Herstellung neuer Hartmetalle mit Gradientenmikrostruktur durch Mikrowellensintern

Im Rahmen des TFB‐Projektes konnte der Nachweis erbracht werden, dass sich für heutzutage als richtungsweisend bekannte Verfahrensprinzipien der Beschichtung von Hartmetallen und von Cermets durch Einsatz von Mikrowellen beim Sintern neue und im Hinblick auf integrierte Herstellungsverfahren äußerst interessante Potenziale ergeben. Beim Sintern in Reaktivatmosphäre werden durch Mikrowelleneinsatz die Transportprozesse, die zur Ausbildung von Zusammensetzungsgradienten führen, ausnahmslos verstärkt, so dass bereits bei sehr kurzen Prozesszeiten alle heute bekannten Schichtabfolgen auch bei Versätzen erhalten werden, die bisher keine geschlossenen Ti(C,N)‐Hartstoffschichten an der Oberfläche ausbildeten. Gegenüber konventioneller Vakuumsintertechnologie ergibt sich hieraus eine sehr große Variabilität der Prozessführung, die auch bei weniger hochdotierten Versätzen zu einer sehr guten, gegenüber konventionell hergestellten Gradientenhartmetallen erhöhten Verschleißbeständigkeit führt. Allerdings müssen noch weitere Untersuchungen zum physikalisch‐metallurgischen Hintergrund der beobachteten Unterschiede zwischen Vakuum‐ und Mikrowellensinterung durchgeführt werden, denn in einigen Fällen ist das Schichtwachstum derart beschleunigt, dass technologisch nicht sinnvolle Schichtdicken entstehen. Bei der CVD‐Beschichtung im Anschluss an eine Mikrowellensinterung sind zunächst keine signifikanten Beschleunigungen der Transportprozesse bzw. Aktivierungen des CVD‐Prozesses sichtbar geworden. Technologisch bedeutsam ist allerdings die Beobachtung, dass durch die Verwirklichung des „Warm‐Wall‐Reaktor“‐Prinzips als unmittelbare Folge der Beheizung mittels Mikrowellen nur die Proben in der Charge, nicht jedoch die Reaktorwände beschichtet werden. Zudem ist eine Beschichtung bei Normaldruck möglich, ohne dass die Beschichtungstemperatur erhöht werden muss. Die mikrowellengesinterten Hartmetallproben zeigen keine Co‐Anreicherung in der Außenhaut, so dass eine Beschichtung unmittelbar nach Abschluss des Sinterprozesses in der gleichen Ofenkammer erfolgt. Die erwarteten Vorteile des Mikrowellensinterns für die Herstellung von Gradientenhartmetallen ebenso wie für die Integration mehrerer Prozesschritte in einem Mikrowellen‐Sinterbeschichtungsverfahren sind somit im Rahmen des TFB‐Projektes nachgewiesen worden. Erste Funktionstests lassen ein hohes Potenzial dieser Technologie für die Herstellung von Gradientenhartmetallen mit wesentlich verbesserten Verschleißeigenschaften erkennen. Sowohl die direkte Randschichtbeeinflussung als auch die Kombination mit CVD und Reaktivsinterung sind unter Einsatz des Mikrowellensinterns einfach und in einem integrierten Prozess zu realisieren, wodurch eine industriell einsetzbare Technologie zur Herstellung von Hartmetall‐Bauteilen mit einem ausgedehnten Gradienten der Hartstoffkonzentration und Hartstoffart entwickelt werden könnte.