AT515007A1

AT515007A1 - Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge

Info

Publication number: AT515007A1
Application number: ATA829/2013A
Authority: AT
Original assignee: Neubauer Erich
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-15
Also published as: WO2015061817A3; EP3063103A2; AT515007B1; WO2015061817A2

Abstract

Der Werkstoff mit mehrphasigero Gefüge umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstens eine zweite feste Phase, zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Phase und die zweite Phase jeweils ein Metall, eine Metalllegierung, ein keramisches Material oder Kombinationen hiervon in Form eines Verbundwerkstoffs sind, die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinander unterscheidbar sind, das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefüge oder als dreidimensionales Durchdringungsgefüge ausgebildet ist, wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als in drei Raumdimensionen kontinuierlich auftretende Matrixphase und die zweite Phase als diskontinuierliche, statistisch verteilte Einlagerungsphase aufweist, und wobei die erste Phase durch Sintern hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff mit mehrphasigemGefüge umfassend wenigstens eine erste feste Phase undwenigstens eine zweite feste Phase, wobei die einzelnenPhasen sich dadurch auszeichnen, dass sie in einerMakrostruktur vorliegen und mit freiem Auge voneinanderunterscheidbar sind.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zurHerstellung dieses Werkstoffs und die Verwendung desWerkstoffs. Für Schmuck, Luxusartikel und andere Gegenstände werdenBauteile mit einer Makrostruktur eingesetzt (z.B.Uhrengehäuse, Ringe, Anhänger, etc), die überMehrfachumformung von Stapeln aus Metallfolien hergestelltwerden. Diese Bauteile zeichnen sich durch ein optischmarkantes und ansprechendes, zwei- oder mehrfärbiges Musteraus. Das Muster entsteht dabei durch eine Anordnung vonzwei oder mehr verschiedenen Metallen in periodischer oderunregelmäßiger Weise, wobei eine Vielzahl vonProzessschritten erforderlich ist. Zudem ist das Verfahrenauf den Einsatz von duktilen Metallen beschränkt, d.h. aufMaterialien, die insbesondere bei Raumtemperatur ohneAnwendung von Temperatur umgeforrot werden können.

Die einzelnen Prozessschritte des oben angeführtenVerfahrens können grundsätzlich wie folgt beschriebenwerden. Es werden zunächst (1>) Metallfolien aus zwei odermehreren Metallen alternierend gestapelt und anschließendüber einen unter Druck und Temperatur stattfindenden (2)Diffusionsprozess miteinander zu einem Mehrlagenhalbzeugverbunden. Aus dem Mehrlagenhalbzeug wird anschließendbeispielsweise ein (3) Stab herausgeschnitten und dieser {4) verdreht, verformt oder mechanisch bearbeitet. Abhängigvom Grad der Verformung ist zwischen den Umformschritten inmanchen Fällen ein (5) Zwischenglühen erforderlich, damitdas Halbzeug neuerlich verformt werden kann. EineVerformung ist in der Regel mit einer Aufhärtung desMaterials verbunden. Nach dem Glühen wird das Halbzeugebenso über (6) weitere mechanische Bearbeitungsprozesse(Hämmern, Schmieden, Walien etc) in die gewünschteEndkontur übergeführt (z.B. ein Ring) und anschließend überzerspanende Prozesse oder Schleifprozesse in das (7)Endprodukt übergeführt.

Diese beschriebene Technik hat mehrere Nachteile: a) sie ist beschränkt auf Metalle, die sehr duktil sindund einen hohen Umformgrad erlauben. Die Anforderung andie Duktilität führt vielfach zum Nachteil, dass dieerzielbare Oberflächenhärte limitiert ist.Beispielsweise können Kombinationen aus sehr duktilenMetallen, wie zB Silber und Gold, mit anderen Metallen,wie zB Kupfer, verformt werden, aber die Härte dieserWerkstoffe ist limitiert; b) sie ist beschränkt auf Metalle, die in geeigneterAusgangsform (z.B. Folien) verfügbar sind; c) zahlreiche Prozessschritte müssen in Handarbeitvorgenommen werden, wodurch eine Einschränkunghinsichtlich Automatisierung oder großtechnischerFertigung gegeben ist; d) keramische Werkstoffe oder Mischungen aus Metallen undKeramiken können mit dieser Technologie nichthergestellt werden.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen Werkstoff mitmehrphasigem Gefüge zu schaffen sowie ein

Herstellungsverfahren anzugeben, mit welchem die obengenannten Nachteile vermieden werden können. Insbesonderesoll die Erfindung eine erweiterte Werkstoffvielfalt undeine deutliche Reduktion der Prozessschritte ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß einemersten Aspekt einen Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge vor,umfassend wenigstens eine erste feste Phase und wenigstenseine zweite feste Phase, wobei die erste Phase und die zweite Phase jeweils einMetall, eine Metalllegierung, ein keramisches Materialoder Kombinationen hiervon in Form einesVerbundwerkstoffs sind, wobei die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinanderunterscheidbar sind, wobei das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefügeoder als dreidimensionales Durchdringungsgefügeausgebildet ist, wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als indrei Raumdimensionen kontinuierlich auftretendeMatrixphase und die zweite Phase alsdiskontinuierliche, statistisch verteilteEinlagerungsphase aufweist, undwobei die erste Phase aus Pulvern im Zuge desHerstellprozesses durch Sintern hergestellt ist.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einmehrphasiges Gefüge Bezug genommen wird, so ist darunterein Gefüge aus zwei oder mehreren Phasen zu verstehen.

Die wenigstens zwei Phasen sind makroskopisch, d.h. soweitmit bloßem Auge sichtbar, scharf voneinander abgegrenzt.Lediglich im mikroskopischen Bereich können im

Grenzflächenbereich zwischen zwei Phasen allenfallsReaktionsprodukte und intermediäre Phasen aus Reaktionen an den Grenzflächen zwischen den Phasen vorhanden sein. \

Weiters können Reaktionsprodukte aus Reaktionen der Phasenmit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthaltensein. Bezogen auf das Gesamtvolumen des Werkstücks sind diebeschriebenen Reaktionsprodukte und intermediären Phasenbevorzugt aber lediglich in einer Menge von weniger als 10Vol.-% vorhanden.

Das erfindungsgemäße Mehrphasengefüge ist entweder alsEinlagerungsgefüge oder als Durchdringungsgefügeausgebildet. Ein Einlagerungsgefüge liegt vor, wennmindestens eine Phase (Einlagerungsphase) diskontinuierlichin mindestens eine andere, kontinuierliche Phase{Matrixphase) eingelagert ist. Die Matrixphase tritt dabeierfindungsgemäß in drei Raumdimensionen kontinuierlich aufund die Partikel der Einlagerungsphase sind in dreiRaumdimensionen verteilt in der Matrixphase angeordnet.Dabei kann die eingelagerte Phase durchaus in höhererKonzentration vorliegen als die Matrixphase.

Abhängig vom Herstellprozess kann es zu einer bevorzugtenAusrichtung der einzelnen Phasen in einer oder zweiRaumrichtungen kommen.

Durchdringungsgefüge sind dann gegeben, wenn alle imWerkstoff vertretenen Phasen kontinuierlich auftreten. Diesist ganz allgemein dann der Fall, wenn sich die Phasen inForm von schwammähnlichen Netzstrukturen dreidimensionaldurchdringen.

Im Rahmen der Erfindung ist von Bedeutung, dass die Phasendes Gefüges makroskopisch, d.h, mit freiem Auge erkennbar,voneinander unterscheidbar sind. Dies bedeutet, dass sichdie Gefügestruktur auf die mit bloßem Auge sichtbarenStrukturen beschränkt. Im Falle eines Einlagerungsgefügesbedeutet dies beispielsweise, dass die zweite Phasediskontinuierliche Bereiche aufweist, die in der Projektionjeweils eine Fläche von mindestens 0,2 mm2, bevorzugtmindestens 1mm2 aufweist. Nach oben hin sind diediskontinuierlichen Bereiche der zweiten Phase auf einenDurchmesser von beispielsweise 10mm begrenzt.

Die Phasen des Werkstoffs können jeweils aus Atomen eineseinzigen chemischen Elements aufgebaut sein, sodass einereine Phase vorliegt. Die Phasen können aber auch alsLegierung oder Verbundmaterial bestehen {Mischphase). Wennfür die erste Phase und/oder die zweite Phase einVerbundwerkstoff zum Einsatz gelangt, so besteht dieserbevorzugt aus einer Matrix eines ersten Stoffs, in dieFüllstoffe mit einer Partikelgröße von < 100pm eingebrachtsind. Diese Substruktur ist ohne Zuhilfenahme von optischenHilfsmitteln mit dem freien Auge nicht auflösbar.

Die Erfindung erlaubt die Verwendung einer Vielzahlunterschiedlicher Materialien. Die erste Phase istbevorzugt von einem Metall, einer Metalllegierung, einemmetallischen Verbundwerkstoff, einem keramischen Material,einem Metall-Keramik Verbundwerkstoff oder einem KeramikVerbundwerkstoff gebildet.

Die zweite Phase ist bevorzugt von einem Metall, einerMetalllegierung, einem metallischen Verbundwerkstoff, einemkeramischen Material, einem Metall-Keramik

Verbundwerkstoff, einem Keramik Verbundwerkstoff,

Kunststoff oder einem Kunststoff-Verbundwerkstoff gebildet.

Wesentlich ist, dass das Material der ersten Phase und dasMaterial der zweiten Phase während desHerstellungsprozesses keine Legierung bilden, sonderngesonderte, scharf gegeneinander abgegrenzte Phasenausbilden. Dabei agglomerieren jeweils nur gleichartigePartikel miteinander zur Ausbildung der einzelnen Phasen.Das Gefüge des Werkstoffes entsteht bevorzugt aus einerzufälligen Anordnung bzw. Mischung der pulver-,pulvergranulat- oder partikelförmigen Ausgangskomponenten„in situ" bei seiner Herstellung.

Die große Anzahl an einsetzbaren Stoffen wird dadurchermöglicht, dass die erste Phase erfindungsgemäß durchSintern hergestellt ist. Es kommt somit eine pulver- oderpulvergranulatförmigen Komponente zum Einsatz, die in einemVerdichtungsvorgang unter Temperatur und Druckeinwirkunggesintert wird. Für den Verdichtungsprozess werden hierbeibevorzugt Prozessparameter angewendet, die es für diejeweilige Werkstoffkombination einerseits verhindern, dasses zu einer signifikanten Diffusion/Reaktion zwischen deneinzelnen Komponenten kommt, was zu einer Auslöschung dergewünschten Mehrphasen-Struktur führen würde. Gleichzeitigmuss der Vorgang lange genug dauern bzw. die Temperaturenso hoch sein, dass im Fall des Einsatzes vonPulvergranulaten diese zu einem dichten Körper sintern undes zu einer formschlüssigen Verbindung der einzelnenKomponenten kommt, idealerweise mit einer sehr gutkontrollierten, geringen Diffusionszone.

Zusammengefasst bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile: a) Erweiterung der Werkstoffkombinationen auf Keramik-Keramik; Metallkeramik, Metalle/Legierungen-Metalle/Legierungen, inklusive deren Kombinationensowie deren Verbundwerkstoffe. Dadurch erweitern sichdie erzielbaren Eigenschaftskombinationen, die sich ausden Verbundwerkstoffen mit Makrostruktur ergeben. b) Durch Einsatz von Pulvern für die Herstellung eineroder mehrerer Komponenten des erfindungsgemäßenWerkstoffes gibt es wenige Einschränkungen hinsichtlichder Verfügbarkeit von geeigneten Ausgangsmaterialienbzw. sind diese Rohstoffe deutlich kostengünstiger imVergleich zum Ausgangsmaterial einer Metallfolie diebeim Stand der Technik zum Einsatz kommt, c) Es gibt keine Einschränkung der Zusammensetzung aufMetalle mit hoher Duktilität bei Raumtemperatur bzw.mit gutem Umformverhalten bei erhöhter Temperatur bzw.erfordert die eingesetzte Herstelltechnologie keinZwischenglühen, um weitere Umformschritte zuermöglichen. Der erfindungsgemäße Werkstoff wirdmittels eines Verdichtungsprozesses hergestellt, imGegensatz zum mehrmaligen Wiederholen vonUmformschritten beim Stand der Technik. d) Die zur Herstellung verwendeten Technologien sindautomatisierbar und skalierbar. e) Die erzeugten Verbundwerkstoffe können beim Anwendenentsprechender Kombinationen der Ausgangspulver undProzesstechnik so hergestellt werden, dass sie miteiner zufälligen (nicht determinierten) Makrostrukturhergestellt werden. f) Die erzeugten Verbundwerkstoffe ermöglichen es Phasenmit sehr hoher Härte und Verschleißbeständigkeit herzustellen, wenn die einzelnen Phasen aus einerSubstruktur aufgebaut sind, d.h. einer Matrix, in dieHartstoffpartikel im mikroskaligen Bereich eingebrachtsind.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, dass dieerste Phase aus einem Material mit niedrigerer Sinter- oderVerformungstemperatur hergestellt ist als die zweite Phase.Dies stellt sicher, dass während der Herstellung, d.h.während des Verdichtungs- bzw. Sinterprozesses, zuerst dieerste, pulver- oder pulvergranulatförmige Komponente zueiner kontinuierlichen Phase geformt wird. Unter derSintertemperatur versteht man hierbei jene Temperatur, beider die pulverförmigen Ausgangskomponenten überDiffusionsprozesse zu einem Festkörper zusammenwachsen.Diese Temperatur liegt - materialabhängig - bei etwa 0,5 -0,95% des Schmelzpunktes (gemessen in Kelvin) derAusgangskomponente. Die Umformtemperatur- oderVerformungstemperatur ist jene Temperatur, bei der dasMaterial bei Anwendung von Druck und Temperatur zu fließenbeginnt bzw. plastische Verformung auftritt.

Die zweite Phase kann ebenfalls durch Sintern gebildetwerden. Alternativ kann die zweite Phase durch Einlagernvon Partikeln in die erste Phase in deren pulverförmigemAusgangszustand hergestellt sein. Das Einlagern erfolgtdabei beispielsweise dadurch, dass eine Mischung aus demPulver oder Pulvergranulat der ersten Komponente mit denPartikeln der zweiten Komponente hergestellt wird. Danachwird die Mischung einem Verdichtungsvorgang unterworfen,wodurch die erste Phase gesintert und die Partikel derzweiten Komponente jeweils in der gesinterten ersten Phase eingeschlossen werden. Dabei können die Partikel derzweiten Komponente einem Umformvorgang unterworfen sein.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Partikel ein Länge zuDurchmesser Verhältnis von 1:1 - 3:1 aufweisen. DiePartikel sind beispielsweise als Kugeln, Ellipsoide,

Flakes, Plättchen, Späne, Bleche, Blechstücke, Drähte,Bruchstücke oder dgl. ausgebildet.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht weiters vor, dass diePartikel einen mittleren volumenäquivalentenKugeldurchmesser von 0,3-10mm, bevorzugt Q,5-3mm aufweisen.

Die Partikel der zweiten Phase können entwedergleichorientiert oder zufällig orientiert vorliegen.

Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung nahezu beliebigeMaterialkombinationen denkbar. Bevorzugt ist sowohl dieerste Phase als auch die zweite Phase ein Metall. Besondersbevorzugt ist eine Ausbildung, bei der die erste und diezweite Phase jeweils ein Edelmetall oder eineEdelmetalllegierung, wie zB ein Element oder eine Legierungder Platingruppe ist. Alternativ können keramische Partikeldie zweite Phase ausbilden, die in einer gesintertenMetallphase zufällig verteilt angeordnet sind.

Bevorzugt besteht die erste Phase aus einem Material miteiner thermischen Leitfähigkeit von > 150 W/mK, wie zB Ag,Cu oder Al, und die zweite Phase aus einem Material miteiner thermischen Ausdehnung von < 8 ppm/K, wie zB W, Mo,T1B2, Zr{Wo4)2·

Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass dieerste und/oder die zweite Phase ein Verbundwerkstoff ist,der eine kontinuierliche Matrix aufweist, in die wenigstensein partikelförmiger Füllstoff eingebracht ist.

Bevorzugt beträgt der Volumenanteil der ersten Phase 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60%. Der Volumenanteilder zweiten, insbesondere durch Sintern hergestellten Phasebeträgt 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60%.

Wenn die zweite Phase nicht durch Sintern, sondern vonPartikeln gebildet ist, sieht eine bevorzugte Weiterbildungvor, dass der Volumenanteil der zweiten, durch Einlagerungvon Partikeln in die erste Phase hergestellten Phase 10-60%, bevorzugt 20-50%, bevorzugt 30-40% beträgt. In diesemFall liegen die eingelagerten Partikel mit einer Größe vonbevorzugt mindestens 300 μπι vor.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einVerfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Werkstoffsaus wenigstens einer ersten, pulver- oderpulvergranulatförmigen Komponente und wenigstens einerzweiten Komponente, umfassend folgende Schritte: - Vermischen der wenigstens einen ersten Komponente mitder wenigstens einen zweiten Komponente, - Verdichten der Komponenten in einer Pressform unterAnwendung von Druck und Temperatur, wodurch die ersteKomponente zu einer ersten Phase eines mehrphasigenGefüges gesintert wird.

Anzumerken ist, dass Merkmale, die oben in Bezug auf denerfindungsgemäßen Werkstoff beschrieben sind, analog im

Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werdenkönnen.

Bevorzugt wird so vorgegangen, dass die zweite Komponentein Pulverform oder als Pulvergranulat eingesetzt wird undim Verdichtungsschritt zu einer zweiten Phase desmehrphasigen Gefüges gesintert wird.

Bevorzugt weist das Pulver der ersten Phase und ggf- derzweiten Phase eine Korngröße von < 300μιη, bevorzugt< 150μτα, bevorzugt < ΙΟΟμτη, bevorzugt < 50μιη auf.

Eine vorteilhafte Vorgehensweise sieht vor, dass derVerdichtungsschritt als Heißpressen, heißisostatischesPressen, direktes Heißpressen, Spark Plasma Sintern,

Pressen und Sintern oder Extrudieren sowie derenabgewandelte Formen ausgebildet ist.

Der Verdichtungsschritt umfasst bevorzugt das Aufbringenvon Druck mit einer Rate von > 0,001 MPa/s, bevorzugt >0,1MPa/s und besonders bevorzugt > 10 MPa/s. Bevorzugt beträgtdie Druckaufbringungsrate maximal 106 MPa/s. Weiters kannder Verdichtungsschritt eine Wärmeeinbringung mit einerHeizrate von > 10 K/min, bevorzugt > 100 K/min, besondersbevorzugt > 1000 K/min umfassen.

Der Verdichtungsschritt umfasst bevorzugt nach demAufbringen von Druck und der Wärmeeinbringung einenHalteschritt, in dem die Temperatur und der Druck übereinen Zeitraum von < 6 Stunden, bevorzugt < 1 Stunde,besonders bevorzugt 1-60 Sekunden gehalten werden.

Der Druck während dem Halteschritt ist bevorzugt > 1 MPa,bevorzugt > 10 MPa, besonders bevorzugt > 100 MPa.

Der Verdichtungsschritt kann in Schutzgas, Vakuum oder anLuft erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dasHerstellungsverfahren wie folgt durchgeführt.

Schritt 1:

Schritt 1 umfasst die Vorbereitung der Ausgangskomponenten.Folgende Ausgangskomponenten können zum Einsatz gelangen:

Die erste Komponente ist insbesondere ein Pulver aussinterfähigen metallischen oder keramischen Partikeln.

Diese Pulver können Korngrößen von kleiner als 300pmaufweisen, bevorzugt kleiner als lOOpm, besonders bevorzugtkleiner als 45μπι.

Die erste Komponente kann aber auch aus Pulvergranulatenbestehen. Diese entstehen dadurch, dass sinterfähigesmetallisches oder keramisches Pulver mit Wasser oder durchLösungsmittelzugabe (z.B. über Sprühtrocknen,Gefriertrocknen oder dgl.) oder mit Granulierhilfen (z.B.Binderkomponenten, Polymere, Wachse) in Granulate mit einerGröße von 0,5 - 10mm, bevorzugt 1 - 5mm übergeführt werden.

Die zweite Komponente kann ebenso wie die erste Komponenteaus einem anderen Pulver eines sinterfähigen metallischenoder keramischen Partikels bestehen. Diese Pulver könnenKorngrößen von kleiner als 300pm aufweisen, bevorzugtkleiner als 100pm, besonders bevorzugt kleiner als 45μιη.Ebenso kann die zweite Komponente aus Pulvergranulaten (wiedie erste Komponente) hergestellt werden.

Eine weitere Ausführungsform beinhaltet die Möglichkeit,dass die zweite Komponente aus Partikeln mit einer ein-dimensional oder zwei-dimensional gerichteten Form gebildetsein kann, wie z.B. Drahtstücke oder Drähte mit einemDurchmesser von 0,3mm bis 5rom, bevorzugt 0,5mm bis 2 mmoder Fasern mit einem Durchmesser von 0,3mm bis 5mm,bevorzugt 0,5mm bis 2mm, oder Flakes, Plättchen, Spänen,Bleche oder Blechstücke. Diese haben charakteristischeDimensionen mit einer Länge, die größer ist als die Dicke,wobei die Dicke der Partikel in einem Bereich von 0,1mm bis5mm, bevorzugt 0,5mm bis 1mm liegt. Die Partikel müssensich dadurch auszeichnen, dass sie duktile Eigenschaftenbei Raumtemperatur und/oder bei Anwendung von Druck undTemperatur aufweisen.

Die zweite Komponente kann auch von Partikeln mit einerregelmäßigen (z.B. Kugeln) oder unregelmäßigen Form (z.B.Bruchstücke, Splitter,..) gebildet sein. Diese Füllstoffekönnen einen mittleren Durchmesser von 0,3mm bis 10mm,bevorzugt zwischen 1mm bis 5mm aufweisen. Bei den Partikelndieser Art kann es sich beispielsweise um leichtdeformierbare Bulkwerkstoffe mit der Möglichkeit zurDeformation unter Einwirkung von Druck und Temperaturhandeln.

Es kann sich aber auch um nicht oder schwer deformierbareWerkstoffe handeln, welche im Wesentlichen inert in einerMatrix vorliegen: hier sind insbesondere keramischeFüllstoffe zu nennen oder auch Füllstoffe aufKohlenstoffbasis, insbesondere Diamant, die auch beiAnwendung von sehr hohen Temperaturen und Drücken nichtleicht deformiert werden können.

Schritt 2:

Einwiegen der wenigstens einen ersten Komponente und derwenigstens einen zweiten Komponente und Mischen derselbenim gewünschten Verhältnis.

Schritt 3:

Im dritten Schritt erfolgt die Formgebung. Dazu wird dieMischung in eine geeignete Pressform eingefüllt und beiRaumtemperatur durch Anwendung von Druck verdichtet, sodassein stabiler, hantierbarer "Grünteil'' hergestellt wird.

Eine besondere Ausführungsform beinhaltet in diesemZusammenhang das lagenweise Befüllen einer Pressform, wobeihier Lagen aus unterschiedlichen Konzentrationen dereinzelnen Phasen kombiniert werden. Hierbei kannbeispielsweise ein Gradientenwerkstoff, ein Sandwich oderMehrlagenwerkstoff erzeugt werden. Ebenso ist es möglichden Mehrphasenwerkstoff gezielt lokal einzubringen oderauch direkt auf einen Trägerkörper aufzupressen.

Kommt es zur Desintegration des Körpers trotz Anwenden vonhohen Presskräften, so kann in den Ausgangsmaterialienzusätzlich vermehrt ein Kunststoffbinder eingesetzt werden,der die Funktion hat einerseits den Formgebungsprozess zuermöglichen und andererseits das Bauteil zu stabilisieren.

Alternativ kann die Mischung auch direkt in die Pressformgefüllt werden und danach dem Verdichtungsprozess beiTemperatur und Druck unterzogen werden.

Schritt 4:

Nach Vorliegen des Grünlings kann dieser - sofern diesereinen hohen Anteil an Kunststoffbinder enthält - in einem optionalen Entbinderungsschritt vom Binder befreit werden.Anschließend wird der Grünling - versehen mit einemTrennmittel - in eine geeignete Pressform eingesetzt undunter Anwendung von Druck und Temperatur zu einem kompaktenBauteil verdichtet.

Der hier beschriebene zusätzliche Formgebungsschritt kann- abhängig von dem Verdichtungsverfahren - auch entfallenund die Verdichtung des Ausgangsmaterials direkt in derPressform vorgenommen werden.

Ebenso ist es auch hier möglich den Mehrphasenwerkstoff ausLagen unterschiedlicher Zusammensetzung der einzelnenPhasen, als Gradientenwerkstoff, in einerSandwichausführung oder auch als Insert gezielt in einemBereich zu platzieren. Gleichzeitig kann auch direkt aufeinen Grundkörper aufgepresst werden. Für den Verdichtungsprozess werden Prozessparameterangewendet, die es für die jeweilige Werkstoffkombinationeinerseits verhindern, dass es zu einer signifikantenDiffusion/Reaktion zwischen den einzelnen Komponentenkommt, was zu einer Auslöschung der gewünschten Mehr-Phasenstruktur führen würde. Gleichzeitig muss der Vorganglange genug dauern bzw, die Temperaturen so hoch sein, dassim Fall des Einsatzes von Pulvergranulaten diese zu einemdichten Körper sintern und es zu einer formschlüssigenVerbindung der einzelnen Komponenten kommt, idealerweisemit einer sehr gut kontrollierten, geringen Diffusionszone.

Als besonders vorteilhaft, um sehr hohe Verdichtungen zuerreichen, haben sich Druck unterstützte Heißpressverfahrenherausgestellt, insbesondere Verfahren, die sich durch einen sehr raschen Verdichtungsprozess auszeichnen(konventionelles Heißpressen, Spark Plasma Sintern, Direktbeheiztes Heißpressen, Induktives Heißpressen, KondensatorEntladungs-Sintern etc.). Mit diesen Verfahren ist esmöglich in wenigen Minuten sinterfähige Werkstoffe zu einemkompakten Werkstoff zu verdichten. Weitere Verfahren, diezur Anwendung kommen können, sind Hochdruck-HochtemperaturVerfahren sowie auch Verfahren, die an Luft in einerPressfom ein impulsartiges Verdichten (Schmieden) oderVerdichten im Sekunden-Bereich (z.B. Pulver-Schmieden)umfassen. Besonders bei den an Luft stattfindendenVerfahren kann im Zuge der Herstellung zusätzlich auch einrascher Abschreckvorgang erfolgen und ggf. auch dieReaktionen mit der Atmosphäre ausgenutzt werden. Einrascher Verdichtungsprozess ermöglicht beispielsweise dasBehalten von sehr feinkörnigen Mikrostrukturen der durchSintern entstandenen Phasen, was sich vorteilhaft auf dieMaterialeigenschaften des Endprodukts auswirkt.

Schritt 5:

Nach der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes kanninsbesondere bei der Anwendung von sehr rasch arbeitendenVerdichtungsverfahren optional eine zusätzlicheWärmebehandlung angewandt werden. Diese kann zurkontrollierten Ausbildung einer Diffusionszone eingesetztwerden, oder um Verspannungen im Material zu relaxieren.

Schritt 6:

Nach der Herstellung des erfindungsgemößen Werkstoffes kannoptional ein Umformungsprozess stattfinden, der esbeispielsweise ermöglicht Halbzeug in andere Geometrienüberzuführen sowie auch eine gewisse bevorzugteOrientierung daraus zu erzeugen. Voraussetzung für diese

Umformschritte ist die entsprechende Duktilität derMaterialien. Mögliche Prozesse sind Umformverfahren, wiez.B. Walzen, Ziehen, Hämmern, Rollen, Extrudieren, SeverePlastic Deformation.

Schritt Ix

Zur Endbearbeitung der Werkstoffe können Prozesse wieDrehen, Fräsen, Schleifen, Drahterodieren, Senkerodieren,Laserbearbeitung oder dgl. zur Anwendung kommen, um dieGeometrie des Halbzeugs zu beeinflussen oder um einOberflächenfinish durchzuführen.

Schritt 8:

Abhängig von der Zusammensetzung des Mehrphasengefügeskönnen optional zusätzliche verfahren zurOberflächenbehandlung vorgenommen werden. Diese können dieAufgabe haben, die Farbgebung des Bauteils zu ändern oderdie Materialeigenschaften wie z.B. die Härte oder dieVerschleißbeständigkeit zu beeinflussen.

Die Verfahren zur Oberflächenbehandlung können folgendeVerfahren umfassen; a) Thermodiffusionsbehandlung: Dabei wird der Bauteil mitpulverförmigen oder pastenförmigen Schlichten versehen.Durch eine Wärmebehandlung kommt es zur Reaktion desBauteils mit der pulverförmigen bzw. pastösen Masse.

Die Wärmebehandlung kann zur Ausbildung von Reaktionenführen, die zu einem unterschiedlichem optischenErscheinungsbild führen bzw. auch die funktionellenEigenschaften der Komponente(n) verändern. b) Wärmebehandlung in Gasen: Dabei werden Gase, z.B.Sauerstoff und/oder Stickstoff, verwendet, umReaktionsprodukte an der Oberfläche des Bauteils zu erzeugen, z.B. Nitride oder Oxide. Die Wärmebehandlungkann auch an Luft stattfinden. c) chemische Behandlung: eine chemische Behandlung unterAnwendung von Strom/Spannung kann beispielsweiseverwendet werden, um Oberflächen zu anodisieren. Dabeikönnen über die Auswahl des Elektrolyte sowie derSpannung/Strom-Charakteristik die Schichtdicken vonerzeugten Nitriden/Oxiden etc. beeinflusst werden. d) Behandlung mit einem Plasma sowie die Kombinationeneines Plasmas mit Gasen zur selektivenOberflächenmodifikation. e) Oberflächenbehandlung durch mechanische Prozessemittels Bürsten, Kugelperlen, Sandstrahlen,Elektropolieren, Trovalisieren oder dgl. f) Ätzen der Oberfläche g) Beschichtung mit einer transparentenverschleißbeständigen Schicht, wie z.B. mit Diamant,DLC oder Lack/Kunststoffschichten.

Die beschriebenen Schritte 1 bis 8 sind in der nachfolgenden Übersicht nochmals zusammengefasstdargestellt.

Schritt 1: Vorbereitung der Auseangskornponenten

Schritt 2: Einwiegen und Mischen der Komponenten

Schritt 3: Formgebung durch Druck unterstützen Prozess (Herstellung eines „Grünlings") alternativ direkt zu Schritt 4

Schritt 4: Verdichten der Komponenten durch Einwirken von Druck und/oder Temperatur (z.B. durch Heißpressen, Spark Plasma Sintern, etc)

Schritt 5: Optional: Wärmebehandlung

Schritt 6: Optional: Umformprozess (z.B: Walzen, Extrudieren, Hämmern etc.)

Schritt 7: Endbearbeitung des Mehrphasengefüges

Schritt 8: Optional: Oberflächenfinish wie z.B: Härten, Beschichten oder Ätzen

Die Erfindung erlaubt die Herstellung von Gegenständen,deren Mehrphasengefüge eine einzigartige und individuelleMakrostruktur ergibt, die beispielsweise alsÄuthentifizierungsmerkmal oder Sicherheitselement verwendetwerden kann. Da die erfindungsgemäß erhaltene Makrostrukturnicht reproduzierbar ist, kann diese nicht kopiert werden.

Der erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß herstellbareWerkstoff eignet sich besonders für die Herstellung vonSchmuckgegenständen, Luxusartikel und technischenFunktionswerkstoffen.

Von besonderem Nutzen insbesondere im Schmuck- undLuxusartikelbereich ist hierbei die nicht determinierteMakrostruktur. Diese verleiht den Produkten Einzigartigkeitaufgrund eines ästhetischen Erscheinungsbildes,insbesondere wenn es sich um Edelmetalle oder Elemente derPlatingruppe sowie deren Legierungen handelt und stelltzudem gleichzeitig ein Sicherheitselement dar. DieOberfläche eines Gegenstands mit der Makrostruktur hatgleichzeitig eine Kopierschutzfunktion, da es schwierigist, die nicht determinierte Makrostruktur ohne einenerheblichen Aufwand zu reproduzieren.

So können Luxusartikel, wie z.B. Uhren, Schmuck und Ringe,oder auch Gegenstände mit Label, wie z.B. Taschen, sowieauch Premiumprodukte im Consumerbereich (z.B. Handygehäuse)mit einer nicht determinierten Makrostruktur erzeugtwerden. Hochwertige Produkte können dadurch geschütztwerden ohne dass eine zusätzliche Kennzeichnungerforderlich ist.

Ebenso kann die Makrostruktur mit der Möglichkeit zureindeutigen Identifizierung genutzt werden, um hochwertigeAnlageobjekte wie Münzen, Medaillen sowie auch Barrenherzustellen. Hierbei ist besonders vorteilhaft, wennWerkstoffe mit Duktilität verwendet werden, da diese auchnachträglich geprägt werden können. Auch ist hier eineKombination mit weiteren Werkstoffen möglich, sodassbeispielsweise Bi-Metall-Münzen hergestellt werden, die auseinem Metallrand bestehen, in dem im Zentrum ein Insert desVerbundwerkstoffes mit Makrostruktur eingebettet ist oderumgekehrt.

Sicherheitsmerkmale auf Basis von Zahlen, Bildcodes oderHologramme, wie diese im Bereich von Software zum Einsatzkommen, sind im Schmuck- und LuKUsartikelbereich nurbedingt anwendbar, da sie das äußere Erscheinungsbildverändern. Im Dokumentenbereich kommen beispielsweiseHologramme sowie Sicherheitsmerkmale aus Kunststoff mitReliefstruktur zur Anwendung oder Pigmente mit speziellenEigenschaften.

Die vorliegende Erfindung liefert hier eine Lösung durchVerwenden der nicht determinierten Makrostruktur, die sichdurch eine Zwei- oder Mehrfarbigkeit auszeichnet.Gleichzeitig sind diese Materialien optisch ansprechendund können daher für Luxusartikel und Schmuck eingesetztwerden, insbesondere wenn diese aus Edelmetallen oderElementen der Platingruppe sowie deren Legierungenaufgebaut sind. Hierbei erfüllt die zwei- oder mehrfärbigeMakrostruktur nicht nur die Anforderung hinsichtlich einesästhetischen Erscheinungsbilds, sondern ermöglicht esgleichzeitig, dieses schwer kopierbare Makromuster alsSicherheitselement zu verwenden. Mittels einer

Bilderkennungssoftware kann aus den optischenUnterschieden, z.B. hinsichtlich Farbe oder Reflexionsgrad,Emissionsgrad oder dgl., ein einzigartiger Code erzeugtwerden. Dazu wird ein Halbzeug bestehend aus zwei odermehreren Phasen, die sich in ihrem optischenErscheinungsbild unterscheiden, beispielsweise hinsichtlichFarbe oder Reflexionsgrad, durch Prozesse der Umformungoder des mechanischen Bearbeitens, z.B. durch Fräsen,

Drehen oder dgl., in ein Bauteil übergeführt, dasnachfolgend im Schuck, Luxus- und Premiumproduktbereich zurAnwendung kommt, wie z.B. Uhrengehäuse, Ringe, Handygehäuseetc. Für die Nutzung der Oberfläche des erfindungsgemäßenWerkstoffes als Authentifizierungsmerkmal kann sovorgegangen werden, dass der Hersteller eines aus demWerkstoff bestehenden oder dieses enthaltenden Produkteseine Bildaufnahme der Makrostruktur an der Oberflächeerstellt, wobei der Bildausschnitt das gesamten Produktoder nur eine definierten Bereich hiervon erfasst. DiesesBild wird dem Produkt als Authentifizierungsmerkmaleindeutig zugeordnet. Sofern am Markt mögliche Kopienauftauchen, so kann über die Bilderkennung dascharakteristische Muster ermittelt und mit der Datenbankdes Herstellers verglichen werden.

Zusätzlich kann die Makrostruktur des Produkts mittelsBilderkennung in ein binäres Muster umgewandelt und mittelseines Algorithmus ein Zahlencode generiert werden. DieserZahlencode kann als zweites Sicherheitsmerkmal eingesetztwerden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehrerenAusführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1:

Als erste Komponente wird dendritisches Kupferpulver miteiner Korngröße < 45pm eingesetzt. Dieses Pulver wird unterZugabe eines in Alkohol aufgelösten Granulierbindemittels(2 Gew.-%} einem Granulierprozess unterzogen, sodassGranulatkörner mit er einer Größe von 3-5mm entstehen,wobei der entstandene Feinanteil mit einer Korngröße vonweniger als 1mm über ein Sieb entfernt wird. Als zweiteKomponente wird Silberpulver mit einer Korngröße < 20pmebenfalls zu einem Granulat verarbeitet, sodass dieGranulatkörner eine Größe von etwa 2-3mm aufweisen. Diebeiden Granulate werden in einem Volumenverhältnis vonCu:Ag von 60:40 % gemischt und anschließend bei 150 MPa ineiner Ring-Stahlform mit einem Außendurchmesser von 30mmund einem Innendurchmesser von 22mm gepresst. Der darausentstandene Pulver-Grünling hat eine Dichte von ca. 65%.Anschließend wird der Körper in einem Ofen bei einerTemperatur von 450°C entbindert, sodass dieWachskomponenten entfernt sind. Nach dem Entbindern wirdder Grünling in eine auf 750°C beheizte Pressform eingelegtund durch Aufbringen von 100 MPa Pressdruck in 30 Sekundenan Luft verdichtet und danach aus der Form ausgestoßen. ZurBeeinflussung der Mikrostruktur (Härte) kann das Materialdirekt in Wasser oder öl abgeschreckt werden. Nach derVerdichtung wird der Ring-Rohling gedreht und anschließendfein poliert. Die relative Dichte liegt bei 99,9% dertheoretisch berechneten Dichte. Der Rohling ist in Fig. 5dargestellt.

Beispiel 2:

Es wird eine ähnliche Vorgangsweise gewählt wie in Beispiel1. Anstelle von Kupfer wird Titanpulver mit einer Korngröße< 45pm eingesetzt. Die Pulvergranulat Mischung wird in eineGrafitpressform mit einem Durchmesser von 38ram gefüllt undmittels direkt beheizten Heißpressen bei 50 MPa bei 830°Cund mit einer Haltezeit von 3 Minuten verdichtet. Dieerreichte relative Dichte liegt bei 99,8% der theoretischberechneten Dichte. Der Rohling ist in Fig. 1 gezeigt,wobei hier bereits testweise eine Wärmebehandlungdurchgeführt wurde. Der Rohling wird mittels Fräsen in einUhrengehäuse übergeführt und poliert werden. Nachträglicherfolgt eine Wärmebehandlung bei 600°C an Luft, wodurchsich nur die Titanbereiche farblich verändern. DasUhrengehäuse wird fotografiert und daraus ein binäres Bilderzeugt, welches das Uhrengehäuse auf Grund der speziellenMakrostruktur eindeutig identifiziert. Diese ist dadurchgekennzeichnet, dass sich durch das unidirektionaleAufbringen der Presskraft unterschiedliche Makrostrukturenin Pressrichtung sowie quer dazu ergeben.

Beispiel 3:

Silberpulver mit einer Korngröße < 45pm wird mit Partikelnaus Borkarbid (B4C) in einem Attritor gemischt, wobei derAnteil an B4C-Partikeln bei 5 vol.-% liegt und die Partikeleine Korngröße unter 10 pm aufweisen. Das Verbund-Pulveraus Ag und B4C wird mit Messing Spänen (in einem Verhältnisvon 50:50 vol.-%) gemischt, die eine Größe von etwa 4-6mmin der Länge und etwa 0,5-lmm in der Breite bzw. Tiefeaufweisen, wobei die Mischung in eine Pressform(Durchmesser 30mm) gefüllt und bei 150 MPa verdichtet wird.Der sich daraus ergebende Grünling wird in eine permanentbeheizte Pressform bei 680°C eingelegt und bei 120 MPa für60 Sekunden verdichtet. Danach wird der Rohling zu einem

Ring weiterverarbeitet. Bei der Messung der Härte an denReststücken der einzelnen Phasen konnte gezeigt werden,dass die Zugabe von B4C in der Silbermatrix die Härtegegenüber der reinen Silbermatrix um 22% erhöht.

Beispiel 4

Silberpulvergranulat wie in Beispiel 1 und Goldspäne miteiner Länge von etwa 3-5 mm und einer Dicke/Breite von etwa0,5-2mm werden gemischt (im Verhältnis 55:45 vol.-%) unddie Mischung wird in eine Grafitform mit einer Abmessungvon ca. 27mm x 40mm gefüllt. Die Mischung wird in einerdirekten Heißpresse bei 50 MPa und einer Temperatur von820°C über einen Zeitraum von 5 Minuten verdichtet. Dabeiwird Vakuum verwendet. Der daraus erhaltene Rohling miteiner Abmessung von 40x40x8mm hat eine relative Dichte von99,7%. Aufgrund der geringeren Presskraft sind dieUnterschiede in der Makrostruktur in der Pressrichtung undquer dazu nicht so deutlich ausgeprägt. Danach wird derBlock überfräst und nachfolgend wärmebehandelt und in einemWalzprozess über mehrere Umformschritte, wobei dieWalzrichtung geändert wird, in eine Platte mit einer Dickevon 2mm übergeführt. Die Dichte der Platte erhöht sichdurch diesen Vorgang auf >99,9%. Gleichzeitig kommt es zueiner vermehrten Ausrichtung der Goldbereiche in der x-yRichtung. Aus dem Halbzeug werden verschiedeneSchmuckgegenstände herausgearbeitet: ein Anhänger inKreuzform, Einlegeteile, die in Halter fürManschettenknöpfe eingelötet werden, Ringe sowie Anhängerfür Schlüssel.

Beispiel 5:

Aluminiumpulver mit einer Korngröße < 63pm wird durchZugabe eines Bindemittels in ein Granulat mit einer

Granulatpartikelgröße von 3-5mm übergeführt. Anschließendwird das Granulat mit Titanspänen vermischt, wobei einVerhältnis von Aluminiumpulver zu Titanspänen von 70:30vol.-% zur Anwendung kommt. Die Mischung wird in eineGrafitform (Durchmesser 30 mm) gefüllt, die mit Trennmittelversehen ist. Die Verdichtung erfolgt in einer induktivbeheizten Heißpresse bei einer Temperatur von 630°C undeinem Druck von 35 MPa. Für die Herstellung wird eine hoheHeizrate von 200 K/min verwendet und die Haltezeit beträgt5 Minuten. Im Endprodukt finden sich Hinweise auf TiAl-Phasen, insbesondere an der Übergangszone zwischen der Ti-Phase und der Al-Phase. Die TiAl-Phasen liegen im Volumenmit etwa 5vol.-% vor. Nach der Herstellung wird dasMaterial geschliffen und poliert und nachträglich nochmittels Glasperlenstrahlen oberflächenmodifiziert. Dabeizeigt sich, dass die Phasen eine unterschiedliche Härte unddadurch eine unterschiedliche Oberflächenstrukturaufweisen, farblich unterscheiden sich die Phasen kaum.

Erst nach Durchführen einer Wärmebehandlung bei 550°Cändern die Phasen, insbesondere die Titan-Phase, die Farbe.Aus dem Teil wird ein Anhänger hergestellt.

Beispiel 6:

Ein Pulver einer Titanlegierung (Ti^Al^V) mit einerKorngröße < 63pm wird in ein Granulat mit einerGranulatpartikelgröße von 3-6mm übergeführt. Dieses wirdmit Kugeln eines glasartigen Kohlenstoffs mit einemDurchmesser von 1,5mm gemischt, sodass der Anteil derTitanlegierungsmatrix bei 65 vol.-% liegt. Das Pulver wirdin einer Grafitform mit einem Durchmesser von 76mmheißgepresst mit einer Höhe von 8mm. Anschließend werdenRinge und Anhänger herausgefräst. Die Ringe werden einerzusätzlichen Wärmebehandlung unter Stickstoff bei 800°C für eine Stunde unterzogen. Dabei kommt es zu einer Änderungder Farbe der Titankomponente, die mit einer Verbesserungder Oberflächenhärte von mehr als 25 % einhergeht und zudemdie Verschleißbeständigkeit erhöht.

Beispiel 7;

ZrOa Pulver mit einer 8 mol-% Y2O3 Stabilisierung als ersteKomponente sowie ZrOa mit einer 8 mol.-% Y2O3 Stabilisierungsowie einem Zusatz von 3 Gew.-% C0O3 als zweite Komponentenwerden jeweils mittels Attritor gemischt und anschließenddurch Zugabe von Binder (2 Gew.-%) in zweiGranulatmaterialien mit einer Körnung von etwa 3-5mmübergeführt. Diese werden gemischt und nachfolgend wird bei300 MPa in einer Stahlform ein Grünling mit 30mmDurchmesser erzeugt. Nach einem Entbinderungsprozess bei450°C für 1 Stunde wird der Grünling in ein Grafitwerkzeugeingesetzt und mittels induktiver Heißpresse bei 50 MPa undeiner Temperatur von 1350°C in weniger als 15 Minutenverdichtet. Nach dem Bearbeiten mittels Schleifen undPolieren liegt eine Zweifarbenkeramik vor. Aufgrund einerreduzierenden Umgebung beim Heißpressen durch dieGrafitform wird der Bauteil nachträglich nochmals an Luftbei 1.000°C mit einer langsamen Heizrate oxidiert. Dabeikommt es zu einer Änderung der Farben. Nach neuerlichemSchleifen und Polieren wird der Teil mit einem Metallrahmeneingefasst und dient als Anhänger.

Beispiel 8:

Messingpulver in Granulatform mit einer Granulatgröße von4-5mm wird mit Edelstahl 316L Pulvergranulaten mit einerGranulatgröße von 3-6mm im Verhältnis 60:40 vol.-%gemischt. Die Granulatmischung wird in einem 39mm x 26mmgroßen Stahlwerkzeug bei 80 MPa kaltgepresst und anschließend mit einem Trennmittel versehen. Der Grünteilwird bei 700°C und 100 MPa 2 Minuten in einer Stahlformheißgepresst und anschließend ausgestoßen. Das Bauteil wirdanschließend in einem Strahlprozess gereinigt. Aufgrund derniedrig gewählten Temperatur ist die zweite Komponentenicht gesintert und kann daher mittels Strahlvorgangentfernt werden. Es entsteht dadurch ein poröser Körper mitMakrostruktur, der aufgrund seiner optischen Erscheinungfür einen Schmuckartikel, wie z.B. einen Schlüsselanhängeroder eine Brosche eingesetzt werden kann. Ebenso kann die3-dimensionale Porosität durch optische Färbunghervorgehoben werden. Weitere Einsatzbereiche des Körpersmit Makroporosität sind Filterelemente im technischenAnlagenbereich.

Beispiel 9:

Fig. 2 zeigt ein Zweiphasengefüge aus Silber und Messing ineinem Verhältnis von 50:50 vol.-%.

Beispiel 10:

Fig. 3 zeigt ein Zweiphasengefüge aus Gold und Silber ineinem Verhältnis von 50:50 vol.-%.

Beispiel 11

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Makrostruktur einesZweiphasengefüges, das als Authentifizierungsmerkmal fürden daraus hergestellten Gegenstand dient. Wie in Fig. 4dargestellt, kann der Ausschnitt in ein Schwarz-Weiß-Bildübergeführt werden, um auf diese Art und Weise besserverarbeitet, wie z.B. in einen binären Code transformiertwerden zu können.

Beispiel 12

Pulvergranulat wie in Beispiel 1 wird verwendet undgemeinsam mit einem Pulvergranulat mit einerZusammensetzung aus Cu:Ag von 40:60 vol.% in einerPressform befüllt und zwar in Form von Lagen. Dabei sinddie Lagen aus Cu:Ag mit 40:60 vol.% im Außenbereich und imZentrum ist eine Lage mit 60:40 vol.%. Die erzielteSandwichstruktur besteht aus einem Kern mit Cu:Ag mit60:40, der 4mm dick ist, und von zwei Lagen mit Cu:Ag mit40:60 vol.% umgeben ist, die etwa 1,5 mm dick sind.

Beispiele 13 - 18

Fig. 6 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus zweiLagen mit unterschiedlicher Konzentration der einzelnenPhasen.

Fig. 7 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus dreiLagen (Sandwichanordnung) mit unterschiedlicherKonzentration.

Fig. 8 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff bestehend aus einerGradientenstruktur.

Fig. 9 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff, der direkt auf einTrägermaterial aufgepresst ist.

Fig. 10 zeigt eine Kombination aus einem Mehrphasen-Werkstoff mit einem Trägerkörper.

Fig. 11 zeigt einen Mehrphasen-Werkstoff lokal eingebrachtin einen Trägerkörper.

Claims

Patentansprüche 1. Werkstoff mit mehrphasigem Gefüge umfassend wenigstenseine erste feste Phase und wenigstens eine zweite festePhase, wobei die erste Phase und die zweite Phase jeweils einMetall, eine Metalllegierung, ein keramisches Materialoder Kombinationen hiervon in Form einesVerbundwerkstoffs sind, wobei die Phasen des Gefüges makroskopisch voneinanderunterscheidbar sind, wobei das mehrphasige Gefüge als Einlagerungsgefügeoder als dreidimensionales Durchdringungsgefügeausgebildet ist, wobei das Einlagerungsgefüge die erste Phase als indrei Raumdimensionen kontinuierlich auftretendeMatrixphase und die zweite Phase alsdiskontinuierliche, statistisch verteilteEinlagerungsphase aufweist, - wobei die erste Phase durch Sintern hergestellt ist.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Phase aus einem Material mit niedrigererSinter- oder Verformungstemperatur hergestellt ist als diezweite Phase.
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die zweite Phase Kunststoff oder einKunststoff-Verbundwerkstoff ist.
4. Werkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass die zweite Phase durch Sintern oderdurch Einlagern von Partikeln in die erste Phase in derenpulverförmigem Ausgangszustand hergestellt ist.
5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Partikel ein Länge zu Durchmesser Verhältnis von1:1 - 5:1 aufweisen.
6. Werkstoff nach Anspruch 4 oder 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Partikel als Kugeln, Ellipsoide,Flakes, Plättchen, Späne, Bleche, Blechstücke, Drähte,Bruchstücke oder dgl. ausgebildet sind.
7. Werkstoff nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurchgekennzeichnet, dass die Partikel einen mittlerenvolumenäquivalenten Kugeldurchmesser von 0,3-10mm,bevorzugt 0,5-3mm aufweisen.
8. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass die erste und die zweite Phase jeweilsein Edelmetall (Ag, Au) oder eine Edelmetalllegierung oderein Platingruppenmetall (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) bzw. eineLegierung der Platingruppe ist.
9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Phase aus einem Material miteiner thermischen Leitfähigkeit von > 150 W/mK, wie zB Ag,Cu oder Al, und die zweite Phase aus einem Material miteiner thermischen Ausdehnung von < 8 ppm/K, wie zB, W, Mo,T1B2, Zr(Wo4)2, besteht.
10. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurchgekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Phaseein Verbundwerkstoff ist, der eine kontinuierliche Matrixaufweist, in die wenigstens ein partikel- oderfaserförmiger Füllstoff eingebracht ist und die Größe derFüllstoffe unter 50 pm, bevorzugt unter 10 pm liegt.
11. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurchgekennzeichnet, dass der Volumenanteil der ersten Phase 10-95%, bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60% beträgt.
12. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurchgekennzeichnet, dass der Volumenanteil der zweiten,insbesondere durch Sintern hergestellten Phase 10-95%,bevorzugt 30-70%, bevorzugt 40-60% beträgt.
13. Werkstoff nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurchgekennzeichnet, dass der Volumenanteil der zweiten, durchEinlagerung von Partikeln in die erste Phase hergestelltenPhase 10-60%, bevorzugt 20-50%, bevorzugt 30-40% beträgt.
14. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurchgekennzeichnet, dass der Werkstoff weniger als 10 Vol.-%Reaktionsprodukte und intermediäre Phasen aus Reaktionen anden Grenzflächen zwischen den Phasen und aus Reaktionen derPhasen mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoffenthält.
15. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs nach einemder Ansprüche 1 bis 14 aus wenigstens einer ersten, pulver-oder pulvergranulatförmigen Komponente und wenigstens einerzweiten Komponente, umfassend folgende Schritte; - Vermischen der wenigstens einen ersten Komponente mitder wenigstens einen zweiten Komponente, - Verdichten der Komponenten in einer Pressform unterAnwendung von Druck und Temperatur, wodurch die ersteKomponente zu einer ersten Phase eines mehrphasigenGefüges gesintert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die zweite Komponente in Pulverform oder alsPulvergranulat eingesetzt wird und im Verdichtungsschrittzu einer zweiten Phase des mehrphasigen Gefüges gesintertwird. 11. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurchgekennzeichnet, dass das Pulver der ersten Phase und ggf.der zweiten Phase eine Korngröße von < 300pm, bevorzugt< 150pm, bevorzugt < lOOpm, bevorzugt < 50pm aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurchgekennzeichnet, dass die zweite Komponente in Form vonPartikeln eingesetzt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurchgekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt alsHeißpressen, heißisostatisches Pressen, direktesHeißpressen, Spark Plasma Sintern, Pressen und Sintern oderExtrudieren ausgebildet ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurchgekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt das Aufbringenvon Druck mit einer Geschwindigkeit von > 0,001 MPa/sbevorzugt >0,1 MPa/s besonders bevorzugt > 10 MPa/s umfasst, wobei die Druckrate bevorzugt maximal 106 MPa/sbeträgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurchgekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt eineWärmeeinbringung mit einer Heizrate von > 10 K/min,bevorzugt > 100 K/min, besonders bevorzugt > 1000 K/minumfasst.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurchgekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt nach demAufbringen von Druck und der Wärmeeinbringung einenHalteschritt umfasst, in dem die Temperatur und der Drucküber einen Zeitraum von < 6 Stunden, bevorzugt < 1 Stunde,besonders bevorzugt 30-60 sek gehalten werden, wobei derDruck während des Halteschritts bevorzugt > 1 MPa,bevorzugt > 10 MPa, besonders bevorzugt > 100 MPa ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurchgekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt in einemtechnischen Gas, in Schutzgas, Vakuum oder an Luft erfolgt.
24. Verwendung der Gefügestruktur eines Werkstoffs nacheinem der Ansprüche 1 bis 14 oder eines nach dem Verfahrennach einem der Ansprüche 15 bis 23 hergestellten Werkstoffsals Authentifizierungsmerkmal.
25. Gegenstand hergestellt aus, bestehend aus oderenthaltend einen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis14 oder hergestellt nach dem Verfahren nach einem derAnsprüche 15 bis 23.
26. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand einSchmuckstück, insbesondere Armband, Halsband, Anhänger,Fingerring, Fußschmuck, Ohrring, Anstecknadel, Brosche,Knopf, Krawattennadel, Manschettenknopf, Gürtelschnalleoder Uhr ist.
27. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand einKühlkörper, eine Wärmesenke oder eine Wärmespreizebeispielsweise eines elektronischen Bauteils ist.
28. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand einLuxusartikel ist, insbesondere ein Gehäuse für einMobiltelefon, Griffe für Essbesteck, Brieföffner, Füllfeder, Kugelschreiber oder Etui.
29. Gegenstand nach Anspruch 25, wobei der Gegenstand einAnlageobjekt ist, insbesondere eine Münze, Medaille, Barrenoder ein Kunstgegenstand.
30. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 29,umfassend einen von einem Grundkörper gebildetenTeilbereich und einen aus dem Werkstoff hergestelltenTeilbereich.
31. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 30,umfassend einen von dem Werkstoff mit einer erstenGefügestruktur gebildeten Teilbereich und einen aus demWerkstoff mit einer zweiten Gefügestruktur hergestelltenTeilbereich, wobei die erste und die zweite Gefügestrukturhinsichtlich des Materials der ersten und/oder zweitenPhase oder hinsichtlich des Volumenverhältnisses derwenigstens einen ersten zur wenigstens einen zweiten Phasevoneinander verschieden sind.
32, Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurchgekennzeichnet, dass der Werkstoff mit einemVolumenverhältnis der wenigstens einen ersten zurwenigstens einen zweiten Phase vorliegt, das überwenigstens eine räumliche Erstreckung des Gegenstands einenGradienten aufweist.