Sinteruntersuchungen an rundlichem Wolframkarbid

Abstract

Wolframkarbid kann im Hartmetall aufgrund seiner hexagonalen Kristallstruktur unterschiedliche Kristallmorphologien aufweisen, wobei trigonal prismatische Körner die charakteristische Form im Hartmetall darstellen. "Rundliches" (polygonales) Wolframkarbid stellt einen besonderen Kristallhabitus dar, durch welchen verbesserte Eigenschaften in Bezug auf die Rissbildung im Verbundwerkstoff Hartmetall erwartet werden.<br />Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Fertigung von Hartmetallen mit "rundlichen" WC-Körnern und die Untersuchung der verschiedenen Einflussfaktoren.<br />Ausgehend von sphärischen WC-Pulvern konnte die Notwendigkeit einer schonenden Dispergierung der Pulveransätze dokumentiert werden. Sowohl in der Kugelmühle als auch im Laborattritor konnte durch kurze Mahlintervalle eine gleichmäßige Verteilung mit den metallischen Bindern (Kobalt, Nickel) eingestellt und zugleich die polygonale Gestalt der WC-Körner weitgehend bewahrt werden.<br />Bei der Sinterung der verpressten Pulverproben wurden mehrere Prozessparameter untersucht, wie zum Beispiel der Einsatz der Kornwachstumshemmer Chromkarbid, Vanadiumkarbid und Molybdänsubkarbid.<br />Chromkarbid zeigte eine gering wachstumshemmende Wirkung und stabilisierte praktisch die in den WC-Pulvern vorliegende Korngrößenverteilung. Vanadiumkarbid verhinderte die Facettierung der WC-Körner, wodurch rundlich bis ovale Gebilde erhalten wurden. Jedoch kam es auch zu einer deutlichen Versprödung dieser dotierten Hartmetalle. Molybdänsubkarbid konnte mit zunehmendem Anteil im Hartmetall die Rundlichkeit der WC-Körner erhöhen und auch die Gleichmäßigkeit der Korngrößenverteilung verbessern.<br />Der Kohlenstoff als weiterer Parameter hatte innerhalb des Zweiphasengebiets einen weniger starken Einfluss auf die WC-Morphologie, aber einen zumindest messbaren Effekt auf die mechanischen Eigenschaften.<br />Bei der Sinterung war eine ausreichend hohe Temperatur im Bereich von 1400 bis 1450°C zur vollständigen Verdichtung und Homogenisierung nötig.<br />Der strukturelle Einfluss der teilweisen beziehungsweise vollständigen Substitution von Kobalt durch Nickel wurde getestet, was vor allem bei der Kombination von Nickel mit Molybdänsubkarbid zu sehr ausgeprägt sphärischen WC-Körnern führte.<br />Die Auswertung der mechanischen Daten lieferte einen eindeutigen Zusammenhang von guter Zähigkeit und Gleichmäßigkeit/Polygonalität der WC-Körner im Hartmetall.<br />Zusammenfassend konnten ausgehend von möglichst monokristallinen WC-Pulvern durch eine schonende Dispergierung zum einen und eine Molybdänsubkarbid-Dotierung zum anderen Hartmetalle hergestellt werden, welche bei einer hohen Gleichmäßigkeit sowie Polygonalität der WC-Körner ausgezeichnete Zähigkeiten besaßen.<br />