DE2017973A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rohlings fur Lagersteine - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Rohlings fur LagersteineInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung eines Rohlings für Lagersteine.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings für Lagersteine, insbesondere für
Uhrwerklagersteine.
In Präzisionsgleitlagern der Feinmechanik, Uhrmaeherei und des Instrumentenbaues werden Lagersteine aus einkristallinem
Aluminiumoxyd , Spinell, Diamant oder Hartmetal verwendet. Der Reibepartner,
z.B. die Lagerachse, besteht aus gehätetem Stahl und in Sonderfällen aus Hartmetall. Zur Verminderung des Abtriebs und des
Reibungskoeffizienten dienen geeignete Schmiermittel.
In mehr als 90 % aller Anwendungsfälle wird als Lagerstein
einkristallines Aluminiumoxyd (Rubin, Saphir, Korund) verwendet, da dieses einen Kompromiss zwischen Härte und Abriebfestigkeit einerseits
und Bearbeitbarkeit andererseits darstellt. Diamant wird seines hohen Preises seiner Sprödigkeit und seiner schwierigen Bearbeitbarkeit
wegen nur in Sonderfällen eingesetzt. Spinelle und handelsübliche Hartmetalle besitzen in vielen Fällen eine zu geringe
Verschleissfestigkeit.
Die Lagersteine werden häufig aus synthetischen, nach dem Verneuil-Verfahren gewonnenen A l^O.,-Einkristallen in einem
Auslese-, Schneide-, Bohr und Polierprozess hergestellt. Dabei stellt das Bohren eine der aufwendigsten Teiloperationen dar.
Erschwerend wirken sich zudem die Anisotropie des einkristallinen Al^O sowie innere Spannungen des synthetischen Kristalls auf die
Verarbeitung aus. Diese Faktoren tragen mit dazu bei, dass vom Rohkristall bis zum Endprodukt ein Ausschuss bis 50 % anfallen
kann.
Vom Verwendungszweck her wird an den Lagerstein vor allem die Forderung gestellt, verschleissfest zu sein und einen kleinen
Reibungskoeffizienten gegen seinen Reibepartner (z.B. aus gehärtetem Stahl) zu besitzen. Diese Forderung wird auch von anderen Hartstoffen,
wie z.B. den meisten Carbiden, Boriden und Nitriden der Uebergangnelemente,
sowie von Bor, Borcarbid, kubischem Bornitrid, Siliciumcarbid und Aluminiumnitrid erfüllt.
Es ist bekannt, dass alle diese Hartstoffe, sowie auch AIpO. in thermochemischer Reaktion aus der Gasphase abgeschieden
werden können.
109818/1700
* Γ; r·. ~i f.
ί / J / 3
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass man auf der Oberfläche eines Drahtes oder Rohres durch chemische Reaktion aus der Gasphase eine Hartstoffschicht abscheidet
und das erhaltene Gebilde senkrecht zur Draht- bzw. Rohrachse in Scheiben zertrennt.
Dieses Verfahren erlaubt es, Lagersteine aus verschiedenen Hartstoffen auf sehr wirtschaftliche Art herzustellen. Dabei
kann man durch eine geeignete Prozessanordnung und -führung Hartstoffe
in Form von Stäben oder Rohren erhalten. Die Hartstoffstäbe werden dabei auf einen geeigneten Kerndraht, die Rohre in
^ einem geeigneten Trägerrohr aus der Gasphase abgeschieden, Kerndraht
oder Trägerhülse können vor oder nach dem Zerschneiden in Scheiben mechanisch oder chemisch durch Auflösen bzw. Verbrennen
entfernt werden. Darauf liegt ein Lagerstein im Rohzustände vor.
Die Wahl des Materials von Kerndraht bzw. Trägerrohr ist dabei von entscheidender Bedeutung. Die folgenden Paktoren sind
zweckmässig zu beachten :
- thermischer Ausdehnungskoeffizient : benacnbart demjenigen des abzuscheidenden Hartstoffes;
- Schmelzpunkt : höher als Abscheidungstemperatur;
- chemische Löslichkeit : in oxydierenden Säuren löslich
bzw. in Sauerstoff oder Luft verbrennbar;
m - Hochtemperaturverhalten : nur geringe Reaktion mit den
an der Abscheidung beteiligten Gasen, nur geringe Regierungsbildung
mit dem abgeschiedenen Hartstoff.
Von Seiten der Reaktionsführung und der Auswahl des Hartstoffes
ist zweckmässig zu beachten, dass
- der abgeschiedene Hartstoff nahezu seine theoretische Dichte erreicht,
- die Aufwachsrate und Zusammensetzung über die gesamte
Länge des Trägers konstant sind,
- das Material polykristallin mit einer Korngrösse kleiner 1 jüm, oder aber einkristallin aufwächst,
- der abgeschiedenen Hartstoff chemisch beständig und gegen flüssige Schmiermittel Inaktiv ist.
BAD ORIGINAL lUüölb/IVÜO
Die Vorteile des neuen Verfahrens zur Herstellung von Rohlingen für Lagersteine sind :
- grosse Wirtschaftlichkeit :
Das teure Vorbohren des harten Materials entfällt.
Der Hartstoffstab liegt im Durchmesser des Rohsteines vor; das Schneiden der Einkristallbirne in Platten und diese in
rechteckige Steine, sowie das Vorrunden der Steine entfällt. In einem Arbeitsgang können eine grosse Anzahl Stäbe hergestellt
werden.
Das Schneiden nach bestimmten kristallographischen Richtungen mit optimalen Eigenschaften entfällt.
- Verwendung verschiedener, der Herstellung von Lagersteinen bis heute nicht zugänglicher Hartstoffe mit wesentlich
höherer Verschleissfestigkeit und geringerem Reibungskoeffizienten verglichen mit einkristallinem AIpO-,.
- Möglichkeiten zur Herstellung selbstschmierender Lagersteine durch
a) diskrete Einlagerung von Feststoffschmiermitteln (z.B. Graphit) während des AbScheidungsprozesses,
b) thermochemische Abscheidung einer Schmierstoffschicht
vor (Kerndraht) bzw. nach (TrägerhUlse) dem Aufbringen des Hartstoffes,
c) Abscheidung eines Hartstoffes mit sehr geringem Reibungskoeffizienten
im Trockenlauf (z.B. u = 0,1 gegen gehärteten Stahl).
1) Ein Wolframdraht von 0,08 mm Durchmesser und 250 mm
Länge wird im Wasserstoffstrom von 100 cm5/min bei Normaldruck
durch Stromdurchgang auf 15000C erhitzt. Sodann wird ein Gemisch
von Wasserstoff und Dichlormethylsilan im Volumen-Verhältnis von
2:1 zudosiert. Nach 1 h hat sich ein Stabaus reinem Siliciumcarbid
on 1,7 mm 0 gebildet. Er wird mittels einer Diamantscheibe in Scheiben von 0,8-1 mm Dicke geschnitten. Der Kern wird anschliessend
in heissem Königswasser aufgelöst. Damit liegt der LagersMn in
Rohzustand vor.
BAD ORIGINAL
; U y 8 Ί 5 / Ί 7 Ü U '
Das abgeschiedene polykristalline Siliciumcarbid mit einer Korngrösse ^ 0,1 um besitzt mit einer Mikrohärte von
HV,-~ fts 4000 kg/mm^ einen wesentlich höheren Abriebwiderstand
50 g
als einkristallines Aluminiumoxyd.
2) Ein Stahlrohr von 50 mm Länge, 1,5 mm lichter Weite und einer Wandstärke von 0,2 mm wird in einem Schutzgas (Argon,
Wasserstoff) mittels Stromdurchfluss auf 8500C geheitzt. Durch das
Rohr wird mit einer Vakuumpumpe bei 10 Torr 250 cm^/min Wasserstoff
durchgezogen. Zur Beschichtung der Innenwand mit Titancarbid werden dem Wasserstoff 2% TiCl^, und 0,5$ Dicyclopentadien zugefügt.
Nach einigen Stunden erreicht die Schicht eine Dicke, die das Rohr auf 2/10 mm lichte Weite, d.h. zu einem Kapillarrohr.verengt.
Die auf diese Weise durch innenseitiges Auftragen gewonnene Kapillarröhre wird elektrolytisch in Scheiben getrennt und
je nach Verwendungszweck der Stahlmantel belassen oder entfernt.
^) In einem zylinderförmigen Reaktionsgefäss werden in
2 Lochscheiben in Karusellanordnung 12 Wolframfäden von 0,1 mm Durchmesser und ^00 mm Länge eingespannt und mittels Anhängegewichten
gestreckt. In einem Wasserstoffstrom von 100 cm^/min werden
die Drähte durch Widerstandsheizung auf 10000C erhitzt. Dem
Wasserstoffgas wird 5$ BCl, beigemengt und zur Abscheidungsreaktion
der Gasfluss auf 500 cm^/min erhöht. Die Abscheldungsrate, gemittelt
über 20 min beträgt 0>05 mm/min. Die Stäbe werden in einen
Kunststoff wie etwa "Scandiplast 9IOI/9IO2" eingebettet und mittels
einer Diamantscheibe in Scheiben getrennt. Der Wolframdraht wird mit einem Gemisch von HNO, und HP herausgelöst, worauf der aus
Wolframborid bestehende Lagerstein in seinem Rohzustande vorliegt.
4) Eine Graphithülse von 100 mm Länge, 3 mm lichter Weite
und etwa 0,5-1 mm Wandstärke wird in einer Argonschutzgasatmosphäre durch Stromdurchfluss auf 11000C erhitzt. Durch das Rohr wird bei
einem Ueberdruck von 1000 mm WS ein Gemisch bestehend aus Argon mit 5$ BCl, und 2,5$ CH^ mit einer Geschwindigkeit von 100 cm^/min
durchgeleitet.
BAD ORIGINAL : U 9 8 1 5 / 1 7 0 0
Durch thermo ehe mi s c he Reaktion dieses Gasgemisches scheidet
sich an der Innenwandung des Rohres BG^ ab. Ist die gewünschte
lichte Weite erreicht, wird die Reaktion abgebrochen. Der Graphitmantel wird daraufhin abgebrannt. Die so erhaltenen Stangen werden
mit der Diamantscheibe in Rohlagersteine zerschnitten.
5) Ein Graphitfaden von 250 mm Länge wird in einem geschlossenen Reaktionsgefäss zwischen zwei Elektroden gespannt und
mit Wasserstoff umspült. Durch Stromdurchgang wird der Faden auf l420°C erhitzt. Ein Gasgemisch bestehend aus 2000 cm3/min Hp,
150 cirP/min TiCl2, und 80 cm^/min BCl-, wird bei einem Unterdruck
von 5 Torr der thermochemischen Reaktion überlassen, bis die sich bildende Titanboridschicht die nötige Dicke von 1 bis 2 mm erreicht
hat.
Die so erhaltene Stange lässt sich mit der Diamantscheibe zerschneiden. Anschliessend wird die Graphitseele ausgebrannt. Die
Rohlagersteine liegen zur Weiterverarbeitung vor.
6) Ein Graphitstab wird in einem zylinderförmigen Reaktionsgefäss unter Wasserstoffdurchfluss in einem Rohrofen auf
10500C erhitzt. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird das
Reaktionsgefäss evakuiert. Anschliessend wird kontinuierlich ein Gasgemisch bestehend aus
250 cm3/min H2
100 cmVmin CO2
100 cm5/min CO
40 cm3/min Ar
10 cm3/min AlCl
eindosiert und das Vakuum auf 50 Torr gehalten. Auf dem Graphitstab
scheidet sich nun eine feinkörnige AIpO.,-Schicht ab. Ist die
erforderliche Schichtdicke erreicht, wird die Reaktion unterbrochen, das Reaktionsrohr gekühlt und der AlgO.,-Stab entnommen. Die
Graphitseele wird nach dem Zerschneiden des Stabes ausgebrannt.
BAD ORIGINAL
.10981-5/17 00-
Claims (8)
1.) Verfahren zur Herstellung eines Rohlings für Lagersteine,
insbesondere für Uhrwerklagersteine, dadurch gekennzeichne1:,
dass man auf der Oberfläche eines Drahtes oder Rohres durch chemische Reaktion aus der Gasphase einen Hartstoff abscheidet,
und das erhaltene Gebilde senkrecht zur Draht- bzw. Rohrachse in Scheiben zertrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material des Drahtes bzw. Rohres chemisch entfernt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man auf einem Wolframdraht bei einer Temperatur von 1200 bis
14OO°C, insbesondere bei 13000C, durch Reaktion mit einer Gasmischung,
die praktisch aus zwei Volumenteilen Wasserstoff und einem Volumenteil Dichlormethylsilan besteht, eine Hartstoffschicht
aus praktisch reinem Siliciumcarbid abscheidet, und dass man nach dem mechanischen Zertrennen des erhaltenen Gebildes das Wolfram
durch heisses Königswasser löst.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man ein Stahlrohr auf eine Temperatur von 700 bis 9000C, insbesondere 8500C erwärmt, bei einem Druck von 1 bis
40 Torr, insbesondere bei 10 Torr, Wasserstoff, dem etwa 2 VoI^
Titantetrachlorid und etwa 0,5 Vol$ Dicyclopentadien beigemischt
sind, durch das Rohr strömen lässt und so auf seiner inneren Oberfläche eine Hartstoffschicht aus Titancarbid abscheidet, und dass
man nach elektrolytischen Zertrennen des so erhaltenen Gebildes gegebenenfalls den Stahl durch chemisches Lösen entfernt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man Wolframdrähte bei 900 bis HOO0C, insbesondere 1000°C,
mit einer Mischung aus etwa 95 VoI^ Wasserstoff und etwa 5 Vol#
Bortrichlorid behandelt und so eine Hartstoffschicht aus Wolframborid
abscheidet, und dass man nach dem mechanischen Zertrennen des erhaltenen Gebildes das Wolfram mittels eines Gemisches aus Salpetersäure
und Plussäure löst.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man durch ein Graphitrohr bei 1000 bis 12000C, insbesondere
Ü a 3 ί S / 1 7 0 0 BAD ORiGiMAL
bei 110O0C, unter einem Druck von etwa 0,1 atü eine Mischung aus
Argon mit etwa 5 Vol# Bortrichlorid und etwa 2,5 Vol# Methan leitet
und so an der Innenwand des Rohres eine Hartstoffschicht aus Borcarbid
abscheidet, dass man darauf das Graphitrohr durch Verbrennen entfernt und das Rohr aus Borcarbid mechanisch in Scheiben zertrennt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Graphitdraht bei 1350 bis 15000C, insbesondere bei
etwa l420°C und einem Druck von 1 bis 10 Torr, insbesondere etwa
5 Torr, mit einem Gemisch aus Wasserstoff, Titantetrachlorid und Bortrichlorid behandelt und so eine Titanboridschicht erzeugt, und
das? man nach dem mechanischen Zertrennen des erhaltenen Gebildes
den Graphitkern durch Verbrennen entfernt. λ
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Graphitdraht bei einer Temperatur von Λ000 bis
HOO0C, insbesondere bei etwa 10500C unter einem Druck von 20 bis
100 Torr, insbesondere etwa 50 Torr, mit einer Gasmischung aus Wasserstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Argon und Aluminiumtrichlorid
behandelt und so eine Hartstoffschicht aus Aluminiumoxyd erzeugt, und dass man nach dem mechanischen Zertrennen des erhaltenen
Gebildes den Graphitkern durch Verbv.n.rin entfernt*
BAD ORIGINAL
109815/17Ü0
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH1056069 | 1969-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2017973A1 true DE2017973A1 (de) | 1971-04-08 |
Family
ID=4364505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19702017973 Pending DE2017973A1 (de) | 1969-07-10 | 1970-04-15 | Verfahren zur Herstellung eines Rohlings fur Lagersteine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2017973A1 (de) |
| FR (1) | FR2054416A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2929510A1 (de) * | 1978-07-21 | 1980-01-31 | Suisse Horlogerie Rech Lab | Tribologische schichten zum schutz von maschinenelementen vor verschleiss und korrosion |
-
1970
- 1970-04-15 DE DE19702017973 patent/DE2017973A1/de active Pending
- 1970-07-09 FR FR7025539A patent/FR2054416A5/fr not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2929510A1 (de) * | 1978-07-21 | 1980-01-31 | Suisse Horlogerie Rech Lab | Tribologische schichten zum schutz von maschinenelementen vor verschleiss und korrosion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2054416A5 (en) | 1971-04-16 |
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