zur Herstellung von auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien verwendeten Herstellungsverfahren, die Mischungsverhältnisse der jeweiligen Rohmaterialien, die Herstellungsbedingungen und die Bewertungsergebnisse, welche später beschrieben werden. Das SiC-Mischverhältnis wurde durch Extrazugabe erzielt und die anderen Verhältnisse wurden durch interne Zugabe erhalten.
Zuerst wird die Herstellung von Schneidewerkzeugmaterialien beschrieben werden, die auf kubischem Bornitrid basierende gesinterte Materialien verwenden. In diesem Beispiel wurden außerdem drei Arten von Herstellungsverfahren verwendet.
Das erste Herstellungsverfahren (das Herstellungsverfahren A in Tabelle 1) war ein Verfahren zum Sintern eines Mischpulvers, das aus einem aus kubischem Bornitrid bestehenden Pulver und einem Bindemittelpulver zusammengesetzt war.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden zweckmäßiger ein Pulver (10) aus kubischem Bornitrid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,0 µm, die Pulver (21) bis (24) aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) mit jeweils einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,0 µm als Bindemittelpulver, und ein SiC-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,0 µm (nicht gezeigt) verwendet. Die jeweiligen Pulver (10), (21) bis (24) und, soweit notwendig, das SiC-Pulver wurden vermischt und ergaben so die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen und die resultierenden Mischungen wurden 1 Stunde in einer Planetenkugelmühle vermischt und dann getrocknet und durch Stempel pressgeformt, wie in Fig. 1 gezeigt. Die resultierenden geformten Produkte wurden auf Untersetzer gelegt, die durch Formung eines 10 Gewichtsprozent Co- Pulver enthaltenden WC-Pulvers auf gleiche Weise wie vorstehend hergestellt wurden, und in Probenkapseln (721) gesteckt und die resultierenden Produkte wurden 15 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 1300 bis 1550°C und einem Druck von 4,0 bis 6,5 GPa in eine Ultrahochdruckvorrichtung (72) gehalten und nachdem die Produkte abgekühlt waren und der Druck abgenommen hatte, wurden so Schneidewerkzeugmaterialien erhalten (Beispiele E1, 4, 7, 10, 16, 22 und Vergleichsbeispiel C1).
Das zweite Herstellungsverfahren (das Herstellungsverfahren B in Tabelle 1) war ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Teilchen, in dem zunächst ein Pulver aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver beschichtet wurde und dann die beschichteten Teilchen gesintert wurden.
In der Praxis wurden die gleichen Pulver wie vorstehend beschrieben hergestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt, wurden die Pulver in eine PVD-Vorrichtung (73) zur Herstellung von beschichteten Teilchen (100) eingeführt, indem die Oberfläche des Pulvers (10) aus kubischem Bornitrid mit den jeweiligen Pulvern (21) bis (24) als Bindemittelpulver und, soweit notwendig, auch mit dem SiC-Pulver beschichtet wurde. Ferner wurden die beschichteten Teilchen (100) auf die gleiche Weise wie in dem ersten Herstellungsverfahren pressgeformt und dann auf die Untersetzer gelegt, bei den gleichen Bedingungen wie vorstehend in eine Ultrahochdruckvorrichtung (72) gehalten und danach wurden die resultierten Produkte abgekühlt und der Druck wurde vermindert und es wurden so Schneidewerzeugmaterialien erhalten (Beispiele E5, 8, 11, 13, 14, 19, 20).
Das dritte Herstellungsverfahren (das Herstellungsverfahren C in Tabelle 1) war ein Verfahren, das folgende Verfahrensschritte umfasste:
Beschichtung der Oberfläche des Pulvers aus kubischem Bornitrid mit wenigstens einem Teil der Bindemittelpulver (ein erstes Bindemittelpulver) zur Herstellung von beschichteten Teilchen,
Herstellung eines Mischpulvers aus den beschichteten Teilchen und einem zweiten Bindemittelpulver und
Sintern des Mischpulvers.
Wie in Fig. 3 beschrieben, wurden in der Praxis die beschichteten Teilchen (100) auf die gleiche Weise wie in dem zweiten Herstellungsverfahren hergestellt und dann wurden die beschichteten Teilchen (100) und die jeweiligen Pulver (21) bis (24) als Bindemittelpulver für eine Stunde auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Herstellungsverfahren durch eine Planetenkugelmühle vermischt und dann getrocknet und durch Stempel pressgeformt. Die resultierenden geformten Produkte wurden auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben und unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend beschrieben auf Untersetzern in die Ultrahochdruckvorrichtung (72) gelegt. Danach wurden die resultierenden Produkte abgekühlt und der Druck wurde vermindert und so wurden Schneidewerkzeugmaterialien erhalten (Beispiele E2, 3, 6, 9, 12, 15, 17, 18, 21 und Vergleichsbeispiel C2).
Die schematischen Zeichnungen von Strukturen der auf kubischem Bornitrid basierenden, gesinterten Materialien, die durch das erste bis dritte Herstellungsverfahren erhalten wurden, werden in den Fig. 4 bis 6 gezeigt.
Die auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien (1), die durch das erste Herstellungsverfahren erhalten wurden, besitzen eine in Fig. 4 gezeigte Struktur, die eine Matrix des Bindemittels (2) und in der Matrix dispergierte Teilchen (10) aus kubischem Bornitrid umfasst.
Außerdem besitzen die auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien (1), die durch das zweite Herstellungsverfahren erhalten wurden eine in Fig. 5 gezeigte Struktur, in welcher Teilchen aus kubischem Bornitrid (10), die mit dem Bindemittel (2) beschichtet wurden, im Wesentlichen gleichmäßig dispergiert sind.
Weiterhin besitzen die auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien (1), die durch das dritte Herstellungsverfahren erhalten wurden, eine in Fig. 6 gezeigte Struktur, welche einem Zwischenzustand des ersten und zweiten Herstellungsverfahrens entspricht, und die eine Matrix des Bindemittels (2) und in der Matrix dispergierte Teilchen (10) aus kubischem Bornitrid, die mit einem zweiten Bindemittel (202) mit der gleichen oder nur geringfügig von der Zusammensetzung des Bindemittels (2) verschiedenen Zusammensetzung beschichtet wurden, umfasst.
Ferner zeigt Fig. 7(a) repräsentative Peaks eines repräsentativen Röntgendiffraktogramms von auf derartige Weise erhaltenen Schneidewerkzeugmaterialien des Beispiels 1, die als Ergebnis nach dem Sintern erhalten wurden. Zum Vergleich sind in Fig. 7(b) auch die Peaks eines Röntgendiffraktogramms des Mischpulvers des Beispiels E1 vor dem Sintern angegeben.
Wie aus diesen Figuren verstanden werden kann, verändern sich die Kristallstrukturen von TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) durch den Sintervorgang und es wird wenigstens eine Kristallstruktur von TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) beobachtet und daneben werden unbekannte Bindemittel mit zwei oder drei unbekannten Beugungspeaks hergestellt und diese binden vermutlich die Teilchen aus kubischem Bornitrid fest.
Wie Fig. 8 bis 10 zeigen, wurden die wie oben beschriebenen erhzaltenen Schneidewerkzeugmaterialien in Schneidewerkzeuge (4) mit einer in JIS: SPGN 120304 SN definierten Gestalt verarbeitet und zur Drehbankverarbeitung eines zu schneidenden Objektmaterials verwendet und der Flankenverschleiß (VB) wurde als der die Lebensdauer bewertende Standard gemessen. Jedes der in Fig. 8 bis 10 angegebenen Schneidewerkzeuge (4) wurde hergestellt, indem ein Schneidewerkzeugmaterial, welches durch Schichten eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials (1) auf einem Untersetzer (41) hergestellt wurde, an die Spitze eines Basismaterials (40) mit einem Lötmittel (43) gebunden wurde.
Das zu schneidende Objektmaterial war ein Ni-Resist- Gusseisen (JIS: FCA-NiCuCr 1562; und Härte: Hv 163) mit einem äußeren Durchmesser ∅ von 110 mm.
Die Drehbedingungen waren wie folgt:
Die Schneidegeschwindigkeit: 220 m/min, die Zuführungsgeschwindigkeit: 0,3 mm/U, der Eintritt: 4,5 mm, und das Schneideöl: Chemicool SR 1. Die Drehbankverarbeitung wurde unter den beschriebenen Bedingungen ausgeführt und es wurde der Verschleiß VB (Fig. 10) an den Flanken (3) nach Schneiden von 21 km Schneidelänge gemessen.
Die Ergebnisse des Dreh-Testes sind in Tabelle 1 angegeben.
Zum Vergleich wurde der gleiche Test mit weithin verkauften und herkömmlich verwendeten auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materialien ausgeführt und die Ergebnisse wurden auch zusammen in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 verstanden werden kann, wurde klar festgestellt, dass die Beispiele E1 bis E22 der Produkte der vorliegenden Erfindung herausragende Verschleißfestigkeit verglichen mit den Vergleichsbeispielen C1 bis C4 und wesentliche längere Lebensdauern besitzen. Dies beruht vermutlich auf der Herstellung von Bindemitteln durch Umwandlung der vier Bindemittelpulverarten (21) bis (24), mit anderen Worten es werden unbekannte Bindemittel mit wenigstens einer Kristallstruktur von TiOy (wobei y von 1 bis 2 variiert) und daneben unbekannte Bindemittel mit zwei oder drei unbekannten Beugungspeaks hergestellt, und die hergestellten Bindemittel sind an die Teilchen aus kubischem Bornitrid fest gebunden.
Demzufolge kann verstanden werden, dass ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material der vorliegenden Erfindung ein außerordentlich herausragendes Schneidewerkzeugmaterial ist. Demzufolge ist ein Schneidewerkzeugmaterial entwickelt worden, das mit hoher Geschwindigkeit und unter schwerer Last ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, schneiden kann und eine lange Lebensdauer besitzt, sodass die Produktivität stark verbessert werden kann, was schon lange angestrebt wurde.
Ein Schneidewerkzeugmaterial der vorliegenden Erfindung kann ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen; welche unter Gusseisen kaum verarbeitbar sind, mit einer hohen Effizienz verarbeiten und dieses zeigt andererseits herausragende Eigenschaften, wenn dieses für ein allgemeines Gusseisen (FC-Material) und ein spheroidisches Graphitgusseisen (FCD-Material) verwendet wird, welche relativ einfach zu verarbeiten sind.
Offensichtlich sind zahlreiche Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der vorstehenden Lehren möglich. Es ist daher verständlich, dass innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche, die Erfindung auf andere Weise umgesetzt werden kann, als es hier genauer beschrieben wurde.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material zur Verfügung gestellt, das herausragende Haltbarkeit besitzt und für ein Schneidewerkzeugmaterial verwendbar ist, das mit hoher Geschwindigkeit wenigstens ein hochwertiges Gusseisen, dargestellt durch ein Ni-Resist-Gusseisen und ein getempertes Gusseisen, schneiden kann und eine lange Lebensdauer besitzt, und es wird ein Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials zur Verfügung gestellt.
Das Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials umfasst folgendes: Herstellung einer Ausgangsmischung durch Mischen von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert; Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und Gewinnung eines gesinterten Produkts.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials, das folgendes umfasst:
Herstellung einer Ausgangsmischung durch Mischen von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert,
Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
2. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials gemäß Anspruch 1, wobei die Ausgangsmischung bezogen auf das gesamte kombinierte Volumen 30 bis 90 Volumenprozent kubisches Bornitrid und 70 bis 10 Volumenprozent Bindemittelpulver umfasst, wobei jede Komponente des Systems innerhalb eines Bereichs von 1 bis 25 Volumenprozent liegt.
3. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials gemäß Anspruch 1, wobei der Ausgangsmischung außerdem 1 bis 20 Volumenprozent SiC, bezogen auf die Teilchen aus kubischem Bornitrid und das Bindemittelpulver zusammengenommen, zugesetzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials, das folgendes umfasst:
Beschichtung von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, zur Bildung von beschichteten Ausgangsteilchen;
Sintern der beschichteten Ausgangsteilchen unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
5. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials gemäß Anspruch 4, wobei der Ausgangsmischung außerdem 1 bis 20 Volumenprozent SiC, bezogen auf die Teilchen aus kubischem Bornitrid und das Bindemittelpulver zusammengenommen, zugesetzt wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials, das folgendes umfasst:
Beschichtung von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem ersten Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, zur Bildung von beschichteten Ausgangsteilchen;
Herstellung einer Ausgangsmischung dürch Mischen der beschichteten Ausgangsteilchen mit einem zweiten Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert; und
Sintern der Ausgangsmischung unter Druck und gleichzeitig bei einer hohen Temperatur; und
Gewinnung eines gesinterten Produkts.
7. Verfahren zur Herstellung eines auf kubischem Bornitrid basierenden gesinterten Materials gemäß Anspruch 6, wobei der Ausgangsmischung außerdem 1 bis 20 Volumenprozent SiC, bezogen auf die Teilchen aus kubischem Bornitrid und das Bindemittelpulver zusammengenommen, zugesetzt wird.
8. Auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material, das durch Sintern von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, hergestellt wurde, wobei das gesinterte Material außerdem TiOy umfasst, das durch den Sintervorgang in-situ in der Nachbarschaft der Teilchen aus kubischem Bornitrid gebildet wird, wobei y von 1 bis 2 variiert, und wobei das Bindemittelpulver und die Teilchen aus kubischem Bornitrid, so wie diese zum Sintern zusammengesetzt sind, 30 bis 95% kubisches Bornitrid und 70 bis 10% Bindemittelpulver umfassen, wobei die Konzentration von jeder Systemkomponente innerhalb des Bereichs von 1 bis 25% des gesamten kombinierten Volumens liegt.
9. Auf kubischem Bornitrid basierendes gesintertes Material, das durch Sintern von Teilchen aus kubischem Bornitrid mit einem Bindemittelpulver, das auf einem aus TiCN, Si3N4, Al2O3 und CrxN (wobei x von 1 bis 2,7 variiert) bestehenden System basiert, hergestellt wurde, wobei das gesinterte Material außerdem TiOy umfasst, das durch den Sintervorgang in-situ in der Nachbarschaft der Teilchen aus kubischem Bornitrid gebildet wird, wobei y von 1 bis 2 variiert, und wobei das Bindemittelpulver und die Teilchen aus kubischem Bornitrid, so wie diese zum Sintern zusammengesetzt sind, 30 bis 95% kubisches Bornitrid und 70 bis 10% Bindemittelpulver umfassen, wobei die Konzentration von jeder Systemkomponente innerhalb des Bereichs von 1 bis 25% des gesamten kombinierten Volumens liegt, wobei hierzu SiC in einer Menge von 1 bis 20% relativ zu dem gesamten Volumen zugemischt wird.
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