DE29624602U1 - Alumina-based mixed ceramic for cutting tools - contains titanium and tungsten carbide(s) or carbonitride(s) - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Mischkeramik auf Al2O3-Basis, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.The present invention relates to a mixed ceramic based on Al 2 O 3 , a process for its production and its use.
Mischkeramiken aus Al2O3 und ca. 30 Gew.-% TiC, TiN oder Ti(C,N) sind bekannt. Ihr Vorteil im Vergleich zu rein oxidischen Schneidstoffen ist die bessere Wärmeleitfähigkeit und die größere Härte, sowie die damit verbundene bessere Verschleißbeständigkeit. Nachteilig ist jedoch die durch den Hartstoffzusatz bewirkte erhöhte Sprödigkeit und Ausbruchsempfindlichkeit, die die Bearbeitung von beispielsweise gehärteten Stahlteilen mit Schnittunterbrechungen verhindert.Mixed ceramics made of Al 2 O 3 and approx. 30% by weight of TiC, TiN or Ti (C, N) are known. Your advantage compared to purely oxidic cutting materials is the better thermal conductivity and the greater hardness, as well as the associated better wear resistance. However, the increased brittleness and breakout sensitivity caused by the hard material additive, which prevents the machining of, for example, hardened steel parts with cutting interruptions, is disadvantageous.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe war die Bereitstellung einer Mischkeramik auf Al2O3-Basis mit hoher Verschleißbeständigkeit, geringer Sprödigkeit und Ausbruchsempfindlichkeit.The object underlying the present invention was to provide a mixed ceramic based on Al 2 O 3 with high wear resistance, low brittleness and sensitivity to breakout.
Gelöst wurde die Aufgabe überraschenderweise durch eine neue Mischkeramik mit den Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert. Die erfindungsgemäße Mischkeramik ist weniger spröde als die bekannten Keramik-Schneidstoffe und kann eingesetzt werden, um gehärtete Stahlteile mit Schnittunterbrechungen spanend zu bearbeiten.Was solved the task surprisingly through a new mixed ceramic with the characteristics of the main claim. Advantageous refinements are characterized in the subclaims. The mixed ceramic according to the invention is less brittle than the known ceramic cutting materials and can be used around hardened Machining steel parts with cut breaks.
Die erfindungsgemäße Mischkeramik besteht im wesentlichen aus einem extrem feinkörnigen, maßgeschneiderten Gefüge auf der Basis von Al2O3, das 20 bis 50 Gew.-% Hartstoffe und 0 bis 5 Gew.-% ZrO2 enthält. Die Hartstoffe setzen sich zusammen aus Metallcarbiden oder Metallcarbonitriden und entsprechen der Formel M1M2(C,N); M1 steht für Titan und M2 für Wolfram. Die Al2O3-Partikel weisen eine mittlere Korngröße von nicht größer als 0,5 μm und die Hartstoff-Partikel eine mittlere Korngröße von nicht größer als 0,4 μm auf. Wolframcarbid ist in Mengen von 5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 8 Gew.-% , bezogen auf die Titankomponente, in den Metallcarbiden oder Metallcarbonitriden der Formel M1M2(C,N) enthalten. Das eingesetzte Titancarbonitrid entspricht der Formel Ti(CxNy), mit 95/5≤x/y≤30/70. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Gefüge Al2O3-Partikel mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 0,4 μm, besonders bevorzugt mit einer mittleren Korngröße von 0,2 μm. Die Hartstoff-Partikel weisen eine mittlere Korngröße von vorzugsweise 0,2 bis 0,4 μm auf. Sie können auch als globulare Körner mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von < 2 μm in dem Gefüge enthalten sein. Von besonderer Bedeutung in den Hartstoffpartikeln ist der Wolframcarbid-Bestandteil. Es muß gewährleistet sein, daß sich das Wolframcarbid vollständig im Titancarbid bzw. dem Titancarbonitrid lösen kann. Hierfür sollte die mittlere Korngröße des Wolframcarbids im Submikronbereich liegen. Besonders bevorzugt sind mittlere Korngrößen von «0,4 μm.The mixed ceramic according to the invention essentially consists of an extremely fine-grained, tailored structure based on Al 2 O 3 , which contains 20 to 50% by weight of hard materials and 0 to 5% by weight of ZrO 2 . The hard materials consist of metal carbides or metal carbonitrides and correspond to the formula M 1 M 2 (C, N); M 1 stands for titanium and M 2 for tungsten. The Al 2 O 3 particles have an average grain size of not larger than 0.5 μm and the hard material particles have an average grain size of not larger than 0.4 μm. Tungsten carbide is present in the metal carbides or metal carbonitrides of the formula M 1 M 2 (C, N) in amounts of 5 to 10% by weight, preferably 5 to 8% by weight, based on the titanium component. The titanium carbonitride used corresponds to the formula Ti (C x N y ), with 95 / 5≤x / y≤30 / 70. The structure according to the invention preferably contains Al 2 O 3 particles with an average grain size of 0.1 to 0.4 μm, particularly preferably with an average grain size of 0.2 μm. The hard material particles have an average grain size of preferably 0.2 to 0.4 μm. They can also be contained in the structure as globular grains with a ratio of length to diameter of <2 μm. The tungsten carbide component is of particular importance in the hard material particles. It must be ensured that the tungsten carbide can completely dissolve in the titanium carbide or titanium carbonitride. For this purpose, the average grain size of the tungsten carbide should be in the submicron range. Average grain sizes of “0.4 μm are particularly preferred.
Die erfindungsgemäße Mischkeramik kann auch Sinterhilfsmittel enthalten. Diese Hilfsmittel können ausgewählt werden aus wenigstens einem Oxid der Elemente Y, Mg, Cr, Ni, Co oder wenigstens einem Oxid der seltenen Erden. Sie können in Mengen bis zu 0,5 Gew.-% eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird als Sinterhilfsmittel MgO eingesetzt.The Mixed ceramics according to the invention can also contain sintering aids. These tools can be selected from at least one oxide of the elements Y, Mg, Cr, Ni, Co or at least an oxide of rare earth. You can in amounts up to 0.5 wt .-% be used. It is particularly preferred as a sintering aid MgO used.
Hergestellt werden können die erfindungsgemäßen Gefüge dadurch, daß 20 bis 50 Gew.-% einer Mischung aus Titancarbid oder Titancarbonitrid, mit einer spezifischen Oberfläche von > 10 m2/g und, bezogen auf die Titankomponente, 5 bis 10 Gew.-% Wolframcarbid im Submikronbereich, vorzugsweise mit einer mittleren Partikelgröße von « 0,4 μm, mit 50 bis 80 Gew.-% feinkörnigem Al2O3-Pulver, gegebenenfalls unter Zusatz von bis zu 5 Gew.-% Zirkonoxid und/oder bis zu 0,5 Gew.-% Sinterhilfsmittel unter organischem Medium oder Wasser in einer Attritorkugelmühle feingemahlen, vermischt und mit einem temporären organischen Binder versetzt wird. Das feinkör nige Al2O3-Pulver erhält man beispielsweise durch Vormahlen eines Al2O3-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 5 m2/g mit TZP-Kugeln in einer Rührwerkskugelmühle. Auf diese Weise erhält man ein Al2O3-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 7 bis 8 m2/g. Die Mahlflüssigkeit wird anschließend beseitigt und das trockene Pulvergemisch durch ein 250 μm Sieb gesiebt. Das gesiebte Pulvergemisch wird in einer Form nach vorgegebenem Druck- und Temperaturverlauf uniaxial oder isostatisch heißgepreßt.The structures according to the invention can be produced by adding 20 to 50% by weight of a mixture of titanium carbide or titanium carbonitride with a specific surface area of> 10 m 2 / g and, based on the titanium component, 5 to 10% by weight of tungsten carbide in Submicron range, preferably with an average particle size of 0.4 μm, with 50 to 80% by weight of fine-grained Al 2 O 3 powder, optionally with the addition of up to 5% by weight of zirconium oxide and / or up to 0.5 % By weight of sintering aid finely ground in an attritor ball mill under organic medium or water, mixed and mixed with a temporary organic binder. The fine-grain Al 2 O 3 powder is obtained, for example, by pre-grinding an Al 2 O 3 powder with a specific surface area of 5 m 2 / g using TZP balls in a stirred ball mill. In this way, an Al 2 O 3 powder with a specific surface area of 7 to 8 m 2 / g is obtained. The grinding liquid is then removed and the dry powder mixture is sieved through a 250 μm sieve. The sieved powder mixture is uniaxially or isostatically hot-pressed in a mold according to the specified pressure and temperature profile.
Feingemahlen und vermischt werden die Komponenten vorzugsweise in einer Attritormühle mit Kugeln aus Zirkonoxid.fine Ground and the components are preferably mixed in an attritor mill Zirconia balls.
Als organisches Medium wird ein Lösungsmittel aus der Gruppe. der niederen Alkohole, der niederen Ketone, der Kohlenwasserstoffe mit bis zu acht C-Atomen, der Benzine oder deren Mischungen ausgewählt, vorzugsweise wird Isopropanol eingesetzt.As organic medium becomes a solvent from the group. the lower alcohols, the lower ketones, the Hydrocarbons with up to eight carbon atoms, the gasoline or their Mixtures selected, preferably isopropanol is used.
Heißgepresst wird vorzugsweise in einem 1-stündigen Zyklus bei Drücken unterhalb 35 MPa und Temperaturen unterhalb 1750°C, vorzugsweise bei 1600 bis 1650°C.hot pressed will preferably be in a 1 hour Cycle on press below 35 MPa and temperatures below 1750 ° C, preferably at 1600 to 1650 ° C.
Nach dem Heißpressen wird der Pressling der Form entnommen und in an sich bekannter Weise endgeformt.To hot pressing the compact is removed from the mold and in a manner known per se finally shaped.
Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können vorzugsweise als Schneidstoff zur Zerspanung gehärteter Stahlteile eingesetzt werden.The materials according to the invention can preferably used as cutting material for machining hardened steel parts become.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränken.The The following examples are intended to illustrate the invention without restricting it.
Beispiel 1 bis 5Examples 1 to 5
Ti(C,N)-Pulver
(> 10 m2/g),
WC-Pulver (> 10 m2/g), Al2O3-Pul-ver
(10 m2 /g) und ZrO2 -Pulver (10 m2 /g) werden in den in der Tabelle 1 angegebenen
Gewichtsteilen in einer Rührwerkskugelmühle (Attritor)
unter organischem Medium 30 Minuten gemahlen und gleichzeitig homogen
untereinander gemischt. Das organische Medium wird aus der Mischung
abgedampft und das übrige
Pulvergemisch durch ein 250 μm
Sieb abgesiebt. Das gesiebte Pulver wird dann in einer Graphitform
in einem 1-stündigen
Zyklus nach vorgegebenem Druck und Temperaturverlauf heißgepreßt. Der
Druckbereich liegt unterhalb 35 MPa und der Temperaturbereich bei
etwa 1600°C.
Die Tabelle 2 veranschaulicht die Toleranzen beim Verdichtungsprozeß, die möglich sind,
um die erfindungsgemäßen Mischkeramiken
herzustellen. Der Temperatur- und Druckverlauf ist in
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