DE2646945A1 - Diamantwerkstoff - Google Patents

Diamantwerkstoff

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DE2646945A1 DE19762646945 DE2646945A DE2646945A1 DE 2646945 A1 DE2646945 A1 DE 2646945A1 DE 19762646945 DE19762646945 DE 19762646945 DE 2646945 A DE2646945 A DE 2646945A DE 2646945 A1 DE2646945 A1 DE 2646945A1
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William Ian Wilson
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De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/08—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for close-grained structure, e.g. using metal with low melting point

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Description

Dlpl.-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dipl.-Ing. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL
281134 „ e FRANKFURT/M.
TELEFON (0611J
287014 ""J* GRIHSCHENHEIMERSTRSQ
Da/Kt JFF/D 527
15.10.1976
De Beers Industrial Diamond Division Limited Johannesburg, Republik Südafrika
Diamantwerkstoff
Die Erfindung betrifft Diamantwerkstoffe bzw. Diamant enthaltende Verbundwerkstoffe„
Diamantwerkstoffe bestehen im wesentlichen aus Diamant-Schleifteilchen, gewöhnlich in fein pulverisierter Form, die durch ein geeignetes Bindemedium in ein Konglomerat oder einen Verbundwerkstoff eingebunden sind. Der Diamantgehalt eines solchen Verbundwerkstoffs bildet wenigstens 50, gewöhnlich wenigstens 70, Volum-% des Verbundwerkstoffs.
Das Bindeskelett bzw. die Bindematrix kann in verschiedener Art ausgeführt sein, aber ist gewöhnlich ein Metall wie Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan oder Tantal oder eine Legie~ rung, die eines oder mehrere dieser Metalle enthält.
Gemäß der Erfindung wird ein Diamantwerkstoff bzw. ein diamanthaltiges Verbundmaterial geschaffen, das Diamantteilchen enthält, die in ein hartes Konglomerat durch ein
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U-
Bindeskelett eingebunden sind, das ein Lösemetall für
Diamant und Bor enthält und bei dem die Diamantteilchen bzw. Schleifteilchen in einer Menge von wenigstens 50
Volum-$ des Werkstoffs und wobei das Bor . in einer Menge vorhanden ist, die ein Gewichts-% der Diamantteilchen nicht übersteigt.
Der Diamantgehalt des Werkstoffs beträgt vorzugsweise
wenigstens 70 Volum-% des Werkstoffs. Im allgemeinen ist
der Diamantgehalt des Werkstoffs etwa 80 ~ 90 Volume des Werkstoffs.
Das Bore . ist nur in einer sehr kleinen Menge vorhanden,
und zwar vorzugsweise in einer Menge von 0,3 ~ 0,7 Gewichts- % der Diamantteilchen.
Das Metall kann irgendein Metall sein, das als Lösemittel bei einer Diamantsynthese wirkt. Solche Metalle sind bekannt, und Beispiele geeigneter Metalle sind in der US-PS 2 947 beschrieben. Bevorzugte Metalle sind Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan und Tantal und Legierungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten.
Im allgemeinen wird die Matrix bzw. das Skelett nur aus
dem Lösemetall und dem Bor bestehen.
Die Verbundwerkstoffe nach der Erfindung können durch bekannte Verfahren hergestellt werden* Zum Beispiel kann eine geeignete Mischung aus Diamantteilchen, pulverisiertem
Lösemetall und Bor Bedingungen von Temperatur und Druck
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unterworfen werden, bei denen Diamant kristallograph!sch stabil ist, und für etwa 10-50 Minuten unter diesen Bedingungen gehalten werden. Man läßt die Temperatur dann wieder auf die Umgebungstemperatur absinken, und danach wird der Druck entlastet. Der Werkstoff wird in üblicher Weise gewonnen bzw. aufgearbeitet. Die Bedingungen, bei welchen der Diamant kristallographisch stabil ist, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung sind in der oben erwähnten US-PS beschrieben. Die Drücke, die gewöhnlich zur Herstellung von Verbundwerkstoff verwendet werden, liegen im Bereich von 40 - 70 Kilobar und die verwendeten Temperaturen im Bereich von 1200 - 16OO°C.
Die Pulver, welche für die Ausgangsmischung verwendet werden, sind gewöhnlich sehr fein. Die Durchschnittsgröße der Partikel bzw. Teilchen der Mischung ist gewöhnlich geringer als 40 Mikron.
Die Quelle für das Bor wie oben erwähnt f kann Bor in fein pulverisierter Form sein, das der Ausgangsmischung zugeführt wird. Stattdessen können in der Ausgangsmischung mit Bordotierte Diamantteilchen verwendet werdene Mit Bor· dotierte. Diamantteilchen können vorbereitet werden, indem Graphit oder ein anderes solches kohlenstoffhaltiges Material Drücken oberhalb 40 Kilobar und Temperaturen oberhalb 1200°C in Gegenwart von Boron oder einer Boronverbindung mit einem Lösemetall ausgesetzt werden, wie es eingehender in der US-PS 3 148 161 beschrieben ist. Mit Bor dotierte Diamantteilchen können auch durch das Verfahren hergestellt werden, das in der US-PS 3 141 855 beschrieben ist, wobei Bor in ein Diamantgitter diffundiert wird, indem Diamantteilchen Drücken oberhalb von 8 500 Atmosphären und
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Temperaturen oberhalb von 13000C in Gegenwart von Bor· oder einer Bor ~-verbindung ausgesetzt werden.
Die Verbundwerkstoffe nach der Erfindung können auch durch Infiltration hergestellt werden* Infiltration umfaßt die Anordnung einer Schicht von Diamantteilchen auf einer Unterlage von Wolfram-Sinterkarbid, worauf das Ganze Drücken oberhalb von 50 Kilobar und Temperaturen oberhalb von 1200°C ausgesetzt wird. Das Metallkarbid bzw. Sinterkarbid (das ein Lösemetall für Diamant sein soll) infiltriert von der Unterlage her in die Diamant schicht und bindet diese in ein hartes Konglomerat ein. Es wird daher in diesem Fall ein Verbundmaterial hergestellt, das aus einem Diamantwerkstoff besteht, der an eine Unterlage von Wolfram-Sinterkarbid gebunden ist. Die Quelle für das Bor kann fein pulverisiertes Bor sein, das mit Diamant gemischt isttoder mit Bor dotierte Diamantteilchen<■
Die Verbundstoffe bzw. Diamantwerkstoffe nach der Erfindung sind hart und können für eine Anzahl von Abschleifarbeitsgängen verwendet werden wie Sehneiden, Bohren, Schleifen und Läppen. Es wurde gefunden, daß die Gegenwart von Bor zu einer leichteren Reproduzierbarkeit des Verbundstoffs führt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde ein Diamantwerkstoff hergestellt, indem ein Gemisch von 99,6 % Diamantteilchen, 20 % Kobalt und 0,4 % Bor-? alles Gewichtsprozente des Gemischs, hergestellt wurde. Die Durchschnittsgröße der Teilchen des Gemischs war 3-6 Mikron. Das Gemisch wurde mit reduzierendem Wasserstoff gas behandelt. Das behandelte Gemisch wurde in eine Kapsel eingebracht s und die
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Kapsel wurde in die Reaktionszone einer üblichen Vorrichtung für hohe Temperaturen und Drücke von demjenigen Bauart eingesetzt, wier sie. in der US-PS 2 917 609 beschrieben ist. Der Druck in der Reaktionszone wurde auf etwa 70 Kilobar gesteigert und die Temperatur auf etwa 15000C* Diese Bedingungen wurden für etwa 40 Minuten aufrechterhalten. Danach durften die Temperatur und der Druck auf die Bedingungen der Umgebung absinken. Aus der Kapsel wurde ein Diamantwerkstoff gewonnen mit etwa 79 Vol\m~% Diamantteilchen und einer Knoop-Härte von mehr als 5000 kg/mm .
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ORIGINAL INSPECTED

Claims (5)

15..10.1976 Ansprüche :
1. Diamantwerkstoff, "bei dem Diamantteilchen in ein hartes Konglomerat durch ein Bindeskelett eingebunden sind, das ein Lösemetall für Diamant aufweist, wobei die Diamantteilchen wenigstens in einer Menge von 50 Volum-^ des Werkstoffs vorhanden sind, dadurch gekennzeich η e t t daß das Bindeskelett auch Bor enthält'in einer Menge, die nicht über ein Gewichts-^ der Diamantteilchen hinausgeht.
2. Werkstoff nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet P daß die Diamantteilchen in dem Werkstoff in einer Menge von wenigstens 70 Vo.lum-% vorhanden sind<
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in einer Menge von 0,3 - 0,7 Gewichts-^ der Diamantteilchen vorhanden ist.
4. Werkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemetall Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan, Tantal oder eine Legierung ist, die eines oder mehrere dieser Metalle enthält.
- Anspruch 5 -
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ORIGINAL INSPECTED
5. Werkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bindeskelett aus dem Lösemetall und dem Bor besteht.
Patentanwalt:
Dannenberg
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DE19762646945 1975-10-27 1976-10-18 Diamantwerkstoff Granted DE2646945A1 (de)

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