CH624040A5

CH624040A5 -

Info

Publication number: CH624040A5
Application number: CH230478A
Authority: CH
Inventors: Cornelius Phaal
Original assignee: De Beers Ind Diamond
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1981-07-15
Also published as: SE7802323L; FR2382413A1; US4215999A; IT7820738A0; GB1588086A; IT1095455B; DE2808522C2; JPS53110190A; ZA771274B; DE2808522A1; FR2382413B1; BE864557A

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstück aus einem Schleifmittelpressling und einem fest damit verbundenen, sehr harten Träger, wobei der Pressling zu wenigstens 70 Vol.% aus einer zu einem harten Konglomerat verbundenen Masse aus Schleifteilchen besteht.

Für Schneid- und Schleifwerkzeuge kennt man bereits die Verwendung von Schleifmittel-Presslingen. Diese Presslinge sind polykristalline Massen und können grosse Einzelkristalle ersetzen. Die im allgemeinen wenigstens 70 Vol.%, vorzugsweise jedoch 80-90 Vol.%, des Presslings ausmachenden Schleifteilchen sind unveränderlich superharte Schleifteilchen wie z. B. Diamant und kubisches Bornitrid.

Schleifmittelpresslinge, insbesondere Presslinge, welche Diamantsplitter oder kubisches Bornitrid enthalten, können durch Eigenbindung fest zusammenhalten, d.h. die einzelnen Teilchen des Presslings können ohne Hilfe einer metallischen od.dgl. Bindemasse geschmolzen und fest miteinander verbunden sein. Alternativ ergeben sich festere und härtere Presslinge, wenn eine geeignete Bindemasse vorhanden ist.

Bei Presslingen mit kubischem Bornitrid, d.h. Presslingen, bei denen als Schleifmittelteilchen kubisches Bornitrid vorherrscht, enthält eine evtl. vorhandene Bindemasse vorzugsweise einen Katalysator (auch bekannt als Lösungsmittel) für das Wachstum von kubischem Bornitrid, wie beispielsweise Aluminium oder eine Legierung von Aluminium mit Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan oder Chrom.

Derartige Katalysatoren neigen durch ihre Weichheit zum Schmieren, so dass zur Verringerung dieser Schmierwirkung des Katalysators während der Verwendung des Presslings vorzugsweise für die Matrix oder Masse auch ein keramischer Stoff wie beispielsweise Siliziumnitrid verwendet wird, welcher mit dem Katalysator in der Weise reagiert, dass ein Hartstoff entsteht.

Bei Diamantpresslingen, d.h. Presslingen, bei denen als Schleifmittelteilchen Diamanten vorherrschen, enthält eine evtl. vorhandene Bindemasse vorzugsweise ein Lösungsmittel zur Begünstigung des Diamantenwachstums. Geeignete Lösungsmittel sind Metalle der Gruppe VIII der periodischen Tabelle, wie beispielsweise Kobalt, Nickel oder Eisen oder eine ein derartiges Metall enthaltende Legierung.

Für Diamant- und kubische Bornitridpresslinge ist das Vorhandensein eines Lösungsmittels oder Katalysators für das spezielle im Pressling verwendete Schleifmittel deshalb erwünscht, weil unter den für die Herstellung derartiger Presslinge erforderlichen Bedingungen eine Verwachsung der Schleifmittelteilchen untereinander eintritt. Bekanntlich werden Diamant- und kubische Bornitridpresslinge im allgemeinen unter Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt, bei denen die Schleifmittelteilchen kristallografisch stabil sind.

Bei Verwendung derartiger Diamant bzw. kubisches Bornitrid enthaltender Presslinge zur Bearbeitung von Metallen werden die Presslinge fest mit einem geeigneten Halter verbunden, wie beispielsweise einem Schaft, so dass ein Werkzeug entsteht. Dabei können die Presslinge fest mit einem Träger verbunden werden, wie beispielsweise einem Träger aus Sinterkarbid, welcher dann mit dem Halter fest verbunden wird, um das Werkzeug zu bilden. Diamant und kubisches Bornitrid enthaltende Presslinge, welche mit einem gesinterten Wolframkarbidträger fest verbunden sind, sind beispielsweise in den GB-Patenten 1 349 385, 1 407 303 und 1 489 130 beschrieben und dargestellt.

Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemässes Werkstück der eingangs genannten Art dadurch, dass der sehr harte Träger innerhalb des Presslings angeordnet ist und sich durch denselben erstreckt.

Vorzugsweise ist dieser sehr harte Träger im wesentlichen im Zentrum des Presslings angeordnet. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Pressling zylindrisch und der sehr harte Träger liegt axial in diesem Pressling.

Ein Werkstück in einer derartigen Ausbildung kann beispielsweise als Lauf- oder Auflagefläche, als Schnid- oder Schleifscheibe verwendet werden. Dabei bildet der sehr harte Träger die Achse für das Werkstück und der diese Achse umgebende zylindrische Pressling ergibt eine harte, sehr haltbare Lauf- oder Auflagefläche, Schneid- oder Schleiffläche.

Das hochfeste Material kann ein Hartstahl wie beispielsweise ein Stahl der M- oder T-Reihen sein. Vorzugsweise ist das hochfeste Material ein Sinterkarbid. Geeignete Sinterkarbide sind beispielsweise gesintertes Wolframkarbid, gesintertes Titankarbid, gesintertes Tantalkarbid und deren Mischungen. Derartige Karbide besitzen bekanntlich eine Metallbindematrix, die gewöhnlich aus Kobalt, Nickel, Eisen oder einer Mischung derselben besteht. Gewöhnlich beträgt die Metallbindematrix 3—25 Gew. % des Karbids.

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Der Pressling besteht vorzugsweise aus einem Diamantoder einem kubischen Bornitridpressling der eingangs beschriebenen Art.

Der hochfeste Körper kann mit dem Pressling entweder direkt oder über eine Bindeschicht verbunden werden. Wenn das s hochfeste Material ein Hartstahl ist, wird im allgemeinen eine direkte Verbindung zwischen diesem Hartstahlkörper und dem Pressling vorgenommen. Wenn das hochfeste Material ein Sinterkarbid ist und der Pressling aus Diamant oder kubischem Bornitrid besteht, dann kann die Verbindung entweder direkt io in der in der GB-PS 1 349 385 und 1 407 393 beschriebenen und dargestellten Weise erfolgen oder über eine zwischen beide angeordnete Metall- oder Legierungsbindeschicht, wie sie beispielsweise in der GB-PS 1 489 130 dargestellt ist.

Die Abmessung des erfindungsgemässen Werkstückes kann 15 naturgemäss je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck schwanken. Bei zylindrischen Presslingen beträgt der Durchmesser des Presslings typischerweise 5-25 mm bei einer Dicke des Presslings von 1—5 mm.

Das erfindungsgemässe Werkstück wird in einem geeigne- 20 ten Hochdruck/Hochtemperaturgerät hergestellt, wie es allgemein bekannt ist. Ein typisches Gerät dieser Art ist das sogenannte «BELT»-Gerät gemäss der US-PS 2 941 248. Hierbei wird hochfestes Material innerhalb eines geeigneten, einen Pressling bildenden Materials in die Reaktionskapsel eines 25 derartigen Gerätes eingebracht. Die Reaktionskapsel wird in das Gerät eingesetzt und der Kapselinhalt dann hoher Temperatur und hohem Druck ausgesetzt, welche zur Ausbildung eines Presslings geeignet sind. Die geeigneten Arbeitsbedingungen zur Herstellung von Presslingen sind an sich bekannt und 30 werden in den vorgenannten GB-Patentschriften beschrieben und erläutert.

Das in die Reaktionskapsel eingebrachte hochfeste Material kann ein vorgeformter Körper oder eine Pulvermasse sein, welche zu einem zusammenhängenden Körper sinterbar ist. 35

Das den Pressling bildende Material, welches das hochfeste Material in der Reaktionskapsel umgibt, besteht im allgemeinen aus einer Mischung aus Schleifteilchen und einer geeigneten pulverigen Matrix. Wenn der Pressling mit dem hochfesten Material über eine Legierungsschicht oder eine Metallbinde- 40

schicht fest verbunden werden soll, dann wird zwischen dem hochfesten Material und dem dasselbe umgebenden, den Pressling bildenden Material eine Schicht aus einem derartigen Material oder Metall oder einer derartigen Legierung in Pulver- oder Folienform angeordnet.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, welche ein erfindungsgemässes Werkstück in perspektivischer Darstellung zeigt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Werkstück aus einem zylindrischen Pressling 10 und einem axial in demselben und in der Mitte dieses Presslings angeordneten Träger 12 aus sehr hartem Material. Dieser Träger aus sehr hartem Material erstreckt sich durch den Pressling hindurch. Wie bereits erwähnt wurde, kann dieser Träger aus sehr hartem Material direkt mit dem Pressling oder über eine zwischen beiden angeordnete Bindeschicht verbunden werden. Die Aussenfläche 14 dieses Werkstückes besteht aus dem harten und äusserst haltbaren Pressling und ergibt infolgedessen eine ausgezeichnete Lauf- und Auflagefläche, Schneid- oder Schleiffläche.

Bei einem Beispiel der Erfindung wurde ein zylindrischer Körper aus gesintertem Wolframkarbid (15 Gew.% Kobaltbinderphase) in die Reaktionskapsel eines herkömmlichen Hochtemperatur/Hochdruckgerätes der bereits erwähnten «BELT»-Type gesetzt und um diesen Körper eine Mischung aus Diamant und Kobaltpulver eingefüllt. Diese Pulvermischung hatte eine durchschnittliche Körnung von 40 Mikron. Dabei waren 80 Gew. % der Mischung Diamantteilchen und der Rest der Mischung Kobalt. Die so gefüllte Reaktionskapsel wurde dann einer Temperatur von 1600° C und einem Druck von etwa 55-60 kbar ausgesetzt und diese erhöhten Bedingungen 10 min lang beibehalten. Temperatur und Druck Hess man dann auf Raumtemperatur und -druck absinken und konnte dann der Reaktionskapsel ein Werkstück entnehmen, welches nach herkömmlichen Methoden hergestellt war und aus einem Diamantpressling mit einem zentral darin angeordneten Pfropfen aus gesintertem Wolframkarbid bestand.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Werkstück aus einem Schleifmittelpressling und einem fest damit verbundenen, sehr harten Träger, wobei der Press-ling zu wenigstens 70 Vol. % aus einer zu einem harten Konglomerat verbundenen Masse aus Schleifteilchen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der sehr harte Träger (12) innerhalb des Presslings (10) angeordnet ist und durch den Pressling hindurchläuft.
2. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sehr harte Träger (12) im wesentlichen in der Mitte des Presslings (10) angeordnet ist.
3. Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) zylindrisch ist und der sehr harte Träger (12) in axialer Richtung in dem Pressling angeordnet ist.
4. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sehr harte Träger (12) aus Stahl der M- oder T-Reihen besteht.
5. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sehr harte Träger (12) aus Sinterkarbid besteht.
6. Werkstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der sehr harte Träger (12) aus gesintertem Wolframkarbid, gesintertem Titankarbid, gesintertem Tantalkarbid oder einer Mischung derselben besteht.
7. Werkstück nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallbindematrix für das Sinterkarbid aus Kobalt, Nicke], Eisen oder einer Mischung derselben besteht
8. Werkstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbindematrix 3—25 Gew. % des Karbids beträgt.
9. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) im wesentlichen aus kubischem Bornitrid besteht.
10. Werkstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) eine Matrix aufweist, welche einen Katalysator für das Wachstum von kubischem Bornitrid enthält.
11. Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
12. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) im wesentlichen aus Diamantteilchen besteht.
13. Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) eine Matrix besitzt, welche ein Lösungsmittel für das Wachstum von Diamantteilchen enthält.
14. Werkstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Kobalt ist.