DE3690073C2

DE3690073C2 - Drucksinterverfahren

Info

Publication number: DE3690073C2
Application number: DE3690073A
Authority: DE
Inventors: Masaru Ogata; Shuichi Takeda
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2006-02-15
Also published as: DE3690073T; US4761262A; WO1986004890A1; JPH0791567B2; JPS61186404A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sintern eines Metall- oder Hartstoffpulvers oder einer Mischung derselben in einer Presse.

Sinterverfahren, welche ein pulverförmiges Ausgangsmaterial durch Sintern in einen Körper verwandeln, sind bereits vielfach verwendet worden für Metalle, Hartstoffe, Keramikmaterialien und daraus bestehende Verbundwerkstoffe.

Durch Sinterverfahren sollen vor allem Körper hergestellt werden, die dicht und kristallin sind. Drucksinterverfahren als Heißpressen oder hydrostatisches Heißpressen mit Drücken in der Größenordnung von 500 bar bzw. 2000 bar sind bekannt. Um das Erhitzen bei einem noch höheren Druck vorzunehmen, muß man eine Vorrichtung zur Erzeugung von Höchstdruck und hoher Temperatur verwenden, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung SHO 36 (1961)-23 463 beschrieben ist. Mit dieser Vorrichtung kann das Sintern bei einem Druck von mindestens 10 000 bar durchgeführt werden.

Wenn nach dieser Methode ein gesintertes Werkstück mit dichtem und feinem Gefüge durch Sintern eines Legierungspulvers oder einer nicht im Gleichgewicht befindlichen Phase unter einem Druck von mindestens 10 000 bar hergestellt werden soll, treten folgende Probleme auf:

1. Da diese Methode ein festes Druckmedium verwendet, fehlt die Möglichkeit zur Anwendung von hydrostatischem Druck, und der gesinterte Gegenstand zeigt Anisotropie.
2. Da eine Heizung außerhalb des zu behandelnden Materials angeordnet ist oder widerstandsbeheizt wird, erfordert die Vorrichtung eine sehr leistungsfähige Energiequelle.
3. Da kein geeigneter Werkstoff als elektrisch isolierendes feuerfestes Material verfügbar ist, ist das Erhitzen auf eine über 2000°C liegende Temperatur nicht leicht zu erreichen.
4. Da die Erhitzungsgeschwindigkeit gering ist, tritt Diffusion ein, und die Kristallkörner vergrößern sich im Verlauf der Temperaturerhöhung.

Zur Erzeugung hoher Temperaturen zum Schmelzen von Materialien ist auch die Thermit-Reaktion bekannt, also die Umsetzung von Aluminium- mit Eisenoxidpulver, wobei flüssiger Stahl entsteht, der eine Schweißstelle ausfüllt. Dabei tritt allerdings die Thermit-Mischung in Wechselwirkung mit der gebildeten Schmelze und beeinflußt deren Zusammensetzung. Die Anwendung thermochemischer Reaktionen ist auch aus "Pulvermetallurgie, Sinter- und Verbundwerkstoffe" (Hrsg. W. Schatt), 1. Auflage 1979, S. 44-46, bekannt für die Herstellung von Carbiden, Boriden, Nitriden und Siliciden, bei denen die thermochemische Reaktion im Pulvergemisch selbst abläuft, um aus diesem einen Hartstoff in fester, flüssiger oder gasförmiger Phase zu bilden, wobei die dichten, grob kristallinen oder lose gesinterten feinkristllinen Teilchen weiterverarbeitet werden sollen, vermutlich durch anschließendes Sintern zum Hartstoffprodukt.

Korngröße und Gefüge des Endproduktes sind jeweils nur schwer zu beeinflussen, und es können auch unerwünschte Gas- oder Luftblasen im Material verbleiben.

Im Hinblick auf den oben erwähnten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die angegebenen Nachteile zu beseitigen und Verfahren zum Sintern eines Metall- oder Hartstoffpulvers oder eines Gemisches derselben zu schaffen, indem eine Hochtemperaturerhitzung unter Höchstdruck durchgeführt wird, ohne daß Korrosion oder eine Verunreinigung des Sinterkörpers auftritt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Sintern in einer Presse, bei dem Metall- oder Hartstoffpulver oder Mischungen derselben im Zentrum der Presse angeordnet und von einer Sperrschicht umgeben werden, und das Ganze wiederum von einer an sich bekannten Thermit-Mischung umhüllt wird, die nach ihrem Zünden eine kurzfristige Temperaturerhöhung auf bis zu 3000°C und einen zusätzlichen hydrostatischen Druck bewirkt.

Die Sperrschicht besteht vorzugsweise aus hexagonalem Bornitrid und/oder Tantal.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet eine besonders vorteilhafte Anwendung auf ein Borid oder eine Mischung von wenigstens zwei Boriden oder Verbindungen auf der Basis von Boriden aus der Gruppe TiB₂, ZrB₂ und HfB₂.

Für das erfindungsgemäße Verfahren sollte das Pulver eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 µm haben.

Bei der Anwendung des Verfahrens auf Stoffe aus der Gruppe TiB₂, ZrB₂ und HfB₂ sollte der nach dem Zünden der Thermit- Mischung erhaltene Druck mindestens 10 000 bar betragen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die folgenden bemerkenswerten Wirkungen erhalten werden:

1. Da das Sintern unter Höchstdruck bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird, können hochschmelzende Stoffe, die sich nach üblichen Methoden nicht sintern ließen, dicht gesintert werden.
2. Da das Sintern schnell unter Höchstdruck erfolgt,wird ein Sinterkörper mit hoher Dichte ohne Wachstum der Kristallkörner erhalten.
3. Da das Sintern zum Erwärmen keine Energiequelle hoher Leistung erfordert und das Sintern selbst nach kurzer Zeit beendet ist, ist das Material des Druckgefäßes nur einer geringen Wärmebelastung unterworfen.
4. Man kann die Eigenschaften des hochdichten Sinterkörpers durch Veränderung der Zusammensetzung der Thermitmischung, deren Anordnung und das Volumen eines gegebenenfalls zwischen der Thermitmischung und dem zu sinternden Pulver anzuordnenden Isolators entsprechend regulieren.
5. Man kann einen Sinterkörper ohne Zusatz irgend eines feinstkörnigen keramischen Pulvers als Bindemittel herstellen, was bisher vielfach unmöglich war.
6. Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren mögliche Unterdrückung des Wachstums der Kristallkörner wird ein besonders zäher Sinterkörper erhalten.
7. Wegen der besonders hohen, von außen auf das Sinterpulver unter einem besonders hohen Druck einwirkenden Temperatur werden die Eigenschaften des feinstkörnigen Ausgangsmaterials und gegebenenfalls weiter zugesetzter Sintermittel wesentlich verbessert.
8. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Überzüge und Verbindungen aus Pulvern und festen Körpern aus Metall/Metall, Metall/Keramik, Keramik/Keramik in verschiedenen Formen erhalten werden.
9. Man kann auch vollkommen neue bisher nicht erhältliche Stoffe unter Höchsttemperatur und hohem Druck durch das erfindungsgemäße Verfahren synthetisieren.
10. Schließlich ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung des Mikrogefüges innerhalb eines Korns eines keramischen Pulvers und der Zusammensetzung der verschiedenen Elemente in der Nähe der Korngrenze möglich, womit eine Steuerung der Phasen, der Konfiguration des zusammengesetzten Korns und der Wärmebeständikeit an der Grenze des zusammengesetzten Korns erreicht werden kann, was nach bisherigen Verfahren nicht möglich ist.

Die beigefügte Zeichnung ist ein teilweise weggebrochener schematischer Querschnitt in Längsrichtung, der den Aufbau einer Höchstdruckvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Sinterverfahrens zeigt.

Wenn beispielsweise eine Mischung aus 1 Mol Fe₂O₃-Pulver und 1 Mol Al-Pulver gezündet wird, läuft die folgende Reaktion in weniger als 1 Sekunde unter rascher Abgabe von 854 kJ (204 kcal) Wärme bis zu Ende:

Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe

Indem man eine Thermitmischung rings um den Umfang eines dem Sntern zu unterwerfenden Pulvers anordnet, kann das Pulver in einer außerordentlich kurzen Zeit erwärmt werden. Außerdem wird durch die Reaktion die Thermitmischung geschmolzen, wodurch auf das Pulver ein hydrostatischer Druck ausgeübt wird. Da das Erwärmen in einer außerordentlich kurzen Zeit beendet ist, kann außerdem der zum Einschließen der Thermitmischung verwendete feuerfeste Werkstoff der hohen Erhitzungstemperatur widerstehen. Die Erhitzungstemperatur kann eingestellt werden durch Veränderung der Chargenmenge, der prozentualen Zusammensetzung oder der Art der Thermitmischung. Als reduzierendes Metallpulver können beispielsweise statt Al-Pulver Pulver von Si, Ti, Mg oder Ca benutzt werden.

Weiterhin können FeO, Fe₃O₄ oder andere ähnliche Oxide mit einer kleinen freien Bildungsenergie anstelle des Fe₂O₃ verwendet werden. Die Kombination eines Oxids mit einem Metall ist kein ausschließliches Erfordernis. Es ist zulässig, ein Carbid-, Nitrid- oder Boridpulver mit einer kleinen Bildungsenergie mit einem reduzierend wirkenden Metallpulver zu kombinieren. Eine Mischung, welche eine große chemische Reaktionswärme und außerdem eine Gasphase erzeugt, wie ein Sprengstoff, kann nicht verwendet werden.

Zwischen der Thermitmischung und dem zu sinternden Pulver wird eine Schicht von beispielsweise hexagonalem Bornitrid oder Tantal angeordnet, um zu verhindern, daß der gesinterte Gegenstand durch das Produkt der Thermit-Reaktion korrodiert wird.

Die Zündung der Thermit-Reaktion wird in üblicher Weise bewirkt.

Beispielsweise wird eine Thermitmischung, die aus 1 Mol Fe₂O₃ und 2 Mol Al besteht und unter 20 000 bar Druck gehalten ist, gezündet, wenn ein Teil derselben auf etwa 830 bis 1000°C erhitzt wird.

Beispiel 1

In einer zylindrischen Form von 22 mm Durchmesser wurden 7,0 g TiB₂-Pulver mit Teilchengrößen unter 44 µm kalt zu einer Scheibe gepreßt. Jeweils die Hälfte von 18,3 g einer Thermit-Mischung aus Fe₂O₃-Pulver und Al- Pulver im Molverhältnis 1 : 2 wurde in einer zylindrischen Form von 22 mm Durchmesser kalt gepreßt, um zwei Scheiben zu erhalten. Die TiB₂- Scheibe wurde unter Zwischenschaltung von dünnen Schichten von hexagonalem Bornitrid zwischen diesen zwei Scheiben angeordnet. Diese Anordnung wurde eingesetzt in eine Höchstdruck-Vorrichtung. Zylinder 1 und Ambosse 2 bilden eine Kammer zur Erzeugung von Höchstdruck. Die Dichtung 3 aus Pyrophyllit dient zur Druckabdichtung. Der Wärmeisolator 4 besteht auch aus Pyrophyllit. Kupferplatten 5, Ringe 6 aus Stahl, Stahlplatten (oder Molybdänplatten) 7 und keramische Wärmeisolatoren 8 dienen gemeinsam der Strom-Zuleitung zu einem zylindrischen Graphitheizrohr 9. Wärmeisolatoren 10 aus Pyrophyllit sowie ein Zylinder 11a und zwei dünne Scheiben 11b, die alle aus hexagonalem Bornitrid und/oder Tantal bestehen, verhindern eine Reaktion der Thermitmischungen 12 mit der Heizung und dem TiB₂-Preßkörper 13 und sorgen für ihre elektrische Isolierung.

Wenn auf einem Amboß eine Belastung aufgebracht wird, um in der Probenkammer einen Druck von 20 000 bar zu erzeugen, und Strom vom anderen Amboß zur Heizung geleitet wird, um die Probenkammer zu erwärmen, wird die Thermitmischung zu dem Zeitpunk gezündet, wo die Tempertaur der Probenkammer 920°C erreicht.

Die Zündung der Thermitmischung kann wahrgenommen werden durch eine Verringerung des elektrischen Widerstandes infolge eines scharfen Temperaturanstiegs, da der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands des Graphitkeizkörpers eine negative Zahl ist. Die Zündung kann auch festgestellt werden durch eine Verringerung des Abstands zwischen den Ambossen.

Unmittelbar nach der Zündung wird die Stromzufuhr zur Heizung abgeschaltet und der Preßkörper durch die Wärme der Thermit-Reaktion erhitzt. Die dabei erzeugte Wärmemenge betrug etwa 75,4 kJ (18 kcal). Aufgrund verschiedener bekannter thermodynamischer Daten wird die in der Druckkammer erreichbare höchste Temperatur auf 2590°C geschätzt. Die Thermit-Reaktion ist in weniger als 1 Sekunde beendet. Man läßt die Probe unter dem vorhandenen Druck 5 Minuten stehen, kühlt dann ab, hebt den Druck auf und öffnet zur Entnahme des TiB₂.

Der druckgesinterte Körper hat eine relative Dichte von mindestens 99%, gemessen mittels der Wasserverdrängung. Keiner der bisher erzeugten Gegenstände aus reinem TiB₂ zeigte eine so hohe Dichte.

Beispiel 2

Anhand der elektrischen Leitfähigkeit wurde bestätigt, daß das in Beispiel 1 erhaltene Werkstück aus gesintertem TiB₂ ein keramisches Werkstück war, das die gleiche elektrische Leitfähigkeit wie ein Metall zeigte. Es war mittels Elektronenstrahl leicht bearbeitbar.

Dieses Werkstück war außerordentlich hart und zeigte eine Knoop-Härte von 4100 kg/mm²; es konnte ohne weiteres Kratzer auf Hartmetall erzeugen.

Beispiel 3

Es wurde hier wie im Beispiel 1 vorgegangen, ausgenommen die Menge der Thermitmischung mit 36,7 g und der Druck von 10 000 bar. Die Thermit-Reaktion erzeugte eine Wärmemenge von etwa 146,5 kJ (35 kcal), woraus sich schätzen läßt, daß die erreichte Temperatur den Schmelzpunkt von TiB₂ (nach den bekannten Daten 2980°C) überstieg. Auch in diesem Beispiel wurde das TiB₂-Pulver in ein kompaktes gesintertes Werkstück umgewandelt.

Unter dem Mikroskop wurde gefunden, daß die Körner bis auf durchschnittliche Durchmesser von 100 bis 200 µm gewachsen waren. Da die Teilchen des Ausgangsmaterials Durchmesser von etwa 10 µm hatten, ergibt sich auch daraus der Schluß, daß die Erwärmung außerordentlich hoch war.

Beispiel 4

Gemäß Beispiel 1 wurden 20,0 g HfB₂-Pulver mit Teilchengrößen von höchstens 44 µm gesintert. Es entstand ein kompakter Sinterkörper befriedigender elektrischer Leitfähigkeit und so hoher Härte, daß er auf Hartmetall Kratzer erzeugte.

Beispiel 5

Gemäß Beispiel 1 wurden 11,3 g ZrB₂-Pulver mit Teilchengrößen von höchstens 44 µm mit 24 g einer Thermitmischung aus Fe₂O₃ und Al im Molverhältnis 1 : 2 gesintert. Die durch die Reaktion erzeugte Wärmemenge betrug etwa 96,3 kJ (23 kcal), woraus sich eine erreichte höchste Temperatur von 2640°C schätzen läßt; es entstand ein dichter Sinterkörper mit grauem Metallglanz. Er war ein guter elektrischer Leiter und hatte ein feines Gefüge ohne Kornwachstum; er war genügend hart, um auf Hartmetall ohne weiteres Kratzer zu erzeugen.

Beispiel 6

Aus dem gemäß Beispiel 5 erhaltenen Sinterkörper wurde ein Stab von 1,5 mm Dicke, 3 mm Breite und 20 mm Länge unter Verwendung einer Drahtschneidvorrichtung vom NC-Typ geschnitten, welche mittels Elektronenstrahl schneidet. Dieses Material ließ sich ebenso einfach wie Hartmetall schneiden; die Schnittfläche war glatt.

Im Vergleich mit üblichen Keramikmaterialien, wie Al₂O₃, ZrO₂ und Si₃N₄, welche elektrische Isolatoren sind und daher mit Diamanten bearbeitet und geschnitten werden müssen, sind die erfindungsgemäßen Sinterkörper ausgezeichnet mittels Elektronenstrahl zu bearbeiten; das ist außerordentlich wirtschaftlich. Wenn der ZrB₂-Stab auf Rot- bis Weißglut erhitzt wurde, zeigte er keine merkliche Veränderung aufgrund einer ausgezeichneten Wärme- und Oxidationsbeständigkeit.

Beispiel 7

In einer Form wurden 1,6 g Si₃N₄ mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,5 µm und einem α-Kristallisationsverhältnis von 90% zu einer Scheibe von 12,8 mm Durchmesser und 7,2 mm Dicke kalt gepreßt. Diese Scheibe wurde an der Oberseite, an der Unterseite und seitlich mit einem Tantal-Blech von 0,1 mm Dicke und mit hexagonalem Bornitrid sowie mit 10,1 g einer Thermitmischung aus Fe₂O₃ und Al in einem Molverhältnis von 1 : 2 umhüllt. Die Anordnung wurde in die gleiche Höchstdruckvorrichtung, wie in der Figur gezeigt, eingesetzt. Der Innendruck wurde auf 10 000 bar erhöht und das Thermit gezündet. In diesem Beispiel betrug die Wärmemenge der Thermit-Reaktion 41,9 kJ (10 kcal).

Der so erhaltene Sinterkörper war eine dichte Scheibe mit 11,7 mm Durchmesser, weil der Preßkörper in radialer Richtung geschrumpft war. In der Höchstdruckvorrichtung, in der der Druck durch die senkrecht gegenüberliegenden Ambosse ausgeübt wird, dehnt sich das Material im allgemeinen in radialer Richtung senkrecht zur Druckrichtung geringfügig aus. Die hier beobachtete radiale Schrumpfung geht darauf zurück, daß die rings um die Scheibe angeordnete Thermitmischung durch die Zündung geschmolzen wurde und einen hydrostatischen Druck ausübte. Der Sinterkörper hatte eine relative Dichte von mindestens 97%. Mittels Röntgenbeugungsmessung wurde eine durchgehende Phasenumwandlung in β-Kristalle festgestellt.

Beispiel 8

Bei dem Verfahren nach Beispiel 1 wurde die Menge der Thermitmischung verdoppelt. Man erhielt einen Sinterkörper mit einer relativen Dichte von mindestens 97%. Ein Röntgenbeugungsbild zeigte das Auftreten von β-Phase und α-Phase, beide in hohen Prozent-Anteilen. Die α-Phase ist bei niedrigen Temperaturen und die β-Phase bei hohen Temperaturen stabil. Das Auftreten dieser zwei Phasen zeigt, daß, obgleich die in diesem Beispiel erzeugte Wärmemenge größer als im Beispiel 7 war, der Preßkörper eine niedrigere Temperatur erreichte. Eine mögliche Ursache für diese niedrigere Temperatur ist eine wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Si₃N₄ stark erhöhte Oberflächentemperatur des Si₃N₄; das zwischen das Si₃N₄ und die Thermitmischung eingeschaltete hexagonale Bornitrid und die Oberflächenschicht des Si₃N₄ wurden bei der Behandlung verdampft und ergaben eine adiabatische Gasphase. Die Ergebnisse können bedeuten, daß bei einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit beim Sintern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abmessungen des Sinterkörpers engere Grenzen haben müssen. Obgleich dieser Umstand einen gewissen Nachteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet, beeinträchtigt er nicht den Haupteffekt, daß nämlich ein Sinterkörper aus reinem Si₃N₄ ohne Verwendung irgendeines Bindemittels erhalten werden kann.

Beispiel 9

Bei 20 000 bar Druck wurden 9 g einer Mischung aus 5 Gew.-% Y₂O₃, 3 Gew.-% Al₂O₃ und Rest Si₃N₄ mit 97 g einer Thermitmischung aus Fe₂O₃ und Al in einem Molverhältnis von 1 : 2 gesintert, die in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 angeordnet waren. Man erhielt eine gesinterte Scheibe, deren Vickers-Härte 1950 kg/mm² betrug.

Si₃N₄ kann unter Atmosphärendruck unter Verwendung eines Sinterhilfsmittels, wie Y₂O₃, Al₂O₃ oder MgO, gesintert werden. Ein Sinterkörper der gleichen Zusammensetzung wie in diesem Beispiel, der in Stickstoffatmosphäre unter 1 bar Druck bei 1750°C erhalten wurde, hatte eine Vickers-Härte von 1300 bis 1400 kg/mm². Der Vergleich zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Härte wesentlich erhöht.

Der KIC-Wert des Sinterkörpers, bestimmt durch die sogenannte Mikroeindruckmethode, welche die Reißfestigkeit mißt durch die Länge eines Risses, der von der Ecke einer während der Vickers-Härteprüfung erzeugten Druckmarke unter einer großen Last erzeugt wird, betrug 1 bis 10 MNm^-3/2, eine Zähigkeit etwa zweimal so groß wie die Zähigkeit (4,5 bis 5,5 MNm^-3/2) des unter Atmosphärendruck erzeugten Sinterkörpers.

Wenn Si₃N₄ in Gegenwart eines Sinterhilfsmittels gesintert wird, wie in diesem Beispiel, tritt ein erhebliches Kristallwachstum ein, da das Sintern mit flüssiger Phase erfolgt. Wenn beispielsweise die Primärteilchengröße von Si₃N₄ 0,5 µm ist, erreichen die Si₃N₄- Körner im Sinterkörper eine bis zu fünf- bis zehnmal größere Korngröße. Dieses Kornwachstum tritt sowohl unter Atmosphärendruck als auch unter Höchstdruck auf.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltener Sinterkörper aus Si₃N₄ zeigte unter dem Elektronenmikroskop praktisch keine Vergrößerung seiner ursprünglichen Teilchengröße von etwa 0,5 µm.

Beispiel 10

In der Vorrichtung gemäß der Figur wurden 20 g eines Pulvers eines Hochgeschwindigkeitsstahls entsprechend JIS SKH 57 mit 25 g einer Thermitmischung aus Fe₂O₃ und Si in einem Molverhältnis von 2 : 3 unter einem Druck von 10 000 bar erhitzt, indem man einem Graphitheizkörper Strom zuleitete. Die Thermitmischung zündete zu dem Zeitpunkt, als die Temperatur des Preßkörpers 480°C erreichte.

Die von der Thermit-Reaktion gelieferte Wärmemenge betrug 70 kJ (16 kcal). Die Reaktionsgeschwindigkeit war geringer als bei der Thermitmischung mit Aluminium. Der Sinterkörper wurde unter Aufrechterhaltung des Drucks nach der Zündung 5 Minuten stehen gelassen und dann der Druck aufgehoben. Man erhielt einen dichten Sinterkörper aus Hochgeschwindigkeitsstahl. Seine relative Dichte betrug 100%. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also ein dichter Sinterkörper aus Stahl in kürzester Zeit erhalten werden.

Beispiel 11

In einer Hochenergie-Kugelmühle wurde Pulver aus rostfreiem Ferritstahl aus 18 Gew.-% Fe, 2 Gew.-% Cr und Rest Mo mit 2 Volumenprozent γ-Aluminiumoxidteilchen von nicht mehr als 0,1 µm Teilchengröße 20 Stunden gemischt, um die kristallinen Ferritteilchen auf unter 1 µm zu zerkleinern und das Aluminiumoxid gleichmäßig darin zu verteilen.

In eine Vorrichtung gemäß der Figur wurden 20 g des Pulvergemischs eingefüllt, gezündet und unter 20 000 bar Druck gesintert. Statt des Graphitheizkörpers des Beispiels 10 wurde ein Draht aus Fe-Al-Legierung mit 1 mm Durchmesser durch den Dichtungsteil eingeführt und in Berührung mit der aus Fe₂O₃ und Si bestehenden Thermitmischung gebracht. Die Zündung erfolgte mittels Stromzuführung durch den Draht.

Die Vickers-Härte des Sinterkörpers betrug 860 kg/mm² bei RT, 310 kg/mm² bei einer Temperatur von 800°C sowie 720 kg/mm² nach einstündigem Tempern. Wegen der raschen Erhitzung unter Höchstdruck war der Sinterkörper außerordentlich feinkörnig. Unter einem Mikroskop wurde bei tausendfacher Vergrößerung kein Aluminumoxid gefunden; die Kristallkorngröße des rostfreien Stahls war nicht leicht zu messen.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden zur Herstellung von Sinterkörpern aus Keramik auf der Basis von Oxiden von Al, Mg, B, Zr, Y, Th, Ti, Hf, Cr, La, Sm und Er, von Nitriden von Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Si, Th und U, von Karbiden von Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Si, W, Mo und Cr, und von Boriden von C, Al, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Sc und Y.

Die Methode ist auch brauchbar, um hochschmelzende Metalle, wie W und Mo, dicht zu sintern.

Infolge ihrer hohen Härte, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit können die Sinterkörper als warm-, korrosions- und abriebfest beispielsweise in Schneidwerkzeugen verwendet werden. Wegen ihrer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit und Warmfestigkeit können sie in Heizelementen für hohe Temperaturen, in elektrischen Kontakten und Elektronenmaterialien verwendet werden. Wegen einer befriedigenden elektrischen Leitfähigkeit können sie durch Elektronenstrahl bearbeitet werden. Da sie auch einen großen Neutroneneinfangquerschnitt haben, sind sie als Neutronenabschirmungen in Kernreaktoren brauchbar.

Sinterkörper aus Si₃N₄ zeichnen sich durch hohe Härte und hohe Zähigkeit aus und bieten somit beste Voraussetzungen für die Verwendung als Schneidwerkzeuge mit längerer Lebensdauer als üblich. Die Sinterkörper aus Hochgeschwindigkeitsstahl und feinkörnigem rostfreiem Stahl sind ausgezeichnete Werkstoffe für Werkzeuge, da sie korrosionsfest, erosionsfest und wärmebeständig sind.

Bei der Ausführung der Erfindung ist der angewandte Druck zweckmäßigerweise so hoch wie möglich. Das bedeutet aber nicht notwendigerweise, daß der Druck auf Höchstdruck von über 10 000 bar beschränkt ist; auch ein Betriebsdruck in der Größenordnung von mehreren 100 bar ist brauchbar.

Claims

1. Verfahren zum Sintern in einer Presse, bei dem Metall- oder Hartstoffpulver oder Mischungen derselben im Zentrum der Presse angeordnet und von einer Sperrschicht umgeben werden, und das Ganze wiederum von einer an sich bekannten Thermit-Mischung umhüllt wird, die nach ihrem Zünden eine kurzfristige Temperaturerhöhung auf bis zu 3000°C und einen zusätzlichen hydrostatischen Druck bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus hexagonalem Bornitrid und/oder Tantal besteht.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ein Borid oder eine Mischung von wenigstens zwei Boriden oder Verbindungen auf der Basis von Boriden aus der Gruppe TiB₂, ZrB₂ und HfB₂.