DE4236825A1

DE4236825A1 -

Info

Publication number: DE4236825A1
Application number: DE4236825A
Authority: DE
Inventors: Toru Ono; Hidehiro Tokio/Tokyo Jp Endo; Kanao Fukuda; Masanori Kawasaki Jp Ueki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: US5278109A; NL9201900A; DE4236825C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Material für Gleitelemente, das ein Verbundmaterial aus Titancarbid und Graphit umfaßt. Ins besondere betrifft die Erfindung ein Verbundmaterial für Gleitelemente, das eine Titancarbid-Matrix und eine gleich mäßige Dispersion von Graphit in der Matrix umfaßt und sich durch eine hervorragende selbstschmierende Beschaffenheit und Abriebbeständigkeit auszeichnet.

Titancarbid ist ein keramisches Material mit hervorragenden Eigenschaften, z. B. mit hoher Festigkeit, hoher Härte, hohem Schmelzpunkt, geringem spezifischen Gewicht und hoher elek trischer Leitfähigkeit. Dieses Material wird aber aufgrund seiner Sprödigkeit nur in begrenztem Umfang für Baumateria lien eingesetzt. Beispielsweise wird es in Form von Disper sionen in Cermets oder keramischen Werkstoffen eingesetzt.

In letzter Zeit hat man versucht, Titancarbid mit verschie denen Metallen, Carbiden, Nitriden oder Kohlenstoff zu ver setzen, mit dem Ziel, keramische, gesinterte Körper bereit zustellen, die als Grundlage das sich durch günstige mecha nische Eigenschaften auszeichnende Titancarbid enthalten. Insbesondere wurde Kohlenstoff als zweite, dem Titancarbid zuzusetzende Phase untersucht, was auf die selbstschmierende Beschaffenheit von Kohlenstoff aufgrund seiner Molekülstruk tur und dessen Verträglichkeit mit Carbiden zurückzuführen ist.

Beispielsweise schlägt JP-A-63-2 30 569 einen Sinterkörper mit einem Gehalt an Titancarbid und höchstens 30 Gew.-% an einem Carbid, Nitrid und/oder Kohlenstoff, die als Verunreinigun gen enthalten sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung die ses Sinterkörpers vor. Jedoch wurden gemäß dieser Druck schrift Titancarbid-Materialien als Baumaterialien ent wickelt, wobei beim Titancarbid keinerlei Gleiteigenschaften erforderlich sind. Demgemäß gibt diese Druckschrift keinen Hinweis darauf, daß man durch Dispergieren von Graphit in Titancarbid zu Gleitelementen gelangt, die die vorstehend erwähnten günstigen Eigenschaften von Titancarbid ausnutzen.

Ferner wird in Nippon Seramikkusu Gakujutsu Ronbunshi, Bd. 97 (5), (1989), S. 507-512 ein Verbundmaterial aus mit Borcarbid dotiertem Titancarbid und Kohlenstoff vorgeschlagen. Jedoch bezieht sich diese Druckschrift nicht auf Gleitmaterialien. Es wird ein Titancarbid enthaltendes Material beschrieben, in dem 5 bis 15 Gew.-% Graphit mit einer Teilchengröße von 3 bis 5 µm dispergiert sind, um der Sprödigkeit von Titancarbid unter Einsatz von Ruß abzuhelfen. Da Ruß als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist es ersichtlich, daß der Kohlenstoff nicht gleichmäßig graphitisiert wird. Selbst wenn die Verwendung eines derartigen Materials für Gleitelemente in Erwägung gezogen wird, ergibt sich, daß es für diesen Zweck nicht geeignet ist.

Wie vorstehend erwähnt, gibt es bisher keine Materialien für Gleitelemente auf der Basis von Titancarbid, die sich der selbstschmierenden Eigenschaften von Graphit bedienen.

Erfindungsgemäß wird ein Material für Gleitelemente bereit gestellt, das Titancarbid als Matrix enthält, wobei in die ser Matrix Graphit dispergiert ist. Dieses Material besitzt die hervorragenden Eigenschaften von Titancarbid, wie hohe Festigkeit, hohe Härte, hoher Schmelzpunkt, geringes spezi fisches Gewicht und hohe elektrische Leitfähigkeit, verbun den mit hoher Abriebbeständigkeit.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Material für Gleitelemente, das eine Titancarbid-Matrix mit einem Gehalt an Graphit in den Mengenbereichen 3 bis 30 Gew.-%, 3 bis 15 Gew.-%, 10 bis 30 Gew.-%, 15 bis 30 Gew.-% und 17 bis 25 Gew.-% enthält.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Material für Gleitele mente bereitgestellt, das eine Titancarbid-Matrix mit einem Gehalt an 10 bis 30 Gew.-% Graphit enthält und das einen Trockenreibungskoeffizienten gegen Kupfer von höchstens 0,5 aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Material für Gleitelemente bereitgestellt, das eine Titancarbid-Matrix mit einem Gehalt an 10 bis 30 Gew.-% Graphit umfaßt und das bei einem Trockengleittest mit Kupfer eine Kupfer-Ver schleißrate von 3×10⁹ mm²/N aufweist.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine optische Mikrophotographie der Mikrostruktur eines erfindungsgemäßen Sinterkörpers, der 5 Gew.-% Graphit enthält (Vergrößerung: ×1000);

Fig. 2 ein SEM zur Erläuterung der Ausbreitung von Rissen, ausgehend von einem Vickers-Eindruck auf der Ober fläche eines erfindungsgemäßen Sinterkörpers, der 10 Gew.-% Graphit enthält (Vergrößerung: ×4000);

Fig. 3 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Änderung des Reibungskoeffizienten beim Gleittest gegen Kupfer in trockener Luft, wobei erfindungsgemäße Sinterkörper mit einem Gehalt an 10, 15 und 20 Gew.-% Graphit, ein aus einer einzigen Titancarbid-Phase bestehender Sinterkörper und ein Sinterkörper mit einem Gehalt an 10 Gew.-% Ruß als Kohlenstoffquelle herangezogen werden;

Fig. 4 eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Erläute rung der Mikrostruktur eines erfindungsgemäßen Sin terkörpers mit einem Gehalt an 20 Gew.-% Graphit (Vergrößerung: ×10 000);

Fig. 5 eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Erläute rung der Mikrostruktur eines erfindungsgemäßen Sin terkörpers mit einem Gehalt an 30 Gew.-% Graphit (Vergrößerung: ×2000);

Fig. 6 eine optische Mikrophotographie zur Erläuterung der Mikrostruktur eines Sinterkörpers mit einem Gehalt an einer einzigen Titancarbid-Phase (Vergrößerung: ×1000);

Fig. 7 eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Erläute rung der Ausbreitung von Rissen, ausgehend von einem Vickers-Eindruck auf der Oberfläche eines Sinterkör pers, der aus einer einzelnen Titancarbid-Phase be steht (Vergrößerung: ×4000);

Fig. 8 eine optische Mikrophotographie zur Erläuterung der Mikrostruktur eines Sinterkörpers, der 15 Gew.-% Ruß als Kohlenstoffquelle enthält (Vergrößerung: ×1000); und

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der in Tabelle III aufgeführten spezifischen Verschleißra ten.

Erfindungsgemäß wird ein Verbundmaterial für Gleitelemente durch Dispergieren von Graphit in Titancarbid erhalten, wo bei man sich der hervorragenden Eigenschaften von Titancarbid, z. B. der hohen Festigkeit, der hohen Härte, des hohen Schmelzpunkts, des geringen spezifischen Gewichts und der hohen elektrischen Leitfähigkeit, bedient.

Das wichtigste Merkmal des erfindungsgemäßen Verbundmateri als ist seine selbstschmierende Beschaffenheit. Um diese Eigenschaft zu erreichen, ist es wesentlich, die zweite Phase aus Graphit von hervorragender Kristallinität zu dispergieren. Der Ausdruck "hervorragende Kristallinität" bedeutet, daß die Graphit-Kristallstruktur im wesentlichen keine aus dem Ausgangsmaterial herrührende amorphe Phase enthält.

Neben gut kristallisiertem Graphitpulver werden als Graphit quelle im allgemeinen verschiedene Arten von amorphem Koh lenstoff, wie Ruß, kohlenstoffhaltige polymere Harze, Pech und Mesokohlenstoff verwendet. Es ist wichtig, daß der ein gesetzte Graphit so graphitisiert ist, daß er eine hervorra gende Kristallinität aufweist. Um amorphen Kohlenstoff so zu graphitisieren, daß er die erforderliche hervorragende Kri stallinität aufweist, ist eine hohe Sinterungstemperatur von mindestens 2300°C erforderlich. Gemäß dem Stand der Technik ist die Verwendung von Ruß als Kohlenstoffquelle für Ver bundmaterialien vorgeschlagen worden, es wurde jedoch fest gestellt, daß bei einer Graphitisierungsbehandlung eines derartigen Verbundmaterials der Ruß bei niedrigen Temperatu ren nicht in ausreichendem Umfang zu Graphit von hervorra gender Kristallinität umgewandelt wird. Die Graphitisierung von Ruß mit gleichmäßigem Kornwachstum erfolgt bei hohen Temperaturen. Eine Graphitdispersion mit gleichmäßiger Korn größe erhält man insbesondere, wenn die Kohlenstoffmenge mehr als 10 Gew.-% beträgt.

Da erfindungsgemäß Graphitteilchen von hervorragender Kri stallinität als Ausgangsmaterial in Titancarbid dispergiert werden, sind keine hohen Temperaturen zum Sintern erforder lich. Außerdem erfolgt kein ungleichmäßiges Wachstum von Teilchen durch Graphitisierung. Somit läßt sich erfindungs gemäß ein Titancarbid-Graphit-Verbundmaterial mit guten selbstschmierenden Eigenschaften erhalten.

Somit wird erfindungsgemäß gesintertes, Graphit enthaltendes Titancarbid mit einem Graphitgehalt von 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-% und insbesondere 17 bis 25 Gew.-% bereitgestellt, das gute selbstschmierende Eigen schaften und eine hohe Abriebbeständigkeit aufweist und für Gleitelemente eingesetzt werden kann. Liegt der Graphitge halt unter 3 Gew.-%, so sind die selbstschmierende Beschaf fenheit und Abriebbeständigkeit nicht ausreichend. Bei einem Anteil von mehr als 30 Gew.-% kommt die Festigkeit des er haltenen Materials der Festigkeit von einphasigem Graphit (d. h. -100 MPa) nahe, so daß die Abriebbeständigkeit verlo rengeht. Ist eine besonders hohe mechanische Festigkeit er wünscht, so beträgt der Graphitanteil vorzugsweise 3 bis 15 Gew.-%. Kommt es auf bessere selbstschmierende Eigenschaften an, so beträgt der Graphitanteil vorzugsweise 15 bis 30 Gew.-%.

Im erfindungsgemäßen Verbundmaterial beträgt die durch schnittliche Teilchengröße des Titancarbids vorzugsweise 1 bis 10 µm und insbesondere 2 bis 5 µm und die des Graphits vorzugsweise 3 bis 6 µm. Beträgt die durchschnittliche Teil chengröße des Titancarbids weniger als 1 µm, so wird auf grund des Einflusses von kleinteiligen Oxiden auf der Ober fläche des Carbids die Festigkeit und die elektrische Leit fähigkeit des Sinterkörpers beeinträchtigt. Bei einer Größe von weniger als 2 µm kommt es zu einer Abnahme der Bruchzä higkeit. Bei einer Größe von mehr als 5 µm, nimmt die Teil chengröße nach der Sinterung zu und es kann zu einer Vermin derung der Festigkeit kommen. Bei einer Teilchengröße von mehr als 10 µm, nimmt die Festigkeit des Sinterkörpers ab. Beträgt die durchschnittliche Teilchengröße der Graphitteil chen weniger als 3 µm, so geht der Mechanismus zur Erzielung der hohen Zähigkeit, die durch die zweite dispergierte Phase erreicht wird, verloren. Bei einer Größe von mehr als 6 µm kommt es zu einer Verringerung der Festigkeit des Sinterkör pers.

Die erfindungsgemäß verwendeten Graphitteilchen weisen vor zugsweise eine Dichte von 2,22 g/cm³ oder mehr auf. Graphit mit einer Dichte von 2,22 g/cm³ weist einen interplanaren Abstand in Richtung der c-Achse von 3,42 Å im Kristall auf, was bedeutet, daß vorzugsweise Graphitteilchen mit einem in terplanaren Abstand von 3,42 Å oder weniger verwendet wer den.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial läßt sich durch Mahlen von 3 bis 30 Gew.-% Graphitteilchen und der restlichen Menge an Titancarbid in einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt an einem oberflächenaktiven Mittel in einer Menge von 0,1 bis 5 Vol.-%, Dehydratisieren der erhaltenen Aufschlämmung, Trock nen und Mahlen des erhaltenen Mischpulvers aus Titancarbid und Graphit und Sintern des Mischpulvers erhalten. Die Mahl zeit beträgt vorzugsweise 4 bis 48 Stunden. Die Sinterung wird vorzugsweise durch Heißpressen unter Verwendung eines Kohlenstoff-Formwerkzeugs unter einem Druck von mindestens 25 MPa für eine Zeitspanne von 60 bis 180 Minuten in einer Argonatmosphäre bei mindestens 1800°C durchgeführt. Beim Heißpressen werden höhere Temperaturen und Drücke bevorzugt, da sowohl Titancarbid als auch Graphit hohe Schmelzpunkte aufweisen und in einer Inertgasatmosphäre chemisch stabil sind.

Das erfindungsgemäße Titancarbid-Graphit-Verbundmaterial mit der Mikrostruktur, bei der in einer Titancarbid-Matrix der Graphit gleichmäßig dispergiert ist, läßt sich nach dem vor stehend beschriebenen Verfahren herstellen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr), wird mit 5 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Das Gemisch wird 17 Stunden in einer Planetenkugelmühle unter Verwendung von 0,2 Vol.-% wäßriger Polyoxyethylensorbitanmonolaurat-Lö sung als Lösungsmittel gemahlen.

Das gemahlene Pulver wird einer Absorptionsdehydratisierung unterworfen und 24 Stunden bei 100°C getrocknet. Nach Fein mahlen erhält man ein Mischpulver.

Das erhaltene Mischpulver wird 2 Stunden unter einem Druck von 40 MPa unter Argonatmosphäre durch Heißpressen bei 2000°C zu einem Sinterkörper verarbeitet. Fig. 1 ist eine optische Mikrophotographie, die die Mikrostruktur des erhal tenen Sinterkörpers zeigt.

Ferner werden die relative Dichte, die Festigkeit bei Raum temperatur (Dreipunkt-Biegefestigkeit gemäß JIS R 1601, ge messen bei einer Querkopfgeschwindigkeit von 0,05 mm/min), die Bruchzähigkeit (gemessen gemäß JIS R 1607, SEPB-Verfah ren, Querkopfgeschwindigkeit 0,05 mm/min), die Härte (Vickers-Härte gemäß JIS 2244, gemessen bei einer Belastung von 98N für eine Haltezeit von 15 Sekunden) und der spezifi sche Widerstand (Gleichstrom, Viersondenverfahren) des Sin terkörpers gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusam mengestellt.

In Fig. 1 bedeuten die weißen Bereiche Titancarbid und die schwarzen Bereiche Graphit. Die durchschnittliche Teilchen größe des Titancarbids wird erhalten, indem man die durch schnittliche Schrittweite unter Verwendung des "Stereologg"-Ver fahrens mißt. Die durchschnittliche Korngröße des Ti tancarbids beträgt etwa 5,0 µm. Es ist ersichtlich, daß der Graphit gleichmäßig dispergiert ist.

Ferner ist ersichtlich, daß die Teilchengröße des Titancar bids im Vergleich zur Mikrostruktur eines nachstehend be schriebenen einphasigen Titancarbids wesentlich geringer ist.

Der Sinterkörper dieses Beispiels weist im Vergleich zu den Sinterkörpern der übrigen Beispiele die höchste Dreipunkt-Bie gefestigkeit auf. Dies wird darauf zurückgeführt, daß der Graphit das Wachstum der Titancarbid-Teilchen hemmt.

Beispiel 2

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm, Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 10 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9%) versetzt. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Das Ausmaß von Rissen, die von einem Vickers-Eindruck auf der Oberfläche des erhaltenen Sinterkörpers ausgehen, ist in Fig. 2 gezeigt. Die relative Dichte, die mechanischen Ei genschaften und der spezifische Widerstand werden wie in Beispiel 1 gemessen und sind in Tabelle I zusammengestellt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Ausbreitungsrichtung der Risse vom Vickers-Eindruck aus durch die Graphitteilchen in komplizierter Weise abgelenkt wird. Diese Ablenkung der Risse wird als die Hauptursache dafür angesehen, daß die Bruchzähigkeit die in Tabelle I angegebene Verbesserung er fährt.

Der Reibungskoeffizient und die Verschleißrate werden unter Anwendung des Nadel-Scheiben-Verfahrens (pin-on-disc-Verfah ren) gemessen. Die Ergebnisse eines Gleittests des vorste hend erhaltenen Sinterkörpers an Cu (OFHC) in trockener Luft sind in Tabelle II zusammengestellt. Der Sinterkörper wird als Scheibenmaterial und Cu (OFHC) als Nadelmaterial verwen det. Die Messung erfolgt bei einer Belastung von 8,3 N, einer Umfangsgeschwindigkeit von 62,8 mm/s und einer Meßzeit von 5000 Sekunden.

Die Zugabe des Graphits führt zu einer Verringerung des durchschnittlichen Reibungskoeffizienten und einer Verminde rung der Ablenkung.

Die Verbesserung der Gleiteigenschaften ist klar aus der Veränderung des Reibungskoeffizienten während des in Fig. 3 gezeigten Gleittests ersichtlich. Die Gleiteigenschaften werden durch die Entwicklung einer Festschmierwirkung, die durch die Zugabe von Graphit hervorgerufen wird, stabili siert.

Ferner geht aus Tabelle II hervor, daß die Verschleißrate des Cu-Nadelmaterials abnimmt und die Verschleißrate der Scheibe zunimmt. Dies wird auf eine Hemmung der Haftung des Nadelmaterials Cu auf der Scheibe aufgrund der Festschmier wirkung, die durch ein Ablösen von Graphitlamellen hervorge rufen wird, zurückgeführt.

Beispiel 3

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 15 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Die Meßergebnisse für den Sinterkörper in Bezug auf relative Dichte, mechanische Eigenschaften und spezifischen Wider stand sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Gleiteigen schaften werden gemäß Beispiel 2 gemessen. Die Veränderungen des Reibungskoeffizienten während des Gleittests sind in Ta belle II bzw. Fig. 3 dargestellt.

Es ergibt sich eine Verringerung der Festigkeit bei Raumtem peratur mit steigenden Mengen an Graphit von geringer Fe stigkeit, jedoch ist die Bruchzähigkeit unter sämtlichen Sinterkörpern der Beispiele am höchsten. Ferner nimmt der spezifische Widerstand aufgrund der Zugabe von Graphit zu, der im Vergleich zu Titancarbid einen höheren spezifischen Widerstand besitzt. Die Anisotropie in Richtung des Heißpreßvorgangs wird allmählich größer.

Die Gleiteigenschaften, d. h. der Reibungskoeffizient und die Verschleißrate, nehmen ferner mit zunehmenden Mengen an Gra phit deutlich ab.

Beispiel 4

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 17 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Die am erhaltenen Sinterkörper erzielten Meßergebnisse in Bezug auf relative Dichte, mechanische Eigenschaften und spezifischen Widerstand sind in Tabelle I angegeben. Die Gleiteigenschaften werden gemäß Beispiel 2 gemessen. Die Veränderung des Reibungskoeffizienten während des Gleittests geht aus Tabelle II hervor.

Beispiel 5

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 19 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Die am erhaltenen Sinterkörper erzielten Meßergebnisse in Bezug auf relative Dichte, mechanische Eigenschaften und spezifischen Widerstand sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Gleiteigenschaften werden gemäß Beispiel 2 gemessen. Die Veränderung des Reibungskoeffizienten während des Gleittests geht aus Tabelle II hervor.

Beispiel 6

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm, Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 20% Graphitpulver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Die am Sinterkörper erzielten Meßergebnisse in Bezug auf re lative Dichte, mechanische Eigenschaften und spezifischen Widerstand sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Gleitei genschaften werden gemäß Beispiel 2 gemessen. Die Verände rung des Reibungskoeffizienten während des Gleittests geht aus Tabelle II bzw. Fig. 3 hervor. Die mechanische Festig keit nimmt mit zunehmender Menge an zugesetztem Graphit et was ab, jedoch ergeben sich deutlich verbesserte Gleiteigen schaften, wie aus Tabelle II bzw. Fig. 3 hervorgeht. Der Me chanismus für die Verbesserung der Gleiteigenschaften ergibt sich bei Betrachtung der in Fig. 4 gezeigten Mikrostruktur.

In Fig. 4 sind Graphitlamellen so dispergiert, daß sie die Titancarbidteilchen bedecken und zum Teil delaminiert sind. Dies zeigt, daß der Sinterkörper überlegene selbstschmie rende Eigenschaften besitzt.

Beispiel 7

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 22 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Beispiel 8

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm, Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 24 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Beispiel 9

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 25 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Gemäß Beispiel 1 wird ein Sinterkörper hergestellt.

Die relative Dichte, die mechanischen Eigenschaften und der spezifische Widerstand des erhaltenen Sinterkörpers sind in Tabelle I angegeben. Die durch die Zunahme der zugesetzten Graphitmenge hervorgerufene Abnahme der Festigkeit macht die Einführung von Rissen zur Anwendung des SEPB-Verfahrens schwierig und die Messung der Bruchzähigkeit unmöglich.

Außerdem liegt die Vickers-Härte außerhalb des Meßbereichs, was anzeigt, daß sowohl die Verarbeitbarkeit als auch die selbstschmierende Beschaffenheit verbessert sind.

Beispiel 10

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 27 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Ein Sinterkör per wird wie in Beispiel 1 hergestellt.

Die am erhaltenen Sinterkörper erzielten Meßergebnisse in Bezug auf die relative Dichte, die mechanischen Eigenschaf ten und den spezifischen Widerstand sind in Tabelle I zusam mengestellt. Die Gleiteigenschaften werden wie in Beispiel 2 gemessen. Die Veränderung des Reibungskoeffizienten während des Gleittests ist in Tabelle II angegeben.

Beispiel 11

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 29 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Ein Sinterkör per wird wie in Beispiel 1 hergestellt:

Die am erhaltenen Sinterkörper erzielten Meßergebnisse in Bezug auf die relative Dichte, die mechanischen Eigenschaf ten und den spezifischen Widerstand sind in Tabelle I ange geben. Die Gleiteigenschaften werden wie in Beispiel 2 ge messen. Die Veränderung des Reibungskoeffizienten während des Gleittests ist in Tabelle II angegeben.

Beispiel 12

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 30 Gew.-% Graphitpul ver (Dichte 2,258 g/cm³; durchschnittliche Teilchengröße 4 µm; Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Ein Sinterkör per wird wie in Beispiel 1 hergestellt.

Die Mikrostruktur des erhaltenen Sinterkörpers ist in Fig. 5 dargestellt. Die am erhaltenen Sinterkörper erzielten Meßer gebnisse in Bezug auf relative Dichte, mechanische Eigen schaften und spezifischen Widerstand sind in Tabelle I ange geben.

Wie in Fig. 5 gezeigt, beginnt bei einer Graphitzugabe von 30 Gew.-% (etwa 50 Vol.-%) der Graphit eine Matrix zu bil den. Übersteigt die Graphitmenge diesen Anteil, so wird die Beziehung zwischen Titancarbid als Matrix und Graphit als zweiter Phase umgekehrt.

Vergleichsbeispiel 1

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird 2 Stunden bei 2000°C unter einem Druck von 40 MPa einem Heißpreßvorgang unterzo gen. Man erhält einen Sinterkörper.

Fig. 6 stellt eine optische Mikrophotographie dar, die die Mikrostruktur des erhaltenen Sinterkörpers zeigt. Der Zu stand der Risse, die vom Vickers-Eindruck ausgehen, ist in Fig. 7 gezeigt. Die Messungen in Bezug auf relative Dichte, mechanische Eigenschaften und spezifischen Widerstand werden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Meßergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt. Die gemäß Beispiel 2 gemessenen Gleiteigenschaften und die Veränderung des Reibungskoef fizienten während des Gleittests sind in Tabelle II bzw. Fig. 3 angegeben.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Wachstum erheblich, wenn kein Graphit enthalten ist, wobei die durchschnittliche Korngröße etwa 30 µm erreicht. Ferner breiten sich, wie in Fig. 7 ge zeigt, die Risse am Vickers-Eindruck in nahezu gerader Linie aus. Dieses Ergebnis unterscheidet sich stark von der kom plizierten Ablenkung der Rißausbreitung, die bei Zugabe von Graphit erfolgt.

Es wird angenommen, daß diese mikrostrukturellen Merkmale verschiedene mechanische Eigenschaften beeinflussen. Der Sinterkörper weist eine geringere Dreipunkt-Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit als die Verbundmaterialien auf, wie in Tabelle I gezeigt ist.

Wie aus Tabelle II hervorgeht, ist der Reibungskoeffizient dieses Sinterkörpers in trockener Luft gegen Kupfer am höchsten. Bei mikroskopischer Betrachtung der Gleitspuren wird eine starke Haftung von Kupfer an der Titancarbid scheibe festgestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Titancarbidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 2 µm; Reinheitsgrad 99% oder mehr) wird mit 5, 7, 10 bzw. 15 Gew.-% Rußpulver (Dichte 1,83 g/cm³; durchschnittliche Teil chengröße 0,3 µm, Reinheitsgrad 99,9% oder mehr) versetzt. Die einzelnen Gemische werden 17 Stunden in einer Planeten kugelmühle in Aceton als Lösungsmittel gemahlen. Das gemah lene Produkt wird 24 Stunden getrocknet und fein gemahlen. Die erhaltenen Mischpulver werden gewonnen.

Die Mischpulver werden 2 Stunden bei 2000°C und einem Druck von 40 MPa in Argonatmosphäre unter Bildung von Sinterkör pern einem Heißpreßvorgang unterzogen.

Die Eigenschaften der erhaltenen Sinterkörper sind in Ta belle I zusammengestellt. Eine optische Mikrophotographie der Mikrostruktur des Sinterkörpers mit einem Gehalt an 15 Gew.-% Ruß als Kohlenstoffquelle ist in Fig. 8 gezeigt. Die Gleiteigenschaften des Sinterkörpers werden wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse des gemäß Beispiel 2 durchgeführten Gleittests sind in Tabelle II und Fig. 3 angegeben.

Diese Sinterkörper erweisen sich in Bezug auf mechanische Eigenschaften und Gleiteigenschaften den entsprechenden Sin terkörpern mit der gleichen Menge an Graphit als unterlegen. Diese Unterlegenheit ist mit steigendem Kohlenstoffgehalt stärker ausgeprägt.

Die spezifische Verschleißrate der gebrannten Körper der Beispiele wird aus den Ergebnissen von Tabelle II gemäß fol gender Gleichung berechnet:

Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Ferner sind die Ergebnisse in Fig. 9 graphisch dargestellt.

Wie aus Tabelle III ersichtlich ist, beträgt die Ver schleißrate der erfindungsgemäßen Sinterkörper 3×10^-9 mm²/N oder weniger.

Tabelle II

Tabelle III

Claims

1. Selbstschmierendes und abriebbeständiges Verbundmaterial für Gleitelemente, enthaltend eine Titancarbid-Matrix und Graphitteilchen von hervorragender Kristallinität, die gleichmäßig in der Titancarbid-Matrix dispergiert sind.

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Reibungskoeffizienten gegen Kupfer von höchstens 0,5 aufweist.

3. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Trockengleittest mit Kupfer eine spezi fische Kupfer-Verschleißrate von höchstens 3×10^-9 mm²/N aufweist.

4. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 3 bis 30 Gew.-% Graphitteilchen enthält.

5. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 30 Gew.-% Graphitteilchen enthält.

6. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 3 bis 15 Gew.-% Graphitteilchen enthält.

7. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 15 bis 30 Gew.-% Graphitteilchen enthält.

8. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 17 bis 25 Gew.-% Graphitteilchen enthält.

9. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbid eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 10 µm aufweist.

10. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbid eine durchschnittliche Teilchengröße von 2 bis 5 µm aufweist.

11. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitteilchen eine durchschnittliche Teilchen größe von 3 bis 6 µm aufweisen.

12. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitteilchen eine Dichte von mindestens 2,22 g/cm³ aufweisen.