WO2004043875A2 - Keramik-metall- oder metall-keramik-komposite - Google Patents

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    • C22C1/1057—Reactive infiltration

Definitions

  • the present invention relates to ceramic-metal or metal-ceramic composites, according to the preamble of claim 1, a process for their production and a process for increasing the wettability of a ceramic matrix or ceramic particles and structures to be incorporated.
  • the present invention relates to ceramic-metal or metal-ceramic composites, consisting of a ceramic matrix with embedded metallic
  • metal-ceramic composites ideally combine the properties of both ceramics and metals. This is, for example, a three-dimensional metal matrix with a ceramic one Reinforcement component, which is present as particles, piles of particles, sintered or unsintered ceramic structures, foams or in the form of a gradient material in a metallic matrix.
  • MMC metal matrix composite components
  • MMCs Another positive aspect of the MMCs is the possibility of manufacturing near net shape components, such as sealing rings in sewage pumps. A naturally complex one
  • metal-ceramic composites are developed with the aim of improving the mechanical behavior of ceramics, in particular with regard to the low fracture toughness of the pure ceramic component, and also to improve the wear resistance of the pure metal component.
  • metal-ceramic composites are developed with the aim of improving the mechanical behavior of ceramics, in particular with regard to the low fracture toughness of the pure ceramic component, and also to improve the wear resistance of the pure metal component.
  • a metallic melt is introduced into a ceramic body by applying an external pressure or pressure change during the process, such as squeeze casting, self-generating vacuum, gas pressure infiltration.
  • connection between ceramic and metal is poor or not at all, or a brittle reaction layer with poor mechanical properties is formed.
  • MMCs with iron, iron-based alloys, nickel or nickel-based alloys as the metal component cannot be achieved in this way due to the high melting points of well over 1000 ° C. of these alloys.
  • Another possibility is to change the wettability of the ceramic, e.g. In soldering technology, this effect has long been used to join ceramic components. In general, this is done by adding reactive elements, e.g. Titanium and / or chrome for
  • Metal alloy performed. Another possibility is the application of the reactive elements by inorganic or organic compounds and subsequent ones Temperature treatment in a defined atmosphere as a layer on the ceramic. In both cases, this reduces the wetting angle ⁇ at the ceramic-metal interface, which enables wetting.
  • DE 100 47 384 describes a method for producing a composite material, in which a preform containing a reactive ceramic component is pressure-infiltrated with aluminum or an aluminum alloy. It is proposed that the preform, in addition to optionally solid aluminum or aluminum alloy, further optionally contains free metals which are at least partially involved in the formation of the high-melting, metallic phase of the finished composite material. There is a tendency for these free metals to react with aluminum, and at least some of the ceramic preform also reacts with the aluminum or aluminum alloy during infiltration. The alloy formed in this way contains a reduced proportion of aluminides, but it can lead to embrittlement of the composite.
  • US Pat. No. 5,902,429 proposes to produce a preform by means of so-called “tape casting".
  • the metal proposed as an activator is partially oxidized, so that the pre-body is “deoxidized” by means of a reducing atmosphere before infiltration.
  • the “intermetallic” ceramic-metal composite is then produced by reactive melt infiltration, in which the activator with the infiltrating metal is at least partially so-called forms intermetallic phases, which leads to an undefined metal matrix.
  • a process of reactive infiltration is known from CH-692 296, inorganic or organic titanium and / or chromium compounds being arranged at the interfaces between metallic components and the ceramic particles in order to increase the wettability of a ceramic matrix or ceramic particles and structures based on silicon carbide , Low-melting metals and alloys such as
  • Iron-based alloys, nickel or nickel-based alloys therefore still dissolve the ceramic to be protected.
  • iron-based alloys nickel or nickel-based alloys, or metal-ceramic composites, which can be produced or derived with process temperatures well above 1200 ° C.
  • the object according to the invention is achieved by means of ceramic-metal or metal-ceramic composites according to the wording of claim 1 or by means of processes for their production according to one of claims 11 ff.
  • the ceramic material is largely completely or at least partially oxidic or partially from one Oxide and / or a mixed oxide.
  • the embedded metallic component has embedded metallic titanium or chromium, for example in the form of an alloy, or the composite material has titanium and / or chromium and / or compounds thereof.
  • the invention preferably consists in the use of oxidic ceramics such as aluminum oxide, zirconium dioxide, silicon dioxide, magnesium oxide, chromium oxide, yttrium oxide and / or titanium dioxide without any additional Protective layer or activating coating on the ceramic by pressureless infiltration with iron, iron-based alloys such as chromium-nickel steel, cast iron, nickel or nickel-based alloys to produce a metal-ceramic composite or a metal-matrix composite (MMC), which is both corrosion-resistant and wear-resistant as a material is, and in comparison to monolithic ceramics has a high damage tolerance, for example against impact stress.
  • oxidic ceramics such as aluminum oxide, zirconium dioxide, silicon dioxide, magnesium oxide, chromium oxide, yttrium oxide and / or titanium dioxide
  • oxidic ceramics such as aluminum oxide, zirconium dioxide, silicon dioxide, magnesium oxide, chromium oxide, yttrium oxide and / or titanium dioxide
  • oxidic ceramics also enables high-melting metals, such as iron, iron-based alloys, nickel and / or nickel-based alloys, to be used for the production of metal-ceramic composites, with the introduction metallic titanium and / or chromium or inorganic or organic titanium and / or chromium compounds in turn significantly increases the wettability, as a result of which the composites can be produced by means of pressureless infiltration processes.
  • high-melting metals such as iron, iron-based alloys, nickel and / or nickel-based alloys
  • the green body can be activated, for example, by introducing the active elements, for example with a quantitative proportion of max. about 25% by weight, based on the ceramic component, preferably about 10% by weight in the form of elemental powder in the green body.
  • the green body is preferably at least almost free of metallic aluminum or of an aluminum alloy.
  • the green body can be, for example, a cylinder or a ring or plate or any other desired shape.
  • the ceramic green body thus obtained is dense to porous and is preferably dried in a drying cabinet.
  • the removal of the binder or the debinding can be carried out in an extra step or can be integrated in the subsequent process of infiltration. Debinding is usually carried out in a stream of argon or under vacuum.
  • the subsequent infiltration is carried out in a vacuum or high vacuum.
  • the metal to be infiltrated is placed on, next to and / or under the activated green body or activated, debindered green body, so that the pressure-free infiltration can mainly take place via gravitational and / or capillary forces.
  • the so-called preform can be in a crucible or other suitable form or at most on a flat surface. It is important to have a clear excess of metal, which depends on the porosity of the ceramic preform to be infiltrated on the one hand and on the other whether a gradient material is desired.
  • the entire sample consisting of activated ceramic preform and metal to be infiltrated, is heated to above the melting point of the metal and held there for a certain time until the furnace is cooled.
  • the Temperature 1000 ° C, 1200 ° C, 1400 ° C, 1600 ° C or more, with 1600 ° C is preferred.
  • the structure of the MMCs formed usually shows a gradient.
  • any thermal post-treatment such as quenching after the process or an additional heat treatment of the MMCs, such as aging or annealing, it is possible to influence this gradient over time, metal, ceramic content and amount of activation and e.g. to produce or suppress additional wear-inhibiting precipitates in the form of carbides or oxycarbides in the matrix metal.
  • Such precipitates can be, for example, titanium carbide, the carbon being supplied, for example, by decomposing binders.
  • Pressureless melt infiltration processes represent a "near net shape" process and have the advantage over pressure infiltration processes that they enable the infiltration of thick-walled and complex components in simple systems at lower cost.
  • Powder mixtures such as e.g. Aluminum oxide, elemental metal powder, e.g. Titan with a proportion of max. approx. 25% by weight, preferably approx. 10% by weight, and various binders and water are compressed to form a green body by uniaxial or isostatic pressing. Depending on the particle size, particle size distribution and pressing pressure, a more or less dense powder pack results.
  • the binders mentioned are generally known binders of the kind used in the production of ceramic-metal composites. Examples are methyl cellulose, or binders based on saccharides, etc.
  • the activated preforms produced in this way can then be used in a vacuum or high vacuum at temperatures above 1200 ° C. with iron, iron-based alloys, nickel or Nickel-based alloys can be infiltrated without pressure.
  • the infiltration temperature is preferably up to 100 ° C or more above the melting point of the respective metal alloy.
  • Metal alloy and / or the ceramic component can be wetted and thus infiltrated.
  • a homogeneous powder mixture was produced on the roller mixer from polycrystalline A1 2 0 3 with an average grain size of 153 ⁇ m, titanium powder (up to -325 mesh, 99.23% purity) and 2% by weight of organic binder and addition of 10% by weight of water. Preforms were then manufactured by uniaxial pressing. The porosity after drying at 60 ° C. was found to be 40% by volume.
  • An iron-based alloy called X46Crl3 was used as the alloy, which is applied in the form of blocks to the activated preform. In relation to the weight of the green body, the metal is 3-4 times excess used. The process temperature is 1600 ° C with a holding time of 30 minutes.
  • the structure contains, among other things, additional precipitates on TiC, which additionally improve the wear resistance of the composite material. There is no detectable phase separation at the transition between metal and ceramic using light microscopy or a scanning electron microscope.
  • Pore size of about 320 ⁇ corresponds to 80 ppi pores / inch) with Ni-based alloy (e.g. Hastelloy C4):
  • Titanium activation of the ceramic foam It is made from alcohol, e.g. Ethanol or deionized water and PVB binder (polyvinyl butyral) made a mixture containing 1.5 wt .-% binder. 20% by volume of Ti powder or Ti nanopowder (grain size of ⁇ 200 nm) are dispersed in this binder solution.
  • alcohol e.g. Ethanol or deionized water
  • PVB binder polyvinyl butyral
  • Ti powder or Ti nanopowder grain size of ⁇ 200 nm
  • the Ti nanopowder / PVB alcohol or water mixture is drawn through the ceramic foam by means of a vacuum through a suction bottle and thus introduced into the ceramic structure. It should be noted that the quantities of required mixtures depend on the pore size and the structure. In general, the conversion of a large volume is necessary to ensure an even distribution of the particles or nanoparticles. After drying at 60 ° C in the drying cabinet, the increase in weight of the foam and thus the amount of activator introduced can be determined by weighing.
  • Debinding is carried out at 600 ° C (heating rate 2 ° C / min; holding time 600 ° C for one hour; cooling rate 2 ° C / min) under an argon atmosphere to prevent oxidation of the titanium.
  • Ni-based alloy was used as the alloy with the
  • Hastelloy C4 used, which is applied in the form of blocks on the debindered activated foam. A 3 to 4-fold metal excess is used in relation to the foam pore volume (porosity). The process temperature is 1500 ° C with a holding time of one hour.
  • the MMC obtained is freed from excess metal adhering to the outside after the infiltration and subjected to a heat treatment.
  • Typical temperature program 1140 ° C for 1 h and then quenching in water.
  • the metal matrix is comparable to a solution-annealed structure. There is no reaction layer detectable by means of a light microscope or scanning electron microscope at the interface to the ceramic.
  • the temperature control during infiltration and aftertreatment depends on the dimensioning of the component and is also dependent on the metal or alloys used.
  • the heat treatment mentioned in the example described is particularly suitable for improving the homogenization in the structure.
  • the heat treatment can also serve, on the one hand, to promote the formation of desired phases, e.g. a titanium carbide phase, or to distribute it as homogeneously as possible, or also to suppress undesired phases.
  • desired phases e.g. a titanium carbide phase
  • Intermetallic compounds are not desirable if they are not well distributed in the structure. They can then lead to embrittlement of the composites.
  • 1 shows an MMC structure with insufficient homogeneity
  • 2 shows an MMC structure produced according to the present invention
  • Fig. 3 shows a completely infiltrated steel / Al 2 0 3 -MMC ring
  • Fig. 4 is a still unprocessed MMC plate.
  • FIG. 1 shows an example of a ceramic-metal composite, comprising ceramic particles 2 in a metal matrix 1. Due to insufficiently coordinated process parameters, this structure has pores 3 and / or porous areas on the one hand, and on the other hand
  • Excretions 5 of, for example, titanium carbide Such local deposits in the metal matrix are undesirable. However, such excretions can possibly have an anti-wear effect, but then an even, flat distribution is finest
  • FIG. 2 shows an MMC structure, produced in accordance with the present invention, as described, for example, in Example 1.
  • the metal matrix 1 is homogeneous and has no precipitations from a second phase.
  • Figure 2 thus shows an example of a desired or desired state.
  • Process examples are only intended to serve, for example, the basic idea of the present invention to explain in more detail and do not represent a restriction of the basic idea.
  • the aim is to improve the wettability of porous matrices or to enable infiltration by means of metallic components or metal alloys which have an increased melting point of over 1000 ° C. It is known that pressure-free infiltration of porous matrices by metals or alloys is not possible without activation with titanium or chromium compounds. It has also been shown from the prior art that the infiltration of ceramic materials based on silicon carbide at temperatures above 1000 ° C., in particular when iron, iron-based alloys, nickel or nickel-based alloys are used, leads to the decomposition of the ceramic material.
  • Unpressurized infiltration offers the advantage of being able to produce complex components which also have very different wall thicknesses in simple and inexpensive systems. Pressure infiltration processes are basically also possible without activation.
  • the advantage of activation here is generally the improvement of the wetting behavior between metal and ceramic. This leads to an improved wetting and bonding and thus to a reduced formation of cracks at the metal-ceramic interfaces and thus to materials with an improved property profile.
  • the ceramic component is at least to a large extent made of an oxidic one Material consists, such as a pure oxide, mixed oxides and, if appropriate, additions of further non-oxide ceramics, such as silicon carbide, boron nitride, etc.
  • the composite according to the invention has metallic titanium and / or chromium and / or compounds thereof , which can be embedded in the metal or the alloy, for example.
  • Reactive infiltration can be used to produce MMCs from Al 2 0 3 and iron-based alloys.
  • FIGS. 3 and 4 show a completely infiltrated steel / Al 2 O 3 -MMC ring 11 with an outer diameter of 75 mm, an inner diameter of 55 mm and a height of 16 mm directly after infiltration with adhering excess metal 12 and crucible residue.
  • Figure 4 shows, after removal from the mold, intended for mechanical tests, still unprocessed MMC plates 11, the size 100x50x9 mm.

Abstract

Ein Keramik-Metall oder Metall-Keramik-Komposit bzw. Verbundwerkstoff bestehend aus einer Keramikmatrix mit einer eingebetteten metallischen Komponente, oder aus in einer Metall-Matrix eingebetteten Keramikpartikeln bzw. -strukturen, wird mittels druckloser Infiltration hergestellt. Das Keramikmaterial liegt wenigstens zu Teilen als oxidisches Keramikmaterial vor, und weiter sind im Komposit metallisches Titan und/oder Chrom und/oder Verbindungen davon als sogenannter Aktivator eingelagert.

Description

Keramik-Metall- oder Metall-Keramik-Komposite
Die vorliegende Erfindung betrifft Keramik-Metall- oder Metall-Keramik-Komposite, gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Benetzbarkeit einer Keramikmatrix bzw. einzulagernder, keramischer Partikel und Strukturen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Keramik-Metall oder Metall-Keramik-Komposite, bestehend aus einer Keramikmatrix mit eingebetteten metallischen
Komponenten oder aus in einer Metallmatrix eingebetteten Keramikpartikeln oder Strukturen.
Im Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau sowie zur Bearbeitung von Werkzeugen werden verschleiss- und korrosionsfeste Werkstoffe benötigt. Aus diesem Grunde werden insbesondere Keramikteile und Keramikschichten, unter anderem in der Verschleissschutztechnik, d.h. z.B. für Lagerkomponenten, Kolben, Bremssysteme, Dichtungsringe, usw., d.h. für stark auf Verschleiss belastete Bauteile, eingesetzt.
Da Keramik grundsätzlich zwar verschleissfest aber auch spröde ist und somit der Einsatz einer monolithischen Keramik infolge von Sprödbruch zu katastrophalem Bauteilversagen führen kann, ist diese allein ungeeignet. Dagegen vereinigen Metall-Keramik-Komposite im Idealfall die Eigenschaften sowohl von Keramik als auch von Metallen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine dreidimensionale Metallmatrix mit einer keramischen Verstärkungskomponente, die als Partikel, Haufwerke von Partikeln, gesinterte oder nicht gesinterte keramische Strukturen, Schäume oder in Form eines Gradientenwerkstoffes in einer metallischen Matrix vorliegt. Potentielle Anwendungen von Metallmatrix- Kompositbauteilen (MMC) sind somit Verschleissteile verschiedenster Art mit Gleitlagern und Laufbuchsen, etwa im Maschinen- und Automatenbau, insbesondere Werkzeuge für die KaltUmformung, sowohl zur Massivumformung als auch zur Umformung von dünnen und dickwandigen Blechen zu Getriebe- und speziellen Metallteilen für Personenwagen, Nutzfahrzeuge und Spezialfahrzeuge, Schneidwerkzeuge für die spanende Bearbeitung von Werkstoffen und Vorrichtungen, Refinerplatten für die Papierindustrie sowie Dichtungsringe in der Pharmaindustrie und Equipment im Food-Bereich, wie z.B. Kalandrier-Walzen für die Herstellung von Kornflakes und Mischerarmen für Kaffeeröstmaschinen, welche stark Verschleiss beansprucht sind und zudem den Anspruch an Nahrungsmittelechtheit erfüllen müssen, d.h. aus unbedenklichen Materialien bestehen müssen, welche durch ihren Abrieb keine Kontamination der Pharmazeutika bzw. der Nahrungsmittel hervorrufen können.
Ein weiterer positiver Aspekt der MMCs ist die Möglichkeit der Fertigung von Near Net Shape-Bauteilen, wie Dichtringe in Schmutzwasserpumpen. Eine naturgemäss aufwendige
Nachbearbeitung des verschleissfesten Werkstoffes entfällt oder wird stark reduziert. Viele Eisenbasis-Legierungen, wie z.B. hochlegierte Chromnickelstähle sind korrosionsfest, zudem leicht erhältlich und darüber hinaus nahrungsmitteltechnisch unbedenklich. Sie bieten somit beste Voraussetzungen für die Kombination mit Keramiken in MMCs für den Einsatz als verschleiss- und korrosionsfeste Bauteile für eine ganze Palette von Anwendungen.
Mit anderen Worten werden Metall-Keramik-Komposite mit dem Ziel einer Verbesserung des mechanischen Verhaltens von Keramiken, insbesondere im Hinblick auf die geringe Bruchzähigkeit der reinen keramischen Komponente, sowie die Verbesserung der Verschleissfestigkeit der reinen Metallkomponente entwickelt. Nebst einer möglichen
Herstellung über die sogenannte Pulvermetallurgische Route, d.h. Verpressen von Keramik- und Metallpartikeln und nachfolgendem Sinterprozess, sowie der sogenannten Self- Propagating High-Temperature Synthese, wobei oxidkeramische und metallische Pulver beim Sintern miteinander reagieren, ist ein häufig angewendetes Verfahren die sogenannte Infiltration, d.h. das Auffüllen von porösen, keramischen Matrizen oder Körpern wie Haufwerken oder Schäumen mit metallischen Legierungen, welche im MMC-Gefüge z.B. auch intermetallische Phasen ausbilden können. "Dabei wird eine metallische Schmelze in einen keramischen Körper über Aufbringen eines äusseren Druckes oder Druckänderung während des Prozesses, wie z.B. Squeeze Casting, selbstgenerierendes Vakuum, Gasdruckinfiltration, eingebracht. Da aber Keramiken im Allgemeinen nicht oder nur schlecht durch metallische Schmelzen benetzbar sind, erfolgt in der Regel ein Auffüllen der Poren oder Zwischenräume durch das Aufbringen eines äusseren Druckes. Durch das Anbringen eines äusseren Druckes wird die Benetzungsproblematik umgangen, dafür besteht aber ein vergleichsweise hoher apparativer Aufwand, indem ein geschlossenes System nötig ist, wodurch sich gleichzeitig eine Begrenzung der Bauteilgrösse einstellt. Für Gasdruck sowie selbstgenerierendes Vakuum ist zusätzlich noch die genaue Kenntnis der ablaufenden Reaktionen von Nöten. Diese Verfahren sind aufwendig und im Falle von Squeeze Casting auf Temperaturen bis etwa 800°C beschränkt und eignen sich daher hauptsächlich für niedrigschmelzende Metalle oder Legierungen, wie z.B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Silber, Bronzen, welche einen Schmelzpunkt deutlich unter 1000 °C aufweisen.
Die Anbindung zwischen Keramik und Metall kommt hierbei nur schlecht oder gar nicht zustande bzw. es erfolgt die Ausbildung einer spröden Reaktionsschicht mit schlechten mechanischen Eigenschaften.
Die Herstellung von MMCs mit Eisen, Eisenbasislegierungen, Nickel oder Nickelbasislegierungen als Metallkomponente ist aufgrund der hohen Schmelzpunkte von deutlich über 1000 °C dieser Legierungen auf diese Weise nicht zu verwirklichen.
Eine andere Möglichkeit ist die Änderung der Benetzbarkeit der Keramik, wobei z.B. in der Löttechnik dieser Effekt seit langem zum Fügen von keramischen Komponenten ausgenutzt wird. Im Allgemeinen wird dies durch den Zusatz reaktiver Elemente, wie z.B. Titan und/oder Chrom zur
Metalllegierung durchgeführt. Eine andere Möglichkeit ist die Aufbringung der reaktiven Elemente durch anorganische oder organische Verbindungen und nachfolgende Temperaturbehandlung unter definierter Atmosphäre als Schicht auf die Keramik. In beiden Fällen wird dadurch der Benetzungswinkel θ an der Grenzfläche Keramik-Metall verkleinert, wodurch Benetzung ermöglicht wird.
In der DE 100 47 384 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes beschrieben, bei welchem ein eine reaktive keramische Komponente enthaltender Vorkörper mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung druckinfiltriert wird. Dabei wird vorgeschlagen, dass der Vorkörper, neben gegebenenfalls festem Aluminium oder Aluminiumlegierung, weiter gegebenenfalls freie Metalle enthält, welche mindestens teilweise an der Bildung der hochschmelzenden, metallischen Phase des fertigen Verbundwerkstoffes beteiligt sind. Dabei besteht die Tendenz, dass diese freien Metalle mit Aluminium reagieren, zudem setzt sich ebenfalls mindestens ein Teil des keramischen Vorkörpers mit dem Aluminium oder der Aluminiumlegierung bei der Infiltration um. Die so gebildete Legierung enthält zwar einen verringerten Anteil an Aluminiden, es kann aber zur Versprödung des Komposits führen.
Im US-Patent 5 902 429 wird vorgeschlagen, einen Vorkörper mittels sogenanntem "tape casting" herzustellen. Bei diesen sogenannten "tape casting"-Prozess wird das als Aktivator vorgeschlagene Metall teilweise oxidiert, so dass vor Infiltration der Vorkörper mittels reduzierender Atmosphäre "deoxidiert" wird. Die Herstellung des „Intermetallic"- Keramik-Metall-Komposits erfolgt dann durch reaktive Schmelzinfiltration, bei der der Aktivator mit dem infiltrierenden Metall mindestens teilweise sogenannte intermetallische Phasen bildet, was zu einer Undefinierten Metallmatrix führt.
Aus der CH-692 296 ist ein Verfahren der Reaktivinfiltration bekannt, wobei zum Erhöhen der Benetzbarkeit einer Keramikmatrix bzw. keramischer Partikel und Strukturen auf Basis von Siliziumcarbid an den Grenzflächen zwischen metallischen Komponenten und den Keramikpartikeln anorganische oder organische Titan- und/oder Chromverbindungen angeordnet werden. Als Metalle werden niedrigschmelzende Metalle und Legierungen, wie
Silber und Bronzen, angewendet. Da Siliziumcarbid jedoch von Eisenbasislegierungen zersetzt wird, eignet sich das in der CH 692 296 vorgeschlagene Verfahren nicht zur Herstellung z.B. von MMCs auf Stahlbasis.
Des Weiteren sind oxidische Beschichtungen als
Schutzschichten auf nichtoxidischen Keramiken ungenügend. Unterhalb 1000 °C weist eine oxidische Schutzschicht auf Siliziumcarbid bereits Risse und Abplatzungen auf. Bei den erforderlichen Prozesstemperaturen von über 1200 °C im Fall der drucklosen Infiltration mit Eisen,
Eisenbasislegierungen, Nickel oder Nickelbasislegierungen erfolgt somit trotzdem ein Auflösen der zu schützenden Keramik.
Durch die Verwendung von Aluminiumnitrid als keramische Komponente war es möglich, Aluminiumnitrid/Gusseisen MMCs durch Infiltration zu fertigen. Derartige Komposite erwiesen sich allerdings als nicht korrosionsbeständig, wie z.B. für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie von Nöten, da die keramische Komponente sich im Beisein von wässrigen Medien zersetzt.
Aufgrund der obigen Schilderungen ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung mittels druckloser Infiltration Keramik-Metall-Komposite auf Basis von Eisen,
Eisenbasislegierungen, Nickel oder Nickelbasislegierungen vorzuschlagen, bzw. Metall-Keramik-Komposite, welche mit Prozesstemperaturen deutlich über 1200 °C herstellbar bzw. herleitbar sind.
Die erfindungsgemässe Aufgabe wird mittels Keramik-Metalloder Metall-Keramik-Kompositen gemäss dem Wortlaut von Anspruch 1 bzw. mittels Verfahren zu deren Herstellung nach einem der Ansprüche 11 ff gelöst.
Vorgeschlagen wird, dass im Keramik-Metall- oder Metall- Keramik-Komposit, bestehend aus einer Keramikmatrix mit eingebetteten metallischen Komponenten oder aus in einer Metallmatrix eingebetteten Keramikpartikeln oder -Strukturen das Keramikmaterial weitgehendst vollständig oder wenigstens zu Teilen oxidisch ist bzw. zu Teilen aus einem Oxid und/oder einem Mischoxid besteht. Weiter weist die eingebettete metallische Komponente eingelagertes, metallisches Titan oder Chrom, beispielsweise in Form einer Legierung auf bzw. weist das Kompositmaterial Titan und/oder Chrom und/oder Verbindungen davon auf.
Bevorzugt besteht die Erfindung darin, durch den Einsatz von oxidischen Keramiken, wie z.B. Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Chromoxid, Yttriumoxid und/oder Titandioxid ohne eine zusätzliche Schutzschicht oder aktivierende Beschichtung auf der Keramik durch drucklose Infiltration mit Eisen, Legierungen auf Eisenbasis, wie z.B. Chromnickelstähle, Gusseisen, Nickel oder Nickelbasislegierungen einen Metallkeramikverbundstoff bzw. ein Metall-Matrix-Komposit (MMC) zu fertigen, welches als Werkstoff sowohl korrosionsfest wie auch verschleissfest ist, und im Vergleich zu monolithischen Keramiken eine hohe Schadenstoleranz, z.B. gegen Schlagbeanspruchung, aufweist.
Im Gegensatz zur CH 692 296, hat es sich gezeigt, dass durch die Verwendung von oxidischen Keramiken auch hochschmelzende Metalle, wie Eisen, Eisenbasislegierungen, Nickel und/oder Nickelbasislegierungen für die Herstellung von Metall-Keramik-Kompositen verwendet werden können, wobei durch das Einbringen von metallischem Titan und/oder Chrom oder von anorganischen oder organischen Titan- und/oder Chromverbindungen wiederum die Benetzbarkeit wesentlich erhöht wird, wodurch die Komposite mittels druckloser Infiltrationsverfahren hergestellt werden können.
Weitere bevorzugte Komposite sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Die Aktivierung des Grünkörpers kann hierbei z.B. durch die Einbringung der aktiven Elemente, beispielsweise mit einem Mengentanteil von max. ca. 25 Gew.% bezogen auf die keramische Komponente, vorzugsweise ca. 10 Gew.% in Form elementaren Pulvers in den Grünkörper erfolgen. Vorzugsweise ist der Grünkörper wenigstens nahezu frei von metallischem Aluminium oder von einer Aluminium-Legierung. Nach Vermischen und Homogenisieren mit dem Binder erfolgt ein vorzugsweise uniaxiales oder isostatisches Verpressen im Grünkörper in gewünschter Höhe. Der Grünkörper kann z.B. als Zylinder oder als Ring oder Platte oder als irgendeine andere gewünschte Form vorliegen. Der so erhaltene keramische Grünkörper ist dicht bis porös und wird vorzugsweise im Trockenschrank getrocknet. Das Entfernen des Bindemittels bzw. das Entbindern kann in einem Extraschritt erfolgen, oder im nachfolgenden Prozess der Infiltration eingebunden sein. Entbindert wird in der Regel im Argon-Strom oder unter Vakuum.
Die nachfolgende Infiltration wird im Vakuum oder Hochvakuum durchgeführt. Das zu infiltrierende Metall wird hierbei auf, neben und/oder unter den aktivierten Grünkörper oder aktivierten, entbinderten Grünkörper gelegt, wodurch die drucklose Infiltration hauptsächlich über Gravitations- und/oder Kapillarkräfte erfolgen kann. Die sogenannte Preform kann sich hierbei in einem Tiegel oder einer anderen geeigneten Form oder allenfalls auf einer ebenen Unterlage befinden. Wichtig ist das Vorliegen eines deutlichen Metallüberschusses, der jedoch zum einen von der Porosität der zu infiltrierenden keramischen Preform abhängt, zum anderen davon, ob ein Gradientenwerkstoff gewünscht wird. Die gesamte Probe, bestehend aus aktivierter keramischer Preform sowie zu infiltrierendem Metall wird bis über den Schmelzpunkt des Metalls erhitzt und dort eine gewisse Zeit gehalten, bis der Ofen abgekühlt wird. Je nach gewähltem Metall kann die Temperatur 1000°C, 1200°C, 1400°C, 1600°C oder mehr betragen, wobei 1600°C bevorzugt ist.
Das Gefüge der gebildeten MMCs zeigt in der Regel einen Gradienten. Je nach Prozessführung und allfälliger thermischer Nachbehandlung, wie etwa Abschrecken nach dem Prozess oder einer zusätzlichen Wärmebehandlung der MMCs, wie Auslagern oder Glühen ist es möglich, über Zeit, Metall, Keramikanteil sowie Menge an Aktivierung diesen Gradienten zu beeinflussen und z.B. zusätzliche verschleisshemmende Ausscheidungen, in Form von Carbiden, Oxycarbiden im Matrixmetall zu erzeugen oder zu unterdrücken. Bei derartigen Ausscheidungen kann es sich beispielsweise um Titancarbid handeln, wobei der Kohlenstoff beispielsweise von sich zersetzenden Bindemitteln geliefert wird.
An der Grenzfläche Keramik-Metall zeigen sich demgegenüber keine Ausscheidungen oder Reaktionsschichten, es kann aber auch zur Bildung intermetallischer Phasen am Interface Keramik-Metall kommen. Die Dimensionen der beobachteten Grenzschichten liegen im Nanometerbereich.
Des Weiteren sind Infiltrationszeiten von einigen Minuten über Stunden bis zu Tagen möglich. Die keramische Komponente ist grundsätzlich stabil, setzt sich aber während längerer Prozesszyklen langsam mit der Legierung um, wodurch eine ausgezeichnete Anbindung zwischen Metall und Keramik erfolgt, die im Hinblick auf die geforderte Verschleissfestigkeit von grösster Bedeutung ist. Es ist möglich, MMCs bzw. Gradientenwerkstoffe mit Infiltrationstiefen bzw. Schichtdicken von Verschleissschichten von wenigen Millimetern bis mehreren Zentimetern herzustellen.
Neben dem drucklosen Infiltrationsverfahren ist selbstverständlich eine Infiltration auch mit Druck denkbar, wobei durch die Aktivierung eine Druckreduktion erreicht wird. Drucklose Schmelzinfiltrationsverfahren stellen ein "Near Net Shape"-Verfahren dar, und haben gegenüber Druckinfiltrationsverfahren den Vorteil, die Infiltration dickwandiger und komplexer Bauteile in einfachen Anlagen preisgünstiger zu ermöglichen.
Für die Herstellung einer sogenannten Preform werden Pulvermischungen, wie z.B. Aluminiumoxid, elementares Metallpulver, wie z.B. Titan mit einem Mengenanteil von max. ca. 25 Gew.%, vorzugsweise ca. 10 Gew.% sowie diverse Binder und Wasser über uniaxiales oder isostatisches Pressen zu einem Grünkörper verdichtet. Es ergibt sich je nach Partikelgrösse, Korngrössenverteilung und Pressdruck eine mehr oder weniger dichte Pulverpackung. Bei den erwähnten Bindern handelt es sich um allgemein übliche bekannte Bindemittel, wie sie bei der Herstellung von Keramik-Metall-Verbundwerkstoffen verwendet werden. Beispiele sind, Methylzellulose, oder Bindemittel auf Basis von Sacchariden, etc.
Die so hergestellten, aktivierten Preforms können anschliessend im Vakuum oder Hochvakuum bei Temperaturen über 1200 °C mit Eisen, Eisenbasislegierungen, Nickel oder Nickelbasislegierungen drucklos infiltriert werden. Die Infiltrationstemperatur liegt hierbei vorzugsweise bis zu 100 °C oder mehr über dem Schmelzpunkt der jeweiligen Metalllegierung. Durch Reaktionen der im keramischen Vorkörper befindlichen reaktiven Elemente mit der
Metalllegierung und/oder der keramischen Komponente kann Benetzung und somit Infiltration erfolgen.
Ausführungsbeispiele :
1. Infiltration einer mit 20 Gew.% Ti, bezogen auf den Keramikanteil, aktivierten A1203 Preform aus verpressten Partikeln mit Fe-Basislegierungen (X46Crl3) :
a) Titanaktivierung des Grünkörpers:
Aus polykristallinem A1203 mit einer mittleren Korngrösse von 153μm, Titanpulver (bis -325 mesh, 99,23% Reinheit) sowie 2 Gew.% organischem Binder und Zusatz von 10 Gew.% Wasser wurde auf dem Rollenmischer eine homogene Pulvermischung hergestellt. Anschliessend wurden Preforms durch uniaxiales Pressen gefertigt. Die Bestimmung der Porosität nach dem Trocknen bei 60 °C ergab 40 Vol%.
b) Infiltration:
Als Legierung wurde eine Eisenbasislegierung mit der Bezeichnung X46Crl3 eingesetzt, welche in Form von Blöcken auf die aktivierte Preform aufgebracht wird. Im Verhältnis zum Grünkörpergewicht wird der 3 - 4- fache Metallüberschuss eingesetzt. Die Prozesstemperatur beträgt 1600 °C mit einer Haltezeit von 30 Minuten.
c) Ergebnisse:
Im Gegensatz zu einer nichtaktivierten Preform findet bei der oben genannten Aktivierung Infiltration der kompletten Preform statt. Das Gefüge enthält im Bereich der Metallmatrix unter anderem zusätzliche Ausscheidungen an TiC, welche die Verschleissfestigkeit des Verbundwerkstoffes zusätzlich verbessern. Es ist lichtmikroskopisch oder mittels Rasterelektronenmikroskop keine Ausscheidung einer Phase am Übergang Metall-Keramik nachweisbar.
2. Infiltration eines über Titan-Pulver (Partikelgrösse <20μm) , vorzugsweise Titan-Nanopulver (100-200nm) , aktivierten gebrannten A1203 Schaumes mit einer linearen
Porengrösse von etwa 320 μ (entspricht 80 ppi Pores/Inch) mit Ni-Basislegierung (z.B. Hastelloy C4) :
a) Titanaktivierung des keramischen Schaumes: Es wird aus Alkohol, wie z.B. Ethanol oder deionisiertem Wasser und PVB-Binder (Polyvinylbutyral) eine Mischung hergestellt, welche 1,5 Gew.% Binder enthält. In dieser Binderlösung werden 20 Vol.% Ti-Pulver oder Ti-Nanopulver (Korngrösse von < 200nm) dispergiert.
Ueber eine Saugflasche wird das Ti-Nanopulver/PVB-Alkohol- oder Wassergemisch mittels Vakuum durch den keramischen Schaum gezogen und somit in die keramische Struktur eingebracht. Dabei ist zu beachten, dass die Mengen des benötigten Gemisches abhängig sind von der Porengrösse und der Struktur. Im Allgemeinen ist die Umsetzung eines grossen Volumens notwendig, um eine gleichmässige Verteilung der Partikel oder Nanopartikel zu gewährleisten. Nach dem Trocknen bei 60 °C im Trockenschrank lässt sich durch Wiegen die Gewichtszunahme des Schaumes und so die eingebrachte Aktivator-Menge ermitteln.
b) Entbinderung des aktivierten Schaumes:
Das Entbindern erfolgt bei 600 °C (Heizrate 2°C/min; Haltezeit 600°C während einer Stunde; Abkühlrate 2°C/min), unter Argonatmosphäre, um eine Oxidation des Titans zu verhindern.
c) Infiltration:
Als Legierung wurde eine Ni-Basislegierung mit der
Bezeichnung Hastelloy C4 eingesetzt, welche in Form von Blöcken auf den entbinderten aktivierten Schaum aufgebracht wird. Im Verhältnis zum Schaumporenvolumen (Porosität) wird ein 3- bis 4-facher Metallüberschuss eingesetzt. Die Prozesstemperatur beträgt 1500 °C mit einer Haltezeit von einer Stunde.
d) Wärmebehandlung:
Zur Homogenisierung des Gefüges wird nach der Infiltration der erhaltene MMC von aussen anhaftendem Metallüberschuss befreit und einer Wärmebehandlung unterzogen. Typisches Temperaturprogramm: 1140 °C während 1 h und anschliessendes Abschrecken in Wasser.
e) Ergebnisse:
Es findet Infiltration des gesamten aktivierten Schaumes statt. Die Metallmatrix ist einem lösungsgeglühten Gefüge vergleichbar. Am Interface zur Keramik befindet sich keine mittels Lichtmikroskop oder Rasterelektronenmikroskop nachweisbare Reaktionsschicht.
Die Temperaturführung bei der Infiltration und der Nachbehandlung ist abhängig von der Dimensionierung des Bauteiles und ist auch abhängig von dem oder den verwendeten Metallen bzw. Legierungen. Die im beschriebenen Beispiel erwähnte Wärmebehandlung ist insbesondere geeignet um die Homogenisierung im Gefüge zu verbesssern. Die Wärmebehandlung kann aber auch dazu dienen, um einerseits die Bildung gewünschter Phasen zu fördern, wie z.B. einer Titancarbid-Phase, oder diese möglichst homogen zu verteilen, oder aber auch um unerwünschte Phasen zu unterdrücken. So sind z.B. intermetallische Verbindungen nicht erwünscht, falls diese im Gefüge nicht gut verteilt sind. Sie können dann zu Versprödung der Komposite führen.
Anhand der beiden beigefügten Figuren soll der grosse Vorteil der vorliegenden Erfindung visuell dargestellt werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein MMC-Gefüge mit unzureichender Homogenität, Fig. 2 ein MMC-Gefüge, hergestellt gemäss der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 einen vollständig infiltrierten Stahl-/Al203-MMC- Ring, und
Fig. 4 eine noch unbearbeitete MMC-Platte.
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Keramik-Metall-Komposits, aufweisend in einer Metallmatrix 1 aufweisende Keramikpartikel 2. Aufgrund unzureichend abgestimmter Prozessparameter weist dieses Gefüge zum einen Poren 3 und/oder poröse Bereiche auf, und zum anderen
Ausscheidungen 5 von zum Beispiel Titancarbid. Solche lokalen Ausscheidungen in der Metallmatrix sind unerwünscht. Allerdings können derartige Ausscheidungen eventuell verschleisshemmend wirken, allerdings ist dann aber eine gleichmässige, flächige Verteilung feinster
Ausscheidungen dieser Phase in der Metallmatrix notwendig, d.h. der in Beispiel 2 beschriebene Homogenisierungsschritt ist durchzuführen.
Demgegenüber zeigt Figur 2 ein MMC-Gefüge, hergestellt gemäss der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise beschrieben in Beispiel 1. Die Metallmatrix 1 liegt homogen vor, und weist keinerlei Ausscheidungen einer Zweitphase auf. Figur 2 zeigt somit ein Beispiel für einen erwünschten bzw. angestrebten Zustand.
Die oben angeführten Ausführungen sowie die
Verfahrensbeispiele sollen lediglich dazu dienen, den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung beispielsweise näher zu erläutern und stellen keine Einschränkung des Grundgedankens dar. Grundsätzlich geht es ja darum, die Benetzbarkeit poröser Matrizes zu verbessern bzw. die Infiltration mittels metallischer Komponente oder Metalllegierungen, welche einen erhöhten Schmelzpunkt von über 1000°C aufweisen, zu ermöglichen. Bekanntlich ist eine drucklose Infiltration poröser Matrizes durch Metalle oder Legierungen ohne eine Aktivierung mit Titan- oder Chromverbindungen nicht möglich. Weiter hat es sich aus dem Stand der Technik gezeigt, dass die Infiltration von keramischen Materialien auf Basis Siliziumcarbid bei Temperaturen über 1000 °C, insbesondere bei der Verwendung von Eisen, Eisenbasislegierungen, Nickel oder Nickelbasislegierungen zur Zersetzung des keramischen Materials führt. Drucklose Infiltration, wie erfindungsgemäss beschrieben, bietet den Vorteil, komplexe Bauteile die auch stark unterschiedliche Wandstärken aufweisen, in einfachen und preiswerten Anlagen produzieren zu können. Druckinfiltrationsverfahren sind grundsätzlich auch ohne Aktivierung möglich. Der Vorteil der Aktivierung liegt hier allgemein in der Verbesserung des Benetzungsverhaltens zwischen Metall und Keramik. Dies führt zu einer verbesserten Benetzung und Anbindung und somit zu einer verringerten Rissbildung an den Metall- Keramik-Grenzflächen und damit zu Werkstoffen mit verbessertem Eigenschaftsprofil.
Als Fazit ergibt sich somit, dass es erfindungswesentlich ist, dass im Keramik-Metall-Komposit die Keramikkomponente wenigstens zu einem grossen Teil aus einem oxidischen Material besteht, wie einem reinen Oxid, Mischoxiden und gegebenenfalls Zusätzen von weiteren nichtoxidischen Keramiken, wie Siliziumcarbid, Bornitrid, etc. Weiter weist das erfindungsgemässe Komposit neben dem eingelagerten Metall bzw. der Metalllegierung, metallisches Titan und/oder Chrom und/oder Verbindungen davon auf, welche beispielsweise im Metall bzw. der Legierung eingelagert sein können.
Durch Reaktivinfiltration können MMCs aus Al203 und Eisenbasislegierungen hergestellt werden.
Infiltrationszeiten von wenigen Minuten bis zu Tagen sind möglich, da die keramische Komponente gegenüber der Legierung eine gute chemische Stabilität aufweist. Dies führt zu guter Anbindung zwischen Metall und Keramik, was besonders im Hinblick auf Verschleissfestigkeit wichtig ist. Es ist möglich, MMCs mit Infiltrationstiefen von wenigen mm bis zu einigen cm zu fertigen. Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wurden Demobauteile gefertigt, welche in den Figuren 3 und 4 dargestellt sind. Dabei zeigt Figur 3 einen vollständig infiltrierten Stahl/Al203-MMC- Ring 11 mit einem Aussendurchmesser von 75 mm, einen Innendurchmesser von 55 mm und einer Höhe von 16 mm direkt nach Infiltration mit anhaftendem Überschussmetall 12 sowie Tiegelrest. Figur 4 zeigt nach Entformen für mechanische Tests vorgesehene, noch unbearbeitete MMC-Platten 11 der Grosse 100x50x9 mm.
Eine Gefügeanalyse bestätigt die rissfreie Anbindung zwischen Keramik und Metall. Eine Reaktionsschicht am Interface-Keramik-Metall konnte nicht nachgewiesen werden, im Gefüge der MMCs finden sich in Abhängigkeit von der Haltezeit und Aktivierung der Preforms verschiedene Ti- reiche Phasen, die gegebenenfalls als Ti-Silizid oder in Form von TiO bzw. Ti02 vorkommen können, und welche möglicherweise verschiedene Stufen des zeitlichen Ablaufs der Reaktivinfiltration darstellen.

Claims

Patentansprüche:
1. Keramik-Metall- oder Metall-Keramik-Komposite bzw. Verbundwerkstoffe bestehend aus einer Keramikmatrix mit eingebetteten metallischen Komponenten oder aus in einer Metallmatrix eingebetteten Keramikpartikeln bzw. -Strukturen bzw. Haufwerken oder Schäumen, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial des mittels druckloser Infiltration hergestellten Komposits wenigstens zu Teilen als oxidisches Keramikmaterial vorliegt, und dass im Komposit weiter metallisches Titan und/oder Chrom und/oder Verbindungen davon als sogenannter Aktivator eingelagert sind.
2. Komposite nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidische Material ein reines Oxid, ein Mischoxid oder eine Mischung davon ist.
3. Komposite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass A1203 wenigstens im Wesentlichen als oxidisches Material vorliegt.
4. Komposite nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material nebst oxidischen Komponenten auch nichtoxidische Komponenten aufweist, wie Carbide, Nitride, Boride, etc.
5. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil des Aktivators Titan oder Chrom max. ca. 25
Gew.%, vorzugsweise 0,25 - 20 Gew.%, weiter bevorzugt ca.10 Gew%, bezogen auf die keramische Komponente, beträgt.
6. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikanteil 10 - 90 Vol% beträgt sowie als metallische Komponente, Eisen eine Eisenbasislegierung, Nickel oder eine Nickelbasislegierung vorliegt.
7. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidische Keramikkomponente mindestens ein Material, ausgewählt aus der nachfolgenden Liste enthält:
Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Chromoxid, Yttriumoxid und entweder polykristallin ohne oder mit einer Bindephase, wie z.B. Siliziumdioxid, oder monokristallin vorliegt.
8. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente bzw. Metalllegierung ausgewählt ist aus der nachfolgenden Liste:
Eisen oder Eisenbasislegierung (100 - 50 Gew.%) mit Zusätzen von Legierungselementen, wie:
- Nickel 0 - 40 Gew.%
- Chrom 0 - 40 Gew.%
- Molybdän 0 - 7 Gew.%
- Vanadium 0 - 3 Gew.%
- Wolfram 0 - 8 Gew.% - Mangan 0 - 2 Gew.%
- Silizium 0 - 6 Gew.% und/oder
- Kohlenstoff 0 - 2,5 Gew.%
oder Nickel oder Nickelbasislegierungen (100 - 50 Gew.%) mit Zusätzen von Legierungselementen wie:
- Molybdän 0 - 20 Gew.%
- Chrom 0 - 25 Gew.%
- Eisen 0 - 10 Gew.%
- Niobium 0 - 5 Gew.%
9. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bzw. die Metalllegierung einen Schmelzpunkt aufweist > als 1000°, vorzugsweise > als 1200°C, insbesondere ca. 1600°C.
10. Komposite bzw. Verbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bzw. die Metalllegierung, wie Eisen, Eisenbasislegierung, Nickel oder Nickelbasislegierung als Matrix vorliegt, in welcher oxidische Keramik, z.B. in Form von Partikeln enthalten ist.
11. Verfahren zur Herstellung von Keramik-Metall- oder Metall-Keramik-Kompositen bzw. Verbundwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oxidisches Keramikmaterial, welches als poröser oder verdichteter bindemittelhaltiger oder entbinderter Grünkörper oder als poröse, gesinterte Struktur, wie als Schaum, vorliegt, in welchem als Aktivator metallisches Titan und/oder Chrom vorliegt mit einer metallischen Komponente- oder Metalllegierung durch Infiltration versetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltration des Grünkörpers oder Keramikkörpers mit einer metallischen Komponente oder Metalllegierung unter Vakuum, vorzugsweise drucklos oder unter leichtem - mittlerem Druck erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des keramischen Vorkörpers bzw. Grünkörpers das oxidische Keramikmaterial mit einem Bindemittel und gegebenenfalls Wasser oder Alkohol sowie elementarem Titan und/oder Chrom vermischt und durch Verpressen zu einer dichten Pulverpackung bzw. einer Preform bzw. einem Grünkörper verdichtet wird, anschliessend gegebenenfalls getrocknet wird und schliesslich bei einer Prozesstemperatur von ca. 100 °C oder mehr über dem Schmelzpunkt des Metalls bzw. der Metalllegierung infiltriert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper, wie poröse Strukturen oder Schäume, aus mehr oder weniger stark gebundenen, dreidimensionalen Keramiknetzwerken besteht, worauf aus flüssigen Suspensionen auf die Keramikoberfläche bzw. die Poren elementares metallisches Titan und/oder Chrom aufgebracht wird, anschliessend unter inerter Atmosphäre der Binder ausgebrannt wird, worauf die so hergestellte poröse Matrix mit Ueberschuss an Metall bzw. einer Metalllegierung oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls oder der Legierung infiltriert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verwendung eines gesinterten Schaumes das Einbringen des Aktivators durch Infiltration eines Titan- Nanopulvers oder Chrom-Nanopulvers oder Titan/Chrom- Nanopulvergemisches erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die infiltrierenden Legierungen bzw. Metallkomponenten zusätzlich ebenfalls mit Titan- oder Chromverbindungen aktiviert werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltration bei Temperaturen durchgeführt wird, welche 100 - 200 °C, vorzugsweise etwa 150°C über dem Schmelzpunkt des zu infiltierenden Metalls bzw. der zu infiltrierenden Legierung liegen.
18. Verfahren zum Erhöhen der Benetzbarkeit einer Keramikmatrix zur Herstellung von Keramik-Metall-Kompositen bzw. Metall-Keramik-Kompositen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Keramikkörpers metallisches Titan und/oder Chrom eingeführt werden, welche die Benetzbarkeit der Grenzflächen im Keramikkörper durch die Metall omponente bzw. Metalllegierung erhöhen.
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