DE2456888A1 - Verfahren zur herstellung von abrasivkoerpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von abrasivkoerpern

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DE2456888A1
DE2456888A1 DE19742456888 DE2456888A DE2456888A1 DE 2456888 A1 DE2456888 A1 DE 2456888A1 DE 19742456888 DE19742456888 DE 19742456888 DE 2456888 A DE2456888 A DE 2456888A DE 2456888 A1 DE2456888 A1 DE 2456888A1
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boron nitride
hexagonal boron
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aluminum
mixture
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DE19742456888
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Robert Charles Devries
James Fulton Fleischer
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Description

"Verfahren zur Herstellung von Abrasivkörpern"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Abrasivkörpern (Schneid- oder Schleifkörpern) für die spanabhebende Material bearbeitung.
Aus der US-PS 2 947 617 ist ein Verfahren zum Umwandeln von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid (Borazon) bekannt, bei dem als Katalysator mindestens ein Stoff aus der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Blei, Antimon, Zinn und Nitride dieser Metalle umfassenden Stoffgruppe eingesetzt wird. Weiterhin ist es bereits
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Telefon (089) 281202
Telegramm: Lipatli München
Bayer. Vsreinsbank München, Ktc.-Nr. 882495
— 2 —
Postscheck München Nn 163397-802
bekannt (Abhandlung "Synthesis of Cubic Boron Nitride" von Saito et al (Yogyo-Kyokai Shi, Vol. 78, Nr. 893), Fe Al und bestimmte
Silber-Kadmium-Legierungen als Katalysatoren bei der Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid einzusetzen.
Mit dem Ausdruck "Minimumzusammensetzung" ist für ein gege- . benes Legierungssystem diejenige Legierungszusammensetzung bezeichnet, die eine weitgehend feste Lösung bei der niedrigsten Temperatur ergibt.
Mit "Raumtemperatur" ist eine Temperatur im Bereich von 20-25 C gemeint. Mit "Abschrecken" wird die Durchführung einer raschen Temperaturverringerung bezeichnet. In der zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendeten Apparatur kann man eine Temperaturabnahme von 1500 C/min einfach dadurch erreichen, indem man die Stromzufuhr zu dem noch unter Druck stehenden Reaktionsgefäss unterbricht.
Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Körper bestehen aus kleinen gut ausgebildeten Kristallen aus kubischem Bornitrid, die gleichmässig in einer als Bindemittel und Matrix wirkenden Metallphase aus einer Übergangsmetall-Aluminium-Legierung verteilt sind. Beim Verfahren nach der Erfindung werden 93 % des eingesetzten hexagonalen Bornitrids in kubisches Boi— nitrid umgewandelt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass
a) bei Drücken und Temperaturen, bei denen kubisches Bornitrid die stabile Phase ist, hexagonales Bornitrid, sich schnell in
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M. O
einer Reihe von Legierungssystemen auflöst, die aus einem geringen Anteil Aluminium mit mindestens zwei Metallen aus der Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel umfassenden Gruppe bestehen, wobei das Legierungssystem in bezug auf kubisches Bornitrid übersättigt wird und sich kubisches Bornitrid ausscheidet,
b) maximale Ausbeute an kubischem Bornitrid für eine gegebene Arbeitstemperatur und eine spezifische Legierung erreicht werden kann, wenn für das aus hexagonalem Bornitrid und Legierung bestehende Ausgangsgemisch der in Gewichtsprozent ausgedrückte Anteil an hexagonalem Bornitrid innerhalb des für hexagonales Bornitrid von 10 bis 50 Gew.% reichenden Bereiches entsprechend ausgewählt wird, wobei der optimale Anteil an hexagonalem Bornitrid für eine bestimmte Legierung routinemässig feststellbar ist und festgestellt werden sollte, da mit zunehmendem Anteil an hexagonalem Bornitrid unerwarteterweise ein bemerkenswert steiler Abfall der Ausbeute zu beobachten ist und daher die Spitzenausbeute bei Verwendung eines ganz bestimmten, innerhalb des vorgenannten Bereiches liegenden Anteils an hexagonalem Bornitrid erzielt wird,
c) die Arbeitstemperatur möglichst auf der niedrigsten Temperatur gehalten werden sollte, bei der der gesamte Legierungsanteil beim Arbeitsdruck schmilzt und daher in flüssiger Form zur Verfügung steht, da die Ausbeute an kubischem Bornitrid mit zunehmender Temperatur abzunehmen scheint, und
d) bei Verwendung aller Ausgangskomponenten (hexagonales Bornitrid, Legierung in Form einer Vorlegierung oder in Form
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-A-
der einzelnen Legierungskomponenten) in Pulverform mit entsprechend guter Vermischung zur Erzielung einer ziemlich gleichmässigen Verteilung die gebildeten kubischen Bornitridkristalle gut geformt und frei von grösseren Defekten sind sowie in verstärktem Maße gleichachsig verlaufende Flächen aufweisen.
Wenn die Eigenschaften (beispielsweise Zähigkeit, Härte usw.) der als Bindemittel wirkenden Legierung optimiert werden sollen, wird die spezifische Zusammensetzung der Übergangsmetall-Legierung aus dem Phasendiagramm für das Legierungssystem ausgewählt. Sonst erfolgt die,Auswahl der Zusammensetzung der Übergangsmetall-Legierung einfach dadurch, dass man bei dem gegebenen Legierungssystem die binäre oder ternäre eutektische Zusammensetzung oder Minimumzusammensetzung wählt. Nach Auswahl der spezifischen Zusammensetzung wird eine geringe Menge Aluminium (weniger als 5 %) zugesetzt. Das Aluminium kann in Form von Aluminiummetall, AlN oder Al C zugesetzt werden. Wenn bei einemgegebenen Legierungssystem die eutektische Zusammensetzung oder Minimumzusammensetzung verwendet werden kann, erhält man maximale Flüssigkeitsbildung bei der niedrigsten Temperatur und daher wiederum maximale Ausbeute an kubischem Bornitrid. Wieviel Prozent des hexagonalen Bornitrids in kubisches Bornitrid umgesetzt werden, hängt von der Legierung, den Druck-Temperatur-Bedingungen und der ursprünglich vorhandenen Menge an hexagonalem Bornitrid ab.
Die oben für die Bildung der Legierung erwähnten Metalle werden deshalb verwendet, weil sie keine so stabilen Boride und Nitride bilden, dass an der Grenzfläche zwischen Metallphase und kubischem
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Bornitrid weniger Stickstoff- und Boratome zur Verfügung stehen, oder weil sie keine merkliche Verringerung (durch Auflösung) der kubischen Bornitridmenge bewirken.
Das Verfahren nach der Erfindung umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
. Aus pulverförm ig em hexagonalem Bornitrid und einer pulverförmigen metallischen Phase, deren Atomgehalt im wesentlichen aus Aluminiumatomen, aus Atomen eines Metalls der Chrom und Mangan umfassenden Gruppe und aus Atomen mindestens eines Metalls aus der Eisen, Kobalt und Nickel umfassenden Gruppe besteht, eine homogene Mischung hergestellt wird, in der hexagonales Bornitrid in einer im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gew.% liegenden Menge vorhanden ist,
2. die Mischung wird durch Pressen in eine irgendwie vorherbestimmte Form gebracht,
3. die Mischung wird gleichzeitig einer Arbeitstemperatur und einem Arbeitsdruck innerhalb des durch die gewählte metallische Phase festgelegten Stabüitätsbereiches von kubischem Bornitrid ausgesetzt und dabei die Arbeitstemperatur so hoch gewählt, dass die gesamte metallische Phase geschmolzen wird, sowie die Dauer der gleichzeitigen Temperatur- und Druckanwendung solange bemessen, dass sich das gesamte hexagonale Bornitrid in der geschmolzenen metallischen Phase auflösen kann' und sich daraus kubische Bornitridkristalle ausscheiden können,
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4. das resultierende System aus kubischem Bornitrid und Legierung wird unter Aufrechterhaltung des Arbeitsdruckes auf Raumtemperatur abgeschreckt,
5. der Druck wird auf Atmosphärendruck verringert und
6. der vorgeformte Abrasivkörper wird gewonnen, der im wesentlichen aus in einer Übergangsmetall-Aluminium-Legierungsmatrix verteilten kubischen Bornitridkristallen besteht.
Der zur Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid erforderliche Mindestdruck beträgt ohne Rücksicht auf die eingesetzte spezifische metallische Phase (unlegiertes Gemisch oder Vorlegierung) ungefähr 45-47 kb, während die Mindesttemperatur variiert. Falls also einmal die zum Einsatz vorgesehene Zusammensetzung der metallischen Phase feststeht, wird vorzugsweise für diese Zusammensetzung der Stabilitätsbereich für kubisches Bornitrid im Druck-Temperatur-Phasendiagramm festgestellt. Ein für Bornitrid typisches Druck-Temperatur-Phasendiagramm mit den Bereichen, in denen kubisches Bornitrid bzw. hexagonal es Bornitrid die stabile Phase ist, wird in Fig. 1 der bereits eingangs erwähnten US-PS 2 947 61 7 gezeigt. Ein solches Phasendiagramm kann für eine metallische Phase mit vorgegebener Zusammensetzung vom Fachmann auf dem Gebiet der Erzeugung hoher Drücke und hoher Temperaturen routinemässig festgestellt werden.
Zur Bestimmung des für eine spezifische metallische Phase für maximale Umwandlung in kubisches Bornitrid erforderlichen Anteils an hexagonalem Bornitrid in Gewichtsprozent wurde das obige
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Verfahren unter Verwendung unterschiedlicher Mengen an hexagonalem Bornitrid wiederholt. Das in jedem Abrasivkörper gebildete kubische Bornitrid wurde durch Auflösung des Legierungsanteils in Säure gewonnen. Bei geringem Chromgehalt des Legierungsanteils wurde Königswasser oder verdünnte Salzsäure verwendet. Bei hohem Chromgehalt wurden Lösungen aus H SO und H PO verwendet.
Wie aus den nachstehend angeführten Daten ersehen werden kann, steigt die prozentuale Ausbeute an kubischem Bornitrid mit zunehmendem Anteil an hexagonalem Bornitrid in der Mischung zunächst schnell an, erreicht dann eine Spitze und fällt dann unerwarteter- und unverständlicherweise sehr steil ab. Normalerweise hätte man erwartet, dass die Ausbeute stetig ansteigt oder einem Grenzwert zustrebt. Diese Zunahme der Ausbeute an kubischem Bornitrid bis zu einem Spitzenwert und der nachfolgende starke Abfall tritt ohne Rücksicht auf die als Lösungsmittel verwendete Legierung in dem von 10 bis 50 Gew. % reichenden Anwendungsbereich für hexagonales Bornitrid auf.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die prozentuale Ausbeute ah kubischem Bornitrid in Abhängigkeit von der Zunahme des Anteils an hexagonalem Bornitrid in der Mischung. Bei den gefahrenen Versuchen wurde pulverförmiges hexagonales Bornitrid mit den entsprechenden Pulvern für die Legierungszusammensetzung (46 % Fe, 32 % Ni, 21 % Cr und 1 % Al) vermischt, in einer Form zu einem zylindrischen Pressling verpresst und dann Temperaturen im Bereich von 1440-1460 C sowie Drücken im Bereich von 50-55 kb ausgesetzt. Nach Verringerung der Temperatur und des Druckes wurde aus dem Reaktionsgefäss ein zylindrischer Körper entnommen, der aus in
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β ο
eine Metallmatrix eingebetteten Körnern aus kubischem Bornitrid bestand. Der Metallanteil wurde in Säure aufgelöst und das verbleibende kubische Bornitrid wurde gewogen.
TABELLE I hex. BN
Metall (g)
(g) 0,025
1,764 0,050
1,67 0,100
1,470 0,150
1,270 0,200
1,080 0,250
0,876 0,270
0,804 0,300
0,684 0,400
0,300
kub.BN Zeit
(Gew.%) (min)
1,4 120
2,9 71
6,4 120
10,6 80
15,64 120
22,2 80
25,0 80
30,5 77
57,2 120
Ausbeute
12 26 48 59 70 83 25
9,3 11,8
Tabelle II zeigt die in der Ausbeute an kubischem Bornitrid auftretenden Änderungen bei Variation des Anteils an hexagonalem Bornitrid (in Gewichtsprozent) in der Mischung. Wie vorher wurden pulverförmige Legierungskomponenten eingesetzt, aus denen die vorgesehene Legierung (39,2 % Ni, 58,8 % Mn und 2,0 % Al) in situ gebildet wird. Die Bereitung der Mischung sowie die Verpressung der Mischung wurde in der oben erläuterten Weise durchgeführt. Die Umwandlung erfolgte bei 52,5 kb und 1450°C.
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TABELLE II hex. BN kub.BN Zeit Au s be
Metall (g) (Gew,%) (min) O/
/o
(g) 0,100 6,4 60 31,0
1,470 0,200 15,6 60 88,5
1,074 0,300 30,5 60 91,0
0,684 0,350 42,0 60 79,4
0,486 0,400 57,0 60 26,0
0,294
Die in den folgenden Tabellen III und IV niedergelegten Daten wurden analog den in den Tabellen I und II niedergelegten Daten gewonnen, wobei für Tabelle III eine Legierung aus 49 % Ni, 49 % Cr und 2 % Al und für die Tabelle IV eine Legierung aus 8 %Fe, 43 % Ni, 47 % Cr und 2 % Al eingesetzt wurde. Die Arbeitstemperaturen beliefen sich auf 1450°C und die Arbeitsdrücke auf 52,5 kb.
TABELLE III
Metall hex. BN
(g) (g)
1,470 0, 100
1,0725■ 0,200
0,684 0,300
0,486 0,350
0,294 0,400
0,096 0,450
kub.BN Zeit
(Gew.%) (min)
6,4 60
15,7 60
30,5 60
41,9 60
57,6 60
82,4 60
Ausbeute
15,2 53,8 62,5 70,2 34,1 . 2,1
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TABELLE IV
Metall hex. BN kub.BN Zeit Au s bei. 0
(g) (g) (Gew.%) (min) O/
/o 		16
1 ,6276 0,060 3,56 50 38,8
1,4679 0,100 6,4 42 57,0
1,2728 0,150 10,5 73 67,5
1,0781 0,200 15,7 77 82,5
0,8811 0,250 22,1 • 77 93,0
0,6834 0,300 30,5 70 72,0
0,4916 0,350 41,6 60 55,1
0,390 0,375 49,0 60
0,2878 0,400 58,2 73
Die in der folgenden Tabelle V niedergelegten Daten wurden wie oben erläutert gewonnen. Die aus pulverförnriigen Legierungskomponenten resultierende Metallegierung war aus 39,2 % Fe, 58,8 % Mn und 2,0 % Al zusammengesetzt. Der Arbeitsdruck betrug 52,5 kb und die Arbeitstemperatur 1450°C.
TABELLE V hex. BN kub.BN Zeit Ausbet
Metall (g) (Gew.%) (min) O/
/o
(g) 0,100 6,4 60 53,8
1,470 0,200 15,6 60 82,0
1,074 0,300 30,5 60 85,9
0,684 · 0,325 35,6 60 90,6
0,588 0,350 42,0 60 13,6
0,486 0,400 57,0 60 6,4
0,294
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet man vorzugsweise die in der US-PS 2 941 248 beschriebene Vorrichtung zum Erzeugen hoher Drücke und hoher Temperaturen, die unter dem Namen "Gürtelapparatur" bekannt ist. Diese Vorrichtung enthält im wesentlichen zwei einander gegenüberliegende Hartmetallstempel, die auf gegenüberliegenden Seiten einer dazwischen liegenden Matrizenanordnung in Form eines Gürtels liegen, die eine sich konisch verjüngende Öffnung aufweist. Zwischen jedem Stempel und der gegenüberliegenden Wandfläche der Matrizenöffnung ist jeweils eine Dichtungsanordnung angeordnet, wobei die beiden Dichtungsanordnungen wiederum ein Reaktionsgefäss umschliessen. Die Dichtungsanordnungen bestehen typischerweise aus wärmeisolierendem, elektrisch nichtleitendem Pyrophyllit und enthalten Einrichtungen, über die elektrischer Strom zur kontrollierten Aufheizung des Reaktionsgefässes zugeführt werden kann.
Vorzugsweise bestehen die Teile des zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehenen Reaktionsgefässes mit Ausnahme des Heizelementes, das gewöhnlich aus Graphit besteht, aus Natriumchlorid, obwohl, wie in der US-PS 3 030 662 ausgeführt ist, auch andere Materialien wie Talk, Kaliumchlorid usw. verwendet werden können. Die Verfahren zum Eichen der Vorrichtung im Hinblick auf die Druck- und Temperaturwerte sind aus der Literatur bekannt.
Das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Produkt ist ein massiver Körper, der in der vorgewählten Form gewonnen wird und kleine gut ausgebildete Kristalle aus kubischem Bornitrid enthält, die gleichmässig in einer als Bindemittel dienenden Metall-
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phase verteilt sind. Es lassen sich leicht Körper erzielen, in denen der Kristallanteil bis zu 55 Volumenprozent des Körpers ausmacht. Eine geringe Menge Bornitrid bleibt in der metallischen Phase in Lösung, so dass sich der in der Ausgangsmischung vorliegende Anteil an hexagonalem Bornitrid geringfügig von dem nach Auflösung der Metallphase verbleibenden Anteil an kubischem Bornitrid unterscheidet.
Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Körper wurden zum Schleifen von Saphir, Siliziumkarbid, Sinterhartmetall, Stahl und Quarz eingesetzt. Damit die Körper mittels einer Hartlötung leichter auf einer Unterlage befestigt werden können, wurden sie auch in Form von Schichtkörpern hergestellt, die auf einer Oberfläche eine Schicht aus der bei der Herstellung eingesetzten Legierung aufwiesen. Diese Metallschicht wurde erfolgreich durch Hartlöten mit einem zur Halterung des Körpers dienenden Halter verlötet, der den Einsatz des Körpers als Zerspanungswerkzeug in einer umlaufenden Bearbeitungsmaschine ermöglicht. Derartige Schichtkörper können auch vorteilhaft durch Hartlöten auf Sägeblättern und Bohrwerkzeugen befestigt werden. Da die Metallmatrix des Körpers in Säure löslich ist, kann das Schleifkorn an der Oberfläche leicht durch Eintauchen des Werkzeuges in eine verdünnte Säurelösung blossgelegt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist deshalb so vorteilhaft, weil die Matrix des fertigen Werkzeugs als Lösungsmittel dient, aus dem die Kristalle aus kubischem Bornitrid ausgeschieden zu werden scheinen. Das hexagonale Bornitrid ist bei den zur Anwendung gelangenden Druck- und Temperatur bedingungen leicht im Matrix-
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material"löslich". Aufgrund der Ausscheidung der Kristalle aus kubischem Bornitrid aus einem metallischen Lösungsmittel, das als Bindemittel verbleibt, erzielt man einen ausgezeichneten Kontakt (ohne schwache Zwischenphasen) zwischen Metall und Kristallen und damit eine verbesserte Bindung zwischen der Metallmatrix und jedem Kristall. Da zur Durchführung der Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid eine Anzahl von Übergangsmetallen verwendet werden kann, besteht die Möglichkeit, dass viele Legierungssysteme verwendet werden können, die Superlegierungen oder rostfreie Stähle darstellen. Eine Superlegierung liefert insbesondere eine sehr zähe Matrix für die Kristalle aus kubischem Bornitrid. Das Verfahren nach der Erfindung wird daher vorzugsweise mit einer Legierungszusammensetzung ausgeführt, die eine Superlegierung darstellt.
Nachstehend wird die bevorzugte Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung erläutert.
Zu den hochschmelzenden Legierungssystemen, die bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet wurden, zählen das Eisen-Nickel-Chrom-Aluminium-System, das Nickel-Chrom-Aluminium-System und das Nickel-Mangan-Aluminium-System. -- ■
Der Aluminiumanteil in den vorgenannten Legierungssystemen beträgt vorzugsweise unter 5 Gew.% und wirkt sich daher nicht nachteilig auf die eutektische Zusammensetzung oder die Minimumzusammensetzung für diese Systeme aus. Der Schmelzpunkt der eutektischen Zusammensetzung des Eisen-Nickel-Chrom-Aluminium-
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Legierungssystems liegt bei ungefähr 1315 C (bei Atmosphärendruck). Der Schmelzpunkt der eutektischen Zusammensetzung des Nickel-Chrom-Aluminium-Systems liegt bei ungefähr 1345 C ( bei Atmosphärendruck), während der Schmelzpunkt der eutektischen Zusammensetzung des Nickel-Mangan-Aluminium-Systems bei ungefähr 1010 C (bei Atmosphärendruck) liegt.
Spezielle Kombinationen der oben genannten Metalle wurden erfolgreich zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eingesetzt. In jedem Falle wurde ein aus Kochsalz bestehendes Reaktionsgefäss verwendet und alle Experimente wurden in einer für 600 Tonnen ausgelegten Gürtelapparatur in einer für 1000 Tonnen ausgelegten Presse durchgeführt. Nach Unterdrucksetzen des Reaktionsgefässes wurde die Temperatur des Reaktionsgefässes innerhalb eines "Zeit raumes von 1-4 Minuten auf den gewünschten Wert erhöht und auf der Arbeitstemperatur gehalten. Das Abschrecken auf Zimmertemperatur wurde unter Aufrechterhaltung des Druckes vorgenommen.
BEISPIEL 1
0,282 g hexagonales Bornitrid und 0,396 g Metall (58,8 % Mn, 39,2 % Ni und 2,0 % Al) wurden vermischt und zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm und einer Dicke von ungefähr 6 mm verpresst. Der Anteil des hexagonalen Bornitrids in der Mischung (Metall plus hexagonales Bornitrid) betrug ungefähr 42 Gew.%. Auf die aus hexagonalem Bornitrid und Legierungspulver bestehende Scheibe wurde eine nur aus Legierungspulver bestehende Scheibe mit einer Dicke von 1,5 mm gelegt und beide Scheiben wurden gleichzeitig 30 Minuten lang einem Druck von
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52,5 kb und einer Temperatur von 1450 C ausgesetzt. Dabei wurden beide Scheiben fest miteinander verbunden und in der Bornitrid enthaltenden Scheibe schieden sich Kristalle aus kubischem Bornitrid aus. Die gebildete Verbundscheibe wurde zur Schaffung eines Zerspanungswerkzeuges mit einem Silberlot an einen Stahlbecher angelötet, an dem ein Schaft mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 25 mm befestigt war. Die Schleifkörner wurden freigelegt, indem die Oberfläche 3 Minuten lang in Königswasser geätzt wurde. Mit diesem in eine Bohrmaschine eingespannten Werkzeug könnte eine Stahlfeile, ein Saphireinkristall sowohl an der Grundfläche als auch an den Prismenflächen, ein Siliziumkarbidblock, ein Sinterhartmetallstück und ein Stück Talk leicht abgeschliffen werden.
BEISPIEL 2
Zwei Verbundscheiben dar in Beispiel 1 beschriebenen Art wurden gleichzeitig hergestellt, wobei die beiden nur aus Metall bestehenden Scheiben durch ein inertes Zwischenstück aus NaCl im Reaktionsgefäss auseinandergehalten wurden. 45 Minuten lang wurde ein Druck von 52,5 kb und eine Temperatur von 1450°C aufrechterhalten. Es stellte sich heraus, dass jede nur aus Metall bestehende Scheibe fest mit der jeweiligen Schleifkorn enthaltenden Scheibe verbunden wurde.
BEISPIEL 3
Es wurde eine Mischung aus Metall und hexagonal em Bornitrid sowie kubischem Bornitrid hergestellt und zu drei getrennten Zylindern mit einerr^ Durchmesser von ungefähr 6 mm verpresst. Die
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Mischung besass die folgende Zusammensetzung:
0,24 g kubisches Bornitrid 0,060 g hexagonales Bornitrid 0,4824 g Fe (46 Gew.%)
9,336 g Ni (32 Gew.%)
0,2208 g Cr (21 Gew.%)
0,01053 g Al (1 Gew.%)
Die drei gepressten Zylinder wurden übereinander (einander berührend) in einenn Reaktionsgefäss angeordnet und 60 Minuten lang einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1450 C ausgesetzt. Nach Entfernen aus dem Reaktionsgefäss wurde festgestellt, dass die drei Zylinder zu einem einzigen Zylinder mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm und einer Höhe von ungefähr 6,5 mm zusammengesintert waren, der sowohl die ursprünglich zugesetzten Teilchen aus kubischem Bornitrid als auch ausgeschiedene Teilchen aus kubischem Bornitrid enthielt. Bei metallographischer Prüfung eines polierten Teils dieses zusammengesinterten Zylinders wurde eine gute Benetzung der Teilchen aus kubischem Bornitrid festgestellt.
BEISPIEL 4
Zwei Schleifwerkzeuge mit einem das Aufspannen erleichternden Mittelloch wurden gleichzeitig in einem Reaktionsgefäss unter Anwendung eines Druckes von 52,5 kb und einer Temperatur von 1450 C für eine Zeitdauer von 60 Minuten hergestellt. Aus einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,140 g), Mn (0,170 g), Fe(0,114 g) und Al (0,006 g) wurden zwei Scheiben mit einem Durch-
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— 1 T —■
messer von ungefähr 6 mm und einer Dicke von ungefähr 3,5 mm hergestellt. Durch die Mitte jeder Scheibe wurde dann ein Loch mit einem Durchmesser von ungefähr 3 mm gebohrt. Im Reaktionsgefäss wurden die Löcher mit einem NaCl-Pfropfen mit einem Durchmesser von 3 mm ausgefüllt und die beiden Scheiben durch eine NaCl-Scheibe mit einer Dicke von 0,7 mm voneinander getrennt. Es wurden zwei scheibenförmige Schleifwerkzeuge gebildet, die in einer Metallmatrix eingebettete Teilchen aus kubischem Bornitrid enthielten. Unter Verwendung des Mittelloches können diese beiden Scheiben direkt auf einem Schaft befestigt werden. Um das Bohren der Mittelöffnung zu vermeiden, könnten aus dem Pulvergemisch auch gleich eine Mittelöffnung aufweisende Scheiben gepresst werden.
BEISPIEL 5 :
Das Verfahren nach Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei jedoch das Mittelloch einen Durchmesser von ungefähr 2,5 mm aufwies. Zwei ringförmige Schleifwerkzeuge mit scharfen Kanten wurden gleichzeitig hergestellt. Nach Entnahme aus dem Reaktionsgefäss wurde eines dieser Schleifwerkzeuge ohne zusätzliche Vorbereitung auf einem Schaft befestigt. Der Schaft mit dem darauf befestigten Schleifwerkzeug wurde in eine kleine Drehmaschine eingespannt und mit dem Schleifwerkzeug konnte leicht ein Stück Werkzeugstahl geschliffen werden.
BEISPIEL 6
Es wurde ein Pulvergemisch der nachstehend angegebenen Zusammensetzung hergestellt:
- 18 -
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0,200 g hexagonales Bornitrid 0,0865 Fe (8 Gew.%) 0,405 Ni (43 Gew.%) 0,505 Cr (47 Gew.%) 0,0216 Al (2 Gew.%)
Das Pulvergemisch wurde nach dem Vermischen in drei ungefähr gleich grosse Teile geteilt und zu drei Scheiben verpresst. Die drei Scheiben wurden in einem Reaktionsgefäss angeordnet, wobei benachbarte Scheiben voneinander durch NaCl-Scheiben getrennt wurden. Nach einer 60 Minuten dauernden Behandlung bei 55 kb und einer Temperatur von 1450 C wurden die Scheiben aus dem Reaktionsgefäss entfernt. An jeder Scheibe konnten gut gebundene Teilchen aus kubischem Bornitrid beobachtet werden. Die aus dem Reaktionsgefäss entnommenen Scheiben konnten direkt an einem geeigneten Werkzeughalter befestigt werden. Jede Scheibe aus in einer Metallmatrix eingebetteten Teilchen aus kubischem Bornitrid besass einen Durchmesser von ungefähr 6 mm und eine Dicke von ungefähr 1,25 mm.
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Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    . Verfahren zur Herstellung von kubisches Bornitrid enthaltenden Abrasivkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) aus pulverförmigem hexagonalem Bornitrid und einer pulverförmigen metallischen Phase, deren Atomgehalt im wesentlichen aus Aluminiumatomen, aus Atomen eines Metalls der Chrom und Mangan umfassenden Gruppe und aus Atomen mindestens eines Metalls aus der Eisen, Kobalt und Nickel umfassenden Gruppe besteht, eine homogene Mischung hergestellt wird, in der hexagonales Bornitrid in einer im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gew.% liegenden Menge vorhanden ist,
    b) die Mischung durch Pressen in eine irgendwie vorherbestimmte Form gebracht wird,
    c) die Mischung gleichzeitig einer Arbeitstemperatur und einem Arbeitsdruck innerhalb des durch die gewählte metallische Phase festgelegten'Stabilitätsbereiches von kubischem Bornitrid ausgesetzt und dabei die Arbeitstemperatur so hoch gewählt wird, dass die gesamte metallische Phase geschmolzen wird, sowie die Dauer der gleichzeitigen Temperatur- und' Druckanwendung solange bemessen wird, dass sich das gesamte hexagonale Bornitrid in der geschmolzenen metallischen Phase auflösen kann und sich daraus kubische Bornitridkristalle ausscheiden können,
    - 20 -
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    2456088
    d) das resultierende System aus kubischem Bornitrid und Legierung unter Aufrechterhaltung des Arbeitsdruckes auf Raumtemperatur abgeschreckt wird,
    e) der Druck auf Atmosphärendruck verringert wird und
    f) der vorgeformte Abrasivkörper gewonnen wird, der im wesentlichen aus in einer Übergangsmetall-Aluminium-Legierungsmatrix verteilten kubischen Bornitridkristallen besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium bestehende metallische Phase verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungefähr 22 Gew.% hexagonal es Bornitrid enthaltende Mischung verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Nickel, Chrom und Aluminium bestehende metallische Phase verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungefähr 42 Gew.% hexagonales Bornitrid enthaltende Mischung verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Eisen, Mangan und Aluminium bestehende metallische Phase verwendet wird.
    - 21 -
    S09825/Q929
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 'dass eine ungefähr 36 Gew.% hexagonales Bornitrid enthaltende Mischung verwendet wird. ..-..■■-
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Nickel, Mangan und Aluminium bestehende metallische Phase verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungefähr 30 Gew.% hexagonales Bornitrid enthaltende Mischung verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Eisen, Nickel, Chrom und Aluminium bestehende metallische Phase verwendet wird.
  11. 11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungefähr 42 Gew.% hexagonales Bornitrid enthaltende Mischung verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in eine ringförmige Form verpresst wird.
    509-82 570929 original inspected
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