DE2302595A1

DE2302595A1 - Schleifmittel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2302595A1
Application number: DE2302595A
Authority: DE
Inventors: Harold Cloyd Bridwell; Arthur Graves Wilder
Original assignee: Christensen Diamond Products Co
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-08-02
Also published as: DE2302595C3; US3841852A; JPS4886190A; FR2169576A5; DE2302595B2; JPS5318755B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel mit einer zusammenhängenden Phase einer Matrix, in der ein Primärschleifmaterial und gegebenenfalls ein Sekundärschleifmaterial gebunden sind, sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Schleif-, Abreib-, Schneid- und Erdbohrwerkzeuge, im folgenden als Schleifwerkzeuge bezeichnet, besitzen Schleifmittel bzw. in einem Schleifgefüge gebundene Schleifteilcher., wobei ein Binder, z. B. ein organisches Polymerharz und in
einigun Fällen Metall, verwendet wird, das als Matrix wirkt und die Schleifteilchen im Schleifgefüge hält.

Bei einer Form des obengenannten Schleifmittelaufbaus warden mehrere unterschiedliche Schleifteilchen verwendet. Zusätzlich zu Teilchen mit hohen Härtewerten, die als Primärschleifmaterial wirken, ist in der zusammenhängenden Phase

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des Metallmatrixbinders ein Sekundärschleifmaterial mit geringerem Härtewert verteilt.

Der Zweck der Sekundärschleifteilchen besteht darin, bevorzugt zu verschleißen und auf diese Weise neue Schleifflächen der Primärschleifteilchen freizulegen.

Bei derartigen Schleifgefügen ist es wünschenswert, daß die Primär- und Sekundärschleifmaterialien gleichmäßig in der Matrix verteilt sind. Wenn das Primärschleifmaterial nicht gleichförmig verteilt ist, wird das Schleifgefüge nicht gleichmäßig abgenutzt, was dazu führt, daß in den Abnutzungsbereichen mit hohen Konzentrationen an Primärschleifmaterial das Schleifwerkzeug eine geringere Abnutzung erfährt als' im Bereich mit geringer Konzentration an Primärschleifmaterialien»

Die beschleunigte Abtragung des Sekundärschleifmaterials und die damit einhergehende örtliche Abnutzung der Bindematrix führt zu einer größeren Beanspruchung der Bereiche mit höherer Konzentration an Primärschleifmaterial, da sich das Schleifge- -f-üge in diesen Bereichen hochschiebt. Die auf diese reduzierten -Bereiche konzentrierte Beanspruchung verursacht eine erhöhte Beanspruchung bzw. einen erhöhten Druck pro Flächeneinheit auf die örtlichen Druckbereiche und auf den. darunterliegenden Aufbau des Schleifwerkzeugs, z. B. eines Sägeblatts, an dem das Schleifmittel angebracht -ist.

In einigen Fällen kann diese erhöhte Beanspruchung zu einem

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Bruch des Erimärsehleifmaterials führen, so daß es aus der Matrix herausgeworfen wird und einen übermäßigen Verschleiß verursacht.

In derartigen Fällen ist die Schneidgeschwindigkeit nicht gleich mä£ig und es ist daher erforderlich, entweder die Belastung oder die Schneidgesehwindigkeit herabzusetzen.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe und ist, ausgehend von einem Schleifmittel der eingangs angegebenen Art, in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmittel eine Härte von menr als 2000 kg/mm besitzt, mindestens eines der Schleifmaterialien in einer Metallhülle eingekapselt ist, die Dichten des Schleifmaterials geringster Dichte mehr als etwa 30 % der Dichte des Schleifaiaterials höchster Dichte betragen und die Schleifmaterialien in Form von Teilchen im wesentlichen gleichmäßig in der Matrix verteilt sind. Die Matrix besteht hierbei vorzugsweise aus Metall.

Hierbei ist es möglich, eine Konzentration an Primär- und gegebenenfalls Sekundärschleifmaterial auszuwählen, die einen angemessenen Abstand zwischen den Teilchen bewirkt und einen ausreichenden Porenraum für eine gute Verbindung und eine ausreichende Matrixmasse zum Festhalten der Schleifteilchen schafft,

In Ausgestaltung der Erfindung wird die genannte gleichmäßige s Verteilung des Primär- und gegebenenfalls Sekundärschleifmaterials dadurch erreicht, daß zunächst eine innige Mischung

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von Teilchen des Primär- und Sekundärschleifmaterials gebildet wird, in der die Teilchen so genau wie praktisch durchführbar im wesentlichen die gleiche Dichte besitzen« Außerdem kann die Gleichmäßigkeit dadurch erhöht werden, daß sämtliche Teilchen in dem gleichen Korngrößenbereich und in einem so engen Korngrößenbereich, wie es praktisch durchführbar ist, verwendet werden.

In einem derartigen Fall ist durch geeignete Mischung der Teilchen die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines gegebenen Schleifteilchens und eines gegebenen Teilchens des Metalls in irgendeinem Volumen in der Anordnung der Teilchen in der Mischung im wesentlichen gleich. Hieraus ergibt sich eine einheitliche Verteilung bzw. Streuung von im wesentlichen einheitlicher Konzentration an Primär- und gegebenenfalls Sekundärteilchen in der Mischung.

Wenn das spezifische Gewicht der Primärteilchen von dem der Sekundärteilchen unterschiedlich ist, können die Teilchen mit einem Metall eingekapselt werden, so daß die resultierenden Dichten sämtlicher Primär- und Sekundärteilchen so nahe an die gleiche Dichte herangeführt werden, wie es praktisch durchführbar ist, d. h., daß sämtliche Teilchen im wesentlichen die gleiche Dichte haben.

In den Fällen, in denen der Schleifaufbau in einem Schneid- oder Schleifwerkzeug angewandt wird, z. B. bei ölbohrkronen oder anderen Bohr- und Bearbeitungs- bzw. spanabhebenden Werkzeugen

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oder Sägen, beispielsweise zum Sägen von Beton, Mauerwerk, Gestein, Keramik, Ziegeln usw., werden vorzugsweise Schleif-

materialien mit einer Härte von mehr als etwa 2500 kg/mm (Knoop oder Vickers), und zwar je härter je besser, verwendet. Ein zusätzliches Merkmal besteht darin, daß* das Schleifmaterial einen Schmelz- oder Erweichungspunkt aufweisen sollte, der über der höchsten Temperatur liegt, die in dem Verfahren erreicht wird, durch das das Schleifgefüge bzw. der Schleifmittelaufbau gebildet wird, wie es im folgenden beschrieben ist.

Vorzugsweise wird wegen der 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.

Wie oben erwähnt, wird als Primärschleifraaterial eines mit einem wesentlich höheren Härtewert als dem des Sekundärschleifmaterials ausgewählt.

In der Tabelle 1 sind geeignete Materialien angegeben, aus denen die Primär- und gemeinsam mit diesen verwendbaren ähnlichen Schleifmaterialien ausgewählt werden können.

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:	•	Schleifmaterial	Schmelz	*	4800	Tabelle 1	Prozent	-	I O\	I	O Kl
		punkt ⁰C	4800	Spezifi	Linearer	Härte kg/mm²	ν · t	CJI
			4800	sches Ge	Ausdehngs.-			CD
			>1700	wicht	Koeffizient	Knoop
			1500		x'l0⁴/°F	Vickers.
			1910		0-1000⁰F
	Diamanten (synth. o.		2870
	natürlich)		3250		1.5
	Aluminiumoxid (Al₂O,)	2060	' 3100	3.5	4.4	8000
CO	gegossenes Eutektlkum-	4050	3.5-4		3000* .
ο	wolframkarbid	4100
co ep	Wolframmonokarbid (WC)		15	2.7
co —A	Piwolframkarbid (W₂C)	> 1000°	15.8
ο	Bornitrid (kubisch)		17.3	y-w 20	1700-2400
co	Tetrachromkarbid (Cr₁,C)		3.48	3	47OO*
co co	Trichromdicarbid (Cr₅C₂)	6.99	2.4
	Titandiborid (TiB₃)	6.68	4.2	2650
	Hafnlumdiborid (HfB₂)	4.52	4.2	3OOO-35OO*
	Zirkoniumdiborld (ZrB₂)	11.20	4.6	38OO*
	Calciurahexaborid (CaB/-)	6.09	3.6	2000*
	O Bariumhexaborld (BaBg)	2.46	3.8	274O±22O*
	Tantalkarbid (TaC)	4.32	3.7	3,OOO±29O**
	Siliziumkarbid		2.4
		3.21		2200-2900*

Zum Einkapseln kann im Falle der Verwendung einer nichtmetalli-nen Matrix, z. B. aus einem organischen Polymerharz, das Metall mit höherem spezifischen Gewicht nach herkömmlichen Verfahren, z. B. elektrochemischen oder elektrolytischen Verfahren, niedergeschlagen werden. Derartige Metalle 'sind in bekannten Handbüchern aufgeführt. In den Fällen jedoch, in denen ein Metall als Matrix verwendet werden soll und das Metall in geschmolzenem Zustand auf die gemischten Teilchen aufgebracht wird, werden als Umhüllung vorzugsweise Metalle verwendet, die einen entsprechend hohen Schmelzpunkt und weitere bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen. Derartige Metalle sind in Tabelle 2 angegeben.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, besteht zwischen den verschiedenen StIi le if materialien eine wesentliche Abweichung im spezifischen Gewicht. Um die Dichte der ausgewählten Teilchen enger aufeinander abzustimmen, werden die Teilchen mit geringerem spezifischen Gewicht mit einem Metall mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht eingekapselt, so daß die Raumgewichte der Teilchen genauer an den gleichen Wert herangeführt werden.

Das Gesamtgewicht der Teilchen wird erhöht und je geringer die Volumenvergrößerung der Teilchen ist, desto größer ist die Dichte der Umhüllung und umgekehrt. Da die Metallumhüllung so gewählt wird, daß deren spezifisches Gewicht größer oder geringer ist als das des bedeckten Substratteilchens, wird die Dichte der beschichteten Verbundteilchen vergrößert oder verringert.

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Die Auswirkung der Dichten der Teilchen und der Beschichtung bzw. Umhüllung ergeben sich aus folgendem: Wenn χ das Gewichtsprozent der Substratteilchen im beschichteten Teilchen, d die Dichte des Substrats, d die Dichte "der Umhüllung und d die

c ρ

Dichte des beschichteten Teilchens ist, dann ist

= iood_sd_c.

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O CD 00 CJ

«Ρ ω to

	Spezifi sches Ge wicht	Tabelle 2	Prozent linearer thermischer Ausdehngs.- Koeffizient	•	Elastizitäts modul (Young) χ ΙΟ⁶	VO I	2302595
Metall		Schmelz punkt ⁰C	, x 10^/⁰P
			0-100O⁰P
	19.3		4	50
Wolfram (W)	16.6	3380	3.9	27
Tantal (Ta)	10.2	2966	2.2	50
Molybdän (Mo)	B.5	2610	4	26
Niobium (Nb) d. h. Columbium (Cb)	5.89	2500	3.2	41
Vanadium (V)	6.4	1890	3	11
Zirkonium (Zr)	4.54	1852	Ί.7	16.8
Titan (Ti)	7.86	Ϊ675	6.5	28.5
Eisen (Fe)	8.9	1535	6.85	30
Kobalt (Co)	8.9	1492	7.2	30
Nickel (Ni)	8.9	1453	9.22	16
Kupfer (Cu)		1083

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Das Begleitsekundär- oder -primärschleifteilchen' kann beschichtet oder unbeschichtet und so gewählt sein, daß es der Teilchengröße des Begleitteilchens angepaßt ist.

Zur Erzielung zusätzlicher Vorteile werden-"vorzugsweise als Einkap se !metalle die in Tabelle 2 aufgeführten verwendet.'Die Werte sind der erhältlichen Literatur entnommen.

Die nach der Erfindung vorgenommene Einkapselung der Schleifteilchen mit einer Metallumhüllung ist auch neben der oben beschriebenen Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der Teilchen von Vorteil.

In den Fällen, in denen Metall als Matrix zum Binden der Schleif teilchen im Schleifgefüge verwendet wird, wird durch die Einkapselung der Schleifteilchen die griffige Verbindung der Metall matrix mit dem jeweiligen Schleifteilchen erhöht. Wenn die Verbindung schwach ist, werden die Teilchen aus der Metallmatrix herausgerissen und bewirken einen übermäßigen Verschleiß.

Durch die Metallverbindung zwischen der Metallmatrix und dem Primär- und/oder Sekundärschleifmaterial wird das Schleifteilchen festgehalten, bis seine Standzeit durch Verschleiß des Teilchens oder Wegbrechen von Stücken aus dem Bereich, der von der Einkapselung an der Schleifoberfläche während der Schleifwirkung freigeworden ist, beendet ist.

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Bei der Auswahl des Metalls für die Umhüllung ist es, wenn das eingekapselte Teilchen in einer als Verbindungsmittel wirkenden Metallmatrix verwendet wird, wünschenswert, daß das Metall der Umhüllung einen entsprechend höheren Schmelzpunkt als die Metallmatrix hat.

Ein weiterer Vorteil des nach der Erfindung vorgesehenen Schleifmittels mit eingekapselten Schleifteilchen in Verbindung mit einer Metallmatrix liegt in der erhöhten Geschwindigkeit der Wärmeableitung vom Schleifteilchen, die aus der innigeren Berührungsfläche zwischen der Umhüllung und dem Substratteilchen, und der Umhüllung und der Metallmatrix resultiert. An den Reibbzw. 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 Schleifteilchens hat.

Zur Erzielung sowohl der abgestimmten Raumdichte als auch der stärkeren Verbindung zwischen den Schleifteilchen und der Metallmatrix kann jedes geeignete Verfahren zum Niederschlagen der Metallhülle auf das Teilchensubstrat verwendet werden. So ermöglichen elektrochemische oder elektrolytische Verfahren, die bereits bei der Beschichtung von Schleifteilchen zur Verwendung in Schleifgefügen mit organischem Harz angewandt worden sind, eine gewisse Abstimmung des Raumgewichts des beschichteten Teilchens. Ferner führen sie in Verbindung mit einem Metallbinde·

mittel in einem Schleifmittelaufbau nach der Erfindung zu einer verbesserten Verbindung zwischen der Metallmatrix und dem beschichteten Teilchen aufgrund der besseren Benetzung durch das geschmolzene Metall.

Pie Verwendung eines beschichteten Teilchens in einem eine Metallmatrix verwendenden Gefüge bzw. Aufbau ist eine Verbesserung gegenüber der Verwendung eines nach einem elektrochemischen oder elektrolytischen Verfahren beschichteten Schleifteilchens in Verbindung mit einem Harzbinder. Gleichermaßen ist dies eine Verbesserung gegenüber der Verwendung unbeschichteter Schleifteilchen bei als Matrix für die Schleifteilchen wirkenden Harz- oder Metallbindern.

Schleifteilchen, die nach derartigen Verfahren, wie elektrochemischen und elektrolytischen Verfahren, beschichtet sind, können Niederschläge aufweisen, 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. Sie verbessern somit die physikalischen Eigenschaffeen des beschichteten Teilchens im Vergleich zu dem unbeschichteten Teilchen nicht in irgendeinem erheblichen Ausmaß.

Die nach der Erfindung vorgesehene! Metallumhüllungen der Schleifteilchen unterscheiden sich vorzugsweise von den genann-

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ten Beschichtungen in ihrer Zusammensetzung und kristallinen Struktur.

Die Metallumhüllung wird vorzugsweise nach einem Verfahren gebildet, in dem auf das Schleifteilchen Metall niedergeschlagen wird, das im wesentlichen frei von interkristallinen Einschlüssen ist.

Die nach dem bevorzugten Verfahren hergestellten Niederschläge stellen reine Metallumhüllungen dar, die im wesentlichen frei von interkristallinen Einschlüssen sind.

Die bevorzugte Metallumhüllung wird aus allotriomorphen Kristalldendritteilchen gebildet, die von der Substratoberfläche ausgehen und sich von dieser in statistischer Orientierung im wesentlichen senkrecht zur örtlichen Substratoberfläche forterstrecken und eine übereinanderlagerung des Kristallteilchenwachstums, unterbrochen durch Niederschlag weiterer Kristallteilchengerippe auf ihrer Oberseite, bewirken. Die auf diese Weise zur Bildung eines mechanisch verzahnten Kristallgefüges niedergeschlagenen Kristallteilchen vermitteln der Metallhülle eine hohe Zugfestigkeit.

Vorzugsweise wird das genannte eingekapselte Schleifmaterial nach der Erfindung nach einem chemischen Dampfniederschlagverfahren hergestellt, in dem die Schleifteilchen der Berührung mit einer flüchtigen Metallverbindung bei einer erhöhten

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Temperatur, die ausreicht, die Metallverbindung in Dampfform ■ zu halten, ausgesetzt werden, und der Dampf mit einem festen Substrat unter Metallniederschlagbedingungen in Berührung gebracht wird.

Jn 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 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 thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der wesentlich größer ist als der des Schleifteilchens, wird das resultierende Teilchen durch Niederschlagen der Metallumhüllung auf das Substratteilchen bei einer hohen Temperatur beim Abkühlen durch die Metallumhüllung unter Druck gesetzt. -Somit muß die für einen Bruch des Schleifteilchens erforderliche Zugkraft größer sein als im Falle des uneingekapselten Teilchens.

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Diese Eigenschaft bietet ungeachtet des verwendeten Verbindungsmittels, sei es Harz oder Metall, einen Vorteil.

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 Pail 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 Ausdehnungskoeffizient geeigneter Schleifmaterialien im Bereich von etwa !.bis 5 x 1O"⁶" 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 1O~⁶ bislO"⁵" pro Zoll/°P 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 Dreifache 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.

So kann z. B. bei Diamanten als Substrat eines der in Tabelle 2 aufgeführten Metalle zur Bildung der Einkapselhülle ujid dadurch

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. ■ - 16 -

zur Erhöhun'g des Raumgewichts verwendet werden. In jedem dieser Fälle ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Metalls wesentlich größer als der des Diamanten, was den Vorteil mit sich bringt, daß auf die Diamanten zusätzlich eine Druckkraft einwirkt, die dazu beiträgt, die Zugkräfte'und Spannungen zu überwinden, die für einen Bruch bzw. eine Zerstörung des Diamanten bei dessen Verwendung als Schleifteilchen in einem Schleifmittel verantwortlich sind.

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 das 1,05- oder Mehrfache, z. B. bis etwa das 7-fache, des Ausdehnungskoeffizienten des Substrats betragen sollte-

Bei der Auswahl des Metalleinkapselmaterials werden bei Verwendung von Diamanten als Substrat und von karbidbildenden Metallen yorzugsweise solche Metalle verwendet, die nur eine begrenzte Reaktion bei den Niederschlagstemperaturen aufweisen, wie es im folgenden beschrieben wird. Es können z. B. Molybdän, Wolfram, Tantal, Titan und Niobium benutzt werden, die sämtlich Karbidbildßr sind, sich aber nicht wie Eisen verhalten, welches

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unter den Nlcderschlagsbedingungen bzw. bei der Herstellung des Schleifmittels den Diamanten stark angreifen kann.

Aus den vorstehend genannten 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 Primärschleifteliehen vorzugsweise Diamanten, entweder natürliche oder synthetische Formen, benutzt werden, wobei vorzugsweise Wolfram als Einkapselmaterial Verwendung findet, das unter 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 zusammenhängender Phase verbindendes Metall gebildet sind, wird als Verbindungsmittel vorzugsweise ein Metall verwendet, das einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Metalihülle des Schleifsubstrats. Bei Verwendung von Diamanten als eingekapseltes Schleifteilchen wird der Schmelzpunkt der Metallmatrix vorzugsweise auf eine Temperatur unter etwa 28OO°F begrenzt, damit nicht die Diamanten einer zu hohen Temperatur ausgesetzt werden, die deren mechanische Festigkeit beeinträchtigen könnte.

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Ein weiterer wichtiger Punkt ist der thermische Wärmeausdehnungskoeffizient der als Verbindungsmittel verwendeten Metallmatrix. Da im allgemeinen die niedrig schmelzenden 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, daß die thermische Ausdehnung der Metallhülle und die der Metallmatrix enger aufeinander abgestimmt sind und 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 Schleifmittelaufbaus flüssig sind, z. B. bei Temperaturen unter etwa 28OO°F 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 ¹IOO kg/mm aufweisen. Zweckmäßigerweise sollte es ferner eine Druckfestigkeit von über etwa 10500 kg/cm (150 000 psi), eine Bruchdurchbiegung

ρ
von über ca. 6330 kg/cm (90 000 psi) und eine Schlagfestigkeit

von über etwa 0,7 mkg (5 ft. Ib.) besitzen.

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Zur Erfüllung, dieser Bedingungen können Legierungen auf Kupferbasis, z. B. Messing- und Bronzelegierungen, und Legierungen auf Kupferbasis mit verschiedenen Mengenanteilen von Nickel, Kobalt, Zinn, Zink, 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 Diaman ten ausgeschlossen, weil sie in geschmolzenem Zustand den Diamanten übermäßig angreifen. So kann nach der Erfindung bei einem eingekapselten Diamanten z. B. die Nickel-Kupfer-Aluminlum-Silizium-Legierung mit einem Schmelzpunkt unter 200O⁰F 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 Eisenlegierungen angegriffen wird, verhindert die Einkapselung des Wolframkarbids oder des Diamanten mit einer Metallhülle mit wesentlich höherem Schmelzpunkt nach der Erfindung ein Angreifen, das beim uneingekapselten Teilchen anderenfalls unter den Herstellungsbedingungen des Schleifmittels erfolgen würde.

Das bevorzugte Verfahren, welches in seiner Anwendung zur Her-

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stellung des neuartigen eingekapselten Schleifteilchens die hervorragende Umhüllung liefert, ist die Umwandlung einer flüchtigen Metallverbindung 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 Karbonyl der Metalle verwendet. Zur Vereinfachung der Arbeitsweise 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.

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- 21 -	Eisenkarbonyl (Fe(CO)₆)	2302595
	Molybdänpentachlorid (MoCIj-)
Tabelle 3	Molybdänhexafluorid (MoP₆)	Siedepunkt ⁰C
	Molybdänkarbonyl (Mo(CO)₆)	bei 760 mm*
	Wolframpentabromld (WBr₁-)	102.8+
Wolframhexabroraid (WBr₆)	268
Wolframpentachlorid (WCIj-)	35
Wolframhexachlorid (WCl₆)	156.4
Wolframkarbonyl (W(CO)₆)	333
Tantalpentachlorid (TaCl₁-)	17.5
Tantalpentafluorid (TaPc)	275.6
Titantetraborid (TiBr₁₁)	346.7
Titanhexafluorid (TiF₆)	175 bei 766 mm
Titantetrachlorid (TiCl₁₁)	242
Columbiumpentabromid (CbBr₅)	229.5
Columbiumpentafluorid (CbF₁-)	230
Columbiumpentachlorid (CbCIc)	35.5
Nickclhexafluorid (NiP₆)	136.4
Vanadiumtetrachlorid (VaCIh)	361.6
Vanadiumpentafluorid (VaCIc)	236
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 Herstellungs bedingungen 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 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 unteröen 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 freilegende, 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

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ausführlicher beschrieben ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispieie. 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 Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Form zur Verwendung im bei der Herstellung eines Scnleifelementes angewandten Warmpreßverfahren,

Fig. k einen· Schnitt nach der Linie k-k der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2, Fig. 6 die Anwendung des Schleifmittels nach der Erfindung bei einer Säge und
Fig. 7 bis 12 Mikroaufnahmen eines geätzten Schnittes eines

in einer Metallmatrix enthaltenen beschichteten Schleifteilchens.

In Fig. 1 ißt schematisch der Ablauf des bevorzugten Verfahrens zur Herstellung, des neuartigen eingekapselten Schleifmateriale nach der Erfindung dargestellt. Die zu beschichtenden Teilchen werden in das Reaktionsgefaß 1 eingegeben, dessen Kappe 2 entfernt worden ist. Zur Abstützung der Teilchen mit ausgewählter Korngröße besitzt das Reaktionsgefaß einen perforierten Boden.

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Bei wieder aufgesetzter 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 Reakt ions ge faß wird düx'ch den Ofen 9 auf Reaktionstemperatur, z. B.. etwa 100O⁰P bis 1200⁰P, 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 Pladiumkatalysator, 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. Argon aus einem Argonbehälter 6, in die Reaktionskammer eingegeben.

Vorzugsweise werden die oben erwähnten flüchtigen Metallhalogenid verwendet, obgleich in einigen Fällen 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 Blasenabscheider (Bubble Traps) geleitet 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 j\bsorpti©n benutzt werden kann. Vorzugsweise wird

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Wasserstoff' in einem stöchiometrischen Überschußverhältnis 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 der reagierenden Stoffe ab und ist um so größer, je höher die Temperatur und je größer der Strömungsdurchsatz des Wasserstoffes .und der flüchtigen Metallverbindung ist.

Nach Bildung des Niederschlags werden die Ventile k und 5 geschlossen, Argon weiterhin dem Reaktionsgefaß 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 Reaktionsgefäßes gebildet, in dem die Teilchen mehr oder weniger gleichmäßig in heftiger Bewegung in der dichten Phase verteilt sind.

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Dies führt zu einem im wesentlichen einheitlichen Niederschlag pro Oberflächeneinheit der Teilchen.

Die Reaktionsprodukte, Trägergase und Überschußwasserstoff ge-.langen 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.

Beispiel 1

Die Diamanten werden zum Ätzen in ein Schmelzbad eines Alkali-' metallnitrate oder alkalischen Erdnitrats mit einer Temperatur unterhalb der Zerlegungstemperatur getaucht. Bei Verwendung von Kaliumnitrat läge der Temperaturbereich zwischen 63O°+F und 75O°F, bei Natriumnitrat bei etwa 58O°F und unter ca. 700⁰F, bei Bariumnitrat bei oder über HOO⁰F und unterhalb der Zerlegungstemperatur. Vorzugsweise wird Kaliumnitrat bei etwa

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630 F 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 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 Niederschlagens einer Metallhülle auf ein Substrat veranschaulichen.

Beispiel 2

Synthetische oder natürliche Diamanten, vorzugsweise vie oben geätzt, mit einer für eine Wirbeischichtbildung 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 und 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. ¹IOO bildet

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(-16+^00), benutzt werden. Vorzugsweise wird eine Körnung der Siebnummern Ίθ bis 100, beispielsweise -40+50, 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 1150⁰F 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. 1 angedeuteten Durchflußmesser erfolgen und der Wasserstoff im stöchiometrischen Überschußverhältnis gegenüber dem Wolframhexafluorid vorhanden ist.

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 Siebnummern "-40 bis 50. Geeignete Niederschlagsdicken gehen von etwa 0,1 mil bis etwa 1,5 mil.

Die Dicke der Beschichtung bestimmt auch das Raumgewicht (d ) des Teilchens, wie es oben beschrieben wurde.

Hinsichtlich des Raumgewichts des beschichteten Teilchens zeigt sich bei einem Diamanten mit einem spezifischen Gewicht von 3,5

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und Wolfram mit einem spezifischen Gewicht von 19,3, daß ein wolframbeschichtetes Diamantteilchen mit einem Raumgewicht d von über 3,5 und unter 19,3 in Abhängigkeit vom Gewichtsprozent des niedergeschlagenen Wolframs erreicht werden kann. Wie oben angegeben, kann das Raumgewicht von 4 bis 17 variieren, indem Wolfram in einem Bereich von etwa 1*1,65 % des Gewichts des beschichteten Teilchens für ein Raumgewicht von 4 bis zu einem Gewichtsprozent von 96,9 % des beschichteten Teilchens für ein Raumgewicht von 17 niedergeschlagen wird. Für andere Dichten gibt die obige Formel das Gewichtsprozent des Beschichtungsmetalls an, das für die Abstimmung des Raumgewichts der Diamanten auf den gewünschten Betrag erforderlich ist. Durch Regulierung der Reaktionsgeschwindigkeit durch Einstellen der Temperatur, der Konzentration der Reaktionsstoffe und der Behandlungsdauer können die gewünschten Niederschläge des Einkapselmetalls erreicht werden.

Beispiel 3

Anstelle von Diamanten kann Alumiumoxid verwendet werden. Korngröße, Temperatur und das Beschichtungsverfahren können wie im Beispiel 2 beschrieben zur Erzeugung eines Wolframüberzugs der genannten.Dicke befolgt werden. Da Aluminiumoxid und Diamanten analoge bzw. ähnliche Dichten aufweisen, finden die Ausführungen bezüglich des erforderlichen Gewichtsprozents (im Falle von Diamanten) des Einkapselmetalls auch hier Anwendung.

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Beispiel 4

Gleichermaßen kann Wolframkarbid nach dem im Beispiel 2 beschrie benen Verfahren mit Tantal zur Abstimmung des Raumgewichts be-■ schichtet werden.

Beispiel 5

Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde bei der Beschichtung von Karborundteilchen mit einer Korngröße von -80+100 angewendet. Die Dichte von Karborund bzw. Siliziumkarbid entspricht in etwa der von Diamanten. Die Ausführungen bezüglich des erforderlichen Prozents Wolframkarbid zur Regulierung des Raumgewichts der beschichteten Diamanten gelten auch für Karborund.

In obigen Beispielen 1st die Substratoberfläche vollständig überzogen, was anzeigt, daß der Prozeß des chemischen Dampfniederschlagsunter Vakuum große Streufähigkeit besitzt. Die äußere Oberfläche der überzogenen Teilchen ist mit der äußeren Oberfläche des bedeckten Substrats topographisch Jcongruent und reproduziert sie. Durch das ineinandergreifende Gefüge wird ein Überzug von hoher Zug- und Biegefestigkeit erzeugt. Da der überzug bzw. die Beschichtung bei hohen Temperaturen erfolgt, ist bei der Abkühlung von etwa HOO⁰F deren Schrumpfung bzw. Zusammenziehung, wie beschrieben, wesentlich stärker als die des Substrat so daß durch die resultierende Endschrumpfung eine Komprimierung bzw. ein Druck auf das eingehüllte Schleifteilchen erzeugt wird.

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Die metallüberzogenen Teilchen können zur Herstellung verbesserter Schleifgefüge aus Mischungen von Primär- und SekundJtrschleif · mitteln bei allen Herstellungsverfahren, die bei derartigen Mischungen in Verbindung mit nichteingekapselten Schleifteilchen bekannt geworden sind, verwendet werden. Hierzu gehören solche Verfahren, die als Einsickerung bzw. Infiltration, Warmpressung und Flammetallisierung bekannt geworden sind.

Bei der Herstellung derartiger Schleifgefüge werden aus den oben beschriebenen Gründen vorzugsweise die Raumgewichte der Primär- und Sekundärschleifteilchen aufeinander abgestimmt.

Bei einem Schleifelement mit einer einzigen Art von Schleifteilchen, beispielsweise entsprechend den obigen Ausführungen ausgewählte geeignete Teilchen nach Tabelle 1 mit einem spezifischen Gewicht das geringer ist als das des als Matrix verwendeten Metalls, kann es in dem Fall, daß das Schleifelement aus einer Mischung des Schleifmaterials und Metallpulver gebildet »,ird, wünschenswert sein, das spezifische Gewicht des Schleifmaterials zu regulieren, um es näher an das des Metalls heranzuführen. j

Durch Einkapselung des Schleifmaterials mit einem von dem der j Metallmatrix unterschiedlichen spezifischen Gewicht mit einer Metallumhüllung unterschiedlichen spezifischen Gewichts kann das Raumgewicht des eingekapselten Schleifmaterials im Sinne ! einer Annäherung an das der Metallmatrix reguliert werden.

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In gleicher Weise kann durch Auswahl des Substrats und des Besehichtungsmetalls sowie des Gewichtsprozents der Beschichtung, die niedergeschlagen wird, ein Schleifteilchen von gewünschtem Raumgewicht erreicht werden und können die Dichten der Primär- und Sekundärschleifteilchen und des Bindermetalls aufeinander abgestimmt werden. Beispielsweise kann durch Abstellung des Gewichtsprozents des Wolframs auf den obigen Diamanten auf etwa 6l % ein Teilchen von etwa 7 g/cm Dichte und durch Beschichtung von Wolframkarbid mit Titan auf 5²J % Gewicht des beschichteten Teilchens ein Teilchen von etwa 7 g/cnr Dichte erreicht werden, was dem spezifischen Gewicht eines geeigneten Bindermetalls annähernd entspricht.

Es ist nicht in jedem Fall notwendig, die Raumgewichte der Primär- und Sekundärteilchen und gegebenenfalls auch das des Bindermetalls aneinander anzugleichen, denn allein durch die gegenseitige Annäherung durch Einkapselung des einen oder anderer der Teilchen entsprechend den oben beschriebenen Richtlinien kann eine verbesserte Verteilung jedes der Teilchen erreicht werden. Zur Herstellung eines einheitlichen Gemisches vcn Primär- und Sekundärschleifteilchen können die Raumgewichte der Teilchen des Primär?- und Sekundärschleifmaterials so reguliert werden, daß der Unterschied in den Raumgewichten nach Regulierung gemäß der Erfindung gleich etwa 40 % bis 80 % oder weniger des Unterschieds im spezifischen Gewicht der uneingekapselten Schleifmaterialien ist. Vorzugsweise wird der Unterschied zwischen den Teilchen auf unter etwa 25 % verringert. Vorzugsweise werden

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Teilchen von Primär- oder Sekundärschleifmateria.l mit einem niedrigsten Raumgewicht von etwa 30 % oder mehr und vorzugsweise 80 bis 100 % der Dichte des Teilchens größter Dichte durch Einkapselung des einen oder anderen oder sowohl des Primär- als auch des Sekundärschleifteilchens erzeugt. So entspricht beispielsweise eine Beschichtung von Wolframmetall (spezifisches Gewicht 19,3) von etwa 98,7 % Gewicht eines beschichteten Diamant teilchens (spezifisches Gewicht 3,5) dem spezifischen Gewicht von 15 eines Eutektikumkarbids.

Durch Beschichtung des Wolframkarbids mit Titan (spezifisches Gewicht k1,5¹O kann das Raumgewicht des Wolframkarbid verringert werden, so daß eine geringere Beschichtung auf den Diamantteilchen zur Angleichung erforderlich ist.

Bei Beschichtung des verwendeten Wolframkarbids verringern Molybdän oder eines der anderen in Tabelle 2 aufgeführten Metalle mit einem geringeren spezifischen Gewicht das Raumgewicht des beschichteten Teilchens.

In den Fällen, in denen das PrimärschleifmaterIaI Diamant und das Sekundärschleifmaterial Wolframkarbid ist, kann eines der in Tabelle 2 aufgeführten Metalle zur Erhöhung des Raumgewichts des Diamantteilchens verwendet werden, um es näher an die Dichte des Teilchens des Sekundärschleifmaterials und des Bindermetalls heranzuführen, wenn beispielsweise das Warmpreßverfahren verwendet wird.

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Vorzugsweise werden in den Fällen, in denen die zusammenhängende Phase der Matrix metallen ist, um zusätzliche Vorteile zu erhalten, als Einkapselmetalle die in Tabelle 2 aufgeführten vervrendet. Die Werte sind der erhältlichen Literatur entnommen.

Die nach der Erfindung vorgesehene Einkapselung der Schleifteilchen mit einer Metallhülle ist zusätzlich zu der oben beschriebenen Ermöglichung einer gleichmäßigen Verteilung der Teilchen vorteilhaft.

Das in der obigen Konstruktion verwendete Sekundärschleifmaterial kann zweckmäßigerweise ein Wolframkarbid im Bereich von WC mit 6,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff bis WpC mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3,16 Gewichtsprozent sein. Ein gutgeeignetes 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 variiert von 3 Gewichtsprozent bis über 25 Gewichtsprozent. Dieses Material hat eine Härte von etwa 1250 bis 1350 kg/mm (Knoop). Eine andere Form einer Eutektikumlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Ge-

wichtsprozent und einer Härte im Bereich von 1900 bis 2000 kg/mm' (Knoop) kann ebenfalls verwendet werden.

Beispiel 6

Die Fig. 2 und 5 zeigen eine geeignete Graphitform zur Verwendung im Einsickerverfahren bei der Herstellung von Sägeblatt-

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Segmenten, 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 ümfangsrichtung mit Abstand angeordneten Formausnehmungen, deren Abmessungen in Ümfangsrichtung wesentlich kleiner sind als ihre radiale Länge. Das Primärschleifmaterial, z« B. eine Mischung von violfram eingekapselten Diamantteilchen mit einer Korngröße der Siebnummern -20+^5 oder -^5+60 und mit einer Dichte von etwa 7 und titaneingekapseltes feingemahlenes Wolframkarbid mit einer Dichte von etwa 7, wird in die Form 102 eingestampft. Der Trichter enthält ein Bronze-Kupfer-Zinn-Legierungspulver mit einer Korngröße, die einen Durchgang durch ein Sieb Nr. 200 hat. Die Diamanten bilden etwa 25 Volumenprozent der abschließend in der Formausnehmung 103 gebildetenVietall-Diamant-Mischung. Die Form wird auf etwa 2000 bis 2100⁰F 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.

Wolframkarbid kann z. B. mit Molybdän, Wolfram, Titan oder Niobium beschichtet werden. Vorzugsweise wird jedoch Molybdän, Titan oder Columbium verv.^rendet und das Sekundärschleifmaterial nach dem oben beschriebenen Verfahren eingekapselt.

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Das beschichtete Wolframkarbid kann, wie oben beschrieben, durch beschichtetes Sekundärschleifmaterial ersetzt werden, z. B. durch wolframbeschichtetes Aluminiumoxid oder Karborund. Die Metallumhüllung kann Wolfram oder ein anderes entsprechend der obigen Ausführung ausgewähltes Metall sein.

Anstelle des Einsickerverfahrens kann nach der Erfindung zur Herstellung des Schleifmittels ein Warmpreßverfahren angewandt werden. Bei einem derartigen Verfahren besteht die Mischung in der Form aus einer Mischung von Schleifteilchen und feingemahlenem bzw. pulverförmigem Metall, das zur Bildung der zusammenhängenden Metallmatrix für die Verbindung der Schleifteilchen dient.

Beispiel 7

Die verwendete Form ist In den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Form 1st üer in Fig.- 2 dargestellten ähnlich, außer daß kein Trichter verwendet wird und die Schraube 105 durch einen Zapfen 107 ersetzt ist. Der Trichter 104 1st durch den Deckel 108 anstelle des Deckels 106 ersetzt. Die Form ist für das Einsetzen des Deckels in der gezeigten Welse ausgebildet. Das Sekundärschleifmaterial kann ein beschichtetes Schleifmaterial sein, wie es in Verbindung mit Beispiel 6 beschrieben ist.

Zur Herstellung des Sägeblattelements (vgl. Fig. 6) nach dem •oben beschriebenen Warmpreßverfahren wird eine innige Mischung

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von mit Titan eingekapseltem Wolframkarbid und wölframbeschichtetem Diamantkorn der Siebnummern -35 und +50, das durch die Wolframmetallhülle auf eine Dichte von etwa 7 gebracht worden ist, um, wie oben beschrieben, der Dichte des eingekapselten Wolframkarbids zu entsprechen, sowie eins Bronze-Zinn-Legierung, die einen Durchgang durch ein Sieb Nr. 200 hat, in die Form nach den Fig. ¹I und 5 eingestampft. Die Konzentration der Diamanten in dar Mischung kann zweckmäßigerweise die gleiche sein, wie in Verbindung mit Beispiel 6 beschrieben. Die Form wird auf etwa 16OO°F bei einem Druck von etwa 210 kg/cm² (3000 psi) zur Herstellung eines Sägeblattelements, wie oben beschrieben, erhitzt.

Zum Beispiel können unter Verwendung der Verfahren nach denfeeispielen 6 und 7 bei der Herstellung eines 12"-Sägeblattes, an das etwa 19 der obigen Abschnitte an dessen Außenumfang angelötet werden, Abschnitte von etwa 1^" Länge, g" Breite und etwa ^I" Dicke durch Einführung von etwa 35OC Steinchen mit einer Körnung zwischen den Sieben Nr. *»5(-) und 6o( + ) oder etwa 1,1-karätigem Diamantkorn gebildet werden. Das fertiggestellte Schleifelsment verbindet sich in einer zum Anlöten an ein Sägeblatt nach Fig. 6 geeigneten Form.

Anstelle von metallbeschichtetem Wolframkarbid kann ein anderes oben beschriebenes metallbeschichtetes Sekundärschleifmaterial, z. B., wie oben beschrieben, metallbeschichtetes Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid bzw. Karborund, verwendet werden.

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Anstatt die bei niedriger Temperatur schmelzende Bronze, wie in den Beispielen 6 und 7 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°F in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des zur Bildung des Binders ausgewählten Metalls erhitzt wird.

Bei der Herstellung der in den Verfahren der Beispiele 6 und verwendeten eingekapselten Schleifmaterialien wird vorzugsweise das in Beispiel 2 beschriebene Einkapselverfahren verwendet und bei Diamanten wird im Falle synthetischer Diamanten mit glatter Fläche diese vorzugsweise, z. B. nach dem Verfahren des Beispiels I₉ geätzt.

Das nach dem Einkapseiverfahreη der Beispiele 1 und 2 hergestellte überlegene Erzeugnis ist bei Benutzung in der Herstellung von Schleifelementen nach dem Warmpreß- oder Einsickerverfahren in den Fig. 7 bis 12 dargestellt.

Fig. 7 zeigt einen O,025"-Wolframüberzug auf einem Aluminiumoxidteilchen in der Metallmatrix bei l4o-facher Vergrößerung.

Fig. 8 zeigt ein ähnliches wolframbeschichtetes Aluminiumoxidteilchen in einer Metallmatrix bei 28O-facher Vergrößerung.

Fig. 9 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes, mit einer 20 Aun-Wolframschicht überzogenes Diamantteilchen bei

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210-facher Vergrößerung.

Fig. 10 zeigt einen Bereich des Teilchens nach Fig. 9 bei 840-facher Vergrößerung.

Fig. 11 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes wolframbeschichtetes Karborundteilchen mit einer Korngröße zwischen den Sieben Nr. 80 und 100 (-80+100) bei 280-facher Vergrößerung.

Fig. 12 zeigt bei 1700⁰F In eine Metallmatrix warmeingepreßtes wolframbeschichtetes Al₂O,, das zur Darstellung der allotriomorphajn Dendritkristalle poliert und geätzt ist.

ausgezeichnete Streufähigkeit des Verfahrens und der innige Überzug sind ersichtlich. Die Metallhülle ist mit der Substrat-Oberfläche kongruent und bildet sie getreu nach. Die resultierende innige Verbindung bewirkt die oben angeführten Vorteile hinsichtlich Kompression und Wärmefortleitung.

Ferner ist ersichtlich, daß die Kristallformen, wie oben beschrieben, allotriomorph mit ineinander verzahnten Dendriten sind.

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Claims

Patentansprüche:

1. Schleifmittel mit einer zusammenhängenden Phase einer Matrix, in der ein Primärschleifmaterial und gegebenenfalls ein Sekundärschleifmaterial gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial eine Härte von mehr als 2000 kg/mm besitzt, mindestens eines der Schleifmaterialien in einer Metallhülle eingekapselt ist, die Dichten des Schleifmaterials geringster Dichte mehr als etwa 30 % der Dichte des Schleifmaterials höchster Dichte betragen und die Schleifmaterialien in Form von Teilchen im wesentlichen gleichmäßig in der Matrix verteilt sind.

2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus Metall besteht.

3·. Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial Diamant und das Sekundärschleifmaterial eine anorganische -Verbindung mit einer Härte

ρ
von mindestens etwa 2000 kg/mm ist.

4. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselmetall Wolfram, Tantal, Columbium (Niobium), Molybdän oder Titan ist.

5. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärschleifmaterial aus metalleingekapseltem Wolframkarbid, Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid besteht.

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- hi -

6. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial aus metalleingekapselten Diamanten und das Sekundärschleifmaterial aus metalleingekapseltem Wolframkarbid, metalleingekapseltem Aluminiumoxid oder rnetalleingekapseltem Siliziumkarbid besteht.

7« Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial aus mit einem Metall eingekapseltem Diamant und das Sekundärschleifmaterial aus mit einem Metall eingekapseltem Aluminiumoxid besteht.

8. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial aus mit Wolfram eingekapseltem Diamant und das Sekundärschleifmaterial aus Wolframkarbid besteht.

9. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial aus mit Wolfram eingekapseltem Diamant und das Sekundärschleifmaterial aus mit Wolfram eingekapseltem Aluminiumoxid besteht.

10. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial aus mit Wolfram eingekapseltem Diamant und das Sekundärschleifmaterial aus mit Wolfram eingekapseltem Siliziumkarbid besteht.

11. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial

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aus mit Wolfram eingekapseltem Diamant und das Sekundärschüeifmaterlal aus Wolframkarbid, das mit einem Metall mit geringerem spezifischen Gewicht als dem des Wolframkarbids eingekapselt ist, besteht.

12. 'Schleifmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselmetall des Wolframkarbids ein Metall mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 15 ist.

13. Schleifmittel nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselmetall des Wolframkarbids Molybdän, Columbium oder Titan ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels nach den Ansprüchen 1 und 2 oder einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine innige Mischung eines Primär- und eines Sekundärschleifmaterials in eine Form eingegeben, die Form auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und geschmolzenes Metall zum Durchsickern durch das Gemisch und Einsickern zwischen die Teilchen des Primär- und Sekundärschleifmaterials gebracht wird.

15. Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels nach den Ansprüchen 1 und 2 oder einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine innige Mischung eines Primär und eines Sekundärschleifmaterials und ein Metallpulver in eine Form eingebracht werden, die Form erhitzt und einem erhöhten, auf die Mischung wirkenden Druck ausgesetzt wird.

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