DE3425678C1 - Verwendung eines zerstäubten Schnellarbeitsstahles - Google Patents

Description

• Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit stellt die Verwendung des Verbundwerkstoffes für sogenannte Targets beim Kathodenzerstäuben oder für Elektroden beim lonenplattieren dar. Auf diese Weise kann der Verbundwerkstoff auf ein Substrat in homogener Form aufplattiert werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verwendung eines zerstäubten Schnellarbeitsstahles, dessen Teilchen als Kern mit einem oberhalb 16500C schmelzenden Werkstoff als Überzug versehen sind, für gesinterte Verbundwerkstoffe hoher Temperaturbeständigkeit und Warmhärte.

   Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Schnellarbeitsstahles für gesinterte Verbundwerkstoffe.

   Zahlreiche Materialien erfordern eine derart hohe Sintertemperatur, daß sie in der Praxis als nicht sinterbar anzusehen sind. Diese Materialien, z. B. Hartmetalle, wie WC oder TiN, aber auch z. B. SiC oder Si3N4, werden daher zum Sintern mit einem Bindemittel vermischt oder getränkt, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt aufweist, beispielsweise Eisengruppenmetalle, MgO oder SiO2. Dadurch wird eine Matrix erhalten, in die die Teilchen aus dem Hartmetall oder einem anderen Grundstoff eingebettet sind. Als Bindemittel werden dabei vor allem Eisengruppenmetalle verwendet. Diese Werkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, daß die einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisende Matrix die vorteilhaften Eigenschaften der Grundstoffe (z. B. hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Wärmehärte) teilweise zunichte macht.

   Beispielsweise beträgt der Schmelzpunkt von TiC ca.

   3100"C, von NbC 3600" C und von HfC ca. 39000 C, während der Schmelzbereich von SiO2 1470 bis 1700"C beträgt und die Schmelzpunkte der Eisengruppenmetalle Co, Fe und Ni ca. 1475 bzw. 1436 bzw. 1453"C betragen.

   Dies hat zur Folge, daß ein Werkstoff, dessen Matrix beispielsweise aus Co oder SiO2 besteht, nur einer relativ niedrigen Betriebstemperatur standzuhalten vermag.

   Um diesen nachteiligen Einfluß des Bindemittels entgegenzutreten, ist es aus der CH-PS 1 81 590 bekannt, den Anteil des Bindemittels zu vermindern, indem der Grundstoff lediglich mit einem Mantel aus dem Bindemittel, z. B. galvanisch, überzogen wird. Als Bindemittel werden dabei auch hochschmelzende Metalle, wie Chrom, verwendet. Aus der DE-OS 23 02 574 ist es bekannt, Oxide, Carbide und Boride von hochschmelzenden Metallen und Nichtmetallen als Grundstoffe durch Dampfniederschlagsverfahren mit einem Mantel aus hochschmelzenden Metallen, beispielsweise Wolfram oder Tantal, zu überziehen. Ferner sind sogenannte Schnellarbeitsstähle bekannt.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schnellarbeitsstahl-Sinterwerkstoff hoher Temperaturbeständigkeit und Wärmehärte bereitzustellen.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im einzigen Anspruch gekennzeichnete Verwendung gelöst.

   Die für das Sintern erforderliche Temperatur soll dabei im allgemeinen nicht höher als die Schmelztemperatur des Schnellarbeitsstahles sein. Weiterhin liegt zwischen den einzelnen Teilchen des Schnellarbeitsstahles eine im wesentlichen gleiche Dicke des oberhalb 16500C schmelzenden Materials vor. Dadurch wird eine hohe Homogenität des Werkstoffs erzielt.

   Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient eines Schnellarbeitsstahles beträgt 13 10-6 m/mK und ist damit in der Regel höher als der eines keramischen Materials. Beispielsweise beträgt der lineare Ausdeh- nungskoeffizient von Al2O3 4 bis 8 1 10-6 m/mK.

   Bei Sinterverbundwerkstoffen, bei denen die Keramikteilchen in einer Metallmatrix eingebettet sind, führen die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten im allgemeinen zu keinen Problemen, da einerseits die Keramikteilchen relativ klein sind und die metallische Matrix nachgiebig ist.

   Jedoch treten dann Schwierigkeiten auf, wenn der Grundstoff durch einen Schnellarbeitsstahl und die Bindephase durch ein Keramikmaterial gebildet werden.

   Da die Bindephase nicht nachgiebig ist, kommt es nämlich dann zu einem Reißen derselben infolge des Kerns mit dem größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten.

   Diese Schwierigkeiten sind erfindungsgemäß beseitigt, da das hauptsächlich verwendete keramische Material, mit dem die Stahlkerne ummantelt sind, nach dem Sintern keine Matrix bildet, vielmehr die Teilchen nur an ihren Berührungsstellen, d. h. Korngrenzen miteinander verbunden sind. Ein Reißen des keramischen Materials findet daher nicht statt.

   Erfindungsgemäß können die üblichen Sintermethoden angewendet werden. Beispielsweise kann je nach den Gegebenheiten ohne oder unter Druck gesintert werden; es kann eine Reaktionssinterung durchgeführt werden, desgleichen ein Diffusionssintern usw.

   Die erfindungsgemäß aus zerstäubten Schnellarbeitsstählen hergestellten Sinterwerkstoffe zeichnen sich durch eine besonders hohe Homogenität aus.

   Die Herstellung der ummantelten Teilchen kann beispielsweise durch CVD (Chemical Vapor Deposition) oder PVD (Physical Vapor Deposition) der Kernteilchen im Wirbelbett oder chemisch oder elektrochemisch in Lösung oder Suspension erfolgen. Der Mantel kann aus Oxidkeramik, Nichtoxidkeramik, Hartmetallen, interstitiellen Verbindungen, intermetallischen Phasen sowie Metallen bestehen, sofern sie einen Schmelzpunkt von oberhalb 16500C aufweisen, z. B. Cr, V, W, Hf, Nb usw., also ein refraktäres Material darstellen.

   Der erfindungsgemäß hergestellte Verbundstoff hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, z. B. für Werkzeuge zur spanabhebenden und spanlosen Metallbearbeitung.

   Weiterhin können die physikalischen, chemischen und tribologischeit Eigenschaften gezielt durch die Art, Zusammensetzung und Form der beiden Phasen gesteuert werden. So ist es beispielsweise möglich, die thermische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs durch entsprechende Wahl der Art der Bindephasen, der Größe und Form der Kerne und die Dicke des Mantels einzustellen, d. h. man kann den Verbundwerkstoff in Richtung eines Isolators bzw. eines thermisch gut leitenden Stoffes steuern.

   Vorzugsweise wird die Teilchengröße des Kerns auf 0,1 bis 50 um begrenzt und die des Mantels von einigen nm, also dem monoatomaren bzw. monomolekularen Bereich, bis 50 um, wobei die Dicke des Mantels jedoch höchstens ein Zehntel der Teilchengröße des Kerns betragen soll.