DE2259538A1

DE2259538A1 - Diamond contg alloys - of improved mechanical characteristics formed by pressure and heat treatments

Info

Publication number: DE2259538A1
Application number: DE19722259538
Authority: DE
Inventors: Geb Gankewitsch Ta Botscharowa; Michail Jeremejewits Dmitrijew; Witalij Pawlowitsch Modenow; Ajk Akopowitsch Semertschan; Leonid Fjodoro Wereschtschagin
Original assignee: INST FIZ WYSOKICH DAWLENIJ AKA
Current assignee: INST FIZ WYSOKICH DAWLENIJ AKA
Priority date: 1972-12-05
Filing date: 1972-12-05
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2259538C3; DE2259538B2

Abstract

Mfr. of diamond contg. alloys by impregnating a diamond powder (I) with a metallic binder (II) under the action of high press. and temp. comprises forming a (I) + (II) system (III) where (II) is placed in (III) so that it is outside but in contact with (I) and submitting (III) to a press of >=10 pref. 10-50 k bars to fix (I), then submitting (III) to a temp. at which (II) melts and impregnates (I).

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung des betreffend VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON DIAMANT-METALL-WERKSTOFFEN Die vorliegende Erfindung betrifft Diamant-Werkstoffs und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Diamant-Metallwerkstoffen, in der Patentliteratur Diamant-Verbundkörper genannt, Sie stellen bekanntlich eine Komposition aus Dianant-Kristallen und einem metallischen Bindemittel dar, das hauptsächlich in den Diamant-Zwischenräumen liegt und die Diamantkristalle fest miteinander verbindet.Description of the patent application relating to METHOD OF MANUFACTURING OF DIAMOND METAL MATERIALS The present invention relates to diamond material and in particular a method for producing diamond metal materials, in referred to in the patent literature as diamond composites, they are known to represent a Composition of dianant crystals and a metallic binder, which is mainly lies in the diamond gaps and connects the diamond crystals firmly together.

Dank der hohen Diamantkonzentration nähern sich die Verbundkörper hinsichtlich einiger Eigenschaften, solcher wie Schleifiestigkeit, Härte und Elastizitätsmodul, mehr oder weniger den monokristallinen Diamanten. Der Grad dieser Annäherung hängt wesentlich von der Herstellungstechnolo gie der Verbundkörper ab. Thanks to the high diamond concentration, the composite bodies approach each other with regard to some properties, such as grinding strength, hardness and modulus of elasticity, more or less the monocrystalline diamond. The degree of this Approximation depends essentially on the manufacturing technology of the composite body.

Der Anwendungsbereich von Verbundkörpern ist analog dem Anwendungsbereich großer Diamantmonokristalle, - sie können zur vearbeitung harter und sprUder Stoffe wie Glas, Keramik, zur Bearbeitung oder zum Bohren von Gestein wie auch zur Herstellung beliebiger Erzeugnisse, von denen hohe härte, hohe Schlcif- und Druckfestigkeit gefordert wird, wie beispielsweise für mobile Teile präziser Geräte, die verantwortlichsten Details für Apparate mit hohem Druck usw. Verwendung finden. Diese Verbundkörper sind leichter erhältlich und billiger als die großen Diamantmonokristalle, da das zu ihrer Herstellung notwendige Diamantpulver heute in großen Mengen auf künstlichem Wege erzeugt wird. The area of application of composite bodies is analogous to the area of application large diamond monocrystals - they can be used to process hard and brittle materials such as glass, ceramics, for processing or drilling rock as well as for production any products, of which high hardness, high grinding and compressive strength what is required is the most responsible, for example for mobile parts of precise devices Find details for apparatus with high pressure etc. use. This composite body are more readily available and cheaper than the large diamond monocrystals because the Diamond powder necessary for their production today in large quantities on artificial Paths is generated.

Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Diamant-Metall-Verbundkörpern mittels Durchtranken von Diamantpulver mit einem metallischen Bindemittel, welche auf der gleichzeitigen Einwirkung von hohem Druck und Temperatur auf das System fußen, das aus einen Dia=antpulver und einem pulverförmigen, metallischem Bindemittel besteht. Das erwähnte System stellt ein mechanisches Gemisch von metallischem und Diamantpulver dar, d.h. da3 das metallische Bindemittel hier zuvor in das Diamantpulver eingeführt ist und unmittelbar zwischen seinen Körnern verteilt wird. Der Anteil des Metallpulvers beträgt entweder # 50 Vol.% gemäß USA-Patentschrift Nr. 3141746 oder 20-30 Vol.% gemäß USA-Patentschrift Nr. 3239321. Various methods for producing diamond-metal composite bodies are known by impregnating diamond powder with a metallic binder, which on the simultaneous action of high pressure and temperature on the system made of a diamond powder and a powdery metallic binding agent consists. The mentioned system represents a mechanical mixture of metallic and Diamond powder, i.e. that the metallic binding agent is previously inserted into the diamond powder is introduced and is distributed immediately between its grains. The amount of the metal powder is either # 50% by volume according to USA patent specification No. 3141746 or 20-30% by volume according to U.S. Patent No. 3239321.

Solch ein Gemisch wird zuerst der Einwirkung eines hohen Drucks von 70-85 kbar gemäß Patentschrift Nr. 3141746 oder 20-76 kbar gemäß Patentschrift Nr. 3239321 unterzogen und danach unter dem erwähnten Druck auf eine Temperatur erwärmt, die das Schmelzen das Bindemittels und das Ausfüllen der Poren zwischen den Diamanten durch das binde mittel gewährleistet.Such a mixture is first exposed to high pressure 70-85 kbar according to patent specification No. 3141746 or 20-76 kbar according to patent specification No. 3239321 and then heated under the mentioned pressure to a temperature, melting the binder and filling the pores between the diamonds guaranteed by the binding agent.

Ein Nachteil dieser Verfahren ist die lockere Verpackung der Diamantkörner im fertigen Verbundkörper und das Vorhandensein von metallischen Zwischenschichten an den Kontaktstellen Diamant-Diamant, was die Härte und andere mechanischen Daten des ganzen Erzeugnisses beeintrachtigt. In der Tat gelingt es nicht, bei der Einwirkung von hohen Drucken auf das Ausgangsgemisch Diamant-Metall eine maximal dichte Verpackung der Diamantkörner zu erzielen, da dies das Metallpulver verhindert; welches im Ausgangsgemisch in einer bedeutenden Menge vorhanden -ist. Bei der nachfolgenden Einwirkung von hohen Temperaturen gleichscitig mit den Druck schmilzt das Metallpulver und füllt die Poren zwischen den Diamanten aus, ein Teil des Metalls bleibt jedoch in Form eines Films an den Kontaktstellen der Diamantkörner. Als Ergebnis erweisen sich die Diamantkörner voneinander durch einen Metallfilm getrennt, und das verringert die Härte des Stoffes wie auch seine Drucks festigkeit und den Elastizitätsmodul, da die entsprechenden Eii;enschaften des Metalls bedeutend geringer sind als bei Diamantkristallen. A disadvantage of this method is the loose packaging of the diamond grains in the finished composite body and the presence of metallic intermediate layers at the contact points diamond-diamond, what the hardness and other mechanical data of the whole product. In fact, it does not succeed in acting of high pressure on the starting mixture diamond-metal a maximally tight packaging to achieve the diamond grains as this prevents the metal powder; which in the starting mixture - is present in a significant amount. With the subsequent action of high temperatures at the same time as the pressure melts the metal powder and fills the pores between the diamonds, but some of the metal remains in shape a film at the contact points of the diamond grains. As a result turn out to be the diamond grains are separated from each other by a metal film, and this reduces the hardness of the material as well as its compressive strength and the modulus of elasticity, because the corresponding Properties of the metal are significantly lower are than with diamond crystals.

Ein anderer Nachteil der bekannten Herstellungsverfah ren von Verlundkörpern aus einem Diamant-Metall-Pulvergemisch besteht darin, daß beim Schmelzen des Metallpulvers gleichzeitig im ganzen Volumen des Diamant-Metall-Ausgangs gemisches die adsorbierten Gase, fremdartige Atome und ar dere Verunreinigungen, die immer an der Oberfläche von Diamantkristallen vorhanden sind, keinen Ausgang nach auswärts finden und im Volumen des Verbundkörpers bleiben. Another disadvantage of the known manufacturing methods of wound bodies from a diamond-metal powder mixture consists in that when the metal powder melts at the same time in the entire volume of the diamond-metal starting mixture the adsorbed Gases, alien atoms and other impurities that are always on the surface of diamond crystals are present, find no exit to the outside world and im Volume of the composite body remain.

Das führt zum Auftauchen einer Mikroporosität und folglich zur Verminderung der Härte, der Druckfestigkeitsgrenze und des Elastizitätsmodule.This leads to the appearance of microporosity and, consequently, to a decrease the hardness, the compressive strength limit and the modulus of elasticity.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Diamant-Metall-Werkstoffen, die der erwähnten Nachteile bar wären und gleichzeitig hohe Schleiffestigkeit, Härte, Druckfestigkeit und ein hohes Elastizitätsmodul besäßen. The present invention aims to develop a method for the production of diamond-metal materials that bar the disadvantages mentioned would be and at the same time high abrasion resistance, hardness, compressive strength and a high Modulus of elasticity.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die Aufgabe gestcllt, die Herstelungstechnologie von Diamant-Metall-Werkstoffen in dieser Richtung zu verändern, daß im fertigen Verbundkörper der Diamantbestandteil ein ununterbrochenes Gerüst (skelett) bildet, welches an den Berührungsstellen Diamant-Diamant keine Metallfilme enthalten würde, wobei das metallische Bindemittel strong die Zwischenräume zwischen den Diamanten ausfüllen muß, ohne die Kontakte Diamant-Diamant zu vorletzen. In order to achieve this goal, the task was set, the manufacturing technology of diamond metal materials in this direction to change that in the finished Composite body of the diamond component forms an uninterrupted framework (skeleton), which would not contain any metal films at the diamond-diamond contact points, being the metallic binder strong the spaces between the diamonds must fill in without penultimate diamond-diamond contacts.

Die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß man den Diamant-Metall-Werkstoff durch Durchtränken des Diamantenpulvers mit einem metallischen Bindemittel unter Einwirkung von Druck von Temperatur gewann, wo erfindungsgemäß das System Diamantpulver-metallisches Bindemittel angewandt wurde, wobei das Metall-Bindemittel im System so zu liegen kommt, daß es sich außerhalb des Diamantpulvers, jedoch im Kontakt mit ihm befindet; solch ein System wurde der Einwirkung eines Drucks von mindestens 10 kbar zur Verdichtung des Diamantpulvers unterzogen; danach wurde das erwähnte System beim genannten Druck mit verdichtetem Diamantpulver der Einwirkung einer Temperatur untersogen, die ausreichte, um das metallisches Einclemittcl zu schmelzen; dabei schmilzt das Metall-Bindemittel und durchtränkt unter Druck das Diamantpulver. The problem posed was achieved by using the diamond-metal material by impregnating the diamond powder with a metallic binder The effect of pressure from temperature gained where according to the invention the system diamond powder-metallic Binder was applied, with the metal binder in the system so as to lie it happens that it is outside the diamond powder but in contact with it; Such a system was subject to the application of a pressure of at least 10 kbar for compaction subjected to diamond powder; thereafter the mentioned system became at the mentioned pressure with compacted diamond powder subjected to the action of a temperature which was sufficient to melt the metallic inclusion; the metal binder melts in the process and impregnates the diamond powder under pressure.

Das Metall-Bindemittel kann im erwähnten System auf verschiedene Art und Weise angeordnet werden, beispielsweise unten, unter einer Schicht des Diamantpulvres, bzw. The metal binder can be different in the system mentioned Be arranged in a manner, for example below, under a layer of diamond powder, respectively.

oben über der Schicht des Diaflantpulvers, bzw. längs der Seitenflchen des Diamantbrikkets, jedoch mit obligatorischein Kontakt dieses Bindemittels zu einem beliebien Teil des Diamantbriketts.above over the layer of diaflant powder, or along the side surfaces of the diamond briquette, but with mandatory contact with this binder any part of the diamond briquette.

Unter des Terminus metallisches Bindemittel soll gegebenenfalls ein beliebiges Metall bzw. Legierung verstanden werden, bei denen der Benetzungswinkel auf dem Diamanten # 90° ausmacht, Beispielsweise können solche Metalle wie Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan, Chrom und andere verwendet werden. Als Metall-Bindemittel können Legierungen, der die Diamanten miteinander benetzender Metalle wie auch Legierungen der die Diamanten benetzerden Metalle mit den die Diamanten nicht benetzenden Metalle bzw. mit Nichtmetallen Verwendung finden. Beispiele solcher Legierungen sind: Nickel-Chrom, Nickel-Mangan, Nickel-Kupfer, Kobalt-Kupfer, Titan-Kupfer, Zirkonium-Kupfer, Nickel-Kupfer-Aluminium, Nickel-Kupfer-Silizium u.a. Der Gehalt der erwähnten Legierungen an benetzendem Metall kann unterschiedlich sein, wünschenswert ist jedoch, daß er mindestens 15-30 Vol.% ausmacht. Möglich ist auch eine Anwendung von Legierungen mit einem niedrigeren Gehalt des den Diamanten benetzenden Metalls als die erwähnte Größe, jedoch wird das Ergebnis in diesem Fall schlechter ausfallen. The term metallic binder is intended to include, if appropriate any metal or alloy are understood, in which the wetting angle on the diamond # 90 ° makes, for example, such metals such as nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and others can be used. As a metal binder can be alloys, metals wetting the diamonds with one another, as well as alloys the metals wetting the diamonds with the metals not wetting the diamonds or with non-metals. Examples of such alloys are: nickel-chromium, Nickel-manganese, nickel-copper, cobalt-copper, titanium-copper, zirconium-copper, nickel-copper-aluminum, Nickel-Copper-Silicon etc. The content of the mentioned alloys of wetting Metal can vary, but it is desirable that it be at least 15-30 % By volume. It is also possible to use alloys with a lower Content of the metal wetting the diamond than the size mentioned, however the result will be worse in this case.

Die Menge an metallischen Bindemitteln wird so gewählt, daß es zur Ausfüllung der Hohlräume zwischen den Diamantenteilchen ausreicht. Bekannt ist, daß in dem unter einem Druck von mindestens 10 kbar zusammengepreßten Diamantpulver die-Hohlräume 10-30 Vol.% ausmachen können, je nach dem quantitativen Verhältnis der genommenen Diamantpulver unterschiedlicher Korngröße. Das Volumen des Bindemittels muß folglich 10-30 Vol% betragen, das das zusammengepreßte Diamantpulver einnimmt. Wenn man mehr Bindemittel nimmt als den erwähnten Wert, ist es in diesem Fall zulässig, daß von der gegenüberliegenden Seite des Diamantenpulverbrikkets die Schicht irgendeines anderen Pulvers mit festen Teilchen, beispielsweise von Borkarbid B4C, untrgebracht wird. In diese Schicht wird der Überschuß an Bindemittel iinch seinem. The amount of metallic binders is chosen so that it is used for Filling the voids between the diamond particles is sufficient. Is known that in the diamond powder compressed under a pressure of at least 10 kbar the voids can make up 10-30% by volume, depending on the quantitative ratio of the diamond powders of different grain sizes taken. The volume of the binder must therefore be 10-30% by volume, which the compressed diamond powder occupies. If you use more binding agent than the mentioned value, it is permissible in this case, that from the opposite side of the diamond powder briquette the layer of any other powder with solid particles, for example of Boron carbide B4C. The excess binder is in this layer iinch his.

Schmelzen und der Durchtränkung des Diamantbriketts abgeben.Melting and the impregnation of the diamond briquette.

Die Krönung des Ausgangs-Diamantpulvers wird je nach der Zweckbestimmung des zu gewinnenden Diamant-Metallwerkstoffes gewählt. Wenn or für die Schleifbehandlung bestimmt ist, so sind große Ausmaße des Ausgangskorns, beispielsweise von 15-250 µm, zu bevorzugen. Wenn vom Material eine hohe Druckfestigkeit und hohe Härte verlangt wird, so wählt man lieber feinkörmige Diamantpulver von 15 und weniger µm. In vielen Fällen empfiehlt es sich, Gemische von Diamantpulver mit verschiedener Körmung zu verwendeten, was die Menge des Diamant-Bestandteils des Stoffes maximal zu vergrößern gestattet, da hierbei die Poren zwischen den großen Diamantkörnern durch feine Diamantkörner ausgefüllt werden. Die zu bevorzugende Korngröße von großen und kleinon Körpern beträgt von 3:1 bis 10:1. Der Volumenanteil von groben und feinen Körnern beträgt entsprechend 70-80 % und 30-20%. The crowning glory of the starting diamond powder is depending on the purpose of the diamond metal material to be extracted. If or for the grinding treatment is determined, so are large dimensions of the starting grain, for example from 15-250 µm, to be preferred. When the material demands high compressive strength and high hardness it is better to choose fine-grained diamond powders of 15 µm and less. In many In cases it is advisable to use mixtures of diamond powder with different shapes used what to maximally enlarge the amount of the diamond constituent of the substance permitted, since the pores between the large diamond grains are replaced by fine diamond grains fill out. The preferred grain size of large and small bodies is from 3: 1 to 10: 1. The volume fraction of coarse and fine grains is 70-80% and 30-20% respectively.

Der auf das System Diamantpulver-Bindemittel einwirkende Druck muß mindestens 10 kbar ausmachen und wird gewöhnlieh im Bereich von 10-50 kbar gewählt. Bei einem Druck von mehr als 50 kbar geht die Verdichtung des Diamantpulvers, besonders des feinkörnigen, und sein Durchtränken mit einem Metall-Bindemittel besser vonstatten. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß obwohl man bei einem Druck von 50-100 kbar und höher eine bessere Verdichtung des Diamantenpulvers und eine höhere Güte des Fertigprodukts erzielt, sich die Lebensdauer der Kammer, in der der Prozeß vor sich geht, vorringert. Bei gutentwickelter Bauart der Kammre kann ein Druck angewandt werden, der 50 kbar bedeutend übersteigt. The pressure acting on the diamond powder / binder system must at least 10 kbar and is usually chosen in the range of 10-50 kbar. At a pressure of more than 50 kbar, the diamond powder is compacted, particularly of the fine-grained, and its impregnation with a metal binder work better. It must be taken into account, however, that although a pressure of 50-100 kbar and higher a better compaction of the diamond powder and a higher quality of the Finished product achieves the life of the chamber in which the process takes place goes, wrestles forward. If the design of the comb is well developed, pressure can be applied which significantly exceeds 50 kbar.

Auf die Wahl des Druck übt auch die Korngröße der Ausgangs-Diamantkörner einen Einfluß. Je kleiner die Ausgangskörner, deste höher der angewandte Druck und umgekehrt: Je größer die Körner, deste niedriger der Druck, da die groben Körner mehr zur mechanischen Zerstörung und Zerbröckelung beim Druck in der Druckkammer zeigen als die feinen. Praktisch vjird im i?alie der Verwendung eines Diamantpulvers mit einer Korngröße von 0,5-15 µm ein Druck von 30-50 kbar und im Fallc der Verwendung des Diamantpulvers mit einer Korngröße von 15-250 µ m wird ein Druck von 10-20 kbar angewandt. Bei der Verwendung von Gemischen der Diamantpulver mit unterschiedlicher Körnung kann die Größe des empfolenen Drucks bedeutend gesteigert werden. Ein richtig gewählter Druck gewährleistet die hohe Güte des Erzeugnisses und gestattet gleichzeitig, ziemlich lange die Druckkammer zu benutzen, ohne daß sie ersetzt werden nuß. The grain size of the starting diamond grains also influences the choice of pressure an influence. The smaller the starting grains, the higher the pressure and pressure applied Conversely: the larger the grains, the lower the pressure, since the coarse grains more about mechanical destruction and crumbling during pressure in the pressure chamber show than the fine. In practice, diamond powder is generally used with a grain size of 0.5-15 µm a pressure of 30-50 kbar and in the case of use the diamond powder with a grain size of 15-250 µm is a pressure of 10-20 kbar applied. When using mixtures of diamond powder with different Grain size can significantly increase the size of the recommended print. A right The selected pressure ensures the high quality of the product and at the same time allows use the pressure chamber for a fairly long time without having to replace it.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht in Abhängigkeit von der Körnung des verwendeten Diamantpulvers und von der Art des Bindemittels einen Diamant-Metall-Werkstoff mit überaus hohen mechanischen Eigenschaften zu gewinnen: Härte - 95-96 HRA-Einheiten (für Diamantkörner mit einem Ausmaß 3-5 Mikron; HRA bedeutet die Härte nach Rockweill, Skala "A"); Druckfestigkeit - 450-550 kp/mm² und einem Elastizitätsmodul von 55 000 kp/mm² (für Diamantkörner von 10-15 µm.) Beim Lindrücken eines Kegels aus dem Diamant--Metall-Werkstoff (mit einer Diamantkerngröße von 3-5 µ m) in eine Wolfram-Karbidlegierung mit der Zusammensetzung von 94% WC + 6 Co, hält der Diamant-Metall-Werkstoff einem Kontaktdruck von etwa 10 000 kp/mm² stande Die erfindungsgemäß gewonnenen Diamant-Metallwerkstoffe weisen bei ziemlich hohen mechanischen Daten auch eine befriedigende Zähigkeit auf. The present invention enables dependency from the grain size of the diamond powder used and the type of binder To obtain diamond-metal material with extremely high mechanical properties: Hardness - 95-96 HRA units (for diamond grains 3-5 microns in size; HRA means the hardness according to Rockweill, scale "A"); Compressive strength - 450-550 kgf / mm² and a modulus of elasticity of 55,000 kg / mm² (for diamond grains of 10-15 µm.) When backing a cone made of the diamond - metal material (with a diamond core size 3-5 µm) into a tungsten carbide alloy with a composition of 94% WC + 6 Co, the diamond-metal material withstands a contact pressure of around 10,000 kp / mm² The diamond metal materials obtained in accordance with the invention have pretty much high mechanical data also have a satisfactory toughness.

Eine wichtige Besonderheit dieses Produktionsverfahrens von Diamant-Metall-Werkstoffen, die erfindungsgemäß hergestellt werden, ist die Möglichkeit, große Fertigerzeugnisse mit bis 10 cm³ Volumen und mehr zu erzielen. Das Volumen des Erzeugnisses ist durch die Ausmaße des Reaktionsvolumens der Druckkammer bedin"t-, und da der für die- Durchführung des gegebenen Verfahrens notwendige Druck relativ gering ist, kann man die Ausmaße des Reaktionsvolumens leicht über 10 cm³ hinaus vergrößern. An important feature of this production process for diamond-metal materials, which are manufactured according to the invention is the possibility of large finished products can be achieved with a volume of up to 10 cm³ and more. The volume of the product is through the dimensions of the reaction volume of the pressure chamber conditioned, and since the The pressure required to carry out the given procedure is relatively low the dimensions of the reaction volume can be increased slightly beyond 10 cm³.

Die hohen mechanischen Daten des erfindungsgemäß ge wonnenen Diamant-Metall-Werkstoffes sind arauf zurückzu führen, daß erfindungsgemäß im Ausgangssystem Diamantpulver-metallischen-Bindemittel sich das letztere nicht im Gemisch mit dem Diamantpulver befindet, wie in den bekanntten Verfahren, sondern außerhalb desselben, jedoch im Kontakt mit ibm angeordnet ist; sein Eindringen in das bereits verdichtete Diamantpulver erfolgt unter Einwirkung eines Drucks von mindestens 10 kbar, bei einer Temperatur, die zum Schmelzen des gewählten metallischen Bindemittels ausreicht. The high mechanical data of the diamond-metal material obtained according to the invention are back lead that according to the invention in the starting system Diamond powder-metallic-binder is not mixed with the latter Diamond powder is located, as in the known processes, but outside of it, but is placed in contact with ibm; his penetration into the already condensed Diamond powder takes place under the action of a pressure of at least 10 kbar, at a temperature sufficient to melt the selected metallic binder.

Die Verdichtung des Diamantpulvers mit Hilfe des Drucks geschieht folglich bei Ausbleiben des metallischen Beidemittelt in ibm. Dies gestattet, die diechteste Packung der Diamantkörner zu erzielen, und ein ununterbrochenes Diamantgerüst mit zahlreichen Kontakten Diamant-Diamant zu bilden. Die Einfhrung des Bindemittels erfolgt in das bereits verdichtete und sich unter einem Druck befindende Diamantpulver; deshalb füllt das Bindemittel nur die Zwischendiamantporen aus. Das unter druck gebildete Diamantgerüßt wird durch das erstarrende Metall-Bindemittel gefestigt. Geleh ein Diamanten-Metall-Werkstoff leistet gute Arbeit bei Druckbeanspruchungen, da die letzteren hauptsächlich vom Diamantgerüst aufgenommen werden, dessen Kontaktteile Diamant-Diamant bereits durch die Metallzwischenschichten nicht geschwächt werden. Das metallische Bindemittel fixiert lediglich die einzelnen I:örner des Di3-mantgerüsts und beugt ihrer gegenseitigen Verlagerung vor. The diamond powder is compacted with the help of pressure consequently, in the absence of the metallic two means in ibm. This allows the to achieve the best packing of diamond grains and an uninterrupted diamond framework to form diamond-diamond with numerous contacts. The introduction of the binder takes place in the already compacted and pressurized diamond powder; therefore, the binder only fills the intermediate diamond pores. That under pressure The diamond skeleton formed is strengthened by the solidifying metal binder. Geleh a diamond metal material does a good job under pressure loads, since the latter are mainly taken up by the diamond framework, its contact parts Diamond-diamond cannot be weakened by the metal interlayers. The metallic binding agent only fixes the individual grains of the Di3-mant framework and prevents their mutual displacement.

Weiterhin gehen bei der erwähnten Durchtränkung des Diamantpulvers mit einem metallischen Bindemittel die oberflächlichen Verunreinigungen der Diamantenkörner, die fremdartigen Atome, in die metallische Schmelze über, wobei sie sich an der Front der Schmelze konzentrieren, die zielstrebig das Diamantgerüst durchtränken und diese Verunreinigungen nach außerhalb tragen. Furthermore go with the mentioned impregnation of the diamond powder with a metallic binding agent the superficial impurities of the diamond grains, the alien atoms, in the metallic melt over, whereby they are attached to the Concentrate the front of the melt, which purposefully impregnate the diamond framework and carry these impurities outside.

Dadurch enthält die Hauptmasse des Diamant-Metall-Werkstoffe eine minimale Menge an Beimischungen, und die Oberflächenschicht des Diamant-Metall-Werkstoffs, wo die Schmelzfront anhält und wo sich die Verunreinigungen und Defekte konzentrieren, kann relaltiv leicht bei einer nachfolgenden mechanischen Bearbeitung des Fortigerzeugnisses entfernt werden. As a result, the main bulk of the diamond metal materials contains one minimal amount of admixtures, and the surface layer of the diamond-metal material, where the melt front stops and where the impurities and defects concentrate, can be relatively easy in a subsequent mechanical processing of the fortified product removed.

Zwecks Einsparung des Diamantpulvers kann an der voraussichtlichen Haltestelle der Schmelze statt eines Diamantpulvers das Berkarbidpulver (B4C) angeordnet werden. Auf solche Weise wird die zu entfernende defekte Schicht, die eine große Menge von Verunreinigungen enthält, nicht aus Diamanten, sondern aus dem bedeutend billigeren Borkarbid bestehen. In order to save the diamond powder can be expected at the Stopping the melt instead of a diamond powder the Berkarbide powder (B4C) is arranged will. In such a way, the defective layer to be removed becomes a large one Contains amount of impurities, not from diamonds, but from the significant cheaper boron carbide.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht es folglich, einen Diamant-Metall-Werkstoff mit aufgegebener Strukturdem ununterbrochenen Diamantgerüst mit zahlreichen unmittelbaren Kontakten Diamant-Diamant und dem in den Zwischendiamantporen vorteilten metallischen Bindemitte¹- zu gewinnen. The present method therefore makes it possible to produce a diamond-metal material with abandoned structure the uninterrupted diamond framework with numerous immediate Contacts diamond-diamond and the metallic that is advantageous in the intermediate diamond pores To win binding agent¹-.

Nachstehend wird eine Beschreibung der praktischen Durchführung des Verfahrens angeführt, illustriert durch eine Zeichnung, auf der die Druckkammer abgebildet ist. Die Ausgangskomponenten des Diamant-Metall-Werkstoffs- das Diamantpulver 1 mit gewählter Körnung bzw. ein Gemisch von Dianantpulver mit unterschiedlicher Körnung und das Verbundkörper-Metall-Bindemittel 2 werden in ein Graphiterhitzer 3 untergebracht. Das metallische Bindemittel wird in Form eines zuvor zusammengepreßten Pulvers nach, zusammengepreßter Späne verwendet und erhält beim Pressen die nötigen Formen und Ausmaße. Es kann auch in Form eines monolithischen Metallstücks gewonnen werden, das die notwendige Form und Ausmaße durch Bearbeitung auf einer Drehbank erhält. Das metallische Bindemittel wird im Graphiterhitzer so untergebracht, daß es mit dem Diamantpulver in Kontakt gerät. Auf der dem Bindemittel gegenüberliegenden Seite kann man auf das Diamantpulver eine Schicht Berkarbid(B4C) 4 legen. The following is a description of the practical implementation of the Procedure cited, illustrated by a drawing on which the pressure chamber is shown. The starting components of the diamond metal material - the diamond powder 1 with the selected grain size or a mixture of dianant powder with different Grit and the composite-metal binder 2 are placed in a graphite heater 3 housed. The metallic binder is in the form of a previously compressed Powder after, compressed shavings used and receives the necessary during pressing Shapes and dimensions. It can also be obtained in the form of a monolithic piece of metal that the necessary shape and dimensions by machining on a lathe receives. The metallic binder is housed in the graphite heater so that it comes into contact with the diamond powder. On the opposite of the binder On the side you can put a layer of Berkarbide (B4C) 4 on the diamond powder.

Die Wände des Graphiterhitzers 3 können im Inhalt elektrisch durch Zwischenlagen 5 aus Glimmer bzw. hexa-,;onalcLI Bornitrid isoliert werden. Zur Verhütung des Ein dringens von Gasen in die Diamant-Metall-Werkstoffe, die sich bei der Erwärmung aus den Graphiterhitzer 3 ausscheiden, kann man den Erhitzer 3 ebenfalls von dem Inhalt mechanisch isolieren, beispielsweise durch eine Folie aus einem schwer schmelzbaren Metall,- Tantal bzw. The walls of the graphite heater 3 can electrically through the content Intermediate layers 5 made of mica or hexa - ,; onalcLI boron nitride are isolated. For contraception the penetration of gases into the diamond-metal materials, which occurs when heated precipitate from the graphite heater 3, you can also use the heater 3 from the Isolate the contents mechanically, for example by means of a Slide off a metal that is difficult to melt, - tantalum or

Wolfram. Dcr auf gefüllte Erhitzer 3 wird mit einem Graphitdeckel 7 verschlossen.Tungsten. The filled heater 3 is covered with a graphite lid 7 locked.

Der Erhitzer 3 wird weiterhin samt seinem Gchalt in den Behalter 8 aus Catlinit bzw. Pyrophylit untergebracht. The heater 3 is still in the container together with its switch 8 made of catlinite or pyrophylite.

Das Catlinit bzw. Pyrophylit dient zur Weitergabe und Aus-Gleichung, des Drucks, der auf das Reaktionsvolumen einwirkt.The catlinite or pyrophylite is used for passing on and off-equation, the pressure applied to the reaction volume.

Die Erhitzung erfolgt, indem man durch den Graphiterllltzer längs seiner Achse Strom durchläßt (auf der Zeichnung nicht angedeutet).The heating takes place by going through the graphite alder lengthways its axis allows current to pass through (not indicated in the drawing).

Die Reihenfolge der Arbeitsgänge ist bei der Gewinnung des Diamant-Metall-Werk stoffs gemäß vorliegendem Verfahren folgende: Zunächst wird der Behälter 8 der Einwirkung eincs Drucks von mindestens 10 kbar oder mehr ausgesetzt. The sequence of operations is in the extraction of the diamond metal plant substance according to the present method the following: First, the container 8 is the action subjected to a pressure of at least 10 kbar or more.

Dabei erfolgt die Verdichtung des Diamantpulvers. Dann wird die Erhitzung bis zu einer Temperatur gesteigert, die das Schmelzen des metallischen Bindemittels 2 gewährleistet.The diamond powder is compacted in the process. Then the heating increased to a temperature that the melting of the metallic binder 2 guaranteed.

Das geschmolzene metallische Bindemittel durchtränkt unter Druckeinwirkung das verdichtete Diamantpulver 1. Die Ibltezeit beträgt bei der Durchtränkungstemperatur von 30 sek.The molten metallic binder soaks under the action of pressure the compacted diamond powder 1. The Ibltezeit is at the impregnation temperature from 30 sec.

bis 3 mine Danach wird die Erhitzung abgeschaltet und nach dem Erstarren des metallischen Bindemittels, wozu noch 0,5-2 Minuten erforderlich sind, wird der Druck entfernt.up to 3 min. Thereafter, the heating is switched off and after solidification of the metallic binder, for which another 0.5-2 minutes are required, is the Pressure removed.

Es muß betont werden, daß das vorliegende Verfahren ebenfalls Diamant-Metallerzeugnisse mit aufgegebener Form zu gewinnen ermöglicht. Die notwendige Form kann dem Diamant-Metallerzeugnis mit Hilfe keramischer Profilstücke verliehen erden, die man in den Graphiterhitzer vor der Beschickung mit dem Diamantpulver hineinstellt. Ein anderer Weg ist die Ausbildung des Innenraums des Graphiterhitzers - er kann kugelförmig, achtflächig usw. sein, ja nachdem welche Form des Diamant-Metallerzeugnissen erwünscht ist. It must be emphasized that the present process also produces diamond metal products with abandoned form allows to win. The necessary shape can be given to the diamond metal product with the help of ceramic profile pieces, which are placed in the graphite heater before loading the diamond powder. Another way is to design the interior of the graphite heater - it can spherical, octahedral, etc., depending on the shape of the diamond metal products is desirable.

Falls profilierte Diamant-Metallteile mit inneren Bohrungen bzvl. Vertiefungen hergestellt werden sollen, wird nach der Form dieser Bohrungen bzvi. Vertiefung das metallische Bindemittel hergestellt, und man ordnet es entsprechend innerhalb des Diamantpulvers an. Zur Herstellung von Diamant-Metallteilen mit Reliefoberfläche wird das entsprechende Relief der Oberfläche des Bindemittels, die mit dem Diamantpulver in Kontakt steht, vorlichen. Dicses Relief wird bei der Geviinnung des Diamant-Metallerzeugnisses gemäß dem vorliegenden Verfahren auf der Oberfläche des Diamant-Metallerzeugnissen nachgebildet. If profiled diamond metal parts with inner bores or Wells are to be made, is bzvi according to the shape of these holes. The metallic binder is made deepening, and it is arranged accordingly inside the diamond powder. For the production of diamond metal parts with a relief surface becomes the corresponding relief of the surface of the binder, which is with the diamond powder is in contact, vorlichen. This relief is made when the diamond metal product is trimmed according to the present method on the surface of the diamond metal products replicated.

Nachstehend 'folgen Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens: Beispiel 1. The following are examples of the implementation of the invention Procedure: Example 1.

Die Herstellung des Diamant-Metallstoffs wird in der auf der Abbildung gezeigten Anlage bewerkstelligkeit Die Ausmaße der inneren Bohrung des Graphiterhitzers 3 sind: Durchmesser - 30 mm, Höhe - 30 mm. Ausgangsmaterialien: Diamantpulver mit einer Korngröße von 150 µ m und einem Metallbindemittel 2, - einer Zirkoniumlegierung mit 50 Gew.% Kupfer, zusammengepreßt aus Spänen dieser Legierung. Dcr volle Erhitzer 3 wird einem Druck von 10 kbar und einem Temperatur von 12500C ausgesetzt. Dic Halte zeit beträgt 1,5 Minuten. Das gewonnene Material dient zur Herstellung von steinbearbeitendem Werkzeug. The production of the diamond metal fabric is shown in the picture Plant shown accomplishment The dimensions of the inner bore of the graphite heater 3 are: diameter - 30mm, height - 30mm. Starting materials: diamond powder with a grain size of 150 µm and a metal binder 2, - one Zirconium alloy with 50% by weight of copper, compressed from chips of this alloy. The full heater 3 has a pressure of 10 kbar and a temperature of 12500C exposed. The holding time is 1.5 minutes. The material obtained is used for Manufacture of stone working tools.

Beispiel 2. Example 2.

Das Verfahren erfolgt wie in Beispiel 1. The procedure is as in Example 1.

Ausgangsmaterialien sind: Diamantpulver mit einer Korngröße von 150 µ m und ein Metallbindemittel - metallisches Nickel. Behandlungsbedingungen - Druck: 20 kbar, Temperatur: 1500°C, Haltezeit: 1,5 Minuten. Der gewonnene Werkstoff hat eine hohc Schleiffestigkeit und gleichzeitig hohe Zähigkeit. The starting materials are: diamond powder with a grain size of 150 µ m and a metal binder - metallic nickel. Treatment conditions - pressure: 20 kbar, temperature: 1500 ° C, holding time: 1.5 minutes. The material obtained has high abrasion resistance and at the same time high toughness.

Beispiel 3. Example 3.

Die Ausmaße der Innenbohrung des Graphiterhitzers 3 sind Durchmesser 15 mm, röhe 15 mm. Das Diamantpulver hat eine Horiigröße von 10-15 µ rn, das metallische Bindemittel isi; eine Titanlegierung mit 40 Gew.% Kupfer. Sie werden der Einwirkung von 30 kbar und einer Temperatur von 1200°C ausgesetzt. Die Haltezeit beträgt 1 Minute. Das hergestellte Material hat eine Druckfestigkeit von 500 ² und ein Elastizitätsmodul von 55 OGO kp/ima.2. The dimensions of the inner bore of the graphite heater 3 are diameters 15 mm, height 15 mm. The diamond powder has a height of 10-15 µm, the metallic one Binder isi; a titanium alloy with 40 wt.% copper. You will be acting of 30 kbar and a temperature of 1200 ° C. The holding time is 1 Minute. The material produced has a compressive strength of 500 ² and a modulus of elasticity from 55 OGO kp / ima.2.

Beispiel 4. Example 4.

Die Maße der Reaktionsvolumens sind die gleichen wie in Beispiel 3. D;X3 Diamantpulver nit einer Korngröße von 3-5 µm und das Bindemittel - eine Titanlegierung mit 45 Gew.% Kupfer - werden bei 50 kbar und 1150°C innerhalb 1 Min. bearbeitet. Das gewonnene Material hat eine Härte HRA = 96 Einheiten. The dimensions of the reaction volumes are the same how in example 3. D; X3 diamond powder with a grain size of 3-5 μm and the binder - a titanium alloy with 45 wt.% copper - are at 50 kbar and 1150 ° C within Edited 1 min. The material obtained has a hardness HRA = 96 units.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for the production of diamond-metal materials by means of Impregnation of diamond powder with a metallic binder under action of pressure and temperature, d u r c h e k e n n n z e-i c h -n e t that one can do that System diamond powder metal binder used, the metallic binder in the system mentioned is arranged on such tracks that it is outside the Diamantpulyers, however, is in contact with him, and that the mentioned system exposed to a pressure of at least 10 kbar to compress the diamond powder is, after which one on the-mentioned system with the compacted diamond powder under lets act under the pressure mentioned at a temperature that melts of the metal binder is sufficient, and in the molten state the diamond powder soaked.

2. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c It does not mean that the process is carried out at a pressure of 10-50 kbar.

3. The method according to claims 1 and 2, d a -du r r c h g e k e n n z e i c h n e t that the compaction of the diamond powder and its impregnation with a metallic binder at a pressure of 30 kbar.

4. The method according to claim 1-3, d a d u r c h G It is possible to say that metals or alloys are used as metallic binders whose wetted angle is # 900 on the diamond.

5. The method according to claim 1-4, d a d u r c h g e k e n n z e i c It does not mean that a diamond powder with a grain size of 0.5-250 µm is used.

6. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that one can use metallic nickel, cobalt or manganese as the metallic binder used

7. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e + that the metallic binder is a zirconium alloy with 50% by weight of copper used.

8. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the metallic binder is a titanium alloy with 40 or more. 45 % Copper used.