DE69614804T2

DE69614804T2 - Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE69614804T2
Application number: DE69614804T
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Arisawa; Hideki Moriguchi; Michio Otsuka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: US5989731A; DE69614804D1; EP0773202A3; EP0773202A2; JPH09194909A; EP0773202B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff, der durch direktes Verbinden eines gesinterten Körpers aus einem Sinterkarbid oder dergleichen an eine Oberfläche eines Metallsubstrats aus Stahl oder dergleichen präpariert ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben. Genauer gesagt bezieht sie sich auf einen Verbundwerkstoff, der eine Spannungsrelaxation erzielen kann, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Beschreibung des Stands der Technik.

Als Techniken zum Verbinden von Materialien, die merkbar unterschiedliche, lineare Expansionskoeffizienten haben, wie beispielsweise ein Metall und Keramiken miteinander, sind die folgenden Verfahren im Stand der Technik bekannt:
(1) Japanische Patentoffenlegung Nr. 52-50906 (1977)
Ein stoßresistentes Sinterkarbid-Element, das einen großen Gehalt an Co besitzt, ist zwischen einem Sinterkarbid-Element zum Schneiden, das einen kleinen Gehalt an Co besitzt, und einem Zwischen-Kohlenstoffstahl-Element zum Verbinden dieser Elemente zwischengefügt, und diese drei Elemente werden erwärmt und unter Druck gesetzt, um integral miteinander durch Diffusion von Kobalt verbunden zu werden.
(2) Japanische Patentoffenlegung Nr. 53-1609 (1978)
Sinterpulver, das eine ausgezeichnete Schmelzbarkeit in Bezug auf ein Sinterkarbid- Element besitzt, und ein Basismaterial aus Stahl oder dergleichen, ist zwischen diesen Elementen angeordnet, und diese drei Elemente werden integral gesintert und miteinander durch ein Energiebeaufschlagungspressen verbunden.
(3) Japanische Patentoffenlegung Nr. 7-3306 (1995)
Ein Sinterkarbid-Element zur Verbindung wird zwischen einem hartgesinterten Karbidelement und einem Stahlelement zwischengefügt. Ein Bindemittelphasenverhältnis in dem Sinterkarbid-Element zur Verbindung ist größer als 10 bis 40 Gew.-% als dasjenige des hartgesinterten Karbidelements.
(4) Japanische Patentoffenlegung Nr. 6-287076 (1994)
(5) EP-A-23733 offenbart ein Zement- oder Keramikmaterial, das auf einem Metallsubstrat durch ein heißisostatisches Pressen von aufgesprühten Schichten davon beschichtet ist. Ein inclinations-funktionales Element, das eine gemischte Inclinations- bzw. Abstufungs- Schicht besitzt, bestehend aus einem Metall und Keramiken zwischen Metall- und Keramikelementen, wird mit Energie beaufschlagtlgesintert durch einen äußeren Formungsrahmen und einen oberen und einen unteren Druckstab. Die inclinations-gemischte Schicht besitzt eine abgestufte Zusammensetzung, d. h. einen Konzentrationsgradienten (Zusammensetzungsänderung) der Komponenten. Die Energiebeaufschlagung wird entlang einer Druckachsenrichtung vorgenommen, d. h. von dem ersten Druckstab zu dem zweiten Druckstab hin über das inclinations-funktionale Element. In diesem Fall wird die Dicke des äußeren Formungsrahmens, der als einer der Energiebeaufschlagungspfade dient, variiert, um einen Temperaturgradienten zu bilden, der für die abgestufte Zusammensetzung verantwortlich ist.
Während jede der vorstehend erwähnten Techniken (1) bis (3) ihre spezielle Aufgabe löst, ist eine Spannung in dem Verbundwerkstoff leicht bei der tatsächlichen Herstellung nicht ausgeglichen, und zwar aufgrund der Differenz zwischen den Volumenverhältnissen der Materialien, die die jeweiligen Schichten bilden. Demzufolge ist der Verbundwerkstoff in der Haltbarkeit oder dergleichen unzureichend.
In der Technik (4) ist es andererseits schwierig, ein inclinations-funktionales Element mit einer ausgezeichneten Qualität aufgrund von Einflüssen zu erhalten, die durch die Leitfähigkeit des oberen und des unteren Druckstabs, den Querschnittsflächenbereich des formenden, äußeren Rahmens, der Freiräume, zwischen dem formenden, äußeren Rahmen und dem oberen und dem unteren Druckstab, und dergleichen, ausgeübt werden. Insbesondere wird, wenn der Verbindungsflächenbereich groß ist, der formende, äußere Rahmen für eine Energiebeaufschlagung so extrem in der Größe erhöht, daß eine hohe Energie erforderlich ist und die Kosten für den äußeren Rahmen erhöht werden. Weiterhin wird die Form des Verbundwerkstoffs nachteilig durch diejenige des formenden, äußeren Rahmens beschränkt, und zwar aufgrund einer SinterungNerbindung über den formenden, äußeren Rahmen.
Während ein Sinterkarbid-Element mit einem Stahlelement durch Hartlöten allgemein verbunden wird, sind die folgenden Probleme in Bezug auf diese Technik bekannt:
(1) die Verbindungsfestigkeit wird unter einer Umgebung mit hoher Temperatur verringert, und zwar aufgrund eines Erweichens des Hartlotfüllermetalls.
(2) Das Stahlelement kann nicht nach einem Hartlöten wärmebehandelt werden, und zwar aus einem Grund, der ähnlich zu dem vorstehenden ist.
Das Hartlöten wird in einem separaten Schritt durchgeführt und demzufolge werden die Herstellkosten erhöht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Festigkeit, die Abnutzungsbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs zu verbessern, der durch direktes Verbinden eines gesinterten Körpers an einer Oberfläche eines Metallsubstrats präpariert ist, durch Erhöhen einer Verbindungsfestigkeit unter einer hohen Temperatur und durch Erzielen einer Spannungsrelaxation in dem Verbundwerkstoff.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen des vorstehend erwähnten, verbesserten Verbundwerkstoffs zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung ist als eine Folge von verschiedenen Studien vorgeschlagen worden, die in Bezug auf ein Volumenverhältnis eines Substrats und eines gesinterten Körpers und auf Dicken, Materialien und Porositätswerte von jeweiligen Schichten in den gesinterten Körpern einer Mehrschichtstruktur vorgenommen worden sind, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verbundwerkstoff, der durch direktes Verbinden eines gesinterten Körpers mit einer Oberfläche eines Metallsubstrats präpariert ist, der gesinterte Körper eine Mehrschichtstruktur ist, die unterschiedliche Zusammensetzungen, senkrecht zu der Verbindungsoberfläche besitzt, wobei die Volumenbeziehung zwischen dem gesinterten Körper und dem Substrat (Substrat- Volumen · 0,2)≥(Volumen des gesinterten Körpers/Schicht-Zahl) ist, und die Dicke jeder Schicht mindestens 0,2 mm und nicht mehr als 5 mm beträgt.
Aufgrund einer solchen Definition der Volumenbeziehung und der Dicke jeder Schicht kann die Funktion der obersten Schicht, die eine Abnutzungsbeständigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit erfordert, merkbar verbessert werden, während eine Spannungsrelaxation in jeder Schicht erleichtert wird. Der Spannungsrelaxationseffekt wird reduziert, wenn die Dicke jeder Schicht geringer als 0,2 mm beträgt, während die komprimierende Spannung in dem zentralen Bereich übermäßig aufgrund einer Reduktion der Festigkeit erhöht wird, wenn die Dicke 5 mm übersteigt. Eine Spannungsrelaxation wird effektiv dann erhalten, wenn der gesinterte Körper eine Mehrschichtstruktur von mindestens drei Schichten insbesondere besitzt.
Der gesinterte Körper wird vorzugsweise aus mindestens einem Material präpariert, das ausgewählt ist aus Sinterkarbid, Cermet, Keramiken und Stellit. Insbesondere besitzt der gesinterte Körper vorzugsweise eine Struktur, die durch Dispergieren und Halten von Hart- Phasen-Körnen in einem Binderphasenmetall erhalten ist.
Beispielhafte Binderphasenmetalle sind Fe, Co, Ni und Cr.
Beispielhafte harte Phasen sind schwer schmelzbare Metallverbindungen, d. h. Keramiken, wie beispielsweise ein Karbid, ein Oxid, ein Bohrid und ein Nitrid.
Weiterhin besitzt das erfindungsgemäße Verbundmaterial die folgende Struktur(en) unabhängig von oder in Kombination miteinander, zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Einschränkung in Bezug auf die Volumenbeziehung und die Dicke jeder Schicht:
(1) Unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, besitzt die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, den größten Binder-Phasen-Gehalt. Die Sintereigenschaft wird durch Erhöhen des Binder-Phasen-Gehalts in der ersten Schicht verbessert, was zu einer Spannungsrelaxation in Bezug auf das Substrat beiträgt.
(2) In mindestens einer der Schichten, die den gesinterten Körper bilden, wird der Binder- Phasen-Gehalt von seinem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang hin erhöht. Diese Struktur trägt auch zu einer Spannungsrelaxation in Bezug auf das Substrat bei.
(3) Binder-Phasen-Gehalte Xn und Xn+1 in den n-ten und n+1-ten Schichten von der Verbindungsoberfläche unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, befinden sich in einer Beziehung von Xn-20 ≥ Xn+1 ≥ Xn-5, im Gewichtsverhältnis. Die Festigkeit wird aufgrund einer übermäßigen Spannung zwischen den jeweiligen Schichten reduziert, falls der Binder-Phasen-Gehalt Xn+1 den Wert Xn-20 übersteigt, während der Spannungsrelaxationseffekt reduziert wird, wenn der Binder-Phasen-Gehalt kleiner als Xn-5 ist.
(4)-[1] Die Binder-Phase des gesinterten Körpers ist hauptsächlich aus Fe, Co und Ni, zusammengesetzt, und die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, besitzt das höchste Gewichts-Verhältnis von (Co + Fe)/Ni, das aufwärts entlang der Schichten reduziert wird. (4)-[2] Die Binder-Phase des gesinterten Körpers ist hauptsächlich aus Fe, Co und Ni zusammengesetzt, und die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, besitzt das höchste Gewichts-Verhältnis von Fe/(Co + Ni), das nach oben entlang der Schichten reduziert wird. In dem gesinterten Körper aus zementiertem Karbid bzw. Sinterkarbid trägt ein Bereich um die Verbindungs-Grenzfläche nur zu einer Spannungsrelaxation und Festigkeit bei, und demzufolge ist es notwendig, den Binder-Phasen-Gehalt zum Verbessern der Sintereigenschaft zu erhöhen. Deshalb ist eine Verbesserung des Co- und Fe-Verhältnisses, insbesondere des Fe-Verhältnisses, effektiv zum Verbessern der SintereigenschafLuntereiner niedrigen Temperatur, was eine Verschlechterung auf der Substratseite und ein Reduzieren der Kosten bewirkt.
(5) Unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, besitzt die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, Poren von weniger als 25 um in der Größe und die Porosität dieser Schicht ist oberhalb von 0,6 Vol.-%, während die oberste Schicht eine Porosität von nicht mehr als 0,2 Vol.-% besitzt. Insbesondere sind die Poren vorzugsweise nicht größer als 10 um in ihrer Größe. Falls der Teil der oberen Schicht groß dimensionierte Poren in einer hohen Porosität hat, führt dies zu einer Verschlechterung der Abnutzungsbeständigkeit.
Die vorstehend erwähnte Struktur wird durch ein Gradienten-Temperatur-Feld gebildet, das die Sintertemperatur nach oben entlang der Schichten erhöht. In diesem Fall kann eine Flüssig-Phasen-Erscheinungs-Temperatur der Binder-Phase nach unten entlang der Schichten reduziert werden, was die Flüssig-Phasen-Auftretungs-Temperaturen der Widerstandsschichten zueinander verschiebt. Demzufolge wird eine Bewegung der Binder- Phase um die Grenzflächen zwischen den jeweiligen Schichten herum verursacht, was zu einer Spannungsrelaxation aufgrund einer kontinuierlichen Zusammensetzungsänderung beiträgt.
(6) Unter der Annahme, daß Cn einen Kohlenstoffgehalt in der n-ten Schicht von dem Substrat unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, darstellt, wird das Zn, ausgedrückt wie folgt, nach unten entlang der Schichten erhöht.
Zn = (Cn - bn) / (an - bn)
Wobei an und bn die untere und obere Grenze von Kohlenstoffgehalten, die freien Kohlenstoff niederschlagen, und eine η Phase in der Zusammensetzung der n-ten Schicht jeweils darstellen.
Die Unterschiede zwischen dem Zn in den jeweiligen Schichten verursachen Unterschiede zwischen den Flüssig-Phasen-Auftretungs-Temperaturen für die Binder-Phase, und zwar um zu einer Bewegung der Binder-Phase zwischen den jeweiligen Schichten in einer anfänglichen Stufe eines Sinterns zu führen. Demzufolge wird eine Änderung einer Härte in der Dickenrichtung des gesinterten Körpers durch Reduzieren des Zn nach unten entlang der Schichten geglättet, was dadurch eine hohe Härte in dem Teil der oberen Schicht ergibt.
(7) Ein Niederschlagen von freiem Kohlenstoff wird in der ersten Schicht beobachtet, die in Kontakt mit dem Substrat steht, und zwar unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden.
(8) -[1] Unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, besitzt die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, eine Bruchzähigkeit von mindestens 10 Mpa · m1/&sub2;, und die obere Schicht besitzt eine Härte von mindestens 1500/Hv. Aufgrund dieser Einschränkung wird ein Verbundwerkstoff erhalten, der sowohl eine Zähigkeit als auch eine Härte für eine Spannungsfreisetzung in Bezug auf das Substrat hat. (8)-[2] Weiterhin besitzt jede Schicht des gesinterten Körpers eine Druckrestspannung σ in deren zentralem Bereich in dem Bereich von 0,1 ≤ σ ≤ 1,0 GPa. Während eine Legierungsfestigkeit jeder Schicht effektiv verbessert wird, wenn Sinterkarbid die Restspannung von mindestens 0,1 GPa hat, wird eine Druckspannung übermäßig so erhöht, um leicht einen Bruch durch Kompression hervorzurufen, wenn die Restspannung 1,0 GPa übersteigt.
(9) -[1] Unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, besitzt mindestens eine Schicht einen Bereich, der eine unterschiedliche Zusammensetzungen in einer Richtung parallel zu der Verbindungs-Oberfläche besitzt. (9)-[2] Unter den Schichten, die den gesinterten Körper bilden, besitzt mindestens eine Schicht einen Schlitz. Es ist möglich, die Spannung zwischen dem Substrat und dem gesinterten Körper durch Vorsehen eines solchen Bereichs freizusetzen, der eine unterschiedliche Zusammensetzung besitzt, und zwar in der Richtung parallel zu der Verbindungs-Oberfläche oder dem Schlitz.
(10) Wenn der gesinterte Körper aus Sinterkarbid hergestellt ist, werden die Korngrößen von WC von dem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang zumindest in einer der Schichten, die den gesinterten Körper bilden, reduziert. Eine Spannungsrelaxation kann auch durch diese Struktur erhalten werden.
(11) Wenn der gesinterte Körper aus Sinterkarbid hergestellt ist, werden die Korngrößen von WC, das eine harte Phase ist, nach oben entlang der Schichten reduziert, während die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, der Schichten eine durchschnittliche Korngröße von WC von mindestens 4 um hat, und die oberste Schicht eine durchschnittliche Korngröße von WC von nicht mehr als 2 um hat, reduziert. Ein Riß- Propagations-Widerstand wird erhöht, um eine Festigkeit durch Erhöhen der Korngrößen von WC in der unteren Schicht zu verbessern, eine Korrosions-Widerstandsfähigkeit wird durch Reduzieren der Korngrößen von WC in unteren Schichten verbessert, und eine Abnutzungsbeständigkeit wird durch einen solchen Effekt verbessert, daß ein durchschnittlicher, freier Pfad der Binder-Phase reduziert werden kann.
(12) Wenn die harte Phase in der ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, B1-Kristalle von zumindest entweder Karbiden, Nitriden oder Karbo-Nitriden der Metalle, die zu der Gruppe 4a, 5a und 6a gehören, hauptsächlich zusammengesetzt aus Ti, enthält, ist irgendeine der folgenden Strukturen bevorzugt, so daß eine Spannung zwischen dem Substrat und dem gesinterten Körper freigesetzt werden kann:
[1] Der Gehalt der B1-Kristalle in dem gesinterten Körper wird nach oben entlang der Schichten reduziert.
[2] Die Gehalte von Yn und Yn+1 der B1-Kristalle in der n-ten und n+1-ten Schicht von der Verbindungsfläche aus stehen in der Beziehung Yn - 40 ≥ Yn+1 ≥ Yn-10. Die Festigkeit wird reduziert, wenn der Gehalt von Yn+1 den Wert Yn - 40 übersteigt, da die Spannung zwischen den jeweiligen Schichten übermäßig erhöht wird, während der Effekt einer Spannungsrelaxation reduziert wird, wenn der Gehalt von Yn+1 kleiner als Yn-10 ist.
[3] Der Gehalt der B1-Kristalle wird von dem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang hin zumindest in einer der Schichten, die den gesinterten Körper bilden, erhöht.
Der Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper, in dem Fall, daß er WC als eine harte Phase enthält, die folgenden Strukturen in Bezug auf die Korngrößen, die Verteilung, usw., von WC besitzt. Während die vorliegende Erfindung nur mit den folgenden Strukturen effektiv ist, was selbstverständlich ist, werden diese Strukturen mit der vorstehend erwähnten Einschränkung in Bezug auf die Volumenbeziehung und die Dicke jeder Schicht kombiniert.
(1) Die oberste Schicht des gesinterten Körpers besitzt eine durchschnittliche Korngröße von WC von mindestens 4 um. In einem urban sich entwickelnden Tool oder einem Bergwerk-Tool werden eine Sedimentabnutzungsfunktion und eine Stoßwiderstandsfähigkeit durch Einsetzen von groben WC-Körnern für die oberste Schicht des gesinterten Körpers verbessert, um dadurch eine merkbare Verbesserung der Tool- bzw. Werkzeuglebensdauer zu erhalten. Auf einem solchen Gebiet kann eine Verbesserung der Funktionsweise nicht bei einem Werkzeug erreicht werden, das aus WC hergestellt ist, das kleine Korngrößen besitzt, da das Werkzeug abgenutzt wird, während die WC-Körner abfallen. Weiterhin wird eine Dehnungswiderstandsfähigkeit unter Reißen, verursacht durch einen Stoß, aufgrund der Größe der groben WC-Körner verbessert, wodurch eine Stoßwiderstandsfähigkeit auch verbessert wird.
(2) In der obersten Schicht des gesinterten Körpers besitzt die WC-Korngrößenverteilung zwei Peaks, die mindestens 4 um und nicht mehr als 2 um auf der Seite von groben und feinen Körnern sind. Aufgrund eines solchen Einsetzens von WC, die zwei Peaks in deren Korngrößenverteilung haben, kann eine Härte verbessert werden, während eine Festigkeit in der obersten Schicht beibehalten wird.
(3) Die oberste Schicht des gesinterten Körpers enthält polygonale WC-Körner, während mindestens eine der verbleibenden Schichten abgerundete WC-Körner besitzt. WC wird vorzugsweise mit dem Substrat des Stahls oder dergleichen in der kürzesten Zeit bei der minimalen Temperatur verbunden, um den Mehrschichtzustand des Rohmaterialpulvers beizubehalten und um eine Auflösung des Stahls zu verhindern. Deshalb werden die Körner von WC nur schwer aufgebaut bzw. angewachsen, allderings abgerundet, während die Formen beim Mischen und Pulverisieren des Rohmaterialpulvers beibehalten werden. Allerdings besitzen polygonale WC-Körner, die angewachsen werden, indem sie in dem Binder-Phasen-Metall während eines Sinterns aufgelöst/niedergeschlagen werden, eine weitaus höhere Festigkeit. Deshalb wird ein Sintern in einer kurzen Zeit innerhalb mehrerer Minuten durch ein Energiebeaufschlagungsdrucksintern durchgeführt. In diesem Fall wird nur eine Oberflächenseite eines Rohmaterialelements für den gesinterten Körper auf eine hohe Temperatur von mindestens 1500ºC zum Beispiel erwärmt, wodurch die WC- Körner nur in der obersten Schicht des gesinterten Körpers angewachsen werden können, um in polygonalen Formen vorzuliegen. Um nur die Oberflächenseite des Rohmaterialelements zu erwärmen, wird die Programmierrate (der momentane Wert in der Temperaturerhöhung) innerhalb von zehn Minuten erhöht, oder ein Stempel (Heizeinrichtung), der in Kontakt mit der Oberfläche des Rohmaterialelements gebracht wird, wird aus einem Material mit hohem Widerstand hergestellt oder zu einer hochwiderstandsmäßigen Form gebracht.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist auch dadurch charakterisiert, daß in einem Verbundwerkstoff, präpariert durch Verbinden eines Sinterkarbidelements an einer Oberfläche eines Metallsubstrats, ein erster Bereich von 10 bis 1000 um von der Oberfläche der obersten Schicht des WC-Sinterkarbidelements einen Binder-Phasen-Gehalt von nicht mehr als 5 Gew..-% besüzt, und ein zweiter Bereich von innerhalb 500 um von einem Bereich unmittelbar unter dem ersten Bereich einen größen Binder-Phasen-Gehalt als der erste Bereich besitzt, um einen Extremwert zu haben. Die Binder-Phasen-Gehalte werden vorzugsweise nach oben reduziert und nach unten entlang der Schichten erhöht, um die- Abnutzungsfähigkeit zu verbessern. Wenn der Binder-Phasen-Gehalt in der obersten Schicht nicht mehr als 5 Gew..-% beträgt, kann allerdings die Festigkeit unzureichend in diesem Bereich sein. Deshalb ist es effektiv, den zweiten Bereich, der angereichert in dem Binder-Phasen-Gehalt ist, unmittelbar unter dem ersten Bereich vorzusehen, der einen kleinen Binder-Phasen-Gehalt besitzt. Demzufolge kann ein Riß, verursacht in dem Oberflächenschichtteil, davor bewahrt werden, daß er zu der inneren Richtung hin propagiert, wodurch die Festigkeit verbessert werden kann.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist auch dadurch charakterisiert, daß ein gesinterter Körper an mindestens einer einer äußeren und inneren peripheren Oberfläche eines zylindrischen Substrats angesintert/damit verbunden wird. Wie später beschrieben wird, wird die HeizlDruckbeaufschlagungseinrichtung relativ in Bezug auf ein Rohmaterialelement für den gesinterten Körper bewegt, so daß der gesinterte Körper an dem Substrat einer dreidimensionalen Form, das einen zylindrischen äußeren und inneren Umfang besitzt, angesintert/damit verbunden werden kann.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen des vorstehend erwähnten Verbundwerkstoffs ist so angepaßt, um ein Rohmaterialelement für einen gesinterten Körper anzuordnen, der einen linearen Expansionskoeffizienten besitzt, der zu demjenigen eines Metallsubstrats unterschiedlich ist, das auf einer rückwärtigen Oberfläche des Substrat angeordnet ist, und daß dieses Rohmaterialelement durch eine Erwärmungseinrichtung von seiner Oberflächenseite aus erwärmt und durch ein Druckbeaufschlagungselement unter Druck gesetzt wird, so daß Rohmaterialpulver an dem Substrat angesintert und direkt damit verbunden wird. Das Rohmaterialelement wird von seiner Oberflächenseite aus erwärmt, wodurch ein Temperaturgradient so gebildet werden kann, daß die Oberflächenseite auf einer hohen Temperatur liegt und eine Verbindungsoberflächenseite auf einer niedrigen Temperatur liegt. Die Erwär- mungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung kann aus irgendeiner Einrichtung gebildet werden, soweit diese eine Temperatur und einen Druck erzielen kann, die zum Sintern des Rohmaterials geeignet sind. Irgendeine Heizeinrichtung, wie beispielsweise eine Energiebeaufschlagung, eine Hochfrequenz oder eine Mikrowelle, zum Beispiel, können bei der Heizeinrichtung angewandt werden.
Der gesinterte Körper wird vorzugsweise aus mindestens einem Material präpariert, das aus Sinterkarbid, Cermet, Keramiken und Stellit ausgewählt ist.
Das Rohmaterialelement wird aus irgendeinem Pulver, einem zuvor gepreßten, geschmiedeten Körper, einem vorgesinterten Körper und einem Laminat davon, präpariert. Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung relativ in Bezug auf ein Rohmaterialelement für einen gesinterten Körper bewegt wird, so daß der gesinterte Körper, der einen Flächenbereich besitzt, der größer als ein Arbeitsflächenbereich der Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung für das Rohmaterialelement ist, mit dem Substrat verbunden ist. Demzufolge kann ein Verbundwerkstoff, der einen gesinterten Körper eines Flächenbereichs größer als der Arbeitsflächenbereich der Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung für das Rohmaterialelement besitzt, insbesondere eine dreidimensionale Form, wie beispielsweise eine zylindrische Form, erhalten werden.
Eine beispielhafte Heizeinrichtung ist eine Heizeinrichtung, die auf der Oberfläche des Rohmaterialelements für den gesinterten Körper plaziert wird. Ein Sintern kann durch Energiebeaufschlagung auf die Heizeinrichtung durchgeführt werden. Die Druckbeaufschlagungseinrichtung kann die Heizeinrichtung gegen das Rohmaterialelement drücken. Wenn die Heizeinrichtung aus einer Heizeinheit gebildet wird, hat diese Heizeinheit vorzugsweise eine Funktion einer Bildung einer Form. Mit anderen Worten wird die Heizeinheit in die Form einer formenden Platte gebracht. Demzufolge kann der gesinterte Körper an dem Substrat ohne ein separates Einsetzen einer Formungsplatte angesintert/damit verbunden werden.
Die Heizeinrichtung umfaßt vorzugsweise eine äußere Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Bereichs des Rohmaterialelements um seinen äußeren Umfangsbereich herum. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung eines Rahmen-Typs oder eine ringförmige, äußere Heizeinrichtung, die den äußeren Umfang des Rohmaterialelements umgibt, eingesetzt werden. Demzufolge kann eine Temperaturreduktion in dem äußeren Umfangsbereich des Rohmaterialelements unterdrückt werden. Wenn die Druckbeaufschlagungseinrichtung so aufgebaut ist, um auch die Seitenoberfläche des äußeren Umfangsbereichs des Rohmaterialelements mit Druck zu beaufschlagen, kann weiterhin die Seitenoberfläche des äußeren Umfangs des Rohmaterialelements erwärmt und unter Druck gesetzt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff, wie er vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, eine Oberflächenhärte des gesinterten Körpers zu verbessern, einen inneren Riß oder Spalt zu eliminieren und ausreichend den gesinterten Körper durch Definieren der Volumenbeziehung zwischen dem gesinterten Körper der Mehrschichtstruktur und dem Substrat und der Dicke jeder Schicht zu verdichten.
Weiterhin ist es möglich, die Spannungsdifferenz (Differenz, die aus einer Kompression und einem Zug, verursacht in einem zentralen und Endbereich des gesinterten Körpers jeweils ungeachtet des Abstands von der Verbindungsoberfläche), verursacht durch die Positionen des Substrats und des gesinterten Körpers, durch Beschränken der Binder- Phasen-Verteilung und der Größen der Hart-Phasen-Körner in dem gesinterten Körper und Bilden der Zusammensetzungs-Verteilung des gesinterten Körpers parallel zu der Verbindungsoberfläche zu reduzieren. Demzufolge ist es möglich, die Balance zwischen der Festigkeit des gesinterten Körpers um die Verbindungsoberfläche hinein und der Abnutzungswiderstandsfähigkeit in dem Teil der oberen Schicht zu verbessern. Insbesondere wird dieser Effekt weiterhin durch Vorsehen eines diskontinuierlichen Bereichs oder eines Schlitzes verbessert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren kann, zusätzlich, ein Temperaturgradient leicht durch Erwärmen des Rohmaterialelements auf dem Substrat von seiner Oberflächenseite aus gebildet werden.
Demzufolge ist das Verfahren optimal zur Verbindung eines gesinterten Körpers, der unterschiedliche Zusammensetzungen in der Dickenrichtung besitzt, auf dem Substrat optimal. Insbesondere besitzt der Verbundwerkstoff eine hohe Verbindungsfestigkeit unter einer hohen Temperatur, um vollständig Nachteile des Verbundwerkstoffes zu beseitigen, die aus einem Hartlöten resultieren. Weiterhin ist es möglich, einen Verbundwerkstoff mit langer Lebensdauer zu erhalten, der eine Festigkeit, eine Abnutzungswiderstandsfähigkeit und eine Korrisionswiderstandsfähigkeit in einer besseren Balance als eine Verbundwerkstoff besitzt, der durch das herkömmliche Sintern/Verbinden hergestellt ist.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht, die einen beispielhaften Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht, die einen anderen, beispielhaften Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen linearen Expansionskoeffizienten eines Substrats und eines gesinterten Körpers in dem Verbundwerkstoff, dargestellt in Fig. 2, zeigt;
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Sintertemperaturen für das Substrat und den gesinterten Körper in dem Verbundwerkstoff, dargestellt in Fig. 2, zeigt;
Fig. 5A stellt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs dar, und Fig. 5B stellt schematisch eine Herstellvorrichtung dar, die mit einem Heizmechenismus auch auf deren Seitenoberfläche versehen ist;
Fig. 6A stellt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs dar, versehen mit einer Heizeinrichtung, die eine Formfunktion besitzt, und Fig. 6B stellt schematisch eine Vorrichtung dar, die mit einem Erwärmungs/Druckbeaufschlagungs- Mechanismus auch auf deren Seitenoberfläche versehen ist;
Fig. 7 stellt schematisch eine Vorrichtung zum Sintern/Verbinden eines gesinterten Körpers an einer äußeren Umfangsoberfläche eines zylindrischen Substrats dar;
Fig. 8 stellt schematisch eine Vorrichtung zum Sintern/Verbinden eines gesinterten Körpers an einer inneren Umfangsoberfläche eines zylindrischen Substrats dar;
Fig. 9 zeigt eine Längsschnittansicht, die einen Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 10 stellt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen des Verbundwerkstoffs, dargestellt in Fig. 9, dar;
Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen den Abständen von Verbindungsoberflächen der Verbundwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung und Härtewerten der gesinterten Körpern darstellt;
Fig. 12 zeigt eine Längsschnittansicht des Verbundwerkstoffs, dargestellt in Fig. 9, versehen mit Schlitzen;
Fig. 13 zeigt eine Längsschnittansicht des Verbundwerkstoffs, dargestellt in Fig. 9, versehen mit einem diskontinuierlichen Zusammensetzungsbereich;
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht eines Verbundwerkstoffs, der netzartige Schlitze entsprechend solchen in Fig. 12 besitzt;
Fig. 15 zeigt eine mikrofotografische Darstellung, die einen Schnitt eines gesinterten Körpers, der polygonale WC-Körner zeigt, darstellt;
Fig. 16 zeigt eine mikrophotographische Darstellung, die einen Schnitt eines gesinterten Körpers, der gerundete WC-Körner zeigt, darstellt;
Fig. 17 zeigt eine graphische Darstellung, die eine Härteverteilung von der äußersten Oberfläche eines gesinterten Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 18 zeigt eine mikrofotografische Darstellung, die einen Schnitt eines gesinterten Körpers, eingesetzt in Fig. 17, in der Nähe seiner Oberfläche darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.

(Struktur des Verbundwerkstoffs)

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht, die einen beispielhaften Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie die Fig. 1 zeigt, ist ein gesinterter/verbundener, gesinterter Körper 2 einer Mehrschichtstruktur auf einem Substrat 1 aus Stahl oder dergleichen positioniert. Es wird angenommen, daß "A", "B" und "C", TSA, TSB und TSC, und TMA, TMB und TMC die linearen Expansionskoeffizienten, die Sintertemperatur und die Schmelzpunkte von jeweiligen Schichten 2A, 2B und 2C des gesinterten Körpers 2 jeweils darstellen, und "M", TSM und TMM den linearen Expansionskoeffizienten, die Sintertemperatur und den Schmelzpunkt des Substrats 1 jeweils darstellen, wobei sich die Werte in den folgenden Beziehungen zueinander befinden:
αM - αA > αM - αB > αM - αC
TSM - TSA > TSM - TSB > TSM - TSC
TMM - TMA > TMM - TMB > TMM - TMC
Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht eines anderen, beispielhaften Verbundwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Verbundwerkstoff ist ein gesinterter Körper 3, der eine abgestufte Zusammensetzung besitzt (Zusammensetzungsänderung in einer Richtung senkrecht zu einer Verbindungsoberfläche), auf einem Substrat 1 verbunden. Mit anderen Worten werden die linearen Expansionskoeffizienten des Substrats 1 und des gesinterten Körpers 2 von der Verbindungsoberfläche zu der Oberfläche des gesinterten Körpers 2 hin verringert (siehe Fig. 3), während die Sintertemperaturen erhöht werden (siehe Fig. 4).

(Vorrichtung zum Herstellen des Verbundwerkstoffs)

Fig. 5 A zeigt eine Längsschnittansicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs darstellt. Ein Rohmaterialelement 4 für einen gesinterten Körper wird auf einer Oberfläche eines Substrats 1 angeordnet, und diese Proben werden zwischen einer oberen und einer unteren Druckramme 5 und 6 angeordnet. Eine Heizeinrichtung 7 aus hochfestem Graphit, eine Isolierplatte 8A aus hochfestem Si&sub3;N&sub4;, eine Heizisolierplatte 9 aus SUS304 und einer Kühlramme 10A sind zwischen einer oberen Oberfläche des Rohmaterialelements 4 und der oberen Druckramme 5 aufeinanderfolgend von unten zwischengefügt. Andererseits sind eine Isolierplatte 8B und eine Kühlramme 10B zwischen einer unteren Oberfläche des Substrats 1 und der unteren Druckramme 6 aufeinanderfolgend von oben zwischengefügt. Kühlwasser fließt zu den Kühlrammen 10A und 10B. Eine Einrichtungsenergiequelle 11 beaufschlagt die Heizeinrichtung 7 über einen Zuführdraht 12 mit Energie zum Erwärmen des Rohmaterialelements 4 auf eine hohe Temperatur, während die obere und die untere Druckramme 5 und 6, so komprimiert werden, um die Heizeinrichtung 7 gegen das Rohmaterialelement 4 zum Sintern/Verbinden des Rohmaterialelements 4 mit dem Substrat 1 zu drücken. Zum Zeitpunkt eines Sinterns ist es bevorzugt, ein BN-(Bohrnitrid)-Spray aufzusprühen oder ein Kohlenstoffblech in einer Oberfläche des Rohmaterialelements 4 einzusetzen, das in Kontakt mit der Heizeinrichtung 7 steht, um zu verhindern, daß die Heizeinrichtung 7 beschädigt wird, verursacht durch eine Reaktion mit dem Rohmaterialelement 4, und um eine Trennung der Proben von der Heizeinrichtung 7 zu erleichtern. Das BN-Spray oder das Kohlenstoffblech können geeignet in Abhängigkeit von den Formen der Proben eingesetzt werden. Mindestens die Proben (das Substrat 1 und das Rohmaterialelement 4) sind in einem Vakuumgefäß (nicht dargestellt) aufbewahrt.
Während eine Energiebeaufschlagungsbeheizung durch die Heizeinrichtung 7 in dem vorstehenden Beispiel eingesetzt wird, ist das Heizverfahren nicht auf das Energiebeaufschlagungsheizen beschränkt, sondern eine andere Einrichtung, wie beispielsweise ein lnduktionsheizen oder ein Mikrowellenheizen, können alternativ eingesetzt werden. Wie in Fig. 5B dargestellt ist, kann eine äußere Heizeinrichtung 13 vom Rahmen-Typ um den äußeren Umfangsbereich des Rohmaterialelements 4 herum eingesetzt werden, um eine Temperaturreduktion um den Umfangsbereich der Heizeinrichtung 7 herum zu verhindern, um dadurch die Erwärmungseffektivität zu verbessern.
Fig. 6 A zeigt eine Längsschnittansicht, die eine andere, beispielhafte Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs darstellt. In diesem Beispiel besitzt eine Heizeinrichtung 7 eine Funktion einer Formungsplatte. Mit anderen Worten besitzt die Heizeinrichtung 7 selbst die Form einer Formungsplatte. Wie Fig. 6 A zeigt, besitzt die Heizeinrichtung 7 eine Form entsprechend zu einem zylindrischen, gesinterten Körper, der einen mit Fase versehenen Umfangskantenbereich auf seiner oberen Oberfläche besitzt. Ein Rohmaterialelement 4 wird durch Energiebeaufschlagungsheizen mit der Heizeinrichtung 7 und Druckbeaufschlagung mit einer oberen und einer unteren Druckramme 5 und 6 gesintert, um mit einer Oberfläche eines Substrats 1 verbunden zu werden. Die Fig. 6A und 6B besitzen Bezugszeichen, die identisch zu denjenigen in Fig. 5A und 5B sind, die dieselben Bereiche bezeichnen.
Wie in Fig. 6B dargestellt ist, kann die Formungsplattenfunktion der Heizeinrichtung 7 alternativ bzw. alternierend in Druckbeaufschlagungsfunktionen von einem oberen Bereich und Seitenoberflächen separiert sein, so daß die Erwärmungsfunktionen von den Seitenoberflächen weiterhin hinzugefügt werden. Mit anderen Worten sind Seitenheizeinrichtungen 20A, 20B, 20C und 20D und Seitendruckrammen 21A, 21B, 21C und 21D um Verbindungsbereiche zwischen einem Substrat und einem Rohmaterialelement herum vorgesehen.
Die Fig. 7 und 8 stellen Vorrichtungen dar, die in ihrer Struktur zu denjenigen, dargestellt in den Fig. 5A, 5B, 6A und 6B, unterschiedlich sind. In jeder dieser Vorrichtungen bewegt sich eine Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung relativ zu den Proben.
Aufgrund dieser Struktur ist es möglich, einen Verbundwerkstoff herzustellen, der einen Flächenbereich besitzt, der größer als solche der Proben, die durch die Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung bearbeitet werden, ist. Diese Struktur ist besonders bevorzugt zum Verbinden eines gesinterten Körpers mit einem Substrat, das eine dreidimensionale Form, wie beispielsweise eine zylindrische (säulenförmige) Form, besitzt. Die Form einer Heizeinrichtung ist so gestaltet, um derjenigen des gesinterten Körpers, was selbstverständlich ist, zu entsprechen. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, bezeichnen Bezugszeichen, die identisch zu denjenigen in den Fig. 5A und 5B sind, dieselben Bereiche.
Fig. 7 stellt eine Vorrichtung zum Sintern und Verbinden eines Rohmaterialelements 4 an einer äußeren Umfangsoberfläche eines zylindrischen (säulenförmigen) Substrats 1 dar. Eine Heizeinrichtung 7 ist auf den äußeren Umfang des zylindrischen Substrats 1 aufgesetzt. Das Rohmaterialelement 4, das eine abgestufte Zusammensetzung besitzt, ist auf der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats 1 angeordnet, das wiederum gedreht und mit der Heizeinrichtung 7 erwärmt/unter Druck gesetzt wird, so daß ein gesinterter Körper auf den gesamten, äußeren Umfang des Substrats 1 aufgesintert/damit verbunden werden kann.
Fig. 8 stellt eine Vorrichtung zum Sintern und Verbinden eines Rohmaterialelements 4 an einer inneren Umfangsoberfläche eines zylindrischen Substrats 1 dar. Eine Heizeinrichtung 7 ist auf dem inneren Umfang des zylindrischen Substrats 1 angeordnet, und eine obere Druckramme 5 ist mit beiden Endbereichen der Heizeinrichtung 7, von beiden Endöffnungen des Substrats 1 vorstehend, verbunden. Das Rohmaterialelement 4 ist auf der inneren Umfangsoberfläche des Substrats 1 angeordnet, das wiederum gedreht und mit der Heizeinrichtung 7 erwärmt/unter Druck gesetzt wird, wodurch ein gesinterter Körper mit der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Substrats 1 verbunden werden kann.

< Test-Beispiel 1>

Al&sub2;O&sub3;-Pulver mit 0,5 um in der durchschnittlichen Korngröße, ZrO&sub2;-Pulver mit 0,5 um in der durchschnittlichen Korngröße, TiC-Pulver mit 1 um in der durchschnittlichen Korngröße, TiN-Pulver mit 1 um in der durchschnittlichen Korngröße, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver mit 1 um in der durchschnittlichen Korngröße, Mo&sub2;C-Pulver mit 1 um in der durchschnittlichen Korngröße, WC-Pulver mit 2 um in der durchschnittlichen Korngröße, Co-Pulver mit 4 um in der durchschnittlichen Korngröße, Ni-Pulver mit 1 um in der durchschnittlichen Korngröße, und Pulver aus rostfreiem Stahl (SUS304) mit 10 um in der durchschnittlichen Korngröße, wurden in Zusammensetzungen, dargestellt in den Proben Nummern 1 bis 3 in Tabelle 1, gewichtet, dann naß in einer Rotationskugelmühle für 15 Stunden gemischt, und danach getrocknet. Tabelle 1
(Gew.-%)
Die gemischten Pulvermaterialien der Proben Nr. 'n 1 und 2 wurden dazu eingesetzt, gepreßte Laminate wie folgt zu präparieren:
Das Pulver jeder Zusammensetzung wurde auf einer Oberfläche eines Substrats aus Stahl (SS41) mit 50 mm² mal 30 mm Dicke, zum Bilden des vorgeformten Körpers einer Dreischicht-Struktur über eine Formungsplatte geformt. Die erste Schicht, die mit dem Substrat verbunden war, wurde zu-einer Dicke von 2 mm unter einem Druck von 10 kg/cm² druck-geformt, und dann wurden die zweite und die dritte Schicht aufeinanderfolgend darauf in einem ähnlichen Vorgang zu dem vorstehenden in Dicken von 2 mm jeweils gestapelt.
Ein Laminat einer Proben-Nr. 4 wurde wie folgt präpariert:
Zuerst wurden Schlämmen aus ZrO&sub2;-Pulver und Pulver aus rostfreiem Stahl mit Lösungsmitteln aus Ethylalkohol jeweils präpariert. Diese Schlämmen wurden aufgesprüht, während leicht das Mischungsverhältnis der Pulvermaterialien geändert wurde, um ein Laminat aus 50 Schichten auf einer Oberfläche eines Substrats aus rostfreiem Stahl (SUS304) mit 50 mm² mal 30 mm Dicke zu bilden. Dementsprechend war es möglich, ein Laminat zu erhalten, das eine Zusammensetzung besaß, die sich im wesentlichen kontinuierlich in der Dickenrichtung von 100% rostfreiem Stahl zu 100% ZrO&sub2; änderte. Eine Schicht aus 100 % an ZrO&sub2; wurde auf die oberste Schicht in einer Dicke von 1 mm gestapelt, um ein Laminat mit 6 mm in der gesamten Dicke zu erhalten. Bei der Bildung dieses Laminats wurde ein Trocknen der Schlämmen unmittelbar beendet, nachdem dieselben auf das erwärmte Substrat aus rostfreiem Stahl aufgesprüht waren. Dann wurden die Laminate, präpariert aus den Proben Nr. 'n 1, 2 und 4, in die Vorrichtung, dargestellt in Fig. 5A, eingesetzt, die wiederum auf nicht mehr als 10&supmin;³ Torr evakuiert war, um darauffolgend die Proben oben und unten mit einem Druck von 400 kg/cm² unter Druck zu setzen. Die Heizeinrichtung wurde schnell auf 1350ºC erwärmt, während der Druck beibehalten wurde, und für 1 Minute nach einem Halten einer Konzentration der gesinterten Körper gehalten. Danach wurde N&sub2;-Gas zugeführt, um die Heizeinrichtung auf 400ºC in 3 Minuten zu kühlen, während der Druck beibehalten wurde, und danach wurde die Vorrichtung zum Herausnehmen der Proben entladen. Nachdem die Heizeinrichtung gekühlt war, wurde die Durchflußrate des Kühlwassers von der unteren Kühlramme aus zum Verbessern der Kühlleistung erhöht.
Die erhaltenen Verbundwerkstoffe der Proben Nr. 'n1, 2 und 4 besaßen keine Defekte im Erscheinungsbild, wie beispielsweise Krümmung oder einen Riß. Die Schnittoberflächen wurden geschliffen und betrachtet, wobei das Innere ausreichend verdichtet, ohne Risse oder Freiräume, war.
Die Proben Nr. 'n 1 und 2 wurden bei den anfänglichen Strukturen der drei Schichten beibehalten, während die Probe Nr. 1 eine Keramik-Oberfläche besaß, die eine Oberflächenhärte Hv von 2500 zeigte, was höher um ungefähr 300 war, verglichen mit derjenigen, die durch Sintern/Formen gemäß dem Stand der Technik erhalten ist. Andererseits zeigte die Probe Nr. 2, die eine Cermet-Oberfläche besaß, eine Oberflächenhärte Hv von 1750, was höher um ungefähr 200, verglichen mit derjenigen war, die durch Sintern nur der dritten Schicht durch ein übliches Verfahren erhalten ist.
In der Probe Nr. 4, die durch Stapeln von 50 Schichten, die unterschiedliche Zusammensetzungen besaßen, präpariert war, wurde die Zusammensetzung des Verbundwerkstoffs nicht schrittweise, im Gegensatz zu den Proben Nr. 'n 1 und 2, geändert, sondern es war im wesentlichen möglich, eine solche kontinuierlich abgeschrägte Struktur zu implementieren, derart, daß die Zusammensetzung kontinuierlich geändert wurde. Die Oberfläche von 100% ZrO&sub2; zeigte eine Härte Hv von 1400, was um ungefähr 10% verglichen mit dem Fall eines allgemeinen Sinterns verbessert war.

< Test-Beispiel 2>

Die Vorrichtung, dargestellt in Fig. 6A, wurde zum Präparieren eines Verbundwerkstoffs aus dem Beispiel Nr. 3, dargestellt in Tabelle 1, eingesetzt. Das eingesetzte Substrat wurde aus Stahl hergestellt und hatte eine Dicke von 50 mm, einen Bodenoberflächendurchmeser von 50 mm und einen Durchmesser der oberen Oberfläche von 35 mm, mit einem oberen Oberflächenumfangskantenbereich, der mit 7,5 mm abgeschrägt bzw. gefast war. Das Pulver der Probe Nr. 3, dargestellt in Tabelle 1, wurde auf die obere Oberfläche des Substrats gesetzt, um ein Laminat durch Staubbildung mit einer Formungsplatte unter einem Druck von 20 kg/cm² zu präparieren, so daß die dritte, die zweite und die erste Schicht 1,5 mm, 3,5 mm und 1 mm in der Dicke jeweils waren. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein BN-Spray auf die Oberfläche der Probe, die in Kontakt mit einer Heizeinrichtung stand, aufgebracht. Das vorstehend angegebene Laminat wurde in die Vorrichtung, dargestellt in Fig. 6A, eingesetzt, und mit Druck von oben und von unten mit einem Druck von 500 kg/cm² beaufschlagt. Die Heizeinrichtung wurde schnell auf 1380ºC während 1 Minute in der Atmosphäre erwärmt, während der Druck beibehalten wurde, und für 30 Sekunden nach einem Halten der Konzentration des gesinterten Bereichs gehalten. Die Haltezeit bei 1380ºC betrug 1,5 Minuten. Danach wurde die Heizeinrichtung auf 500ºC in 2 Minuten abgekühlt, während der Druck beibehalten wurde, und danach wurde die Vorrichtung unter Herausnahme der Probe entladen. Der erhaltene Verbundwerkstoff zeigte keine Defekte im Erscheinungsbild, wie beispielsweise Wölbung oder Rißbildung in dem verbundenen oder mit Fase versehenen Bereich. Nachdem eine Schneidfläche geschliffen und beobachtet wurde, war das Innere ausreichend verdichtet und vollständig gesintert/verbunden ohne entweder Risse oder Freiräume. Weiterhin wurde bestätigt, daß die Anfangszusammensetzung ohne eine Bewegung einer Co-Binder-Phase des Sinterkarbids beibehalten wurde.

< Test-Beispiel 3>

Dann wurden Proben mit einem Bohr-Bit bzw. einer Bohr-Spitze präpariert und einem Excavations-bzw. Abtragungs-Test unterworfen. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, ist dieses Bohr- Bit durch Verbinden eines gesinterten Körpers 2 einer Mehrschichtstruktur an einer Oberfläche eines Substrats 1 aus Stahl (S45C) präpariert. Die gesamte Form des Bohr-Bits ist im wesentlichen zylindrisch und eine Verbindungsoberfläche 30 und eine Oberfläche des gesinterten Körpers 2 besaßen sphärische Formen. Tabelle 2 stellt Mischverhältnisse von Rohpulvermaterialien für gesinterte Körper dar, und Tabelle 3 stellt die Reihenfolge der gestapelten Schichten, die die gesinterten Körperdicken, die Dicken der jeweiligen Schichten und die Volumenverhältnisse in Bezug auf die Stahlsubstrate dar. Die Rohmaterial-Mischungsverhältnisse definieren im wesentlichen die Zusammensetzungen der jeweiligen Schichten der gesinterten Körper. Diese Pulvermaterialien besaßen ungefähr 3 um im durchschnittlichen Korndurchmesser.

Tabelle 2

Zusammensetzungs- Zusammensetzung Nr.

A WC-5%Co
B WC-10%Co
C WC-20%Co
D WC-40%Co
E WC-7%Co
F 60% Bt-40%Co
G WC-20%Bt-40%Co
H WC-15%Bt-40%Co
I WC-10%Bt-40%Co
J WC-30%Bt-20%Co
K 60%BT-20%Co-10%Fo-10%Ni
L WC-20%Bt-10%Co-5%Fe-25%Ni
M WC-40%Ni
N WC-20%Bt-10%Co-5%-Fe-5%Ni
O WC-20%Bt-5%Ni
P WC-20%Bt-1%Co-14%Fe-25%Ni
Bt = (Ti, Ta, Nb)C, Ti ist das Hauptmetallelement in (Ti, Ta, Nb)
(Gew.-%) Tabelle 3

Jede Probe des Bohr-Bits wurde wie folgt präpariert:

zuerst wurde das Substrat in eine Kohlenstoff-Formungsplatte (nicht dargestellt) eingesetzt und das Pulver der ersten Schicht (siehe Tabelle 3) wurde auf die sphärische Endoberfläche des Substrats eingefüllt und vorgepreßt. Dann wurde das Pulver der zweiten Schicht eingefüllt und erneut eingepreßt. Dieser Vorgang wurde wieder bei jeder Probe; diedietritte Schicht besaß, wiederholt. Alternativ ist es möglich, zuvor die jeweiligen Pulvermaterialien für ein gleichzeitiges Vorpressen derselben zu stapeln/einzufüllen. Jedes gepreßte Laminat wurde in eine Erwärmungs/Druckbeaufschlagungsvorrichtung, dargestellt in Fig. 10, eingesetzt, und unter Bedingungen eines Drucks von 300 kg/cm², einem Strom von 2000 A, einer Temperatur von 1380ºC und einer Haltezeit von 2 Minuten gesintert. Diese Erwärmungs/Druckbeaufschlagungsvorrichtung ist im wesentlichen ähnlich in der Struktur zu der Vorrichtung, die in Fig. 6A dargestellt ist, und weist eine Heizeinrichtung 7 aus Graphit entsprechend der Form eines Rohmaterialelements 4 auf einem Substrat 1 auf, so daß die Heizeinrichtung 7 zu dem Substrat 1 mit einer oberen Druckramme 5 zum Erwärmen eines gepreßten Laminats gepreßt wird. Ein Sintern wird unter einer Energiebeaufschlagung der Heizeinrichtung 7 mit einer Heizenergiequelle (DC) 11 durchgeführt. Die Temperatur der Heizeinrichtung 7 wird durch ein Thermoelement 25 kontrolliert. Die Bodenoberfläche des Substrats 1 wird mit Luft gekühlt.
Tabelle 3 stellt auch Ergebnisse des Abtragungstests dar, der in Bezug auf die erfindungsgemäßen Proben Nr. 'n 5 bis 12 und Vergleichsproben a bis e unter denselben Bedingungen vorgenommen ist. In jeder erfindungsgemäßen Probe, die einen gesinterten Körper und ein Stahlsubstrat in einer Volumenbeziehung des (Stahlvolumens) · 0,2> gesinterter Körper (Sinterkarbid) Volumen/(Schicht-Zahl) und jede Schicht von mindestens 0,2 mm und nicht mehr als 5 mm in der Dicke besaß, war die Lebensdauer merkbar verbessert verglichen mit den Vergleichsproben.

< Testbeispiel 4>

Substrate aus Stahl (S35C) wurden zum Präparieren von korrosionsbeständigen Ventilen durch Verbinden von gesinterten Körpern daran eingesetzt, und Korrosionstiefen wurden beobachtet und evaluiert nach Einsetzen in Seewasser für 500 Stunden. Tabelle 4 stellt die Stapelreihenfolge der Schichten, die die gesinterten Körper bilden, die Dicken der jeweiligen Schichten, die Volumenverhältnisse der gesinterten Körper in Bezug auf die Stahlsubstrate und die Ergebnisse des Tests dar. Die korrosionsbeständigen Ventile wurden unter denselben Bedingungen wie Testbeispiel 3 präpariert. Tabelle 4
Die erfindungsgemäßen Proben Nr. 'n 13 bis 15 zeigten eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in Bezug auf die Vergleichsprobe f bis h.

< Testbeispiel 5>

Gesinterte Körper, die dieselben Zusammensetzungen und Mehrschichtstrukturen wie die Proben Nr. 'n 6, 11 und 14 in den Testbeispielen 3 und 4 besaßen, wurden mit Substraten zum Präparieren von Bohr-Bits der Proben-Nr. 'n 6', 11' und 14' unter Bedingungen, die zu denjenigen in den Testbeispielen 3 und 4 unterschiedlich sind, verbunden. Tabelle 5 stellt die Details dieser Probe dar. Tabelle 5
in Bezug auf diese Proben waren die Substrate nicht mit Luft gekühlt, sondern mit Wasser gekühlt, bei der Unterdrucksetzung/Sinterung. Der Bodenbereich des Substrats wurde nämlich mit einem Wasserkühlmantel in jeder Probe, zum Erhöhen der Kühleffektivität, umschlossen. Das eingesetzte Kühlwasser befand sich bei einer Temperatur von 30ºC, wodurch die Temperatur auf der Substratseite um ungefähr 30ºC in dem gesinterten Körper reduziert wurde, und es war möglich, eine erste Schicht zu bilden, die eine Porosität besaß, die 0,6 Vol.-% überstieg. Zu diesem Zeitpunkt waren die zweite und die dritte Schicht im wesentlichen vollständig gesintert, wobei die Porosität nicht mehr als 0,2 Vol.- % betrug.
Die Temperatur des Kühlwassers wurde weiter auf 10ºC, zum Präparieren einer Probe i, in einer ähnlichen Art und Weise wie vorstehend, reduziert. Die Porosität der ersten Schicht dieser Probe i war oberhalb von 0,6 Vol.-%, und diejenige in der obersten Schicht war 0,4 Vol.-%. Tabelle 5 stellt auch Ergebnisse eines Abtragungstests dar, der in Bezug auf diese Probe, ähnlich zu dem Testbeispiel 3, vorgenommen wurde.
In jeder Probe, die eine Anzahl von Poren in der Nähe der Verbindungsoberfläche des gesinterten Körpers und eine kleine Anzahl von Poren in dem Teil der obersten Schicht besaß, wurde die Festigkeit durch einen Spannungsfreisetzungseffekt und ein Effekt von flaschenhalsähnlichen Rissen verbessert, um eine lange Lebensdauer zu erhalten, während die Vergleichsprobe keine Verbesserung zeigte. Allerdings führt ein hoher Gehalt an Poren in der oberen Schicht zu einer Verschlechterung einer Abnutzungsbeständigkeit, und demzufolge darf die Porosität nicht mehr als 0,2 Vol.-% in der obersten Schicht betragen.

< Testbeispiel 6>

Substrate aus SKD11 wurden zum Präparieren von Schmiedestempeln von Proben Nr. 'n 17 bis 23 durch Verbinden von gesinterten Körpern aus Mehrschichtstrukturen damit unter den folgenden Bedingungen eingesetzt. Eine Vergleichsprobe j wurde durch Silberhartlöten eines gesinterten Körpers an einem Substrat präpariert. Tabelle 6 stellt die Reihenfolge von gestapelten Schichten, die die gesinterten Körper bilden, und Zn (Z&sub1; Z&sub2;, ... aufeinanderfolgend von der ersten Schicht) der jeweiligen Schichten dar.
Struktur: (Stahlvolumen · 0,2)/(gesinterter Körper-Volumen/Schicht-Zahl) = 1,0.
Die Dicke jeder Schicht betrug 1 mm.
Herstellverfahren: ein vorbereitendes Pressen wurde ähnlich zu demjenigen in dem Testbeispiel 3 durchgeführt.
Die Sinterbedingungen waren ähnlich zu solchen in dem Testbeispiel mit der Ausnahme, daß die Sintertemperatur 1400ºC betrug, die Haltezeit 1 Minute betrug und der Strom 3000 A und der Druck 500 kg/cm² betrug. Tabelle 6
Die Stempel der jeweiligen Proben wurden für ein Warmschmieden von Stahlprodukten aus S45C bei einer Materialtemperatur von 800ºC unter 400 Tonnen eingesetzt. Tabelle 6 stellt auch die Anzahl von Bereichen dar, die vor dem Ende der Lebensdauer geschmiedet wurden. Es ist verständlich, daß die Lebensdauern der erfindungsgemäßen Proben merkbar verglichen mit den Vergleichsproben erhöht wurden.
Fig. 11 stellt Härtewerte der gesinterten Körper in den Verbundwerkstoffen der Proben Nr. 'n 17 und 18 dar.
In der Probe Nr. 18 wurden Differenzen zwischen den Flüssigphasen- Erscheinungstemperaturen der Binder-Phasen in den jeweiligen Schichten aufgrund der Unterschiede zwischen dem Zn verursacht, um zu einer Bewegung der Binder-Phasen zwischen den jeweiligen Schichten in einer anfänglichen Stufe eines Sinterns zu führen. Demzufolge wurden die Härtewerte leicht zwischen den jeweiligen Schichten, verglichen mit der Probe Nr. 17, die keine Differenz in Zn besaß, geändert.

< Testbeispiel 7>

In den Proben Nr. 'n 17 bis 23 von Testbeispiel 6 waren die gesinterten Körper teilweise aufgrund eines Schmiedens gerissen. In Bezug hierzu wurden Substitutions-Proben derselben Strukturen durch Ändern nur der Werte Z&sub1; der ersten Schichten auf 1,05 (Niederschlag von freiem Kohlenstoff) präpariert und einem ähnlichen Schmiedetest unterworfen. Danach wurden keine Risse in denselben Anzahlen von geschmiedeten Bereichen wie Testbeispiel 6 beobachtet.

< Testbeispiel 8>

Substitutions-Proben für die Proben Nr. 'n 17, 18 und 23 in Testbeispiel 6 wurden durch Ändern der Korngrößen von WC in der ersten und der obersten Schicht auf 5 bis 6 um und 1,5 um jeweils präpariert, um ein Reißen zu verhindern, und eine Abnutzungsbeständigkeit zu verbessern. Wenn diese Beispiele in geschmiedeten Bereichen derselben Anzahlen wie diejenigen in Testbeispiel 6 eingesetzt wurden, ergaben sich keine Risse, und Abrasionsverlustwerte wurden auf ungefähr 1/2 reduziert. Weiterhin zeigten die ersten Schichten und die obersten Schichten dieser Proben Bruchzähigkeitswerte von 10 bis 13 MPa · m1/2 und Härtewerte von 1500 bis 1700 kg/mm² (Hv jeweils).

< Testbeispiel 9>

Bohr-Bits, die aus Verbundwerkstoffen bestanden, wurden als Beispiel-Nr. 'n 24 bis 30 durch Verbinden von gesinterten Körpern, die Schichten von 2 mm in der Dicke besaßen, die aufeinanderfolgend identisch zu denjenigen der Proben Nr. 'n 17 bis 23 in Testbeispiel 6 gestapelt waren, in einem Verfahren ähnlich zu demjenigen in Testbeispiel 3 präpariert, und ähnlich zu Testbeispiel 3 eingesetzt. Das Verhältnis (Stahlvolumen · 0,2)/(Volumen des gesinterten Körpers/Schicht-Zahl) betrug 1,0. Tabelle 7 stellt Druckfestigkeitswerte der gesinterten Körper in den jeweiligen Proben und die Lebensdauern der Bohr-Bits, eingesetzt für ein Abtragen, dar. Es ist deutlich zu verstehen, daß die Lebensdauern der Proben Nr. 'n 24 bis 30, verglichen mit den Ergebnissen im Testbeispiel 3, erhöht wurden. Tabelle 7

< Testbeispiel 10>

Die Proben in Testbeispiel 3 wurden zum Präparieren von Bits eingesetzt, die Schlitze in den gesinterten Körpern hatten, und solchen, die diskontinuierliche Zusammensetzungsbereiche anstelle solcher Schlitze jeweils hatten.
Jede der ersteren Proben wurde durch ein Zwischensintern eines vorab gepreßten Laminats, Schneiden des zwischengesinterten Körpers und Bilden von konzentrischen Schlitzen 40, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, und Erwärmen/Sintern des zwischengesinterten Körpers präpariert. Alternativ wurde jede Probe durch Einsetzen von Kohlenstoffringen, die Formen entsprechend den Schlitzen 40 besaßen, zu dem Zeitpunkt eines Eingebens von Pulver für ein vorbereitendes Pressen und Sintern eines gepreßten Laminats, während nur die Bereiche der Kohlenstoffringe ohne Pulver beladen wurden, präpariert. Wenn der äußere Durchmesser des gepreßten Laminats 45 mm betrug, hatte jeder Schlitz einen inneren Durchmesser von 30 mm und eine Breite von 5 mm.
Andererseits wurde jede der letzteren Proben durch Auswählen der Form eines Stempels für ein vorbereitendes Pressen und durch Einsetzen eines Hilfsteils, wie beispielsweise eines Kohlenstoffrings, präpariert. Zuerst wurde ein Kohlenstoffring, der eine Form entsprechend zu einem diskontinuierlichen Bereich besaß, zum Zeitpunkt eines Einfüllens von Rohmaterialpulver für die erste Schicht angeordnet. Dann wurde die erste Schicht vorbereitend-durch einen Stempel gepreßt, der einen konkaven Bereich entsprechend dem Kohlenstoffring besaß, der wiederum zum Präparieren eines gepreßten Laminats, das eine Nut in der ersten Schicht besaß, extrahiert wurde. Diese Nut wurde mit Pulver befüllt, das eine Zusammensetzung für die zweite Schicht besaß, um einen diskontinuierlichen Bereich zu bilden. Der Kohlenstoffring wurde auf diesem diskontinuierlichen Bereich angeordnet, um ähnlich die zweite Schicht zu bilden, die eine Nut besaß. Die Nut der zweiten Schicht wurde mit Pulver befüllt, das eine Zusammensetzung für die dritte Schicht besaß, und vorbereitend gepreßt. Wie in Fig. 13 dargestellt ist, hatte das erhaltene, gepreßte Laminat eine solche Schnittstruktur, daß Nuten 45 und 46 der ersten und der zweiten Schicht 4C und 4B mit Pulvermaterialien von Zusammensetzungen für die zweite und die dritte Schicht 4B und 4A jeweils eingegeben wurden, während nur die dritte Schicht 4A in der Dicke vergrößert wurde. Dieses gepreßte Laminat wurde erwärmt/gesintert.
Die Proben, versehen mit den Schlitzen und den Bereichen mit diskontinuierlicher Zusammensetzung parallel zu den Verbindungsoberflächen in den gesinterten Körpern, zeigten im wesentlichen keine Risse der gesinterten Körpern, die in Testbeispiel 3 beobachtet wurden, und die Lebensdauern davon wurden, verglichen mit Testbeispiel 3, erhöht.
Dies ist dahingehend zu verstehen, daß der Effekt einer Spannungsfreisetzung weiter homogenisiert wurde und die Charakteristika der Mehrschichtstruktur in einer guten Balance in jeder Probe beibehalten wurden. Ein solcher Effekt wird durch Vorsehen mindestens einer Schicht erreicht, die eine Mehrschichtstruktur bildet. Die Schlitze (diskontinuierliche Bereiche) sind nicht auf konzentrische Formen eingeschränkt, sondern diese und andere Formen, wie beispielsweise gitterartige Schlitze 50, dargestellt in Fig. 14, können zum Beispiel eingesetzt werden. Insbesondere kann ein gesinterter Körper, der einen großen Durchmesser oder dergleichen besitzt, mit sowohl den Schlitzen als auch den diskontinuierlichen Bereichen versehen werden.
Wie in Fig. 10 dargestellt ist, wurde jede Probe in einer Richtung unterschiedlich zu der Druckbeaufschlagungsrichtung in jedem der vorstehend erwähnten Testbeispiele mit Energie beaufschlagt. Entsprechend diesem Verfahren ist es möglich, leicht einen solchen Temperaturgradienten zu bilden, daß die Oberflächenseite des gesinterten Körpers auf einer hohen Temperatur ist und die entgegengesetzte Seite auf einer niedrigen Temperatur über den gesinterten Körper ist, und zwar über dem Substrat ist. Um das herkömmliche Verfahren (siehe Japanische Patentoffenlegung Nr. 6-287076, usw.) zu verbessern, das die Energiebeaufschlagungsrichtung hat, die identisch zu der Richtung der Druckbeaufschlagungsachse zum Erwärmen der Oberflächenseite (obere Schicht) des gesinterten Körpers ist, und zum Bilden eines Temperaturgradienten, ist die folgende Struktur denkbar:
(1) Präparieren des oberen Preßstabs, der in Kontakt mit der Oberfläche des gesinterten Körpers steht, aus einem Material, das einen höheren, elektrischen Widerstand als derjenige des Materials für den unteren Preßstab hat, der in Kontakt mit dem Substrat steht;
(2) Präparieren einer Oberfläche des oberen Preßstabs, der in Kontakt mit dem gesinterten Körper steht, aus einem Material, das einen hohen, elektrischen Widerstand hat; oder
(3) Bringen einer Oberfläche des oberen Preßstabs, die in Kontakt mit dem gesinterten Körper steht, in eine Form, die einen höheren, elektrischen Widerstand als die gegenüberliegende Seite hat, durch Erhöhen der Länge des oberen Preßstabs oder Verringern seines Querschnitts.

< Testbeispiel 11>

Abnutzungsbeständige Platten wurden, um sie an merkbar beschädigte Bereiche an urbanen Entwicklungs-Tools anzuheften, durch Verbinden von Sinterkarbidelementen auf Substraten durch eine Vorrichtung ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 5A dargestellt ist, präpariert. Die Struktur und die Herstellbedingungen für jede abnutzungsbeständige Platte waren wie folgt:
Struktur
Substrat: Stahl (SS41)
Gesinterter Körper: zementiertes bzw. Sinterkarbid aus einer dreischichtigen Struktur, mit einer Dicke jeder Schicht = 1 mm, (Substratvolumen · 0,2)≥(Volumen des gesinterten Körpers/Schicht-Zahl) = 2,0.

Herstellverfahren

Energiebeaufschlagungserwärmen/Sintern

Druck: 300 kg/cm², Strom: 3000 A, Temperatur: 1360ºC, Temperaturanstiegszeit: 6 Minuten, Haltezeit: 2 Minuten, Kühlzeit: 10 Minuten.
Die Tabellen 8 und 9 stellen die Zusammensetzungen und die WC-Korngrößen der eingesetzten Sinterkarbidmaterialien und Schichtmuster der Sinterkarbidmaterialien jeweils dar. Wie Tabelletzeigt, hatte die Probe der Zusammensetzung α4 zwei Peaks (1,5 um und 5,0 um) in der WC-Korngrößen-Verteilung, was durch Mischen von WC-Materialien erhalten wurde, die durchschnittliche Korngrößen von 1,5 um und 5,0 um zueinander hatten. Abrasive Aluminiumoxidkörner mit 0,5 mm in der durchschnittlichen Korngröße wurden auf die präparierten Platten für 10 Minuten zum Messen einer Verringerung der Dicken aufgesprüht (Sedimentabnutzungstest). Tabelle 9 stellt auch die Ergebnisse dar. Tabelle 8 Tabelle 9
Die erfindungsgemäßen Proben zeigten eine ausgezeichnete Sedimentabnutzungsbeständigkeit verglichen mit dem Vergleichsbeispiel. Weiterhin zeigten die Proben Nr. 'n 42 und 43, die gröbere Korngrößen hatten, ausgezeichnete Ergebnisse, verglichen mit der Proben Nr. 41, was einer Abrasion, verursacht durch ein Abfallen von WC-Körnern, die aufgrund der groben WC-Körner reduziert wurden, zugeschrieben wurde. Zusätzlich erzielte die Probe Nr. 44, die zwei Peaks von WC-Korngrößen besaß, ein weiterhin ausgezeichnetes Ergebnis, was der verbesserten Härte aufgrund einer Mischung der feinen Körner, zusätzlich zu den groben WC-Körnern, zugeschrieben wurde.

< Testbeispiel 12>

Abnutzungsbeständige Platten der Proben Nr. 'n 45 und 46 wurden präpariert.
Die Probe Nr. 45 wurde durch Reduzieren nur des Querschnittsflächenbereichs einer Heizeinrichtung auf 2/3 von derjenigen in dem Testbeispiel 11 und Erhöhen deren Temperatur auf 1550ºC präpariert. Die verbleibenden Bedingungen waren ähnlich zu denjenigen für die Probe Nr. 41 in dem Testbeispiel 11. Folglich wurden die WC-Körner auf 4 um in der durchschnittlichen Korngröße in der obersten Schicht, (αl' Schicht) während eines Sinterns so angewachsen, um nur in dieser Schicht polygonal zu sein. In den verbleibenden Schichten waren die WC-Körner in abgerundeten Formen vorhanden. Fig. 15 zeigt eine mikrofotografische Darstellung, die einen Schnitt der dritten Schicht, die polygonale WC- Körner zeigt, darstellt. In Fig. 15 sind schwarze und weiße Bereiche Poren und Bindemittel-Phasen jeweils, während grau dispergierte Teile WC-Körner sind. Fig. 16 zeigt eine mikrofotografische Darstellung, die einen Schnitt einer anderen Schicht darstellt, die abgerundete WC-Körner zeigt. In Fig. 16 sind weiße Bereiche und graue dispergierte Teile Bindemittel-Phasen und WC-Körner jeweils.
Die Probe Nr. 46 wurde durch separate Sinterpulver einer Zusammensetzung α&sub1; durch ein allgemeines Sinterverfahren in Vakuum bei 1400ºC für 1 Stunde und Schleifen einer Oberfläche des erhaltenen, gesinterten Körpers präpariert. Andererseits wurden Pulvermaterialien der Zusammensetzungen γ und β aufeinanderfolgend auf einem Substrat gestapelt. Der gesinterte Körper der Zusammensetzung α&sub1; wurde auf dem Pulver der Zusammensetzung β gestapelt, und zwar zum Bilden der abnutzungsbeständigen Platte der Probe Nr. 46, ähnlich zu dem Testbeispiel 11. Demzufolge wurden die WC-Körner auf 4,5 um in der durchschnittlichen Korngröße in der obersten Schicht angewachsen (α&sub1;" Schicht), um nur in dieser Schicht polygonal zu sein.
Ein solcher gesinterter Körper, der polygonale WC-Körner nur in seinem Oberflächenschichtteil besaß, kann auf einem Substrat gesintert/verbunden werden mittels: (1) Bilden eines Temperaturgradienten so, daß die Temperatur zu dem Oberflächenschichtteil für ein Sintern/Verbinden des gesinterten Körpers-erhöht wird; oder (2) Bilden eines Oberflächenschichtteils zuvor gesintert durch ein allgemeines Sinterverfahren in einem Vakuum bei 1350 bis 1450ºC für 1 Stunde und Anordnen von Rohmaterialpulver des gesinterten Körpers für eine Zwischenschicht zwischen dem Oberflächenschichtteil und dem Substrat zum Sintern/Verbinden desselben in einer kurzen Zeit bei einer niedrigen Temperatur. Ein Sedimentabnutzungstest wurde in Bezug auf die Proben Nr. 'n 45 und 46 zusammen mit der Probe Nr. 42 und einer Vergleichsprobe k ähnlich zu dem Testbeispiel 11 vorgenommen, mit Ausnahme, daß nur die Testzeit auf 30 Minuten erhöht wurde. Tabelle 10 stellt die Ergebnisse dar. Tabelle 10
Während die Proben Nr. 'n 42, 45 und 46 im wesentlichen identische WC-Korngrößen und im wesentlichen gleiche Abrasionsverlustwerte nach dem Test zeigten die Proben Nr. 'n 45 - und 46 keine Risse, obwohl die Probe Nr. 42 gerissen war. Dies wird den WC-Körnern, die den äußersten Oberflächenteil besitzen, zugeschrieben, die polygonale Formen hatten, und zwar zum Erhöhen der Festigkeit.

< Testbeispiel 13>

Proben Nr. 'n 47 bis 50 wurden ähnlich zu der Probe Nr. 42 in dem Testbeispiel 11 präpariert, mit der Ausnahme, daß jede Schicht eine Dicke von 2 mm besaß (Substrat-Volumen x 0,2) ≥ Volumen des gesinterten Körpers/Schicht-Zahl) = 1,0, und Programmierraten bei dem Herstellen wurden variiert. Als die Programmierrate erhöht wurde, wurde ein Strom, der zu einer Heizeinrichtung fließt, beim Temperaturanstieg erhöht, so daß die Temperatur des oberen Schichtteils im voraus erhöht wurde, um so eine Verteilung in dem Bindemittel- Phasengehalt in der Nähe der äußersten Oberfläche der dritten Schicht zu erzielen. Mit anderen Worten erschien eine Flüssigphase des Bindemittel-Phasenmetalls in dem obersten Schichtteil jeder Probe früher als diejenige in der Seite der unteren Schicht, und diese Flüssigphase bewegte sich zu der unteren Schichtseite hin, um zu einer Verteilung des Bindemittel-Phasengehalts zu führen. Tabelle 11 stellt Ergebnisse einer Messung von breiten Zwischenbereichen (erste Bereiche), die Bindemittel-Phasengehalte von nicht mehr als 70% der durchschnittlichen Zusammensetzungen besaßen, und den obersten Oberflächen, und die Breiten der Bereiche (zweite Bereiche), angereichert in dem Bindemittel-Phasengehalt, in Bereichen unmittelbar unter den ersten Bereichen in den jeweiligen Proben, dar. Tabelle 11
Wie in Tabelle 11 dargestellt ist, wurden die Breiten des ersten und des zweiten Bereichs erhöht, als die Temperaturanstiegszeiten reduziert wurden. Fig. 17 stellt eine Härteverteilung von der äußersten Oberfläche des gesinterten Körpers der Probe Nr. 49 dar und Fig. 18 zeigt eine mikrofotografische Darstellung, die deren Schnitt darstellt. Wie in der graphischen Darstellung der Fig. 17 gezeigt ist, hatte die Probe Nr. 49 eine hohe Härte in dem Bereich oberhalb 90 um von der äußersten Oberfläche aus, während die Härte von einem Bereich unmittelbar unter derselben reduziert wurde und sich dann wieder erhöht. Wie in Fig. 18 dargestellt ist, war der Bereich um die äußerste Oberfläche herum dicht mit einem geringen Bindemittel-Phasengehalt, wobei ein Bereich, der eine Anzahl von Bindemittel- Phasen (weiße Punkte) besaß, in einem Zwischenbereich beobachtet wurde, und der Bindemittel-Phasengehalt wurde wieder in der unteren Schicht reduziert. Mit anderen Worten wird ein-extremer Wert in dem Bindemittel-Phasengehalt des zweiten Bereichs erkannt. In Fig. 18 ist der schwarze, obere Bereich der mikrofotografischen Darstellung der Hintergrund.
Die Proben Nr. 'n 47 bis 50 wurden einem Sedimentabnutzungstest ähnlich zu dem Testbeispiel 11 unterworfen. Tabelle 12 stellt die Ergebnisse dar. Tabelle 12
Wie in Tabelle 12 dargestellt ist, wurden Risse in den gesinterten Körpern der Probe Nr. 47, die keinen ersten und zweiten Bereich besaß, und der Probe Nr. 50, die die breitesten ersten und zweiten Bereiche besaß, verursacht.

< Testbeispiel 14>

Bohr-Bits derselben Formen wie solche im Testbeispiel 3 wurden von denselben Rohmaterialpulvern wie diejenigen in Tabelle 2 präpariert. Diese Bohr-Bits waren zu denjenigen im Testbeispiel 3 in einem Punkt unterschiedlich, daß die Zusammensetzungen von den zentralen Bereichen zu den äußeren, peripheren Bereichen hin in den jeweiligen Schichten der gesinterten Körper geändert wurden. Deshalb wurde eine Vielzahl von Typen von Rohpulvermaterialien durch Erhöhen/Reduzieren der Bindemittel-Phasengehalte oder der B1 Kristallgehalte präpariert, so daß die Vielzahl von Typen von Rohpulvermaterialien in den durchschnittlichen Zusammensetzungen, dargestellt in Tabelle 2, vorlagen. Der höchste Bindemittel-Phasengehalt (B1 Kristallgehalt) war größer um ungefähr 20% als der niedrigste Bindemittel-Phasengehalt (B1 Kristallgehalt). Andererseits wurden Vergleichsproben in den Mischungsverhältnissen, dargestellt in Tabelle 2, präpariert.
Die Proben wurden in einem im wesentlichen ähnlichen Vorgang zu demjenigen, der im Testbeispiel 3 beschrieben ist, präpariert, mit der Ausnahme, daß die Bindemittel- Phasenmetallgehalte und die B1 Kristallgehalte zu den äußeren Umfängen in den Pulvermaterialien, die die Proben Nr. 'n 51 bis 54 und Nr. 'n 55 bis 58 jeweils bildeten, erhöht wurden. Die Rohpulvermaterialien können stufenweise über Unterteilungsplatten eingegeben werden, oder sie können so eingegeben werden, daß die Bindemittel-Phasengehalte im wesentlichen kontinuierlich von den zentralen Bereichen zu den äußeren Umfangsbereichen hin geändert werden. Die vorbereitend gepreßten Laminate wurden durch eine Vorrichtung und unter Bedingungen ähnlich zu solchen im Testbeispiel 3 gesintert. Die erfindungsgemäßen Proben Nr. 'n 51 bis 58 und die Vergleichsproben I bis p, die homogene Zusammensetzungen in den jeweiligen Schichten besaßen, wurden einem Abtragungstest ähnlich zu dem Testbeispiel 3 unterworfen. Tabelle 13 stellt die Ergebnisse dar. Wie in Tabelle 13 dargestellt ist, wurden die Lebensdauern merkbar in den erfindungsgemäßen Proben verbessert, die die Schichten besaßen, deren Zusammensetzungen in der Richtung parallel zu den Verbindungsoberflächen geändert wurden, während die Vergleichsproben kurze Lebensdauern besaßen. Tabelle 13

< Testbeispiel 15>

Verbundwerkstoffe von Proben Nr. 'n 51' bis 58', die konzentrische, diskontinuierliche Bereiche in gesinterten Körpern besaßen, wie dies im Testbeispiel 10 beschrieben ist, wurden präpariert und getestet. Diese Proben wurden unter denselben Bedingungen wie solche in dem Testbeispiel 14 präpariert, mit der Ausnahme, daß die Größen der diskontinuierlichen Bereiche und des Verfahrens eines Bildens derselben ähnlich zu denjenigen im Testbeispiel 10 waren. In diesem Beispiel wurden innere und äußere Umfänge der diskontinuierlichen Bereiche mit Rohpulvermaterialien, die kleine und große Bindemittel- Phasengehalte (B1 Kristallgehalte) jeweils besaßen, beladen. Die erhaltenen Bits wurden einem Abtragungstest unter denselben Bedingungen wie Testbeispiel 14 unterworfen.
Folglich wurden die Lebensdauern dieser Proben verglichen mit solchen in dem Testbeispiel 14 erhöht, wie dies in Tabelle 14 dargestellt ist. Tabelle 14

< Testbeispiel 16>

Während die Zusammensetzungen von den zentralen Bereichen zu den äußeren Umfangsbereichen in zwei Stufen innerhalb und außerhalb der diskontinuierlichen Bereiche in den jeweiligen Schichten der gesinterten Körper in dem Testbeispiel 15 geändert wurden, wurden die Verbundwerkstoffe der Proben Nr. 'n 61 bis 68 so präpariert, daß die Zusammensetzungen nicht stufenweise, sondern kontinuierlich, von zentralen Bereichen zu äußeren Umfängen hin geändert wurden. Die verbleibenden Bedingungen waren ähnlich zu solchen in dem Testbeispiel 15. Tabelle 15 stellt die Lebensdauern von Bits, präpariert in der vorstehend angegebenen Art und Weise dar. Die gesinterten Körper zeigten im wesentlichen keine Risse und die Lebensdauern der Bits wurden weiter verbessert. Tabelle 15
Während es effektiv ist, die Zusammensetzungen aller Schichten in der Richtung parallel zu der Verbindungsoberfläche in der Mehrschichtstruktur zu ändern, kann der Effekt einer Spannungsfreisetzung erhalten werden, wenn die Zusammensetzung von nur der ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat steht, geändert wird. Demzufolge ist es notwendig, die Zusammensetzung zumindest einer Schicht zu ändern.

< Testbeispiel 17>

Schmiedestempel wurden aus Stahl SKD11 im wesentlichen ähnlich zu Testbeispiel 6 präpariert, mit der Ausnahme, daß die Korngrößen von WC, die gesinterten Körper bildend, zu den äußeren Umfängen hin reduziert wurden. Wie die Tabellen 16 und 17 zeigen, wurden die WC-Korngrößen stufenweise und kontinuierlich von den inneren Umfangsbereichen zu den äußeren Umfangsbereichen hin ähnlich zu den Testbeispielen 15 und 16 in den Proben Nr. 'n 71 bis 77 und Nr. 'n 71' bis 77' jeweils geändert. Andererseits wurden die WC-Korngrößen nicht in einer Vergleichsprobe geändert.
Struktur: durchschnittliche Korngröße von WC in der ersten Schicht: 5 bis 6 um durchschnittliche Korngröße von WC in der obersten Schicht und in dem äußersten Umfang: 1,5 um
Bruchfestigkeit: 10 bis 13 MPa·M1/2 in dem zentralen Bereich der ersten Schicht. Härte: 1190 bis 1210 kg/mm² in dem zentralen Bereich der ersten Schicht, 1500 bis 1700 kg/mm² in der obersten Schicht und dem äußersten Umfang.
Die verbleibenden Strukturen und die Sinterbedingungen waren identisch zu denjenigen in dem Testbeispiel 6.
Die Stempel der jeweiligen Proben wurden einem Schmiedetest ähnlich zu Beispiel 6 unterworfen. Die Tabellen 16 und 17 zeigen die Ergebnisse. Die Lebensdauern der erfindungsgemäßen Proben wurden merkbar verglichen mit der Vergleichsprobe erhöht, in der die WC-Korngrößen des gesinterten Körpers nicht parallel zu der Verbindungsoberfläche geändert wurden. Tabelle 16 Tabelle 17

< Testbeispiel 18>

Bohr-Bits der Probe Nr. 'n 81 bis 88 wurden ähnlich zu solchen im Testbeispiel 14 präpariert, mit der Ausnahme, daß Schlitze in den gesinterten Körpern gebildet wurden, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, und sie wurden einem Abtragungstest ähnlich zu Testbeispiel 14 unterworfen. Die Schlitze wurden durch ein Zwischensintern von Rohpulvermaterialien und Schneiden der zwischengesinterten Körper gebildet. Die Schlitze waren konzentrisch mit inneren Durchmessern von 30 mm und Breiten von 5 mm gebildet. Die Lebensdauern der Bohr-Bits wurden verbessert, wie in Tabelle 18 dargestellt ist. Tabelle 18

Testbeispiel 19>

Bohr-Bits von Proben Nr. 'n 91 bis 98 wurden ähnlich zu dem Testbeispiel 18 präpariert, mit der Ausnahme, daß nur erste Schichten von Schlitzen mit Rohpulvermaterialien für zweite Schichten beladen und gesintert wurden, und einem ähnlichen Abtragungstest unterworfen wurden. Mit anderen Worten wurden Schlitze der zweiten und der dritten Schicht mit keinen Materialien beladen. Es war möglich, leicht solche Schlitze durch Eliminieren eines Einfüllens der Rohpulvermaterialien durch Kohlenstoffringe beim Vorpressen zu bilden. Folglich wurde eine Verbesserung der Lebensdauern erkannt, wie in Tabelle 19 dargestellt ist. Tabelle 19
Die Schlitze, die unter Bezugnahme auf die vorstehend erwähnten Testbeispiele beschrieben sind, sind dazu geeignet, Spannungsdifferenzen zwischen den jeweiligen Bereichen in den verbundenen Körpern freizusetzen, ähnlich zu den vorstehend erwähnten, diskontinuierlichen Bereichen. Deshalb werden die Schlitze vorzugsweise in den jeweiligen Schichten der gesinterten Körper vorgesehen, wie dies in den vorstehenden Testbeispielen beschrieben ist, während es notwendig ist, einen solchen Schlitz (solche Schlitze) zumindest in einer Schicht vorzusehen, da der Schlitz zu einer Spannungsfreisetzung gerade dann beiträgt, wenn derselbe nur in einer Schicht vorgesehen ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt worden ist, wird deutlich verstanden werden, daß dies nur anhand einer Erläuterung und eines Beispiels vorgenommen ist und nicht dazu vorgesehen ist, einzuschränken, wobei der Gedanke und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Verbundwerkstoff, der aufweist:

ein Metallsubstrat (1); und

einen gesinterten Körper (2), der direkt mit einer Oberfläche des Substrats verbunden ist, wobei

der gesinterte Körper eine Mehrschichtstruktur besitzt, die aus einer Vielzahl von Schichten besteht, die Zusammensetzungen haben, die zueinander senkrecht zu einer Verbindungsoberfläche mit dem Substrat unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beziehung zwischen Volumina des gesinterten Körpers und dem Substrat einen Ausdruck (Substrat-Volumen) · 0,2 ≥ (Volumen des gesinterten Körpers)/(Schicht- Zahl) erfüllen, und

die Dicke jeder der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper bilden, mindestens 0,2 mm und nicht mehr als 5 mm beträgt.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Körper (2) aus einem Material besteht, das mindestens eine Komponente enthält, die ausgewählt ist aus Sinterkarbid, Zermet, Keramiken und Stellit.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Körper (2) eine Struktur besitzt, die durch Dispergieren und Halten von Hart-Phasen-Körnern in einem Metall einer Bindemittelphase erhalten ist.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei eine erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, den größten Bindemittelphasengehalt unter der Vielzahl von Schichten besitzt, die den gesinterten Körper (2) bilden.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei der Gehalt der Bindemittelphase von einem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang in mindestens einer der Vielzahl von Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, erhöht ist.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei die Bindemittelphasengehalte Xn und Xn+1 in der n-ten und n+1-ten Schicht von der Verbindungsoberfläche eine Beziehung von Xn-20 ≥ Xn+1 ≥ Xn-5 unter der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, erfüllen.

7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei die Bindemittelphase des gesinterten Körpers (2)-hauptsächlich aus-Fe, Co und Ni zusammengesetzt ist,

wobei das Gewichtsverhältnis von (Co + Fe)/Ni bei dem Maximum in der ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, liegt, und

wobei das Gewichtsverhältnis von (Co + Fe)/Ni nach oben entlang der Schichten reduziert ist.

8. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei die Bindemittelphase des gesinterten Körpers (2) hauptsächlich aus Fe, Co und Ni zusammengesetzt ist,

wobei das Gewichtsverhältnis von Fe/(Co + Ni) bei dem Maximum in der ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, liegt, und

wobei das Gewichtsverhältnis von Fe/(Co + Ni) nach oben entlang der Schichten reduziert ist.

9. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei eine erste Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, Poren von weniger als 25 um in der Größe unter der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, besitzt, wobei die Porosität der ersten Schicht oberhalb von 0,6 Vol.-% liegt, und

wobei die Porosität einer obersten Schicht nicht mehr als 0,2 Vol.-% beträgt.

10. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei Zn, das in der folgenden Gleichung angegeben ist, nach unten entlang der Schichten erhöht ist, unter der Annahme, daß Zn den Kohlenstoffgehalt in einer n-ten Schicht von dem Substrat (1) unter der Vielzahl von Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, erhöht ist:

Zn = (Cn - bn) / (an-bn)

wobei an und bn die untere und obere Grenze von Kohlenstoffgehalten, die freien Kohlenstoff niederschlagen, und eine η Phase in der Zusammensetzung der n-ten Schicht jeweils darstellen.

11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei ein Niederschlag von freiem Kohlenstoff in einer ersten Schicht beobachtet wird, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, unter der Vielzahl von Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden.

12. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei die Bruchzähigkeit einer ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, mindestens 10 MPa · m1/2 unter der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, beträgt, und wobei die Härte einer obersten Schicht mindestens 1500/Hv beträgt.

13. Verbundwerkstoff nach Anspruch 12, wobei ein zentraler Bereich jeder der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, eine Restdruckfestigkeit σ besitzt, die in dem Bereich von 0,1 ≤ σ ≤ 1,0 GPa liegt.

14. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Vielzahl von Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, einen Bereich besitzt, der eine unterschiedliche Zusammensetzung in einer Richtung parallel zu der Verbindungsoberfläche besitzt.

15. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, mit einem Schlitz versehen ist.

16. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei der gesinterte Körper (2) aus Sinterkarbid besteht,

wobei die Korngrößen von WC, das eine harte Phase ist, nach oben entlang der Vielzahl der Schichten reduziert sind,

wobei die durchschnittliche Korngröße von WC in einer ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, mindestens 4 um unter der Vielzahl der Schichten beträgt, und

wobei die durchschnittliche Korngröße von WC in einer obersten Schicht nicht mehr als 2 um beträgt.

17. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei der gesinterte Körper (2) aus Sinterkarbid besteht, und die Korngrößen von WC von einem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang mindestens in einer der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, reduziert sind.

18. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei die harte Phase in einer ersten Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat (1) steht, B1-Kristalle von mindestens einem von Karbiden, Nitriden und Karbo-Nitriden der Metalle, die zu den Gruppen 4a, 5a und 6a gehören, die hauptsächlich aus Ti zusammengesetzt sind, unter der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, enthält, und

wobei der Gehalt der B1-Kristalle nach oben in jeder der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, reduziert ist.

19. Verbundwerkstoff nach Anspruch 18, wobei die Gehalte Yn und Yn+1 der B1- Kristafle in der n-ten und der n+1-ten Schicht von der Verbindungsoberfläche aus eine Beziehung von Yn - 40 ≥ Yn + 1 ≥ Yn -10 erfüllen.

20. Verbundwerkstoff nach Anspruch 18, wobei der Gehalt der B1-Kristalle von einem zentralen Bereich zu dem äußeren Umfang in mindestens einer der Vielzahl der Schichten, die den gesinterten Körper (2) bilden, erhöht ist.

21. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei der gesinterte Körper (2) WC

- Sinterkarbid ist, und die durchschnittliche Korngröße von WC mindestens 4 um in einer obersten einen der Vielzahl der Schichten beträgt.

22. Verbundwerkstoff nach Anspruch 21, wobei eine WC-Korngrößenverteilung zwei Peaks in einer obersten einen der Vielzahl der Schichten, die das Sinterkarbidelement (2) bilden, besitzt,

wobei die Peaks mindestens 4 um und nicht mehr als 2 um auf der groben und feinen Kornseite jeweils betragen.

23. Verbundwerkstoff nach Anspruch 21, wobei die Formen von WC-Körnern hauptsächlich durch Polygone in einer obersten einen der Vielzahl der Schichten, die das Sinterkarbidelement (2) bilden, gebildet sind, und

wobei WC-Körner hauptsächlich abgerundete Formen in mindestens einer der Schichten, die andere als die oberste eine sind, haben.

24. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei der Sinterkörper (2) WC-Sinterkarbid ist, und der Bindemittelphasengehalt nicht mehr als 5 Gew.-% in einem ersten Bereich, der nach innen liegt, separiert um einen Abstand von 10 bis 100 um von einer Oberfläche einer obersten Schicht des WC-Sinterkarbidelements, beträgt, und der Bindemittelphasengehalt in einem zweiten Bereich erhöht ist, der von einem Bereich unmittelbar unter dem ersten Bereich um einen Abstand innerhalb 500 um verglichen mit dem ersten Bereich separiert ist, um einen Extremwert zu haben.

25. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, wobei das Metallsubstrat (1) ein zylindrisches Substrat ist und der gesinterte Körper gesintert und an mindestens einer der äußeren und inneren Umfangsoberfläche des Substrats verbunden ist.

26. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 1, das die Schritte aufweist:

Anordnen eines Rohmaterialelements (4) für einen gesinterten Körper (2), einen linearen Expansionskoeffizienten aufweisend, der zu demjenigen eines Metallsubstrats (1) unterschiedlich ist, auf einer Oberfläche des Substrats; und Erwärmen einer Oberflächenseite des Rohmaterialelements durch eine Erwärmungseinrichtung (7), während ein Druck auf die Oberflächenseite des Rohmaterialelements durch eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (5, 6) aufgebracht wird, um dadurch das Rohmaterialelement zu sintern und direkt dasselbe mit dem Substrat zu verbinden.

27. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 26, wobei der gesinterte Körper (2) aus einem Material besteht, das mindestens eine Komponente enthält, die aus Sinterkarbid, Zermet, Keramiken und Stellit ausgewählt ist.

28. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 26, wobei die Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung (5, 7) relativ in Bezug auf das Rohmaterialelement für den gesinterten Körper (2) bewegt wird, so daß der gesinterte Körper (2), der einen Flächenbereich besitzt, der größer als ein Arbeitsflächenbereich der Erwärmungs/Druckbeaufschlagungseinrichtung für das Rohmaterialelement ist, mit dem Substrat (1) verbunden ist.

29. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 26, wobei die Erwärmungseinrichtung eine Heizeinrichtung (7) ist, die auf der Oberfläche des Rohmaterialelements für den gesinterten Körper (2) plaziert wird, und daß die Druckbeaufschlagungseinrichtung so angepaßt ist, um die Heizeinrichtung gegen das Rohmaterialelement so zu drücken, daß die Heizeinrichtung zum Sintern des Rohmaterialelements mit Energie beaufschlagt wird.

30. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 29, wobei die Heizeinrichtung eine Funktion einer formenden Platte hat.

31. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 29, wobei die Heizeinrichtung eine äußere Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Bereichs des Rohmaterialelements (4) um seinen äußeren Umfangsbereich herum umfaßt.

32. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 31, wobei die Druckbeaufschlagungseinrichtung eine Funktion eines Unterdrucksetzens einer Seitenoberfläche des äußeren Umfangsbereichs des Rohmaterialelements (4) besitzt.