DE2912861A1

DE2912861A1 - Fluessigphasen-gesinterter dichter verbundkoerper fuer geloetete verbindungen und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2912861A1
Application number: DE19792912861
Authority: DE
Inventors: Takeji Hachisuka
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1979-10-11
Also published as: JPS54132412A; US4289833A; SE446347B; DE2912861C2; JPS5643362B2; SE7902863L

Description

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Flüssigphasen-gesinterter dichter Verbundkörper für gelötete Verbindungen und Verfahren zur Herstellung desselben

Es wird ein Flüssigphasen-gesinterter Körper für gelötete Verbindung geschaffen, der mit einer Vielzahl von Poren, Ausnehmungen und/oder beabsichtigten Mustern versehen ist, die an einer besonderen Oberfläche ausgebildet sind. Dieser Körper wird mittels eines Verfahrens hergestellt, welches das Bilden eines kompakten Körpers eines Gemisches aus hartem feuerfesten Material wie beispielsweise Carbiden, Nitriden, Oxiden, Boriden, Siliciden und dergleichen, gemischt mit Zementiermetall in Pulverform und auf dessen gewünschter Oberfläche entweder grobe Körper, Stränge oder Platten oder ein Metall angeordnet ist, die einen Durchmesser oder eine Dicke aufweisen, die über 1o mal so groß ist wie die Korngröße des Zementiermetalls, und das Sintern des kompakten Körpers unter Bedingungen umfaßt, die zum Schmelzen der groben Körner, Stränge und/oder Strangsiebe oder Platten geeignet

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sind, nachdem das Verdichten des kompakten Körpers vollendet ist im wesentlichen vervollständigt ist. Das die groben Körner, Stränge oder Platten bildende Metall muß einen Schmelzpunkt aufweisen, der mehr als 5o C über der Temperatur liegt, bei welcher das Zementiermetall in Pulverform schmilzt, und muß eine gute Benetzbarkeit im Bezug auf das feuerfeste harte Material und ausgezeichnete Eigenschaften als Zementiermetall haben.

Der so durch Flussigphasensintern zubereitete gesinterte Körper hat eine Vielzahl von Poren, Ausnehmungen und/oder beabsichtigten Mustern in einem Abschnitt, in welchem die groben Körner, Stränge oder Strangsiebe oder Platten angeordnet waren und ist höchst geeignet zum Verbinden mit einem Grundmetall mit Hilfe einer Lötung.

Die Erfindung betrifft Flüssigphasen-gesinterte dichte Verbundkörper aus einer Legierung oder Legierungen, symbolisiert durch zementierte Hartmetalle oder Cermets, wobei feuerfestes hartes Material wie beispielsweise Carbide, Nitride, Oxide, Boride und Silicide mit Metallen und/oder Legierungen zementiert werden, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung einen dichten gesinterten Körper der beschriebenen Art, welcher mit Poren oder Ausnehmungen an einer besonderen Oberfläche oder Oberflächen versehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen dich-

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ten gesinterten Körpers besonderer Konstruktion. Das Metall, auf welches Bezug genommen wird, umfaßt ein reines Metall (Metalle) und eine Legierung (Legierungen).

Ein gesinterter Körper einer Flüssigphasen-gesinterten Zusammensetzung wird durch Zementieren harten feuerfesten Materials mit einem Metall oder Metallen hergestellt. Typische Beispiele eines solchen Körpers sind ein zementiertes Hartmetall, hergestellt durch Zementieren seiner Hauptkomponente, nämlich Wolframcarbid mit einem Kobaltmetall und ein Cermet, hergestellt durch Zementierung seiner Hauptkomponente wie beispielsweise Titaniumcarbid mit einem Nickelmetall. Im allgemeinen entstanden technische Schwierigkeiten beim Herstellen eines solchen gesinterten Körpers komplexer Form, und derartige Materialien waren ebenfalls teuer. Wenn demzufolge Schneidwerkzeuge, abriebbeständige Teile und Maschinenteile komplexer Ausbildung oder großer Größe erforderlich sind, war es bislang üblich, mechanisch oder phyiskalisch einen kleinen Sinterkörper relativ einfacher Form an einem Grundmetall wie beispielsweise Stahl zu befestigen oder die Verbindung durch Löten herzustellen, um so das gewünschte Produkt zu erhalten.

Im allgemeinen hat hartes feuerfestes Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der beträchtlich geringer als der von Stahl oder einem anderen Grundmetall ist, so daß der Wärmeausdehnungskoeffizient eines gesinterten Körpers im allgemeinen

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gering ist und gleich der Hälfte des Wertes für Stahl öder bei manchem anderen verwendeten Grundmetall darunter liegt. Wenn so ein gesinterter Körper mittels Löten mit einem Grundmetall verbunden wird, können eine Zug- und Druckspannung an der Zwischenfläche zwischen dem gesinterten Körper und dem Grundmetall in dessen Nähe aufgrund des Unterschiedes des Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten, und eine Zugspannung wirkt auf die gegenüberliegenden Flächen des gesinterten Körpers. Die durch Löten erzeugte und aufgebrachte Zug- und Druckspannung verringert die Festigkeit des gesinterten Körpers mit dem Ergebnis, daß ein Abblättern_#eine Rißbildung auftreten kann, während der gesinterte Körper geschliffen wird.

Um die Zug- und«Druckspannung zu vermeiden oder zu reduzieren, die durch das Löten erzeugt wird, und um eine Reduzierung der Festigkeit eines gesinterten Körpers zu hemmen, sind Vorschläge gemacht worden, verschiedene Verfahren anzuwenden. Ein solches Verfahren besteht in der Verwendung einer Lötlegierung niedrigen Schmelzpunktes oder einer Kupferplatte, um ein Schichtlöten zu bewirken. Jedoch ist bislang kein Verfahren vorgeschlagen worden, welches das Problem vollständig löst. Es sei hervorgehoben, daß ein TiC-Ni-Mo-Cermet nicht verwendet wurde, um ein Werkzeug zu erzeugen, welche zu löten ist trotz der Tatsache, daß Cermet selbst als Schneidwerkzeug im wesentlichen bei gleichen Anwendungen wie ein zementiertes Hartmetall verwendet werden kann. Der Grund hierfür besteht darin, daß eine Herabsetzung der Festigkeit, die durch Löten hervorgerufen

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wird, beträchtlich die Fähigkeit reduziert, das Material zur Herstellung eines Werkzeugs zu verwenden. Bei Herstellung einer Flüssigphasen-gesinterten dichten Zusammensetzung ist es allgemein üblich, ein Zementiermetall in der Form eines feinen Pulvers mit einer Korngröße von weniger als 1 .um bis einige ,um zu verwenden, um so das Verdichten eines kompakten Körpers in dem Sinterverfahren zu erleichtern und dem so hergestellten gesinterten Körper optimale Eigenschaften zu verleihen. Nachdem das Zementiermetall in Pulverform gleichförmig mit hartem feuerfesten Material gemischt worden ist, wird das Gemisch zu einem kompakten Körper geformt. Bei dem Verfahren des Erhitzens des kompakten Körpers auf eine Sintertemperatur und beim Halten des Körpers auf der Sintertemperatur wird das Zementiermetall geschmolzen, und die Oberflächenspannung des geschmolzenen Zementiermetalls verursacht, daß sich der kompakte Körper schnell zusammenzieht, so daß der kompakte Körper verdichtet wird. Die Umwandlung des Zementiermetalles in eine flüssige Phase wird nachfolgend im einzelnen erläutert. Bei dem Verfahren zum Erhitzen eines kompakten Körpers aif eine Sintertemperatur und zum Halten des Körpers auf der Sintertemperatur diffundieren die Elemente, die das harte feuerfeste Material bilden, das im Kontakt mit dem Zementiermetall ist, zunächst in festem Zustand in das Zementiermetall. Diese Diffusion der Elemente in festem Zustand in das Zementiermetall verursacht eine Änderung der Zusammensetzung des Zementiermetalles und eine Herabsetzung seines Schmelzpunktes. Wenn das Zementiermetall eine eutektische Legierung mit den diffundierten Elementen

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berührt, dann wird das Zementiermetall schmelzen, wenn es auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur erhitzt ist, so daß ein Verdichten des kompakten Körpers gefordert wird. Dies ist eine bekannte Tatsache.

Bei zementierten Hartmetallen des WC-CO Systemes beispielsweise liegtder Schmelzpunkt von Kobaltmetall bei 1445 C. Jedoch ist die eutektische Temperatur des Zementiermetalles dieser zementierten Hartmetalle ungefähr 128o°C, so daß ein Sintern der kompakten Körper des Gemisches aus hartem feuerfesten Material und Metall zum Zementieren im allgemeinen in einem Temperaturbereich von 135o bis 145o°C eintritt, welches eine Zwischentemperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Kobaltmetalles und der eutektischen Temperatur des Zementiermetalles ist. Bei Cermets des TiC-Ni-Mo-Systemes beträgt die eutektische Temperatur der metallischen Komponenten zum Zementieren ungefähr 127o C/und das Sintern tritt im allgemeinen bei weniger

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als 1455 C ein, welches der Schmelzpunkt des Nickelmetalles ist. Wie oben erwähnt ist, wenn gesinterte Körper hergestellt werden, ist die Sintertemperatur im allgemeinen geringer als der Schmelzpunkt des Zementiermetalles. In diesem Fall ist die Zeit, die erforderlich ist, um das Zementiermetall schmelzen zu lassen und die Umwandlung in eine flüssige Phase bei der Sintertemperatur eintreten zu lassen, in dem Heizverfahren durch Änderung der Zusammensetzung des Zementiermetalles aufgrund der Diffusion in festem Zustand der Elemente des harten feuerfesten Materiales geregelt. Somit kann die erforderliche

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Zeit in Abhängigkeit von der Weise variieren, in welcher Rohmaterialpulver miteinander gemischt werden, von dem Kontaktzustand zwischen den Rohmetallpulvern und von der Korngröße des Zementiermetalls.

Ein Gegenstand der Erfindung besteht in der Lösung der Probleme beim Verbindung eines Sinterkörpers eines Flüssigphasengesinterten Materiales bekannter Art mit Hilfe eines Lötens an einem Grundmetall, indem ein neuer, dichter, gesinterter Körper der beschriebenen Art mit einer Vielzahl von Poren, Ausnehmungen oder beabsichtigter) Muster^ an einer besonderen Oberfläche geschaffen wirdj die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen gesinterten Körpers.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein neuer dichter gesinterter Körper einer Flüssigphasen-gesinterteq Zusammensetzung, der mit einer Vielzahl von Poren, Ausnehmungen oder beabsichtigter} Muster^ an einer Oberfläche versehen ist, an welcher der Sinterkörper mit einem Grundmetall durch Löten verbunden wird, wobei ein Verfahren zum Erzeugen derartiger Sinterkörper geschaffen wird, indem die Tatsachen angewandt werden, daß bei einem Flüssigphasen-gesinterten Verbundkörper der Schmelzpunkt des Zementiermetalles durch die Diffusion in festem Zustand der Elemente herabgesetzt ist, welche das harte feuerfeste Material bilden,und daß die Zeit, die für die Umwandlung des Zementiermetalles in eine flüssige Phase erforderlich ist, in Abhängigkeit von der Korngröße des Zementierme-

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talles variieren kann.

Gemäß der Erfindung wird jede der groben Körner, Stränge oder Strangsiebe oder Platten des gleichen Metalles wie das zum Zementieren verwendet , das einen Durchmesser oder eine Dicke aufweist, die 1o mal so groß wie die Korngröße des Zementiermetalles ist, welches eine Mischung mit hartem feuerfesten Material bildet, an eine spezifische Oberfläche eines kompakten Körpers des Gemisches angeordnet, der durch Pressen verformt ist, wobei dann der kompakte Körper durch Erhitzen auf einen Temperaturbereich gesintert wird, die höher als die Temperatur wie beispielsweise eine eutektische Temperatur ist, bei welcher das Zementiermetall in eine flüssige Phase umgewandelt wird, jedoch geringer als der Schmelzpunkt des Zementiermetalles ist. Wenn das Zementiermetall schmilzt und der kompakte Körper schnell verdichtet wird, schmilzt lediglich die Oberfläche der groben Körner, Stränge oder Platten gleichzeitig wie das Zementiermetall, jedoch das Innere der groben Körner, Stränge oder Platten verbleibt in festem Zustand, weil eine Diffusion der Elemente des harten feuerfesten Materials in das Metall nicht ausreichend fortschreitet, um die Zusammensetzung des Metalles zu ändern, und seine Umwandlung in einen flüssigen Zustand zu gestatten, was bei den vorherrschenden Temperaturen eintritt. Ein weiteres Erhitzen des kompakten Körpers ergibt eine Diffusion der Elemente des harten feuerfesten Materials in den inneren Abschnitt der groben Körner, Stränge oder geschnittener Stranggeflechte oder Platten,

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bis abschließend' die groben Körner oder Stränge oder Strnagsiebe oder Platten geschmolzen sind.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Metall, das einen Schmelzpunkt aufweist, der wenigstens um 5o C höher liegt als die Temperatur, bei welcher die Umwandlung des Zementiermetalls in die flüssige Phase eintritt, verwendet werden, um die groben Körner, Stränge oder Platten zu bilden, die an einer spezifischen Oberfläche eines kompakten Körpers des Gemisches aus hartem feuerfesten Material und Zementiermetall anzuordnen sind. Wenn ein solches Metall verwendet wird, können die groben Körner, Stränge oder Platten schmelzen, nachdem das Verdichten (Densification) des kompakten Körpers, der zu sintern ist, vervollständigt oder im wesentlichen abgeschlossen ist, durch Einstellen des Durchmessers oder der Dicke der groben Körner, Stränge oder Platten und der Sinterbedingungen einschließlich Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur beim Erhitzen des kompakten Körpers erhöht wird. Ein Teil des geschmolzenen Metalles verbleibt in der Nähe seiner ursprünglichen Lage, um örtlich eine Zusammensetzung zu bilden, welche eine große Menge des Zementiermetalles enthält. Jedoch breitet s.ich der Hauptteil des Metalles auf der Gesamtheit der Oberfläche des gesinterten Körpers aus, um eine dünne, metallische Oberflächenschicht zu bilden, in welcher Poren oder Ausnehmungen in Lagen vorgesehen sind, in welchen die groben Körner, Stränge oder Platten ursprünglich vorhanden waren.Die Ausbildung der dünnen, metallischen Oberflächenschicht durch das geschmolzene Material nach Vervollständigung der Verdichtung des gesinterten

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körpers ermöglicht das Verbinden des gesinterten Körpers mit einem Grundmetall oder Legierung durch Löten, wodurch die Bindefestigkeit erhöht wird. Somit hat der gesinterte Körper vorliegender Erfindung besondere Nützlichkeit als Spitze für Lötverbindungen. Der Effekt ist insbesondere bemerkenswert in dem Fall eines Flüssigphasen-gesinterten dichten Verbundkörpers wie beispielsweise zementierte Hartmetalle, die eine große Menge an Titaniumcarbid enthalten, oder Cermets, welche Titancarbid als Hauptkomponente enthalten, wobei die Hauptkomponente des harten feuerfesten Materials eine geringe Bindefestigkeit im Bezug auf eine Lötlegierung aufweist. Auch hat die Ausbildung von Poren oder Ausnehmungen an der Oberfläche des gesinterten Körpers, mit welcher letzterer durch Löten an einem Grundmetall befestigt wird, im Effekt eine Unterteilung der Zug- und Druckspannung, die an der gelöteten Oberfläche erzeugt werden. Wenn der gesinterte Körper gemäß Erfindung durch Löten mit einem Grundmetall verbunden ist, füllt die Lötlegierung leicht die Poren, die beabsichtigten Muster oder die Ausnehmungen beim Schmelzen, so daß der Verbindungsbereich bei dem Löten erhöht wird. Somit kann der Sinterkörper gemäß Erfindung wesentliche und beträchtliche Effekte der Erhöhung der Festigkeit der Verbindungen erzielen, die durch Löten gebildet sind, wobei die durch das Löten hervorgerufene Spannung absorbiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführüngsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

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In der Zeichnung'zeigen

Fig. 1 eine Darstellung des Sinterkörpers gemäß Erfindung, wobei die maschenartigen Ausnehmungen gezeichnet sind, die sich zur Außenseite öffnen und in Abschnitten des Sinterkörpers vorgesehen sind, der nach Beispiel 1 erhalten worden ist, wobei vor dem Sintern ein Strangsieb aus Nickel vorhanden war,

Fig. 2 eine Aufnahme (X25) des Sinterkörpers, wobei die sich zur Außenseite öffnenden Poren gezeigt sind, die in Abschnitten des Sinterkörpers, der nach Beispiel 2 erhalten worden ist, ausgebildet sind, in welchen kugelartige Grobkörner eines Nickelmetalles vor dem Sintern vorhanden waren,

Fig. 3 eine Aufnahme des Sinterkörpers gemäß Erfindung mit maschenartigen Ausnehmungen, die sich zur Außenseite öffnen und in Abschnitten des Sinterkörpers nach Beispiel 3 ausgebildet sind, in denen vor dem Sintern ein Nickelstrangsieb vorhanden war.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, wobei in der Zeichnung der dichte, gesinterte Verbundkörper gezeigt ist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

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Beispiel 1

Ein Sieb aus reinen Nickelmetallsträngen mit einer lichten Maschenweite von o,55 mm (3o mesh), wobei die; Stränge einen Durchmesser von o,3 mm aufweisen/ wurde in ein Quadrat mit einer Seite von 12 mm geschnitten, welches durch Erhitzen bei 9oo,C während einer Stunde in einer Wasserstoffatmosphäre angelassen und dann stufenweise gekühlt wurde. Das quadratför'-mige Sieb der Nickelmetallstränge wurde an einem oberen Abschnitt eines unteren Dornes einer Preßvorrichtung quadratischer Ausbildung mit einer Seite von 15 mm angeordnet, und eine vorbestimmten Menge eines Pülvergemisches der Zusammensetzung 76 % TiC-11% Ni-T3%Mo,das durch herkömmliches Verfahrt- ren zubereitet wurde, wurde in einen Preßraum gegeben. Die

2 Charge wurde unter einem Druck von 2 t/cm kompaktiert, um einen kompakten Körper mit einer Dicke von 5 mm zu schaffen. Nachdem der kompakte Körper einem Vorsintern bei 6oo C während einer Stunde ausgesetzt war, wurde er gesintert, indem die Temperatur von 9oo auf 13oo°C mit einer Geschwindigkeit von 15 C/Min erhöht wurde und der kompakte Körper während einer Stunde unter Vacuum gehalten wurde.

Der mittels dieses Verfahrens hergestellte dichte gesinterte Körper war mit offenen Räumen in Abschnitten versehen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, in denen die Nickelstränge des Siebes vorhanden waren, wobei maschenartige Ausnehmungen sichtbar sind. Studien der MikroStruktur eines Abschnittes des gesinterten Kör-

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pers und der Verteilung der Härtebarren haben gezeigt, daß obwohl eine Nickelmetalloberflachenschicht mit einer bestimmten Dicke über den Oberflächen der Ausnehmungen gebildet wurde, keine bemerkenswerte Änderung in der MikroStruktur und Härte des Sinterkörpers in der Nähe der Ausnehmungen beobachtet wurde , und die Beobachtungen waren normal. Hieraus wurde geschlossen, daß die Nickelmetallstränge des Siebes geschmolzen waren, nachdem das Verdichten des gesinterten Körpers vervollständigt worden war, und daß der Hauptteil des geschmolzenen Nickelmetalles sich über die Oberfläche des gesinterten Körpers ausgebreitet hat, um eine metallische Oberflächenschicht zu bilden, woraus sich eine Ausbildung beabsichtigter Muster in Abschnitten des Sinterkörpers ergibt, in denen die Nickelmetallstränge des Siebes vorhanden waren.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte. Sinterkörper wurde durch Löten mit der Oberfläche, an dem die maschenartigen Ausnehmungen vorhanden sind, mit einem Stahlglied mit einer Dicke von 1o mm verbunden, wobei eine Silber enthaltende Lötlegierung verwendet wurde. Nach dem Löten an das Stahlglied wurde der Sinterkörper in seinem Schnitt untersucht, und es wurde festgestellt, daß die Ausnehmungen mit der Lötlegierung gefüllt waren. Der mit dem Stahlglied verlötete Sinterkörper wurde geschliffen, wobei eine Schleifscheibe aus, grünem Korund verwendet wurde, wobei unter schweren Bedingungen gearbeitet wurde, um zu überprüfen, ob durch das Schleifen eine Mißbildung verursacht worden war.

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Die Ergebnisse zeigen, daß Risse sich schwerlich in dem Sinterkörper entwickeln, der mit dem erfindungsgomäßen Verfahren produziert ist, und zwar im Vergleich mit Sinterkörpern bekannter Art, wobei an deren Oberflächen keine Ausnehmungen vorhanden sind. So wurde festgestellt, daß der Sinterkörper gemäß der Erfindung hervorragende Eigenschaften als Sinterkörper für Löten aufwies. Es wird angenommen, daß die ausgezeichnete Qualität des Sinterkörpers gemäß Erfindung den synergystischen Effekten zugeordnet werden kann, wobei durch Löten hervorgerufene Spannung durch die Ausnehmungen abgebaut wurde, wobei die erzeugte Spannung primär als Zugspannung von der Lötlegierung absorbiert wird, welche in die Ausnehmungen gefüllt war, wobei die Restspannung in der Nähe der gelöteten Oberfläche einer komplexen Form bleibt , ohne einen Einfluß auf die entgegengesetzte Oberfläche des Sinterkörpers auszuüben .

Beispiel 2

Einem Pulvergemisch der Zusammensetzung von 9 4 % WC-6 % Co_/zubereitet durch das herkömmliche Verfahren, wurde ein Kobaltmetall in kugelförmigen groben Körnern mit einer lichten Maschenweite von o,246 - o,147 mm (6o bis 1oo mesh) in einem Anteil von 1o Gew.-% im Bezug auf das Pulvergemisch zugegeben. Das Gemisch wurde innig von Hand unter Verwendung eines Mörsers gemischt. 1 g des Pulvergemisches wurde gleichmäßig in eine quadratische Preßvorrichtung mit einer Seite vom 15 mm gegeben, und dann wurde eine vorbestimmte Menge des Pulvergemisches von 94 % WC-6 % Co in die Preßvorrichtung

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gegeben. Ein Druck von It/cm wurde auf die Charge in der Preßvorrichtung ausgeübt, um einen kompakten Körper mit einer Dicke von 5 mm zu erzeugen. Nach dem Unterwerfen einer Vorsinterung bei einer Temperatur von 6oo C während einer Stunde wurde der kompakte Körper gesintert, indem die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 15°C/Min. von 6oo auf 14oo°C erhöht wurde, wobei der gesinterte Körper während 1 1/2 Stunden unter Vacuum gehalten wurde,

Der dichte Sinterkörper, welcher mit diesem Verfahren hergestellt worden ist, wurde mit einer Vielzahl von Poren ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, welche an der Oberfläche des Sinterkörpers vorgesehen waren.

Beispiel 3

Ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von ca. o,28 mm (5o mesh) aus reinen Nickelmetallsträngen mit einem Durchmesser von o,2 mm wurde bei 9oo°C in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben geglüht. Nach Anordnung des Nickelstrangsiebes auf einem unteren Stempel einer Preßvorrichtung zum Bilden eines herkömmlichen Schneidwerkzeuges der Art nach der JIS o1-3 (Japanese Industrial Standards) wurde ein Gemisch einer Zusammensetzung von 75 % TiC-15% Ni-1o% Mo,zubereitet mit dem herkömmlichen Verfahren, in den

Preßhohlraum gegeben, und ein Druck von 2 t/cm wurde auf den Einsatz in der Preßvorrichtung ausgeübt, um einen kompakten Körper zu erzeugen. Nach einem Vorsintern bei 9oo°C während einer Stunde in einer Wasserstoffatmosphäre wurde der vorgesinterte kompakte

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Körper in einem Vacuumofen durch Anheben der Temperatur von 6oo°

auf 13oo°C mit einer Geschwindigkeit von 12°/Min. gesintert, wo-

-4 bei der kompakte Körper bei einem Vacuum von 1o irimHg während 1 1/2 Stunden gehalten wurde. Der so gezeugte gesinterte Körper war ein dichter gesinterter Körper mit einer normalen Mikrostruktur und Härte, und Ausnehmungen in der Form eines Siebes wurden beobachtet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, und zwar in Abschnitten des Sinterkörpers, in denen die Nickelmetallstränge des Siebes vorhanden waren.

Der mit diesem Verfahren hergestellte Sinterkörper wurde mittels Löten seiner Oberfläche, an welcher die Ausnehmungen ausgebildet waren, mit einem Grundmetall verbunden, wobei eine Silber enthaltende Lötlegierung verwendet wurde, um ein Schneidwerkzeug der Standardart zu schaffen. Tests beim Schneiden des Außenumfanges von Stäben wurden durchgeführt, wobei das Standardschneidwerkzeug verwendet wurde, welches den Sinterkörper gemäß Erfindung aufwies, wobei ein Wegwerfeinsatζ der gleichen Zusammensetzung wie der Sinterkörper verwendet wurde, und zwar unter den folgenden Schneidbedingungen.

Zu bearbeitendes Material: JIS SKH55 (Brinell-Härte 26o)

Abmessungen des zu bearbeitenden Materials: 45 mm (Durchmesser)

χ 25o mm

Schneidgeschwindigkeit: 1oo m/min

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Schnitttiefe: 1,5 mm

Zuführung: ο,13 mm/rev

Vorderbrustwinkel 5 ,

Spanwinkel 5 ,

Vorderspielraum 5 ,

Seitenspielraum 5 ,

Ende-Schneidkantenwinkel 15 ;

Seiten-Schneidkantenwinkel 15 ;

Nasenradius 1,2 mm.

Bei diesen Versuchen wurde die Durchschnittszahl der mit dem Schneiden erzeugten Teile für jedes Versuchsstück erhalten, bis das Ende der Standzeit erreicht worden ist.

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß der Wegwerfeinsatz das Ende der Standzeit nach dem Schneiden von 5 Stücken erreicht, wogegen das Schneidwerkzeug mit dem Sinterkörper gemäß Erfindung 8 Stücke schneiden konnte, bis die Standzeit zuende ging. In jedem Fall kam das Ende der Standzeit aufgrund von Verschleiß, Aus dieser Tatsache ist es ersichtlich, daß die Verwendung des Sinterkörpers gemäß Erfindung die Herabsetzung der Beständigkeit gegen Abmeißeln bzw. Abblättern eliminiert, die bei Sinterkörpern bekannter Ausbildung und des Lötens auftraten.

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Beispiel 4

Einem Pulveraemisch der Zusammensetzung von 3o % TiC,46 %WC, 1o % TaC, 12 % Ni, 2 % Mo wurde ein Nickelmetall in groben kugelförmigen Körpern einer lichten Maschenweite von o,246 bis 0,175 mm (6o bis 8o mesh) in einem Verhältnis von 2o GewV-% im Bezug auf das Pulvergemisch zugegeben. Das Gemisch wurde innig von Hand unter Verwendung eines Mörsers gemischt, und

o,2 g/cm des Pulvergemisches wurde gleichförmig in eine Preßeinrichtung gegeben, und dann wurde eine vorbestimmte Menge des Pulvergemisches aus 3p % TiC, 46 % WC, Io % TaC*.12 % Ni/ 2 % Mo

in die Preßeinrichtung gegeben. Ein Druck von 1 t/cm wurde auf die Charge in der Preßeinrichtung ausgeübt, um einen kompakten Körper in der Form einer Platte mit einer Dicke von 5 mm zu erzeugen. Nach dem Vorsintern durch das normale Verfahren wurde der kompakte Körper bei 14oo°C während 2 Stunden unter Vaccum gesintert, um einen dichten gesinterten Körper zu ergeben, der an lediglich einer spezifischen Oberfläche mit einer Vielzahl von Poren versehen war, die sich zur Außenseite öffnen.

Seiteiischneidrollen mit je 12 Schneidkanten wurden hergestellt unter Verwendung des gesinterten Körpers gemäß- Erfindung.und eines Sinterkörpers bekannter Art_r und ein Chrommülybdänstahl der JIS SCM 4 (Brinell-Härte 3oo) wurde einem Schneiden von oben mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 64o mm/Min einer Schneidlänge von 1,28 m ausgesetzt, wobei zwei Arten von Seitenschneidrollen verwendet wurden _r um die Beziehung- zwischen

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der Schneidgeschwindigkeit und dem Abblättern (Chipping) der Schneidkanten zu untersuchen.

Wenn ein Sinterkörper bekannter Art durch Löten mit einem Grundmetall verbunden war, trat ein Abmeißeln der Schneidkante bei einer Schnittgeschwindigkeit von 15o m/Min auf. Jedoch wurde kein Meißein bzw. Abblättern der Schneidkante bei einer Schnittgeschwindigkeit von 3oo m/Min beobachtet, wenn das Werkzeug den Sinterkörper gemäß Erfindung durch Anlöten aufwies. Im Hinblick auf diese Erkenntnis ist es hervorzuheben, daß die vorliegende Erfindung den Vorteil der Eliminierung der Herabsetzung der Beständigkeit gegen Abblättern mit sich bringt, verursacht durch intermittierendes Schneiden, das bei Sinterkörpern bekannter Art beobachtet worden ist.

Beispiel 5

Einem Pulvergemisch der Zusammensetzung von 7o % TiC-2o%Ni-1o%Mo wurde ein nichtrostender Stahl vom Typ 41 ο L in groben Körnern mit einer lichten Maschenweite von o,246 bis o,147 mm (6o bis 1oo mesh) in einem Anteil von 2o % im Bezug auf das Pulvergemisch zugegeben. Das Gemisch wurde innig gemischt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 und 4 behandelt. Das erhaltene Produkt war ein gesinterter Körper mit einer Vielzahl von Poren an der Lotoberfläche. Eine als Zementiermetall verwendete Legierung kann beispielsweise einen nichtrostenden Stahl und eine Nickellegierung umfassen.

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Die erfindungemäßen Beispiele wurden oben beschrieben. Es werden gemäß Erfindung grobe Körper, Stränge oder Platten eines Metalls verwendet. Das solche groben Körner, Stränge oder Platten bildende Material braucht nicht das gleiche Material wie das Zementiermetall zu sein, welches zum Zementieren des harten feuerfesten Materials verwendet worden ist. Jedes Metall kann verwendet werden, so lange sein Schmelzpunkt 5o C oder mehr über d^er Temperatur liegt, bei welcher die Umwandlung des Zementiermetalls in eine flüssige Phase eintritt, eine gute Benetzbarkeit im Bezug auf das harte feuerfeste Material und eine gute Funktion als Zementiermetall aufweist. Aus dem beschriebenen Mechanismus ergibt sich, daß ein solches Metall die gleichen oder ähnliche Ergebnisse wie das Zementiermetall erreichen kann.

Der Grund, warum der Durchmesser- oder die Dicke der groben Körner, Stränge oder Platten auf das 1 ofache der Korngröße des Zementiermetalls in Pulverform limitiert ist, wird nachfolgend erläutert.

Wenn die groben Körner, Stränge oder Platten einen Durchmesser oder eine Dicke geringer als diesen Wert aufweisen, wird es in der Praxis unmöglich sein, zu verursachen, daß die groben Körner, Stränge oder Platten in dem Sinterkörper schmelzen, nachdem ein Erstarren des Sinterkörpers beendet oder im wesentlichen vervollständigt ist, und zwar im Hinblick auf die Diffusionsgeschwindigkeit der Elemente des harten feuerfesten Materials in das Zementiermetall unter dem Zustand, daß eine Umwandlung des Zementier-

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metalles in eine flüssige Phase eingetreten ist. Wenn die groben Körner, Stränge oder Platten geschmolzen wären, bevor eine Verdichtung zufriedenstellend fortgeschritten ist, würde sich das geschmolzene Metall über ^ie Gesamtheit des gesinterten Körpers ausbreiten mit dem Ergebnis, daß die Zusammensetzung und Natur des Sinterkörpers wesentlich geändert würde.

Der Grund, warum das Metall zum Bilden der groben Körner, Stränge oder Platten einen Schmelzpunkt aufweisen soll, der 5o über der Temperatur liegt, bei welcher eine Umwandlung des Zementiermetalles in eine flüssige Phase eintritt, besteht darin, daß, wenn der Temperaturunterschied weniger als 5o C wäre, es technisch unmöglich ist, wie sich herausgestellt hat, zu verursachen, die groben Körner, Stränge oder Platten nach dem Verdichten des Sinterkörpers zu schmelzen.

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Claims

1 BERLIN 33 SMUNCHEN

Augu«t«-Viklorl*-Str«ße 66 _ ni|cr^>Uli^rt S DADXMCD PienzaiiaueretraBe 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruachke Ur. r\UOOni\.E Ot ΓΑΚϋΝΕΚ Pat-Anw Dipl-Ing

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TELEX: 183716 München, den 3g 3 yg TELEX: 522767

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Patentansprüche

1. Flüssigphasen-gesinterter dichter Körper für Lötverbindungen, gekennzeichnet durch eine Bodenschicht mit einer Vielzahl von Partikeln wenigstens einer Art eines harten feuerfesten Materials wie beispielsweise Carbide, Nitride, Oxide, Boride, Suizide, zementiert durch wenigstens eine Art einer metallischen Komponente zum Zementieren, welche diese Vielzahl von Partikeln des harten feuerfesten Materiales fest zusammen zementiert, nachdem die metallische Komponente zum Zementieren geschmolzen und verfestigt durch Flussigphasensintern ist, durch eine Vielzahl von offenen Poren, Ausnehmungen und/oder beabsichtigten Mustern auf einer spezifischen Oberfläche oder Oberflächen der gesinterten Grundschicht, und durch eine dünne Oberflächenschicht einer metallischen Komponente, welche sich über die spezifische

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Oberfläche der gesinterten Grundschicht ausbreitet und sie und auch die Oberflächen der Poren/ Ausnehmungen und/oder beabsichtigten Muster bedeckt, wobei diese metallische Komponente für diese dünne Oberflächenschicht entweder die gleiche wie die metallische Komponente zum Zementieren oder eine andere vollständig oder teilweise unterschiedliche Komponente ist, ausgewählt aus der Gruppe solcher, die einen Schmelzpunkt von 50° oder mehr höher als die Temperatur aufweisen, bei welcher der Übergang der metallischen Komponente in einen flüssigen Zustand eintritt und die ebenfalls eine gute Benetzbarkeit für das harte feuerfeste Material aufweisen.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Oberflächenschicht aus der metallischen Komponente zusammengesetzt ist, wie sie für das Zementieren verwendet ist.

3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Oberflächenschicht aus der metallischen Komponente besteht, die unterschiedlich von der zum Zementieren verwendete ist, jedoch einen Schmelzpunkt von 50 C oder mehr höher als die Temperatur aufweist, bei welcher die Umwandlung der metallischen Komponente zum Zementieren eintritt und welche ebenfalls eine gute Benetzbarkeit für das harte feuerfeste Material aufweist.

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4. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus wenigstens einem harten feuerfesten Material zusammengesetzt ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus TiC, WC und TaC besteht und mittels wenigstens einer der metallischen Komponenten zum Zementieren zementiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ni, Co und Fe besteht' und daß die dünne metallische Oberflächenschicht aus Metall oder einer Legierung gebildet ist, ausgewählt aus der Ni, Co und Fe enthaltenden Gruppe.

5. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus 76 Gew.% TiC als hartes feuerfestes Material besteht, zementiert mittels 11 Gew.% Ni, daß die beabsichtigten Ausnehmungen maschenartigerAusbildung auf einer spezifischen Oberfläche der gesinterten Grundschicht ausgebildet sind, und daß die dünne Oberflächenschicht, welche sich über die Gesamtheit der spezifischen Oberfläche der Grundschicht ausbreitet, einschließlich der Oberflächen der beabsichtigten Ausnehmungen, aus Nickel besteht.

6. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus 94 Gew.% WC als hartes feuerfestes Material zusammengesetzt ist, zementiert mit 6 Gew.% Co, welche eine Vielzahl von offenen Poren aufweist, die auf einer spezifischen Oberfläche der gesinterten Grundschicht ausgebildet sind, und daß die sich über die Gesamtheit der spezifischen Oberflächen ausbreitenden dünnen Schicht der Grundschicht einschließlich der

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Oberflächen der offenen Poren aus Kobalt gebildet ist.

7. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus 75 Gew.% TiC als hartes feuerfestes Material besteht, zementiert mit 15 Gew.% Ni und Io Gew. % Mo, und daß sie Ausnehmungen maschenartiger Ausbildung aufweist, die auf einer spezifischen Oberfläche der gesinterten Grundschicht ausgebildet sind, und daß die dünne Oberflächenschicht, die sich über die Gesamtheit der spezifischen Oberflächen der Grundschicht einschließlich der Oberflächen der Ausnehmungen ausbreitet, aus Nickel gebildet ist.

8. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus 3o Gew.% TiC, 46 Gew.% WC und Io Gew.% TaC als harte feuerfeste Materialien zusammengesetzt ist, zementiert mit 12% Ni und 2 % Mo und daß sie eine Vielzahl von offenen Poren aufweist, die an einer spezifischen Oberfläche der Grundschicht ausgebildet sind, und daß die dünne sich über die Gesamtheit der spezifischen Oberfläche der Grundschicht einschließlich der Oberflächen der offenen Poren ausbreitende Schicht aus Nickel besteht.

9. Verbundkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht aus 7o Gew. % TiC als hartes feuerfestes Material besteht, zementiert mit 2o % Ni und Io % Mo, und daß sie beabsichtigte Ausnehmungen maschenartiger Ausbildung aufweist, die auf einer spezifischen Oberfläche der Grundschicht ausgebildet sind, und

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daß die dünne Oberflächenschicht, welche sich über die Gesamtheit der spezifischen Oberflächen der Grundschicht einschließlich der Oberflächen der Ausnehmungen ausbreitet, aus einem nichtrostenden Stahl vom Typ AISI41O besteht. .

lo. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigphasen-gesinterten Verbundkörpers für Lötverbindungen, wobei auf seiner spezifischen Oberfläche oder Oberflächen eine Vielzahl offener Poren, Ausnehmungen und/oder beabsichtigter Muster vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvergemisch aus wenigstens einem feuerfesten Material wie beispielsweise Carbide, Nitride, Oxide, Boride und Suizide zubereitet wird, welche mit wenigstens einer gepulverten metallischen Komponente zum Zementieren gemischt wird, daß wenigstens eine Art von groben Körnern, geschnittenen Strangstücken oder geschnittenen Strangsieben oder Platten zubereitet wird , deren Durchmesser oder Dicke Io Mal oder mehr größer als die Korngröße der gepulverten metallischen Komponente zum Zementieren ist und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus wenigstens einer Art eines Metalles oder einer Legierung besteht, die entweder die gleiche wie die als metallische Komponente zum Zementieren verwendete ist oder solche sind, deren Schmelzpunkt 50° oder höher über der Temperatur liegen, bei welcher die Umwandlung der Metallkomponente zum Zementieren in eine flüssige Phase stattfindet und die ebenfalls eine gute Benetzbarkeit für das harte feuerfeste Material und Eigenschaften aufweisen, die auch als metallische Komponente zum Zementieren wirksam sind, daß diese Vielzahl von groben Körnern, geschnittenen Strängen

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oder Strangsieben oder Platten in Bezug auf das Pulvergemisch angeordnet werden und daß sie zusammen so gepreßt werden, daß die groben Körner, Stränge und/oder Maschensieb und Platten auf einer spezifischen Oberfläche des kompaktierten Pulvergemisches angeordnet oder darin teilweise eingebettet werden, welche als Lötfläche dient, und daß der kompakte Körper gesintert wird, um ein Flüssigphasensintern so zu bewirken, daß das harte feuerfeste Material durch die metallische Komponente zementiert wird und die groben Körner, Stränge und/oder Strangsiebe oder Platten weggeschmolzen werden, um offene Poren, Ausnehmungen oder Muster an der spezifischen Oberfläche bzw. Oberflächen zu bilden, wo sie angeordnet waren, und daß sie als dünne metallische Schicht über die Gesamtheit der metallischen Oberfläche einschließlich der Oberflächen der Poren, Ausnehmungen und Mustern ausgebreitet wird.

11. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers für Lötverbindungen nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Körner, Stränge und£>der Strangsiebe oder Platten aus wenigstens einem Metall oder einer Legierung hergestellt werden, die entweder teilweise oder vollständig die gleiche wie die metallische Komponente zum Zementieren ist, welche zur Zubereitung des Pulvergemisches verwendet wird.

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12. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Körner, Stränge und/oder Strangsiebe oder Platten aus wenigstens einem Metall oder einer Legierung hergestellt werden, die von der metallischen Zementierkomponente unterschiedlich sind, die zum Zubereiten des Pulvergemisches verwendet wurde.

13. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch wenigstens aus einem harten feuerfesten Material besteht, ausgewählt aus der Carbide wie TiC, WC und TaC enthaltenden Gruppe, gemischt mit wenigstens einer der metallischen Komponenten zum.Zementieren, ausgewählt aus der aus Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe, und daß wenigstens eines der groben Körner, geschnittenen Stränge und geschnittenen Strangsiebe oder Platten des metallischen Materiales zum Bilden wenigstens einer der offenen Poren, Ausnehmungen und beabsichtigten Muster besteht, und daß dann die dünne metallische Schicht ausgebildet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ni, Co und Fe besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus 76 Gew.% TiC als hartes feuerfestes Material besteht und die metallische Komponente zum Zementieren aus 11 % Ni und 13 % Mo zusammengesetzt ist und daß ein Strangsieb aus reinem Nickel als Material zum Ausbilden beabsichtigter maschenartiger Muster verwendet wird und daß dann die dünne Oberflächenschicht gebildet wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus 94 Gew.% WC als hartes feuerfestes Material und 6 Gew.% Co besteht als metallische Komponente zum Zementieren und daß grobe kugelförmige Körner aus Kobalt mit einer lichten Maschenweite von o,246 bis o,14 7 mm (6o - loo mesh) als Material verwendet werden, welches offene Poren bildet, wobei anschließend die dünne metallische Oberflächenschicht gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus 75 Gew.% TiC als hartes feuerfestes Material und 15 % Ni und Io % Mo als metallische Zementierkomponente besteht und daß ein geschnittenes Strangsieb aus reinem Nickel als Material zum Ausbilden beabsichtigter maschenartiger Muster verwendet wird und daß dann die dünne metallische Oberflächenschicht gebildet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus 3o% TiC, 46 % WC und Io % TaC als hartes feuerfestes Material und aus 12 % Ni und 2 % Mo als metallische Zementierkomponenten besteht, und daß grobe Nickelkörner mit einer Maschenweite von o,246 bis o,175 mm (6o - 8o mesh)als Material zum Bilden offener Poren verwendet werden und daß dann die dünne metallische Oberflächenschicht ausgebildet wird.

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18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus 7o Gew.% TiC als hartes feuerfestes Material und 2o % Ni und Io % Mo als metallische Zementierkompönenten besteht, und daß grobe Körner aus nichtrostendem Stahl vom Typ AISI 41OL als Material zum Bilden offener Poren und zum anschließenden Ausbilden der dünnen metallischen Oberflächenschicht verwendet werden.

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