DE977030C - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Borkarbid und Zusaetzen von Silizium oder/und Aluminium - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Borkarbid und Zusätzen von Silizium oder/und Aluminium Es ist schon vielfach versucht worden, Borkarbid, das eine sehr große Härte aufweist, als Werkstoff zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere für Werkzeuge, Lehren, Düsen u. dgl. zu verwenden. Die Versuche scheiterten jedoch daran, daß sich Formstücke aus Borkarbid bei praktisch bequem anwendbaren Temperaturen nicht herstellen lassen. Für das Schmelzen des Borkarbides und das Gießen von Formstücken aus der Schmelze ist eine Schmelze von 25oo° C erforderlich, und ein Sintern von reinem Borkarbid erfordert ebenfalls eine nur wenig geringere Temperatur. Es ist schon vorgeschlagen worden, dem mit Karbiden anderer Hartmetalle gemischten Borkarbidpulver zur Herabsetzung der Sintertemperatur, etwa 5'% amorphes Silizium und 2,5% in Wasserstoff reduziertes Eisenpulver zuzusetzen und alsdann zu sintern; es war aber auch hier notwendig, eine Sinterung bei etwa 220o bis 2300° C vorzunehmen.
• Die Herstellung von Sinterkörpern in der Weise, wie es z. B. bei Sinterkörpern aus Wolframkarbid möglich ist, nämlich durch Beimischung von etwa ro bis 2o% eines Hilfsmetalls der Eisengruppe, vorzugsweise Kobalt, und Sinterung bei einer Temperatur, die unter der Schmelztemperatur des Hilfsmetalls liegt, führt zu keinem Ziel. Ein solches Hilfsmetall geht keine Verbindung mit dem Borkarbid ein, vielmehr scheidet es sich beim Erhitzen in feinen Tröpfchen aus der Mischung aus.
• Versuche haben nun ergeben, da.ß sich Sinterkörper auch aus Borkarbid herstellen lassen, wenn man als Hilfsmittel Silizium verwendet. Es ist aber dabei in der Weise vorzugehen, daß man das Silizium entweder durch Diffusion aus der Gasphase oder aber durch Einseigern in den Borkarbidkörper hineinbringt. Es ergeben sich dabei verhältnismäßig niedrige Behandlungstemperaturen, die bei der Diffusion unter dem Schmelzpunkt des Siliziums, vorzugsweise bei etwa i4oo° C,, liegen; bei dem Einseigern entspricht die Behandlungstemperatur dem Schmelzpunkte des Hilfsmetalls, bei Silizium ist sie etwa 14q.0° C.
• Das Ergebnis sind Formkörper, die infolge ihrer mechanischen Eigenschaften mit gleichem oder noch größerem Vorteil in vielen Fällen Anwendung finden können, in denen man bisher Formkörper aus Wolframkarbid benutzen mußte, insbesondere empfiehlt sich die Anwendung für solche Teile, die einem starken Verschleiß unterliegen, wie Lagerkörper, Ziehwerkzeuge, Lehren u. dgl. Gegenüber dem Wolframkarbid besteht der erhebliche Vorteil darin, daß das Borkarbid leichter zu beschaffen ist und in Anbetracht des geringen spezifischen Gewichts volumenmäßig im Preis erheblich unter dem des Wolframkarbids liegt. Infolge des geringen spezifischen Gewichts kann es mit großem Vorteil auch für die Panzerung von Fahrzeugen aller Art oder zur Herstellung von starkem Verschleiß unterliegenden Teilen von Fahrzeugen oder deren Motoren benutzt werden. Bei der Verwendung für Meßwerkzeuge, Ziehwerkzeuge u. dgl. ist es von besonderer Bedeutung, daß gesinterte Borkarbid körper vollkommen urmagnetisch sind und infolgedessen das Anhaften feiner Späne und dadurch entstehende Beschädigungen des Werkzeuges ausgeschlossen sind.
• Es ist zwar bekannt, Silizium als Hilfsmetall zu verwenden, doch handelt es sich dabei um Hartlegierungen auf der Basis Schwermetallkarbid und um die übliche pulvermetallurgische Herstellungsweise. Es ist ferner bekannt, Formkörper aus Silizium und gegebenenfalls Zusätzen von Siliziumkarbid oder Borkarbid herzustellen, doch erfolgt dabei die Sinterung in Stickstoffatmosphäre unter Nitridbildung und ohne Einseigern. Der wesentliche Vorteil, den das Einbringen von Silizium in vorher gepreßte Körper aus Borkarbidbei relativniedrigen Temperaturen bringt, war aber nicht bekannt.
• Die Herstellung von Formstücken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in der Weise, daß Borkarbidpulver zunächst in einer dem Formstück entsprechenden Form so weit gepreßt wird, daß sich das Formstück ohne Schwierigkeiten weiter behandeln läßt. Vielfach genügt schon ein einfacher Handpreßdruck. Je nach der Korngröße des Borkarbidpulvers und nach der Form des herzustellenden. Formstückes wird man den Druck bis 50o kg/cm2 oder darüber steigern können. Man kann, um ein besseres Zusammenhaften des Preßkörpers zu erzielen, dem Pulver eine geringe Menge an Klebemitteln, z. B. Tragart, Stärke, Dextrin, Zucker u. dgl., beimischen. Der sohergestellte Preßkörper wird alsdann nach dem Trocknen des Klebemittels in einem feuerfesten Behälter, z. B. einem Graphitbehälter, in Siliziumpulver eingebettet und in einer eine Oxydation verhindernden Atmosphäre, vorzugsweise in Wasserstoff, einer Erhitzung auf etwa i4oo° C ausgesetzt, bis eine Sinterung eingetreten. ist. Es hat sich gezeigt, daß Wasserstoff das Sintern begünstigt. Anscheinend bildet sich in geringen Mengen Borwasserstoff, der auf die Bindung des Siliziums mit dem Borkarbid fördernd wirkt. Das Silizium dringt bei dieser Erwärmung durch Diffusion vor dem Schmelzen in Gasform in die Form des Borkarbidkörpers ein und sintert mit dem Borkarbid zusammen. Der fertiggesinterte Körper enthält bis zu etwa 5o °/o. Silizium.
• Eine Beschleunigung des Sintervorganges kann man dadurch erreichen, daß man dem Silizium Antimon oder Zink in einer Menge von i bis ioo/o beimischt. Die Sinterzeit kann man dadurch um etwa 30 Minute herabsetzen.
• An Stelle von Silizium läßt sich auch Aluminium verwenden oder gleichzeitig Silizium und Aluminium,, wobei die anzuwendende Temperatur dem jeweiligen Schmelzpunkt angepaßt ist. Es ist zwar bekannt, elektrische Kontakte dadurch herzustellen, daß in einen gesinterten Titankarbidkörper flüssiges Metall, wie Eisen, Chrom, Kupfer, Silber, Aluminium, Blei oder Zink, eingeseigert wird, auf die Eignung von Aluminium zum Tränken eines urgesinterten Preßlings aus Borkarbid kann daraus aber nicht geschlossen werden. Es ist ferner bekannt, Schleifwerkzeuge durch Pressen einer Mischung aus Schleifmittelkörnern und Metallpulver, z. B. Aluminiumpulver, herzustellen. Abgesehen davon, daß dort Borkarbid als Schleifmittel gar nicht genannt ist, geschieht die Formgebung und Verdichtung nach diesem bekannten Verfahren bei einer Temperatur, bei der das Metall noch nicht vollständig geschmolzen ist, sondern nur, sintert. Ein Einseigern ist dabei nicht möglich.
• Will man das Hilfsmetall einseigern lassen, dann werden die in der eben erwähnten Weise hergestellten Preßkörper aus Borkarbid mit dem Silizium in ein Schiffchen aus feuerfestem Werkstoff, z. B. aus Graphit, eingebracht, und dieses Schiffchen dann in einem Ofen, z. B. in einem Widerstandsofen, in einer die Oxydation verhindernden Atmosphäre so weit erhitzt, daß das Hilfsmetall schmilzt, also bei der Verwendung von Silizium auf etwa iq4o° C. Das schmelzende Silizium seigert dann in den Formkörper aus Borkarbid ein.
• Man kann auch die Preßkörper in geschmolzenes Silizium tauchen, wobei ebenfalls ein Einseigern des Siliziums in den. Formkörper erfolgt. Das Einseigern kann unter Atmosphärendruck öder auch unter erhöhtem Druck erfolgen, z. B. durch Zentrifugieren.
• Die Menge des aufgenommenen Hilfsmetalls, die bis zu etwa 5oo/a betragen kann, ist von der Körnung des Preßkörpers und von der Höhe des zu seiner Gestaltung angewendeten Druckes abhängig.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Borkarbid und Silizium oder/und Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Borkarbidpulver bestehender Preßling in Silizium- oder/und Aluminiumpulver eingebettet und unter Wahrung einer die, Oxydation verhindernden Atmosphäre bei der Schmelztemperatur der Einbettung so lange erhitzt wird, bis er durch Einseigern genügend Metall aufgenommen hat, oder auch im Fall des Einbettens in Siliziumpulver bei etwa 14o0° C so lange in Wasserstoffatmosphäre erhitzt wird, bis er durch Diffusion aus der Gasphase genügend Silizium aufgenommen hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Einbettungsmasse verwendeten Siliziumpulver Antimon oder Zink in einer Menge von i bis ioD/o beigemischt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2,, dadurch gekennzeichnet, daß das Einseiger'n des Hilfsmetalls unter Druck, vorzugsweise durch Zentrifugieren, erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 3q:5 541 443 911, 570 813, 588 g1 1, 622 522, 639 257, 736 323; österreichische Patentschriften Nr. 30 869, 135 522, 150 931; britische Patentschriften Nr. 31o 885, 36,1 322; USA.-Patentschrift Nr. 2 028 911.