DE4414249A1

DE4414249A1 - Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Hartmetall

Info

Publication number: DE4414249A1
Application number: DE4414249A
Authority: DE
Inventors: Max Hobe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-23
Filing date: 1994-04-23
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2014-04-24
Also published as: DE4414249C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Hartmetall, wobei aus einem ein Bindemittel beinhaltendem Metallpulver eine Vorform (Grünling) hergestellt und diese gesintert wird, sowie verschiedene Verwendungen für derartige Gegenstände.

Gegenstände aus Hartmetall finden heute in vielfältiger Form und Ausführung Anwendung. Nur beispielhaft wird hier auf die Verwendung als Schneideinrichtung hingewiesen. Hartmetall ist aber überall dort einsetzbar, wo der Gegenstand einem hohen Verschleiß unterliegt.

Bezüglich ihres Gefügeaufbaus, ihres Eigenschaftsprofils und auch hinsichtlich ihres Leistungsverhaltens können die Hartmetalle zwischen Schnellarbeitsstählen und keramischen bzw. polykristallinen Schneidstoffen eingeordnet werden. Die positiven Eigenschaften der Hartmetalle, nämlich hohe Verschleißbeständigkeit, gepaart mit guter Zähigkeit, haben dazu geführt, daß Schneideinrichtungen aus Hartmetallen sich wertmäßig inzwischen den größten Marktanteil erobert haben. Es folgt der Schnellarbeitsstahl und im geringeren Maße Keramiken sowie der poly- und monokristalline Diamant und das polykristalline Bornitrid. Gerade Kristalle und Keramiken haben aber den wesentlichen Vorteil gegenüber Hartmetall, daß sie noch verschleißfester sind. Mit der zunehmenden Härte nimmt allerdings auch die Biegebruch festigkeit ab.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst weitgehend die Vorteile von Hartmetall und Kristall und/oder Keramik zu kombinieren.

Zur Lösung der Aufgabe führt, daß beim Vorformen in das Metallpulver ein Kristall und/oder eine Keramik eingebracht und danach die Vorform aus Metallpulver und Kristall und/oder Keramik fertig gesintert wird.

Der normale Herstellungsvorgang von Hartmetallen erfolgt folgendermaßen:

Über die Verfahrensschritte Mahlen, Granulieren und Formgebung wird aus einer gewünschten Pulvermischung eine zeichnungsgerechte Vorform, der sog. Grünling, gefertigt. Die wichtigsten Komponenten des Sinter-Hartmetalls sind dabei Wolframkarbid und Titankarbid als Hartstoffphase und Kobalt als Bindemittel. Bei einer Neuentwicklung, den sog. Cermets, kommt heute als wesentliche Hartstoffkomponente noch das Titannitrid hinzu. Gerade auch auf Cermets ist die vorliegende Erfindung anwendbar.

Zum plastischen Verformen dieses Gemisches aus Metallpulver und Bindemittel wird noch Parafin hinzugegeben.

Anschließend findet eine Sinterung des Grünlings statt, wobei dieser seine metallischen Hartlegierungseigenschaften erhält. Das Sintern erfolgt hauptsächlich in Hochdrucköfen.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kristall und/oder die Keramik bereits in der Phase des Vorformens der Mischung aus Metallpulver und Bindemittel beigegeben, wobei durch das Sintern eine derart feste Einbettung des Kristalls und/oder der Keramik in das Hartmetall erfolgt, daß eine dauerhafte Verbindung gegeben ist. Vermutlich erfolgte diese Verbindung durch den enormen Volumenschwund beim Sintern. Auch ist es möglich, daß zwischen verschiedenen Werkstoffpaarungen eine Reaktions schicht entsteht.

Soll ein Schneidmesser aus dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten Gegenstand hergestellt werden, so bietet es sich an, daß der Kristall und/oder die Keramik als Stab in einen Mantel des Hartmetalls eingebettet wird. Beispielsweise kann dies ein monokristalliner Stab (aus Saphir) sein. Ein derartiger Gegenstand vereint in sich die Vorteile des Hartmetalls, nämlich die gute Zähigkeit mit den Vorteilen des Kristalls und/oder der Keramik, nämlich der Verschleißfestigkeit.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstände finden vor allem in allen Bereichen der Mechanik Anwendung, z. B. als mechanische Führungen, Lager, Lagersitze od. dgl. Dies sind nur wenige Beispiele.

In einem weiteren Anwendungsbeispiel ist daran gedacht, in einen Mantel aus Hartmetall eine Hülse oder ein Röhrchen aus Kristall und/oder Keramik einzubetten. Hierbei kann beispielsweise ein polykristalliner Kristall Anwendung finden. Ein derartiger Gegenstand eignet sich zum Führen eines strömenden Mediums, wie beispielsweise Sand- oder Wasserstrahl. Er unterliegt auch dann nur einem geringen Verschleiß, wenn diesem Strahl noch ein erodierendes Korn besitzt.

In einem weiteren bevorzugten Anwendungsbeispiel wird ein Kristall und/oder Keramik verwendet, die das Licht leiten. Das heißt, der daraus hergestellte Gegenstand kann als Lichtleiter verwendet werden. Beispielsweise bietet sich dies in der modernen Chirurgie an und hier insbesondere in der Endoskopie.

Dies sollen nur einige Möglichkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstände sein. Zu erwähnen ist auch die Verwendungsmöglichkeit in der Elektrik bzw. Elektronik, da der Kristall und/oder die Keramik elektrisch isolierend sein können. Beispielsweise können derartige Gegenstände als Schaltelemente dienen, wobei das Kristall und/oder die Keramik einen Hartmetall kern umfängt. Es ist beim Aufeinandertreffen der Hartmetalle oder -hülsen zweier Gegenstände wird der Strom durchgeschaltet. Auch hier sind vielfältige Möglichkeiten denkbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen perspektivisch dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstand sowie eine Draufsicht darauf;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungs beispiel eines perspektivisch dargestellten Gegenstandes sowie eine Draufsicht auf diesen.

Ein erfindungsgemäßer Gegenstand R weist gemäß Fig. 1 einen Kern 1 aus einem Kristall und/oder einer Keramik auf, wobei dieser Kern 1 von einem Mantel 2 aus Hartmetall umgeben ist.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist bei einem Gegenstand R₁ von dem Mantel 2 kein voller Kern 1 umfangen, sondern eine Hülse 3 aus einem Kristall und/oder einer Keramik. Diese Hülse 3 umfängt einen Axialdurchgang 4.

Die Herstellung der Gegenstände R bzw. R₁ gemäß den Fig. 1 und 2 erfolgt folgendermaßen:

Der Kern 1 bzw. die Hülse 3 wird in den Mantel 2 aus einem Hartmetallpulver, beispielsweise aus Wolframcarbidpulver eingebettet, wobei diesem Wolframcarbidpulver ein Bindemittel (beispielsweise Kobalt oder Nickel) zugegeben ist. Ferner ist in das Hartmetallpulver mit Bindemittel noch Parafin zum plastischen Vorformen eingemischt.

In einem ersten Verfahrensschritt wird diese Vorform in einen Ofen gegeben und das Parafin ausgelassen. Danach erfolgt in einem zweiten Schritt das Sintern der Vorform bei höherer Temperatur, wodurch das Bindemittel sich mit der Hartphase verbindet. Dieses Fertigsintern geschieht in der Nähe des Schmelzpunktes des Bindemittels, wodurch ein Volumenschwund eintritt und gleichzeitig eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Mantel 2 aus Hartmetall und dem Kern 1 bzw. der Hülse 3 aus Kristall und/oder Keramik geschaffen wird.

Kern 1 und Hülse 3 können aus einem Monokristall oder Polykristall oder aus Keramik hergestellt sein. Dies sind aber nur Ausführungsbeispiele.

Ein derartiger Gegenstand R bzw. R₁ kann vielfältig Anwendung finden. Beispielsweise kann der Gegenstand R zu einem Schneidelement zugeschliffen werden. Bei Verwendung eines geeigneten Kristall- und/oder Keramikkernes 1 kann der Gegenstand R auch als Lichtleiter beispielsweise in der Endoskopie dienen. Hier sind jedoch sehr viele Anwendungsmöglichkeiten denkbar.

Bei der Verwendung einer Hülse 3 in dem Mantel 2 kann der Gegenstand R₁ als Düse zum Führen eines Mediums dienen. Beispielsweise ist an eine Düse zum Wasserstrahlschneiden gedacht, da in der Regel dem Wasserstrahl, der zum Wasserstrahlschneiden benutzt wird, ein Korn, insbesondere Korund, beigemischt ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Hartmetall, wobei aus einem ein Bindemittel beinhaltenden Metallpulver eine Vorform (Grünling) hergestellt und diese gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorformen in das Metallpulver ein Kristall und/oder eine Keramik eingebracht und danach die Vorform aus Metallpulver und Kristall und/oder Keramik fertig gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall als Stab in das Metallpulver eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall und/oder Keramik als Hülse oder Rohr in das Metallpulver eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kristall und/oder Keramik ein lichtleitender Kristall und/oder Keramik, beispielsweise ein Saphir, verwendet wird.

5. Verwendung eines Gegenstandes aus Hartmetall und Kristall und/oder Keramik, hergestellt nach dem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, als Schneideinrichtung.

6. Verwendung eines Gegenstandes aus Hartmetall und Kristall und/oder Keramik, hergestellt nach dem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, als Düse zum Führen eines erosiven oder abrasiven Mediums.

7. Verwendung eines Gegenstandes aus Hartmetall und Kristall und/oder Keramik, hergestellt nach dem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, als Lichtleiter.

8. Verwendung eines Gegenstandes aus Hartmetall und Kristall und/oder Keramik, hergestellt nach dem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, als mechanische Führung, Lager, Lagersitz od. dgl.

9. Verwendung eines Gegenstandes aus Hartmetall und Kristall und/oder Keramik, hergestellt nach dem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, als elektrisches Schaltelement.