DE1671095A1 - Oxide ceramic product with high mechanical strength - Google Patents

Description

Oxidkeramisches Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit Die Erfindung bezieht sich auf ein oxidkeramisches Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit auf der Basis von A1203, gegebenenfalls mit Zusätzen von bis zu 1 % MgO, M9F2 und/oder Si02 und/oder bis zu 5 % Cr203, Fe203 und/oder T1203.Oxide ceramic product with high mechanical strength The invention refers to an oxide ceramic product with high mechanical strength based on A1203, optionally with additions of up to 1% MgO, M9F2 and / or Si02 and / or up to 5% Cr203, Fe203 and / or T1203.

Für hohe und höchste Schneidgeschwindigkeiten verwendet man als Schneidwerkstoff Hartmetalle auf Xetallkarbid-Hilfsmetallbasis, in neuer Zeit aber auch sog. Schneidkeramik in Plättchenform. Die bekannten Schneidkeramikplättchen bestehen entweder aus praktisch reiner Tonerde (97 - 99,5 % A1203) und geringen, unter 3 % liegenden Zusätzen von Or203, Mg0 bzw. S102 und weisen eine Biegebruchfestigkeit zwischen 20 und 45 kp/mm2 auf, oder sind Plättchen aus-Korundmassen, die gewöhnlich ca. 5 - 10 % Karbide, z.B. TiC, WC, i@io2C enthalten (sog. Karbidschneidkeramik). Man hat auch schon Zusätze anderer Hartstoffe, wie z.B. von Boriden, Nitriden und Siliziden vorgeschlagen. Die Biegebruchfestigkeit dieser meist dunkel gefärbten, etwas besser wärmeleiterden, zäheren Keramiken liegt üblicherweise zwischen 35 und 55 kp/mm2.It is used as a cutting material for high and very high cutting speeds Hard metals based on xetallic carbide auxiliary metal, but recently also so-called cutting ceramics in platelet form. The known ceramic cutting plates either consist of practical pure clay (97 - 99.5% A1203) and small, less than 3% additions of Or203, Mg0 or S102 and have a flexural strength between 20 and 45 kp / mm2 on, or are platelets made of corundum, which usually contain about 5 - 10% carbides, e.g. Contains TiC, WC, i @ io2C (so-called carbide cutting ceramics). You also have additives other hard materials, such as borides, nitrides and silicides. The bending strength of these mostly dark colored, somewhat better heat conductors, tougher ceramics is usually between 35 and 55 kp / mm2.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines oxidkeramischen Produktes mit hoher Festigkeit auf der Basis von A1203, gegebenenfalls mit Zusätzen bis zu 1 % Mg0, MgF2 und/oder S'02 und/oder bis zu 5 ;b Cr203, Fe 203 und/oder T'203, dessen mechanische Festigkeit wesentlich höher liegt und das sich deshalb z.B. in Plqttchenform weit besser als die bekannten oxidischen Produkte zum Schneiden von harten Werkstoffen mit hohen und höchsten Schneidgeschwindigkeiten eignet.The object of the invention is to create an oxide ceramic product with high strength based on A1203, optionally with additives of up to 1% Mg0, MgF2 and / or S'02 and / or up to 5; b Cr203, Fe 203 and / or T '203, the mechanical strength of which is considerably higher and which is therefore, for example in the form of small plates, far better suited than the known oxidic products for cutting hard materials at high and extremely high cutting speeds.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch den Zusatz von 0,02 bis 1 %, vorzugsweise 0,05 bis 0,4 % B203 zu den genannten Ausgangsmassen.This object is achieved according to the invention by adding 0.02 up to 1%, preferably 0.05 to 0.4%, of B203 in relation to the starting materials mentioned.

Man kann das Erfindungsprinzip, nämlich den Zusatz von 0,02 - 1 g&, vorzugsweise 0,05 - 0,4 % B203 auch auf ein anderes oxidisches Produkt, nämlich ein solches an sich bekanntes auf der Basis von A1203, gegebenenfalls mit Zusätzen von 2 - 15 % Hartstoffen, wie Karbiden, Boniden, Siliziden und Nitriden oder Mischphasen dieser Hartstoffe anwenden und erhält auch hier eine wesentlich erhöhte Festigkeit und damit ein Produkt, das sich in Plättchenform insbesondere zum Schneiden harter Werkstoffe mit hoher und höchster Schneidgeschwindigkeit eignet.One can use the principle of the invention, namely the addition of 0.02 - 1 g &, preferably 0.05-0.4% B203 as well another oxidic product, namely one known per se on the basis of A1203, possibly with Additions of 2-15% hard materials such as carbides, bonids, silicides and nitrides or use mixed phases of these hard materials and also get a significant here increased strength and thus a product that is in platelet form in particular suitable for cutting hard materials with high and maximum cutting speed.

Neben einer beträchtlichen Verbesserung der mechanischen Festigkeit durch das Verfahren nach der Erfindung ergibt sich der weitere Vorteil, daß nach diesem Verfahren hergestellte oxidische Produkte auch gerade die bei diesen sonst übliche große Schwankungsbreite und schlechte Reproduzierbarkeit der Biegebruchfestigkeitswerte wesentlich verringert bzw. verbessert aufweisen.In addition to a considerable improvement in mechanical strength by the method according to the invention there is the further advantage that after Oxidic products manufactured using this process also apply to those otherwise The usual large fluctuation range and poor reproducibility of the flexural strength values have significantly reduced or improved.

Bei der metallographischen Betrachtung der erfindungsgemäß hergestellten Legierungen fällt das besonders feine Bruchgefüge auf, was darauf hinweist, daß der Zusatz von Borsäure und bonsäurehaltigen Oxiden sehr stark kornwachstumshemmend wirkt.In the metallographic examination of those produced according to the invention Alloys have a particularly fine fracture structure, which indicates that the addition of boric acid and oxides containing boric acid very strongly inhibits grain growth works.

Ein weit Exner unorvrarteter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit, die Sintertemperatur um etwa 100 - 200o0 senken zu können. So kann beispielsweise statt bei 1 700°C - 1 800°C schon bei 1 600o0 - 1 70000 eine Dichtsinterung°ohne unerwünschtes Kornwachstum erzielt werden.A far more unexpected advantage of the method according to the invention is the possibility of being able to lower the sintering temperature by about 100-200 °. For example, instead of at 1 700 ° C - 1800 ° C even at 1 600o0 - 1 70000 a dense sintering ° can be achieved without undesirable grain growth.

Darüber hinaus scheint es auch, daß Borsäure und Borate einen Kornreinigungseffekt bewirken, wodurch sich ein sehr guter A1293 -Kornverband ergibt. A1203 bildet z.B. die Verbindung 9 A1203. 2 B203, die bei sehr feiner Dispersion in der Grundmasse das Kornwachstum einerseits wirkungsvoll hemmt und andererseits als vorübergehend auftretende flüssige Phase die Sinterung erleichtert und die Sintertemperatur senkt.In addition, it also appears that boric acid and borates have a grain cleaning effect effect, resulting in a very good A1293 grain association. A1203 forms e.g. the connection 9 A1203. 2 B203, the one with a very fine dispersion in the base material on the one hand effectively inhibits grain growth and on the other hand as temporary occurring liquid phase facilitates sintering and lowers the sintering temperature.

Aufgrund eingehender Versuchsreihen wurde festgestellt, daß die Biegebruchfestigkeit auf 60± 5 kp/mm2, in Sonderfällen sogar auf 70± 5 kp/mm2 angehoben werden kann. Diese Werte zeigen auf der einen Seite deutlich die Erhöhung der Biegebruchfestigkeit, lassen auf der anderen Seite aber auch eine starke Einengung der Schwankungsbreite erkennen.On the basis of detailed series of tests it was found that the flexural strength can be increased to 60 ± 5 kp / mm2, in special cases even to 70 ± 5 kp / mm2. On the one hand, these values clearly show the increase in flexural strength, on the other hand leave a strong narrowing of the fluctuation range recognize.

Die Wirkung des Borsäurezusatzes tritt auch bei Schneidkeramiken auf, die bereits die eingangs erwähnten kleinen Zusätze von MgO,.M9F2 und 0r203 unter 1 p aufweisen. Die. vorteilhafte Wirkung des Zusatzes von B203 oder B203-haltigen Stoffen tritt auch bei A1203-Keramiken auf, die größere Mengen Karbide, Nitride, Boride, Silizide usw. enthalten, wie es z.B. bei einigen Schneidkeramiken der Fall ist. Als besonders günstig erweist sich der Borsäurezusatz bei Hartstoffzusätzen von Or302, HfC, TiC, TaC, TaB2 und OrB2.The effect of the addition of boric acid also occurs in cutting ceramics, the already mentioned small additions of MgO, .M9F2 and 0r203 under 1 have p. The. beneficial effect of the addition of B203 or Materials containing B203 also occur in A1203 ceramics that contain larger amounts of carbides, Contain nitrides, borides, silicides, etc., as is the case with some cutting ceramics, for example the case is. The addition of boric acid has proven to be particularly beneficial in the case of hard material additives of Or302, HfC, TiC, TaC, TaB2 and OrB2.

Besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es, wenn diese Hartstoffe in Form von Submikron-Pulvern in einer Korngröße von 0,1 - 0,01!u eingeführt werden. Diese feinkörnigen Hartstoffe werden am besten durch Reaktion in einem Plasmabrenner gewonnen.It is particularly advantageous for the purposes of the invention if these hard materials in the form of submicron powders with a grain size of 0.1-0.01! u. These fine-grained hard materials are best produced by reaction in a plasma torch won.

Während die üblichen Schneidkeramiken wegen ihrer geringen Biegebruchfestigkeit nur in Verbindung mit _ Klemmwerkzeugen gebraucht werden körnen, lassen sich die gemäß der Erfindung hergestellten Keramiken nach Metallisierung mit einem der an sich bekannten Verfahren leicht durch löten mit passenden Werkzeugschäften verbinden.While the usual cutting ceramics because of their low bending strength can only be used in conjunction with _ clamping tools, the ceramics produced according to the invention after metallization with one of the known methods can be easily connected by soldering with suitable tool shanks.

Beispiel 1 0,05 % B203 in wenig Wasser gelöst werden mit Azeton weiter verdünnt, mito4-Tonerde naß vermengt und-unter Abdampfen des Azetons homogenisiert. Anschließend wird das zu Platten ausgepreßte Gemenge bei 1 600o0 in Sauerstoff oder Luft normal gesintert. Die Biegebruchfestigkeit betrug 60 ± 5 kp/mm2.EXAMPLE 1 0.05% of B203 dissolved in a little water is diluted further with acetone, wet-mixed mito4 clay and homogenized with evaporation of the acetone. The mixture, which has been pressed into plates, is then sintered normally at 1,600 ° C. in oxygen or air. The bending strength was 60 ± 5 kp / mm2.

Ähnliche Werte für die Biegebruchfestigkeit ergeben sich beim Einsatz von 0,02 bis 1 9b B203. Die Schwankungsbreite liegt bei ± 5 kp/mm2.Similar values for the flexural strength result in use from 0.02 to 19b B203. The fluctuation range is ± 5 kp / mm2.

Beispiel 2 0,3 % B203 in wenig Wasser gelöst werden mit Azeton weiter verdünnt, mitd-Tonerde und 10 y6 TiO und TaC und WC-Mischkristallen vermengt. Unter Zerreiben wird das Azeton abgedampft. Die Normalsinterung erfolgt unter Stickstoff oder im Vakuum bei 1 650°C.Example 2 0.3% B203 is dissolved in a little water with acetone further diluted, mixed with d-alumina and 10 y6 TiO and TaC and WC mixed crystals. Under The acetone is evaporated off by trituration. Normal sintering takes place under nitrogen or in a vacuum at 1,650 ° C.

Die Biegebruchfestigkeit betrug 65 ± 5 kp/mm2. Beispiel 3 Feinated6-Tonerde wird mit 2 % CrB2, 0,3 % M9F2 und 0,15 % B203 versetzt. Die weitere Behandlung und Sinterung erfolgt wie in Beispiel 2. Die Biegebruchfestigkeit betrug 55 ± 5 kp/mm2.The bending strength was 65 ± 5 kp / mm2. Bei Piel 3 Feinated6-alumina is mixed with 2% CrB2, 0.3% and 0.15% M9F2 B203. The further treatment and sintering take place as in Example 2. The bending strength was 55 ± 5 kp / mm2.

Die erfindungsgemäßen oxidkeramischen Produkte eignen sich außer für die .Anwendung als Schneidkeramik auch noch für mechanisch stark beanspruchte Bauteile, wie Pumpen, Gleitringe, Spikes, Fadenführer, Matrizen usw.; mechanisch und thermisch hochbeanspruchte Isolierteile, Gleichrichtergehäuse, Meßköpfe usw.The oxide ceramic products according to the invention are also suitable for the .application as cutting ceramics also for mechanically highly stressed components, such as pumps, slip rings, spikes, thread guides, dies, etc .; mechanical and thermal highly stressed insulating parts, rectifier housings, measuring heads, etc.

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü o h e 1. OxidkeraTTischeB Produkt mit lioh(--r neaharis cher Festigkeit auf ddr Basis von A12,03, gegetenenfalls mit Zusätzen bis zu 'i % Toga, T49'2 und/oder Sio2 und/oder bis 2u 5 % CrL 203, Fe203 iuiä"/odc-:r T1203, g e -k e n n z e i c h n c t durch eln,#ii Zusatz von 0,02 - 1 %, vorzugswEi.sE 0,05 - 0,4 2 3 2. Oxidkeramisches r-rodukt mit Lohe# mechanir cher Festigkeit: auf der Basis vcn c 'i falls mit Zusätzen von 5 - 15 f,r;to.fi`en,wie Larbide, Boride, Suizide und Nitride oder pbar-en dieser Ilartstoffe _. e Im E x) n z e i o h ri e t durch einen Zueatz @: c@n O c:-= - 1 , v orzugsweise 0,05 - 0,4 % B203. 3, Ox.ldkeramisclies Produkt. naol> An,". dadiii ü'li:: g- k e il n z e i c h xr s_ da!'. .i: In Menge von ^ - 15: zugese@t.:f't Es: läz a z, t cf`fe in Y"--ingrUen von 0,1 - c@@ G1 'acz° c g i@ n e t, daß es eine oder mehrere metallisierte Flächen zum Auflöten von Werkzeugschäften aufweist.P atent claims ohe 1. Oxide ceramic tablesB Product with lioh (- r neaharic strength on a ddr basis of A12.03, if necessary with additions of up to 1% Toga, T49'2 and / or Sio2 and / or up to 2u 5% CrL 203, Fe203 iuiä "/ odc-: r T1203, marked by eln, # ii addition of 0.02 - 1%, preferably 0.05 - 0.4 2 3 2. mechanical strength: on the basis of c'i if with additions of 5 - 15 f, r; to.fi`en, such as larbide, boride, suicide and nitride or pbar-en of these substances _. e In the E x) nzei oh ri et by a Zueatz @: c @ n O c: - = - 1, preferably 0.05-0.4% B203.3 , Ox.ldkeramisclies product. naol> An, ". dadiii ü'li :: g- ke il nzei ch xr s_ da! '. .i: In a set from ^ - 15: zuese @ t.: f't Es: läz az, t cf`fe in Y "- ingrUen from 0.1 - c @@ G1 'acz ° cgi @ net that it has one or more metallized surfaces for soldering tool shanks.