DE2302574B2 - Schleifmittel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Schleifmittel und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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-
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel mit in eine Metallbülle eingekapselten Schleifteilchen mit einer
Härte von über 2000 kg/mm2, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei einem bekannten Schleifmittel dieser Art (US-PS 28 788), bei dem Diamantteilchen in eine Reihe von
Metallen eingekapselt sind, werden zur Erzeugung der MetaUhülle die Diamantteilchen nach herkömmlichen
Reinigungsverfahren gesäubert, mit Wasser abgespült und danach herkömmlichen stromlosen oder elektrolytischen
Beschichtungsvorgängen zur Erzeugung der
Metallbeschichtung unterzogen.
Es ist ferner bekannt (US-PS 23 67 404), Diamantteilchen
mit einem Metall zu überziehen, sodann zur Herstellung eines Poren aufweisenden Schlei fgefüges
ein die metallbeschichteten Diamantteilchen umfassendes Metallpulvergemisch bei Temperaturen von 800 bis
8500C in nicht-oxydischer Atmosphäre zu sintern und anschließend das Produkt bei Temperaturen von 700 bis
8000C von Gasen zu trennen. Um das in dieser Weise
ίο gebildete Schleifgefüge mit der Arbeitsfläche eines
Schleif- oder Schneidwerkzeuges verlöten oder verschweißen zu können, wird das Produkt sodann
abschließend mit einem Silberlot tauchbeschichtet
Es sind auch metallbeschichtete Diamanten bekannt
Es sind auch metallbeschichtete Diamanten bekannt
υ (DE-OS 20 21 399), bei denen zwischen den Diamanten
und der äußeren Metallbeschichtung eine Zwischenschicht aus Molybdän angeordnet ist, die chemisch an
den Diamanten gebunden ist Zur Herstellung der Molybdänbeschichtung mit Hilfe eines an sich bekannten
chemischen Verfahrens findet hierbei eine Reaktion zwischen einem Molybdänsulfat statt welches mit
Azetyl-Azeton zur Bildung eines Komplexes extrahiert wird. Dieser Komplex wird dann für ein Absetzen des
Metalls auf den Diamanten umgewandelt Erst daraufhin erfolgt eine Erhitzung in einer neutralen oder
reduzierenden Atmosphäre auf 550 bis 8000C des in
dieser Weise beschichteten Diamanten, um die Bindung des Molybdäns an diesen zu bewirken. Anschließend
wird die äußere Metallbeschichtung in an sich bekannter
jo Weise, z. B. durch Elektroplattierung oder Galvanisierung,
aufgebracht.
Alle derartigen bekannten Beschichtungsverfahren führen auf den Schleifteilchen, wie Diamanten, zu
Niederschlagen, die durch interkristalline Einschlüsse von 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. Eine nennenswerte Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des beschichteten
Schleifteilchens im Vergleich zu einem unbeschichteten Schleifteilchen läßt sich auf diese Weise nicht erreichen.
In ihrer Verwendung in Schleif-, Abreib-, Schneid- und Erdbohrwerkzeugen, im folgenden als Schleifwerkzeuge
bezeichnet, sind die Schleifteilchen in einem Schleifgefüge gebunden, das einen Binder, z. B. ein Harz
oder ein Metall, verwendet, der als Matrix wirkt und die Schleifteilchen im Schleifgefüge hält. Beim Schleifvor-
w gang werden die Schleifteilchen einem hohen Druck und
großen Spannungen ausgesetzt, woraus bei Schleifmitteln, die von in herkömmlicher Weise mit Metall
beschichteten Schleifteilchen gebildet sind, ein vorzeitiges Ausbrechen der Schleifteilchen aus der Matrix des
Schleifgefüges resultiert, so daß das Schleifwerkzeug einem raschen Verschleiß unterliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifmittel der eingangs angegebenen Art zu schaffen,
bei dem die physikalischen Eigenschaften der metallbe-
M) schichteten Schleifteilchen im Vergleich zu unbeschichteten
Schleifteilchen wesentlich verbessert sind, um hierdurch eine merkliche Herabsetzung der Verschleißgeschwindigkeit
von mit einem solchen Schleifmittel ausgerüsteten Schleifwerkzeugen zu erreichen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Metall der MetaUhülle aus allotriomorphen
Dendriten zusammengesetzt ist. Die MetaUhülle ist hierbei aus sich vom Schleifteilchen forterstrecken-
den verzeigten oder bäumchenartigen Kristallgebilden
aufgebaut, die wegen gegenseitiger Wachstumsbehinderung keine Kristallflächen ausbilden, indem ein gegenseitiges
Oberlagern und Ineinandergreifen der Kristallgebilde erfolgt Hierdurch entsteht ein mechanisch
verzahntes Kristallgefüge, das der Metallhülle eine hohe
Zug- und Biegefestigkeit verleiht Es liegen hierbei im wesentlichen reine Metallhüllen vor, die frei von
interkristallinen Einschlüssen sind. Das in dieser Weise metallbeschichtete Schleifteilchen besitzt hervorragende
physikalische Eigenschaften und insbesondere eine gegenüber unbeschichteten Schleifteilchen oder nach
herkömmlichen Verfahren beschichteten Schleifteilchen wesentlich verbesserte Zug- und Biegefestigkeit die ein
vorzeitiges Ausbrechen der Schleifteilchen aus dem Schleifgefüge verhindern und mit dem erfindungsgemäßen
Schleifmittel ausgestatteten Schleifwerkzeugen eine wesentlich erhöhte Lebensdauer vermitteln.
Das nach der Erfindung vorgesehene Verfahren zum Herstellen des Schleifmittels ist dadurch gekennzeichnet
daß die Schleifteilchen mit einer dampfförmigen Metallverbindung und mit Wasserstoff bei einer
erhöhten Temperatur im Bereich von 5400C bis 6500C
in Berührung gebracht werden, Metall als eine Hülle auf den Teilchen niedergeschlagen wird und die Teilchen
von mit ihnen in Berührung befindlichen Dämpfen und Gasen getrennt werden.
In den Fällen, in denen es die chemische Natur des Schleifteilchensubstrates zuläßt ist es ferner zweckmäßig,
metallene Umhüllungen zu wählen, die eine chemische Oberflächenverbindung mit dem Substrat
aufgrund einer begrenzten chemischen Reaktion zwi sehen 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 Umhüllung 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
Schleif- bzw. Substratteilchen mit einer hohen Temperatur niedergeschlagen worden ist, beim Abkühlen durch
die Metallumhüllung eine Komprmierung. Somit muß die für einen Bruch des Schleifteilchens erforderliche
Zugkraft großer sein als im Falle des uneingekapselten Teilchens.
Diese Eigenschaft bietet einen Vorteil ungeachtet des verwendeten Verbindungsmittels, sei es Harz oder
Metall.
Bei einer Anordnung der Schleifteilchen in einer zusammenhängenden Phase einer Metallmatrix wird
das metallbeschichtete Teilchen durch das geschmolzene Metall leichter benetzt als ein nichtmetallenes.
ίο Dadurch wird die griffige Verbindung der Metallmatrix
mit den eingekapselten Schleifteilchen erhöht was weiter dazu beiträgt ein Herausbrechen der .Schleifteilchen
im Falle hoher Beanspruchungen zu verhindern. In Verbindung mit der MetaJlmatrix erfolgt ferner eine
schnellere Wärmeleitung von den Schleifteilchen, die aus der innigeren Berührungsfläche zwischen der
MetallumhOUung und dem Schleifteilchen sowie der Metallumhüllung und der Metallmatrix resultiert Denn
an den Reib- bzw. Schleifflächen erzeugte Wärme bewirkt wenn sie nicht unverzüglich an die als
Kühlblech wirkende MetallmatrL abgeführt und von dieser absorbiert wird, einen örtliche..ι Temperaturanstieg,
der eine nachteilige Wirkung auf die Lebensdauer des Schleifteilchens hat.
In den Fällen, in denen das Schleifmittel bei Schneidwerkzeugen, beispielsweise bei ölbohrkronen
oder anderen Bohr- und Bearbeitungswerkzeugen, z. B. zum Sägen von Beton, Mauerwerk, Gestein, Keramik.
Ziegeln usw. benutzt wird, werden an Schleifmaterialien
jo mit einer Härte von über 2000 kg/mm2 (Knoop oder
Vickers) beispielsweise die in Tabelle 1 aufgeführten Schleifmaterialien verwendet Ein zusätzliches Kriterium
ist daß das Schleifmaterial vorteilhaft 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 seiner 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 zufgeführten Schleifmaterialien benutzt werden. D;e in der Tabelle
angegebenen Werte entstammen der erhältlichen Literatur.
| Schleifmaterial | Schmelz punkt C |
Spezifisches Gewicht g/cn1 |
Linearer Aus dehnungs koeffizient in Prozent x 104/ ( -18 bis 538 t |
Härte kg/mm2 Knoop*) Vickers«) |
| Diamanten (synth. oder natürlich) | 3,5 | 2,73 | 8000*) | |
| Aluminiumoxid (AI2O3) | 2060 | 3,5-4 | 8,0 | 3000*) |
| Gußeutektikumwolframkarbid | 4800 | 15 | ||
| Wolframmonokarbid (WC) | 4800 | 15,8 | 4,9 | |
| Diwolframkarbid (W2C) | 4800 | 17,3 | 1950-2400 | |
| Bornitrid (kubisch) | >1700 | 3,48 | -36,4 | 4700*) |
| Tetrachromkarbid (Cr4C) | 1500 | 6,99 | 5,45 | |
| Trichromdikarbid (Cr1C2) | 1910 | 6,68 | 4,36 | 2650 |
| Titandiborid (TiB2) | 2870 | 4.52 | 7,63 | 3000-3500*) |
I'nrtset/iing
Schleifmaterial
Schmelzpunkt
Spezifisches
Gewicht
Gewicht
g/cnr1
Linearer Ausdehnungs
koeffizient in
Prozent x IO4/ C
-18 bis 538 C
koeffizient in
Prozent x IO4/ C
-18 bis 538 C
lliirtc
kg/mm'
kg/mm'
Vickers**)
llafniumdiborid (HfB?)
Zirkoniumdiborid (ZrB})
C';ilciumhexaborid (CaH,,)
Bariumhexaborid (UaH,,)
Tantalkarhid (TaC)
Siliziumkarbid
Zirkoniumdiborid (ZrB})
C';ilciumhexaborid (CaH,,)
Bariumhexaborid (UaH,,)
Tantalkarhid (TaC)
Siliziumkarbid
3250
3100
4050
4100
3100
4050
4100
11.20
6,09
2.46
4.32
6,09
2.46
4.32
3.21
7,63
8,36
6.54
6.9
6.73
4,36
3800*)
2000*)
2000*)
2740 ±220*)
30(K) ± 290**)
30(K) ± 290**)
2200-2W0*)
LJm eine auf das Substrat einwirkende Druckkraft zu erreicht werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die
er (linien, wnu cm ivieian mi nie wiViminüiig inii eiiiCiTi
wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten als dem des Substrats gewählt. In diesem Fall zieht sich die
Metallhülle, wenn das Metall auf das Substrat bei einer erhöhten Nicderschlagstempcratur niedergeschlagen
wird, beim Kühlen mehr zusammen als das Substrat und setzt dieses uner Druck bzw. Kompression. Da der
lineare thermische Ausdehnungskoeffizient geeigneter Schleifmatcrialien im Bereich von 1,82 bis
2J.l χ 10 11CiTi pro cm/°C liegt, werden Metallhüllen
mil höherem Ausdehnungskoeffizienten als dem des Substrats gewählt. Zum Beispiel werden Metalle mit
linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2x10 h bis 4,6 χ 10 ^ cm pro cm/" C gewählt. Durch
Aufeinanderabstimmung der Ausdehnungskoeffizienten im beschriebenen Sinne kann eine gute Einkapselung
zu obigen Zwecken als etwa das 3fache des linearen Ausdehnungskoeffizienten angenommen werden können.
Bei einer derartigen Kombination muß die einen Bruch des Substratteilchens herbeiführende Durchschlagkraft
größer sein als bei einem uneingekapseiten Teilchen, da sie zunächst die Druckkraft überwinden
muß, die das eingekapselte Substratteilchen zusammen gedn'j!u bzw. unter Druck hält.
In der folgenden Tabelle 2 sind Metalle aufgeführt, deren Ausdehnungskoeffizient über der unteren Grenze
der Koeffizienten der in Tabelle 1 aufgeführten Schleifmaterialien liegt. Wie irr» Falle der Tabelle 1 sind
die Werte der erhältlichen Literatur entnommen.
Spezifische
Gewicht
Gewicht
g/cm'
Wolfram (W)
Tantal (Ta)
Molybdän (Mo)
Niob (Nb)
Vanadium (V)
Zirkonium (Zr)
Titan (Ti)
[•iscn (Fe)
Kobalt (Co)
Nickel (Ni)
Kupfer (Cu)
Tantal (Ta)
Molybdän (Mo)
Niob (Nb)
Vanadium (V)
Zirkonium (Zr)
Titan (Ti)
[•iscn (Fe)
Kobalt (Co)
Nickel (Ni)
Kupfer (Cu)
19.3
16.6
10.2
8.5
5.89
6,4
4,54
7,86
8,9
8,9
8,9
8.5
5.89
6,4
4,54
7,86
8,9
8,9
8,9
| Schmelzpunkt (. |
Linearer Aus dehnungskoeffizient in Prozent x 1(W C -18 his 5.18 (" |
Llastizitätsmodul (Young) x tO* |
| 3380 | 7.27 | 50 |
| 2966 | 7,1 | 27 |
| 2610 | 4.0 | 50 |
| 2500 | 7,27 | 26 |
| 1890 | 5.82 | 41 |
| 1852 | 5.45 | 11 |
| 1675 | 8.54 | 16,8 |
| 1535 | 11,82 | 28.5 |
| 1492 | 12,45 | 30 |
| 1453 | 13,1 | 30 |
| 1083 | 16.76 | 16 |
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 Oberwinden, 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 10% oder mehr größer ist als
der Ausdehnungskoeffizient des Substrats. Dies 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 Eir.kapselmaterialien verwendet, die nur eine mäßige Reaktion bei den Niederschlagungstempe- >
raturen aufweisen, wie es im folgenden beschrieben wird. Es können z. B. Molybdän, Wolfram, Tantal, Titan
und *<liob benutzt werden, die sämtlich Karbidbilder
sind, aöer sich nicht wie Eisen verhalten, welches unter den Niederschlagungsbedingungen bzw. bei der Her- in
stellung des Schlcifmaterials den Diy'nanten unter
Bildung von Karbiden oder Graphit stark angreifen kann.
Aus den vorsiehenden Gründen werden in Verbindung mit den in Tabelle 1 aufgeführten Schleifteilchen η
unter Auswahl entsprechend ihren Eigenschaften, wie oben beschrieben, vorzugsweise Wolfram, Tantal, Niob
und Molybdän benutzt, während von den Schleifteilchen viirz'jgswcisc DiiiiTisnien, entweder natürliche oder
synthetische F-'ormcn, benutzt werden, wobei Vorzugs- >o
weise Wolfram als Einkapselmaterial Verwendung findet, das unter solchen Bedienungen 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 zusammenhängender Phase verbindendes
Metall gebildet sind, wird als Verbindungsmittel vorzugsweise ein Metall verwendet, das einen bedeu- to
ten' 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 154Oc C begrenzt, damit nicht die Diamanten r>
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 -in
niedrigschmelzenden 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 abzuzie- 4>
hen, wodurch die Verbindung beeinträchtigt wird. Es ist ein Vorteil des Einkapselmetalls, daß die thermische
Ausdehnung der Metallhülle und die der Metallmatrix näher beie'nanderliegsn und daß die Grenzflächenspannungen
dazu führen, daß ein Abziehen der Metallmatrix in von der Metallhülle verhindert wird. Geeignet sind
Metalle, deren Schmelzpunkte so liegen, daß sie bei der
Bildung des Schleifmittelaufbaus flüssig sind, z. B. bei
Temperaturen unter etwa 1540° C 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 &o des Schleifgefüges beabsichtigt ist und zweckmäßigerweise
im festen Zustand eine Dehnbarkeit bzw. Zähigkeit, gemessen in Werten der Mikrohärte von
unter etwa 400 kg/mm2 aufweisen. Zweckmäßigerweise sollte es ferner eine Druckfestigkeit von über etwa es
iO5öö kg/cm2, eine Bruchdurchbiegung von über etwa
6330 kg/cm2 und eine Schlagfestigkeit von über etwa 0,7 mkg besitzen.
Zur Erfüllung dieser Bedingungen können Legierungen auf Kupferbasis, z. B. Messing- und Bronzelegierungen,
und Legierungen auf Kupferbasis mit verschiedenen Mengenanteilen von Nickel, Kobalt, Zinn, 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 1093" C verwendet werden. Ferner können
Gußeisen-. Kobalt-, Chrom- und Wolframlegierungen mit Sch!T!?!?rHinl<trn iinlrr rtwn 1540°C verwendet
werden.
In den Fällen, in denen das Schleifteilchen ein Wolframkarbid- oder Diamantteilchcn 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 Herstcllungsbedingungen des Schleifgefüges erfolgen würde.
Wie oben ausgeführt, wird bei Verwendung '.-ines
geschmolzenen Metalls zur Herstellung der Matrix uneingekapseltes Gußwolframkarbid von Legierungen
auf Eisen- oder Nickelbasis angegriffen. Das W2C-WoI-framkarbid
wird im Binder angegriffen bzw. gelöst und fällt beim Erstarren eine neue mit eta bezeichnete
Phase. Diese Phase ist MhC-Karbid und hat im Falle eines Nickelbinders die Zusammensetzung Ni1WjC. Die
Eta-Phase ist spröder das ursprüngliche Teilchen. Das Teilchen gilt als »haloiert«. Der »haloierte« Bereich des
Teilchens hat eine Härte von nur etwa 1500 kg/mm2 im Vergleich zu beispielsweise 1950 bis 2100kg/mni-(Knoop)
des Teilchenkerns. Durch Verwendung eines wolframbeschichteten Wolframkarbids obiger Kennzeichnung
wird der »Ha!oierungs«-Effekt dieser Metalle vermieden, so daß sie dann als Bindermetall
verwendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der obigen Schieifgefüge
werden mehrere unterschiedliche Schleifteilchen verwendet. Zusätzlich zu Teilchen mit hohen Härtewerten,
z. B. Diamanten, die als Primärschleifmaterial wirken, ist in der zusammenhängenden Phase des
irietallmatrixbinders ein Sekundärschleifmaterial von
geringerem Härtewert, z. B. die in Tabelle 1 gezeigten Materialien, verteilt.
Der Zweck dieses Sekundärschleifteilchens besteht dErin, Devorzugt zu verschleißen und somi neue
Schleifflächen des Primärschleifteilchens freizulegen.
Die auf diese Weise gebildeten Schieifgefüge gelten als selbstschärfend. 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 Verbindungsmetall
der Matrix und den Primär- und Sekundärschleifteilchen herabgesetzt Wenn die Verbindung
schwach ist, werden die Teilchen aus der Mctal'rnairix
herausgerissen und bewirken einen übermäßigen Verschleiß.
Durch die Metallverbindung zwischen der Metallmatrix und dem eingekapselten Primär- oder Sekundärschleifmaterial
wird das Schleifteilchen festgehalten, bis seine Standzeit durch Verschleiß oder Wegbrechen von
Stücken aus dem Bereich, der von der Einkapselung an der Schleifobirfläche 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 spezifisches 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 Wolframkarl:_j -j.... ii„r
mit etwas geringerem spezifischen Gewicht, d. h. b oder mehr nach Tabelle I 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 zur 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 S::lle Aluminiumoxid 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.
Die durch Verwendung einer Umhüllung mit höherem spezifischen Gewicht 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 die 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 Parlialdrucks, 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 Metallver
bindung in auf dem Substrat niedergeschlagenes Metall 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 !«Carbonyle der Metalle verwendet Zur
Vereinfachung der Arbeitsweise werden vorzugsweise diejenigen Verbindungen angewandt, deren Siedepunkt
bei simos^härischem Druck unter der Re3ktionstprnn?-
ratur 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.
| Siedepunkt C" | |
| bei 760 mm*) | |
| Eisenkarbonyl (Fe[COIf1) | 102,8+ |
| Molybdänpentachlorid (MoCIs) | 268 |
| Molybdänhexafluorid (MoF6) | 35 |
| Molybdänkarbonyl (Mo[COj6) | 156,4 |
| Wolframpentabromid (WBr5) | 333 |
| Wolframhexabromid (WBr6) | 17,5 |
| Wolframpentachlorid (WCl3) | 275,o |
| Wolframhexachlorid (WCl6) | 346,7 |
| Wolframkarbonyl (W[CO]6) | 175 bei 766 mm |
| Tantalpentachlorid (TaCl5) | 242 |
| Tantalpentafluorid (TaF5) | 229,5 |
| Titantetraborid (TiB4) | 230 |
| Titanhexafluorid (TiF6) | 35,5 |
| Titantetrachlorid (TiCl4) | 136,4 |
| Niobpentabromid (NbBr5) | 361,6 |
| Niobpentafiuorid (NbF5) | 236 |
| Niobpentachlorid (NbCl5) | 236 |
| Nickelhexafluorid (NiF6) | 4 bei 25 mm |
| Vanadiumtetrachlorid (VaCl4) | 148+ |
| Vanadiumpentafluorid (VaCl5) | 111 + |
| *) Wenn nicht anders angegeben. |
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 Mctallmatrizen
Il
benetzt und bildet eine feste metallurgische Vcrbindtinp
mit 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 ι ο 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, rsteht
jedoch anderereits in griffiger Verbindung mit der Einkapselhülle, die ihrerseits in griffiger Verbidung mit
der Metallmatrix steht.
Anstelle des oder ZUS?.!?l'ch '" Hpm eingpkanselten
Diamanten können die anderen oben beschriebenen :o
Schleifma.-Jrialien und von diesen vorzugsweise eingekapseltes
Aluminiumoxid, jedoch insbesondere auch eingekapseltes Wolframkarbid oder Karborund bzw.
Siliziumkarbid, verwendet werden, wie es im folgenden ausführlicher beschrieben ist. >■->
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergebe sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden
Beschreibung mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. In der 7eichnung zeigt
Fig. 1 ein Schemabild des bevorugten Einkapselver- w
fahrens,
F i g. 2 einen Schnitt durch eine Form zur Verwendung im Einsickerverfahren zur Herstellung des
Schleifmittels nach einer Ausführungsform der Erfindung, Γι
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Form zur Verwendung im bei der Herstellung eines Schleifelements
angewandten Warmpreßverfahren,
F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der F i g. 3.
F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der F i g. 2, -in
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 bis 14 Mikroaufnahmen geätzter Schnitte von
in einer Metallmatrix enthaltenen Metallschlcifteilchen.
In F i g. 1 ist schematisch der Ablauf des bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des neuartigen eingckapsel- w
ten Schleifmaterials nach der Erfindung dargestellt. Die zu beschichtenden Teilchen werden in das Reaktionsgefäß
1 eingegeben, dessen Kappe 2 entfernt worden ist. Zur Abstützung der Teilchen mit ausgewählter
Korngröße besitzt 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 Reaktionstemperatur, z.B. etwa 5400C bis 65O0C
erhitzt, während ein langsames Durchblasen mit Wasserstoff erfolgt Der Wasserstoffdurchfluß wird
erhöht, bis ein Wirbelbett errichtet ist Vor seinem Eintritt in das Reaktionsgefäß strömt der Wasserstoff
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 erhitzt werden kann, zusammen mit einem inerten bzw. chemischträgen Gas, z. B. Ar^on aus einem
Argonbehälter 6, in die Reaktionskammer eingegeben.
Vorzugsweise werden die oben erwähnten flüchtigen Metallhalogenide verwendet, obgleich in einigen Fälle"
auch die in Tabelle 3 aufgeführten Karbonyle benutzt werden können. In den Fällen, in denen Halogenid
verwendet wird, wird in der Reaktion Wasserstoffhalogenid gebildet, das durch die Blasenabschneider geleilet
und im Absorptionsgefäß absorbiert wird. In den Fällen,
in denen die flüchtige Verbindung ein Fluorid ist. ist das gebildete Produkt ein Wasserstofffluorid, wobei Natriumfluorid
zu dessen Absorption benutzt werden kann. Vorzugsweise wird Wasserstoff in einem stöchiometrischen
Überschußverhältnis verwendet.
Bei der Reaktion wird Metall auf das Substrat niedergeschlagen und das sich in dampfförmigem
Zustand befindende ausströmende Material wid 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 Korngröße und der Größenverteilung der Teilchen als auch hinsichtlich der Geschwindigkeit
der Dämpfe und Gase, wird eine Wirbelschicht der Teilchen gebildet. Wie der Fachmann erkennt, wird eine
dichte Phase im unteren Teil des Reaktior.sgefäßes gebildet, in dem die Teilchen mehr oder weniger
gleichmäßig in heftiger Bewegung in der dichten Phase verteilt sind. Dies führt zu einem im w -entliehen
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 Fülle synthetischer Diamanten, kann die
Verbindung der Metallhülle mit der Diamamsubstratfläche,
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
Niederschlagsverfahren. Aus den vorbeschriebenen Gründen ist jedoch das nach dem oben beschriebenen
Dampfniederschlagverfahren erzeugte Produkt überlegen, so daß dieses Verfahren bevorzugt wird.
Die Diamanten werden zum Ätzen in ein Schmelzbad eines Alkalimetallnitrats oder alkalischen Erdnitrats mit
einer Temperatur unterhalb der Zerlegungstemperatur
getaucht Bei Verwendung von Kaliumnitrat läge der Temperaturbereich zwischen 330° C und 400° C, bei
Natriumnitrat bei etwa 300°C und unter ca, 3700C, bei
Bariumnitrat bei oder über 590° C und unterhalb der Zerlegungstemperatur. Vorzugsweise wird Kaliumnitrat
bei etwa 33«>°C für etwa eine 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
weichen Bedingungen die Teilchen etwa '/2 bis 1% ihres
Gewicht«· 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
veranscnaulichen.
Synthetische oder natürliche Diamanten, vorzugsweise wie oben geätzt, mit einer für eine Wirbelschichtbildung
geeigneten Korngröße werden in das Reagenzgeiäß 1 eingeführt. Die verwendete Korngröße richtet sich
nach der Betriebsart des Schleifwerkzeugs. Bei der Verwendung an ölbohrwerkzeugen, Schneiden, Sägen
und Schleifvorrichtungen können Teilchen mit einer Korngröße von 1 mm bis 0,037 mm benutzt werden.
Vorzugsweise wird eine Körnung im Bereich von 0,37 bis 0.15 mm, beispielsweise 037 bis 03 mm verwendet.
Beim Niederschlag von Wolfram wird vorzugsweise Wolframhexafluorid verwendet, das im Behälter 10 in
Dampfform vorhanden 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 100 ml/min eingestellt und nachdem, wie oben beschrieben, die Temperaturen
im Reaktionsgefäß 1 auf 620°C, gemessen durch das Thermoelement, eingestellt worden sind, wird der
Wasserstoffstrom auf etwa 1250 bis 1350 ml/min und
der Strom des Wolframfluoriddampfes auf etwa 150 ml/min erhöht, sowie das Argongas auf etwa
285 ml/min eingestellt, wobei sämtliche Messungen durch die in Fig. I angedeuteten Durchflußmesscr
erfolgen und der Wasserstoff im stöchiometrischen Überschußverhältnis gegenüber dem Wolframhexafluorid
vorhanden ist.
Die Dicke der Wolframschicht auf den Diamanten hängt von der Bchandlungsdauer ab und beträgt
25,4 Jim in etwa einer Stunde bei den oben beschriebenen
Diamanten mit einer Korngröße von 0,37 bis 0,3 mm. Geeignete Nicderschlagdicken gehen von etwa
2,5 μπι bis etwa 40 μπι.
Anstelle von Diamanten kann Aluminiumoxid verwendet werden. Korngröße, Temperatur und das
Beschichtungsverfahren können wie im Beispiel 2 beschrieben zur Erzeugung eines WolframUberzugs der
genannten Dicke befolgt werden.
Gleichermaßen kann Wolframkarbid nach dem im Beispiel I 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 Oberfläche der
ίο 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
is Da der Überzug bzw. die Beschichtung bei hohen Temperaturen erfolgt ist bei der Abkühlung von etwa
590° C 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. F i g. 9 bis 14).
Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde bei der Beschichtung von Karborundteilchen mit einer Korngröße
von 0,18 — 0,07 mm angewendet.
Die metallüberzogenen Teilchen können zur Herstellung verbesserter Schleifgefüge bei allen Herstellungsverfahren,
die in Verbindung mit nicht eingekapselten Schieifteilchen bekannt geworden sind, verwendet
j-, werden. Hierzu gehören solche Verfahren, die als
Oberflächenbelegung, Einsickerung bzw. Infiltration. Warmpressung und Flammetallisierung bekannt geworden
sind. Beispielsweise kann ein oberflächenbelegter Ölbohrer (vgl. Fig. 7 und 8), wie er in der US-PS
28 38 284 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
4-) deren innerer Oberfläche angeordnet. Zwischen dem
Raum in der Form zwischen dem Einsteckende und den Diamanten befindet sich eine Matrix, die aus einem
Gemisch von Teilchen bestimmter Größe aus Gußwolframkarbid als Sekundärschleifmaterial und einem
,Ii Metallpulver, ζ. Β. 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 richtigen MaG
·,> erreicht werden, und liegt beispielsweise im Bereich vor
35 bis 75% des Gesamtvolumens, Korngröße ζ. Β 0.59—0.25 mm, wie oben beschrieben. Die Form wird
zur Verdichtung der Wolframkarbidteilchen in Schwingungen versetzt.
mi Über der Schicht aus Wolframkarbidteilchen liegi
eine Schicht pulverförmiger! Bindermcialls, wie es oben
beschrieben ist. Die Form wird in einen Ofen eingeführt und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, das
Einsickermetall zu schmelzen. Beispielsweise kommi
hi hierbei der Bereich von 1090 bis 137O°C be
Verwendung z. B. einer Kupfer-Nickel-Zink-Legierung
in Betracht. Das Metall schmilzt und sickert durch die Hohlräume, so daß eine Metallmatrix in zusammenhän
gender 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 ϊ
wolframüberzogenen Diamanten mit einem Überzug von beispielsweise etwa 13 μπι oder mehr, z. B. 25,4 bis
40 μπι, verwendet. Anstelle des Wolframkarbids können
als Sekundärschleifmaterial außer Diamanten alle in der Tabelle 1 aufgeführten Schleifmaterialien oder die in
vorgenannten Sekundärschleifteilchen in einer Metallhülle eingekapselt, wie oben beschrieben, z. B. nach dem
obigen Verfahren mit Wolfram beschichtetes Aluminiumoxid, verwendet werden.
Wie bereits beschrieben, wird bei der Durchführung dieses Verfahrens eine Temperatur unterhalb etwa
1540°C 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 Binder- 2» metall 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 2>
Schleifmaterialien leicht durch Einsickermetalle angegriffen werden können, wie es oben beschrieben wurde.
Das in der obigen Konstruktion verwendete Sekundärschleifmaterial kann zweckmäßigerweise ein Wolframkarbid
im Bereich von WC mit 6,12 Gewichtspro- jn zent Kohlenstoff bei W2C mit einem Kohlenstoffgehalt
von etwa 3,16 Gewichtsprozent sein. Ein gut geeignetes Materia! ist sogenanntes gesintertes Wolframkarbid,
das aus feinsten WC-Kristallen und Kobaltmetall besteht, die durch Sintern in der Flüssigphase bei hoher j-j
Temperatur miteinander verbunden sind. Der Kobaltgehalt variiert von 3 Gewichtsprozent bis über 25
Gewichtsprozent. Dieses Material hat eine Härte von etwa 1250 bis 1350 kg/mm2 (Knoop). Eine andere Form
einer Eutektikumlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt 4ii
von etwa 4 Gewichtsprozent und einer Härte im Bereich von 1900 bis 2000 kg/mm2 (Knoop) kann
ebenfalls verwendet werden.
Schleifelemente können auch nach dem Imprägnierverfahren hergestellt werden, indem man die Primär- 4-,
und Sekundärschleifmaterialien in Pulverform mischt, die Mischung in einer geeigneten Form rüttelt bzw.
verdichtet und in die Mischung eine Bindermetallegierung mit niedrigem Schmelzpunkt einsickern läßt, wie es
oben beschrieben wurde. -,»
Die F i g. 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 Anker 103, der einen mit einer Klemmschraube 105 festgeklemmten
Trichter 104 trägt, und ist mit einem Ofendeckel 106
abgedeckt. Die eigentliche Form besteht aus in hn
Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Formausnehmungen, deren Abmessungen in Umfangsrichtung
wesentlich kleiner sind als ihre radiale Länge. Das Primärschleifmaterial, z. B. eine Mischung von Diamantteilchen
mit einer Korngröße von 0,84—0,32 mm oder (,-,
0,32—0.25 mm und pulverförmiges Wolframkarbid, werden in die Form 102 eingestampft. Der Trichter
enthält ein Bronze-Kupfer-Zinn-Legierungspulvcr mit einer Korngröße unter 0,07 mm. Die Diamanten bilden
etwa 25 Volumenprozent der abschließend in der Formausnehmung 103 gebildeten Metall-Diamant-Mischung.
Die Form wird auf etwa 1090 bis 1150° C 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 w&J'.-ambeschichtete
Sekundärschleifmaterialien, z. B. Aluminiumoxid oder Karborund, ersetzt.
Zum Beispiel können bei der Herstellung eines 30,5-cm-Sägebiattes, an das etwa neunzehn der obigen
Abschnitte an dessen Außenumfang angelötet werden, Abschnitt von etwa 47,6 mm Länge, 3,2 mm Breite und
etwa 4 mm Dicke verwendet werden, die durch Einführung von etwa 3500 Steinchen mit einer
Korngröße von 0,32—0,25 mm oder etwa 1,1-karätigern
Diamantkorm gebildet werden (vgl. F i g. 6).
Anstelle des Einsickerverfahrens kann ein Warmpreßverfahren
zur Herstellung des Schleifwerkzeugs nach der Erfindung angewendet werden. Bei einem
derartigen Verfahren besteht die Formmischung aus einer Mischung von Schleifteilchen und pulverförmigem
Metall, das die zusammenhängende Metallmatrix zur Bindung der Schleifteilchen bildet.
Die verwendete Form ist in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Die Form ist der in F i g. 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 eint; Presse gebracht und beispielsweise in einem Induktionsofen
erhitzt.
Zur Herstellung des Sägeblattelementes nach dem oben beschriebenen Warmpreßverfahren wird eine
Mischung von Wolframmetallpulver, pulverförmiger!!
Wolframkarbid und Diamantkorn von 0,5—0,3 mm, das mit einer ΙΟμπι dicken Wolframmetallhülle überzogen
ist, wie oben beschrieben, mit einer Bronze-Zinn-Legierung mit einer Korngröße unter 0,07 mm 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 870°C
bei einem Druck von etwa 210 kg/cm2 zur Herstellung des Sägeblattelements erhitzt.
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 835° C in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt
des zur Bildung des Binders ausgewählten Metalls erhitzt wird.
Bei der Durchführung der Verfahren nach den ι Beispielen 3 bis 9 wird bei eingekapselten Schleifmaterial
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 κι
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 π
den F i g. 9 bis 14 dargestellt.
F i g. 9 zeigt einen 0,6 mm dicken Wolframüberzug auf einem Aluminiumoxidteilchen in der Metallmatrix
bei HOfacher Vergrößerung mit einem Raumgewicht von 9,3 g/cm3. >n
Fig. 10 zeigt ein ähnliches wolframbeschichtetes Aluminiumoxidteilchen in einer Metallmatrix bei 280facher
Vergrößerung.
F i g. 11 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes
wolframbeschichtetes Diamantteilchen bei 210facher Vergrößerung.
F i g. 12 zeigt einen Bereich des Teilchens bei
840facher Vergrößerung.
Fig. 13 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes
wolframbeschichtetes Karborundteilchen mit
einer Korngröße von 0,18 bis 0,15 mm bei 28Ofacher Vergrößerung.
Fig. i4 zeigt poliertes und geätztes, bei 927° C in eine
Metallmatrix warmeingepreßtes wolframbeschichtetes AI2O3 bei 560facher 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 innige Verbindung
bewirkt die oben angeführten Vorteile hinsichtlich Kompression und Wärmefortleitung.
Hierzu 7 BIaIt Zeichnungen
Claims (9)
1. Schleifmitte! mit in eine Metallhülle eingekapselten
Schleifteilchen mit einer Härte von über 20000kg/mm2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall der MetaUhülle aus allotriomorphen Dendriten zusammengesetzt ist
2. Schleifmittel nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß das Schleifmaterial einen linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von
1,82X 10-VC bis 23,1 χ 10-V0C, das Metall einen
linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2 χ 10~6 bis 4,6 χ 10-5/°C aufweist und der lineare
Ausdehnungskoeffizient des Metalls das 1,05- bis 7fache des linearen Ausdehnungskoeffizienten des
uneingekapselten Teilchens beträgt
3. Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen in einer
zusammenhängenden Phase einer Metallmatrix angeordnet sind,
4. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen aus
Diamanten, Wolframkarbid, Aluminiumoxid oder Karborund bestehen.
5. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dad die Schleif teilchen aus
geätzten Diamantteilchen bestehen.
6. Schleifmittel nach einem den Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dasß das Einkapselmetall
Wolfram, Tantal, Niob oder Molybdän ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittels nach einem oder mehrere!-, der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifteilchen mit einer dampfförmigen Metai /erbindung und mit
Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 5400C bis 6500C in Berührung gebracht
werden. Metall als eine Hüiie auf den Teilchen niedergeschlagen wird und die Teilchen von mit
ihnen in Berührung befindlichen Dämpfen und Gasen getrennt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Einkapselmetallverbindung ein
Halogenid von Wolfram, Tantal, Niob oder Molybdän verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleifteilchen Diamanten
verwendet werden, die durch Berührung mit einem geschmolzenen Alkalimetallnitrat oder einem Erdalkalinitrat
bei Temperaturen unterhalb der Zerlegungstemperatur des Nitrats in einer inerten
Atmosphäre geätzt worden sind.
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