DE1233147B

DE1233147B - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Karbiden oder Mischkarbiden

Info

Publication number: DE1233147B
Application number: DE1964N0024996
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Bernd Lersmacher; Dipl-Phys Dr Siegfried Scholz
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-05-16
Filing date: 1964-05-16
Publication date: 1967-01-26
Also published as: NL6505919A; FR1433224A; SE302048B; AT268706B; GB1082568A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b - 29/00

Nummer: 1233 147

Aktenzeichen: N 24996 VI a/40 b

Anmeldetag: 16. Mai 1964

Auslegetag: 26. Januar 1967

.Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus; Karbiden und Mischkarbiden der Metalle Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob,, Tantal und Wolfram unter Zusatz eines sinterfördernden Hilfsmetalls der Reihe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin und Rhenium oder einer Mischung oder Legierung dieser Metalle.

Die in der Technik weitverbreiteten. Hartmetalle, aus z. B. WC und anderen Karbiden und Kobalt ip u.dgl., deren Eigenschaften durch den Hilfsmetall- _: gehalt von mehr als 3 Gewichtsprozent wesentlich j bestimmt werden, bleiben hier außer Betracht.

Die genannten Karbide und Mischkarbide besitzen große technische Bedeutung wegen ihrer hohen Schmelzpunkte, ihrer metallischen Leitfähigkeit, ihrer großen Härte und chemischen Beständigkeit.

Die Herstellung von Formkörperri, aus reinen pulverförmigen Karbiden ist technisch außerordentlich ' schwierig. Schmelzmetalhirgische Verfahren scheiden wegen der hohen Schmelzpunkte dieser Karbide praktisch aus. Druckloses Sintern ergibt Körper, deren Dichte im allgemeinen für viele Anwendungen nicht ausreichend ist.

Zur !Herstellung möglichst porenfreier Formkörper aus reinen pulverförmigen Karbiden hat sich das bekannte, sogenannte Druck-Sinter-Verfähren, welches unter gleichzeitiger Anwendung von Hitze und Druck arbeitet, als besonders- geeignet erwiesen. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich praktisch porenfreie Körper herstellen, die dazu erforderlichen Temperaturen und Drücke sind jedoch sehr hoch. Es ist deshalb technisch wünschenswert, durch geeignete Mittel diese Betriebsgrößen herabzusetzen.

Es ist bekannt, daß die Eisenrnetalle (Fe, Co, Ni) sowie das Mn als Zusätze zu einer Reihe von Hartstoffen wie TaC, NbC, WC usw. die Verdichtung dieser Stoffe beim Sintern oder Drucksintern stark beschleunigen. Kennzeichnend ist dabei, daß schon sehr geringe Mengen, z. B. 0,02 Gewichtsprozent Fe zu TaC, ausreichen können, um im Drucksinterverfahren bei relativ niedrigen Temperaturen (etwa Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Karbiden oder Mischkarbiden

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Auer, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. Bernd Lersmacher, Aachen;

DipL-Phys. Dr. Siegfried Scholz, Rott (Eifel)

0i,5 · T_s, wobei T_s = die absolute Schmelztemperatur des Hartstoffes ist) Dichten zu erreichen, die den aus Röntgendaten errechneten theoretischen Dichten sehr nahe kommen.

Es hat sich nun gezeigt, daß auch die Verwendung der Platinmetalle : Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin und Rhenium (oder von Gemischen oder Legierungen dieser Metalle) als Sinterhilfsmetall bei der Herstellung der Formkörper durch Drucksintern zu einer starken Aktivierung des Drucksinterprozesses führt, wenn gemäß der Erfindung das Hilf smetall in einer Menge zwischen 0,1 und 3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des Karbids,, verwendet wird.

Es lassen sich bei Verwendung dieser Metalle bei sonst gleichen Betriebsbedingungen des Drucksinterns gleiche oder höhere Dichten erzielen als mit den vorgenannten Metallen Eisen, Kobalt, Nickel und Mangan. In den. nachstehenden Tabellen I und II sind einige Ergebnisse der Drucksinterung von TaC und anderen Karbiden zusammengestellt. Die spezifische Oberfläche der Karbidpulver betrug etwa 0,3 bis 0s,5

	Art des Zusatzes	Höhe des Zusatzes in Gewichtsprozent	Tabelle! "	Preßzeit ini Minuten i	■ Temperatur in ⁰C	Erreichte Dichte in °/o der theoretischen
Hartstoff	Ru Rh Pd Ös (als Oxyd)	1 1 T' \	Druck in kg/cm²	GN ON ON ON	i 2000 2000 1800- 200O	'■■ 98,6 95,2 99,0 84,0
TaC		300 300 300 300

609 753/339

(Fortsetzung Tabelle I)

Hartstoff	Art des Zusatzes	Höhe des Zusatzes in Gewichtsprozent	Druck in kg/cm²	Preßzeit in Minuten	Temperatur in ⁰C	Erreichte Dichte in °/o der theoretischen
TaC	Os	1	300	60	2400	97,0
	Ir	1	300	60	2150	98,5
	Pt	1	300	60	1600	96,2
	Pt	1	300	60	1800	97,5
	Re	1	300	60	2100	87,5
	Re	I	300	60	2500	91,7
	■ ohne	—	300	60	2000	57,0
	Hilfsmetall 1	—	300	60	2400	82
	I	—	300	60	2500	88

Tabelle II

	Art des Zusatzes	Höhe des	Höhe des	Druck in kp/ctn²	Preßzeit in Minuten	Tempe-" ratur in ⁰C	Erreichte Enddichte	Dichte in °/o der theoretischen	Dichte ohne
Hartstoff		. Zusatzes in Volum	Zusatzes in Gewichts						Hilfsmetall- zusatz bei sonst gleichen
	Pd	prozent	prozent	300	60	1600	14,44	99,7	Bedingungen
WC	Pd	1	0,76	300	60	1600	4,75	96,3	68
TiC	Pd	1	2,44	300	60	1800	5,60	96,4
VC	Ru	1	2,06	300	60	20.00	5,99	89,0	70
ZrC	Pd	1	1,84	300	60	2200	■ 6,90	87,9	62
NbC	Pd	1	1,53	300	60	2000	13,54	96,0	80
TaC/HfC		1	0,85						67
(80:20)	Pd			300	60	2000	12,46	97,2
TaC/ZrC		1	0,94						45
(80:20)

Aus den obigen Werten geht die Eignung der genannten Stoffe als Hilfsmetalle hervor. Für ihre Verwendung dürften neben der verdichtungsfördernden Wirkung noch folgende Ergebnisse sprechen:

a) Heißgepreßte Körper mit diesen Hilfsmetallzusätzen zeigen eine sehr hohe Beständigkeit gegen eine Reihe starker Säuren auch bei stundenlanger Behandlung. Nur ein" Gemisch von HFH-HNOs im Verhältnis 1:1 bewirkte einen geringfügigen Angriff. Die Beständigkeit von durch Drucksintern aus TaC und anderen Karbiden unter Verwendung von Mn, Fe, Co, Ni als Sinterhilfsmetall oder ohne Zusatz erhaltenden Formkörper ist im Vergleich hierzu niedriger;

b) bei Verwendung von Re und Os als Hilfsmetall ist der extrem niedrige Dampfdruck dieser Metalle von Bedeutung, wenn man die Hochtemperaturfestigkeit der heißgepreßten Hartstoffe ausnutzen "mochte.

Es hat sich gezeigt, daß man eine im technischen Sinne wirksame Beschleunigung des Verdichtungsvorganges erhält, wenn die Menge des zugefügten Sinterhilfsmetalls ausreicht, um das Karbidpulver mit einer monoatomaren Schicht zu überziehen. Für die Verteilung und Packungsdichte der Hilfsmetallatome werden dabei die Voraussetzungen idealisiert.

Es lassen sich für die Höhe eines wirksamen Hilfsmetallzusatzes beim Drucksintern von Hartstoffen eine untere und eine obere Grenze angeben. Die untere Grenze ergibt sich aus der Größe der spezifischen Oberfläche des Pulvers und dem spezifischen oder Atomgewicht des Hilfsmetalls in der vorher beschriebenen Weise. Zur Angabe einer oberen Grenze kommt man auf folgende Art und Weise: Es ist zu berücksichtigen, daß die idealisierten Verhältnisse hinsichtlich Packungsdichte und Verteilung des Hilfsmetalls auf dem Karbidpulver nicht dem Realfall entsprechen. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß das 10- bis 2Ofache der Mindestmenge an Hilfsmetall in praktisch allen Fällen eine ausreichende Dosierung darstellt. Man hat also zur Angabe der oberen Grenze bei bekannter spezifischer Oberfläche des Karbids unter Berücksichtigung der Durchmesser der Hilfsmetallatome die Menge zu berechnen, die zu einer monoatomaren Belegung des Pulvers erforderlich ist. Diese Mindestmenge ist mit einem Faktor 10 bis 20 zu multiplizieren. Bei welchem genaueren Wert des Faktors dabei eine optimale Dosierung zu erreichen ist, kann jeweils im konkreten Versuch leicht ermittelt werden.

Im Fall eines Pulvers mit einer spezifischen Oberfläche von 0,35 m²/g ergeben sich z. B. bei Zusatz von Pt folgende Werte. Die Mindestmenge zur monoatomaren Belegung beträgt 0,146 Gewichtsprozent. Daraus die optimale Dosierung: 1,5 bis 3,0 Gewichtsprozent.

Bei Rutheniumzusatz ergeben sich für ein Pulver gleicher spezifischer Oberfläche folgende Werte:

Mindestmenge: 0,103 Gewichtsprozent; Optimale Dosierung: 1,0 bis 2,0 Gewichtsprozent.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die angegebenen Mindestwerte die untere Grenze für eine Aktivierung des Drucksintervorganges im technischen Sinne darstellen. Schon durch wesentlich geringere Mengen wird der Prozeß meßbar aktiviert. Im allgemeinen wird die technisch brauchbare Menge zwischen 0,1 und 3 Gewichtsprozent des Hilfsmetalls, bezogen auf die Karbidmenge, sein.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Karbiden und Mischkarbiden der Metalle

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Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, körper durch Drucksintern das Hilfsmetall in Tantal und Wolfram unter Zusatz eines sinter- einer Menge zwischen 0,1 und 3 Gewichtsfördernden Hilfsmetalls der Reihe Ruthenium, prozent, bezogen auf die Menge des Karbids, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin verwendet wird,
und Rhenium oder einer Mischung oder Legie- 5

rung dieser Metalle, dadurch gekenn- In Betracht gezogene Druckschriften:

zeichnet, daß zur Herstellung der Form- Deutsche Patentschrift Nr. 832 804.

609 759/339 1.67 © Bundesdruckerei Berlin