DE2437522C3 - Verfahren zum Herstellen eines Schleifkörpers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Schleifkörpers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schleifkörpers, bei dem mindestens 50 Vol.-% kubische Bornitridpartikel mit einer die Bornitridpartikel mindestens teilweise auflösenden Lösungsmittelsubstanz enthaltenden, metallischen Matrixsubstanz vermischt und die Mischung bei hohem Druck und hoher Temperatur zu dem Schleifkörper verdichtet wird.
Bekannte, nach diesem Verfahren hergestellte Schleifkörper mit einem Gehalt an Bornitridpartikeln (DE-OS 23 02 571) weisen, abgesehen von hoher Abnutzung und unzureichender Härte, häufig den Mangel auf, daß die metallische Matrixsubstanz zu einem »Verschmieren« neigt, wodurch die Schleifeigenschaften des Schleifkörpers grundsätzlich erheblich beeinträchtigt sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines abnutzungsresistenten, harten Schleifkörpers der eingangs erwähnten Art anzugeben, welches einen Schleifkörper ergibt, der nicht zum »Schmieren« neigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mischung vor dem Verdichten eine pulverförmige, refraktäre Nitrid- oder Oxidsubstanz zugegeben wird.
Besonders günstige Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn als refraktäre Substanz Siliziumnitrid, vorzugsweise in seiner Alpha-Form zugegeben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis der refraktären Substanz zur Lösungsmittelsubstanz in einem gewichtsbezogenen Bereich zwischen Vi: '/3 bis '/3: Vi gewählt.
Die nachstehende Beschreibung dient im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Die Lösungsmittelsubstanz weist die Eigenschaft auf, mit der refraktären Substanz zu reagieren und dabei ein hartes Material zu bilden. Eine solche Reaktion ist insbesondere erwünscht, wenn die Lösungsmittelsubstanz ein niedrig schmelzendes Metall oder eine Legierung ist. In diesem Fall enthält der Schleifkörper danr ein hartes Material, welches während der Verdichtung aufgrund der Zwischenwirkung zwischen der refraktären mit der Lösungsmittelsubstanz hervorgegangen ist.
Die refraktäre. d. h. hitzebeständige, schwer schmelzbare, widerstandsfähige Substanz kann außer Siliziumnitrid, insbesondere Siliziumnitrid in der Alpha-Form, auch Magnesiumoxid, Spinell oder Aluminiumoxid sein.
Gegebenenfalls kann auch ein Oxid mit einem Nitrid kombiniert werden.
Besonders geeignete, refraktäre Substanzen sind:
a) Siliziumnitridpulver, welches mit Silizium, Bor und Borkarbid gemischt ist, alles in gepulverter Form;
b) Siliziumnitridpulver, vermischt mit Magnesiumoxidpulver;
c) Siliziumnitridpulver, vermischt mit Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid, beides in gepulverter Form;
d) Siliziumnitridpulver, vermischt mit pulverförmigem Spinell;
e) eine (gemahlene) Substanz, die aus einer Wärmebehandlung von Siliziumnitrid mit Aluminiumoxid und Magnesiumoxiden hervorgeht oder
f) eine (pulverförmige) Substanz, die aus einer Wärmebehandlung von Siliziumnitrid mit Spinell hervorgeht.
Die Lösungsmittelsubstanz muß so beschaffen sein, daß sie in der Lage ist, die Schieitpartikel mindestens bis zu einem gewissen Ausmaß aufzulösen. Wenn eine Mischung aus Diamant und kubischem Bornitrid verwendet wird, wird auch eine Mischung von Lösungsmittelsubstanzen verwendet. Solche Substanzen sind an sich bekannt. Für kubisches Bornitrid sind besonders bevorzugte Lösungsmittelsubstanzen: Aluminium, Blei, Zinn, Magnesium und Lithium sowie Legierungen, die eines oder mehrere dieser Metalle
*o enthalten. Wie bereits gesagt, muß die Löungsmittelsubstanz die Eigenschaft haben, mit der refraktären
Substanz beim Verdichten ein hartes Material zu bilden. Der tatsächlich vorhandene Anteil jedes Bestandteils
der Mischung kann vom Fachmann mengenmäßig den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Allgemein beträgt der Anteil der Schleifpartikel in der Mischung mindestens 70 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 80 bis 90 Voi.-%. Das Verhältnis von Lösungsmittelsubstanz zu refraktärer Substanz liegt allgemein im Bereich
so zwischen '/3: Vi bis Vi: V3 bezogen auf Gewichtsbasis.
Die Bestandteile der Mischung liegen bevorzugt in
fein pulverisierter oder fein gemahlener Form vor. Die durchschnittliche Partikelgröße beträgt vorzugsweise weniger als 40 Mikron und liegt insbesondere unterhalb 12 Mikron. Je feiner das Pulver ist, um so kompakter, fester und widerstandsfähiger ist das Enderzeugnis.
Zur Erzeugung des verdichteten Schleifkörpers wird die Mischung Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt, bei denen die Schleifpartikel kristallografie phisch stabil sind und die Lösungsmittelsubstanz als Lösungsmittel wirkt. Derartige Bedingungen sind dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet der Technik bekannt. Die Lösungsmittelsubstanz arbeitet im allgemeinen dann als Lösungsmittel, wenn sie geschmolzen ist. Die anzuwendenden Drücke liegen allgemein im Bereich zwischen 40 bis 65 Kilobar, die Temperaturen im Bereich zwischen 1200" und 1600°.
Die Lösungsmittelsubstanzen für das im Schleifkör-
per anwesende, kubische Bornitrid, beispielsweise Aluminium, sind üblicherweise niedrig schmelzende, so daß während des Schleifvorgangs leicht ein Schmieren des Metalls auf dem Werkstück eintreten kann. Die beschriebene Reaktion der Lösungsmittekubstanz mit der refraktären Substanz unter Ausbildung eines harten Materials reduziert im wesentlichen die Tendenz des Schleifkörpers zum Schmieren.
Die Ausgangsmischungen für die Herstellung der verdichteten Schleifkörper können, falls erwünscht, geringe Mengen an Graphit oder hexagonalem Bornitrid enthalten.
In einem Ausführungsbeispiel wurde eine pt?lverförmige Mischung aus pulverisiertem Siliziumnitrid (Partikelgröße 8 Mikron; Alpha-Form), handelsüblichem Aluminiumpulver und kubischem Bornitridpulver mit einer Partikelgröße von 2 bis 6 Mikron zunächst kalt verdichtet und in ein Tantalgehäuse eingebracht. Die Mischung bestand aus 803 Vol.-°fe kubischem Bornitrid. Die restliche Mischung setzte sich aus 68 Gewichtsprozent Siliziumnitrid und 32 Gewichtsprozent Aluminium zusammen. Das Gehäuse wurde in die Reaktionszone einer üblichen Hochtemperatur/Druck-Vorrichtung eingebracht, wie sie in der US-PS 29 47 609 beschrieben ist Der Druck der Reaktionszone wurde auf 55 Kilobar und die Temperatur auf 13000C erhöht. Es ergab sich ein Schleifkörper, der nach Absinken von Temperatur und Druck in üblicher Weise dem Gehäuse entnommen wurde.
Die Schleifeigenschaften dieses Schleifkörpers wurden mit zwei handelsüblichen Schleifkörpern verglichen, nämlich einem P-10-Wolframkarbidschleifkörper und einem Schleifkörper, der aus über 90 Vol.-% kubischem Bornitrid in einer 10 Vol.-% ausmachenden Kobalt/Aluminiummatrix bestand und nach üblicher Technik hergestellt war. Die Schleifkörper wurden in Werkzeuge mit einer einzigen Spitze eingesetzt und ihre Schleifeigenschaften beim Bearbeiten von weichem Stahl untersucht. Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Schleifkörper eine lOOmal geringere Abnutzung als der Wolframkarbidkörper und eine
to viermal geringere Abnutzung als der aus kubischem .Bornitrid und Kobalt/Aluminium bestehende Schleifkörper aufwies. Darüber hinaus konnte bei Anwendung des nach der Erfindung hergestellten Schleifkörpers kein Verschmieren des Aluminiums auf dem Werkstück beobachtet werden, was dem Umstand zuzuschreiben ist, daß das Siliziumnitrid mit dem Aluminium unter Ausbildung eines harten Material reagiert haue. Es ist anzunehmen, daß die Festigkeitseigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Schleifkörpers auch zumindes; teilweise dem Umstand zuzuschreiben sind. daß ein gewisser Anteil von Verwachsung zwischen den kubischen Bornitridpartikeln vorliegt
Ein erfindungsgemäß hergestellter Schleifkörper kann am Ende eines Schaftes befestigt werden. Die Befestigung kann durch Schweißen oder Hartlöten oder durch heißes Einpressen des Schleifkörpers in den Schaft unter Anwendung entsprechend hoher Temperatur- und Druckbed'ngungen und eines geeigneten Metalls, beispielsweise Kobalt als Lötmittel, erfolgen.
Der Schaft kann beispielsweise aus Stahl oder Wolframkarbid bestehen.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Schleifkörpers, bei dem mindestens 50 VoL-% kubische Bornitridpartikel mit einer die Bornitridpartikel mindestens teilweise auflösenden Lösungsmittelsubstanz enthaltenden, metallischen Matrixsubstanz vermischt und die Mischung bei hohem Druck und hoher Temperatur zu dem Schleifkörper verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung vor dem Verdichten eine pulverförmige, refraktäre Nitrid- oder Oxidsubstanz zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als refraktäre Substanz Siliziumnitrid zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als refraktäre Substanz Siliziumnitrid in seiner Alpha-Form zugegeben wird
4. Verfahren nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der refraktären Substanz zur Lösungsmittelsubstanz in einem gewichtsbezogenen Bereich zwischen Vi: Ίι bis '/3: Vi gewählt wird.
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