DE19725914A1 - Hartmetall- oder Cermet-Sinterkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hartmetall- oder Cermet-Sinterkör­ per, bestehend aus mindestens einer WC enthaltenden Hartstoff­ phase und einer Binderphase sowie eingelagerten WC-Platelets (plättchenförmige Verstärkungsmaterialien).

Ein Hartmetallverbundkörper aus Hartstoffphasen, wie Wolfram­ carbid und/oder Carbiden bzw. Nitriden der Elemente der IVa- oder Va-Gruppe des Periodensystemes, aus Verstärkungsmateria­ lien und aus einer Bindemetallphase, wie Cobalt, Eisen oder Nickel ist aus der EP 0 448 572 B1 bekannt, der als Verstär­ kungsmaterialien entweder einkristallines plättchenförmiges Verstärkungsmaterial aus Boriden, Carbiden, Nitriden oder Car­ bonitriden der Elemente der IVa- oder VIa-Gruppe des Perioden­ systemes oder Mischungen hiervon oder aus SiC, Si₃N₄, Si₂N₂O, Al₂O₃, ZrO₂, AlN und/oder BN bzw. einkristalline nadelförmige Verstärkungsmaterialien aus SiC, Si₃N₄, Si₂N₂O, Al₂O₃, ZrO₂, AlN und/oder BN aufweist. Der Anteil der Verstärkungsmateria­ lien beträgt 2 bis 40 Vol.%, vorzugsweise 10 bis 20 Vol.%.

Die US-A-3 647 401 beschreibt anisodimensionale Wolframcarbid- Platelets mit einer maximalen Dimension zwischen 0,1 bis 50 µm und einer größten Ausdehnung, die wenigsten dreimal so groß ist wie die kleinste Ausdehnung. Diese Platelets sind durch Cobalt gebunden, das in einer Menge von 1 bis 30% bezogen auf das Gesamtkörpergewicht vorliegt. Der Körper hat eine Dichte von 95% der theoretisch maximalen Dichte.

Die CH 522 038 beschreibt einen WC enthaltenden Sinterhartme­ tallkörper mit Wolframcarbidteilchen, deren mittlere Korngröße kleiner als 1 µm ist, wobei mindestens 60% der Teilchen klei­ ner als 1 µm sind. Der Metallphasenanteil liegt zwischen 1 bis 30% und setzt sich aus 8 bis 33 Gew.-% Wolfram und 67 bis 62 Gew.-% Cobalt zusammen. Die anisodimensionalen WC-Teilchen sollen mit ihren größten Flächen praktisch parallel zu einer Bezugslinie orientiert sein.

Schließlich beschreibt die WO 96/22399 einen mehrphasigen Sin­ terkörper, der eine erste Hartphase aus Carbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Carbooxinitriden der Elemente der IVa-, Va- oder VIa-Metalle des Periodensystemes aufweist. Die zweite Phase besteht aus einer festen Lösung mit Korngrößen zwischen 0,01 bis 1 µm aus Carbiden, Nitriden, Carbonitriden und Car­ booxinitriden von wenigsten zwei Elementen der IVa- bis VIa-Gruppe des Periodensystemes. Der Binder setzt sich aus Cobalt, Nickel, Eisen, Chrom, Molybdän und Wolfram sowie Mischungen hiervon zusammen. Der Sinterkörper kann WC-Platelets aus Wolframcarbid mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,4 µm ent­ halten, die in-situ-gebildet werden sollen.

Feinst- und Ultrafeinstkorn-Hartmetalle auf der Basis von Wolf­ ramcarbid und Cobalt haben in den letzten Jahren immer mehr an technischer Bedeutung gewonnen. Die gleichzeitige Steigerung von Härte und Biegefestigkeit mit abnehmender Carbidkorngröße eröffnet diesen Legierungen ein weites Anwendungsfeld im Ein­ satz als Schneidstoff und im Verschleißschutz. Das wichtigste Anwendungsgebiet dieser Hartmetallegierungen war zunächst das Bohren und Fräsen von Elektronik-Leiterplatten (Platinen), aber in letzter Zeit konnten mit beschichteten Wendeschneidplatten hervorrangende Ergebnisse auch beim Drehen und Fräsen hochver­ güteter und abrasiv wirkender Werkstückstoffe erreicht werden. Weitere Anwendungsfelder tun sich in der Verschleißschutztech­ nik z. B. bei Dichtringen und Strahldüsen auf.

Mikrostrukturen mit einer mittleren WC-Korngröße bis zu 0,4 mm lassen sich bei der Herstellung nur unter Hinzufügen von Korn­ wachstumsinhibitoren wie z. B. VC erzielen, wobei eine weitere Verfeinerung des Gefüges bei technisch hergestellten Hartmetal­ len trotz des Einsatzes extrem feiner Ausgangspulver mit einer Korngröße im nm-Bereich aufgrund der Kornvergröberung schon in relativ frühen Stadien des konventionellen Sinterprozesses bis­ her nicht gelang. Zudem liegen die Probleme beim Einsatz sol­ cher Pulver in der starken Reaktivität mit Luftsauerstoff und der Schwierigkeit, diese Pulver mit herkömmlichen pulvermetal­ lurgischen Formgebungsverfahren, z. B. dem Axialpressen, zu kom­ paktieren.

Da die konventionellen Produktionsverfahren offensichtlich an Grenzen stoßen, gibt es Ansätze, die darin bestehen, die Her­ stellungsverfahren für solche Legierungen neu zu entwickeln bzw. zu optimieren. Hierzu bietet sich als neue Technik die Sinterung von Hartmetallen im Mikrowellenfeld an, bei der fei­ nere Gefüge aus bei konventionellen Verfahren erhalten werden können.

Mit der Bezeichnung Mikrowellen wird eine elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von ca. 10⁸ bis 10¹¹ Hz (entsprechend einer Wellenlänge im Vakuum von rund 1 mm bis 1 m) beschrieben. Handelsübliche Mikrowellengeneratoren erzeu­ gen eine monochromatische Strahlung, d. h. Wellen mit einer bestimmten Frequenz. Weit verbreitet sind Generatoren mit 2,45.10⁹ Hz, was einer Wellenlänge von 12 cm entspricht. Im Gegensatz dazu besitzt die thermische Strahlung (Plancksche Strahlung) eine sehr große Frequenzbandbreite und bei typischen Sinterprozessen hat sie ihr Energiemaximum bei einer Wellen­ länge von 1 bis 2 µm. Materie, die einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird, kann sich infolge der Wechselwirkung mit dem Feld erwärmen und entzieht dabei dem Wellenfeld Ener­ gie. Da diese Wechselwirkung stark frequenzabhängig ist, erfolgt auch die Erwärmung von Materie im Mikrowellenfeld und durch thermische Strahlung aufgrund verschiedener Aufheizmecha­ nismen.

Die meisten festen Stoffe haben in Infrarotwellenlängenbereich hinreichend stark Absorptionsbanden und lassen sich durch Wär­ mestrahlung, die an der Körperoberfläche absorbiert wird, erwärmen. Der Transport der Wärmeenergie ins Körperinnere erfolgt dabei in der Regel über die Wärmeleitung, woraus ein Temperaturgradient im Körper von innen nach außen resultiert. Befindet sich in einem Sinterofen ein Haufwerk von Teilen (Sintercharge), das durch einen peripheren Heizleiter erwärmt wird, so bildet sich aus analogen Gründen wie bei einem Einzel­ körper ein Temperaturgradient außerhalb der Sintercharge aus. Möchtet man eine gewissen Temperaturhomogenität innerhalb der Sintercharge gewährleisten, d. h. den Temperaturgradienten klein halten, so ist dadurch die Aufheizrate durch die thermische Trägheit der Charge und des Ofens nach oben begrenzt. Somit sind gewissen Mindestverweilzeiten bei entsprechenden Tempera­ turen vorgegeben.

Die Wechselwirkung von Materie mit einem Mikrowellenfeld erfolgt über die im Material vorhandenen elektrischen Dipole oder freien Ladungen. Die Skala der Absorptionseigenschaften von Stoffen für Mikrowellen reicht von transparent (Oxidkeramik, einige organische Polymere), über teildurchlässig (Oxidkeramik, Nichtoxidkeramik, gefüllte Polymere, Halbleiter) bis reflektierend (Metalle). Des weiteren ist das Verhalten eines Materials im Mikrowellenfeld von der Mikrowellenfrequenz und in hohem Maße von der Temperatur abhängig: Material, das bei Zimmertemperatur mikrowellentransparent ist, kann bei erhöhtem Temperaturen stark absorbieren oder reflektieren. Für die meisten Stoffe ist die Eindringtiefe der Mikrowellen wesentlich größer als die für Infrarotstrahlung, was in Abhän­ gigkeit von der Probengröße zur Folge hat, daß das Material - im Gegensatz zur "Skin-Heizung" bei Infrarotstrahlung - mit Mikrowellen im Volumen aufgeheizt werden kann. Die Eindring­ tiefe von Mikrowellen der Frequenz 2,45 GHz bei einer Tempera­ tur von 20°C (berechnet aus der Messung der Dielektrizitätskon­ stanten) ist bei verschiedenen Stoffen unterschiedlich groß und besitzt folgende Werte: 1,7 µm für Aluminium, 2,5 µm für Cobalt (als Beispiel für Metalle), 4,7 µm für WC und 8,2 µm für TiC (als Beispiel für massive Halbleiter), 10 m für Al₂O₃ und 1,3 cm für H₂O (als Beispiel für Isolatoren) und 7,5 cm für WC mit 6 M% Co, 31 cm für Al₂O₃ mit 10 M% Al und 36 cm für Al₂O₃ mit 30 M% TiC (als Beispiel für Pulvermetallgrünlinge).

Das Sintern von keramischen Werkstoffen, wie Siliciumnitrid, Aluminiumoxid oder einer Mischkeramik im Mikrowellenfeld ist seit mehr als 10 Jahren bekannt. Doch seit Beginn der weltwei­ ten Aktivitäten auf dem Gebiet der Mikrowellensinterung herrscht die Meinung vor, daß diese Technologie für die Sinte­ rung von Werkstoffen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Hartmetalle, nicht anwendbar sei. Diese Auffassung basierte auf der Tatsache, daß massive, metallische Körper praktisch nicht zu erwärmen sind, da sie aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit Mikrowellen gut reflektieren und nur eine wenige Mikrometer dicke Oberflächenschicht durch Wirbel­ ströme erwärmt werden kann. Überraschenderweise ergab sich jedoch, daß das Dissipationsverhalten pulvermetallurgisch her­ gestellter metallisch-keramischer Preßkörper im Mikrowellenfeld nicht nur von der elektrischen Leitfähigkeit der beteiligten Phasen, sondern in hohem Maße von der Mikrostruktur abhängt und eine effektive Erwärmung metallischer Pulver sehr wohl möglich ist. Bei einer ausreichend feinen Zerteilung der metallischen Phasen in einem Gemisch mit Nicht- oder Halbleiterpulvern (wie z. B. WC-Co-Pulverpreßkörpern) ergibt sich eine äußerst effek­ tive Heizung, die mikroskopisch gesehen auf "Ohmschen Verlu­ sten" zwischen den Körnern und hochfrequenten Wirbelströmen am Einzelkorn basiert. Aus den vorstehend zitierten Eindringtiefen ist das unterschiedliche Verhalten von massiven Körpern und pulvermetallurgischen Preßkörpern im Mikrowellenfeld deutlich zu erkennen. Genauere Untersuchungen zeigen, daß die Eindring­ tiefe der Mikrowellen in Metall- bzw. Halbleiter-Preßkörpern auch von der Mikrowellenfeldstärke abhängt und bei höheren Lei­ stungsdichten deutlich geringer wird. Diese Phänomen wird zurückgeführt auf die Abschirmung der Probe durch elektrisch leitfähige Plasmen, die im Randbereich der porösen Preßkörper nach Erreichen der elektrischen Durchschlagsfestigkeit in den Poren gezündet werden.

Unter Beachtung der Besonderheiten der Wechselwirkung von Mikrowellen mit den eingesetzten pulvermetallurgischen Grünlin­ gen lassen sich Hartmetalle mittels Mikrowellenstrahlung bis zur theoretischen Enddichte sintern.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines dafür geeigneten Ofens. Die Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 GHz wird von einem Magnetron erzeugt und in das metallische Resonatorgehäuse geführt. Innerhalb des Resonators befindet sich die Hartmetall- Sintercharge, die mit einer mikrowellentransparenten, thermi­ schen Isolierung umgeben ist. Bei entsprechender Auslegung des Resonators befindet sich die Charge in einem homogenen Magnet­ feld und wird homogen erwärmt. Die Messung der Chargentempera­ tur sowie der eingekoppelten Mikrowellenleistung dienen zur Regelung des Mikrowellensinterprozesses mit einem Mikroprozes­ sor. Vergleiche der Sinterprofile einer Mikrowellensinterung zu einer konventionellen Sinterung in vergleichbar großen Öfen haben ergeben, daß der Sinterzyklus (ohne die Abkühlphase) zeitlich um einen Faktor 3 bei der Mikrowellensinterung ver­ kürzt werden kann. Der Verbrauch an elektrischer Energie bei der Mikrowellensintertechnologie beträgt hier durch die Prozeß­ zeitreduzierung und die durch die geringere Heizleistung wäh­ rend des Sinterns nur noch einen Bruchteil der Werte für die konventionelle Sintertechnologie. Mit einer Mikrowellensinte­ rung lassen sich Hartmetalle und auch Cermets mit hohem Binde­ metallgehalt (von z. B. 25 Massen%) wie auch mit niedrigem Bin­ demetallgehalt (von beispielsweise 4 Massen%) bei Temperaturen, die 50 bis 100 K unter denen bei der konventionellen Sinterung liegen, drucklos dicht sintern. Der Vergleich mit einer konven­ tionellen Sinterung zeigt, daß der Hauptteil der Verdichtung beim Mikrowellensintern bei wesentlich tieferen Temperaturen noch unterhalb der Eutektikumstemperatur stattfindet. Das ver­ besserte Verdichtungsverhalten zeigt sich auch in dem gleich­ zeitigen Abbau der offenen und geschlossenen Porosität beim Mikrowellensintern. Aufgrund der kürzeren Sinterzeiten und niedrigeren Sintertemperaturen zeigen die mikrowellengesinter­ ten Hartmetalle ein feineres Gefüge und damit eine Härtesteige­ rung bis zu 10%. Im Einsatz als Schneidwerkzeug beim Drehen von Gußeisen zeigte die mikrowellengesinterte Variante Vorteile beim Freiflächenverschleißverhalten. Das Mikrowellensintern von Cermets, Hartmetallen und pulvermetallurgischen Stählen wird beispielsweise in der WO 96/33830 beschrieben, worauf hiermit ergänzend verwiesen wird.

Ein weiterer Schritt in Richtung der Optimierung von Ferti­ gungsverfahren und einer weiteren Kornverfeinerung stellt das Reaktionssintern von Hartmetallen dar. So kann beispielsweise Wolframpulver nicht mehr in einem getrennten Verfahrens schritt carburiert werden, sondern dadurch, daß das Carburieren in den Sinterprozeß integriert wird. Die Preßkörper werden auf dem üblichen Weg der Formgebung hergestellt, indem anstelle der Wolframcarbid-Cobalt-Pulvermischung von einer Mischung von Wolfram-, Kohlenstoff- und Cobaltpulver ausgegangen wird. Die exotherme Carburierungsreaktion des Wolframs und des Kohlen­ stoffes zu Wolframcarbid, mit einer Wärmetönung von 38 kJ/mol, findet nach der Binderaustreibung des Preßkörpers bei einer Temperatur von rund 930°C statt. Die entstehende Reaktionswärme trägt zur zusätzlichen Aufheizung im Volumen des Preßkörpers bei und ermöglicht eine Verkürzung des Sinterprozesses. In Fig. 2 ist die Thermogravimetrie (TG, DTG), die Dilatometrie (DIL, DDIL) und die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) einer Reaktionssinterung eines WC-6 M% Co-Hartmetalles für Tem­ peraturen ab 500°C dargestellt. Am DSC-Signal ist ab 750°C die endotherme Reduktion der im Wolframpulver vorhandenen Oxide zu erkennen, die mit der entsprechenden Massenabnahme in der Ther­ mogravimetrie und einer ersten Schrumpfungsstufe der Probe im Dilatometersignal korrespondiert. Bei rund 930°C erkennt man am exothermen Ausschlag des DSC-Signales die Carburierung des Wolframs, verbunden mit einer weiteren Schrumpfung der Probe. Bei 1290°C bildet sich die flüssige Phase, zu diesem Zeitpunkt ist die Schrumpfung der Probe schon fast abgeschlossen.

Aufgrund des entfallenden separaten Carburierungsschrittes und der damit verkürzten thermischen Behandlung weisen die Gefüge von reaktionsgesinterten Hartmetallen eine deutlich feinere Mikrostruktur auf als konventionell gesinterte Materialien.

Wird die Reaktionssinterung unter Einsatz von Mikrowellenstrah­ lung ausgeführt (MWRS), ist zum einen eine weitere Verfeinerung des Gefüges möglich, zum anderen kann die Restporosität gegen­ über der konventionellen Reaktionssinterung (RS) deutlich erniedrigt werden. Beim Einsatz gleicher Wolframpulver vom kon­ ventionellen Sinterprozeß zum Mikrowellensinterprozeß, zum kon­ ventionellen Reaktionssintern und schließlich zur Mikrowellen­ reaktionssinterung ist eine fortgesetzte Reduzierung der WC-Korngrößen und damit verbunden eine Steigerung der Härte möglich. Die Vickers-Härte (HV30) betrug nach dem konventionel­ len Sintern 1560, nach dem Mikrowellensintern 1630, nach dem konventionellen Reaktionssintern 1720 und nach dem Mikrowellen­ reaktionssintern 1770.

Neben den erwähnten materialspezifischen Vorteilen des Reakti­ onssinterns, insbesondere des Mikrowellen-Reaktionssinterns, bietet dieses Verfahren ein großes Potential zur Vereinfachung und Verkürzung des Prozeßablaufes sowie zur Energieeinsparung bei der Herstellung von Hartmetallen. Außer der bei hohen Tem­ peraturen ablaufenden Carburierung fallen auch vor- und nachge­ schaltete Prozeßschritte, wie das Mischen, Brechen, Zerkleinern usw. fort. Auch hierdurch kann ein Prozeßzeitgewinn erreicht werden.

Die Herstellung eines Cermets oder Hartmetalles nach einem sol­ chen Verfahren wird in der deutschen Patentanmeldung 196 01 234.1 beschrieben.

Um die Auswirkungen der Primär-Wolframteilchengröße und die Zugabe von VC als Kornwachstumsinhibitor beim Reaktionssintern zu prüfen, wurden WC-6 M% Co-Hartmetalle mit unterschiedlich feinen Wolframpulvern mittels konventioneller (RS) und Mikro­ wellenheizung (MWRS) hergestellt. Die eingesetzten Wolframpul­ ver hatten eine mittlere Korngröße von 0,4 µm, 1 µm und 2,4 µm (jeweils FSSS) bei Dotierungen von 0,2 M% VC oder fehlendem VC. Als Cobaltpulver kam jeweils eine Qualität mit einem FSSS-Wert von 1,6 µm zum Einsatz. Aus Gründen der Vergleichbarkeit wurden unabhängig von der Feinheit der Wolframpulver alle RS-Proben bei einer Temperatur von 1430°C konventionell (30 Minuten) und alle MWRS-Proben bei 1400°C mittels Mikrowelle (20 Minuten) bis auf eine Restporosität kleiner als A08, B04 (ISO) dicht gesin­ tert. Anschließend wurde das Gefüge elektronenmikroskopisch untersucht sowie die Härte, magnetische Sättigung und Koerzi­ tivfeldstärke bestimmt. Fig. 3 bis 5 zeigen die Gefügebilder der Hartmetalle aus den Wolframpulvern mit den genannten Teil­ chengrößen für jeweils beide Sintermethoden und VC-Gehalte. Bei allen eingesetzten Wolfram-Teilchengrößen ist das Gefüge der Proben aus der Mikrowellen-Reaktionssinterung stets am fein­ sten. Der Einfluß des VC-Gehaltes auf das Gefüge ist bei den feinen Wolframpulvern offensichtlich am deutlichsten. Bei den Legierungen ohne VC haben die WC-Kristalle, insbesondere bei den RS-Proben, während der Sinterphase in Abwesenheit von VC offenbar genügend Zeit auszuwachsen. Vergleicht man für die Proben die Meßwerte der Koerzitivfeldstärke Hc (siehe Fig. 6) - bei gleichen Hartmetallsorten und gleichen Werten der magne­ tischen Sättigungspolarisation ein Maß für die Kornfeinheit - so zeichnet sich einerseits wieder deutlich das feinere Gefüge der MWRS-Proben für alle Ausgangsteilchengrößen ab, anderer­ seits ergeben sich Widersprüchlichkeiten zu den Gefügebildern. So läßt sich der Abfall der Hc-Werte der MWAS-Proben für das 0,4 µm Wolframpulver nicht zufriedenstellend erklären, zumal das Gefügebild (Fig. 5a und c) deutlich auf ein noch feineres Gefüge als für das 1 µm-Pulver hinweist. Ein Vergleich der Här­ tewerte korreliert zwar mit der Aussage der Gefügebilder, ist aber aufgrund der unterschiedlichen Porosität der Proben nicht aussagekräftig.

Dessenungeachtet ist das Gefüge bei den Proben aus dem 0,4 µm- Wolframpulver aber ein wenig gröber als ein typisches Gefüge, das man bei der Herstellung von Hartmetall auf konventionellem Wege mit entsprechend feinem WC-Pulver erhält. Für die 1 µm- und 2,4 µm-Pulver ergibt das MWRS als auch RS wiederum deutlich feinere Gefüge. Der Grund könnte in der Temperaturerhöhung einer Probe bei der Carburierungsreaktion liegen. Im Falle der adiabatischen Erhitzung einer Probe, d. h. ohne Energieverlust durch Abstrahlung usw. würde sie sich aufgrund der entstehenden Reaktionswärme um rund 650°C auf 1580°C erwärmen. Die Wärmever­ luste während der Carburierungsreaktion verhindern diesen gro­ ßen Temperatursprung. Jedoch ist gerade bei den feinen Pulvern, die eine große Reaktionsoberfläche besitzen, und aufgrund der Volumenheizung der Mikrowelle, die den Start der Carburierungs­ reaktion im gesamten Volumen ermöglicht, mit einer größeren Erwärmung zu rechnen als bei groben Pulvern, die konventionell von außen nach innen aufgeheizt werden. Hier könnte man durch den Einsatz von Wolframpulvern mit einem gewissen Anteil an WC eine partielle Reaktionssinterung durchführen, die einerseits eine zu große Erwärmung bei der Carburierung verhindert und andererseits von den Vorteilen der Reaktionssinterung Gebrauch macht.

Ein weiterer Grund ist der VC-Gehalt der Versuchsmischungen, der mit 0,2% im Vergleich zu den VC-Gehalten von üblichen Ultrafeinstkornhartmetallen, die bis 1% (10% bezogen auf den Bindemetallgehalt) gehen, noch relativ niedrig ist. Dieser Spielraum für höhere VC-Gehalte sowie auch andere Kornwachs­ tumsinhibitoren kann noch ausgenutzt werden. Ferner läßt sich das Temperatur-Zeitprofil, gerade für die feinen Pulver, in Richtung niedrigerer Temperaturen und kürzerer Zeiten noch optimieren.

Bemerkenswert ist das zu beobachtende anisotrope Kornwachstum, das typisch für die Bedingungen beim Reaktionssintern zu sein scheint (vgl. Fig. 3b und 4b). Wird in entsprechenden Sinter­ stadien den WC-Keimen Gelegenheit zum Kornwachstum gegeben, so kann man, wie in Fig. 7 dargestellt, mit konventionell erhält­ lichen W-Pulvern sogar die in-situ-Erzeugung von WC-Platelets beim Reaktionssintern steuern. Scheibchenförmige WC-Kristalle mit einem Aspektverhältnis (Durchmesser zur Dicke) von <10 sind somit erzeugbar. WC-Platelets in Hartmetallen erhöhen aufgrund der anisotropen Härteeigenschaften von WC-Kristallen bekannter­ maßen sowohl die Härte als auch die Bruchzähigkeit des Verbund­ werkstoffes. Bisher beschriebene Verfahren zur Erzeugung sol­ cher Platelets gehen meist von nanokristallinen WC-Pulvern aus und fügen diese Platelets dann bei der Mischungsherstellung dem Hartmetall zu.

Zusammenfassend läßt sich die vorliegende Erfindung folgender­ maßen charakterisieren:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichzeitige Steigerung von Härte und Biegefestigkeit bei Hartmetall- oder Cemert-Sinterkörpern der eingangs genannten Art herbeizuführen.

Das Sintern von Hartmetallen und Cermets im Mikrowellenfeld ermöglicht aufgrund der geschilderten Aufheizmechanismen und der dadurch erreichbaren kürzeren Sinterzeiten und niedrigen Sintertemperaturen eine Verfeinerung des Gefüges gegenüber der konventionellen Sintertechnik. Darüber hinaus führt das Mikro­ wellenreaktionssintern mit Mischungen aus metallischen Wolfram­ pulvern, Kohlenstoff und Cobalt zu feineren Gefügen als der konventionellen Herstellung mit WC-Co als Ausgangsmaterial.

Bezüglich der Stoffzusammensetzung der Hartmetalle und Cermets sind alle Stoffe angesprochen, die freies WC im Gefüge haben. Das Reaktionssintern von Pulvern, die sowohl Wolfram als auch Kohlenstoff enthalten, aber auch in der Ausgangsmischung WC enthalten können, kann vollständig oder auch als partielles Reaktionssintern durchgeführt werden, wobei die Partialanteile des Reaktionssinterns zwischen 1% und 100% (bezogen auf den kompletten Sinterprozeß) betragen. Je nach dem Anteil des Mikrowellen-Reaktionssinterns an dem gesamten Mikrowellen-Sin­ terprozeß, kann das Kornwachstum im Sinterkörper gesteuert wer­ den.

Steuerbar ist ebenso das WC-Platelet-Wachstum über den Par­ tialanteil des Reaktionssinterns, wodurch die Plateletkonzen­ tration im Sinterkörper steuerbar ist. Ebenso kann je nach Feinheit des Wolframpulvers in der Ausgangsmischung die Geschwindigkeit des Wachstums gesteuert werden. Weitere Steue­ rungsmöglichkeiten ergeben sich durch Zusätze von Kornwachs­ tumsinhibitoren, wie insbesondere VC, vorzugsweise in der Größe von 0,2 Massen%, die das Plateletwachstum auf Kosten des Rie­ senkornwachstums fördern. Weitere Steuerungsmöglichkeiten las­ sen sich prozeßtechnisch über die Temperatur-Haltezeiten und die Temperaturhöhe beim Sintern erreichen.

Der Vorteil des Mikrowellenreaktionssinterns besteht darin, daß eine homogenere Gefügestruktur, eine bessere Verdichtung, d. h. eine kleinere Restporosität ebenso erreicht werden wie kürzere Sinterzeiten und niedrigere Sintertemperaturen. Hierdurch erge­ ben sich geringere Fertigungskosten.

Hinsichtlich der Materialzusammensetzung sowie der Prozeßfüh­ rung wird auf die eingangs genannten Druckschriften einschließ­ lich der deutschen Patentanmeldung 196 01 234.1 verwiesen.

Claims (8)

1. Hartmetall- oder Cermet-Sinterkörper, bestehend aus min­ destens einer WC enthaltenden Hartstoffphase und einer Binderphase sowie eingelagerten WC-Platelets (plättchenförmige Verstärkungsmaterialien), der zumindest zeitweise durch eine direkte Mikrowellenstrahlung gesin­ tert worden ist.

2. Hartmetall- oder Cermet-Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 12%, vorzugsweise 8% VC und/oder Cr₃C₂ bezogen auf die Binderphase enthält.

3. Hartmetall- oder Cermet-Sinterkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die WC-Platelets einen Durchmesser/Dicken-Verhältnis von ≧5, vorzugsweise ≧10 besitzen.

4. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetall- oder Cermet- Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der Hartphase(n) not­ wendigen Metalle, der Kohlenstoff und die zur Bildung der WC-Platelets notwendigen Wolfram- und Kohlenstoffanteile sowie ggf. weitere Metalle, Metallcarbide und -nitride und/oder feste Stickstoffverbindungen als Lieferanten für Kohlenstoff und/oder Stickstoff zumindest zum Teil jeweils in Pulverform zu einem Formkörper vorgepreßt und anschlie­ ßend zumindest zeitweise in einem Mikrowellenfeld von 0,01 bis 10 W/cm³ Energiedichte einem Reaktionssintern unterzo­ gen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffanteil, der durch Reaktionssinterung, insbesondere WC, entstanden ist, zwischen 1% und 100% liegt, wobei die verbleibenden Anteile in der chemischen Form zugegeben worden sind, in der sie später im fertigen Sinterkörper vorliegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß WC-Platelets und auch Wolfram sowie Kohlenstoff in der Ausgangsmischung (vor dem Sintern) vorliegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum der WC-Platelets über den Anteil des Mikrowellenreaktionssinterns an dem gesamten Mikrowellensinterprozeß gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmischung Kornwachstumsin­ hibitoren, vorzugsweise bis zu 12%, weiterhin vorzugs­ weise bis zu 8% VC und/oder Cr₃C₂ zugegeben werden.