DE2302574A1 - Schleifmittel und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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-
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Description
Schleif-, Abreib-, Schneid- und Erdbohrwerkzeuge, im folgenden
als Schleifwerkzeuge bezeichnet, besitzen Schleifmittel bzw. in einem Schleifgefüge gebundene Schleifteilchen, wobei ein
Binder, z.B. ein Harz und in manchen Fällen Metall, verwendet wird, der als Matrix wirkt und die Schleifteilchen im Schleifgefüge
hält.
Durch die Schleifwirkung wird das Schleifteilchen Druck und Spannungen ausgesetzt und eine daraus resultierende hohe Zer- ^
splitterung der Schleifteilchen kann somit zu einem Herausfallen des Teilchens aus der Matrix führen.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe durch ein neuartiges Schleif- \
mittel, das in erster Linie durch in eine Metallhülle einge-
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kapselte Schleif teilchen "gekennzeichnet ist.
Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Metall als Matrix zum Binden der Schleifteilchen im Schleifgefüge verwendet wird,
wird durch die vorherige Einkapselung der Schleifteilchen die griffige Verbindung der Metallmatrix mit den Schleifteilchen
erhöht.
Das eingekapselte Teil wird durch das geschmolzene Metall leichte!
benetzt als das nichtmetallene Substrat. Durch die verbesserte Oberflächenspannung zwischen der Metallhülle und der zur Bindung
der Teilchen verwendeten Metallmatrix wird die griffige Verbindung
der Metallmatrix mit dem eingekapselten Teilchen erhöht und trägt somit dazu bei, ein Herausfallen des Teilchens im Falle übermäßiger
Beanspruchung zu verhindern.
Bei der Auswahl des Metalls für die UmhüDlung ist es bei Verwendung des eingekapselten Teilchens mit einer als Bindemittel
wirkenden Metallmatrix wünschenswert, daß das Metall der Umhüllung einen höheren Schmelzpunkt a3s die Metallmatrix hat.
Der dritte Vorteil des nach der Erfindung vorgesehenen Schleifmittels
mit eingekapselten Schleifteilchen in Verbindung mit einer Metallmatrix liegt in der erhöhten'Geschwindigkeit der Wärme
ableitung vom Schleifteilchen, die aus der innigeren Berührungsfläche
'zwischen der Umhüllung und dem Substratteilchen und der
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Umhüllung und der Metallmatrix resultiert. An den Reib- bzw. Schleifflächen erzeugte Wärme bewirkt, wenn sie nicht unverzüglich
an die als Kühlblech wirkende Metallmatrix abgeführt und von dieser absorbiert wird, einen örtlichen-Temperaturanstieg,
der eine nachteilige Wirkung auf die Lebensdauer des Cchleifteilchens hat.
Zur Erzielung der stärkeren Verbindung zwischen den Schleifteilchen
und der Metallmatrix kann jedes geeignete Verfahren zum Niederschlagen der Metallumhüllung auf das Substratteilchen angewendet
werden. So führen elektrochemische oder elektrolytische Verfahren, die bereits bei der Beschichtung von Schleifteilchen
zur Verwendung in Schleifgefügen angewandt worden sind, in Verbindung
mit einem Metallbindemittel in dem neuartigen Schleifgefüge nach der Erfindungkufeiner verbesserten Verbindung zwischen
der Metallraatrix und dem bes-chichteten Teilchen aufgrund der besseren Benetzung durch das geschmolzene Metall. Insoweit ist
die Anwendung des beschichteten Teilchens in einem eine Metallmatrix verwendenden Gefüge eine Verbesserung gegenüber der Verwendung
nach einem elektrochemischen oder elektrolytischen Verfahren beschichteter Schleifteilchen mit einem Harzbinder. In
gleicher Weise ist sie eine Verbesserung gegenüber der Verwendung unbeschichteter Schleifteilchen mit als Matrix für die Schleifteilchen
wirkenden Harz- oder Metallbindern.
Derartige beschichtungsverfahren führen auf den Schleifteilchen
zu Niederschlägen, die durch interkristalline Einschlüsse von
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Verunreinigungen.aus ihrer wasserhaltigen Umgebung verunreinigt
sind. Außerdem weisen die Niederschläge insbesondere im Falle elektrolytischer Niederschläge interkristalline Schwachstellen
auf und die Beschichtung hat eine verhältnismäßig niedrige Zug- und Biegefestigkeit. Sie verbessern die physikalischen Eigenschaften
des beschichteten Teilchens im Vergleich zu dem unbeschichteten Teilchen nicht in igendeinem erheblichen Ausmaß.
Die metallenen Hüllkörper, die nach der Erfindung die Schleifteilchen
im Schleifgefüge darstellen, unterscheiden sich von den vorgenannten Beschichtungen in der Zusammensetzung und kristallinen
Struktur.
Im Gegensatz zu jenen Niederschlägen, sind die Niederschläge nach
der Erfindung im wesentlichen reine Metallhüllen, die im wesentlichen frei von interkristallinen Einschlüssen sind.
Die metallene Hülle des Schleifmaterials in dem nach der Erfindung
ausgestalteten Schleifgefüge ist aus Kristallteilchen aufgebaut, die von der Substratoberfläche ausgehende und sich von dieser
forterstreckende Dendriten sind, welche eine Übereinanderlagerung des Kristallteilchenwachstums, unterbrochen durch Niederschlag
weiterer Kristallteilchengerippe auf ihrer Oberseite, bewirken. Die auf diese Weise niedergeschlagenen Kriställteilchen bilden ein
mechanisch verzahntes Gefüge, das der Metallhülle eine hohe Zugfestigkeit verleiht. Derartige Niederschläge werden als "allotriomorph!1
bezeichnet, vgl. Fig. 13.
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Vorzugsweise wird das eingekapselte Schleifmaterial nach der Erfindung
nach einem chemischen Dampfniederschlagverfahren hergestellt, indem die Schleifteilchen der Berührung mit einer flüchtigen
Metallverbindung bei einer erhöhten Temperatur, die ausreicht, die Metallverbindung in Dampfform zu halten, aasgesetzt
werden, und der Dampf dann mit einem Substrat unter Metallniederschlag-Bedingungen
in Berührung gebracht wird.
In den Fällen, in denen es die chemische Natur des Schleifteilchensubstrats
zuläßt, ist es ferner zweckmäßig, metallene Umhüllungen zu wählen, die eine chemische Oberflächenverbindung mit
dem Substrat aufgrund einer begrenzten chemischen Reaktion zwischen dem Metall und der Substratoberfläche eingehen und so ein
eingekapseltes Teilchen in Form eines Cermets bzw. Hartmetalls erzeugen.
Die Ausbildung der zwischenflächigen Verbindung zwischen der Unhüllun^
und dem Substrat wird durch die in dem bevorzugten Verfahren des Metallniederschlags verwendete erhöhte Temperatur gefördert.
In den Fällen, in denen die Metallhülle einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, der wesentlich größer ist als der des Schleifteilchens, erfährt das resultierende Teilchen, nachdem die
Metallhülle auf das Substrätteilchen mit einer hohen Temperatur niedergeschlagen worden ist, beim Abkühlen durch die Metallumhül-
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lung eine Komprimierung. Somit muß die für einen Bruch des Schleif,
teilchens erforderliche Zugkraft größer sein als im Falle des
uneingekapselten Teilchens.
Diese Eigenschaft bietet einen Vorteil ungeachtet des verwendeten Verbindungsmittels, sei es Harz oder Metall.
In den Fällen, in denen das Schleifge-füge als Schneidwerkzeug,
beispielsweise bei ölbohrkronen oder anderen Bohr- und Bearbeitungswerkzeugen,
z.B. zum Sägen von Beton, Mauerwerk, Gestein, Keramik, Ziegeln usw. benutzt wird, werden vorzugsweise Schleifmaterialien
mit.einer Härte von etwa 2000 kg/mm (Knoop oder Vickers) oder mehr, beispielsweise die in Tabelle 1 aufgeführten,
verwendet. Ein zusätzliches vorteilhaftes Kriterium ή st, daß das
Schleifmaterial einen Schmelz- oder Erweichungspunkt aufweisen soll, der über der höchsten Temperatur liegt, die in dem Verfahren
nach dem das Schleifgefüge gebildet wird, erreicht wird, wie es
im folgenden beschrieben ist.
Vorzugsweise wird wegen ihrer physikalischen Eigenschaften, wie
Härte, Schmelzpunkt, chemischer Beständigkeit und anderer physikalischer Eigenschaften, eines der folgenden Schleifmaterialien
verwendet und unter diesen wiederum vorzugsweise natürliche oder synthetische Diamanten. Zusätzlich zu Diamanten können die
folgenden,in Tabelle 1 aufgeführten Schleifmaterialien benutzt werden. Die in der Tabelle angegebenen Werte entstammen der erhältlichen
Literatur.
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SDhleifmaterial
Schmelzpunkt ο-,
Diamanten (synth. o. natürlich)
Aluminiumoxid Gußeutektikumwolframkarbid Wolframmonokarbid (WC) Diwolframkarbid (W3C)
Bornitrid (kubisch) Tetrachromkarbid (Cr^C) Trichromdikarbid (Cr,C2)
Titandiborid (TiB2) Hafniumdiborid (HfB3)
Zirkoniumdiborid (ZrBp) Calciumhexaborid (CaBg) Bariumhexaborid (BaBg)
lTantalkarbid (TaC) Siliziumkarbid
1000c
Spezifisches Gewicht
3.21
Prozent Linearer
Ausdehnungskoeffizient
Ausdehnungskoeffizient
0-100O0P
| 3.5 | 1.5 | |
| 2060 | 3.5-4 | 4.4 |
| 4.800 | 15 | |
| 4800 | 15.8 | 2.7 |
| 4800 | 17.3 | |
| >1700 | 3.48 | r~* 20 |
| 1500 | 6.99 | :$ |
| 1910 | 6.68 | 2.4 |
| 2870 | 4.52 | ■ 4.2 |
| 3250 | 11.20 | 4.2 |
| 3100 | 6.09 | 4.6 |
| 4050 | 2.46 | 3.6 |
| 4100 | 4.32 | 3.8 |
3-7
2.4
Härte kg/mm^ Knoop
Vickers3
8000 3000*
| 1950-2400 | 1 | < | INj |
| 4700* | I | UJ O |
|
| 2650 | |||
| 3OOO-35OO* | |||
| 3800* | |||
| 2000* | |||
| 274O± 220* | |||
| 3000Ϊ 290** | |||
| 22OO-29OOK |
Um .eine auf das Substrat einwirkende Druckkraft zu erhalten, wird
ein Metall für die Umhüllung mit einem wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten
als dem des Substrats gewählt. In diesem Fall zieht sich die Metallhülle, wenn das Metall auf das Substrat
bei einer erhöhten Niederschlagstemperatur niedergeschlagen wird, beim Kühlen mehr zusammen als das Substrat und setzt dieses unter
Druck bzw. Kompression. Da der lineare thermische Ausdehnungs-' koeffizient geeigneter Schleifmaterialien im Bereich von etwa
1 bis 5xlO~ " pro Zoll/0F liegt, werden Metallhüllen mit höherem
Ausdehnungskoeffizienten als dem des Substrats gewählt. Zum Beispiel
werden Metalle mit linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 2 χ 10" bis 10~5" pro Zoll/°F gewählt.Durch Aufeinanderabstimmung
der Ausdehnungskoeffizienten im beschriebenen Sinne kann eine gute Einkapselung erreicht werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die kubischen bzw. räumlichen Ausdehnungskoeffizienten
zu obigen Zwecken als etwa das 3-fache des linearen Ausdehnungskoeffizienten
angenommen werden können.
Bei einer derartigen Kombination muß die einen Bruch des Substratteilchens
herbeiführende Durchschlagskraft größer sein als bei einem uneingekapselten Teilchen, da sie zunächst die Druckkraft
überwinden muß, die das eingekapselte Substratteilchen zusammengedrückt bzw. unter Druck hält.
In der folgenden Tabelle 2 sind Metalle aufgeführt, deren Ausdehnungskoeffizienten
über der unteren Grenze der Koeffizienten der in Tabelle 1 aufgeführten Schleifmaterialien liegt. Wie im
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Falle der Tabelle^ 1 sind die Werte der erhältlichen Literatur
entnommen.
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O CD OO CO
| Tabelle | 2 | Schmelzpunkt 0C |
Prozent Linearer thermischer Aus dehnungskoeffizient 1. |
Elastizitäts modul (Young) X 106 |
|
| Metall | Spezifisches Gewicht |
χ 104/°F 0-100O0P |
|||
| 3380 | 4 | '50 | |||
| Wolfram (W) | 19.3 | 2966 | 3.9 | 27 | |
| Tantal (Ta) | 16.6 | 26IO | 2.2 | 50 | |
| Molybdän (Mo) | 10.2 | 25OO | 4 | 26 | |
| Niobium (Nb)d.h. Columbium (Cb) |
8.5 | I89O | 3.2 | 41 g | |
| Vanadium (V) | 5.89 | I852 | 3 | 11 ° | |
| Zirkonium (Zr) | 6.4 | 1675 . | 4.7 | 16.8 | |
| Titan (Ti) | 4.54 | 1535 | 6.5 | 28.5 | |
| Eisen (Pe) | 7.86 | 1492 | 6.85 | 30 | |
| Kobalt (Co) | 8.9 | 1453 | 7.2 | 30 | |
| Nickel (Ni) | 8.9 | 1083 | 9.22 | 16 | |
| Kupfer (Cu) | 8.9 | 2302574 ι |
|||
So kann z.B., wenn Diamanten als Substrat gewählt werden, eines
der in Tabelle 2 aufgeführten Metalle zur Bildung der Einkapselhülle benutzt werden. In jedem dieser Fälle ist der lineare
Ausdehnungskoeffizient des Metalls wesentlich größer als der des Diamanten, und dies hat den Vorteil, daß auf die Diamanten zusätzlich
eine Druckkraft einwirkt, die dazu beiträgt, die Zugkräfte und Spannungen zu überwinden, die anderenfalls einen Bruch
bzw. eine Zerstörung des Diamanten bei Verwendung als Schleifteilchen in einem Schleifmittel herbeiführen.
Bei der Auswahl des Einkapselmetalls im Hinblick auf den Vorteil
unterschiedlicher Zusammenziehung werden die Metalle in Abhängigkeit von den zu erwartenden Beanspruchungen ausgewählt.
Beispielsweise kommen bei den in Tabelle 2 aufgeführten Metallen und den Schleifmaterialien nach Tabelle 1 Metalle mit einem
Ausdehnungskoeffizienten in Betracht, der etwa 5 bis 1O£ oder
mehr größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des Substrats. Die:
bedeutet, daß der Ausdehnungskoeffizient des Metalls etwa 1,05- oder mehrmal, z.B. bis zu 7-mal, größer als der Ausdehnungskoeffizient
des Substrats sein sollte.
Bei Verwendung von Diamanten als Substrat und von karbidbildenden Metallen werden vorzugsweise solche metallenen Einkapselmaterialien
verwendet, die. nur eine mäßige Reaktion bei den Niederschlagungstemperaturen aufweisen, wie es im folgenden be-
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schrieben wird. Es können z.B. Molybdän, Wolfram, Tantal, Titan
und Niobium benutzt werden, die sämtlich Karbidbilder sind, aber sich nicht wie Eisen verhalten, welches unter den Niederschla-■
gungsbedingungen bzw. bei der Herstellung-des Schleifmaterials
den Diamanten unter Bildung von Karbiden oder Graphit stark angreifen kann.
Aus den vorstehenden Gründen werden in Verbindung mit den in
Tabelle 1 aufgeführten Schleifteilchen unter Auswahl entsprechend
ihren Eigenschaften, wie oben beschrieben, vorzugsweise Wolfram, Tantal, Niobium (Columbium) und Molybdän benutzt, während von
den Schleifteilchen vorzugsweise Diamanten, entweder natürliche oder synthetische Formen, benutzt werden,wobei'vorzugsweise Wolfram
als Exnkapselmaterial Verwendung findet, das-unter solchen
Bedingungen niedergeschlagen wird, die zu einer Erzeugung reinen Wolframs der beschriebenen Kristallform .führen.
In den Fällen, in denen das metalleingekapselte Schleifmaterial in Schleifgefügen Verwendung findet, die durch ein das eingekapselte
Schleifmaterial in einer Metallmatrix mit ausammenhängender
Phase verbindendes Metall gebildet sind, wird als Verbindungsmittel
vorzugsweise ein Metall verwendet, das einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Metallhülle des
SchleifSubstrats. Bei Verwendung von Diamanten als eingekapselte Schleifteilchen wird der Schmelzpunkt der Metallmatrix vorzugsweise
auf eine Temperatur unter etwa 28OO°F begrenzt, damit nicht
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die Diamanten einer zu hohen Temperatur ausgesetzt werden, die deren mechanische Festigkeit beeinträchtigen könnte.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist der thermische Wärmeausdehnungskoeffizient
der als Verbindungsmittel verwendeten Metallmatrix. Da im allgemeinen die niedrjgschmelzenden Metalle und Materialien
eine hohe thermische Ausdehnung besitzen, ist in Abwesenheit eines Einkapselmetalls, das durch das geschmolzene Metall benetzt wird,
die Masse der Matrix beim Abkühlen bestrebt, sich vom Schleifmaterial abzuziehen,-wodurch die Verbindung beeinträchtigt wird.
Es ist ein Vorteil des Einkapselmetalls, das die thermische Ausdehnung der Metallhülle und die der Metallmatrix näher beieinanderliegen
und daß die Grenzflächenspannungen dazu führen, daß ein Abziehen der Metallmatrix von der Metallhülle verhindert
wird. Geeignet sind Metalle, deren Schmelzpunkte so liegen, daß sie bei der Bildung des Sehleifmittelaufbaus flüssig sind, z.B.
bei Temperaturen unter etwa 28OO°P bei Verwendung von Diamanten.
Jedoch werden vorzugsweise solche Metalle verwendet, die auch die bevorzugten Eigenschaften aufweisen, die im folgenden beschrieben
sind. Das ausgewählte Metall sollte bei der Temperatur flüssig sein, bei der die Verwendung des geschmolzenen Metalls zur Bildung
des Schleifgefüges beabsichtigt ist, und zweckmäßigerweise
im festen Zustand eine Dehnbarkeit bzw. Zähigkeit, gemessen in
Werten der Mikrohärte von unter etwa 400 kg/mm aufweisen. Zweckmäßigerweise
sollte es ferner eine Druckfestigkeit von über etwa IO5OO kg/cm2(15O 000 psi), eine Bruchdurchbiegung von über etwa
ρ
6330 kg/cm ( 90 000 psi ) und
6330 kg/cm ( 90 000 psi ) und
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eine Schlagfestigkeit von über etwa 0,7 mkg (sft. Ib.) besitzen.
Zur Erfüllung dieser Bedingungen können Legierungen auf Kupferbasis,
z.B. Messing- und Bronzelegierungen,, und Legierungen auf Kupferbasis mit verschiedenen Mengenanteilen von Nickel, Kobalt,
Zinn3 Mangan, Eisen und Silber verwendet werden.
Da bei Verwendung eingekapselter Diamanten der Diamant von einem Angriff durch das Metall geschützt ist, können Legierungen auf
der Basis von -Kobalt, Nickel und Eisen mit den gewünschten Eigenschaften
verwendet werden. Diese Legierungen sind von einer Verwendung als Metallmatrix bei Benutzung uneingekapselter Diamanten
ausgeschlossen, weil sie im geschmolzenen Zustand den Diamanten übermäßig angreifen. So kann nach der Erfindung bei einem eingekapselten
Diamanten z.B.die Nickel-Kupfer-Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Schmelzpunkt unter 20000F verwendet werden.
Ferner können Gußeisen-, Kobalt-, Chrom- und Wolframlegierungen mit Schmelzpunkten unter etwa 28OO°F verwendet werden.
In den Fällen, in denen das Schleifteilchen ein Wolframkarbidoder Diamantteilchen ist, das durch Nickel, Kobalt oder Eisen
bzw. Legierungen dieser Metalle angegriffen wird,verhindert die Einkapselung des Wolframkarbids mit einer Metallhülle mit wesentlich
höherem Schmelzpunkt nach der Erfindung ein Angreifen, das beim uneingekapselten Teilchen anderenfalls unter den Herstellungsbedingungen
des Schleifgefüges erfolgen würde.
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Wie oben ausgeführt,wird bei Verwendung eines geschmolzenen Metalls
zur Herstellung der Matrix uneingekapseltes Gußwolframkarbi von Legierungen auf Eisen- oder Nickelbasis angegriffen. Das
WpC-WoIframkarbid wird im Binder angegriffen bzw. gelöst und
fällt beim Erstarren eine neue mit eta bezeichnete Phase. Diese Phase ist MgC-Karbid und hat im Falle eines Nickelbinders die
Zusammensetzung Ni^W,C. Die Eta-Phase ist spröder als das ursprüngliche
Teilchen. Das Teilchen gilt als "haloiert" ("haloed"). Der "haloierte" Bereich des Teilchens hat eine Härte von nur etwa
15OO kg/mm ,im Vergleich zu beispielsweise 1950 bis 2100 kg/mm
(Knoop) des Teilchenkerns. Durch Verwendung eines wolframbeschichteten Wolframkarbids obiger Kennzeichnung wird der "Haloierungs"("Haloing")-Effekt
dieser Metalle vermieden, so daß sie dann als Bindermetall verwendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der obigen Schleifgefüge werden mehrere
unterschiedliche Schleifteilchen verwendet. Zusätzlich zu Teilchen
mit hohen Härtewerten, z.B. Diamanten, die als Primär schleif·
material wirken, ist in der zusammenhängenden Phase des Metallmatrixbinders ein Sekundärschleifmaterial von geringerem Härtewert, z„B. die in Tabelle 1 gezeigten Materialien, verteilt -
Der Zweck dieses Sekundärschleifteilchens besteht darin, bevorzugt
zu verschleißen und somit neue Schleifflächen des Primärschleifteilchens
freizulegen.
Die auf diese Weise gebildeten Schleifgefüge gelten als selbst-
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schärfend. Dies bedeutet, daß die das Sekundärschleifmaterial einschließende Matrix bevorzugt und gleichmäßig verschleißt und
neue Primärschleif- bzw. Schneidflächen freilegt. Hierdurch wird die Ausdehnung der Grenzflächen zwischen dem Verbindungsme-tall
der Matrix und den Primär- und Sekundärschleifteilchen herabgesetzt.
Wenn die Verbindung schwach ist, werden die Teilchen aus der Metallmatrix herausgerissen und bewirken einen übermäßigen Ver
schleiß.
Durch die Metallverbindung zwischen der Metallmatrix und dem eingekapselten
Primär- ader Sekundärschleifmaterial wird das Schleifteilchen festgehalten, bis seine Standzeit durch Verschleiß oder
Wegbrechen von Stücken aus dem Bereich, der von der Einkapselung an der Schleifoberfläche während der Schleifwirkung freigeworden
ist, beendet ist.
Bei der Auswahl des Sekundärschleifmaterials können, um dem
Schleifwerkzeug Masse zu geben, von den Schleifteilchen mit geeigneter
Härte und anderen gewünschten physikalischen Eigenschaften diejenigen ausgewählt werden, deren spe-zifisches Gewicht
dem Schleifwerkzeug Masse verleiht, d.h. diejenigen, deren spezifisches Gewicht das Schleifsubstrat wesentlich übersteigt.
Wenn z.B. in einem Schleifwerkzeug uneingekapselte Diamanten als Primärschleifmaterial verwendet werden, können als Sekundärschleifmaterial
Wolframkarbid oder Hafniumdiborid bzw. diejenigen Materialien.mit etwas geringerem spezifischen Gewicht, d.h. 6 oder
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mehr, nach Tabelle 1 verwendet werden.
Jedoch.kann, wie oben beschrieben, das Sekundärschleifmaterial
mit einem geringeren spezifischen Gewicht verwendet werden, in dem das Sekundärschleifmaterial mit Metall eingekapselt wird, das
ein ausreichend hohes spezifisches Gewicht hat, um ein Teilchen von wesentlich höherem Raumgewicht zu erzeugen.
So kann eingekapseltes Sekundärschleifmaterial geeigneter Härte, das beispielsweise aus der Tabelle 1 ausgewählt wird, verwendet
und mit einem Metall mit geeignetem spezifischen Gewicht ^ur Erhöhung
des Raumgewichts des Teilchens eingekapselt werden. Dies ermöglicht die Herstellung eines Schleifwerkzeugs, das das erforderliche
Volumenprozent an Sekundärschleifmaterial aufweist, bei dem jedoch das Schleifgefüge ein größeres Gewicht gegenüber
einem mit ähnlichem Aufbau und Volumen, jedoch mit uneingekapselten
Sekundärschleifteilchen hat.
So kann z.B., wie oben beschrieben, in einem Fall, in dem uneingekapseltes
Wolframkarbid verwendet worden ist, an seiner Stelle AIu1UInIUmOXId verwendet werden, das mit Wolfram eingekapselt
ist, um ein Teilchen mit wesentlich höherem spezifischen Gewicht als dem des Aluminiumoxids zu erhalten. Die Tabelle 2 ermöglicht
die Auswahl geeigneter Einkapselmetalle für diesen Zweck.
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Die durch Verwendung einer Umhüllung mit höherem spezifischen
als dem des Substrats, um einem gegebenen Volumen eines Schleifgefüges Masse zu geben, erreichten Vorteile werden um so augenscheinlicher,
je größer der Unterschied zwischen dem spezifischen Gewicht des Substrats und dem der Umhüllung ist.
Für di^e Einkapselung der Schleifteilchen wird vorzugsweise die
Reduktion eines Dampfes der Metallverbindung verwendet.
Zu diesem Zweck werden vorzugsweise von den nach den genannten Richtlinien ausgesuchten Metallen diejenigen ausgewählt, die eine
Verbindung bilden, welche im Dampfzustand in Berührung mit dem Substrat unter einen Niederschlag des Metalls auf der Substratoberfläche
bewirkenden Bedingungen gebracht werden können.
Vorzugsweise wird eine Verbindung verwendet, die bei einer angemessenen
Temperatur in den Dampfzustand überführt, und zwar entweder wegen ihres verhältnismäßig niedrigen Siedepunktes oder
durch Verminderung ihres Partialdrucks, und in die Berührungszone mit dem Schleifteilchen zur Umwandlung in den auf das Substrat
niedergeschlagenen Metallzustand eingeführt werden kann.
Das bevorzugte Verfahren, welches in seiner Anwendung zur Herstellung
des neuartigen eingekapselten Schleifteilchens die hervorragende Umhüllung liefert, ist die Umwandlung einer flüchtigen
Metallverbindung in auf dem Substrat niedergeschlagenes Metall
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und ein gas- oder dampfförmiges Reaktionsprodukt, das außer Berührung
mit dem Einkapselmetall gebracht werden kann. Hierbei verbleibt eine Umhüllung, die im wesentlichen frei von eingeschlossenen
Verunreinigungen ist.
Zu diesem Zweck werden vorzugsweise die Halogenide oder Karbonyle der Metalle verwendet. Zur Vereinfachung derArbeitsweise werden
vorzugsweise diejenigen Verbindungen angewandt, deren Siedepunkt bei atmosphärischem Druck unter der Reaktionstemperatur liegt.
Während Verbindungen, die in den flüssigen Zustand versetzt und durch Vakuumdestillation oder Verringerung ihres Partialdruckes
mittels eines Trägergases destilliert werden können, möglich sind, werden die in Tabelle 3 aufgeführten Verbindungen mit angemessenen
Siedepunkten, so daß deren Verdampfung mühelos erreicht wird, vorgezogen.
3 η 9 ρ s1 / π
| - 20 - | Eisenkarbonyl (Pe(CO)g) | 2302574 |
| Molybdänpentachlorid (MoCIf-) | ||
| Tabelle 3 | Molybdänhexafluorid (MoPg) | Siedepunkt.,,0^ |
| Molybdänkarbonyl (Mo(CO)g) | bei 760 mm* | |
| Wolframpentabromid (WBr^) | 102.8+ | |
| Wolframhexabromid (WBrg) | 268 | |
| Wolframpentachlorid (VZCl1-) | 35 | |
| Wolframhexachlorid (WCIg) | 156.4 | |
| Wolframkarbonyl (W(CO)g) | 333 | |
| Tantalpentachlorid (TaCIf-) | 17.5 | |
| Tantalpentafluorid (TaP5) | 275.6 | |
| Titantetraborid (TiB^) ' ■ ■ | 346.7 | |
| Titanhexafluorid (TiFg) | 175 bei 766 mm | |
| Titantetrachlorid (TiCl^) | 242 | |
| Columbiumpentabromid (CbBr^) | 229.5 | |
| Columbiumpentafluorid (C,Ff-) | 230 | |
| Columbiumpentachlorid (0,Cl1-) | 35-5 | |
| Nickelhexafluorid (NiPg) | 136.4 | |
| Vanadiumtetrachlorid (VaCl^) | 36I.6 | |
| Vanadiumpentafluorid (VaCl1-) | 236 | |
| Hf Wenn nicht anders angegeben | 236 | |
| 4 bei 25 mm | ||
| 148+ | ||
| 111 + | ||
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Im Hinblick auf die obigen Darlegungen wird Wolfram zur Verwendung
als Einkapselmetall wegen seiner hohen Dichte und seines hohen Schmelzpunktes bevorzugt. Es führt unter den Herstellungsbedingungen nach der Erfindung zu einer Beschichtung von außergewöhnlich
hoher Festigkeit. Es wird leicht durch die oben beschriebenen geschmolzenen Metallmatrizen benetzt und bildet eine
feste metallurgische Verbindung πάυ den nach der Erfindung verwendeten
Metallmatrizen. Es ist insbesondere in den Fällen, hervorragend geeignet, in denen das Substrat Diamant ist oder solche
Substrate vorliegen, die mit dem Wolfram reagieren, z.B. diejenigen, die mit Wolfram Cermets bzw. Hartmetalle bilden.
Das bevorzugte Primärschleifmaterial ist Diamant. Bei Einkapselung
mit einem Metall unter den beschriebenen bevorzugten Bedingungen bewirkt es ein überlegenes Schleifgefüge von längerer
Standzeit. Bei Einkapselung mit Wolfram oder anderen geeigneten Metallen, wie oben beschrieben, wird es, nachdem die freiliegende,
in Berührung mit dem Werkstück stehende Metallhülle verschlissen ist, dem Werkstück ausgesetzt, steht jedoch andererseits in
griffiger Verbindung mit der Einkapselhülle, die ihrerseits in griffiger Verbindung mit der Metallmatrix steht.
Anstelle des oder zusätzlich zu dem eingekapselten Diamanten können die anderen oben beschriebenen Schleifmaterialien und
von diesen vorzugsweise eingekapseltes Aluminiumoxid, jedoch insbesondere auch eingekapseltes Wolframkarbid oder Karborund bzw.
Siliziumkarbid, verwendet werden, wie es im folgenden ausführ-
309831 /1116
lidier beschrieben ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung mehrerer in der
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Schemabild des bevorzugten Einkapselverfahrens,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Form zur Verwendung im Einsickerverfahren zur Herstellung des Schleifmittels
nach einer Ausführung:=?form der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Form zur Verwendung
im bei der Herstellung eines Schleifelements angewandten
Warmpreßverfahren,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 einen'Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Säge mit aufgebrachtem
Schleifmittel,
Fig. 7 einen Schnitt durch eine Form für eine Kernbohrkrone, Fig. 8 eine Darstellung der Kernbohrkrone nach Fig. 7, und
Fig. 9 Mikroaufnahmen geätzter Schnitte von in einer Metallbis 14
matrix enthaltenen Metallschleifteilchen.
In Fig'l 1 ist schematisch der Abl'auf des bevorzugten Verfahrens
zur Herstellung des neuartigen eingekapselten Schleifmaterials nach der Erfindung dargestellt. Die zu beschichtenden Teilchen
werden in das Reaktionsgefäß 1 eingegeben, dessen Kappe 2 ent-
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fernt worden ist. Zur Abstützung der Teilchen mit ausgewählter Korngröße besiuzt das Reaktionsgefäß einen perforierten .Boden.
Bei wiederaufgesetzter· Kappe 2, geschlossenen Ventilen 3,4,5 und 13 und geöffnetem Ventil 7 wird die Vakuumpumpe angestellt, um
das System zu entgasen. Das Ventil 7 wird daraufhin geschlossen und das System mit Wasserstoff aus einem Vorratsbehälter 11 gefüllt,
wobei das Ventil 5 offen ist. . "
Das Reaktionsgefäß wird durch den Ofen 9 auf Rekationstemperatur, z.B. etwa 10000P bis 12000P erhitzt, während ein langsames Durchblasen
mit Wasserstoff erfolgt. Per Wasserstoffdurchfluß wird erhöht,
bis ein Wirbelbett errichtet ist. Vor seinem Eintritt in da Reaktionsgefäß strömt der Viasserstoff durch einen herkömmlichen
Paladiumkatalysator, damit irgendwelche Verunreinigungen, beispielsweise im Wasserstoff enthaltener Sauerstoff, entfernt werden.
Eine dampfförmige Metallverbindung wird aus der Verdampfungskammer
10, die gegebenenfalls durch den Ofen 14 erhirtzt werden kann, zusammen mit einem inerten bzw. chemischträgen Gas, z.B.
Argon aus einem Argonbehälter 6, in die Reaktionskammer eingegeben.
Vorzugsweise werden dieoben erwähnten flüchtigen Metallhalogenide verwendet, obgleich in einigen Fällen auch die in Tabelle 3 aufgeführten
Karbonyle benutzt werden können. In den Fällen, in denei
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Halogenid verwendet wird, wird in der Reaktion Wasserstoffhaloge
η-id gebildet, das durch die Blasenabschneider (Bubble Traps) geleitet
und im Absorptionsgefäß absorbiert wird. In den Fällen, in denen die flüchtige Verbindung ein Fluor.id ist, ist das gebildete
Produkt ein Wasserstofffluorid, wobei Natriumfluorid
zu dessen Absorption benutzt werden kann. Vorzugsweise wird
Wasserstoff in einem stöchiometrischen Überschußververhältnis
verwendet.
Bei der Reaktion wird Metall auf das Substrat niedergeschlagen und das sich in dampfförmigem Zustand befindende ausströmende
Material wird abgeführt und hinterläßt keine Verunreinigungsstoffe am oder im Metall. Das'Metall wird in seinem reinen Zustand
gebildet.
Der Grad des Metallniederschlags hängt von der Temperatur und dem Strömungsdurchsatz des reagierenden -Stoffes ab und ist um
so größer, je höher die Temperatur und je größer der Strömungsdurchsatz des Wasserstoffs und der flüchtigen Metallverbindung
ist.
Nach Bildung des Niederschlags werden die Ventile 4 und 5 geschlossen,
Argon weiterhin dem Reaktionsgefäß zugeführt und das mit Metall eingekapselte Schleifmaterial kann in dem nichtoxydierenden
Zustand der Argon-Umgebung auf Raumtemperatur abkühlen. Durch die Bedingungen im Reaktionsgefäß, sowohl hinsichtlich der
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Korngröße und der Größenverteilung der Teilchen als auch hinsichtlich
der Geschwindigkeit der Dämpfe und Gase, wird eine Wirbelschicht der Teilchen gebildet. Wie der Fachmann erkannt, wird
eine dichte Phase im unteren Teil des Reakti-onsgefäßes gebildet,
in dem die Teilchen mehr oder weniger gleichmäßig in heftiger Bewegung in der dichten Phase verteilt sind. Dies führt zu einem
im wesentlichen einheitlichen Niederschlag pro Oberflächeneinheit der Teilchen.
Die Reaktionsprodukte, Trägergase und Überschußwasserstoff gelangen
in den oberen, als Trennraum bezeichneten Raum, wo sie von mitgenommenen Teilchen getrennt werden.
In den Fällen, in denen das Diamantteilchen glatt ist, z.B. im Falle synthetischer Diamanten, kann die Verbindung der Metallhülle
mit der Diamantsubstratfläche, die durch das oben beschriebene
Verfahren erzeugt wird, durch eine vorausgehende Oberflächenätzung des Diamanten verbessert werden. Die Ätzung der Diamanten
ist auch in den Fällen vorteilhaft, in denen eine Metallhülle nach anderen Verfahren erzeugt wird, beispielsweise elektrochemischen
oder elektrolytischen Niederschlagverfahren. Aus den vorbeschriebenen Gründen ist jedoch das nach dem oben beschriebenen
Dampfniederschlagverfahren erzeugte Produkt überlegen, so daß
dieses Verfahren bevorzugt wird.
3 0 9 8 3 1/1116
Bei spiel_1
Die Diamanten werden zum Ätzen in ein Schmelzbad eines Alkalimetallnitrate
oder alkalischen Erdnitrats mi-t einer Temperatur unterhalb der Zerlegungstemperatur getaucht. Bei Verwendung von
Kaliumnitrat läge der Temperaturbereich zwischen 630°+F und 750 P3 bei Natriumnitrat bei etwa 58O0F und unter ca* 700°F bei
'Bariumnitrat bei oder über 11000F und unterhalb der.Zerlegungstemperatur. Vorzugsweise wird Kaliumnitrat bei etwa 63O0F für
etwa ein Stunde· verwendet. Das Bad ist in einer Stickstoff- oder anderen chemischträgen Gasatmosphäre enthalten.
Nach Beendigung des Wärmprozesses wird das Schmelzbad gekühlt und das gekühlte Bad daraufhin mit Wasser ausgelaugt, um das Salz
zu lösen, wobei die geätzten Diamanten zurückbleiben, die dann separiert und getrocknet werden können.
Der Grad des Ätzens hängt von der Eintauchzeit ab. Eine angemessene
Zeit ist etwa eine Stunde, unter welchen Bedingungen die Teilchen etwa 1/2 bis 1% ihres Gewichts verlieren. Die Oberfläche
der Diamanten wird angerauht bzw. angefressen und bildet einen wünschenswerten, verbesserten Substratgrund.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren des Niederschiagens
einer Metallhülle auf ein Substrat veranschaulichen.
3 09 8 3.1/11 1B
Synthetische oder natürliche Diamanten, vorzugsweise wie oben geätzt, mit einer für eine Wirbelschichtbildung geeigneten Korngröße
werden in das Reagenzgefäß 1 eingeführt. Die verwendete Korngröße richtet sich nach der Betriebsart des Schleifwerkzeugs,
Bei der Verwendung an Ölbohrwerkzeugen, Schneiden," Sägen u^d
Schleifvorrichtungen können Teilchen mit einer Korngröße, die
nach der Tyler-Siebreihe einen Durchgang durch das Sieb Nr. 16 hat und einen.Rückstand auf dem Sieb Nr. 400 bildet (-16+JlOO),
benutzt werden. Vorzugsweise wire* eine Körnung der Sieb-Nr. kO
bis 100, beispielsweise -40+50, verwendet. Beim Niederschlag von Wolfram wird vorzugsweise Wolframhexafluorid verwendet, das im
Behälter 10 in Dampf form vox-handen ist. Es ist bei Raumtemperaturen
flüchtig und braucht nicht erwärmt zu werden. Im Reaktionsgefäß ist, nachdem das System entgast und wieder aufgefüllt ist,
der Wasserstoffstrom auf einen Strömungsdurchsatz von etwa
100ml/min eingestellt und nachdem, wie oben beschrieben, die Temperaturen im Reaktionsgefäß 1 auf 11500P gemessen durch das
Thermoelement, eingestellt worden sind, wird der Wasserstoffstrom auf etwa 1250 bis 135Oml/min und der Strom des Wolframfluoriddampfes
auf etwa 150ml/min erhöht, sowie das Argongas auf etwa 285ml/min eingestellt, wobei sämtliche Messungen durch die in
Fig. 1 angedeuteten Durchflußmesser erfolgen und der Wasserstoff im stöchiometrischen Überschußverhältnis gegenüber dem Wolframhexafluorid
vorhanden ist.
1/1116
Die'Dicke der Wolframschicht auf den Diamanten hängt von der Behandlungsdauer
ab und beträgt 1 mil in etwa einer Stunde bei den oben beschriebenen Diamanten mit einer Korngröße der Sieb-Nr.
JJO bis 50. Geeignete Niederschlagdicken gehen von etwa 0,1 mil bis
etwa 1,5 mil.
Anstelle von Diamanten kann Aluminiumoxid verwendet werden. Korngröße,
Temperatur und das Beschichtungsverfahren können wie im Beispiel 2 beschrieben zur Erzeugung eines Wolframüberzugs der' ge
nannten Dicke befolgt werden.
Gleichermaßen kann Wolframkarbid nach dem im Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren mit Wolfram überzogen werden.
In obigen Beispielen ist die Substratoberfläche vollständig überzogen,
was anzeigt, daß der Prozeß des chemischen Dampfniederschlags unter Vakuum große Streufähigkeit besitzt. Die äußere Ober
fläche der überzogenen Teilchen ist mit der äußeren Oberfläche des bedeckten Substrats topographisch kongruent und reproduziert
sie. Durch das ineinandergreifende Gefüge wird ein überzug von
hoher Zug- und Biegefestigkeit erzeugt.
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Da der überzug bzw. die-Beschichtung bei hohen Temperaturen erfolgt,
ist bei der Abkühlung von etwa 110O0P deren Schrumpfung
bzw. Zusammenziehung wesentlich stärker als die des Substrats,
so daß durch die resultierende Endschrumpfung eine Komprimierung bzw. ein Druck auf das eingehüllte Schleifteilchen erzeugt
wird (vgl. Pig. 9 bis Ik).
bzw. Zusammenziehung wesentlich stärker als die des Substrats,
so daß durch die resultierende Endschrumpfung eine Komprimierung bzw. ein Druck auf das eingehüllte Schleifteilchen erzeugt
wird (vgl. Pig. 9 bis Ik).
Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde bei der Beschichtung von
Karborundteilchen mit einer Korngröße von -80 +200 angewendet.
Karborundteilchen mit einer Korngröße von -80 +200 angewendet.
Die metallüberzogenen Teilchen können zur Herstellung verbesserter
ochleifgefüge bei allen Herstellungsverfahren, die in Verbindung mit nicht eingekapselten Schleifteilchen tekannt geworden
sind, verwendet werden. Hierzu gehören solche Verfahren, die als Oberflächenbelegung, Einsickerung bzw. Infiltration, Warmpressung
und Plammetallisierung bekannt geworden sind. Beispielsweise kann ein oberflächenbelegter Ölbohrer (vgl. Fig. 7 und 8), wie er in
der ÜS-PS 2 838 284 beschrieben ist, in einer Graphitform gebildet werden. Die Form weist Muffen in ihrer inneren Oberfläche im an die Bohrfläche des in der Form herzustellenden Bohrers
angrenzenden Bereich auf. Ein Bohrereinsteckende ist in der Form mit Abstand von deren innerer Oberfläche angeordnet. Zwischen
dem Raum in der Form zwischen dem Einsteckende und den Diamanter·
der ÜS-PS 2 838 284 beschrieben ist, in einer Graphitform gebildet werden. Die Form weist Muffen in ihrer inneren Oberfläche im an die Bohrfläche des in der Form herzustellenden Bohrers
angrenzenden Bereich auf. Ein Bohrereinsteckende ist in der Form mit Abstand von deren innerer Oberfläche angeordnet. Zwischen
dem Raum in der Form zwischen dem Einsteckende und den Diamanter·
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befindet sich eine Matrix, die aus einem Gemisch von Teilchen bestimmter Größe aus Gußwolframkarbid als Sekundärschleifmaterial
und einem Metallpulver, z.B. Nickel oder Wolfram, zusammengesetzt ist. Diese Mischung befindet sich in der Form über der Fläche, "
auf der die Diamanten.angeordnet sind. Die Korngröße des Wolframkarbids
ist so gewählt, daß Verdichtung und Porenvolumen im richti
gen Maß erreicht werden, und liegt beispielsweise im Bereich von
35 bis 75$ des Gesamtvolumens, Korngröße z.B. -30 +60, wie oben
beschrieben. Die Form wird zur Verdichtung der Wolframkarbidteilchen in Schwingungen versetzt.
über der Schicht aus Wolframkarbidteilchen liegt eine Schicht
pulverförmigen Bindermetalls, wie es oben beschrieben ist. Die Form wird in einen Ofen eingeführt und auf eine Temperatur erhitzt,
die ausreicht, das Einsickermetall zu schmelzen. Beispielsweise kommt hierbei der Bereich von 2000° bis 250O0F bei Verwendung
z.B. einer Kupfer-Nickel-Zink-Legierung in Betracht. Das Metall schmilzt und sickert durch die Hohlräume, so daß eine Metallmatrix
in zusammenhängender Phase erzeugt wird, die die Wolframkarbidteilchen
und die von der Formoberfläche vorstehenden Bereiche
der Diamantteilchen bindet.
Bei diesem Verfahren werden vorzugsweise die gemäß dem oben beschriebenen
Verfahren behandelten wolframüberzogenen Diamanten mit einem überzug von beispielsweise etwa 0,5 mil oder mehr, z.B.
1 bis 1,5 mil, verwendet. Anstelle des Wolframkarbids können als Sekundärschleifmaterial außer Diamanten alle in der Tabelle 1 auf-
geführten Schleifmaterialien oder die vorgenannten Sekundärschleifteilchen
in einer Metallhülle eingekapselt, wie oben beschrieben, z.B. nach dem obigen Verfahren mit Wolfram beschichtet
Aluminiumoxid, verwendet werden.
Wie bereits beschrieben, wird bei der Durchführung dieses Verfahrenseine
Temperatur unterhalb etwa 280O0F gewählt, um nicht die Diamanten einer zu hohen Temperatur auszusetzen. Infolge ■
des metallenen Überzugs, der auf dem Diamanten und gegebenenfalls auf den Sekundärschleifteilchen liegt, benetzt das Bindermetall
die Oberflächen der eingekapselten Teilchen und bewirkt somit eine enge Verbindung mit der Matrix. Die Einkapselung der
Primär- und Sekundärschleifmaterialien vermindert ein Angreifen dieser Produkte durch das einsickernde Metall, während die unbeschichteten
Schleifmaterialien leicht durch Einsickermetalle angegriffen werden können, wie es oben beschrieben wurde.
Das in der obigen Konstruktion verwendete Sekundärschleifmaterial kann zweckraäßigerweise ein Wolframkarbid im Bereich von WC mit
6,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff bei W-C mit einem Kohlenstoffgehalt
von etwa 3,16 Gewichtsprozent sein. Ein gut geeignetes
Material ist sogenanntes gesintertes Wolframkarbid, das aus feinsten WC-Kristallen und Kobaltmetall besteht, die durch
Sintern in der Flüssigphase bei hoher Temperatur miteinander verbunden sind. Der Kobaltgehalt variiertvon 3 Gewichtsprozent bis
über 25 Gewichtsprozent. Dieses Material hat eine Härte von etwa
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2
1250 bis 1350 kg/mm. (Knoop). Eine andere Form einer Eutektikumlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Gewichtsprozent und einer Härte im Bereich von I9OO bis 2000 kg/mm (Knoop) kann ebenfalls verwendet werden.
1250 bis 1350 kg/mm. (Knoop). Eine andere Form einer Eutektikumlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Gewichtsprozent und einer Härte im Bereich von I9OO bis 2000 kg/mm (Knoop) kann ebenfalls verwendet werden.
Schleifelemente können auch nach dem Imprägnierverfahren hergestellt
werden, indem man die Primär- und Sekundärschleifmaterialien
in Pulverform mischt, die Mischung in einer geeigneten Form rüttelt bzw. verdichtet und in die. Mischung eine Bindermetalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt einsickern läßt, wie es
oben beschrieben wurde.
Die Fig. 2 und 5 zeigen eine geeignete Graphitform zur Verwendung in Arbeitsverfahren zur Herstellung von Sägeblattsegmenten, die
an ein Sägeblatt angelötet werden. Die Form besteht aus einer Grundplatte 101, der eigentlichen Form 102 mit einem Arider 103,
der einen mit einer Klemmschraube 105 festgeklemmten Trichter 101I trägt, und ist mit einem Ofendeckel 106 abgedeckt. Die
eigentliche Form besteht aus in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten
Formausnehmungen, deren Abmessungen in Umfangsrichtung
wesentlich kleiner sind als ihre radiale Länge. Das Primärschleif·
material, z.B. eine Mischung von Diamantteilchen mit einer Korngröße der Sieb-Nr. -20+^5 oder -45+60 und pulverförmiges Wolframkarbid,
werden in die Form 102 eingestampft.· Der Trichter ent-
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hält ein Bronze-Kupfer-Zinn-Legierungspulver"mit einer Korngröße,
die einen Durchgang durch ein Sieb Nr. 200 hat. Die Diamanten bilden etv/a 25 Volumenprozent der abschließend in der Formausnehmung
103 gebildeten Metall-Diamant-Mischung. Die Form wird auf
etwa 2000 bis 2100 F erhitzt, um die Legierung zu schmelzen, die durch die Zwischenräume zwischen den Diamantteilchen in der Formausnehmung
sickert, d.h. in die Poren einsickert und diese zur Bildung der zusammenhängenden Phase füllt, die die beschichteten
Diamantteilchen und das Wolframkarbid in der zusammenhängenden Metallmatrix bindet.
Das Verfahren nach Beispiel 7, und das dann hergestellte Erzeugnis,
kann auch ausgeführt werden, indem man das Wolframkarbid durch ein metallbeschichtetes Wolframkarbid, z.B. mit Wolframmetall
beschichtetes Wolframkarbid, oder andere wolframbeschichtet Sekundärschleifmaterialien, z.B. Aluminiumoxid oder Karborund, ersetzt.
Zum Beispiel können bei der Herstellung eines 12"-Sägeblatteij, an
das etwa neunzehn der obigen Abschnitte an dessen Außenumfang an-
7 1 gelötet werden, Abschnitt von etwa 1-" Länge, *" Breite und etwa
- D ö
,|" Dicke verwendet werden, die durch Einführung von etwa 3500
Steinchen mit einer Körnung zwischen den Sieben Nr 45(-) und 60(+) oder etwa 1,1-karätigem Diamantkorn gebildet werden (vgl.
Fig. 6).
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Anstelle des Einsickerverfahrens kann ein Warmpreßverfahren zur
Herstellung des Schleifwerkzeugs nach der Erfindung angewendet werden. Bei einem derartigen Verfahren besteht die Formmisehung
aus einer Mischung von Schleifteilchen und pulverförmigem Metall,
das die zusammenhängende Metallmatrix zur Bindung der Schleifteilchen bildet.
Die verwendete Form ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Form ist der in Fig. 2 dargestellten ähnlich, außer daß kein Trichter
verwendet wird und die Schraube 105 durch einen Zapfen 107 ersetzt ist. Der Trichter 104 ist durch den Deckel 108 anstelle des
Deckels 106 ersetzt. Die Form ist für das Einsetzen des Deckels in der gezeigten Weise ausgebildet. Die Form wird in eine Presse
gebracht und beispielsweise in einem Induktionsofen erhitzt.
Zur Herstellung des Sägeblattelamentes nach dem oben beschriebener
Warmpreß-verfahren wird eine Mischung von Wolframmetallpulver,
pulverförmigem Wolframkarbid und Diamantkorn der Sieb-Nr. -35 und +50, das mit einer 10^-m dicken Wolframmetallhülle überzogen ist,
wie oben beschrieben, mit einer Bronze-Zinn-Legierung, die einen
Durchgang durch ein Sieb Nr. 200 hat, gemischt und in die Form nach Fig. 4 eingestampft. Die Konzentration der Diamanten in der
Mischung beträgt zweckmäßigerweise etwa 25$. Die Form wird auf
etwa l600°F bei einem Druck von etwa 210 kg/cm2 (3000 psi) zur
Herstellung.des Sägeblattelements erhitzt.
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Anstelle von Wolframkarbid kann wolframbeschichtetes Wolframkarbid
oder ein anderes oben beschriebenes metallbeschichtetes Sekundärschleifmaterial , z.B. wolframbeschichtetes Aluminiumoxid oder
Karborund, verwendet werden.
Anstatt beispielsweise die bei niedrigen Temperaturen schmelzende Bronze zu verwenden, können als Bindermatrix die höher schmelzenden
Metalle, z.B. Eisen, Kobalt, Nickel oder Legierungen dieser Metalle benutzt werden, wobei die Warmpreßform auf Temperaturen
über 1535°P in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des zur Bildung des Binders ausgewählten Metalls erhitzt wird.
Bei der Durchführung der Verfahren nach den Beispielen 3 bis 9 bei eingekapselten Schleifma^erial vorzugsweise das Einkapselverfahren
nach Beispiel 2 verwendet und bei Diamanten wird im Falle synthetischer Diamanten mit glatter Fläche diese vorzugsweise
geätzt, z.B. nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1.
Das nach dem Einkapselverfahren der Beispiele 1 und 2 hergestellte
überlegene Erzeugnis ist bei Benutzung in der Herstellung von Schleifwerkzeugen bzw. -elementen nach dem Warmpreß- oder Einsickerverfahren
in den Fig. 9 bis 14 dargestellt.
Fig. 9 zeigt einen 0,025" dicken Wolframüberzug auf einem Aluminiumoxidteilchen
in der Metallmatrix bei 140-facher Vergrößerung mit einem Raumgewicht von 9,3 ^
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Fig. 10 zeigt ein ähnliches wolframbeschichtetes Aluminumoxidteilchen
in einer Metallmatrix bei 28O-facher Vergrößerung.
Fig. 11 zeigt ein in eine Metallmatrix wararangepreßtes wolframbeschichtetes Diamantteilchen bei 210-facher Vergrößerung.
Fig. 12 zeigt einen Teil des Teilchens bei 840-facher Vergrößerung
.
Fig. 13 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes wolframbeschichtetes
Karborundteilchen mit einer Korngröße zwischen den Sieb-Nr. 80 und 100 (-80 +100) bei 280-facher Vergrößerung.
Fig. 14 zeigt poliertes und geätztes, bei 1700°F in eine Metallmatrix
warmeingepreßtes wolframbeschichtetes Al2O, bei 560-facher
Vergrößerung zur Darstellung der allotriomorphen Dendritkristallstruktur.
Die ausgezeichnete Streufähigkeit des Verfahrens und der innige überzug sind ersichtlich. Die Metallhülle ist mit der Substratoberfläche
kongruent und bildet sie getreu nach. Die resultierende i-nnige Verbindung bewirkt die oben angeführten Vorteile hinsichtlich
Kompression und Wärmefortleitung.
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Claims (18)
1. Schleifmittel, gekennzeichnet durch in eine Ketallhülle
eingekapselte Schleifteilchen.
2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen eine Härte von über etwa 2000 kg/mm besitzen.
3. Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus allotriomorphen Dendriten zusammengesetzt
ist.
1I. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3S dadurch gekennzeichnet,
daß das Schleifmaterial einen linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von etwa 1 χ 10 " pro Zoll/ P bis etwa
5 x 10 " pro Zoll/°P, das Metall einen linearen Ausdehnungskoeffizienten
im Bereich von etwa 2 χ 10~ bis 10 pro Zoll/°P aufweist und der lineare Ausdehnungskoeffizient des Metalls etwa
das 1,05- bis- 7-fache des linearen Ausdeh'n-ungskoeffizienten. des
uneingekapselten Teilchens beträgt.
5. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen in einer zusammenhängender
Phase einer Metallmatrix angeordnet sind.
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6. Schleifmittel nach" einem der Anbprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schleif teilchen aus Diamanten, Wolfrarukarbid,
Aluminiumoxid oder Karborund bestehen.
7. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadxirch
gekennzeichnet, daß das Einkapselmetall Wolfram, Tantal3Colunibiurn
(Niobium) oder Molybdän ist.
8. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 53 dadurch
gekennzeichnet, daß das Schleifmaterial Diamant und das Einkapselmetall Wolfram ist.
9· Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 53 dadurch gekennzeichnet,
daß das Schleifmaterial Wolframkarbid und das Einkapselmetall Wolfram ist.
10. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schleifinaterial Aluminiumoxid und das
Metall Wolframkarbid ist/
11. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder
7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen aus geatzten
Diamantteilchen bestehen.
12. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen in einer zusammenhängenden
Phase einer Metallmatrix in Form mehrerer unterschiedlicher Schlei
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teilchen mit verschiedener Härte vorgesehen sind, die Teilchen
größerer Härte eine Härte von mehr als etwa 2000 kg/mm aufweisen und die unterschiedlichen Teilchen gleichmäßig in der
Metallmatrix verteilt sind.
13. ,,Schleifmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilchen größerer Härte mit Wolfram, Tantal, Columbium (Niobium) oder Mdybdän eingekapselte Diamanten sind und die
unterschiedlichen Schleifteilchen aus Wolframkarbid, Aluminiumoxid
oder Karborund bestehen.
1*1. Schleifmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die unterschiedlichen Schleifteilchen in Wolfram, Tantal,
Columbium (Niobium) oder Molybdän eingekapselt sind.
15· Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittels nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere eine Härte von mehr als etwa 1700 kg/mm aufweisenden
Schleifteilchen mit einer dampfförmigen Metallvcrbindunf
und mit Wasserstoff bei einer gehöhten Temperatur im Bereich von etwa 10000I? bis 12000F in Berührung gebracht, Metall als eine
Hülle auf den Teilchen niedergeschlagen wird und die Teilchen von mit ihnen in Berührung befindlichen Dämpfen und Gasen getrennt
werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
als Einkapselmetallverbindung ein Halogenid von Wolfram, Tantal, Columbium (Niobium) oder Molybdän verwendet wird.
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17· Verfahren-nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß als Schleifteilchen Diamanten verwendet werden, die
durch Berührung mit einem geschmolzenen Alkalimetallnitrat oder einem Alkalierdnitrat bei Temperaturen unterhalb der Zerlegungstemperatur des Nitrats in einer inerten Atmosphäre geätzt worden
sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß als Einkapselmetall Wolfram verwendet wird.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US219973A US3871840A (en) | 1972-01-24 | 1972-01-24 | Abrasive particles encapsulated with a metal envelope of allotriomorphic dentrites |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2302574A1 true DE2302574A1 (de) | 1973-08-02 |
| DE2302574B2 DE2302574B2 (de) | 1979-10-31 |
| DE2302574C3 DE2302574C3 (de) | 1980-07-10 |
Family
ID=22821507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2302574A Expired DE2302574C3 (de) | 1972-01-24 | 1973-01-19 | Schleifmittel und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3871840A (de) |
| JP (2) | JPS5337599B2 (de) |
| DE (1) | DE2302574C3 (de) |
| FR (1) | FR2169573A5 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3425678C1 (de) * | 1984-07-12 | 1985-10-24 | Bayerische Motoren Werke AG, 8000 München | Verwendung eines zerstäubten Schnellarbeitsstahles |
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