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2025-11-28T08:49:56Z

Sonstige Anwendungen

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'''Cermets''' (zusammengesetzt aus {{enS|'''cer'''amic}} und {{lang|en|'''''met'''al''}}) sind [[Verbundwerkstoff]]e aus [[Technische Keramik|keramischen Werkstoffen]] in einer [[Metallischer Werkstoff|metallischen]] Matrix ([[Bindemittel]]).<ref>Wolfgang Weißbach: Werkstoffkunde - Strukturen, Eigenschaften, Prüfung; S. 299; Vieweg + Teubner, Wiesbaden; 2010, ISBN 978-3-8348-0739-7.</ref> Sie zeichnen sich durch eine besonders hohe [[Härte]] und [[Verschleißfestigkeit]] aus.

== Cermets und Hartmetalle ==
Der Begriff Cermet bezeichnet vor allem im [[anglo-amerikanisch]]en Sprachgebrauch alle Arten von [[Hartstoff]]en. Deswegen zählen auch die [[Hartmetall]]e, insbesondere [[wolframcarbid]]-freie Hartmetall-Schneidstoffe, zu den Cermets, obwohl es Unterschiede im Herstellungsverfahren, im mechanischen Verhalten sowie in den Wechselwirkungen zwischen den Verbundkomponenten gibt. Als Grenze zu den Hartmetallen wird die [[elektrische Leitfähigkeit]] angeraten, wobei Cermets als [[Nichtleiter]] gelten.<ref name="WSchatt">Werner Schatt (Hrsg.): ''Pulvermetallurgie, Sinter- und Verbundwerkstoffe.'' Heidelberg: Hüthig, 1986, ISBN 3-7785-1319-2, S. 527–531</ref> Außerdem haben Cermets eine höhere Thermoschock- und [[Oxidationsbeständigkeit]] als Sinterhartmetalle.

== Zusammensetzung und Gefüge ==
Cermets bestehen im Wesentlichen aus Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN) und Mischungen daraus, dem Titancarbonitrid. Diese Stoffe verleihen den Cermets auch bei hohen Temperaturen eine hohe Härte. Zwischen den Hartstoff-Körnern befindet sich eine Bindephase, die für die Zähigkeit verantwortlich ist.

Die keramischen Komponenten sind oft [[Aluminiumoxid]] (Al2O3) und [[Zirconiumdioxid]] (ZrO2), während als metallische Komponenten [[Niob]], [[Molybdän]], [[Titan (Element)|Titan]], [[Cobalt]], [[Zirconium]], [[Chrom]] und andere in Frage kommen.

Das [[Gefüge (Werkstoffkunde)|Gefüge]] besteht aus gerundeten schalenartig aufgebauten Körnern, zwischen denen die Bindephase liegt, also Nickel- oder Kobalt-Mischkristalle. Die Reihenfolge der Schalen ist unterschiedlich: Es gibt Körner mit Titannitrid im Kern, gefolgt von einer Schale aus Ti, Ta, W, C, N mit überwiegend Titan und Stickstoff und einer äußeren Schale aus Ti, Ta, W, Mo, C, N mit überwiegend Titan und Kohlenstoff. Andere Körner enthalten die letztgenannte Phase im Kern gefolgt von einer einzigen Schale aus Ti, Ta, W, Mo, C, N mit überwiegend Stickstoffverbindungen.<ref>Fritz Klocke, Wilfried König: ''Fertigungsverfahren 1 - Drehen, Bohren, Fräsen'', 8. Auflage, 2008, Springer, S. 125f.</ref>

== Physikalische und technologische Eigenschaften ==
Da die Dichte von Titan verglichen mit Wolframcarbid sehr niedrig ist, sind Cermets sehr leicht. Sie haben eine kleinere Wärmeleitfähigkeit und größere Wärmedehnung als Hartmetalle auf Wolframcarbid-Basis. Die Bruchzähigkeit ist geringer, die chemische Beständigkeit vor allem gegenüber Eisen aber höher. Werkzeuge aus Cermet haben eine hohe Kantenfestigkeit und verschleißen langsamer.

Die stark unterschiedliche [[Dichte]] zwischen den metallischen und keramischen Sinterkomponenten führen leicht zur [[Gemischtrennung|Entmischung]], so dass stabilisierende Zusätze nötig sind. Der Sinterprozess läuft wie bei homogenen Pulvern ab, nur dass bei gleicher Presskraft das Metall stärker verdichtet wird als die Keramik.

== Verwendung ==
=== Einsatz bei Zerspanungswerkzeugen ===
Cermets auf der Basis von [[Titancarbid]] (TiC) oder [[Titannitrid]] (TiN) und Mischungen daraus, das [[Titancarbonitrid]] (TiCN) und [[Tantalcarbid]] (TaC), die in einer Niob-, Molybdän-, Nickel- oder seltener Cobalt-Bindephase eingebettet sind, werden als [[Schneidstoff]]-Schichten verwendet. (Teilweise sind je nach geplantem Anwendungszweck andere Zusatzstoffe wie [[Molybdäncarbid]], [[Vanadiumcarbid]], [[Zirconiumcarbid]] und andere Zusatzstoffe enthalten.<ref name="Stephen F. Krar, Arthur Gill">{{Literatur |Autor=Stephen F. Krar, Arthur Gill |Titel=Exploring Advanced Manufacturing Technologies |Verlag=Industrial Press Inc. |Datum=2003 |ISBN=0-8311-3150-0 |Online={{Google Buch | BuchID=TGkfsC77pdwC}}}}</ref>) Sie sind ein komplexes Vielstoffsystem mit weiteren Elementen wie [[Tantal]]. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hartmetall-Dreh- und Fräswerkzeugen enthalten Cermets kein oder nur wenig [[Wolframcarbid]] (WC). Wegen ihrer hohen Sprödheit und Diffusionsbeständigkeit und geringen Zähigkeit bilden sie den Übergang von den Hartmetallen zu den [[Schneidkeramik]]en. Die für Cermets benötigten Rohstoffe Titan und Nickel sind weltweit gut verfügbar, was ein wichtiger Vorteil gegenüber anderen Hartmetallen ist.

Der große Vorteil von Cermets als Schneidstoffe liegt in ihrer hohen [[Thermische Spannung (Mechanik)#Temperaturwechselbeständigkeit|Temperaturwechselfestigkeit]], die bis zu 1800 °C betragen kann. Dadurch ist der Einsatz von Cermets auch mit [[Kühlschmiermittel]]n möglich. [[Monolith]]ische [[Fräswerkzeug|Fräser]] aus Cermet haben sich aufgrund der geringen [[Biegebruchfestigkeit]] nicht durchgesetzt.

Die Kurzbezeichnung als Schneidstoff nach ISO 513 ist HT ('''H'''artmetall, '''T'''itancarbid(-nitrid)-basis). Cermets gibt es auch mit Beschichtungen.

==== Einsatzgebiete ====
Cermets wurden zunächst beim Feindrehen eingesetzt. Seit es zähere Sorten gibt, wird es beim Drehen auch bei mittleren Beanspruchungen, beim Gewindedrehen und beim Fräsen eingesetzt. Bearbeitet werden Stahl und Gusswerkstoffe. Besonders verbreitet sind sie in der Serienfertigung mit geringen Aufmaßen. Die Schnittgeschwindigkeiten beim Drehen von Stahl liegen bei 80 bis 500 m/min bei Vorschüben von 0,03 mm und Schnitttiefen von 0,05 bis 3 mm.

Aluminium und Kupfer lassen sich mit Cermets nicht bearbeiten, da es zur [[Aufbauschneide]]nbildung kommt. Nickellegierungen reagieren mit dem Bindemetall und verschweißen auf der Spanfläche.

Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der Cermets HT-P05, HT-P10 (beide Feinbearbeitung), HT-P20 (mittlere Bearbeitung), des Wolframcarbid-Hartmetalls HW-P20 (mittlere Bearbeitung) und der Aluminiumoxid-Schneidkeramiken.
{| class="wikitable"
|-
!Sorte !! HT-P05 !! HT-P10 !! HT-P20 !! HW-P10<ref>Denkena: ''Spanen'', 3. Auflage, S. 177, 183</ref> !! [[Aluminiumoxid]]- [[Schneidkeramik]]<ref>Pauksch: ''Zerspantechnik'', 12. Auflage, S. 60–62.</ref>
|-
|Zusammensetzung [Massen-%] (TiC + TiN / Co + Ni) || 89,6 / 10,4 || 86,5 / 13,5 || 83,3 / 16,7 || 55 % WC / 36 % (TiC/TaC/NbC) / 9 % Co || 85–95 % Al2O3 + 5–15 % ZrO2
|-
|Dichte [g/cm−3] || 6,1 || 7,0 || 7,0 || 10,6 || 4,0–4,2
|-
| Härte [ [[Vickershärte|HV 30]] ] || 1650 || 1600 || 1450 || 1560 || ----------
|-
| Druckfestigkeit [N/mm2] || 5000 || 4700 || 4600 || 4500 || 4500–5000
|-
|Biegefestigkeit [N/mm2] || 2000 || 2300 || 2500 || 1700 || 600–800
|-
| E-Modul [103 N/mm2] || 460 || 450 || 440 || 520 || 380–410
|-
| Bruchzähigkeit [Nm1/2/mm2] || 7,2 || 7,9 || 10,0 || 8,1 || 3,5–5,8
|-
|Wärmeleitfähigkeit [W(mK)−1] || 9,8 || 11,0 || 15,7 ||25 || 15–25
|-
|Wärmeausdehnungskoeffizient [10−6K−1] || 9,5 || 9,4 || 9,1 || 7,2 ||7–8
|}

=== Sonstige Anwendungen ===
{{Belege}}
Verschiedene Materialkombinationen werden auch als [[Elektrischer Leiter|Leitermaterial]] oder [[Elektrischer Widerstand|Widerstandsschicht]] in elektronischen [[Dickschicht-Hybridtechnik|Dickfilm-Schaltkreisen]] oder [[Potentiometer #Trimmpotentiometer|Trimmpotentiometern]] eingesetzt. Des Weiteren haben sie sich als [[Thermoelement]]-[[Thermometerschutzrohr|Schutzrohr]]e in der [[Schmelzmetallurgie]] eingeführt und ermöglichten beispielsweise die vollständige Automatisierung des [[Linz-Donawitz-Verfahren]]s.

Eine weitere Anwendung findet sich in der Verarbeitung als panzerbrechende Munition. Das Cermet ist dabei der Kern des Geschosses, welches ähnliche Wirkprinzipien wie beim [[Hartkerngeschoss]] aufweist. Verwendung fand diese Munition für die 15-mm-Mauser-Maschinenkanone [[MG 151|MG 151/15]].

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Hartmetall]]
[[Kategorie:Pulvermetallurgie]]
[[Kategorie:Werkzeugwerkstoff]]
[[Kategorie:Verbundkeramik]]

Cermet - Versionsgeschichte

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