DE1169833B - Verfahren zur Herstellung eines Schleif- oder Schneidkoerpers - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Schleif- oder Schneidkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleif- oder Schneidkörpers, der in eine Matrix eingebettete und mit dieser verbundene Diamant- und/oder Bornitridkristalle enthält.
• Es sind bereits Schneid- und Schleifkörper bekannt, bei denen kleine Diamantkristalle oder Diamantstaub in einer Matrix eingebettet sind. Derartige Körper sind sehr nützliche Werkzeuge, da nicht nur sehr kleine Diamantkristalle verwendet werden können, sondern auch diese Kristalle willkürlich im Körper ausgerichtet sind, so daß die Arbeitsfläche aus vielen Kristallflächen besteht und auch noch viele Kristalle in der Arbeitsfläche verbleiben, wenn beim Gebrauch einige Diamantkristalle herausbrechen. Die die Diamantkriställchen zusammenhaltende Matrix bildet jedoch den begrenzenden Faktor eines solchen Schneid- oder Schleifwerkzeuges, da sie aus im Verhältnis zu Diamant weicherem Material besteht und daher schneller verschleißt.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Schneid- oder Schleifkörpers zu schaffen. Dies wird nun nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß als Matrix Borkarbid verwendet wird.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine normalerweise zur Herstellung von künstlichen Diamanten eingesetzte Apparatur zum Erzeugen von hohen Drücken und Temperaturen, die eine Reaktionskammer besitzt, in welcher ein Reaktionsgefäß gleichzeitig sehr hohen Drücken und sehr hohen Temperaturen unterworfen werden kann. Als Reaktionsgefäß kann beispielsweise eine Anordnung verwendet werden, die aus einem elektrisch nichtleitenden Hohlzylinder besteht, in welcher sich ein elektrisch leitendes Reaktionsrohr befindet, das mit einer Mischung aus Borkarbid und Diamant-und/oder kubischen Bornitridkristallen gefüllt, durch geeignete Scheiben verschlossen und in die Reaktionskammer gebracht wird. Die Mischung wird dann in der Apparatur wenigstens einige Minuten lang einem Druck von wenigstens 1500 Atmosphären und einer Temperatur von wenigstens 1200° C unterworfen. Der Druck in der Apparatur wird mit Hilfe bestimmter Metalle gemessen, deren elektrischer Widerstand sich bei bekannten Druckwerten ändert. Beispielsweise können Caesium, Barium, Thallium und Wismut verwendet werden. Der Zusammenhang zwischen elektrischer Widerstandsänderung und Druck bei diesen Metallen ist von P. W. B r i d g m a n in den »Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences«, Bd. 81, Nr.4, S. 165 bis 251, angegeben worden. Die Temperaturen werden durch ein im Reaktionsgefäß angeordnetes Thermoelement gemessen, wobei man über die Bereiche der Thermoelementwerkstoffe hinaus extrapolieren muß.
• Es hat sich herausgestellt, daß Borkarbid B 4C eine ausgezeichnete Matrix ist, da sie in der Härteskala gleich nach Diamant kommt. Bei den erfindungsgemäß hergestellten Schneid- oder Schleifkörpern ist also das Matrixmaterial kein weiches Lötmaterial, sondern sehr hart und härter als Sinterkarbid. Borkarbid ist selbst als Schmirgel- und Schleifmaterial bekannt.
• Es kann sowohl im Handel erhältlicher Borkarbid mit einem Gehalt von 75 bis 8011/o, hochreiner Borkarbid mit 99% B4C als auch technischer Borkarbid mit einem Gehalt von 6711/o bis 7611/o verwendet werden.
• Vorzugsweise wird Borkarbid mit höherer Reinheit und kleinerer Teilchengröße zusammen mit höheren Drücken und höheren Temperaturen verwendet.
• Beispiel 1 Eine Mischung aus 85 Gewichtsprozent Diamantpulver mit einer Teilchengröße von unter 0,040 mm und 15 Gewichtsprozent Borkarbid mit einer Teilchengröße von 0,025 mm wurde ungefähr 3 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen. Das Reaktionsrohr bestand aus Graphit und hatte einen Außendurchmesser von ungefähr 3,2 mm und einen Innendurchmesser von ungefähr 2,5 mm. Es wurde mit dieser Mischung gefüllt und in einer Apparatur zum Erzeugen von hohen Drücken und Temperaturen 30 Minuten lang einem Druck von ungefähr 35 000 Atmosphären und einer Temperatur von ungefähr 1200° C ausgesetzt. Nach Abschaltung dieser Bedingungen wurde aus dem Reaktionsgefäß ein zäher zusammenhängender Verbundkörper entfernt. Beispiel 2 Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 30 Minuten lang eine Temperatur von 1200°C und ein Druck von 75 000 Atmosphären aufrechterhalten wurden. Nach Abschaltung dieser Bedingungen wurde aus dem Reaktionsgefäß ein zäher, zusammenhängender Verbundkörper entfernt. Es wird darauf hingewiesen, daß dieses Beispiel in einem Druck- und Temperaturbereich durchgeführt wurde, der im diamantstabilen Bereich liegt, d. h. über der bekannten Graphit-Diamant-Gleichgewichtslinie.
• Bei den folgenden Beispielen hatte das aus Kohlenstoff bestehende Reaktionsrohr einen Außendurchmesser von ungefähr 3,05 mm, einen Innendurchmesser von ungefähr 2,03 mm und eine Länge von ungefähr 11,5 mm. B.C hatte eine Teilchengröße von unter 0,037 mm, und die Teilchengröße von Diamant und dem kubischen Bornitrid lag zwischen ungefähr 0,044 bis 0,246 mm. Das Probematerial war gleichmäßig abgeteilt, so daß Diamant und B,C die eine Hälfte der Länge des Rohres und das kubische Bornitrid und B4C die andere Hälfte einnahm. Der Inhalt des Rohres wurde mit der Hand eingestampft. Beispiel 3 Das Rohr wurde in der beschriebenen Weise zusammen mit 5 Volumprozent B 4C oder 4 Gewichtsprozent des Inhaltes gefüllt. Druck und Temperatur wurden auf 91000 Atmosphären und 1700° C erhöht und ungefähr 6 Minuten lang beibehalten. Es wurden mehrere Scheiben aus verbundenen Diamantteilchen und verbundenen kubischen Bornitridteilchen gewonnen.
• Beispiel 4 Das Rohr wurde in der beschriebenen Weise zusammen mit 15 Volumprozent oder 11 Gewichtsprozent des Inhaltes B4C gefüllt. Der Druck und die Temperatur wurden auf 50000 Atmosphären und 1300" C erhöht und ungefähr 8 Minuten lang beibehalten. Sowohl die Diamantkristalle als die kubischen Bornitridkristalle waren gut zusammengesintert, und es ergaben sich gute Verbundkörper.
• Die Bindung scheint im allgemeinen besser bei höheren Drücken und Temperaturen zu sein, da dabei die Kristalle einen engeren Kontakt haben und die Neigung von Diamant sich in Graphit umzuwandeln geringer ist. Ein bevorzugter Mindestdruck für normale Verbundkörper ist ungefähr 35000 Atmosphären.
• Die vorliegende Erfindung liefert also einen zähen, zusammenhängenden Verbundkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid, der aus durch Borkarbid miteinander fest verbundenen Teilchen oder Kristallen besteht und bei Schneid- und Schleifwerkzeugen verwendet werden kann. Man erhält einen Diamantverbundkörper sowohl innerhalb als auch außerhalb des diamantstabilen Bereiches des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff, jedoch darf die Temperatur nicht so hoch sein, daß Diamant in Kohlenstoff umgewandelt wird. Vorzugsweise verwendet man 5 bis 25 19/o B4 C.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Schleif-oder Schneidkörpers, der in eine Matrix eingebettete und mit dieser verbundene Diamant-und/oder Bornitridkristalte enthält, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß als Matrix Borkarbid verwendet wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung des Körpers nach Anspruch 1 in einer Apparatur zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen mit einer Reaktionskammer, in welcher ein Reaktionsgefäß gleichzeitig hohen Drücken und hohen Temperaturen unterworfen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Borkarbid und wenigstens Diamant- und/oder kubische Bornitridkristalle kleiner Teilchengröße gemischt werden, die Mischung in die Apparatur zum Erzeugen von hohen Drücken und Temperaturen gebracht und wenigstens einige Minuten lang einem Druck von wenigstens 15 000 Atmosphären und einer Temperatur von wenigstens 1200° C unterworfen wird, der Druck und die Temperatur anschließend erniedrigt werden und aus der Apparatur ein zäher, zusammenhängender und harter Kristallverbundkörper entfernt wird.