DE1072182B

DE1072182B - Process for the production of ceramic composites

Info

Publication number: DE1072182B
Application number: DENDAT1072182D
Authority: DE
Inventors: Eisenach Dr.-Inig. Curt Agte (Thur.), Rudolf Kohlermann, Immelborn (Thur.), und Walter Dübel, Roßdorf (Rhön)
Original assignee: VEB Hartmetallwerk Im'meib'orn, Imirmel'born (Thur.)
Publication date: 1959-12-24

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

kl. 80 b 8/18kl. 80 b 8/18

INTERNAT KLINTERNAT KL

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT 1072182EXPLAINING EDITORIAL 1072182

V 14636 IVc/80 bV 14636 IVc / 80 b

ANMELDETAG. 2 J U L I 1 9 5 8REGISTRATION DAY. 2 J U L I 1 9 5 8

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT 24 DEZEMBER 1959NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL DECEMBER 24, 1959

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen, bestehend aus einem Gemisch aus 40 bis 90% Al₂O₃, Rest ein oder mehrere Metallkarbide wobei der karbidische Anteil ganz odti /um Teil durch Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann insbesondere zur Bestückung von Zerspanungswerkzeugen Die nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffe zeichnen sich insbesondere durch eine relativ hohe Biegtbruchfestigkeit gute Wärmeleitfähigkeit und gute Temperaturwechselfestigkeit ausThe invention relates to a method for the production of ceramic composite materials, consisting of a mixture of 40 to 90% Al ₂ O ₃ , the remainder one or more metal carbides, the carbide portion being completely or partially replaced by borides and / or nitrides, in particular for Equipping of cutting tools The composite materials produced by the method according to the invention are characterized in particular by a relatively high flexural strength, good thermal conductivity and good thermal shock resistance

In neuerer Zeit kommt den keramischen Verbund werkstoffen in dem Bestreben insbesondere die Zer spanungstechnik im Hinblick auf die Anwendung höherer Schnittgeschwindigkeiten und die Erreichung großerei Stand/eiten weiter zu entwickeln, größere Bedeutung 7U Es ist auch schon eine Reihe von keramischen Werk/eugstoffm unterschiedliche Zusamme nset/ung bekannt die sich fur 7erspanungs /wecke eignen So sind beispielsweise keramische Werk7eugstoffe bekanntgeworden, die ganz oder zu 85°/o und mehr aus Aluminiumoxyd als Grunelkompo nente bestehen und als weitere Komponente oxydische und/oder sihkatischt /usatze enthalten, wobei die oxydischen und/odei silikattschen Zusätze Mischoxyde bzw eine Glasphase, die die Al₂O₃-Korner vei kittet, bilden Es sind oxydische Zusat/e bekannt die mit eiern Grundoxyd Mischoxyde bilden, wie beispielsv,eise Ci₂O^ welches in Verbindung mit Al₂O₃ »Sinterrubin« ergibt Weiter ist bekannt, der Grund komponente Al₂O, Magmsiumfluond /uzuset/en, welches bei der Sinterung ebenfalls eine Glasphase blickt Es wurde auch schon ν01 geschlagen der oxydischen GrundkoniponeiiU /ui Erhöhung der Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit und /ur Verringt rung dei Porosität metallische /usat/e bti/ugtben, wobei diesen Zusätzen die Funktion eines Bindemittels zwischen den hatte η Oxvdteilchen /ukonimcn sollIn recent times, ceramic composite materials have come to develop further in the effort, in particular, of machining technology with a view to the use of higher cutting speeds and the achievement of large-scale standards For example, ceramic materials have become known which consist entirely or 85% or more of aluminum oxide as the basic component and contain oxidic and / or sihcatetic additives as a further component, with the oxidic and / Odei silicate tschen additives mixed oxides or a glass phase, the Al ₂ O cements ₃ -Korner vei form are oxidic additives food / e known which form with eggs Grundoxyd mixed oxides as example V, else Ci ₂ O ^ which in conjunction with Al ₂ O ₃ "sintered ruby" results. It is also known that the basic component Al ₂ O, magnesium fluoride / uzet / en, which in The sintering process also has a glass phase. The basic oxide structure has already been found to increase the toughness and thermal conductivity and reduce the porosity of metallic materials, these additives having the function of a binding agent between the oxide particles / ukonimcn shall

Diese Alt von keramischen Verbundwerkstoffen ist im angelsächsischen Sprachgebi auch unter der Be /eichnung »Cermets« bekanntgeworden Nachteilig an diesen Ve ι bundwirk stoffen ist daß sie als Werkzeugstoff nur unter solchen Zerspanungsbedingungen im besonderen Sehnittgcschvvindigkeittn eingesetzt werden können wie sie bei den modernen Sinterhart metallsorten üblich sind da die dutch den Metallzu satz verbesserte Zähigkeit mit einer Verringerung der Verschleißfestigkeit gemessen an den Eigenschaften dei reinen keiamischen Weikstoffe -verbunden ist Um diesen Nachteil /u beseitigen wurde auch schon voi geschlagen dei aus Al₂O₁ bestehenden oxydischen Gi undkomponente Metallkarbide von Metallen der 4, 5 und 6 Gruppe des Peuodischen Systems einzeln odei gemischt /u/ugeben und /wat im allgemeinen in Verfahren zur Herstellung
keramischer VerbundwerkstoffeThis old ceramic composite material has also become known in the Anglo-Saxon language under the designation "cermets". The disadvantage of these composite materials is that they can only be used as tool material under such machining conditions with special cutting speeds as are common with modern sintered hard metal types since the dutch the metal to set improved toughness with a reduction in wear resistance considering its properties dei pure keiamischen Weikstoffe -connected this drawback / u eliminate was dei already voi struck from Al ₂ O ₁ existing oxide Gi andComponent metal carbides of metals of the 4 , 5 and 6 group of the Peuodic system individually or mixed / u / ugeben and / wat in general in processes of preparation
ceramic composites

Anmelder·Applicant

VEB Hartmetallwerk Immelborn,
Immelborn (Thur.)VEB Hartmetallwerk Immelborn,
Immelborn (Thur.)

Dr -Ing Curt Agte Eisenach (Thur ),
Rudolf Kohlermann, Immelborn (Thur
und Walter Dübel Roßdorf (Rhön),
sind als Erfinder genannt wordenDr -Ing Curt Agte Eisenach (Thur),
Rudolf Kohlermann, Immelborn (Thur
and Walter Dübel Roßdorf (Rhön),
have been named as inventors

Mengen die gewichtsmaßig 50%> und volumenmaßigQuantities that are 50% by weight> and in terms of volume

25°/o nicht wesentlich überschreiten Ein weiterer Vorschlag geht dahin den Karbidanteil durch andere halle Verbindungen wie Be>nde und/oder Nitride ganz odei teilweise /u ersetzen Derartige keramische Verbundwerkstoffe haben sich schon gut als Werk-Not substantially exceeding 25 ° / o. Another The suggestion is that the carbide content is caused by other compounds such as be> ends and / or nitrides completely or partially / u replace Ceramic composite materials of this kind have already proven themselves well as materials

Zeugstoff in der Zerspanungsindustrie beim prak tischen Ge hi auch bewahrt, insbesondere deshalb weil sie gegenüber den reinen keramischen Werkzeugstoffen eineiseits und den Ceimets andererseits eine bessere Verschleißfestigkeit bei gleichzeitiger ErhöhungMaterial in the machining industry at prak table ge hi is also preserved, especially because compared to pure ceramic tool materials on the one hand and the Ceimets on the other hand one better wear resistance with a simultaneous increase

dei Zähigkeit \eibunden mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit aufweist Schließlich wurde auch schon vorgeschlagen dei oxvdischen Giundkomponente ein Gemisch aus Metallkaibiden und Metallen /u/usetzen, um die Eigenschaften keramischei VerbundwerkstoffeThe toughness binds with a higher thermal conductivity Finally, the oxide basic component has also already been proposed Mixture of metal caibides and metals to improve the properties of ceramics. Composite materials

/u verbessern Allen bishei bekanntgewordenen keramischen Verbundwerkstoffen ist aber gemeinsam nachteilig daß die Zähigkeit b/w Biegebruchfestig keit relatn gering ist was insbesondere bei der Ver Wendung deraitigir Verbundwerkstoffe als Werkzeug/ u improve all ceramics known so far Composite materials, however, have the common disadvantage that the toughness b / w is flexural strength speed is relatively low, which is especially true for the Ver Turn deraitigir composites as a tool

stoffe in der Zerspanungsindustrie störend empfunden wird Auf Grund dei relativ geringen Zähigkeit ist es nicht möglich die hohe Verschleißfestigkeit der kera mischen Verbundwerkstoffe in größerem Umfang der Technik nut/bai /u machensubstances perceived as annoying in the machining industry It is due to its relatively low toughness not possible the high wear resistance of the kera mix composite materials to a greater extent make the technique nut / bai / u

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zähigkeit bzw Biegebruchfestigkcit \ou keramischen Verbundwerkstoffen ohne nachteilige Beeinflussung der Verschleiß festigkeit /u verbessern Es wurde überraschenderweise gefunden daß es möglich ist, die Aufgabe zuThe object of the invention is to increase the toughness or Flexural strength or ceramic composite materials Improve the wear resistance / u without adversely affecting it. It was surprisingly found that it is possible to do the job

909 690/512909 690/512

losen, wenn bei der Herstellung eines keramischen Verbundwerkstoffes, bestehend aus einem Gemisch aus 40 bis 9O°/o Al₂O₃, Rest em oder mehrere Metallkai bide, wobei der karbidische Aateil ganz oder zum Teil duich Boride und/oder Nitiide ersetzt sein kann, em Vei fahren zur Anwendung kommt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß im Pulvergemisch em Teil, vorzugsweise 1 bis 35% des karbidischen, bondischen und/oder nitridischen Anteiles durch ein oder mehreie bei den erfoidei liehen bzw angewandten Smtei temperaturen karbidbildende Metalle mit Schmelzpunkten, die über dem Schmelzpunkt VOnAl₂O₃ liegen, ersetzt wird und daß dieser Metallanteil im Verbund korper zumindest teilweise in Karbidform übergeführt wird Es liegt natürlich auch im Sinne der Erfindung den Metallanteil ganz oder teilweise in Oxydform, beispielsweise als MoO,, oder TiO₂, m das Ausgangspulveigemisch einzubringenloose, if in the production of a ceramic composite material, consisting of a mixture of 40 to 90% Al ₂ O ₃ , remainder em or several Metallkai bide, the carbide part can be replaced entirely or partly by borides and / or nitrides , em Vei drive is used, which is characterized in that in the powder mixture em part, preferably 1 to 35% of the carbidic, bondic and / or nitridic portion by one or more of the following or applied melting temperatures carbide-forming metals with melting points, which are above the melting point of Al ₂ O ₃ , and that this metal component in the composite body is at least partially converted into carbide form. Of course, within the meaning of the invention, the metal component is wholly or partially in oxide form, for example as MoO ,, or TiO ₂ , m to bring in the starting powder mixture

Es hat sich gezeigt daß es möglich ist, eine Karburierung des Metalianteiles im Formling schon dadurch zu erreichen wenn die Smteiung des Formlinge in einer kohlenden Gasatmosphare vorgenommen wird Zum Zwecke einer besseren Steuerung des Karburierungseffektes wahrend der Sinterung besteht ein weiterer Frfindungsgedanke dann, daß dem Pulver gemisch in feinstveiteilter Form Kohlenstoff züge geben wird, und zwar in solchen Mengen, daß der Metallanteil wahrend der Sinterung ganz oder teilweise in Karbidform ubergefuhrt wirdIt has been shown that it is possible to carburize of the metal content in the molding can be achieved if the splitting of the molding in a carbonizing gas atmosphere is carried out for the purpose of better control of the carburizing effect During the sintering there is a further idea that the powder Mixture in finely divided form carbon trains will give, in such amounts that the metal portion during sintering wholly or partially is converted into carbide form

Es scheint sicher zu sein, daß die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemaßen keiamischen Veibundstoffe darauf zurückgeführt werden können, daß die wahrend der Sinterung stattfindende Karbuneiung des Metallanteiles, wobei das Karbid ge wissermaßen im statu nascendi entsteht, die Oberflachenreaktionen zwischen den oxydischen und karbidischen Hartetragern begünstigt, wodurch eine kata lytische Wirkung auf den Sintervorgang nicht ausge schlossen erscheintIt seems certain that the improved Properties of the keiamischen according to the invention Composite materials can be traced back to that the carbonization which takes place during sintering of the metal part, whereby the carbide arises, so to speak, in the statu nascendi, the surface reactions favored between the oxidic and carbidic hard supports, creating a kata lytic effect on the sintering process does not appear to be excluded

Die nach der Erfindung hergestellten keramischen Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine erhöhte Biegefestigkeit und eine sehr gute Verschleißfestigkeit, verbunden mit einer guten Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechsel festigkeit ausThe ceramic composite materials produced according to the invention are characterized by an increased Flexural strength and very good wear resistance, combined with good thermal conductivity and thermal shock resistance

Claims

1 Vei drive for the production of ceramic Vei composite materials especially for the assembly of

ίο Cutting tools, which consist of a mixture of 40 to 90 ° / »Al ₂ O ₃ , the rest of one or more metal carbides, the carbide to be partially or completely replaced by borides and / or nitrides, characterized in that in the powder mixture em part, preferably 1 to 35% of the carbidic, bondic and / or mtridic portion is replaced by one or more carbide-forming metals with melting points which are above the melting point of Al ₂ O ₃ in the required or used sintering temples, and that this Metal content is at least partially converted into carbide form during sintering in the molding

2 The method according to claim 1, characterized in that the sintering of the moldings in one carbonic atmosphere is made under hydrogen protection gas

3 The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that the powder mixture Carbon is added in such amounts that the metal content during sintering is completely or partially converted into carbide form in the molding

4 The method according to claim 1 to 3, characterized in that the metal portion in the form of Metal oxides is added to the powder mixture

Considered publications German Patent No. 890 921