DE2031915C3 - Alloy for soldering diamond - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Legierung zum Löten von Diamanten.The invention relates to the use of an alloy for brazing diamonds.
Es ist bekannt, daß eine mechanisch sehr steife Befestigung eines Diamenten, z. B. bei der Herstellung von Werkzeugen, mit Hilfe eines titanhaltigen Lotes auf der Basis von Silber und Kupfer erhalten werden kann. Dabei wird die Benetzung der Diamantoberfläche mit der Legierung durch das Titan oder eine sich bei der Löttemperatur bildende Verbindung von Titan und einem der anderen Metalle bewirkt. Titan kann auch gesondert der Lötstelle zugeführt werden. Die Anwendung von Titan hat den Nachteil, daß sich sehr leicht Oxyd oder Nitrid bildet; Titanoxyd und Titannitrid tragen nicht zur Benetzung des Diamanten bei. Der Lötvorgang muß daher bei diesem bekannten Verfahren im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden.It is known that a mechanically very rigid attachment of a diamond, e.g. B. in manufacture of tools, can be obtained with the help of a solder containing titanium on the basis of silver and copper. The wetting of the diamond surface with the alloy by the titanium or by the A connection between titanium and one of the other metals which forms the soldering temperature. Titan can too are fed separately to the soldering point. The use of titanium has the disadvantage that it is very easy Forms oxide or nitride; Titanium oxide and titanium nitride do not contribute to the wetting of the diamond. the In this known method, the soldering process must therefore be carried out in a vacuum or in an inert atmosphere be performed.
Nach einem anderen bekannten Verfahren wird als Lot eine Legierung von Gold mit mindestens 1%, vorzugsweise 5%, Tantal und/oder Niob verwendet. Diese Legierungen sind in bezug auf Sauerstoff und Stickstoff weniger reaktiv, so daß der Lötvorgang in einem weniger hohen Vakuum oder in einer weniger reinen Edelgasatmosphäre als bei Anwendung der vorerwähnten titanhaltigen Kupfer-Silber-Legierungen durchgeführt werden kann.According to another known method, an alloy of gold with at least 1%, preferably 5%, tantalum and / or niobium used. These alloys are with respect to oxygen and Nitrogen less reactive, making the soldering process in a less high vacuum or in a less pure noble gas atmosphere than when using the aforementioned titanium-containing copper-silver alloys can be carried out.
Ein Nachteil der beiden beschriebenen bekannten Verfahren besteht darin, daß der Lötvorgang bei Anwendung der titanhaltigen Silber-Kupfer-Legierungen bei einer Temperatur von 10000C und bei Anwendung von Legierungen von Gold mit Tantal und/oder Niob bei einer Temperatur zwischen 1200 und 14000C durchgeführt werden muß, weil die verwendeten Legierungen hohe Schmelzpunkte aufweisen.A disadvantage of the two known methods described is that the soldering process when using the titanium-containing silver-copper alloys at a temperature of 1000 0 C and when using alloys of gold with tantalum and / or niobium at a temperature between 1200 and 1400 0 C must be carried out because the alloys used have high melting points.
Zum Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind schon Legierungen von Aluminium und Silicium bekannt (DT-AS 10 16 098,US-PS 16 91 532).Alloys of aluminum and are already used for brazing aluminum and aluminum alloys Silicon known (DT-AS 10 16 098, US-PS 16 91 532).
An sich sind als Bindemittel für Diamantkörner in Schleifwerkzeugen bereits Aluminium-Silicium-Legierungen vorgeschlagen worden. Es handelt sich hierbei um Legierungen, die z. B. 50 bis 70% Silicium enthalten. Solche Legierungen sinci zum Löten von Diamanten wegen ihrer hohen Schmelzpunkte nicht geeignet. Ferner weisen diese Legierungen eine gewisse Sprödigkeil auf und es wird bei Anwendung derselben eine weniger feste Verbindung mit den Diamanten erhalten. Dadurch können sich während der Benutzung der Werkzeuge stumpf gewordene Diamantkörner lockern, was bei Schleifwerkzeugen erwünscht ist. Mit derartigen spröden Legierungen läßt sich keine mechanisch steife Befestigung einzelner Diamanten erzielen.In and of themselves, aluminum-silicon alloys are already used as binders for diamond grains in grinding tools has been proposed. These are alloys that z. B. contain 50 to 70% silicon. Such alloys are not suitable for soldering diamonds because of their high melting points. Furthermore, these alloys have a certain degree of brittleness and when they are used it becomes a less firm bond with the diamonds is obtained. This means that while using the Tools loosen diamond grains that have become dull, which is desirable for grinding tools. With such With brittle alloys, a mechanically rigid attachment of individual diamonds cannot be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gut haftende Lötverbindung mit einem Diamanten zu schaffen, wobei der Lötvorgang bei niedrigeren als den vorerwähnten Temperaturen durchführbar ist.The invention is based on the object of providing a well-adhering soldered joint with a diamond create, wherein the soldering process can be carried out at lower than the aforementioned temperatures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Aluminium-Silicium-Legierung mit 8 bis 18% Silicium gelöst.This object is achieved according to the invention through the use of an aluminum-silicon alloy with 8 up to 18% silicon dissolved.
Vorzugsweise werden Legierungen mit 10 bis 12% Silicium verwendet, weil diese die niedrigsten Schmelzpunkte aufweisen.Alloys with 10 to 12% silicon are preferably used because these have the lowest melting points exhibit.
Die ungefähr eutektischen Legierungen von Aluminium und Silicium, die nach der Erfindung Verwendung finden, schmelzen bei Temperaturen zwischen 570 und 6700C. Bei Verwendung dieser Legierungen kann der Lötvorgang bei 7000C durchgeführt werden.The approximately eutectic alloys of aluminum and silicon, which are used according to the invention, melt at temperatures from 570 to 670 0 C. When using these alloys, the soldering operation can be carried out at 700 0 C.
Ein weiterei Vorteil der Erfindung ist der, daß der Lötvorgang in bezug auf die Schutzatmosphäre unter weniger kritischen Bedingungen durchgeführt werden kann. Um einer Oxydation der Legierungen und einer Beschädigung des Diamanten entgegenzuwirken, werden die Lötverbindungen, wie bei den bekannten Verfahren, im Vakuum oder in einem Schutzgas, z. B. Stickstoff, Wasserstoff oder Edelgas, durchgeführt. Das Vorhandensein einer geringen Sauerstoffmenge ist weniger störend als bei den bekannten Verfahren.Another advantage of the invention is that the soldering process with respect to the protective atmosphere under less critical conditions can be carried out. To an oxidation of the alloys and a To counteract damage to the diamond, use the soldered joints, as with the known ones Process, in a vacuum or in a protective gas, e.g. B. nitrogen, hydrogen or noble gas carried out. The The presence of a small amount of oxygen is less troublesome than with the known methods.
Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß die Aluminium-Silicium-Legierungen derart duktil sind, daß sie sich gut zu Draht und Folie verarbeiten lassen. Diese Materialformen vereinfachen die Durchführung des Lötens.An additional advantage is that the aluminum-silicon alloys are so ductile that they can be easily processed into wire and foil. These forms of material simplify the implementation of the soldering.
Es ist ferner günstig, wenn ungefähr eutektische Aluminium-Silicium-Legierungen verwendet werden, denen eine geringe Menge eines Elements zugesetzt worden ist, das beim Löten als Desoxydierungsmittel wirken kann, während das daraus gebildete Oxyd eine benetzende Wirkung hat. Dieses Element kann z. B. Lithium sein.It is also beneficial if approximately eutectic aluminum-silicon alloys are used, to which a small amount of an element has been added that is used as a deoxidizing agent during soldering can act, while the oxide formed from it has a wetting effect. This element can e.g. B. Be lithium.
Mit den gemäß der Erfindung verwendeten Legierungen können Diamanten auch sehr fest mit Gegenständen verbunden werden, die aus Materialien bestehen, deren Ausdehnungskoeffizienten von dem der Diamanten verschieden sind, wie Quarz, Siliciumcarbid, Graphit, keramisches Material, und Metalle, z. B. Wolfram, Molybdän, Nickel und Stahl. Die Tatsache, daß in allen diesen Fällen eine sehr feste Verbindung erhalten wird, die gegen Temperaturänderungen wenig empfindlich ist, ist möglicherweise auf die Duktilität der Legierungen zurückzuführen.With the alloys used according to the invention, diamonds can also be very firmly attached to objects which are made of materials with a coefficient of expansion different from that of diamonds are various, such as quartz, silicon carbide, graphite, ceramic material, and metals, e.g. B. tungsten, Molybdenum, nickel and steel. The fact that in all of these cases a very strong bond is obtained, which is not very sensitive to temperature changes is possibly due to the ductility of the alloys traced back.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele und der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of a few examples and the drawing.
Ein Diamantmeißel wird, wie schematisch im Schnitt in Fig. 1 dargestellt ist, dadurch hergestellt, daß eine Diamantplatte 1 mit Abmessungen von 5x2x1 mm mit Hilfe einer Lotschicht 4 auf der Fläche 3 eines Stahlhalters 2 befestigt wird.A diamond chisel is, as shown schematically in section in Fig. 1, produced in that a Diamond plate 1 with dimensions of 5x2x1 mm with With the help of a solder layer 4 is attached to the surface 3 of a steel holder 2.
Zu diesem Zweck wird ein Stück Folie (Dicke 20 μπι) aus einer Aluminium-Silicium-Legierung mit 12% Silicium auf die Fläche 3 des Stahlhalters 2 gelegt und der Diamant derart daraufgesetzt, daß er zum Teil seitlich aus dem Halter hervorragt.For this purpose, a piece of foil (thickness 20 μm) made of an aluminum-silicon alloy with 12% silicon placed on the surface 3 of the steel holder 2 and the diamond placed on it in such a way that it partially protrudes laterally from the holder.
Dann wird die Diamar.tplatte 1, während sie z. B. mit Hilfe eines (in der Figur nicht dargestellten) keramischen Stiftes in bezug auf den Stahlhalter 2 mechanisch fixiert ist, in einem Ofen für die Dauer einer Minute in einer Atmosphäre aus technischem Argon auf 7000C erhitzt.Then the Diamar.tplatte 1 while it is z. B. mechanically fixed with the aid of a ceramic pin (not shown in the figure) with respect to the steel holder 2, heated to 700 ° C. in an oven for one minute in an atmosphere of technical argon.
Eine Diamantnadel für einen Schallplattenspieler wird auf folgende Weise an e'nem Molybdänträger befestigt (F ig. 2):A diamond needle for a record player is attached to a molybdenum carrier in the following way attached (Fig. 2):
Ein stabförmiger Diamant 11 (Länge 0,5 mm, Durchmesser 0,2 mm) wird mit Hilfe einer aus Molybdändraht bestehenden Wendel 12 an einem Ende eines !vi^lybdänstabes 13 (Durchmesser 0,8 mm) festgeklemmt. Dann wird dieses Ende 10 Sekunden lang in eine Aluminium-Silicium-Legierung 14 mit 11% Silicium getaucht, die in einem Kohletiegel 15 in einer Stickstoffaimosphäre bei 75O°C im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Die Legierung breitet sich dabei gut auf dem Diamanten und dem Molybdän aus und ergibt eine steife Befestigung. Schließlich wird der auf diese Weise befestigte Diamant geschliffen.A rod-shaped diamond 11 (length 0.5 mm, diameter 0.2 mm) is made with the help of a Molybdenum wire existing coil 12 clamped at one end of a! Vi ^ lybdenum rod 13 (diameter 0.8 mm). Then this end is dipped into an aluminum-silicon alloy 14 with 11% silicon for 10 seconds immersed that in a coal crucible 15 in a nitrogen aimosphere at 750 ° C in the molten State is maintained. The alloy spreads well on the diamond and molybdenum and results in a rigid attachment. Finally, the diamond attached in this way is cut.
Beispiel 3
für Präzisionsinstrumente, z. B.Example 3
for precision instruments, e.g. B.
Diamantlager
Uhren(Fig. 3).Diamond bearings
Clocks (Fig. 3).
Diamantlager 21 mit kegeliger Bohrung werden auf einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Montageplatte mit Hilfe einer Aluminium-Silicium-Legieiung 23 (mit 13% Silicium) festgelötet. Zu diesem Zweck werden die Lager unter Zwischenfügung einer Folie aus dieser Legierung an vorher bestimmten Stellen mechanisch fixiert, wonach das Ganze 30 Sekunden lang in einer Stickstoffatmosphäre auf 700°C erhitzt wird.Diamond bearings 21 with a tapered bore are mounted on a mounting plate made of stainless steel with the aid of an aluminum-silicon alloy 23 (with 13% silicon). For this purpose, the Mechanical bearings with the interposition of a foil made of this alloy at predetermined points fixed, after which the whole is heated to 700 ° C for 30 seconds in a nitrogen atmosphere.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (3)
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