DE2302595C3

DE2302595C3 - Schleifmittelkorper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2302595C3
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: 1978-09-28
Also published as: US3841852A; DE2302595B2; FR2169576A5; DE2302595A1; JPS5318755B2; JPS4886190A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schleifmittelkörper, bestehend aus Primärschleifmaterial einer Härte von mehr als 2000 kg/mm², aus Sekundärschleifmaterial einer demgegenüber geringeren Härte, wobei die Dichte des Primär- und die des Sekundärschleifmaterials voneinander abweichen, und aus einer zusammenhängenden Phase einer Matrix.

Bei derartigen Schleifmittelkörpern, die an Schleif-, Abreib-, Schneid- und Erdbohrwerkzeugen, im folgenden als Schleifwerkzeuge bezeichnet, Anwendung finden, hat das zusätzlich zu dem Primärschleifmaterial hoher Härte in der zusammenhängenden Phase der z. B. von einem organischen Polymerharz oder auch von Metall gebildeten Matrix angeordnete Sekundärschleifmaterial geringerer Härte die Aufgabe, bevorzugt zu verschleißen und auf diese Weise neue Schleifflächen des Primärschleifmaterials freizulegen.

Bei der Herstellung von Schleifmittelkörpern der eingangs angegebenen Art (DE-FS 6 11 860), die aus einer Diamantstaub als Primärschleifmaterial enthaltenden Hartmetallegierungtestehen, ist es zur Vermeidung des Problems, daß bei der Erhitzung der Legierung der in dieser enthaltene Diamantstaub seine wertvollen

ίο Eigenschaften, insbesondere die Schärfe der Kristalle, verliert bzw. sich in Graphit verwandelt, bekannt, den Diamantstaub in einer Grundmasse aus insbesondere Wolframkarbid als Sekundärschleifmaterial und einem Matrixmetall, z. B. Kobalt, zu verteilen und die

is Grundmasse bei einer derart niederen Temperatur von insbesondere 1350 bis 1380⁰C und einem Druck von 70 kg/cm² zu sintern, daß der Diamantstaub keine Veränderung erfährt

Es ist ferner bei der Herstellung von Schleifmittelkörpern bekannt (US-PS 31 41 746), die lediglich in einer Metallmatrix eingebetteten Diamant als Schleifmaterial aufweisen und bei denen ein Sekundärschleifmaterial nicht vorgesehen ist, zur Erzielung einer guten Diamantzu-Diamant-Verbindung in der Metallmatrix einen Mengenanteil der Diamantkristalle von zumindest 50 Vol.-% in der Metallmatrix mit einer solchen Orientierung vorzusehen, daß Bereiche einiger Diamantkristalle in benachbarte Diamantkristalle eingreifen und Verriegelungsflächen von Diamant zu Diamant

jo unter Einschluß von Matrixmetall bilden, wobei fernerhin die Verpressung der Diamantteilchen mit dem Metall unter einem Druck von zumindest 70 000 at erfolgt Für die Matrix werden hierbei typische Matrixbindermetalle, wie z. B. Eisen, Kobalt und Nickel oder auch Titan und Tantal eingesetzt. Durch die bei diesem bekannten Verfahren während des Verpressens angewandten außerordentlich hohen Drücke wird jedoch ein beträchtlicher Anteil der Diamantteilchen zermalmt, wodurch die Verwendungsmöglichkeiten des bekannten Schleifmittelkörpers wesentlich herabgesetzt werden. Um eine solche Zermalmung von Diamantteilchen bei der Verpressung zu verhindern, ist es ferner bekannt (US-PS 33 06 720), die Diamantteilchen mit einer Metallhülle aus z. B. Molybdän oder Titan zu versehen, die nach dem Ionenbeschußverfahren gebildet wird und einen hauchdünnen Film erzeugt, der einen direkten Diamantteilchenkontakt beim Verpressen zur Vermeidung ultrahoher Druckkonzentrationen in Verbindung mit der weiteren Maßnahme verhindern soll, daß Wolframkarbid als steifer Füllstoff vorgesehen wird, der gemeinsam mit dem Matrixmetall bei verhältnismäßig niedriger Temperatur erhitzt wird, derart, daß das Gemisch von Wolframkarbid und Matrixmetall vor der anschließenden Anwendung der hohen Temperatur und des hohen Druckes zur Verpressung fließfähig wird. Hierdurch entsteht schließlich eine quasi-hydrostatische Umgebung für die Diamantteilchen, die deren gegenseitige Reorientierung zur Vermeidung ultrahoher Druckkonzentrationen und

bo zur Vermeidung oder Ausschaltung von Überbeanspruchungen und eines Zermalmens der Diamanten ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifmittelkörper der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem das Primärschleifmaterial und das Sekundärschleifmaterial gleichmäßig in der Matrix verteilt bzw. angeordnet sind. Dieser Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine vorzeitige Abnutzung

und verringerte Standzeit bekannter Schleifmittelkörper bzw. von mit diesen ausgerüsteten Werkzeugen durch eine ungleichmäßige Verteilung des Primär- und des Sekundärschleifmaterials in der Bindematrix verursacht ist, und die weitere Erkenntnis, daß für die ungleichmäßige Verteilung der SchleifiTiittelmaterialieilchen in der Matrix die — u. U. stark — unterschiedlichen Dichten des Primärschleifmatt·: ials, z. B. Diamant, einerseits und des Sekundärschleifmaterials, z. B. Wolframkarbid, andererseits verantwortlich sind, indem bei der Gemischherstellung und -verarbeitung zwischen den Maierialteilchen beträchtlich unterschiedlicher Dichte eine gegenseitige Absonderung und Sedimentationserscheinungen eintreten.

Die genannte Aufgabe findet nach der Erfindung ihre Lösung dadurch, daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Dichten der Schleifmaterialien zumindest die Partikeln eines Schleifmaterials in eine Hülle eines in seiner Dichte von der der betroffenen Partikeln abweichenden Metalls eingekapselt sind und mit ihren Metallhüllen Teilchen bilden, deren Dichte um mehr als 30% der Dichte des Schleifmaterials mit höherer Dichte verändert ist

Die unterschiedlichen Dichten des Primärschleifmaterials einerseits und des Sekundärschleifmaterials andererseits sind hierbei durch die Metalleinkapselung auf einen im wesentlichen gleichen Wert gebracht oder zumindest so weit aneinander angenähert dzw. vergleichmäßigt, daß die für ihre ungleichmäßige Verteilung in der Matrix verantwortlichen Absonderungen bzw. _3n Sedimentationen aufgrund stark unterschiedlicher Dichte nicht mehr in einem die Standzeit des Schleifniittelkörpers beeinträchtigenden Ausmaß beobachtet werden. Hierbei kann z. B. das leichtere Schleifmaterialteilchen, z. B. Diamant oder Aluminiumoxyd, eine Hülle eines Metalls höherer Dichte, z. B. Wolfram, oder das schwerere Schleifmaterialteilchen, z. B. Wolframkarbid, eine Hülle eines Metalls geringerer Dichte, z. B. Titan oder Vandiurr., erhalten, oder es finden beide Möglichkeiten gemeinsam für den gewünschten Gewichtsausgleich zwischen Primär- und Sekundärschleifmaterial statt. In dem erfindungsgemäßen Schleifmittelkörper, dessen Primär- und/oder Sekundärschleifmaterial in der angegebenen Weise vorbehandelt und anschließend mit Tabelle 1

der Matrix legiert ist, sind somit die Primär- und die Sekundärschleifmaterialteilchen gleichmäßig verteilt, so daß ein Schleifmittelkörper mit überlegenen Eigenschaften geschaffen ist, der eine gleichmäßige Abnutzung im Gebrauch erfährt und eine erhöhte Standzeit besitzt. Hierbei ist es auch ohne weiteres möglich, eine Konzentration an Primär- und 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 den Fällen, in denen der Schleifmittelkörper in einem Schneid- oder Schleifwerkzeug angewandt wird, z. B. bei Ölbohrkronen oder anderen Bohr- und Bearbeitungs- bzw. spanabhebenden Werkzeugen oder Sägen, beispielsweise zum Sägen von Beton, Mauerwerk, Gestein, Keramik, Ziegeln usw, werden vorzugsweise Schleifmateriaüen mit einer Härte von mehr als etwa 2500 kg/mm² (K η 00 ρ oder V icke rs), 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 Primärschleifmaterial 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 Schleifmateriaüen ausgewählt werden können.

Schleifmaterial

Schmelzpunkt, ⁰C

Spezifisches

Gewicht,

g/cm³ Prozent Linearer
Ausdehnungs-Koeffizient
0,55 χ IWC
-18 bis 538°C

Härte, kg/mm*
K η 00 p*)
Vickers")

Diamanten (synth.
o. natürlich)
Aluminiumoxid (AI2O3)
Gegossenes Eutektikumwolframkarbid
Wolframmonokarbid
(WC)

Diwolframkarbid (W2C)
Bornitrid (kubisch)
Tetrachromkarbid (CnC)
Trichromdicarbid (CnC2)
Titandiborid (T1B2)
Hafniumdiborid (HfB2)
Zirkoniumdiborid (ΖΓΒ2)
Calciumhexaborid (CaBo)
Bariumhexaborid (BaBe)
Tantalkarbid (TaC)
Siliziumkarbid

3,5

2060	3,5-4
4300	15
4800	15,8
4800	17,3
>1700	3,48
1500	6,99
1910	6,68
2870	4,52
3250	11,20
3100	6,09
4050	2,46
4100	4,32

>1000

3,21 1.5
4,4

2,7

-20
3

2,4
4,2
4,2
4,6
3,6
3,8
3,7
2,4

8000*)
3000»)

1700-2400
4700*)

2650

3000-3500*)
3800*)
2000*)
2740 + 220*)
3000 ±290**)

2200-2900*)

Zum Einkapseln kann im Falle der Verwendung einer nichtmetallenen Matrix, ζ. Β aus einem organischen Polymerharz, das Metall mit höherem spezifischen Gewicht nach herkömmlichen Verfahren, z. B. elektrochemischen oder elektronischen 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 angegegeben.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, besteht zwischen den verschiedenen Sch'eiirnaicna'ien eine wesentliche Abweichung im spezifischen Gewicht. Um die Dichte der ausgewählten Teilchen enger aufeinander abzustimmen, λ erden die Teilchen mit geringerem spezifischen Gewicht mit einem Metall mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht eingekapselt, so daß die Raumgewichtc 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 Meiallumhüllung 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.

Die Auswirkung der Dichten der Teilchen und der Beschichtung bzw. Umhüllung ergeben sich aus folgendem: Wenn χ das Gewichtsprozent der Substrat· teilchen im beschichteten Teilchen, c/, die Dichte de; Substrats. J₁ die Dichte der Umhüllung und d_nd\c Dichte des beschichteten Teilchens ist. dann ist
d₁X + d{ 100- x)] = 100 dA.

Tabelle 2	Spezifisches	Schmelz	Prozent linearer	Elastizitäts
Metall	Gewicht, g/cm¹	punkt. ^CC	thermischer	modul (Young)
			Ausdehnungs-	χ 1O*
			Koeffizient
			0.55 χ 10V⁰C
			-18 bis 538° C
	19.3	3380	4	50
Wolfram (W)	16.6	2966	3.9	27
Tantal (Ta)	10.2	2610	2,2	50
Molybdän (Mo)	8,5	2500	4	26
Niob (Nb)	5.89	1890	3,2	41
Vanadium (V)	6,4	!852	3	11
Zirkonium (Zr)	4.54	1675	4.7	16,8
Titan (Ti)	7,86	1535	6.5	28,5
Eisen (Fe)	8,9	1492	6,85	30
Kobalt (Co)	8.9	1453	7,2	30
Nickel (Ni)	8,9	1083	9,22	16
Kupfer (Cu)

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

Zur Erzielung zusätzlicher Vorteile werden vorzugsweise als Einkapselmetalle 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 Schleifteilchen im Schleifgefüge verwendet wird, wird durch die Einkapselung der Schleifteilchen die griffige Verbindung der Metallmatrix 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

Bei der Auswahl des Metalls für die Umhüllung ist es wenn das eingekapselte Teilchen in einer als Verbin dungsmittel wirkenden Metallmatrix verwendet wird

J3 wünschenswert, daß das Metall der Umhüllung einei entsprechend höheren Schmelzpunkt als die Metallma trix hat.

Ein weiterer Vorteil des nach der Erfindunj vorgesehenen Schleifmittels mit eingekapselten Schleif teilchen in Verbindung mit einer Metallmatrix liegt ii der erhöhten Geschwindigkeit der Wärmeableitung voi Schleifteilchen, die aus der innigeren Berührungsflächi zwischen der Umhüllung und dem Substratteilchen um der Umhüllung und der Metallmatrix resultiert An dei Reib- bzw. Schleifflächen erzeugte Wärme bewirk! wenn sie nicht unverzüglich an die als Kühlblecl wirkende Metallmatrix abgeführt und von diese absorbiert wird, einen örtlichen Temperaturanstieg, de eine nachteilige Wirkung auf die Lebensdauer de

Schleifteilchens hat

Zur Erzielung sowohl der abgestimmten Raumdichti als auch der stärkeren Verbindung zwischen dei Schleifteilchen und der Metallmatrix kann jede geeignete Verfahren zum Niederschlagen der Metall hülle auf das Teilchensubstrat verwendet werden. S< ermöglichen elektrochemische oder elektrolytisch Verfahren, die bereits bei der Beschichtung voi Schleifteilchen zur Verwendung in Schleifgefügen mi

organischem Harz angewandt worden sind, eine gewisse Abstimmung des Raumgewichts des beschichteten Teilchens. Ferner führen sie in Verbindung mit einem Metallbindemitlel in einem Schleifmittclaufbau nach der Erfindung zu einer verbesserten Verbindung zwischen der Metallmatrix und dem beschichteten Teilchen aufgrund der besseren Benetzung durch das geschmolzene Metall.

Die 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 Schlcifteilchens in Verbindung mit einem Harzbinder. Gleichermaßen ist dies eine Verbesserung gegenüber der Verwendung unbeschichteler Schieifteiichen 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 Eigenschaften des beschichteten Teilchens im Vergleich zu dem unbeschichteten Teilchen nicht in irgendeinem erheblichen Ausmaß.

Die nach der Erfindung vorgesehenen Metallumhüllungen der Schle'fteilchen unterscheiden sich vorzugsweise von den genannten 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 Obereinanderlagerung des Kristallteilchenwachstums, unterbrochen durch Niederschlag weiterer Kristallteilchengerippe auf ihrer Oberseite, bewirken. Die auf diese Weise zur Bildung eines mechanisch verzahnten Kristallgefüges niedergeschlagenen Kri stallteilchen 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 Temperatur, die ausreicht die Metallverbindung in Dampfform zu halten, ausgesetzt werden, und der Dampf mit einem festen Substrat unter Metallniederschlagbedingungen in Berührung gebracht wird.

In den Fällen, in denen es die chemische Natur des Schleifteilchensubstrats zuläßt, ist es ferner zweckmäßig, metallene Umhüllungen zu wählen, die eine chemische Oberflächenverbindung mit dem Substrat aufgrund einer begrenzten chemischen Reaktion zwischen dem Metall und der Substratoberfläche eingehen und so ein eingekapseltes Teilchen in Form eines Cermets bzw. Hartmetalls erzeugen.
-, Die Ausbildung der zwischenflächigen Verbindung zwischen der Umhüllung und dem Substrat wird durch die in dem bevorzugten Verfahren des Metallnicderschlags verwendete erhöhte Temperatur gefördert.
In den Fällen, in denen die Metallhülle einen

in 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 Metallum-

i-j hüllung unter Druck gesetzt. Somit muß die für einen Bruch des Schleifteiichens erforderliche Zugkraft größer sein als im Falle des uneingekapselten Teilchens.

Diese Eigenschaft bietet ungeachtet des verwendeten

Verbindungsmittels, sei es Harz oder Metall, einen

2(i 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 Fall zieht sich die Metallhülle, wenn das Metall auf das Substrat bei einer erhöhten Niederschlagstemperatur niedergeschlagen wird, beim Kühlen mehr zusammen als das Substrat und setzt dieses unter Druck bzw. Kompression. Da der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient geeigneter

jo Schleifmaterialien im Bereich von etwa 1 bis 12,70 χ 10-^bcm pro cm/0,55⁰C liegt, werden Metallhüllen mit höherem Ausdehnungskoeffizienten als dem des Substrats gewählt. Zum Beispiel werden Metalle mit linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa

j-, 1,10 χ 10-^b bis 2,54 χ IQ-⁵Cm pro cm/0,55°C 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 Ausdehungskoeffizienten angenommen werden können. Bei einer derartigen Kombination muß die einen Bruch des Substratteilchens herbeiführende Durchschlagskraft größer sein als bei einen 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

so Einkapselhülle und dadurch zur Erhöhung des Raumgewichts verwendet werden. In jedem dieser Fälle ist der lineare Ausdehungskoeffizient 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 Ausdehungskoeffizienten in Betracht, der etwa 5 bis 10% oder mehr größer ist als der Ausdehungskoeffizient des Substrats. Dies bedeutet

daß der Ausdehungskoeffizient des Metalls etwa das 1.05- oder Mehrfache, z. B. bis etwa das 7fache, des Ausdehungskoeffizienten des Substrats betragen sollte.

Bei der Auswahl des Metalleinkapselmaterials werden bei Verwendung von Diamanten als Substrat und ■-, von karbidbildenden Metallen vorzugsweise 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 Niob benutzt werden, die κι sämtlich Karbidbilder sind, sich aber nicht wie Eisen verhalten, welches unter den Niederschlagsbedingungen bzw. bei der Herstellung des Schleifmittels den Diamanten stark angreifen kann.

Aus den vorstehend genannten Gründen werden in Verbindung mit den in Tabelle I aufgeführten Schleifteilchen unter Auswahl entsprechend ihren Eigenschaften, wie oben beschrieben, vorzugsweise Wolfram, Tantal, Niob und Molybdän benutzt, während von den Primärschleifteilchen 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 Tvletallmatrix mit zusammenhängender Phase verbindendes Metall gebildet sind, wird als Verbindungsmittel _M vorzugsweise ein Metall verwendet, das einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Metallhülle des Schleifsubstrats. Bei Verwendung von Diamanten als eingekapseltes Schleifteilchen wird der Schmelzpunkt der Metallmatrix vorzugsweise auf eine Temperatür unter etwa 154O⁰C begrenzt, damit nicht die Diamanten einer zu hohen Temperatur ausgesetzt werden, die deren mechanische Festigkeit beeinträchtigen könnte.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der thermische Wärmeausdehnungskoeffizient der als Verbindungsmittel verwendeten Metallmatrix. Da im allgemeinen die niedrigschmelzenden Metalle und Materialien eine hohe thermische Ausdehung 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 1540⁰C bei Verwendung von Diamanten.

Jedoch werden vorzugsweise solche Metalle verwendet, die auch die bevorzugten Eigenschaften aufweisen, die im folgenden beschrieben sind. Das ausgewählte eo Metall sollte bei der Temperatur flüssig sein, bei der die Verwendung des geschmolzenen Metalls zur Bildung des Schleifgefüges beabsichtigt ist, und zweckmäßigerweise im festen Zustand eine Dehnbarkeit bzw. Zähigkeit, gemessen in Werten der Mikrohärte, von unter etwa 400 kg/mm² aufweisen. Zweckmäßigerweise sollte es ferner eine Druckfestigkeit von über etwa 10 500 kg/cm², eine Bruchdurchbiegung von über ca.

40 6330 kg/cm- 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, 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 Diamanten ausgeschlossen, weil sie in geschmolzenem Zustand den Diamanten übermäßig angreifen. So kann nach der Erfindung bei einem eingekapselten Diamanten z. B. die Nickcl-Kupfer-Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Schmelzpunkt unter 1093⁰C verwendet werden. Ferner können Gußeisen-, Kobalt-, Chrom- und Wolframlegierungen mit Schmelzpunkten unter etwa 1540⁰C verwendet werden.

In den Fällen, in denen das Schleifteilchen ein Wolframkarbid- oder 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 andernfalls unter den Herstellungsbedingungen des Schleifmittels erfolgen würde.

Das bevorzugte Verfahren, welches in seiner Anwendung zur Herstellung des neuartigen eingekapselten Schleifteilchens die hervorragende Umhüllung liefert, ist die Umwandlung einer flüchtigen Metallverbindung in auf dem Substrat niedergeschlagenes Metall und ein gas- oder dampfförmiges Reaktionsprodukt, das außer Berührung mit dem Einkapselmetall gebracht werden kann. Hierbei verbleibt eine Umhüllung, die im wesentlichen frei von eingeschlossenen Verunreinigungen ist.

Zu diesem Zweck werden vorzugsweise die Halogenide oder Karbonyle der Metalle verwendet. Zur Vereinfachung 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.

Tabelle 3

	Siedepunkt °C
	bei 760 mm*)
Eisenkarbonyl (Fe(COJe)	102,8*
Molybdänpentachlorid (MgCIs)	268
Molybdänhexafluorid (M0F6)	35
Molybdänkarbonyl (Mo(CO)6)	156,4
Wolframpentabromid (WBrs)	333
Wolframhexabromid (WBre)	17,5
Wolframpentachlorid (WCb)	275,6
Wolframhexachlorid (WCIe)	346,7

Fortsetzung

Wolframkarbonyl (W(CO)o)
Tantalpentachlorid (TaCIi)
Tantalpentafluorid (TaF=>)
Titantetraborid (TiBr)
Titanhexafluorid (TiFe)
Titantetrachlorid (TiCU)
Niobpentabromid (NbBr;)
Niobpentafluorid (NbFs)
Niobpentachlorid (NbCh)
Nickelhexafluorid (NiF6)
Vanadiumtetrachlorid (VaCU)
Vanadiurnpentafkiorid (VaCIs)

*) Werm nicht anders angegeben.

Nicdqiuiikl. (.
hei 7bO nmr)

175 bei 766 mm 242
229.5
230
35,5
136,4
361,6
236
236

4 bei 25 mm 148*
111*

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 Metallmatri. en 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 unter den beschriebenen bevorzugten Bedingungen bewirkt es ein überlegenes Schleifgefüge von längerer Standzeit. Bei Einkapselung mit Wolfram oder anderen geeigneten Metallen, wie oben beschrieben, wird es, nachdem die freiliegende, in Berührung mit dem Werkstück stehende Metallhülle verschlissen ist, dem Werkstück ausgesetzt, steht jedoch andererseits in griffiger Verbindung mit der Einkapselhülle, die ihrerseits in griffiger Verbindung mit der Metallmatrix steht.

Anstelle des oder zusätzlich zu dem eingekapselten Diamanten können die anderen oben beschriebenen Schleifmaterialien und von diesen vorzugsweise eingekapseltes Aluminiumoxid, jedoch insbesondere auch eingekapseltes Wolframkarbid oder Karborund bzw. Siliziumkarbid, verwendet werden, wie es im folgenden ausführlicher beschrieben ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt

F i g. 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 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,

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 F i g. 1 ist schematisch der Ablauf des bevorzugten ·, Verfahrens zur Herstellung des neuartigen eingekapselten Schleifmaterials nach der Erfindung dargestellt. Die /.u beschichtenden Teilchen werden in das Reaktionsgefäß 1 eingegeben, dessen Kappe 2 entfernt worden ist. Zur Abstützung der Teilchen mit ausgewählter Korn-

Ki größe besitzt das Reaktionsgefäß einen perforierten Boden.

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.

ι -, Das Ventil 7 wird daraufhin geschlossen und das System mit Wasserstoff aus einem Vorratsbehälter 11 gelullt, wobei das Ventil 5 offen ist.

Das Reaktionsgefäß wird durch den Ofen 9 auf Reaktionstemperatur, z. B. etwa 540⁰C bis 650⁰C,

2» 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 Palladiumkatalysator, da-

2-, mit 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, ζ. Β. Argon aus einem Argonbehälter 6, in die Reaktionskammer eingegeben.

Vorzugsweise werden die oben erwähnten flüchtigen Metallhalogenide 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 geleitet und im Absorptionsgefäß absorbiert wird. In den Fällen, in denen die flüchtige Verbindung ein Fluorid ist, ist das gebildete Produkt ein Wasserstoffluorid, 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 wird abgeführt und hinterläßt keine Verunreinigungssloffe 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 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 Rekationsgefäß, 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. Dies führt zu einem im wesentlichen

einheitlichen Niederschlag pro Oberflächeneinheit der Teilchen.

Die Reaktionsprodukte. Trägergase und Überschußwasserstoff gelangen in aen 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 w ird. durch eine vorausgehende Oberflächenätzung des Diamanten verbessert werden. Die Ätzung der Diamanten ist auch in den Fällen vorteilhaft, in denen eine Meiallhülle 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 w ird.

Beispiel 1

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^cC und 400°C. bei Natriumnitrat bei etwa 300⁼C und unter ca. 37OT. bei Bariumnitrat bei oder über 590^rC und unterhalb der Zerlegungstemperatur. Vorzugsweise wird Kaliumnitrat bei etwa 330^cC 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 geatzten 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 V₂ 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 Niederschlages einer Metallhülle auf ein Substrat veranschaulichen.

Beispiel 2

Synthetische oder natürliche Diamanten, vorzugsweise wie oben geätzt, mit einer für eine Wirbelschichtbildung geeigneten Korngröße werden in das Reagenzgefäß 1 eingeführt. Die verwendete Korngröße richtet sich nach der Betriebsart des Schleifwerkzeugs. Bei der Verwendung an ölbohrwerkzeugen. Schneiden, Sägen und Schleifvorrichtungen können Teilchen mit einer Korngröße von 1 bis 0,037 mm benutzt werden. Vorzugsweise wird eine Körnung im Bereich von 0,37 bis 0,15 mm, beispielsweise 0,37 bis 0,3 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 Reaklionsgefäß 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 b20"C. gemessen durch das Thermoelement, eingestellt worden sind, wird der Wasserstoffstrom auf etwa !250 bis 1350 ml/min unc 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 F i g. 1 angedeuteten Durchflußmessei erfolgen und der Wasserstoff im stöchiorr.etrischen Überschußverhältnis gegenüber dem Wolframhexafluorid vorhanden ist.

Die Dicke der Wolframschicht auf den Diamanten hängt von der Behandlungsdauer ab und beträgi 25.4 um in etwa einer Stunde bei den oben beschriebenen Diamanten mit einer Korngröße von 0,37 bii 0.3 mm. Geeignete Niederschlagsdicken gehen vor etwa 2.5 μηι bis etwa 40 μπι.

η Die Dicke der Beschickung bestimmt auch da: Raumgewich! (d_p)des Teilchens, wie es oben beschrie ben wurde.

Hinsichtlich des Raumgewichts des beschichteter Teilchens zeigt sich bei einem Diamanten mit einerr

:o spezifischen Gewicht von 3,5 und Wolfram mit einerr spezifischen Gewicht von 19,3, daß ein wolframbe schichtetes Diamantteilchen mit einem Raumgewicht (J₁ von über 3.5 und unter 19,3 in Abhängigkeit vorr Gewichtsprozent des niedergeschlagenen Wolfram«

Jj erreicht werden kan ". Wie oben angegeben, kann da< Ra jmgewicht von 4 bis 17 \ ariieren, indem Wolfram ir einem Bereich von etwa 14,65% des Gewichts de; beschichteten Teilchens für ein Raumgewicht von 4 bi: zu einem Gewichtsprozent von 96,9% des beschichteter

jo Teilchens für ein Raumgewicht von 17 niedergeschlager wird. Für andere Dichten gibt die obige Formel da; Gewichtsprozent des Beschichtungsmetalls an, das füi die Abstimmung des Raumgewichts der Diamanten aul den gewünschten Betrag erforderlich ist. Durcl·

r> Regulierung der Reaktionsgeschwindigkeit durch Einstellen der Temperatur, der Konzentration der Reak tionsstoffe und der Behandlungsdauer können die gewünschten Niederschläge des Einkapselmetalls er reicht werden.

Beispiel 3

Anstelle von Diamanten kann Aluminiumoxid verwendet werden. Korngröße, Temperatur und da: Beschichtungsverfahren können wie im Beispiel 1 beschrieben zur Erzeugung eines Wolframüberzugs dei genannten Dicke befolgt werden. Da Aluminiumoxic und Diamanten analoge bzw. ähnliche Dichten aufwei sen, finden die Ausführungen bezüglich des erfordern chen Gewichtsprozents (im Falle von Diamanten) de; Einkapselmetalls auch hier Anwendung.

Beispiel 4

Gleichermaßen kann Wolframkarbid nach dem irr Beispiel 2 beschriebenen Verfahren mit Tantal zui Abstimmung des Raumgewichts beschichtet werden.

Beispiel 5

Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde bei dei Beschichtung von Karborundteilchen mit einer Korn

bo größe von 0,18 bis 0,15 mm angewendet. Die Dichte vor Karborund bzw. Siliziumkarbid entspricht in etwa dei von Diamanten. Die Ausführungen bezüglich de: erforderlichen Prozents Wolframkarbid zur Regulie rung des Raumgewichts der beschichteten Diamantet

b5 gelten auch für Karborund.

In obigen Beispielen ist die Siibstratoberflächi vollständig überzogen, was anzeigt, daß der Prozeß de: chemischen Dampfniederschlags unter Vakuum großi

Streufahigkeit besitzt. Die äußere Oberfläche der überzogenen Teilchen ist mit der äußeren Oberfläche des bedeckten Substrats topographisch kongruent und reproduziert sie. Durch das ineinandergreifende Gefüge wird ein Überzug von hoher Zug- und Biegefestigkeit erzeugt. Da der Oberzug i.zw. die Beschichtung bei hohe) Temperaturen erfolgt, ist bei der Abkühlung von etwa 590° C deren Schrumpfung bzw. Zusammenziehung, wie beschrieben, wesentlich stärker als die des Substrats, so daß durch die resultierende Endschrumpfung eine Komprimierung bzw. ein Druck auf das eingehüllte Schleifteilchen erzeugt wird.

Die metallüberzogenen Teilchen können zur Herstellung verbesserter Schleifgefüge aus Mischungen von Primär- und Sekundärschleifmitteln bei allen Herstellungsverfahren, die bei derartigen Mischungen in Verbindung mit nichteingekapselten Schleifteilchen bekanntgeworden sind, verwendet werden. Hierzu gehören solche Verfahren, die als Einsickerung bzw. Infiltration, Warmpressung und Flammetallisierung bekanntgeworden 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 Metallpulvers gebildet wird, wünschenswert sein, das spezifische Gewicht des Schleifmaterials zu regulieren, um es näher an das des Metalls heranzuführen.

Durch Einkapselung des Schleifmalerials mit einem von dem der 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.

In gleicher Weise kann durch Auswahl des Substrats und des Beschichtungsmetalls sowie des Gewichtsprozent 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 61% ein Teilchen von etwa 7 g/cm^J Dichte und durch Beschichtung von Wolframkarbid mit Titan auf 54% Gewicht des beschichteten Teilchens ein Teilchen von etwa 7 g/cm³ 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 anderen der Teilchen entsprechend den oben beschriebenen Richtlinien kann eine verbesserte Verteilung jedes der Teilchen erreicht werden. Zur Herstellung eines einheitlichen Gemisches von Primär- und Sekundärschleifteilchen können die Raumgewichte der Teilchen des Primär- und Sckundärschleifmaterials so reguliert werden, daß der Unterschied in den Raunigewichtcn nach Regulierung gemäß der Erfindung gleich etwa 40% bis 80% oder weniger des Unterschieds im spezifischen Gewicht der uneinge kapselten Schleifmaterialien ist. Vorzugsweise wird der Unterschied zwischen den Teilchen auf unter etwa 25% verringert Vorzugsweise werden Teilchen von Primär 5 oder Sekundärschleifmaterial mit einem niedrigsten Raumgewicht von etwa 30% oder mehr und Vorzugs weise 80 bis 100% der Dichte des Teilchens größtei Dichte durch Einkapselung des einen oder anderen odei sowohl des Primär- als auch des Sekundärschleifteilchens erzeugt. So entspricht beispielsweise eine Beschichtung von Wolframmetall (spezifisches Gewich 193) von etwa 98,7% Gewicht eines beschichteten Diamentteilchens (spezifisches Gewicht 33) dem spezifischen Gewicht von 15 eines Eutektikumkarbids.

Durch Beschichtung des Wolframkarbids mit Titan (spezifisches Gewicht 4,54) kann das Raumgewicht des Wolframkarbids verringert werden, so daß eine geringere Beschichtung auf den Diamantteilchen zui 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 Primärschleifmaterial Diamant und das Sekundärschleifmaterial Wolframkar bid ist, kann eines der in Tabelle 2 aufgeführten Metalle zur Erhöhung des Raumgewichts des Diamantteilchen: verwendet werden, um es näher an die Dichte de:

Teilchens des Sekundärschleifmaterials und des Bindermetalls heranzuführen, wenn beispielsweise das Warmpreßverfahren verwendet wird.

Vorzugsweise werden in den Fällen, in denen die zusammenhängende Phase der Matrix metallen ist, un zusätzliche Vorteile zu erhalten, als Einkapselmetalle die in Tabelle 2 aufgeführten verwendet. Die Werfe 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 Gewichtspro· zent Kohlenstoff bis W2C mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3,16 Gewichtsprozent sein. Ein gut geeignetes Material ist sogenanntes gesintertes Wolframkarbid das aus feinsten WC-Kristallen und Kobaltmetal besteht, die durch Sintern in der Flüssigphase bei hohei 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 (K η oop). Eine andere Form einer Eutektikumlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Gewichtsprozent und einer Härte im Bereich von 1900 bis 200 kg/mm² (Knoop kann ebenfalls verwendet werden.

Beispiel 6

bo Die F i g. 2 und 5 zeigen eine geeignete Graphitforrr zur Verwendung im Einsickerverfahren bei dei Herstellung von Sägeblattsegmenten, die an eir Sägeblatt angelötet werden. Die Form besteht aus einei Grundplatte 101, der eigentlichen Form 102 mit einen

hi Anker 103, der einen mit einer Klemmschraube 1Oi festgeklemmten Trichter 104 trägt, und ist mit einen Ofendeckel 106 abgedeckt. Die eigentliche Forn besteht aus in llmfangsrichtung mit Abstand angeord

t/

neten Formausnehmungen, deren Abmessungen in Umfangsrichtung wesentlich kleiner sind als ihre radiale Länge. Das Primärschleifmaterial, z. B. eine Mischung von wolframeingekapselten Diamantteilchen mit einer Korngröße von 0,84 bis 032 mm oder 0,32 bis 0,25 mm 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 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 1150⁰C 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 Niob verwendet und das Sekundärschleifmaterial nach dem oben beschriebenen Verfahren eingekapselt.

Das beschichtete Wolframkarbid kann, wie oben beschrieben, durch beschichtetes Sekundärschleifmaterial ersetzt werden, z. B. durch wolframbeschichtetes Aluminiumoxid oder Karborund. Die Metallumüllung 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 F i g. 3 und 4 gezeigt. Die Form ist der in Fig. 2 dargestellten ähnlich, außer daß kein Trichter verwendet wird und die Schraube 105 durch einen Zapfen 107 ersetzt ist. Der Trichter 104 ist durch den Deckel 108 anstelle des Deckels 106 ersetzt. Die Form ist für das Einsetzen des Deckels in der gezeigten Weise ausgebildet. 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 von mit Titan eingekapseltem Wolframkarbid und wolframbeschichtetem Diamantkorn mit einer Korngröße von 0,42 bis 0,3 mm, das durch die Wolframmetallhülle auf eine Dichte von etwa 7 gebracht worden ist, um, wL· oben beschrieben, der Dichte des eingekapselten Wolframkarbids zu entsprechen, sowie eine Bronze-Zinn-Legierung mit einer Korngröße unter 0,07 mm in die Form nach F i g. 4 und 5 eingestampft. Die Konzentration der Diamanten in der Mischung kann zweckmäßigerweise die gleiche sein, wie in Verbindung mit Beispiel 6 beschrieben. Die Form wird auf etwa 87O°C 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 den Beispielen 6 und 7 bei der Herstellung -, eines 30^-cm-Sägeblattes, an das etwa !9 der obigen Abschnitte an dessen Außenumfang angelötet werden, Abschnitte von etwa 47,6 mm Länge, 3,2 mm Breite und etwa 4 mm Dicke durch Einführung von etwa 3500 Steinchen mit einer Korngröße von 0,32 bis 0,25 mm

in oder etwa 1,1-karätigem Diamantkorn gebildet werden.

Das fertiggestellte Schleifelement verbindet sich in einer zum Anlöten an ein Sägeblatt nach Fig.6 geeigneten Form.

Anstelle von metalibeschichtetem Wolframkarbid

ι -, kann ein anderes oben beschriebenes metallbeschichtetes Sekundärschleifmaterial, z. B., wie oben beschrieben, metallbeschichtetes Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid bzw. Karborund, verwendet werden.
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 835⁰C in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des zur Bildung des Binders ausgewählten Metalls erhitzt wird.

Bei der Herstellung der in den Verfahren der Beispiele 6 und 7 verwendeten eingekapselten Schleifmaterialien wird vorzugsweise das in Beispiel 2

W beschriebene Einkapselverfahren verwendet, und bei Diamanten wird im Falle synthetischer Diamanten mit glatter Fläche diese vorzugsweise, z. B. nach dem Verfahren des Beispiels 1, geätzt.

Das nach dem Einkapselverfahren der Beispiele 1 und

J-. 2 hergestellte überlegene Erzeugnis ist bei Benutzung in der Herstellung von Schleifelementen nach dem Warmpreß- oder Einsickerverfahren in den F i g. 7 bis 12 dargestellt.

F i g. 7 zeigt einen 0,6 mm-Wolframüberzug auf einem

4(i Aluminiumoxidteilchen in der Metallmatrix bei 140facher Vergrößerung.

Fig.8 zeigt ein ähnliches wolframbeschichtetes Aluminiumoxidteilchen in einer Metallmatrix bei 280facher Vergrößerung.

4) F i g. 9 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes, mit einer 20-um-Wolframschicht überzogenes Diamantteilchen bei 210facher Vergrößerung.

Fig. 10 zeigt einen Bereich des Teilchens nach F i g. 9 bei 840facher Vergrößerung.

3d Fig. 11 zeigt ein in eine Metallmatrix warmeingepreßtes wolframbeschichtetes Karborundteilchen mit einer Korngröße von 0,18 bis 0,15 mm bei 280facher Vergrößerung.

Fig. 12 zeigt bei 927°C in eine Metallmatrix

->> warmeingepreßtes wolframbeschichtetes AI2O3, das zur Darstellung der allotriomorphen Dcndritkristalle poliert und geätzt ist.

Die ausgezeichnete Streufähigkeit des Verfahrens und der innige Überzug sind ersichtlich. Die Metallhülle

hii ist mit der Substratoberfläche 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

h'i oben beschrieben, allotriomorph mit ineinander verzahnten Dendriten sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schleifmittelkörper, bestehend aus Primärschleifmaterial einer Härte von mehr als 2000 kg/ mm², aus Sekundärschleifmaterial einer demgegenüber geringeren Härte, wobei die Dichte des Primär- und die des Sekundärschleifmaterials voneinander abweichen, und aus einer zusammenhängenden Phase einer Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Dichten der Schleifmaterialien zumindest die Partikeln eines Schleifmaterials in eine Hülle eines in seiner Dichte von der der betroffenen Partikeln abweichenden Metalls eingekapselt sind und mit ihren Metallhüllen Teilchen bilden, deren Dichte um mehr als 30% der Dichte des Schleifmaterials mit höherer Dichte verändert ist

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

3. Schleifmittelkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärschleifmaterial Diamant und das Sekundärschleifmaterial eine anorganische Verbindung mit einer Härte von mindestens etwa 2000 kg/mm² ist.

4. Schleifmittelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselmetall Wolfram, Tantal, Molybdän oder Titan ist.

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

6. Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittelkörpers nach den Ansprüchen 1 und 2 oder einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, 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.

7. Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittelkörpers nach den Ansprüchen 1 und 2 oder einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, 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.