Claims (1)
Patentanspruch: Verwendung eines zerstäubten Schnellarbeitsstahles,
dessen Teilchen als Kern mit einem oberhalb 16500C schmelzenden Werkstoff als Überzug
versehen sind, für gesinterte Verbundwerkstoffe hoher Temperaturbeständigkeit und
Warmhärte.Claim: Use of an atomized high-speed steel,
its particles as a core with a material that melts above 16500C as a coating
are provided for sintered composite materials with high temperature resistance and
Hot hardness.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Schnellarbeitsstahles
für gesinterte Verbundwerkstoffe. The invention relates to the use of a high speed steel
for sintered composites.
Zahlreiche Materialien erfordern eine derart hohe Sintertemperatur,
daß sie in der Praxis als nicht sinterbar anzusehen sind. Diese Materialien, z.
B. Hartmetalle, wie WC oder TiN, aber auch z. B. SiC oder Si3N4, werden daher zum
Sintern mit einem Bindemittel vermischt oder getränkt, das einen relativ niedrigen
Schmelzpunkt aufweist, beispielsweise Eisengruppenmetalle, MgO oder SiO2. Dadurch
wird eine Matrix erhalten, in die die Teilchen aus dem Hartmetall oder einem anderen
Grundstoff eingebettet sind. Als Bindemittel werden dabei vor allem Eisengruppenmetalle
verwendet. Diese Werkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, daß die einen niedrigen
Schmelzpunkt aufweisende Matrix die vorteilhaften Eigenschaften der Grundstoffe
(z. B. hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Wärmehärte) teilweise zunichte macht. Numerous materials require such a high sintering temperature that
that in practice they are not to be regarded as sinterable. These materials, e.g.
B. hard metals such as WC or TiN, but also z. B. SiC or Si3N4, are therefore used for
Sintering mixed or impregnated with a binder that has a relatively low
Has melting point, for example iron group metals, MgO or SiO2. Through this
a matrix is obtained in which the particles of the hard metal or another
Basic material are embedded. Mainly iron group metals are used as binders
used. However, these materials have the disadvantage that some are low
Melting point matrix the advantageous properties of the base materials
(e.g. high temperature resistance, high heat hardness) partially nullifies.
Beispielsweise beträgt der Schmelzpunkt von TiC ca. For example, the melting point of TiC is approx.
3100"C, von NbC 3600" C und von HfC ca. 39000 C, während der Schmelzbereich
von SiO2 1470 bis 1700"C beträgt und die Schmelzpunkte der Eisengruppenmetalle Co,
Fe und Ni ca. 1475 bzw. 1436 bzw. 1453"C betragen.3100 "C, of NbC 3600" C and of HfC approx. 39000 C, while the melting range
of SiO2 is 1470 to 1700 "C and the melting points of the iron group metals Co,
Fe and Ni are about 1475 and 1436 and 1453 "C, respectively.
Dies hat zur Folge, daß ein Werkstoff, dessen Matrix beispielsweise
aus Co oder SiO2 besteht, nur einer relativ niedrigen Betriebstemperatur standzuhalten
vermag.This has the consequence that a material, its matrix, for example
consists of Co or SiO2 to withstand only a relatively low operating temperature
able.
Um diesen nachteiligen Einfluß des Bindemittels entgegenzutreten,
ist es aus der CH-PS 1 81 590 bekannt, den Anteil des Bindemittels zu vermindern,
indem der Grundstoff lediglich mit einem Mantel aus dem Bindemittel, z. B. galvanisch,
überzogen wird. Als Bindemittel werden dabei auch hochschmelzende Metalle, wie Chrom,
verwendet. Aus der DE-OS 23 02 574 ist es bekannt, Oxide, Carbide und Boride von
hochschmelzenden Metallen und Nichtmetallen als Grundstoffe durch Dampfniederschlagsverfahren
mit einem Mantel aus hochschmelzenden Metallen, beispielsweise Wolfram oder Tantal,
zu überziehen. Ferner sind sogenannte Schnellarbeitsstähle bekannt. To counteract this negative influence of the binder,
it is known from CH-PS 1 81 590 to reduce the proportion of binder,
by the base material only with a coat of the binder, for. B. galvanic,
is covered. Refractory metals such as chromium,
used. From DE-OS 23 02 574 it is known, oxides, carbides and borides of
Refractory metals and non-metals as raw materials through vapor deposition processes
with a jacket made of refractory metals, for example tungsten or tantalum,
to cover. So-called high-speed steels are also known.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schnellarbeitsstahl-Sinterwerkstoff
hoher Temperaturbeständigkeit und Wärmehärte bereitzustellen. The invention is based on the object of a high-speed steel sintered material
to provide high temperature resistance and heat hardness.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im einzigen Anspruch
gekennzeichnete Verwendung gelöst. According to the invention, this object is achieved by those in the single claim
marked use solved.
Die für das Sintern erforderliche Temperatur soll dabei im allgemeinen
nicht höher als die Schmelztemperatur des Schnellarbeitsstahles sein. Weiterhin
liegt zwischen den einzelnen Teilchen des Schnellarbeitsstahles eine im wesentlichen
gleiche Dicke des oberhalb 16500C schmelzenden Materials vor. Dadurch wird eine
hohe Homogenität des Werkstoffs erzielt. The temperature required for sintering should generally be
must not be higher than the melting temperature of the high-speed steel. Farther
there is essentially one between the individual particles of high-speed steel
same thickness of the material melting above 16500C. This creates a
high homogeneity of the material is achieved.
Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient eines Schnellarbeitsstahles
beträgt 13 10-6 m/mK und ist damit in der Regel höher als der eines keramischen
Materials. Beispielsweise beträgt der lineare Ausdeh-
nungskoeffizient von Al2O3
4 bis 8 1 10-6 m/mK. The coefficient of linear thermal expansion of a high-speed steel
is 13 10-6 m / mK and is therefore usually higher than that of a ceramic
Materials. For example, the linear expansion
thermal coefficient of Al2O3
4 to 8 1 10-6 m / mK.
Bei Sinterverbundwerkstoffen, bei denen die Keramikteilchen in einer
Metallmatrix eingebettet sind, führen die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
im allgemeinen zu keinen Problemen, da einerseits die Keramikteilchen relativ klein
sind und die metallische Matrix nachgiebig ist. In the case of sintered composites, in which the ceramic particles are in a
Metal matrix are embedded, lead the different expansion coefficients
generally no problems, since on the one hand the ceramic particles are relatively small
and the metallic matrix is compliant.
Jedoch treten dann Schwierigkeiten auf, wenn der Grundstoff durch
einen Schnellarbeitsstahl und die Bindephase durch ein Keramikmaterial gebildet
werden. However, difficulties arise when the raw material comes through
a high-speed steel and the binding phase is formed by a ceramic material
will.
Da die Bindephase nicht nachgiebig ist, kommt es nämlich dann zu einem
Reißen derselben infolge des Kerns mit dem größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten.Since the binding phase is not flexible, it comes to a
Rupture of the same as a result of the core with the larger coefficient of linear expansion.
Diese Schwierigkeiten sind erfindungsgemäß beseitigt, da das hauptsächlich
verwendete keramische Material, mit dem die Stahlkerne ummantelt sind, nach dem
Sintern keine Matrix bildet, vielmehr die Teilchen nur an ihren Berührungsstellen,
d. h. Korngrenzen miteinander verbunden sind. Ein Reißen des keramischen Materials
findet daher nicht statt. These difficulties are eliminated according to the invention, since that is mainly
used ceramic material with which the steel cores are coated, according to the
Sintering does not form a matrix, rather the particles only at their points of contact,
d. H. Grain boundaries are interconnected. Cracking of the ceramic material
therefore does not take place.
Erfindungsgemäß können die üblichen Sintermethoden angewendet werden.
Beispielsweise kann je nach den Gegebenheiten ohne oder unter Druck gesintert werden;
es kann eine Reaktionssinterung durchgeführt werden, desgleichen ein Diffusionssintern
usw. The customary sintering methods can be used according to the invention.
For example, depending on the circumstances, sintering can be carried out with or without pressure;
reaction sintering can be carried out, as can diffusion sintering
etc.
Die erfindungsgemäß aus zerstäubten Schnellarbeitsstählen hergestellten
Sinterwerkstoffe zeichnen sich durch eine besonders hohe Homogenität aus. Those manufactured according to the invention from atomized high-speed steels
Sintered materials are characterized by a particularly high level of homogeneity.
Die Herstellung der ummantelten Teilchen kann beispielsweise durch
CVD (Chemical Vapor Deposition) oder PVD (Physical Vapor Deposition) der Kernteilchen
im Wirbelbett oder chemisch oder elektrochemisch in Lösung oder Suspension erfolgen.
Der Mantel kann aus Oxidkeramik, Nichtoxidkeramik, Hartmetallen, interstitiellen
Verbindungen, intermetallischen Phasen sowie Metallen bestehen, sofern sie einen
Schmelzpunkt von oberhalb 16500C aufweisen, z. B. Cr, V, W, Hf, Nb usw., also ein
refraktäres Material darstellen. The coated particles can be produced, for example, by
CVD (Chemical Vapor Deposition) or PVD (Physical Vapor Deposition) of the core particles
take place in a fluidized bed or chemically or electrochemically in solution or suspension.
The jacket can be made of oxide ceramics, non-oxide ceramics, hard metals, interstitial
Compounds, intermetallic phases and metals exist, provided they have a
Have a melting point of above 16500C, e.g. B. Cr, V, W, Hf, Nb, etc., so a
represent refractory material.
Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundstoff hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten,
z. B. für Werkzeuge zur spanabhebenden und spanlosen Metallbearbeitung. The composite produced according to the invention has numerous possible uses,
z. B. for tools for cutting and non-cutting metalworking.
Weiterhin können die physikalischen, chemischen und tribologischeit
Eigenschaften gezielt durch die Art, Zusammensetzung und Form der beiden Phasen
gesteuert werden. So ist es beispielsweise möglich, die thermische Leitfähigkeit
des Verbundwerkstoffs durch entsprechende Wahl der Art der Bindephasen, der Größe
und Form der Kerne und die Dicke des Mantels einzustellen, d. h. man kann den Verbundwerkstoff
in Richtung eines Isolators bzw. eines thermisch gut leitenden Stoffes steuern. Furthermore, the physical, chemical and tribological
Properties targeted by the type, composition and shape of the two phases
being controlled. For example, it is possible to measure the thermal conductivity
of the composite material by appropriate choice of the type of binding phases, the size
and adjust the shape of the cores and the thickness of the shell, d. H. one can use the composite
steer towards an insulator or a thermally highly conductive substance.
Vorzugsweise wird die Teilchengröße des Kerns auf 0,1 bis 50 um begrenzt
und die des Mantels von einigen nm, also dem monoatomaren bzw. monomolekularen Bereich,
bis 50 um, wobei die Dicke des Mantels jedoch höchstens ein Zehntel der Teilchengröße
des Kerns betragen soll. The particle size of the core is preferably limited to 0.1 to 50 µm
and that of the mantle of a few nm, i.e. the monoatomic or monomolecular range,
to 50 µm, the thickness of the shell, however, at most one tenth of the particle size
of the core should be.