{"id":23702,"date":"2025-06-12T11:22:30","date_gmt":"2025-06-12T03:22:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/?p=23702"},"modified":"2025-06-12T11:22:30","modified_gmt":"2025-06-12T03:22:30","slug":"ultrafine-grained-cemented-carbide","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/ultrafine-grained-cemented-carbide\/","title":{"rendered":"Forschungsstand zu ultrafeink\u00f6rnigen Hartmetallen, Teil 1: Technologische Entwicklung in der Herstellung ultrafeiner Pulver"},"content":{"rendered":"
Ultrafeink\u00f6rnige Hartmetalle sind Werkstoffe mit WC-Korngr\u00f6\u00dfen von 0,5 \u03bcm bis 0,1 \u03bcm oder sogar darunter. Die Verfeinerung der WC-K\u00f6rner verbessert die mechanischen Eigenschaften von Hartmetallen deutlich und macht ultrafeink\u00f6rnige Hartmetalle mit feineren WC-K\u00f6rnern zu einem weltweit hochaktuellen Forschungsthema. Der Schl\u00fcssel zur Herstellung ultrafeink\u00f6rniger Hartmetalle liegt in drei entscheidenden Faktoren: Pulverrohstoffe, Kornwachstumsinhibitoren und Sinterprozesstechnologien. Diese Faktoren sind miteinander verkn\u00fcpft und m\u00fcssen umfassend ber\u00fccksichtigt werden, um leistungsstarke, strukturell stabile und homogene ultrafeink\u00f6rnige Hartmetalle zu erhalten.<\/p>\n

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Einf\u00fchrung geeigneter Pulverrohstoffe f\u00fcr ultrafeink\u00f6rnige Hartmetalle. In unseren n\u00e4chsten beiden Wochenzeitungen besch\u00e4ftigen wir uns eingehender mit den Themen Kornwachstumsinhibitoren und Sinterprozesse.<\/p>\n

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Qualit\u00e4tsanforderungen f\u00fcr Pulverk\u00f6rner<\/h1>\n

Die wichtigste Voraussetzung f\u00fcr die Herstellung ultrafeink\u00f6rniger oder nanokristalliner Hartmetalle ist die Produktion von ultrafeinem\/nano-WC-Pulver oder WC-Co-Verbundpulver, was aktuell ein Forschungsschwerpunkt ist. Laut einschl\u00e4giger Literatur m\u00fcssen ultrafeine\/nano-Pulverrohstoffe strenge Kriterien erf\u00fcllen, darunter eine gleichm\u00e4\u00dfige durchschnittliche Korngr\u00f6\u00dfe mit enger Verteilung, hohe Reinheit sowie einen angemessenen Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt. Dar\u00fcber hinaus beeinflussen Faktoren wie Partikelmorphologie, kristallografische Perfektion und Subkorngr\u00f6\u00dfe die Leistung ultrafeink\u00f6rniger Hartmetalle direkt.<\/p>\n

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Erfolge in der Pulverproduktion<\/h1>\n

In 1989, Rutgers University in the United States took the lead in successfully developing nanostructured cemented carbides. Subsequently, Nanodyne Company developed nanostructured WC-Co cemented carbide composite powder with a particle size of 40 nm based on this foundation. Renowned companies in Japan, Switzerland, Germany, and other countries have also successively developed nanostructured cemented carbides. Among them, Switzerland’s Sandvik Company’s T002 ultrafine-grained cemented carbide has the finest grains, reaching 200 nm. Domestically, Zigong 746 Factory and Zhuzhou 601 Factory have both developed their own nanostructured cemented carbides, with grain sizes less than 500 nm, hardness of 93 HRA, and strength of 4000 MPa.<\/p>\n

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Technologische Entwicklung bei der Herstellung von ultrafeink\u00f6rnigem Hartmetallpulver<\/h1>\n

Zusammenfassend umfassen die Herstellungstechnologien f\u00fcr ultrafeine\/nanok\u00f6rnige Hartmetallpulver im In- und Ausland haupts\u00e4chlich die folgenden Aspekte:<\/p>\n

(1) Oxidreduktions-Karbonisierungstechnologie<\/h2>\n

Bei diesem Verfahren wird eine Mischung aus WO und Ru\u00df granuliert und anschlie\u00dfend bei niedrigen Temperaturen unter N\u2082- und H\u2082-Atmosph\u00e4ren durch Karbonisierung reduziert, um ultrafeines WC mit einer Korngr\u00f6\u00dfe von 0,5 \u03bcm zu erzeugen. Diese Technologie wurde gemeinsam von Tokyo Tungsten und Sumitomo Electric in Japan entwickelt. Zu ihren Merkmalen geh\u00f6rt die schnelle und kontinuierliche Produktion von ultrafeinem und gleichm\u00e4\u00dfigem WC-Pulver, wobei das feinste WC-Pulver eine BET-Korngr\u00f6\u00dfe von 0,11\u20130,13 nm erreicht. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass H\u2082 w\u00e4hrend des Karbonisierungsprozesses chemisch mit Ru\u00df reagiert, wodurch sich der Kohlenstoffgehalt im Produkt nur schwer kontrollieren l\u00e4sst. Das US-Unternehmen EMO hat die Rapid Carbonthermal Reduction (RCR)-Technologie von Dow Chemical eingef\u00fchrt, die bei Temperaturen von 1500\u20132000 \u00b0C arbeitet. Diese Technologie ist kosteng\u00fcnstig und kann in gro\u00dfen Mengen hergestellt werden. Sie liefert WC-Pulver mit Korngr\u00f6\u00dfen von 0,2 \u03bcm, 0,4 \u03bcm und 0,8 \u03bcm.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Auch im Inland wurden bei dieser Technologie erhebliche Fortschritte erzielt. Die Technische Universit\u00e4t Wuhan hat den Oxidreduktions- und Karbonisierungsprozess durch den Einsatz von Vakuum oder Inertgasatmosph\u00e4ren verbessert. Dadurch werden die negativen Auswirkungen von H\u2082 auf die Reduktionsprodukte vermieden und ultrafeine WC-Co-Verbundpulver mit Korngr\u00f6\u00dfen von 0,1 bis 0,3 \u03bcm hergestellt.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Erm\u00f6glicht eine schnelle und kontinuierliche Produktion, wobei die feinste Korngr\u00f6\u00dfe 0,11\u20130,13 \u03bcm erreicht (BET-Methode).<\/p>\n

Low cost and suitable for large-scale production (e.g., EMO’s mass production of 0.2-0.8 \u03bcm WC powders).<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Die H\u2082-Reaktion mit Ru\u00df macht die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts zu einer Herausforderung.<\/p>\n

Obwohl Vakuum-\/Inertgasatmosph\u00e4ren dieses Problem mildern, erh\u00f6hen sie die Prozesskomplexit\u00e4t.<\/p>\n

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(2) Niedertemperatur-Reduktions-Karbonisierungstechnologie<\/h2>\n

Bei diesem Verfahren wird blaues oder violettes Wolframoxid mit Wasserstoffgas bei niedrigen Temperaturen reduziert, um Wolframpulver zu erzeugen, das anschlie\u00dfend zu ultrafeinem WC-Pulver karbonisiert wird. Dieses Verfahren ist in China weit verbreitet. Zu den namhaften Anwendern z\u00e4hlen Xiamen Golden Egret Special Alloy Co., Ltd., die Zhuzhou Cemented Carbide Group und Zigong Cemented Carbide Plant.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Einfacher Prozess und umfangreiche Anwendung im Inland (z. B. Xiamen Golden Egret, Zhuzhou Cemented Carbide Group).<\/p>\n

Geringer Ausr\u00fcstungsbedarf.<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Unzureichende Pr\u00e4zision bei der Kontrolle des Kohlenstoffgehalts, was eine Optimierung des Inhibitors erforderlich macht.<\/p>\n

M\u00f6gliche Einschr\u00e4nkungen bei der Gleichm\u00e4\u00dfigkeit der Korngr\u00f6\u00dfenverteilung.<\/p>\n

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(3) Thermochemische Synthesetechnologie (Spr\u00fchtrocknung)<\/h2>\n

Die thermochemische Synthese oder Spr\u00fchtrocknung umfasst drei Hauptschritte: (a) Herstellung von Kobaltl\u00f6sungen aus Ammoniummetawolframat und Kobaltchlorid oder Ethylendiaminwolframat und anschlie\u00dfendes homogenes Mischen; (b) Spr\u00fchtrocknen der Mischung zur Gewinnung ultrafeiner und gleichm\u00e4\u00dfiger Kobalt-Kobaltsalz-Verbundpulver und (c) Reduzieren und Karbonisieren der Pulver in einem Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von Nano-WC-Co-Verbundpulvern. Eigenschaften: Die Nano-WC-Co-Verbundpulver behalten die Morphologie der Ausgangsstoffe bei, wobei die Korngr\u00f6\u00dfe durch Anpassung der Reaktionstemperatur, Haltezeit und Karbonisierungsgasaktivierung steuerbar ist. Sie weisen eine gro\u00dfe spezifische Oberfl\u00e4che auf und erm\u00f6glichen die Verdichtung der Legierung bei relativ niedrigen Temperaturen. Nachteile: Das Verfahren ist komplex und die Kontrolle des Kohlenstoffgehalts ist ungenau, die Steuerbarkeit kann jedoch durch wirksames Beimischen von Karbonisierungsatmosph\u00e4ren als Kohlenstoffquellen verbessert werden.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Steuerbare Korngr\u00f6\u00dfe (durch Anpassung von Temperatur, Zeit und Karbonisierungsatmosph\u00e4re).<\/p>\n

Hohe spezifische Oberfl\u00e4che und hervorragende Verdichtungsleistung bei niedrigen Temperaturen.<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Komplexer Prozess und anspruchsvolle Kontrolle des Kohlenstoffgehalts.<\/p>\n

Zur Gew\u00e4hrleistung der Stabilit\u00e4t ist eine Regulierung der Karbonisierungsatmosph\u00e4re erforderlich.<\/p>\n

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(4) In-Situ-Aufkohlungstechnologie<\/h2>\n

Bei der In-situ-Karburierung werden Vorl\u00e4ufer direkt zu einphasigen Nanopartikeln reduziert. WC-Co<\/a> Verbundpulver unter Verwendung von Wasserstoffgas ohne externe Kohlenstoffquellen (z. B. CO\/CO\u2082). Dies wird durch Aufl\u00f6sen von Wolframs\u00e4ure und Kobaltsalz in einer Polyacrylnitrill\u00f6sung, gefolgt von Niedertemperaturtrocknen und Reduktion in einer 90% Ar-10% H\u2082-Mischgasatmosph\u00e4re bei 800\u2013900 \u00b0C erreicht, wodurch WC-Co-Pulver mit Korngr\u00f6\u00dfen von 50\u201380 nm erhalten werden. \u00dcber dieses Verfahren wurde erstmals 1994 von YT Zhou von der University of Texas berichtet. Wichtigste Innovation: Ersetzen von CO\/CO\u2082-Gemischen durch Polyacrylnitril als In-situ-Kohlenstoffquelle, wodurch eine direkte Wasserstoffreduktion von Vorl\u00e4ufern zu einphasigen Nano-WC-Co-Verbundwerkstoffen erm\u00f6glicht wird. Prozessparameter wie Reduktionstemperatur, Atmosph\u00e4re und Spuren von Kobaltacetat-Katalysatorzus\u00e4tzen beeinflussen die endg\u00fcltige Qualit\u00e4t des Nano-Verbundpulvers erheblich. Nachteile: Unzureichende Reduktion aufgrund verk\u00fcrzter Diffusionszeiten f\u00fchrt zu restlichen, nicht zersetzten Polymeren oder freiem Kohlenstoff<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Hochinnovativ, erreicht Korngr\u00f6\u00dfen von 50-80 nm.<\/p>\n

Vereinfacht den Prozess durch Eliminierung herk\u00f6mmlicher Kohlenstoffquellen (z. B. CO\/CO\u2082).<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Eine unvollst\u00e4ndige Reduktion f\u00fchrt zu Polymerr\u00fcckst\u00e4nden oder freiem Kohlenstoff, was die Leistung beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n

Hohe Empfindlichkeit gegen\u00fcber Temperatur, Atmosph\u00e4re und Katalysatoren (z. B. Kobaltacetat).<\/p>\n

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(5) Plasmatechnologie<\/h2>\n

Die Plasmatechnologie nutzt eine plasmagenerierte W\u00e4rmequelle bei 4000\u20135000 \u00b0C, um Rohstoffe (W, WC oder WO\u2083) und Kohlenstoffquellen (CH\u2084) zu zersetzen, reagieren und zu synthetisieren. Dadurch entstehen Produkte mit Korngr\u00f6\u00dfen von 5\u201320 nm. Zu den prim\u00e4ren W\u00e4rmequellen z\u00e4hlen Gleichstromplasma, Hochfrequenzplasma oder eine Kombination aus beiden. Nachteile: Die Plasmastabilit\u00e4t ist gering, wodurch eine vollst\u00e4ndige Verdampfung und Reaktion der Rohstoffe erschwert wird.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Erzeugt extrem feine Korngr\u00f6\u00dfen (5\u201320 nm), geeignet f\u00fcr Ultra-High-End-Anwendungen.<\/p>\n

Schnelle Reaktionsraten.<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Eine schlechte Plasmastabilit\u00e4t f\u00fchrt zu einer unvollst\u00e4ndigen Verdampfung und Reaktion der Rohstoffe.<\/p>\n

Hohe Ger\u00e4tekosten und Energieverbrauch.<\/p>\n

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(6) Sol-Gel-Technologie<\/h2>\n

Das Sol-Gel-Verfahren umfasst die Hydrolyse und Polykondensation hydrolysierbarer Metallverbindungen in einem L\u00f6sungsmittel, gefolgt von Gelierung, Trocknung und Reduktion zur Herstellung nanostrukturierter Pulver. Dieser Niedertemperaturprozess basiert auf Hydrolyse- und Polymerisationsreaktionen und f\u00fchrt zu hochreinen Pulvern mit enger Korngr\u00f6\u00dfenverteilung, hoher chemischer Aktivit\u00e4t und homogenen Mehrkomponentenmischungen. Wissenschaftler wie Srikanth Rahunathan nutzten beispielsweise die Sol-Gel-Technologie zur Entwicklung von nanostrukturierten W-Co-, W-Mo- und W-Cu-Verbundpulvern. Eigenschaften: Das Sol-Gel-Verfahren bietet pr\u00e4zise chemische Steuerbarkeit, einfache Handhabung und niedrige Kosten f\u00fcr die Herstellung nanostrukturierter Verbundpulver mit gleichm\u00e4\u00dfiger Struktur. Nachteile: Das Verfahren ist komplex und l\u00e4sst sich nur schwer f\u00fcr die Massenproduktion skalieren.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Hohe Reinheit, enge Korngr\u00f6\u00dfenverteilung und kontrollierbare chemische Aktivit\u00e4t.<\/p>\n

Geeignet f\u00fcr Mehrkomponenten-Verbundpulver (z. B. W-Co, W-Mo).<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Komplexer Herstellungsprozess und Schwierigkeiten bei der Produktion im gro\u00dfen Ma\u00dfstab.<\/p>\n

H\u00f6here Kosten und l\u00e4ngere Produktionszyklen.<\/p>\n

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(7) Mechanisch Hartmetall<\/a> Legierungstechnologie<\/h2>\n

Beim mechanischen Legieren werden Elementpulver in bestimmten Verh\u00e4ltnissen gemischt und unter Schutzgas in einer Hochenergie-Kugelm\u00fchle gemahlen. Die beim Mahlen entstehende mechanische Energie f\u00fchrt zu wiederholter Verformung, Kaltverschwei\u00dfung und Bruch der Pulver, wodurch eine Dispersion ultrafeiner Partikel und eine Festk\u00f6rperlegierung entstehen. Vorteile: Das Verfahren ist technisch einfach, erfordert nur minimale Ausr\u00fcstung und ist leicht zu bedienen. Nachteile: Beim Legieren k\u00f6nnen Verunreinigungen entstehen, und innere Spannungen\/Agglomerationen in den Pulvern aufgrund von Druck-\/Scherkr\u00e4ften k\u00f6nnen sich negativ auf die Kompressibilit\u00e4t und das Sinterverhalten auswirken.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Einfache Technik, g\u00fcnstige Ausstattung und leichte Bedienung.<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Gefahr der Einbringung von Verunreinigungen beim Legieren.<\/p>\n

Erhebliche innere Spannungen und starke Agglomeration in Pulvern, die die Verdichtungs- und Sintereigenschaften beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

\"Hartmetallbild\"<\/p>\n

Im Inland gelang es dem Institut f\u00fcr Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften 1944 durch mechanisches Legieren, Nano-WC-Pulver mit einer Korngr\u00f6\u00dfe von 7,2 nm herzustellen. Auf \u00e4hnliche Weise synthetisierte Professor Wu Xijun von der Zhejiang-Universit\u00e4t mit der gleichen Methode Nano-Einphasen-W\u2082C-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngr\u00f6\u00dfe von 6,0 nm.<\/p>\n

Vorteile:<\/p>\n

Einfache Ausstattung und leichte Bedienung.<\/p>\n

Kann extrem feine Korngr\u00f6\u00dfen erzeugen (z. B. 7,2 nm WC-Pulver).<\/p>\n

Nachteile:<\/p>\n

Hohes Risiko der Einf\u00fchrung von Verunreinigungen.<\/p>\n

Erhebliche innere Spannungen in Pulvern und starke Agglomeration, die sich negativ auf die Verdichtungs- und Sintereigenschaften auswirken.<\/p>\n

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Zusammenfassung<\/h1>\n

Zur Herstellung von ultrafeink\u00f6rnigen Hartmetallpulvern:<\/p>\n

1. Oxidreduktions-Karbonisierungs- und Niedertemperatur-Reduktions-Karbonisierungstechnologien eignen sich aufgrund ihrer geringen Kosten und ausgereiften Prozesse f\u00fcr die Gro\u00dfserienproduktion. Plasma- und Sol-Gel-Technologien k\u00f6nnen zwar Nanopulver produzieren, erfordern jedoch Stabilit\u00e4ts- und Kostenprobleme.<\/p>\n

2. Bei der In-situ-Aufkohlung werden polymerbasierte Kohlenstoffquellen als innovativer Ansatz zur Kontrolle des Kohlenstoffgehalts eingef\u00fchrt, allerdings ist eine Optimierung der Reduktionsvollst\u00e4ndigkeit erforderlich.<\/p>\n

3. Institutionen wie die Technische Universit\u00e4t Wuhan und das Institut f\u00fcr Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben bemerkenswerte Fortschritte bei der Verbesserung konventioneller Verfahren (z. B. Vakuumkarbonisierung, mechanisches Legieren) erzielt. Hochwertige Pulver (z. B. unter 50 nm) sind jedoch weiterhin auf Importe angewiesen.<\/p>\n

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Ultrafine-grained cemented carbides refer to materials with WC grain sizes ranging from 0.5 \u03bcm to 0.1 \u03bcm or even below 0.1 \u03bcm. The refinement of WC grains significantly enhances the mechanical properties of cemented carbides, making ultrafine-grained cemented carbides with finer WC grains a hot research topic globally. The key to preparing ultrafine-grained cemented carbides…<\/p>","protected":false},"author":2,"featured_media":23706,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-23702","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/\u56fe\u72474-1.png","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23702","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=23702"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23702\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":23707,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23702\/revisions\/23707"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/23706"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23702"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23702"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23702"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}