DE102004029759A1 - Verfahren zur Optimierung der Verteilung metallischer Binder in den Agglomeraten von Hartstoff/Binder-Systemen durch die Plasmabehandlung in einem 2-stufigen Wirbelschichtreaktor - Google Patents

Verfahren zur Optimierung der Verteilung metallischer Binder in den Agglomeraten von Hartstoff/Binder-Systemen durch die Plasmabehandlung in einem 2-stufigen Wirbelschichtreaktor Download PDF

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Abstract

Ein neuer Ansatz zur Herstellung von WC-Co-Compositpulver mit einer dünnen Beschichtung der Primärartikel Cobalt, ausgehend von einer konventionell agglomerierten WC-Co-Mischung, wurde aufgezeigt. DOLLAR A Die Homogenisierung der Cobaltverteilung in den Pulveragglomeraten ist durch eine atmosphärische Ar-H¶2¶-Plasmabehandlung in einer zirkulierenden Wirbelschicht erreicht worden. Das Erreichen einer temporären Cobaltschmelze und die Reduktion von Oxiden führte zu einer Benetzung der WC-Körner mit Cobalt. Ein speziell entwickelter zweistufiger Wirbelschichtreaktor ist im Zusammenhang mit der Umverteilung des Cobalts in kommerziell agglomerierten WC-6Co-Pulver beschrieben worden.

Description

  • Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Behandlung von pulverförmigen Materialien, die zur Herstellung von Hartmetallen dienen. Hierbei handelt es sich um ein System aus mindestens einem Hartstoff (z.B. WC, TiC, TiN) und einer metallischen Binderphase (z.B. Co, Ni, Fe). Zweck dieser Behandlung sind die möglichst gleichmäßige Verteilung des Bindemetalls um die Hartstoffkörner und eine Reduktion des Sauerstoffgehaltes, welcher in der Form von Oxiden vorliegt. Hieraus ergibt sich eine Verbesserung der Produktqualität der Hartmetalle, vor allem durch eine Herabsetzung der Sinterzeit.
  • Als Ausgangsmaterialien kann hierbei zum einen ein Gemisch aus mindestens einem Hartstoff und einem metallischen Binder vorliegen. Zum andern die reinen Hartstoffe, welche im Prozess mit dem metallischen Binder beschichtet werden. Bei der zweiten Variante wird das Bindemetall in Form einer metallorganischen Verbindung vorgelegt. Diese wird entweder verdampft oder als feinverteiltes Pulver in das Fluidisierungsgas eingespeist.
  • Die Behandlung der Pulver findet in einem 2-stufigen Wirbelschichtreaktor statt.
  • Diese Wirbelschicht kann zum einen stationär betrieben werden. Hierbei ist die Fluidisierungsgeschwindigkeit so gewählt, dass kein Pulver ausgetragen wird und der Prozess in einem relativ dichten Pulverbett stattfindet. Zum andern kann die Wirbelschicht zirkulierend betrieben werden. Durch eine hohe Fluidisierungsgeschwindigkeit wird das Pulver gezielt ausgetragen, durch entsprechende Fest/Gasförmig-Trennung, z. B. Zyklon, vom Gasstrom getrennt und wieder der Wirbelschicht zugeführt. Der Feststoffanteil im Gasstrom ist hierbei entsprechend gering.
  • Dieser Wirbelschichtreaktor zeichnet sich durch zwei Zonen aus. In beiden Zonen findet ein Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung statt. Die Wechselwirkung zwischen dem Material und der Mikrowellenstrahlung führt zu dielektrischen Verlusten und somit zu einer Erwärmung des Wirbelbettes. Hierbei schmilzt ein Teil der metallischen Binderphase auf und verteilt sich um die Hartstoffkörner. Wird ein metallorganischer Precursor zugeführt, zersetzt sich dieser thermisch und beschichtet die Pulverpartikel.
  • Die zweite Zone ist so gewählt, dass sich hohe Feldstärken ausbilden. Dadurch werden Plasmen im Reaktionsraum erzeugt, die sowohl zwischen den Partikeln als auch in der Gasphase entstehen. Die hierbei erzeugten reaktiven Spezies (Ionen, Elektronen, Radikale, aktivierte Atome und Molekühle) führen zu einer Reduzierung von Oxiden auf der Oberfläche der Partikel als auch zu einem lokalen Aufschmelzen des metallischen Binders. Wird hier ein metallorganischer Precursor zugeführt, wird dieser durch das Plasma zersetzt und es findet eine Abscheidung des Metalls auf den Partikeln statt. Bei dem Plasma handelt es sich um ein Hochdruckplasma, dass heißt, der Druckbereich liegt zwischen 0.1 bis 10 bar, vorzugsweise 1 bar.
  • Nach dieser Art der Behandlung hat sich der Oxidgehalt im Pulver reduziert und die metallische Bilderphase auf den Hartstoffpartikeln gleichmäßiger verteilt, bzw. es hat sich eine gleichmäßige Schicht des Bindemetalls auf den Partikeln abgeschieden.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist im beigelegten Paper" Improvment of Cobalt Distribution in WC-Co-agglomerates by Plasma Treatment in a Dual Stage Fiuidized Bed Reactor; R. Tap, M. Willert-Porada" beschrieben.
  • Ausführungsbeispiel
  • Verbesserung der Cobaltverteilung in WC-Co-Agglomeraten durch eine Plasmabehandlung in einem zweistufigen Wirbelschichtreaktor
    • (Übersetzt aus dem Englischen: Improvement of Cobalt Distribution in WC-Co-agglomerates by Plasma Treatment in a Dual Stage Fluidized Bed Reactor.)
    • R. Tap; M. Willert-Porada, Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung, Universität Bayreuth
  • Zusammenfassung
  • Es wird erwartet, dass die homogene Verteilung des Cobaltbinders über das gesamte WC-Primärpartikel vor dem Sintern zu einer schnellen Sinterung von Feinstkornhartmetallen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften führt, wie Reduzierung der Skelettbildung und des Kornwachstums. Die konventionellen Wege der Aufbereitung von WC-Co-Pulvern, einschließlich mechanisches Legieren von WC mit Co als auch chemische Routen in denen WC-Partikel mit Co-Metall beschichtet werden, sind nicht für diese Anforderungen geeignet. Als eine neue Methode zur Benetzung einzelner WC-Körner mit Co vor dem Sintern wurde eine MW-Behandlung in einem atmosphärischen Ar-H2-Plasma angewendet. Konventionell hergestellte WC-Co-Agglomerate wurden in einem speziell entwickelten zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, P-CFBR, mit einer integrierten Mikrowellen-Plasmakammer behandelt. Bei einer geringen mittleren Temperatur von 300°C und einer geringen Plasma-Partikel-Wechselwirkungszeit wurde eine homogene Cobaltverteilung in konventionell hergestellten WC-Co-Agglomeraten erreicht.
  • Einleitung
  • Das Potenzial der mechanischen Eigenschaften von Hartmetallen ist mit den heutigen Sintertechnologien nicht voll auszuschöpfen, da das Kornwachstum während des Sinterns nicht unterdrückt werden kann. Speziell bei Pulvern mit hoher Sinteraktivität aufgrund kleiner Primärpartikelgröße ist eine homogene Verteilung der Binderphase Cobalt nur sehr schwer zu erreichen. In der Vergangenheit wurden Versuche zur Verbesserung der Cobaltverteilung und der Verringerung der Skelettbildung in der WC-Phase durch Temperaturwechsel auf hohem Temperaturniveau während des Sinterns durchgeführt, jedoch ohne Verbesserung der Mikrostruktur oder den mechanischen Eigenschaften [1]. Eine Verringerung des Kornwachstums wurde durch die Zugabe kubischer Karbide, wie VC und/oder Cr3C2 [2,3] erreicht, jedoch auf Kosten der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit der Hartmetalle und der Einführung eines zeitaufwändigen Prozesses zur Dotierung des WC-Pulvers mit V und Cr.
  • Die Anwendung neuer Sintertechnologien, wie Mikrowellensintern und Reaktionssintern haben ein großes Potential hinsichtlich Cobaltverteilung und Verhinderung des Kornwachstums aufgezeigt [4-7]. Leider fand ein Transfer des Mikrowellensinterns in den industriellen Maßstab noch nicht statt [8]. Deshalb wurden am Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung alternative Mikrowellenprozesse zur Behandlung von WC-Co-Materialien entwickelt, einschließlich einer grundlegenden Untersuchung zur Beschichtung von pulverförmigen Materialien [9]. Eine zweistufige zirkulierende Wirbelschicht wurde entwickelt [10,11], die neben der rein thermischen Mikrowellenbehandlung auch eine Mikrowellenplasmabehandlung von WC-Co-Pulvern zulässt, mit dem Ziel:
    • • Reduzierung der Oxide auf der Oberfläche von WC-Co
    • • Erzeugung einer temporären Co-Schmelze
    • • Verteilung der Schmelze als dünnen Co-Film über die gesamte Oberfläche der WC-Partikel.
  • In vorangegangenen Arbeiten wurde reines WC-Pulver durch Mikrowellen aufgeheizt und durch die Anwesenheit eines metallorganischen Precursors, entweder in Parafin oder durch Zugabe in die Gasphase (MO-CVD) des fluidisierten WC-Pulvers, mit dem metallischen Bindermetall Co beschichtet. Die Beschichtungsrate und die Reinheit der Co-Abscheidung waren gemessen an technischen Ansprüchen von WC-Co-Materialien zu gering [12]. Deshalb wurden in der hier präsentierten Arbeit kommerziell erhältliche WC-Co-Mischungen einer thermischen Behandlung kombiniert mit einer Plasmabehandlung unterworfen. Hierfür wurde der neu entwickelte P-CFBR verwendet. Im Folgenden werden die ersten Ergebnisse einer Mikrowellenplasmabehandlung von WC-6Co und WC-10Co gezeigt.
  • Experimentelles
  • Plasma unterstützter zirkulierende Wirbelschicht
  • Eine schematische Ansicht des zweistufigen Wirbelschichtreaktors ist in 1 gezeigt. Die Wirbelschicht enthält ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 45 mm. Die Gesamtlänge des Reaktors ist 140 mm, die Plasmazone hat eine Höhe von 50 mm. Das granulierte Material wird in der „CVD"-Zone über eine 6 kW, 2.45 GHz Mikrowellenquelle (Richardson, USA) auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Das Plasmagas, Ar oder Ar-H2 wird in die Zone 1 geleitet, sobald die Temperatur des Bettes den gewünschten Wert erreicht hat. Für die Versorgung der Plasmacavity (Nr.2) wird eine 2 kW, 2,45 GHz Mikrowellenquelle (Mügge, Deutschland) verwendet. Beide Quellen sind durch Zirkulatoren vor reflektierter Leistung geschützt. Die vor- und rücklaufende Leistung wird durch eine Impedanzanalyse (HOMER, Mügge, Deutschland) gemessen. Die Cavitys werden durch einen 3-Stub-Tuner in der Hohlleiterstrecke abgestimmt, in der „CVD"-Cavity befindet sich ein zusätzlicher Kurzschlussschieber. Zur Temperaturmessung wird ein Pyrometer (Keller, Deutschland) und ein Thermoelement (Ni-Cr, ummantelt) genutzt.
  • Ein typisches P-CFBR Experiment läuft wie folgt ab: Zu Beginn eines Versuches wird eine Menge von 400 g des WC-xCo-Pulvers, x = 6 Gew% oder 10 Gew%, in den Siphon gefüllt. Als Fluidisierungs- und Plasmagas wird Ar-5Vol%H2 über einen Verteilerboden mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s eingespeist. Sobald sich eine stabile Wirbelschicht eingestellt hat, wird die Mikrowelle eingeschaltet, um ein Plasma in der Cavity (Nr. 3, 1) zu zünden. Nach 30 min Behandlungszeit wird die Mikrowellenleistung abgeschaltet und das Pulver unter Fluidisierungsbedingungen abgekühlt. Nach den Messungen des Thermoelements einige Zentimeter über der Plasmazone beträgt die Temperatur des Pulvers maximal 300°C, das Pyrometer zeigt eine mittlere Temperatur in der Plasmazone von 700°C an. Das Pulver mit einer Primärpartikelgröße von 0,75 μm konnte erfolgreich fluidisiert werden, das grobe Pulver mit 8,5 μm bildet nach ca. 60 s eine dichte Schicht auf dem Verteilerboden und den Reaktorwänden. Ein Teil des sehr feinen Pulvers geht trotz Zyklon verloren. Dieser Verlust wird durch eine Massenbilanz und die Änderung der Oberfläche Rechnung getragen.
  • Materialien und Charakterisierungsmethoden
  • Zwei kommerziell erhältliche WC-Co-Qualitäten (Cerametal, Luxemburg), die zuvor entbindert wurden, wurden untersucht: 0,75 μm WC/Co-6% und 8,5 μm WC/Co-10%. Die Elementzusammensetzung wurde durch EDX (Oxford Instr., INKA-Software) bzw. durch XRD (Philips, X-Pert) analysiert, die Makrostruktur durch Lichtmikroskopie (Olympus SZX12) und die Mikrostruktur durch Feldemissionsmikroskopie (F-SEM, Zeiss-LEO). Die spezifische Oberfläche wurde anhand der N2-BET-Oberfläche quantifiziert (Micromeritics ASAP 2010).
  • Ergebnisse
  • Wie 2 für das feinkörnige WC-6%Co-Pulver zeigt, hat sich die zuvor fast monodisperse Agglomeratverteilung nach 30 min Plasmabehandlungszeit signifikant zu einer breiten Verteilung hin entwickelt. Das mechanisch gemischte Pulver besteht aus rundlichen ca. 500 nm großen Co-Partikeln, die deutlich von den scharfkantigen WC-Körnern separiert sind und zudem eine breite Partikelverteilung aufweisen. Mit dem FEM lässt sich an keiner Phasengrenze eine Benetzung zwischen WC und Co feststellen.
  • Nach der Plasmabehandlung lässt sich eine deutliche Benetzung der WC-Körner mit Co ausmachen, wie auf den FEM-Aufnahmen in 3 zu erkennen ist. Obwohl einige WC-Körner noch sichtbar sind, ist ein großer Teil der Partikel mit einem Co-Film beschichtet.
  • Für den Einsatz beim Sintern spielen zwei Materialeigenschaften eine dominierende Rolle: Eine geringe Agglomeratfestigkeit ist für eine hohe Pressdichte notwendig und eine hohe spezifische Oberfläche für eine ausreichende Sinteraktivität. Eine hohe Schüttdichte des agglomerierten Pulvers ist zudem für Füllung der Pressmatrizen wichtig. Diese Eigenschaften wurden für das feine WC-Co-Pulver vor und nach der Plasma-CFBR-Behandlung, wie in 4 zu sehen ist, und für das grobe Pulver vor und nach der CFBR-Behandlung gemessen.
  • Die Agglomeratfestigkeit des feinen Pulvers ist signifikant größer als beim groben Pulver. Weiterhin bildet das feine Pulver harte Agglomerate, sichtbar in 4 an der konstanten Gründichte bei steigendem Pressdruck. Die Plasma-CFBR-Behandlung führt zu einer etwas geringeren Dichte, also einer gesteigerten Agglomeratfestigkeit. Aufgrund der breiteren Agglomeratgrößenverteilung nach der Fluidisierung weisen beide Pulver eine geringfügige Steigerung der Schüttdichte auf, wie im rechten Teil der 4 zu erkennen ist.
  • Die spezifische Oberfläche der Pulver wurde durch die Behandlung im CFBR von 2.5 auf 1.8 m2/g beim feinen Pulver und von 1.5 auf 0.8 m2/g beim grobkörnigen Material reduziert. Diese Änderung kann auf den Verlust von Feinanteil der Pulverschüttung durch die Fluidisierung zurückgeführt werden und nicht ausschließlich auf das Agglomeratwachstum durch die Co-Schmelze.
  • Diskussion
  • Erste Veröffentlichung zum Plasma-FBR erschien 1989 von Wierenga und Morin [13] zur Demonstration der Machbarkeit von Ionisationsvorgängen im Zwischenraum, im Kernbereich und in der Blasenphase einer Wirbelschicht. Eine 2,45-GHz-Mikrowellencavity wurde zur Plasmaerzeugung genutzt. Ab 1994 wurden Materialsynthesen, Katalysator- und Diamantbeschichtungen durch Zugabe von reaktiven Gasen in den Plasma-FBR in verschiedenen Gruppen in Japan und den USA [14-17] untersucht. Plasmaverfahren in einer zirkulierenden Wirbelschicht wurde zuerst von Karchers und von Rohr 1999 [18,19] beschrieben. In den meisten Veröffentlichungen wird Mikrowellenstrahlung zur Plasmagenerierung verwendet. Die Prozesskontrolle dieser 1-Zonen-FBR stellte sich bislang als sehr schwierig heraus, dass den Up-Scale solcher Reaktoren bis heute erschwert. Der neue Dual-Zonen-Reaktor ermöglicht stabile Plasmabedingungen während des CFBR-Betriebs, wie in vorangegangenen Veröffentlichungen beschrieben ist [10,11].
  • Die Herstellung von Hartmetallpulver in einem CFBR durch einen thermischen CVD-Prozess ist durch Toth et. al. [20] beschrieben worden. Das „Zirkulierende Fast-Fluidized Bed CVD" ist ein komplexes System, dass sich in die Abscheidezone und eine Sammelzone nach dem Zyklon unterteilen lässt. Sehr hohe Fluidisierungsgeschwindigkeiten bis zu 5 m/s wurden genutzt [20]. Im Vergleich dazu ist der hier beschriebene Dual-Zonen P-CFBR sehr einfach zu betreiben und kann auch für die PE-CVD-Abscheidung von TiN und anderen Schichten genutzt werden. [9,11].
  • Anwendung eines P-CFBRs für das „Legieren" von Metall-Keramik oder anderen agglomerierten Pulvern ist den Autoren bis jetzt nicht bekannt. Im Vergleich zu mechanischen oder chemischen Prozessen bietet dieses „Plasma-Legieren" einige Vorteile hinsichtlich Prozesszeit, Verunreinigungen und Investitionskosten. Einige Einschränkungen sind bereits bei Toth berichtet worden und sind mit dem Fluidisierungsprozess verknüpft. Für gutes Fluidisierungsverhalten muss die Agglomeratfestigkeit hoch genug sein, wie im Fluidisierungsverhalten des feinen Pulvers gezeigt – feste Agglomerate, leicht zu fluidisieren – im Vergleich zu dem groben Pulver – schwache Agglomerate, keine ausreichende Fluidisierung. Die festen Agglomerate können durch hohe Fluidisierungsgeschwindigkeiten am Ende des Prozesses aufgebrochen, wie durch [20] gezeigt oder nach dem „legieren" leicht aufgemahlen werden. Organische Binder müssen vor der Verwendung im P-CFBR entfernt werden, zwei zusätzliche Prozessschritte – Agglomerierung zur Erzeugung wirbelfähiger Pulver und das Aufmahlen mit Zugabe von Presshilfsmitteln – sind notwendig um diese Compositepulver herzustellen.
  • Eine weitere Limitierung kann die Menge an Schmelze darstellen, die so gering sein sollte, dass sich das fluidisierte Pulver nicht verklumpt. Wiederum genaue Regelung der Fluidisierungsgeschwindigkeit und der Mikrowellenleistung – verantwortlich für die Plasmabedingungen und die Heizung des Pulvers – stellen Prozessvariablen für die Benetzung des Pulvers da.
  • Ein sehr viel versprechendes Ergebnis ist die geringe Durchschnittstemperatur, die bei der Cobaltbeschichtung im P-CFBR erreicht wurde und die relativ geringe Prozesszeit.
  • Zukünftige Arbeiten werden sich auf die Optimierung der Sintereigenschaften solcher Compositpulver konzentrieren.
  • Literatur
    • [1] A. Upadhyaya, D. Sarathy, and G. Wagner, Advances in sintering hard metals, Materials & Desing, 22 (2001) 499-506
    • [2] G. E. Spriggs, A history of fine grained hardmetal, Intl. J. of Refractory Metals and Hard materials, 1995 [13] 241-255
    • [3] S. Luyckx, C. Osborne, L.A. Cornish, D.J. Whitefield, Fine-grained WC-VC-Co hardmetal, Powder metall., 1996, 39 [3] 210-212
    • [4] T. Gerdes, M. Willert-Porada, H. Kolaska, and K. Rödiger, Guidelines for Large Scale Microwave Processing of Hardmetals, Ceram. Trans., 59, 423-431 (1995)
    • [5] T. Gerdes, M. Willert-Porada, K. Rödiger, K. Dryer, Microwave Reaction Sintering of Tungsten Carbide Cobalt Hardmetals, MRS Proc. Vol. 430, Microwaves V, 175-180 (1996)
    • [6] K. Rödiger, K. Dryer, T. Gerdes, D. Kassel, M. Willert-Porada, Neue Wege zur Herstellung von Fein- und Ultrafeinstkorn-Hartmetallen durch das Sintern im Mikrowellenfeld", Proc. of the 14th Intern. Plansee Sem., Reutte, 1997 [2], 197-213
    • [7] K. Rödiger, K. Dryer, T. Gerdes and M. Willert-Porada, Microwave Sintering of Hardmetals, Intl. J. of Refractory Metals and Hard Materials, 16 [4-6], 409-416 (1998)
    • [8] M. Willert-Porada, Industrial viability of microwave sintering, this volume
    • [9] R. Tap, Coating of particulate materials by microwave and atmospheric plasma techniques, PhD-Thesis, University of Bayreuth, FAN, in preparation
    • [10] R. Tap, M. Willert-Porada, "Synthesis of Composite Powders & Coating of Fibres by Combined CVD-PECVD in a Microwave Heated Fluidized Bed Reactor", in: Microwave & Radio Frequency Applications, Ed. D.C. Folz, J.H. Booske, D.E. Clark and J.F. Gerling, The American Ceramic Society, 2003, p. 89-97
    • [11] Roland Tap, Monika Willert-Porada, Dual PE-CVD Circulating Fluidized Bed Reactor, IEEE Transactions on Plasma Science, in print (2004)
    • [12] R. Tap, Internal Report, Cermetal 2001
    • [13] C. R. Wierenga, and T. J. Morin, "Characterization of a Fluidized-Bed Plasma Reactor", AIChEJournal, vol. 35, no. 9, pp.1555-1558 (1989).
    • [14] M. Matsukata, K. Suzuki, K. Ueyama, and T. Kojima, "Development of a microwave plasma fluidized bed reactor for novel particle processing", Int. J. Multiphase Flow, vol. 20 No. 4, pp. 763-773 (1994).
    • [15] H.S. Shin, D. G. Goodwin, "Deposition of diamond coatings on particles in a microwave plasma-enhanced fluidized bed reactor", Materials Letters, vol. 19, pp. 119-122 (1994).
    • [16] C. Bayer, M. Karches, A. Matthews, and P. R. von Rohr, "PECVD-Partikelbeschichtungen in einer Plasma-Wirbelschicht", Chemie Ingeniur Technik, vol. 70, pp. 727-730 (1998).
    • [17] C. Bayer, M. Karches, A. Matthews, and P. R. von Rohr, "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition on Powders in a Low Temperature Fluidized Bed", Chem. Eng. Technol., vol. 21, No. 5, pp. 427-430 (1998).
    • [18] M. Karches, C. Bayer, and P. R. von Rohr, "A circulating fluidized bed for plasma enhanced chemical vapor deposition on powders at low temperature", Surface and Coating Technology, vol. 116 – 119, pp. 879 – 885 (1999).
    • [19] M. Karches, and P. R. von Rohr, "Microwave characteristics of a circulating fluidized bedplasma reactor for coating of powders", Surface and Coating Technology, vol. 142-144, pp. 28-33 (2001).
    • [20] R.E. Toth, I. Smid, A. Sherman, P. Ettmayer, G. Kladler and G. Korb, Tough-coated hard Powders for Hardmetals of Novel Properties, 15th Intl. Plansee Seminar, Eds. G. Kneringer, P. Rödhammer and H. Wildner, Vol. 2, 306-325 (2001)

Claims (14)

  1. Verfahren zur Optimierung der Verteilung metallischer Binder in den Agglomeraten von Hartstoff/Binder-Systemen dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmabehandlung der Pulver in einem 2-stufigen Wirbelschichtreaktor stattfindet.
  2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der 1. Stufe des Wirbelschichtreaktors eine thermische Behandlung des Pulvers durch Mikrowellenstrahlung stattfindet.
  3. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der 2. Stufe des Wirbelschichtreaktors eine Behandlung des Pulvers durch ein Mikrowellenplasma stattfindet.
  4. Verfahren nach dem Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich für das Mikrowellenplasma zwischen 0.1 bar und 10 bar liegen kann, bevorzugt wird dieser Prozess bei 1 bar betrieben.
  5. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Pulver aus mindestens einem Hartstoff und mindestens einem metallischen Binder bestehen.
  6. Verfahren nach dem Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärkorngröße der Pulver zwischen 0,1 μm und 500 μm liegt, bevorzugt sind Partikel mit 1 μm Durchmesser.
  7. Verfahren nach dem Patentanspruch 5-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate der Pulver einen Durchmesser von 1 μm bis 2 mm haben, bevorzugt sind Agglomerate mit einem Durchmesser von 100 μm.
  8. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffe vorzugsweise WC, TiC, TiN, VC, Cr3C2, TaC, NbC, ZrC, HfC, Mo2C, ZrN, TiB2, ZrB2, TiSi2, MoSi2, UC, Diamant, B4C, SiC, Be2C, AlN, Si3N4, SiB6, B, Al2O3, BeO, ZrO2, MgO, Cr2O3 verwendet werden können.
  9. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Binder wie Fe, Ni, Co sowie Gemische hieraus verwendet werden können. 10. Verfahren nach dem Patentanspruch 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Binder in der Pulvermischung 0,1 bis 50 Gew% betragen kann, bevorzugt wird ein Gehalt zwischen 6 und 10 Gew%.
  10. Verfahren nach dem Patentanspruch 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass das behandelte Pulver aus mindestens einem Hartstoff besteht und mit mindestens einem Metall aus einer chemischen Verbindung heraus beschichtet wird.
  11. Verfahren nach dem Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als chemisch gebundene Metalle FeF3, Fe(CO)5, Fe(η5-C5H5)2, [(η5-C5H5)Fe(CO)2]2, Fe(C5H7O2)3, CoCl2, Co2(CO)8, Co4(CO)12, Co(CO)3(NO), HCo(CO)4, CF3Co(CO)4, (η5-C5H5)Co(CO)2, Co(acac)2, Co(η5-C5H5)2, (η5-C5H5)FeCo(CO)6, HFeCo3(CO)12, (η5-C5H5)Fe2Co(CO)9, Co(C5H7O2)3, Ni(CO)4, Ni(C5H5)2, Ni(CH3C5H4)2, Ni(C5H7O2)2, Ni(C5HF6O2)2 verwendet werden können.
  12. Verfahren nach dem Patentanspruch 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenstrahlung eine Frequenz zwischen 300 MHz und 30 GHz hat, bevorzugt sind die ISM Frequenzen speziell 915 MHz und 2.45 GHz.
  13. Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und 5-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeschwindigkeit im Wirbelschichtreaktor einen Wert zwischen dem 1-fachen und dem 50-fachen der minimal notwendigen Fluidisierungsgeschwindigkeit, die für die Pulver notwendig ist, hat. Bevorzugt wird eine Geschwindigkeit zwischen dem 3 und 10-fachen der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit.
  14. Verfahren nach dem Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zur Fluidisierung Argon, Stickstoff, Helium oder Wasserstoff als auch Mischungen hieraus sein kann.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005056292A1 (de) * 2005-11-24 2007-05-31 Outokumpu Technology Oy Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung von Feststoffen
DE102007049635A1 (de) 2007-10-17 2009-04-23 Willert-Porada, Monika, Prof. Dr. Verfahren zur Beschichtung von Partikeln in einem Mikrowellen-Plasma-Wirbelschichtreaktor
DE102017125734A1 (de) * 2017-11-03 2019-05-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Gesintertes Hartmetallgranulat und seine Verwendung

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