DE2349478A1

DE2349478A1 - Superharter verbundwerkstoff auf basis von kubischem bornitrid und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2349478A1
Application number: DE19732349478
Authority: DE
Inventors: Leon Israilewitsch Feldgun; Grigorij Osipowitsch Gomon; Jurij Matwejewitsc Kowaltschuk; Wladislaw Sergejewitsc Lysanow; Michail Andrejewitsch Warsanow
Original assignee: VNII ABRAZIVOV
Current assignee: VNII ABRAZIVOV
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1974-05-02
Also published as: GB1431084A; CH591405A5; FR2201268A1; IT998693B; SE392259B; FR2201268B1; DE2349478B2; BE805525A

Description

.SUPERIiARTER TOBBDKDWERESTOi¹F AUF BASIS VOlT KUBISCHEM BORNITRID

UND "VEEFAHKOiN ZU DESSEN HERSTELLUNG Priorität vom.2. 10. 1972 UdSSR B Nr. 1833580

Die vorliegende Erfindung betrifft die Vervollkommnung von superha^ten Materialien, insbesondere von superhartem Verbundwerkstoff auf Basis von kubischem Bornitrid und Verfahren zu dessen Herstellung. Solche Verbundwerkstoffe sind in der technischen Fachliteratur auch unter Bezeichnung "Compacts" bekannt und kommen bei der Fertigung von Schneid-, Bohr- und Schleifwerkzeugen weltgehend zur Verwendung* ,

Der zur Zelt weltgehend bekannte superjiarte Werkstoff ,regulä- ^; res Bornitrid ,stellt gewöhnlich mindestens 1 mm große Elnze!kristalle dar, wodurch seine Anwendung für Schneid- und Bohrwerkzeuge Schwierigkeiten bereitet» In der letzten Zelt wurden deshalb Ver-

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suche gGE.aGh.ts Verbundwerkstoffe auf Basis von regulärem Bornitrid (Compacts) mit SusKtsen hochschsielzender Metalle herzustellen* Solche" Conipeots erhält man gewöhnlich durch Sintern des Pulvers von kubischciii. Bornitrid mit ausätzen hochcchaelzencLe-a: Metalle· Wegen des inhomogenen Inneren Aufbaus sind jedoch Compacts ungenügend monolith und fest, wodurch ihre Anwendung für Schneidwerkzeuge ebenso erschwert wird«

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, solch eine Zusammensetzung und Struktur eines supsrharten Verbundwerkstoffs auf Basis von kubischem Bornitrid auszusuchen, daß eine hohe !Festigkeit und Schneidfähigkeit des superharten Werkstoffs erreicht wird, sowie en Verfahren zur Herstellung dieses Verbundwerkstoffs au entwickeln»

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, das ein superharten Verbundwerkstoff auf Basis von kubischem Bornitrid mit Zusätzen hochschmelzender Stoffe erfindungsgemäß ca· 85 bis 97 Gew«~/S kubisches Bornitrid, das eine Dendritstruktur gegenseitig verwachsenem 10 bis 10 cm großer Kristallite darstellt, ca. 2 bis 5 Gew,-% Boride und Oxyde des Magnesiums und/oder des Kalziums, ca· 1 bis 10 Gew»-% hochschiaelzende Stoffe enthalt· . .

Dieser superharte Verbundwerkstoff weist eine erhöhte Druckfestigkeit und Schneidfähigkeit bei der Bearbeitung hochgeharteter Stähle und schwer bearbeitbarer Legierungen auf, well er eine feinkörnigere und homogenere Struktur gegenüber den bisher bekannten Compacts hat»

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Han kann einen suporharton Werkstoff, gekennzeichnet durch die verschiedenen pliysikallsch-mochanlscliQ Eigenschaften iibolsplels v/eise Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit), herstellen, indem man. die LIengc? und Piiasensusammensetzung von -Zusätzen hochschise!sender Stoffe variiert*

Als Zusätze können Siliziumkarbid, Diamant, Korund, Borkarbid, zusammen oder einzeln, in Frage kommen» Die Zusatz-Wahl richtet sich nach dem Einsatzgebiet des superhai'ten Werkstoffs Zur Bearbeitung schwerbearbeltbarer nichteisenmetalle und Legierungen auf deren Basis ist es beispielsweise zweckmäßig, als Zusatz mittel Diamant und/oder Korund sowie Siliziumkarbid und /oder Bor-Siliziumkarbid zu verwenden· Zur Bearbeitung schwerbearbeltbarer legierungen, z* B. Hlcke !legierungen, empfiehlt es sich, als Zusatzmittel Diamant und/oder Borkarbid zu benutzen»

• Man kann den vorgeschlagenen superharten Verbundwerkstoff erfindungsgemaß in der Welse herstellen, daß man ein Gemisch ,das 85 bis 97 Gew.-% hexagonales' Bornitrid, ca· 1 bis 10 Gew.-% hochschmelzende Hartstoffe und ca. 2 bis 5 Gew.-JS Kalzium- und oder Kagneslumboride enthalt, einer Druck- und Temperatureinwirkung im Bereich von ca. 85 bis 95 kbar bzw. 2000 bis 2200⁰C unterwirft.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es ermöglicht, einen superharten Verbundwerkstoff unter Anwendung beliebiger heute bekannter Hochdruckanlagen herzustellen, wel-! ehe die Erzielung von !Temperaturen und Drücken im angegebenen Be- j reich sicherstellen. " I

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Nachstellend wird die Erfindung anhand konkreter Beispiele zur Herstellung des vorgeschlagenen superharten Verbundwerkstoffs erläutert;·

Beispiel 1

Man bereitet ein homogenes Gemisch zu, das 85 Gew·-^ hexago» nales Bornitrid, 10 Gew,-% Diamant in Form eines Pulvers mit einer 5 bis 10 mkm Korngröße und 5 Gew.-% Magnesiumdlborld enthält. Dieses Gemisch wird brikettiert, dann in den Reaktionäraum eines aus Irlthograflesteln gefertigten HochdruckkammerbehKlter eingebracht und einer Druckeinwirkung bei 85 kbar und 2000°C wahrend 2 min unterworfen·

Der hergestellte superharte Verbundwerkstoff weist eine Dendritenstruktur gegensaitig verwachsener .10 ^ bis 10 cm großer Kristallite von kubischem Bornitrid auf, deren Gehalt im Verbundwerkstoff 85 Gew«-% ausmacht« Diamanttellchen in einer Menge von 10 Gew. -JS und Magnesiumbor id- und Magnesiumoxydteilchen in einer Gesamtmenge von 3 Gew.$ ₉ die in der Struktur des hergestellten superharten Verbundwerkstoff vorhanden sind, verstärken diese Struktur und sichern damit die höchste Festigkeit« Der. superharte Verbundwerkstoff besitzt eine Druckfestigkeit von-N 300 kp/mm und .

Wärmeleitfähigkeit von*°1 ¥/cm.grd beim genannten Verhältnis . \

!seiner Komponenten.

Beispiel 2
Man wiederholt die im Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise

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mit dom Unterschied, daß man statt Diamant Korundpulver niit einer
Korngroße von 3 bis 1. mkm benutzt. Der hergestellte superharte
Verbundwerkstoff enthält etwa 85 Gew,~% reguläres Bornitrid,
etwa 10 Gew,~% Korund, 5 Gev,',-% Magneslumborlde und -oxyde und

p .

weist die Druckfestigkeit von ca, 280 kp/mm" auf,

Beispiel 3

Man wiederholt die im Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise

j mit dem Unterschied, daß man statt Diamant Siliziumkarbidpulver ^!

mit einer Korngröße von 5 bis 3 mkm benutzt. Der hergestellte .
superharte Verbundwerkstoff enthält etwa 85 Gev;,-% reguläres Bor- ^!

nitrid, etwa 10 Gew,-% Siliziumkarbid, 5 Gew,-% Kagnesiumboride "uns

ρ
-oxyde und waist die Druckfestigkeit von etwa 270 lcp/mm auf·

Beispiel 4

Man wiederholt die im Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise^:

mit dem Unterschied, daß man statt Diamant Borkarbidpulver mit

einer Korngroße von 5 bis 3 dkm benutzt. Der hergestellte super- ■

harte Verbundwerkstoff besteht aus etwa 85 Gew,--% regulärem Bor- ^!

nitrid, etwa 10 Gew.-% Borkarbid, 5 Gew,-% Magneslumborlden und t

ρ !

-oxyden und weist die Druckfestigkeit von etwa 220 kp/mm auf,

Beispiel 5

Man wiederholt die im Beispiel 1 beschriebene Verfahrenswelse: mit dem Unterschied, daß man statt Diamant Borsiliziumkarbldpulver
mit einer Korngroße von 7 bis 5 mkm benutzt. Der hergestellte I

superharte Verbundwerkstoff besteht aus etwa 85 Gew.~% regulärem l· Bornitrid, etwa 10 Gew„-% Borsiliziumkarbid, 5 Gew,-% Liagnesium- .\

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BAD ORIGINAL

bonden und -oxyden und weist dlo Druckfestigkeit von etwa 24-0 kp/mm² auf«

Beispiel 6

Man bereitet ein homogenes Geniisch zu, das 97 Gew«-% hezagona les Bornitrid, 1 Gew.-?2 Diamant in Form eines Pulvers mit einer 5 bis 3 mkm Korngröße und 2 Gew.-^ Kagnesiumdiborid enthalt· Dieses Gemisch wird brikettiert, dann in den Reaktionsraum eines aus Lithografie st e in gefertigten Hochdruckkammerbehalter eingebracht und einer Druckeinwirkung bei 95 kbar und 2200⁰C wahrend 1 min unterworfen.

Der hergestellte superharto Verbundwerkstoff weist eine Dendritenstruktur gegenseitig verwachsener 10 ^ bis 10 cm großer Kristallite von kubischem Bornitrid auf, deren Gehalt im Verbundwerkstoff 97 Gew.-% ausmacht. Diamant te liehen in einer Menge von 1 Gew«-jS und Borld- und Oxydtellchen des Magnesium bzw des Kalziums in einer Gesamtmenge von 5 Gew.-%, die in der Struktur des hergestellten superharten Verbundwerkstoffs vorhanden sind verstarken diese Struktur und sichern damit die höchste Festigkeit Der superharte Verbundwerkstoff besitzt eine Druckfestigkeit von^ 2.50 kp/mm und wärmeleitfähigkeit von etwa 0,4 W/cnugrd beim genannten Verhältnis seiner Komponente.

Beispiel 7

Man wiederholt die im Beispiel 6 beschriebene Verfahrens^:- weise mit dem Unterschied, daß statt Diamant Körundpulver mit einer Korngröße von 3 bis 1 mkm benutzt werden· Dor hergestellte

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- . ■ BAD OR1S5MU

superharte Verbundwerkstoff besteht aus 97 Ge\v.~% kubischem Bornitrid, etwa 1 Gew.-% Korund, 2 Gew.~% Bonden und Oxyden des Kagneslums und Kalziums und weist die Druckfestigkeit von etwa 2JO kp/mm² auf.

Beispiel 8 "

Man wiederholt die im Beispiel 6 beschriebene Verfahrensweise mit dem Unterschied, daß man statt Diamant Slllzlumkarbldpuiver mit einer Korngröße von 3 bis 3 mkm benutzt· Der hergestellte super- . harte Verbundwerkstoff enthält etwa 97 Gew,-% kubisches Bornitrid, etwa 1 Ge\'i.-% Siliziumkarbid, 2 Gew.«% Bor^ide und Oxyde des Magnesiums und Kalziums©

Beispiel 9

Man wiederholt dia im Beispiel 6 beschxlebene Verfahrensweise mit dem Unterschied, daß man statt Diamant Borkarbidpulver mit eine Korngröße von 5 bis 2 ®&® benutzt· Der hergestellte superharte Verbundwerkstoff besteht aus etwa 97 Gew*»% kubis'chesBornitrid, etwa 1 Gevu-% Borkarbid', 2 Gew_f-% Bonden und Oxyden des Magnesiums und Kalziums·

Beispiel 10 .

Man wiederholt die im Beispiel 6 beschriebene Verfahrenswelse mit dem Unterschied, daß man stattf Diamant Borsilizlumkarbidpulver mit einer Korngröße von 7 bis 5 rakm benutzt« Der hergestellte superharte Verbundwerkstoff besteht aus etwa 97 Gew«-% kubisches Bornitrid, etwa 1 Gew.-% Borslllzlumkarbid, 2 Gew_e-% Bonden und und Oxyden des Magnesiums und Kalziums»

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Beispiel 11

Man boröltet ein homogenes Gemisch zu, das 87 Gew.»-% hexagonales Bornitrid, 6 Gov/«,-% Diamantpulver mit einer Korngröße von 5 bis 3 mkra, 4"Gew»-$> Borkarbid mit einer Korngröße von 2 bis 1 tafeln und 3 Gew.-jS M_agneslumdlborid enthält. Dieses Gemisch wird brikettiert, dann in den Reaktionsraum eines aus Lithografiostein gefertigten Hochdruckkammerbehalter eingebracht, wo es einer Drückeinwirkung bei 90 kbar und 2100⁰C während 1,5 min unterworfen.wird»

Des hergestellte superharte Verbundwerkstoff besitzt eine Dendrit ens tr uktur gegenseitig verwachsener 10""·^ bis 10 cm großer Kristallite von kubischem Bornitrid, deren Gehalt im Verbundwerkstoff etwa 87 Gew.-% ausmacht. Dlamantteilchen in einer Menge von etwa 6 Gew,-%f Borkarbldtglichen in einer Menge von etwa 4 Gew.-%, BorJLd*- und Qxydtellchen des Magnesiums und Kalziums in einer Gesamtmenge von etwa 2 Gew.-%, die in der Struktur des hergestellten superharten Verbundwerkstoffs vorhanden sind, verstärken diese Struktur und sichern damit die höchste Festigkeit und Schneideigenschaften des erhaltenen Werkstoffs. Der superharte Verbundwerkstoff

weist die Druckfestigkeit von etwa 270 kp/mm und- Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,7 W/cm.grd. beim angegebenen Verhältnis seiner Komponente auf. I

Beispiel 12

Man wiederholt die im Beispiel 11 beschriebene Verfahrensweise j mit dem Unterschied, daß man statt Diamant und Borkarbid Korund-

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pulver mit einer Korngröße von 2 bis 1 mkm, in. einer Menge von 7 GQW.-/3 und Diamantpulver mit einer Korngröße von 5 bis 3 mkm in einer Menge von 3 Gew»-J5 benutzt· Der hergestellte Verbundwerkstoff besteht aus etwa 87 Gew,-% kubischem Bornitrid« 7 Gew.-% Korund, 3 Gew»-% Diamant und 3 Gew«-% Bonden und ^ des Magnesiums und Kalziums und besitzt eine Druckfestigkeit von

etwa 25O kp/mm ·

Beispiel 13

Man wiederholt die im Beispiel 11 beschriebene Verfahrensweise mit dem Unterschied, daß man statt Diamant und Borkarbid Sllziuia« karbid mit einer Korngröße von 10 bis 7 mkm in einer Menge von 5 Gew.-% und Borslliziumkarbldpulver mit einer Korngröße von 7 bis 5 mkm in einer Menge von 5 Gew#-% benutzt· Der hergestellte superharte Verbundwerkstoff besteht aus 87 Gew.-$S kubischem Bornitrid, 5 Gew*-% Siliziumkarbid, 5'Gtew.-% Borsillziumlcarbid und 3 Gew,-% Bonden und Oxyden des Magnesiums und Kalziums und weist eine Druck

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festigkeit von etwa 23O kp/mm auf·

In allen oben beschriebenen Beispielen erhält man einen Rohling for die Fertigung eines Werkzeuges, dessen Größe nur von Abmessungen der Hochdruckkammer abhangt· Die Schneideigenschaften des Rohlings sind dabei über dem ganzen Querschnitt gleich· Dadurch läßt sich der erfindungsgemäße superharte Verbundwerkstoff für die· Fertigung von Schneid-, und Bohrwerkzeugen sowie von Bohrgerät und Düsen anwenden.

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Claims

1. Superl.ia.rtor Verbundwerkstoff auf Basis von kubischem Bornitrid ielt Zusätzen hochschme!sender Stoffe, dadurch g e k ο nn2 e lehnet ,daß or ca· 85 bis 97 Gew.-% kubisches Bornitrid, das eine Dendrit ens tr uktur gegenseitig verwachsener 1Cf^ bis 1CT^/f ca großer Kristallite darstellt, ca. 1 bis 10 Gew»~£S hochsehmelzende Stoffe ₉ ca· 2 bis 5 Gew.-% Boride und Oxyde des Magnesiums und/oder Kalziums enthält» .

2. Superharter Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadur, ch gekennzeichnet ,daß als hochschmelzender Stoff Siliziumkarbid, Diamant» Korund, Borkarbid und BorSiliziumkarbid,

zusammen ; oder einzeln, benutzt werden können· 3· Verfahren zur Herstellung von superhartea Verbundwerkstoff bei hohen Drücken und Temperaturen, dadurch gekennzeichnet ,daß ein Gemisch, das 85 bis 97 Gew.-% hexa~^;

t gonales Bornitrid, ca· 1 bis 10 Gew.-% hochschmelzende Hartstoffe \

und ca. 2 bis 5 Gew.-% Kalzium- und/oder Magnesiumborlde enthält, ;

I einer Druckeinwirkung im Bereich von etwa 85 bis 95 kbar zwischen \ 2000 und 2200⁰C unterworfen wird.

/ I.

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