DE2324155C2

DE2324155C2 - Gesinterte polykristalline diamanthal tige Hartkorper und Verfahren zu ihrer Her stellung

Info

Publication number: DE2324155C2
Application number: DE2324155A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Phys.Dr.Rer. Nat. 4300 Essen Ervens
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1973-05-12
Filing date: 1973-05-12
Publication date: 1974-11-21
Also published as: SE403495B; DE2324155B1; CH561092A5; ZA742984B; FR2324412B1; FR2324412A1

Description

Die Erfindung betrifft gesinterte polykristalline diamanthaltige Hartkörper, die der Bestückung von spanabhebenden Werkzeugen, z. B. von Dreh-, Bohroder Fräswerkzeugen, oder von Werkzeugen, die für die spanlose Verformung verwendet werden, dienen, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Es ist bereits bekannt, polykristalline Diamantkörper für den angegebenen Zweck in der Weise herzustellen, daß Diamantpulver bei hohen Temperaturen und hohen Drücken gesintert wird. Die Durchführung dieses Verfahrens bedarf einer langwierigen und aufwendigen Behandlung der einzusetzenden Diamantteilchen, z. B. in Form einer Wärmebehandlung unter Vakuum, damit die Diamantteilchen eine Oberfläche großer Reinheit und erhöhter Reaktivität erhalten. Dem so vorbehandelten Diamantpulver können geringe Mengen (bis 2%) karbidbildende Metalle zugesetzt werden, wodurch die Qualität der Diamantkörper verbessert wird. Auch ist es bei diesem Verfahren möglich, mit geringen Metaltmengen durchsetzte oder metallummantelte Diamantteilchen einzusetzen. Die aufwendige Behandlung des Diamantpulvers entfällt bei einem anderen, ebenfalls bekannten Verfahren, bei dem zur Herstellung polykristaümer diamanthaltiger Sinterkörper von einer aus feinkörnigem Diamantpulver und 25 bis 40% Kobalt- oder Nickelpulver bestehenden Mischung ausgegangen wird. Eine Höchsidruck-Hochtemperaturbehandlung solcher Mischungen unter thermo-SS diamantstabilen Bedingungen führt zu SKwSkpom großer Festigkeit und Harte.

Bei den bekannten Verfahren wirkt es sich nachteilig aus, daß zu ihrer Durchführung Drücke von mindestens 55 kbar, in der Regel sogar von mehr als 60 kbar und Temperaturen von mindestens 1400° C₁ meistens wgar von mehr als 1600^C, zur Anwendung gebracht werden müssen, wenn man in angemessenen Zeiten, beispielsweise in 10 bis 60 Minuten, diamantnaltige Sinterkörper ausreichender Qualität erhalten will. Diese extremen Herstellungsbedingungen sind ungünstig, weil sie die Lebensdauer der Höchstdruckvorrichtung wesentlich verkurzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gesinterte polykristalline diamanthaltige Hartkörper zu schaffen, bei deren Herstellung weder die bisher angewandten hohen Drücke und TemperaHren benötigt werden noch eine aufwendige Vorbehandlung des zum Einsatz gelangenden Diamantpulvers erforderlich ist, um iii verhältnismäßig kurzen Zeitspannen hochwertige diamanthaltige Hartkörper von großer Festigkeit und Härte zu erhalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch gesinterte polykristalline diamanthaltige Hartkörper gelöst die aus etwa 3 bis 60 Gewichtsprozent einer bei Normaldruck unterhalb 1400^c C schmelzenden diamantbenetzenden Metallegierung, insbesondere einer Kobaltlegierung, oder eines solchen Metalls und aus Diamant bestehen. Zur Herstellung solcher Hartkörper wird gemäß der Erfindung so vorgegangen, daß Pulvermischungen, die aus feinkörnigem Diamantpulver und etwa 3 bis 60 Gewichtsprozent einer pulverförmigen, diamantbenetzenden und bei Normaldruck unterhalb 1400⁰C schmelzenden Metalllegierung oder eines solchen Metalls bestehen, bei Temperaturen und Drücken des thermodynamisch diamantstabilen Gebiets gesintert werden. Infolge der Verwendung solcher niedrigschmelzenden Metalllegierungen oder Metalle sind die für die Sinterung erforderlichen Drücke und Temperaturen niedriger als bei den bisher bekannten Verfahren.

Beispiele solcher niedrigschmelzenden Metallegierungen sind Kobalt-Tantal-, Kobalt-Silizium-, Kobalt-Titan-, Kobalt-Bor-, aber auch Eisen-Nickel-Kobalt-, Eisen-Titan- und Nickel-Titan-Legierungen, insbesondere solche von eutektischer Zusammensetzung, wie etwa folgende:

Eutektische Legierungszusammensetzung in Gewichtsprozent

32,4VoTa, Rest Co

12.5 Vo Si, Rest Co .

18.6 VoTi, Rest Co .
4,0VoB, Rest Co .

Schmelzpunkt in ° C
bei Normaldruck

1276
1195
1135
1102

Es kommen aber auch karbidhaltige Metallegierungen in Frage, soweit ihr Schmelzpunkt bei Normaldruck unter 1400⁰C liegt. Als Beispiele hierfür gelten folgende Legierungen:

Eutektische Legierungszusammen setzung in Gewichtsprozent	Schmelzpunkt in ° C bei Normaldruck
5 Vo TiC, Rest Co 45 Vo WC, Rest Co	1280 1280

Vorzugsweise werden diamanthaltige Pulver- bis 30 Minuten lang den hoben Drücken und Tempe-

mlschungen benutzt, deren MetaUanteil zwischen etwa raturen ausgesetzt. Danach wird etwa 15 bis 20 Mi-

20 und 40 Gewichtsprozent liegt. Den Pulver- nuten lang langsam abgekühlt, wobei gleichzeitig der

mischungen kann ferner Graphit in Menge bis zu Druck allmählich abgebaut wird. Das Ergebnis dieser

etwa 15 Volumprozent zugesetzt werden, der wäh- S Behandlung sind polykristalline Sinterkörper mit

rend des Sintervorgangs unter thermodynamischen einer gleichmäßigen Diaraant-Metall-Verteüung, die

diamantstabilen Bedingungen in Diamant umgesetzt sich durch eine große Festigkeit und Härte auszeich-

wird. nen.

Es empfiehlt sich ferner, bei der Zusammensetzung Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren sei des Ausgangspulvergemisches von solchen feinkör- io im folgenden in Form eines Beispiels näfler erläutert rügen natürlichen oder synthetischen Diamanten und Feinkörniges Diamantpulver, dessen Partikeln Absolchen Metallteilchen auszugehen, deren Abmessun- messungen von 4 bis 8 μχη aufweisen, wird im Gegen kleiner als 200 jun betragen. Wichtsverhältnis von 60:40 mit einer pulverfönnigen

Die pulverfönnige Ausgangsmischung wird in ein eutektischen Co-Si-Legierung (12,5°/oSi, Rest Co) aus hochschmelzendem Metall, z.B. Molybdän, be- ts gemischt. Das Pulvergemisch wird darauf in ein stehendes Röhrchen gefüllt und in an sich bekannter Molybdänröhrchen eingefüllt und bei einem Druck Weise unter thermodynamisch diamantstabilen Be- von 52kbar einer Temperatur von 1250° C unterdingungen erwärmt Die zur Herstellung der Sinter- worfen. Diese Druck- und Temperaturbedingungen körper erforderlichen Temperaturen liegen hei der werden 20 Minuten lang aufrechterhalten. Alsdann Verwendung von Kobaltlegierumgen zwischen 1100 ao wird der so entstandene Sinterkörper während einer und 1400° C, die notwendigen Drücke zwischen 40 Zeitspanne von 15 Minuten allmählich abgekühlt und und 55 kbar. Gemäß der bekannten thermodyna- von dem aufgebrachten Druck entlastet. Er kann mischen Gleichgewichtskurve zwischen Graphit und dann als kompakter Formkörper von großer Festig-Diamant von Bermaii -Simon (»Zeitschrift für keit und Härte zur Bestückung von spanabhebenden Elektrochemie«, Bd. 59, 1955, S. 333) können bei 25 Werkzeugen der verschiedensten Art oder von Werkgrößeren Drücken auch höhere Temperaturen ange- zeugen für die spanlose Formgebung verwendet wandt werden. Das Ausgangsgemisch wird etwa 10 werden.

Claims

324 155 2- Patentansprüche:

1. Gesinterte polykristalline diamanthaltige Hartkörper, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus etwa 3 bis 60, vorzugsweise etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent einer bei Normaldruck unterhalb 1400° C schmelzenden, diamantbenetzenden Metallegierung oder eines solchen Metalls und aus Diamant bestehen.

2. Hartkörper nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Metallegierung eine Kobaltlegierung ist,

3. Hartkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobaltlegierung eine eutektische Co-Ta, Co-Si, Co-Ti oder Co-B-Legierung ist

4. Verfahren zur Herstellung von Hartkörpern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Pulvermischungen, die aus feinkörnigem Diamantpulver und etwa 3 bis 60, vozugsweise ao etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent einer pulverförmigen, diamantbenetzenden und bei Normaldruck unterhalb 1400° C schmelzenden Metallegierung oder eines solchen Metalls bestehen, bei Temperaturen und Drücken des thermodynamischen diamantstabilen Gebiets gesintert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Große der Pulverteilchen unterhalb 200 μΐη liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung bis zu etwa 15 Volumprozent Graphit zugesetzt wire.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 1400° C und einem Druck von etwa 40 bis 55 kbar vorgenommen wird.