DE4116008A1

DE4116008A1 - SINTER MOLDED BODY AND ITS USE

Info

Publication number: DE4116008A1
Application number: DE19914116008
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Burger; Stefan Dipl Ing Gernsheimer; Hans Andersch; Kilian Dipl Ing Dr Friederich; Siegbert Lehmann; Johannes Dipl Ing Schneider
Original assignee: Stora Feldmuehle AG
Current assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1992-11-19

Abstract

A sintered moulding (I) comprises: (a) 60-98 vol.% of an Al2O3-Cr2O3 mixed crystal matrix material; (b) 2-40 vol.% ZrO2 embedded in the matrix; (c) more than 10-15 mol.% of one or more oxides of Ce, Pr, Tb, present as stabilising oxides. The amt. of (c) is chosen so that the ZrO2 is predominantly tetragonal and the mol. ratio of the ZrO2 contg. the stabilising oxides to the Cr2O3 is 1000-20:1. Amts. of all components are made up to 100 vol.% of the moulding and the ZrO2 has a grain size of not more than 2 microns.

Description

In der DE-A-36 08 854 ist die Verwendung eines Oxidkeramik-Werkstoffes für Preßwerkzeuge zum Ausformen von Bauteilen aus Glas oder glashaltiger Keramik angegeben. Als Matrixwerkstoffe werden neben kubischem und tetragonalem Zirkoniumdioxid auch Aluminiumoxid, Chromoxid, Spinell und ein hinsichtlich seiner mengenmäßigen Zusammensetzung nicht definiertes Al-Cr-Mischoxid (AlCr₂O₃) angegeben. Die einzelnen Vorschläge für die Matrixkomponenten stehen dabei gleichberechtigt nebeneinander, so daß zur Auswahl einer besonderen Matrixkomponente wie auch zum Anteil der in die Matrix einzulagernden Menge an z. B. Zirkoniumdioxid keine Lehre vermittelt wird. Neben den vorstehend genannten Komponenten können noch stabilisierende Oxide wie z. B. Yttriumoxid (Y₂O₃) in einer Menge von 3,5 bis 12, vorzugsweise 8 bis 10 oder Magnesiumoxid (MgO) in einer Menge von 6,0 bis 16, vorzugsweise 8 bis 14 Mol.% und Ceroxid (CeO₂) in einer Menge von 3,5 bis 12 Mol.%, vorzugsweise von 8 bis 10 Mol.%, bezogen auf den Oxidkeramik-Werkstoff, vorliegen. Als Partikelgröße für die in eine polykristalline Matrix eingelagerten Teilchen wird eine Größe zwischen 5 und 5000 nm entsprechend 0,005 bis 5 µm genannt.DE-A-36 08 854 specifies the use of an oxide ceramic material for pressing tools for molding components made of glass or glass-containing ceramic. In addition to cubic and tetragonal zirconium dioxide, aluminum oxide, chromium oxide, spinel and an Al-Cr mixed oxide (AlCr ₂ O ₃ ) which is not defined in terms of its quantitative composition are specified as matrix materials. The individual proposals for the matrix components stand side by side on an equal footing, so that the selection of a special matrix component as well as the proportion of the amount to be stored in the matrix of z. B. zirconia no teaching is taught. In addition to the components mentioned above, stabilizing oxides such as. B. yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) in an amount of 3.5 to 12, preferably 8 to 10 or magnesium oxide (MgO) in an amount of 6.0 to 16, preferably 8 to 14 mol.% And cerium oxide (CeO ₂ ) in an amount of 3.5 to 12 mol%, preferably 8 to 10 mol%, based on the oxide ceramic material. A particle size for the particles embedded in a polycrystalline matrix is between 5 and 5000 nm, corresponding to 0.005 to 5 µm.

Ein weiterer Vorschlag zu einer sogenannten "umwandlungsverstärkten" Keramikzusammensetzung, bei der eine feinverteilte feste Lösung aus ZrO₂-HfO₂ in einer festen Lösung aus entweder Chromoxid enthaltendem Aluminiumoxid oder Chromoxid enthaltendem Mullit angegeben ist, findet sich in der WO 85/01 936 und wird dort für Hochtemperaturanwendungsbereiche, wie z. B. für Dieselmotoren und Gasturbinen vorgeschlagen. Der in Erwägung gezogene Chromoxidanteil zwischen 3 und 30 Mol.%, insbesondere ein Anteil von 20 Mol.% Chromoxid im Zusammenwirken mit einem Anteil von 10 bis 20 Mol.% Hafniumdioxid, soll zur Verbesserung der Härte und zur Einstellung einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit dienen. Steigende Anteile an Chrom- und Hafniumdioxid führen zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit. Merkliche Härtesteigerungen werden erst bei relativ hohen Chromoxid-Konzentrationen gefunden - ca. 20 Mol.%, bezogen auf 20 Mol.% HfO₂. Zu der Korngröße der eingelagerten ZrO₂-HfO₂-Phase wird in den Beispielen dieser Schrift eine Größenordnung von 5 µm angegeben, und der Nichterhalt der tetragonalen Modifikation darauf zurückgeführt, daß es nicht gelungen ist, die dispergierte ZrO₂-HfO₂-feste Lösung in ausreichender Feinheit zu erhalten. Der Zusatz stabilisierender Oxide ist in dieser Schrift nicht erwähnt. Die erzielten Bruchzähigkeitswerte liegen im Bereich zwischen 5 und ca. 6,5 MPa √. A further proposal for a so-called "conversion-reinforced" ceramic composition, in which a finely divided solid solution of ZrO ₂ -HfO _{2 is given} in a solid solution of either chromium-containing aluminum oxide or chromium-oxide-containing mullite, can be found in WO 85/01 936 there for high temperature applications, such as. B. proposed for diesel engines and gas turbines. The chromium oxide content between 3 and 30 mol%, in particular a proportion of 20 mol% chromium oxide in combination with a proportion of 10 to 20 mol% of hafnium dioxide, is intended to improve the hardness and to establish a low thermal conductivity. Increasing proportions of chromium and hafnium dioxide lead to a decrease in thermal conductivity. Noticeable increases in hardness are only found at relatively high chromium oxide concentrations - approx. 20 mol%, based on 20 mol% HfO ₂ . For the grain size of the incorporated ZrO ₂ -HfO ₂ phase, an order of magnitude of 5 μm is given in the examples of this document, and the failure to obtain the tetragonal modification is attributed to the fact that the dispersed ZrO ₂ -HfO ₂ -solid solution was not successful to be obtained in sufficient fineness. The addition of stabilizing oxides is not mentioned in this document. The fracture toughness values achieved are in the range between 5 and approx. 6.5 MPa √.

Die EP-A-1 99 459 betrifft keramische Zusammensetzungen hoher Zähigkeit und sieht ein Zusammenwirken von Zirkoniumdioxid, teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid, festen Lösungen von Zirkoniumdioxid/Hafniumdioxid, festen Lösungen von teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid/Hafniumdioxid, teilstabilisiertem Hafniumdioxid und Hafniumdioxid mit Mischungen von Metalloxiden, insbesondere von Yttriumnioboxid (YNbO₄) oder Yttriumtantaloxid (YTaO₄) vor, wobei das Yttriumion der Mischoxide auch zum Teil durch ein Kation eines SE-Metalls, z. B. La⁺³, Ce⁺⁴ Ce⁺³ Pr⁺², Tm⁺³ ersetzt sind. Gemäß einer weiteren Variante dieser Schrift kann die beschriebene keramische Legierung, also z. B. ZrO₂ unter Zusatz von YNbO₄ in einer Menge von wenigstens 5 Vol.% mit z. B. α-Aluminiumoxid oder auch Al₂O₃-Cr₂O₃, Mullit oder Titaniumcarbid, abgemischt werden. Der Nachteil dieser bekannten Zusammensetzung ist darin zu sehen, daß in Folge der Nb oder Ta enthaltenden Mischoxide bei den hergestellten Keramikprodukten eine weitere Korngrenzenphase entsteht und sich ein für viele Anwendungsbereiche noch nicht ausreichend hoher Erweichungspunkt einstellt.EP-A-1 99 459 relates to ceramic compositions of high toughness and sees an interaction of zirconium dioxide, partially stabilized zirconium dioxide, solid solutions of zirconium dioxide / hafnium dioxide, solid solutions of partially stabilized zirconium dioxide / hafnium dioxide, partly stabilized hafnium dioxide and hafnium dioxide, in particular with mixtures of metal oxides, in particular of mixtures of metal oxides (YNbO ₄ ) or yttrium tantalum oxide (YTaO ₄ ) before, the yttrium ion of the mixed oxides also in part by a cation of an SE metal, for. B. La ⁺³ , Ce ⁺⁴ Ce ⁺³ Pr ⁺² , Tm ^{+3 are} replaced. According to a further variant of this document, the ceramic alloy described, for. B. ZrO ₂ with the addition of YNbO ₄ in an amount of at least 5 vol.% With z. B. α-alumina or Al ₂ O ₃ -Cr ₂ O ₃ , mullite or titanium carbide, are mixed. The disadvantage of this known composition can be seen in the fact that, as a result of the mixed oxides containing Nb or Ta, a further grain boundary phase arises in the ceramic products produced and a softening point which is not yet high enough for many areas of application is established.

In ähnlicher Weise beschreibt die US-PS 47 70 673 ein keramisches Schneidwerkzeug, das zu 20 bis 45% aus einer 1 bis 4 Mol.% eines gemischten Metalloxids enthaltenden Zirkoniumdioxid-Legierung und 55 bis 80 Gew.% einer Hartkeramik-Zusammensetzung besteht, wobei die gemischten Metalloxide aus der Gruppe YNbO₄, YTaO₄, MNbO₄, MTaO₄ und deren Mischungen bestehen, und M aus einem Kation besteht, das zur Substitution des Yttriumkations vorgesehen ist und aus Mg⁺², Ca⁺², Sc⁺³ und Seltenerdmetallionen ausgewählt ist, bestehend aus der Gruppe La⁺³, Ce⁺⁴, Ce⁺³, Pr⁺³, Nd⁺³, Sm⁺³, Eu⁺³, Gd⁺³, Tb⁺³, Dy⁺³, HO⁺³, Er⁺³, Tm⁺³, Yb⁺³ und Lu⁺³ und deren Mischungen besteht. Als Hartkeramik kommt neben Aluminiumoxid und z. B. Sialon, SiC, Si₃N₄ auch Al₂O₃-Cr₂O₃ in Betracht, wobei ein Cr₂O₃-Anteil bis zu ungefähr 5 Mol.% vorgesehen ist. Auch hier besteht wiederum der Nachteil, daß sich durch die dem ZrO₂ zugefügten Legierungsbestandteile in Form der Niob bzw. Tantal enthaltenden Mischoxide in der Keramik ein zu niedriger Erweichungsbereich ergibt.Similarly, US Pat. No. 4,770,673 describes a ceramic cutting tool consisting of 20 to 45% of a zirconia alloy containing 1 to 4 mol% of a mixed metal oxide and 55 to 80% by weight of a hard ceramic composition, wherein the mixed metal oxides from the group YNbO ₄ , YTaO ₄ , MNbO ₄ , MTaO ₄ and mixtures thereof, and M consists of a cation which is intended for the substitution of the yttrium cation and of Mg ⁺² , Ca ⁺² , Sc ⁺³ and Rare earth metal ions is selected, consisting of the group La ⁺³ , Ce ⁺⁴ , Ce ⁺³ , Pr ⁺³ , Nd ⁺³ , Sm ⁺³ , Eu ⁺³ , Gd ⁺³ , Tb ⁺³ , Dy ⁺³ , HO ^{+ 3} , Er ⁺³ , Tm ⁺³ , Yb ⁺³ and Lu ⁺³ and their mixtures. In addition to aluminum oxide and z. B. Sialon, SiC, Si ₃ N ₄ also Al ₂ O ₃ -Cr ₂ O ₃ into consideration, with a Cr ₂ O ₃ portion up to about 5 mol.% Is provided. Here too there is the disadvantage that the alloy components added to the ZrO ₂ in the form of the mixed oxides containing niobium or tantalum result in a too low softening range in the ceramic.

Die US-PS 43 16 964 betrifft eine auch zur Herstellung von Schneidplatten in Erwägung gezogene Zusammensetzung aus 95-5 Vol.% Aluminiumoxid und 5-95 Vol.% Zirkoniumdioxid unter Zusatz von ca. 0,5-5,5 Mol.% Yttriumoxid, 0,5 bis 10 Mol.% Ceroxid, 0,4 bis 4 Mol.% Erbiumoxid und 0,5 bis 5 Mol.% Lanthanoxid, bezogen auf Zirkoniumdioxid.The US-PS 43 16 964 relates also to the manufacture considered by cutting inserts Composition of 95-5 vol.% Alumina and 5-95 vol.% Zirconium dioxide with addition of approx. 0.5-5.5 mol.% Yttrium oxide, 0.5 to 10 mol% cerium oxide, 0.4 up to 4 mol% erbium oxide and 0.5 to 5 mol% Lanthanum oxide, based on zirconium dioxide.

Ein gemäß der EP-A-2 82 879 auch zur Verwendung als Schneidplatte vorgesehener Sinterformkörper besteht aus einer Whisker enthaltenden Matrix, die außerdem noch Partikel aus z. B. Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Sialon, Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid enthält. Die Whisker können aus den gleichen Werkstoffen wie die Partikel bestehen. Zirkoniumdioxid wird hier neben Mullit und Aluminiumoxid als Matrixwerkstoff genannt. Außerdem kann der Sinterformkörper noch die üblichen Sinterhilfsmittel enthalten, wie z. B. die Oxide des Magnesiums, Chroms oder Yttriums. Von den seltenen Erdoxiden werden als bevorzugt geeignet die Oxide des Lanthans, Samariums, Gadoliniums, Dysprosiums, Holmiums, Erbiums, Thuliums, Ytterbiums und Lutetiums genannt. Es werden Bruchzähigkeiten von mehr als 10 MPam^1/2 angegeben.A sintered shaped body provided according to EP-A-2 82 879, also for use as a cutting insert, consists of a whisker-containing matrix, which also contains particles of e.g. B. contains silicon carbide, silicon nitride, sialon, aluminum oxide and zirconium dioxide. The whiskers can be made of the same materials as the particles. In addition to mullite and aluminum oxide, zirconium dioxide is mentioned here as the matrix material. In addition, the sintered molded body can also contain the usual sintering aids, such as. B. the oxides of magnesium, chromium or yttrium. Of the rare earth oxides, the oxides of lanthanum, samarium, gadolinium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium are mentioned as preferred. Fracture toughness values of more than 10 MPam ^1/2 are stated.

Eine Keramik sehr hoher Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zur Verwendung als spanabhebendes Schneidwerkzeug ist aus der DE-A-35 29 265 bekannt. Die stoffliche Zusammensetzung sieht neben 20 bis 50 Gew.-% Titankarbid und 18 bis 79,9 Gew.-% Aluminiumoxid 0,1 bis 2 Gew.-% eines Sinterhilfsmittels vor, das aus der Gruppe: MgO, CaO, SiO₂, ZrO₂, NiO, Th₂O₃, AlN, TiO, TiO₂, Cr₂O₃ und/oder zumindestens einem Oxid der seltenen Erden ausgewählt ist. Als seltene Erdoxide werden genannt: Y₂O₃, Dy₂O₃, Er₂O₃, Ho₂O₃, Gd₂O₃ und/oder Tb₄O₇. Die Sinterhilfsmittel dienen zur Verhinderung des Kornwachstums beim Aluminiumoxid und gehen mit diesem eine Verbindung ein, die den Sintervorgang der Keramik fördert.A ceramic of very high toughness and Wear resistance for use as a cutting Cutting tool is known from DE-A-35 29 265. In addition to 20 to 50% by weight, the material composition Titanium carbide and 18 to 79.9 wt% alumina 0.1 to 2 wt .-% of a sintering aid before that the group: MgO, CaO, SiO₂, ZrO₂, NiO, Th₂O₃, AlN, TiO, TiO₂, Cr₂O₃ and / or at least one oxide of rare earth is selected. As rare earth oxides are called: Y₂O₃, Dy₂O₃, Er₂O₃, Ho₂O₃, Gd₂O₃ and / or Tb₄O₇. The sintering aids are used for Prevention of grain growth in alumina and enter into a connection with this Sintering process of the ceramic promotes.

Aus der EP-A-2 14 291 ist ein zu 40 bis 99 Mol.% teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid und 1 bis 60 Mol.% Aluminiumoxid enthaltender Sinterkörper bekannt, der als Sinterhilfsmittel ferner geringe Mengen der Oxide von Mn, Fe, Co, Ni, Cu und Zn zur Beschleunigung des Sintervorganges enthält. Zur Einstellung eines tetragonalen Phasenanteils von 65% oder mehr werden die Oxide des Yttriums, Magnesiums, Calciums oder Cers vorgeschlagen. Als zuzusetzende Menge des Yttriumoxids werden 1,3 bis 4 Mol.% genannt, die ganz oder teilweise durch die übrigen stabilisierenden Oxide in einer Menge von 0,01 bis 12 Mol.% ersetzt sein können. From EP-A-2 14 291 is 40 to 99 mol.% partially stabilized zirconium dioxide and 1 to 60 mol% Sintered body containing alumina known as a sintering aid also small amounts of the oxides of Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn to accelerate the Sintering process contains. To set a tetragonal phase portion of 65% or more the oxides of yttrium, magnesium, calcium or cerium suggested. As the amount of yttrium oxide to be added are called 1.3 to 4 mol.%, the whole or partly due to the remaining stabilizing oxides in an amount of 0.01 to 12 mol% can be replaced.

In der EP-A-2 36 507 ist ein Zirkoniumdioxid mit mehr als 65% tetragonaler Phase angegeben, das in einem zu 60 bis 99 Mol.% aus Aluminiumoxid bestehenden hochdichten Keramikkörper enthalten ist. Zur Stabilisierung des Zirkoniumoxids werden weniger als 3 Mol.% Y₂O₃, weniger als 12 Mol.% MgO oder CaO und weniger als 14 Mol.% CeO₂, bezogen auf die keramische Zusammensetzung, vorgeschlagen. Zur Verbesserung der Sinterfähigkeit und zur Unterdrückung des Kornwachstums und damit zur Erzielung einer besonders hohen Dichte enthält der Werkstoff noch Übergangsmetalloxide von Mn, Fe, Co, Ni, Cu und Zn, die als solche oder als Hydroxide, Nitrate, Chloride u. ä. der Ausgangszusammensetzung zugegeben werden können. Nachteilig bei diesem bekannten Material ist die für viele Anwendungsbereiche, insbesondere bei Schneidwerkzeugen für die spanabhebende Bearbeitung noch nicht ausreichende Härte von max. 1750 kg/mm².EP-A-2 36 507 specifies a zirconium dioxide with more than 65% tetragonal phase, which is contained in a high-density ceramic body consisting of 60 to 99 mol% of aluminum oxide. To stabilize the zirconium oxide, less than 3 mol% of Y ₂ O ₃ , less than 12 mol% of MgO or CaO and less than 14 mol% of CeO ₂ , based on the ceramic composition, are proposed. To improve the sinterability and to suppress grain growth and thus to achieve a particularly high density, the material also contains transition metal oxides of Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn, which as such or as hydroxides, nitrates, chlorides and the like. Ä. The starting composition can be added. A disadvantage of this known material is the hardness of max. Not yet sufficient for many areas of application, in particular for cutting tools for machining. 1750 kg / mm ² .

Der Zusatz von Chromoxid zu Aluminiumoxid, wobei mindestens 10 Gew.% Chromoxid zum Einsatz kommen, wurde für die Herstellung eines feuerfesten Materials in der US-A-48 23 359 vorgeschlagen. Alternativ kann statt des Aluminiumoxids auch eine aus Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid bestehende Mischung zum Einsatz kommen. Aus der bis zu 50 µm zugelassenen Größe der Körner vor dem Sintern ist auf die für Feuerfestartikel gewünschte relativ hohe Porosität und eine geringe Bruchzähigkeit zu schließen. Die Verwendung von stabilisierenden Oxiden und das Vorliegen des ggf. eingesetzten Zirkoniumdioxids in einer bestimmten Modifikation ist nicht erwähnt. Auch gemäß der US-A-47 92 538 wird Chromoxid zusammen mit Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid zur Herstellung von Feuerfestartikeln eingesetzt. Die Chromoxidmenge liegt hier bei 5 bis 25 Gew.%, vorzugsweise werden 16 Gew.% eingesetzt. Die Porosität liegt hier im Bereich von ca. 14 bis 15%, der Zusatz von stabilisierenden Oxiden und das Vorliegen des Zirkoniumdioxids in einer bestimmten Modifikation ist nicht angesprochen.The addition of chromium oxide to aluminum oxide, whereby at least 10% by weight of chromium oxide are used, was for the manufacture of a refractory material in US-A-48 23 359. Alternatively, you can instead of the aluminum oxide also one Alumina / zirconia existing mixture for Come into play. From the approved up to 50 µm Size of the grains before sintering is on the for Refractory articles desired relatively high porosity and close fracture toughness. The Use of stabilizing oxides and that Presence of the zirconium dioxide possibly used in a particular modification is not mentioned. Also According to US-A-47 92 538, chromium oxide is used together with Aluminum oxide and zirconium dioxide for the production of Refractory articles used. The amount of chromium oxide is here at 5 to 25% by weight, preferably 16% by weight used. The porosity is in the range of about 14 to 15%, the addition of stabilizing Oxides and the presence of zirconia in one certain modification is not addressed.

Die WO 90/11 980 betrifft eine Keramik, in der plättchenförmige Körner aus Strontiumaluminat in einem molaren Verhältnis von SrO/Al₂O₃ zwischen 0,02 und 0,2 in eine Matrix aus ZrO₂, Al₂O₃ oder eine überwiegend aus ZrO₂ bestehende Mischung aus Al₂O₃ und ZrO₂ eingelagert sind. Die erreichten Härtewerte sind auch bei höheren Aluminiumoxidanteilen relativ niedrig.WO 90/11 980 relates to a ceramic in which platelet-shaped grains of strontium aluminate in a molar ratio of SrO / Al ₂ O ₃ between 0.02 and 0.2 in a matrix of ZrO ₂ , Al ₂ O ₃ or predominantly one ZrO ₂ existing mixture of Al ₂ O ₃ and ZrO _{2 are} embedded. The hardness values achieved are relatively low even with higher proportions of aluminum oxide.

Es besteht nach wie vor die Aufgabe, die bekannten Werkstoffe zu verbessern und Sinterformkörper zur Verfügung zu stellen, die ein hohes Festigkeitsniveau aufweisen und bei denen eine gute Bruchzähigkeit mit gleichzeitig hoher Härte kombiniert ist. Die Erfindung will einen Sinterformkörper zur Verfügung stellen, der diese Anforderungen erfüllt und infolge seines Eigenschaftsspektrums über eine höhere Verschleißfestigkeit verfügt, so daß der Sinterformkörper als Schneidwerkzeug, insbesondere als Schneidplatte, ganz besonders als Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Guß- und Stahlwerkstoffen geeignet ist, wobei eine weitere Aufgabe darin gesehen wird, einen Sinterformkörper vorzuschlagen, der als Schneidplatte im unterbrochenen Schnitt eingesetzt werden kann. The known task remains Improve materials and sintered moldings for To provide a high level of strength and have good fracture toughness with combined with high hardness. The invention wants to provide a sintered molded body that meets these requirements and as a result of its Property spectrum over a higher Wear resistance, so that the Sintered molded body as a cutting tool, in particular as Cutting plate, especially as a cutting plate for the machining of cast and Steel materials is suitable, with another Task is seen in a sintered molded body propose that as an insert in the interrupted Cut can be used.

Es wurde nun gefunden, daß die Lösung der anstehenden Aufgabe einen Sinterformkörper mit einer ganz speziellen Zusammensetzung erfordert. Neben der Umwandlungsverstärkung, die durch die Einlagerung eines stabilisierende Oxide enthaltenden Zirkoniumdioxids in einer Keramikmatrix erzielt wird, sieht die Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform als Matrix einen Mischkristall aus Aluminiumoxid/Chromoxid vor. Desweiteren sieht die Erfindung vor, daß das in die Matrix eingelagerte Zirkoniumdioxid und das zusammen mit dem Aluminiumoxid den Mischkristall bildende Chromoxid in einem bestimmten molaren Verhältnis zueinander stehen. Diese Maßnahme ermöglicht erstmalig, daß auch bei höheren Zirkoniumdioxidanteilen, die zum Erhalt einer besonders guten Bruchzähigkeit erforderlich sein können, Härtewerte erzielt werden, wie sie bei entsprechenden Zirkoniumdioxidanteilen bisher nicht erzielbar waren. Andererseits können bei niedrigen Zirkoniumdioxidanteilen auch relativ geringe Chromoxidgehalte vorliegen, womit einer Versprödung des Werkstoffes entgegengewirkt wird. Die Erfindung sieht daher zur Lösung des anstehenden Problems einen Sinterwerkstoff nach Anspruch 1 vor.It has now been found that the solution to the upcoming Task a sintered molded body with a whole special composition required. In addition to the Conversion amplification through storage of a stabilizing oxide containing Zirconia is achieved in a ceramic matrix, sees the invention according to a first embodiment a mixed crystal as a matrix Aluminum oxide / chromium oxide. Furthermore sees the Invention before that the stored in the matrix Zirconium dioxide and that together with the aluminum oxide chromium oxide forming the mixed crystal in one certain molar relationship. These Measure enables for the first time that even at higher Zirconium dioxide components that are required to obtain a particularly good fracture toughness may be required hardness values can be achieved, as in corresponding zirconium dioxide proportions not yet were achievable. On the other hand, at low Zirconia levels are also relatively low Chromium oxide levels are present, with which embrittlement of the material is counteracted. The invention therefore sees one to solve the problem at hand Sintered material according to claim 1.

Die Angabe, daß das die stabilisierenden Oxide enthaltende Zirkoniumdioxid und Chromoxid in einem bestimmten molaren Verhältnis vorliegen sollen, ergibt zwangsläufig auch bestimmte Verhältnisse für die übrigen Komponenten, da z. B. mit sinkendem Anteil an Zirkoniumdioxid auch die Anteile der stabilisierenden Oxide, bezogen auf den Sinterformkörper, abnehmen, während andererseits der Anteil des Aluminiumoxids ansteigt. Bezogen auf das Aluminiumoxid des Sinterformkörpers liegt das Chromoxid in einer Gewichtsmenge von 0,004 bis 6,57 Gew.% vor, wobei jedoch nicht außer acht gelassen werden darf, daß Chromoxid und das die stabilisierenden Oxide enthaltende Zirkoniumdioxid in dem angegebenen molaren Verhältnis stehen.The statement that this is the stabilizing oxides containing zirconium dioxide and chromium oxide in one certain molar ratio should exist inevitably also certain conditions for the other components, e.g. B. with decreasing proportion Zirconium dioxide also stabilizes the proportions Remove oxides, based on the sintered shaped body, while on the other hand the proportion of alumina increases. Based on the alumina of the The chromium oxide lies in a sintered body Weight amount from 0.004 to 6.57% by weight, wherein However, it should not be forgotten that Chromium oxide and the stabilizing oxides containing zirconia in the specified molar Relationship.

Gemäß einer durch den Anspruch 2 gekennzeichneten weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Matrixwerkstoff aus einem Aluminiumoxid-/Chromoxid-Mischkristall und aus einem weiteren Mischkristall der Formel SrAl_12-x Cr_x O₁₉ wobei x einen Wert von 0,0007 bis 0,045 hat. Auch bei dieser Ausführungsform geht von dem in die Mischkristall-Matrix eingelagerten Zirkoniumdioxid eine zähigkeitssteigernde Wirkung aus, während der Chromzusatz bei steigendem Zirkoniumdioxidanteil einem Abfall der Härtewerte entgegenwirkt. Der durch den Zusatz von Strontiumoxid zusätzlich gebildete Mischkristall der Formel SrAl_12-x Cr_x O₁₉ hat nun den zusätzlichen Effekt, daß er dem Sinterformkörper auch bei höherer Temperatur eine weiter verbesserte Zähigkeit verleiht. Die Verschleißfestigkeit dieser Sinterformkörper unter Einfluß erhöhter Temperatur ist daher ebenfalls verbessert.According to a further embodiment of the invention characterized by claim 2, the matrix material consists of an aluminum oxide / chromium oxide mixed crystal and a further mixed crystal of the formula SrAl _12-x Cr _x O ₁₉ where x has a value from 0.0007 to 0.045. In this embodiment, too, the zirconium dioxide embedded in the mixed crystal matrix has a toughness-increasing effect, while the addition of chromium counteracts a decrease in hardness values with increasing zirconium dioxide content. The mixed crystal of the formula SrAl _12-x Cr _x O ₁₉ additionally formed by the addition of strontium oxide now has the additional effect that it gives the sintered shaped body a further improved toughness even at a higher temperature. The wear resistance of these sintered moldings under the influence of elevated temperature is therefore also improved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verschleißfestigkeit der Sinterformkörper noch durch die Einlagerung von 2 bis 25 Vol.% eines oder mehrerer Karbide, Nitride oder Karbonitride der Metalle der 4. und 5. Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente - bezogen auf den Matrixwerkstoff - in diesen verbessert werden. Vorzugsweise liegt der Anteil dieser Hartstoffe bei 6 bis 15 Vol.%. Insbesondere sind Titannitrid, Titankarbid und Titankarbonitrid geeignet.According to a further embodiment, the Wear resistance of the sintered molded body still through the storage of 2 to 25% by volume of one or more Carbides, nitrides or carbonitrides of the metals of the 4th and 5th subgroup of the periodic system of Elements - based on the matrix material - in these be improved. The proportion is preferably of these hard materials at 6 to 15 vol.%. In particular are titanium nitride, titanium carbide and titanium carbonitride suitable.

Gemäß einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das molare Verhältnis des die stabilisierenden Oxide enthaltenden Zirkoniumdioxids zu Chromoxid in Abhängigkeit des im Sinterformkörper vorliegenden Zirkoniumdioxidanteils so eingestellt, daß bei niedrigen Zirkoniumdioxidanteilen auch geringe Chromoxidmengen vorliegen. Ganz besonders hat sich dabei eine Einstellung des molaren Verhältnisses Zirkoniumdioxid zu Chromoxid erwiesen, die im Bereich vonAccording to a particularly preferred further Embodiment of the invention is the molar Ratio of those containing the stabilizing oxides Zirconium dioxide to chromium oxide depending on the im Sintered molded body present zirconia content set so that at low Zirconium dioxide also contains small amounts of chromium oxide are available. One particularly has one Setting the molar ratio of zirconium dioxide proven to be chromium oxide that is in the range of

2 bis 5 Vol.-% Zirkoniumdioxid 1000 : 1 bis 100 : 1
< 5 bis 15 Vol.-% Zirkoniumdioxid 200 : 1 bis 40 : 1
<15 bis 30 Vol.-% Zirkoniumdioxid 100 : 1 bis 20 : 1
<30 bis 40 Vol.-% Zirkoniumdioxid 40 : 1 bis 20 : 12 to 5% by volume zirconia 1000: 1 to 100: 1
<5 to 15 vol% zirconia 200: 1 to 40: 1
<15 to 30 vol% zirconia 100: 1 to 20: 1
<30 to 40 vol% zirconia 40: 1 to 20: 1

beträgt.is.

Zum Vorliegen der Einstellung des Zirkoniumdioxids überwiegend in der tetragonalen Modifikation ist erfindungsgemäß die Einstellung einer 2 µm nicht überschreitenden Korngröße des Zirkoniumdioxids erforderlich. Außer den bis zu einer Menge von 5 Vol.% zugelassenen Anteilen von Zirkoniumdioxid in kubischer Modifikation sind auch noch geringe Mengen der monoklinen Modifikation zugelassen, diese sollen aber ebenfalls eine Menge von max. 5 Vol.% nicht überschreiten und liegen vorzugsweise bei weniger als 2 Vol.%, ganz besonders bevorzugt sogar bei weniger als 1 Vol.%.The presence of the zirconia setting is predominantly in the tetragonal modification according to the invention, the setting of a 2 µm is not exceeding grain size of the zirconium dioxide required. Except for up to 5 vol.% approved proportions of zirconia in cubic Modifications are also small amounts of monoclinic modification allowed, but they should also a quantity of max. 5 vol.% Not exceed and are preferably less than 2 vol.%, Very special preferably even less than 1% by volume.

Da der Sinterformkörper außer den in den Patentansprüchen angegebenen Komponenten lediglich noch in unvermeidbarer Weise eingeschleppte Verunreinigungen enthält, die gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung nicht mehr als 0,5 Vol.% betragen, besteht der Sinterformkörper lediglich aus dem Aluminiumoxid-Chromoxid-Mischkristall oder aus diesem Mischkristall und dem Mischkristall der Formel SrAl_12-x Cr_x O₁₉ sowie aus dem die stabilisierenden Oxide enthaltenden und in die Matrix aus den genannten Mischkristallen eingelagertem Zirkoniumdioxid. Weitere Phasen, wie z. B. Korngrenzphasen, die beim gemeinsamen Einsatz von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid gebildet werden oder weitere kristalline Phasen, wie sie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Zusätzen von Stoffen, wie YNbO₄ oder YTaO₄ entstehen und die einen nicht ausreichend hohen Erweichungspunkt aufweisen, liegen im Sinterformkörper nach der Erfindung nicht vor. Auch die aus dem Stand der Technik bekannten Oxide von Mn, Cu, Fe, die ebenfalls zur Ausbildung weiterer Phasen führen, bewirken einen erniedrigten Erweichungspunkt und haben eine geringe Kantenfestigkeit zur Folge. Der Einsatz dieser Werkstoffe ist daher bei der Erfindung ausgeschlossen.Since the sintered shaped body only contains, in addition to the components specified in the claims, inevitably entrained impurities which, according to a further preferred embodiment of the invention, do not amount to more than 0.5% by volume, the sintered shaped body consists only of the aluminum oxide-chromium oxide mixed crystal or from this mixed crystal and the mixed crystal of the formula SrAl _12-x Cr _x O ₁₉ and from the zirconium dioxide containing the stabilizing oxides and embedded in the matrix from the aforementioned mixed crystals. Other phases, such as B. grain boundary phases, which are formed when aluminum oxide and magnesium oxide are used together, or other crystalline phases, such as those formed in the addition of substances known from the prior art, such as YNbO ₄ or YTaO ₄ , and which do not have a sufficiently high softening point not in the sintered molding according to the invention. The oxides of Mn, Cu, Fe known from the prior art, which also lead to the formation of further phases, bring about a lowered softening point and result in low edge strength. The use of these materials is therefore excluded in the invention.

Vorzugsweise liegt das Zirkoniumdioxid in einer Menge von nicht mehr als 30 Vol.% vor. Vorzugsweise liegt das Zirkoniumdioxid auch nicht in einer Menge von weniger als 15 Vol.% vor. Liegen zwischen 15 und 30 Vol.% Zirkoniumdioxid vor, liegt das molare Verhältnis zwischen dem die stabilisierenden Oxide enthaltenden Zirkoniumdioxid und Chromoxid ganz besonders bevorzugt zwischen 40:1 und 25:1.Preferably the zirconia is in an amount of no more than 30% by volume. Preferably lies the zirconium dioxide also not in an amount of less than 15% by volume. Are between 15 and 30 % By volume of zirconium dioxide is the molar ratio between the one containing the stabilizing oxides Zirconium dioxide and chromium oxide are particularly preferred between 40: 1 and 25: 1.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil des in tetragonaler Modifikation vorliegenden Zirkoniumdioxids bei mehr als 95 Vol.%. Ganz besonders bevorzugt ist die Einhaltung einer Korngröße des eingelagerten Zirkoniumdioxids im Bereich von 0,2 bis 1,5 µm. Demgegenüber hat sich eine durchschnittliche Korngröße des Aluminiumoxid-/Chromoxid-Mischkristalls im Bereich von 0,8 bis 1,5 µm als besonders geeignet erwiesen. Kommen zusätzlich noch Karbide, Nitride und Karbonitride der Metalle der 4. und 5. Nebengruppe des PSE zum Einsatz, werden diese in einer Korngröße von 0,8 bis 3 µm eingesetzt. Die Körner des Mischkristalls der Formel SrAl_12-x Cr_x O₁₉ weisen ein Längen/Dickenverhältnis im Bereich von 5:1 bis 15:1 auf. Ihre Maximallänge beträgt dabei 12 µm, ihre Maximaldicke 1,5 µm.According to a further preferred embodiment, the proportion of the zirconium dioxide present in a tetragonal modification is more than 95% by volume. Maintaining a grain size of the incorporated zirconium dioxide in the range from 0.2 to 1.5 μm is very particularly preferred. In contrast, an average grain size of the aluminum oxide / chromium oxide mixed crystal in the range from 0.8 to 1.5 μm has proven to be particularly suitable. If carbides, nitrides and carbonitrides of the metals of the 4th and 5th subgroups of the PSE are also used, these are used in a grain size of 0.8 to 3 µm. The grains of the mixed crystal of the formula SrAl _12-x Cr _x O ₁₉ have a length / thickness ratio in the range from 5: 1 to 15: 1. Their maximum length is 12 µm, their maximum thickness is 1.5 µm.

Die Vickershärte der erfindungsgemäßen Sinterformkörper ist größer als 1750 (HV_0,5), liegt aber vorzugsweise bei mehr als 1800 (HV_0,5).The Vickers hardness of the sintered shaped bodies according to the invention is greater than 1750 (HV _0.5 ), but is preferably more than 1800 (HV _0.5 ).

Die Mikrostruktur der erfindungsgemäßen Sinterformkörper ist frei von Mikrorissen und weist einen Porositätsgrad von nicht mehr als 1,0% auf. Der Sinterformkörper kann ferner noch Whisker, jedoch nicht aus Siliziumkarbid, enthalten. The microstructure of the invention Sintered molding is free of micro cracks and has a degree of porosity of not more than 1.0%. The Sintered bodies can also still whiskers, however not made of silicon carbide.

Der Sinterformkörper enthält keine der vielfach als Kornwachstumshemmer verwendeten Substanzen, wie z. B. Magnesiumoxid.The sintered shaped body does not contain any of the more than Grain growth inhibitors used substances such. B. Magnesium oxide.

Beim Sintern lösen sich die Stabilisatoroxide im ZrO₂-Gitter und stabilisieren dessen tetragonale Modifikation. Zur Herstellung der Sinterformkörper und zur Erzielung einer von weiteren unerwünschten Phasen freien Gefügestruktur werden vorzugsweise hochreine Rohstoffe eingesetzt, d. h. Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid mit einer Reinheit von mehr als 99%. Vorzugsweise ist der Grad der Verunreinigungen noch wesentlich geringer. Insbesondere sind SiO₂-Anteile von mehr als 0,5 Vol.%, bezogen auf den fertigen Sinterformkörper, unerwünscht. Ausgenommen von dieser Regelung ist das unvermeidbare Vorliegen von Hafniumoxid in geringer Menge von bis zu 2 Gew.% innerhalb des Zirkoniumdioxids.During sintering, the stabilizer oxides dissolve in the ZrO ₂ grid and stabilize its tetragonal modification. Highly pure raw materials, ie aluminum oxide and zirconium dioxide with a purity of more than 99%, are preferably used to produce the sintered shaped bodies and to achieve a structure which is free of further undesirable phases. The degree of contamination is preferably still significantly lower. In particular, SiO ₂ fractions of more than 0.5% by volume, based on the finished sintered molding, are undesirable. An exception to this rule is the unavoidable presence of hafnium oxide in a small amount of up to 2% by weight within the zirconium dioxide.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Sinterformkörpers erfolgt durch druckloses Sintern oder Heißpressen einer Mischung aus Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid/Chromoxid und stabilisierenden Oxiden bzw. kommt eine Mischung dieser Komponenten zum Einsatz, der zusätzlich noch Strontiumoxid und/oder eins oder mehrere Nitride, Karbide und Karbonitride der 4. und 5. Nebengruppe des PSE zugefügt sind. Die Zugabe von Yttriumoxid und Chromoxid kann auch in Form von Yttriumchromoxid (YCrO₃) erfolgen, während die Strontiumoxidzugabe vorzugsweise in Form von Strontiumsalzen, insbesondere als Strontiumcarbonat (SrCO₃) vorgenommen werden kann. The sintered molded body according to the invention is produced by pressure-free sintering or hot pressing a mixture of aluminum oxide / zirconium dioxide / chromium oxide and stabilizing oxides, or a mixture of these components is used which additionally contains strontium oxide and / or one or more nitrides, carbides and carbonitrides from FIG. 4. and 5th sub-group of the PSE are added. Yttrium oxide and chromium oxide can also be added in the form of yttrium chromium oxide (YCrO ₃ ), while the strontium oxide addition can preferably be carried out in the form of strontium salts, in particular as strontium carbonate (SrCO ₃ ).

Der Begriff druckloses Sintern umfaßt dabei sowohl ein Sintern unter atmosphärischen Bedingungen, als auch unter Schutzgas oder im Vakuum. Vorzugsweise wird der geformte Körper zunächst auf 90 bis 95% theoretischer Dichte drucklos vorgesintert und anschließend durch heißisostatisches Pressen oder Gasdrucksintern nachverdichtet. Die theoretische Dichte kann dadurch bis auf einen Wert von mehr als 99,5% gesteigert werden.The term pressure-less sintering includes both Sintering under atmospheric conditions, as well under protective gas or in vacuum. Preferably the shaped bodies initially to 90 to 95% theoretical Density presintered without pressure and then through hot isostatic pressing or gas pressure sintering post-compressed. This allows the theoretical density increased to a value of more than 99.5% will.

Vorzugsweise Anwendungsbereiche des Sinterformkörpers liegen in seiner Verwendung als Schneidwerkzeug zum Schneiden von Papier, Textilgut und von Folien, besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung des Sinterformkörpers als Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Gußeisen oder von Stahlwerkstoffen, insbesondere im unterbrochenen Schnitt. Darunter ist zu verstehen, daß am Werkstück viele kleine glatte Schnitte zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden, wobei die Schneidplatte während des Eingriffs mit dem zu bearbeitenden Werkstück stark erhitzt wird und vor dem nächstfolgenden Eingriff kurz abkühlt, so daß eine thermische Wechselbelastung der Schneidplatte erfolgt.Preferably areas of application of the sintered molded body are in its use as a cutting tool Cutting paper, textile goods and foils, however, the use of is particularly preferred Sintered body as a cutting plate for the machining of cast iron or of Steel materials, especially in the interrupted Cut. This means that on the workpiece many small smooth cuts in time be carried out sequentially, the Insert during the engagement with the workpiece is strongly heated and before the following procedure briefly cools down, so that a There is thermal alternating stress on the insert.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to explain the Invention.

Examples 1 to 17 and comparative examples

Verschiedene keramische Mischungen wurden durch Mischmahlung hergestellt. Den gemahlenen Mischungen wurde ein temporäres Bindemittel zugegeben und die Mischungen anschließend sprühgetrocknet. Anschließend wurden aus den sprühgetrockneten Mischungen Grünkörper gepreßt und diese entsprechend den Angaben in der Tabelle entweder drucklos gesintert oder vorgesintert und unter Argon einem Gasdrucksinterprozeß unterworfen. In Tabelle 1 sind die errechneten Zusammensetzungen der hergestellten Sinterformkörper angegeben.Different ceramic mixtures have been made Mixed grinding produced. The ground mixtures a temporary binder was added and the Mixtures then spray dried. Subsequently became green bodies from the spray-dried mixtures pressed and this according to the information in the Table either sintered without pressure or presintered and a gas pressure sintering process under argon subject. The calculated are in Table 1 Compositions of the sintered moldings produced specified.

Der in der letzten Ouerspalte von Tabelle 1 angegebene Matrixanteil in Vol.% umfaßt alle Anteile der angegebenen Zusammensetzung mit Ausnahme des Zirkoniumdioxids und der stabilisierenden Oxide.The one given in the last column of table 1 % Of matrix contains all parts of specified composition with the exception of Zirconium dioxide and the stabilizing oxides.

In Tabelle 2 sind die Untersuchungsergebnisse der Beispiele lt. Tabelle 1 zusammengefaßt.Table 2 shows the test results of the Examples summarized in Table 1.

In den Tabellen bedeutet:In the tables:

A: drucklos gesintert,
B: drucklos vorgesintert, nach dem Vorsintern unter Argon gasdruckgesintert,
D: prozentuale Dichte im Vergleich zur theoretischen Dichte,
E: Elastizitätsmodul,
σ_4B: Biegebruchfestigkeit, gemessen nach der 4-Punkt-Methode (DIN 51 110),
K_Ic: Bruchzähigkeit,
HV_0,5: Vickershärte, gemessen nach DIN 50 113,
σ_{3B 1200°C}: Biegebruchfestigkeit bei 1200°C, nach der 3-Punkt-Methode gemessen,
σ_{3B RT}: Biegebruchfestigkeit bei RT nach der 3-Punkt- Methode gemessen, Vergleichswert zur Biegebruchfestigkeit σ_3B1200°C.A: sintered without pressure,
B: presintered without pressure, gas presintered under argon after presintering,
D: percentage density compared to theoretical density,
E: modulus of elasticity,
σ _4B : bending strength, measured according to the 4-point method (DIN 51 110),
K _Ic : fracture toughness,
HV _0.5 : Vickers hardness, measured according to DIN 50 113,
σ _{3B 1200 ° C} : flexural strength at 1200 ° C, measured according to the 3-point method,
σ _{3B RT} : Flexural strength at RT measured according to the 3-point method, comparison value for _flexural strength σ _{3B1200 ° C.}

Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung das gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellende molare Verhältnis von ZrO₂ zu Cr₂O₃. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird in Abhängigkeit von den im Sinterformkörper vorliegenden Anteilen an Zirkoniumdioxid in Vol.% ein molares Verhältnis von Zirkoniumdioxid zu Cr₂O₃ eingestellt, das einer Fläche entspricht, die durch die Punkte A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, L, M und N definiert ist. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Zirkoniumdioxid in einer Menge von 15 bis 30 Vol.% vorliegt, ist das molare Verhältnis zwischen Zirkoniumdioxid und Chromoxid durch die Fläche bestimmt, die durch das Viereck mit den Punkten O, P, R und Q definiert ist. Fig. 1 is a graph of the of the present invention to be set molar ratio of ZrO ₂ to Cr ₂ O _3. According to a preferred embodiment of the invention, a molar ratio of zirconium dioxide to Cr ₂ O _{3 is} set as a function of the proportions of zirconium dioxide present in the sintered molded body in volume%, which corresponds to an area represented by points A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, L, M and N is defined. According to a very particularly preferred embodiment of the invention, in which the zirconium dioxide is present in an amount of 15 to 30% by volume, the molar ratio between zirconium dioxide and chromium oxide is determined by the area defined by the square with the points O, P, R and Q is defined.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen in graphischer Form die Ergebnisse eines Schneidplatten-Wärmewechseltests. In Fig. 2 ist das Ergebnis einer Untersuchung an einer kommerzialisierten Schneidplatte festgehalten, bei der tetragonales Zirkoniumdioxid in eine Aluminiumoxidmatrix bei gleichzeitiger Mitverwendung von Magnesiumoxid eingelagert ist.The FIGS. 2 to 4 show the results of a cutting plate heat cycling tests in graphical form. In FIG. 2, the result of investigation is retained at a commercialized cutting plate is embedded in the tetragonal zirconia in an alumina matrix with simultaneous co-use of magnesium oxide.

Fig. 3 entspricht dem Beispiel 11 und Fig. 4 Beispiel 12. FIG. 3 corresponds to Example 11 and FIG. 4 to Example 12.

In den Fig. 2 bis 4 bedeuten:Mean in the Figures 2 to. 4:

Ck 45: Stahlwerkstoff,
vc: Schnittgeschwindigkeit,
f: Vorschub,
ap: Schnittiefe,
ASB: bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem Ausbröckelungen nicht größer als die Verschleißmarkenbreite erfolgen.Ck 45: steel material,
vc: cutting speed,
f: feed,
ap: depth of cut,
ASB: denotes the point in time at which crumbling is not greater than the wear mark width.

Die den Fig. 3 bis 4 zu entnehmenden Ergebnisse belegen eine erheblich verbesserte Verschleißbeständigkeit von Sinterformkörpern, wenn sie gemäß der vorliegenden Erfindung als Schneidplatten eingesetzt werden im Vergleich zu bekannten Standardschneidplatten.The results to be gathered from FIGS. 3 to 4 demonstrate a considerably improved wear resistance of sintered shaped bodies when they are used as cutting inserts according to the present invention compared to known standard cutting inserts.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Mikrofotos an Schneidplattenkanten nach dem zu den Fig. 2 bis 4 beschriebenen Wärmewechseltest, wobei die Fig. 5 und 6 den Zustand nach einer Eingriffzeit von 4 Minuten und Fig. 7 nach 10 Minuten zeigen. Fig. 5 entspricht Beispiel 2; Fig. 6 dem Beispiel 10 und Fig. 7 entspricht Beispiel 12. Figs. 5 to 7 show photomicrographs of cutting panel edges by the method described to Figs. 2 to 4 heat cycle test, in which Figs. 5 and 6, the state after an engagement time of 4 minutes and FIG. 7 after 10 minutes show. Fig. 5 corresponds to Example 2; FIG. 6 corresponds to example 10 and FIG. 7 corresponds to example 12.

Während die Fig. 5 und 6 die Ausbildung weniger Längsrisse und andeutungsweise das Auftreten von Querrissen zeigen, ist aus Fig. 7 das Auftreten von Querrissen nicht zu entnehmen. Daraus ist auf ein für die Praxis besonders günstiges Verschleißverhalten - auch bei Auftreten von Temperaturwechseln - zu schließen, da spontane Ausbrüche vermieden werden, wodurch sich die Fertigungssicherheit im Zerspanungsprozeß deutlich erhöht. Obwohl aus Fig. 6 noch auf die vergleichsweise größte Querrißbildung zu schließen ist, zeigen die Untersuchungsergebnisse des der Fig. 6 zugrundeliegenden Beispiels 10 eine enorm hohe Bruchzähigkeit bei gleichzeitig hoher Härte und Biegebruchfestigkeit, so daß Sinterformkörper aus diesem Werkstoff hervorragend für Schneidanwendungen bei im Vergleich zu den vorbeschriebenen Wärmewechseltests etwas niedrigeren Temperaturwechselbelastungen geeignet sind. While Figures 5 and 6, the formation of longitudinal cracks is less, and in passing the appearance of transverse cracks show., From FIG. 7, the appearance can not be inferred from transverse cracks. From this, it can be concluded that wear behavior is particularly favorable in practice - even when temperature changes occur - since spontaneous breakouts are avoided, which significantly increases manufacturing reliability in the machining process. Although the comparatively largest formation of transverse cracks can still be inferred from FIG. 6, the test results of Example 10 on which FIG. 6 is based show an enormously high fracture toughness with high hardness and flexural strength at the same time, so that sintered molded articles made of this material are excellent for cutting applications in comparison to the thermal cycling tests described above are suitable for slightly lower thermal cycling loads.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 1 (Fortsetzung) Table 1 (continued)

Tabelle 2 Table 2

Tabelle 2 (Fortsetzung) Table 2 (continued)

Claims

1. Sintered molded body from:

a) 60 to 98% by volume of a matrix material, formed from an aluminum oxide / chromium oxide mixed crystal,
b) 2 to 40% by volume of zirconium dioxide embedded in the matrix material
c) as stabilizing oxides contains more than 10 to 15 mol% of one or more of the oxides of cerium, praseodymium and terbium and / or 0.2 to 3.5 mol% of yttrium oxide, based on the mixture of zirconium dioxide and stabilizing oxides , in which
d) the amount of stabilizing oxides added is selected such that the zirconium dioxide is predominantly in the tetragonal modification and the proportion of cubic modification, based on zirconium dioxide, is 0 to 5% by volume,
e) the molar ratio between the zirconium dioxide containing the stabilizing oxides and chromium oxide is 1000: 1 to 20: 1,
f) the proportions of all components add up to 100% by volume of the sintered molding,
g) the zirconium dioxide has a grain size not exceeding 2 µm.

2. Sintered molded body from:

a1) 60 to 98 vol .-% of a matrix material, this to
a2) 67.1 to 99.2% by volume of an aluminum oxide / chromium oxide mixed crystal,
a3) 0.8 to 32.9% by volume consists of a mixed crystal of the formula SrAl _12-x Cr _x O₁,, where x corresponds to a value from 0.0007 to 0.045,
b) 2 to 40% by volume of zirconium dioxide embedded in the matrix material
c) as stabilizing oxides contains more than 10 to 15 mol% of one or more of the oxides of cerium, praseodymium and terbium and / or 0.2 to 3.5 mol% of yttrium oxide, based on the mixture of zirconium dioxide and stabilizing oxides, in which
d) the amount of stabilizing oxides added is selected such that the zirconium dioxide is predominantly in the tetragonal modification and the proportion of cubic modification, based on zirconium dioxide, is 0 to 5% by volume,
e) the molar ratio between the zirconium dioxide containing the stabilizing oxides and chromium oxide is 1000: 1 to 20: 1,
f) the proportions of the components add up to 100% by volume of the sintered molding and
g) the zirconium dioxide has a grain size not exceeding 2 μm,

3. Sintered molded body according to one of claims 1 or 2, the matrix material also being 2 to 25% by volume of one or more of the carbides, nitrides and carbonitrides of the metals of the fourth and fifth subgroup of the PSE - related to Matrix material - contains.

4. Sintered shaped body according to one of claims 1, 2 or 3 with a molar ratio of the stabilizing oxides containing zirconium dioxide to chromium oxide, which is in the range of 2-5 vol .-% zirconium dioxide 1000: 1 to 100: 1
<5-15 vol% zirconia 200: 1 to 40: 1
<15-30% by volume zirconia 100: 1 to 20: 1
<30-40 vol% zirconia is 40: 1 to 20: 1.

5. Sintered molded body according to one of claims 1 to 3 and according to claim 4 with an amount of zirconia of not more than 30% by volume.

6. sintered molded body according to one of claims 1 to 3 and according to claim 5, wherein the zirconia to at least 95% by volume of the tetragonal modification having.

7. sintered molding according to one of claims 1 to 3 and according to claims 4 to 6 with a average grain size of the Alumina / chromium oxide mixed crystal of 0.8 up to 1.5 µm.

8. sintered molded body according to one of claims 1 to 3 and according to claims 4 to 7 with a Grain size of the zirconia between 0.2 and 1.5 µm.

9. sintered molding according to one of claims 1 to 3 and according to claims 4 to 8 with no more than 0.5% by volume of unavoidable impurities on the sintered molded body.

10. Sintered molded body according to one of claims 1 to 3 and 4 to 9 with a Vickers hardness (Hv _0.5 ) <1800.

11. Use of a sintered shaped body according to one of the Claims 1 to 10 as a cutting tool for Cutting paper, textile goods and foils.

12. Use of a sintered shaped body according to one of the Claims 1 to 10 as a cutting plate for the machining of cast iron or of Steel materials.

13. Use of a sintered shaped body according to one of the Claims 1 to 10 as a cutting plate for interrupted cut of cast iron and Steel materials.