DE2705824B2

DE2705824B2 - Verfahren zum isostatischen Heißpressen von Pulver oder kaltgepreßten Vorpreßkörpern

Info

Publication number: DE2705824B2
Application number: DE19772705824
Authority: DE
Inventors: Akio Nishinomiya Hyogo Hara
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1977-02-11
Publication date: 1981-06-25
Also published as: SE7701518L; SE421382B; GB1537212A; DE2705824C3; CA1095212A; FR2340918A1; DE2705824A1; FR2340918B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und dessen Anwendung zum isostatischen Heißpressen von Pulver oder kaltgepreßten Vorpreßkörpern in einem Behälter.

Beim isostatischen Heißpressen von Pulver arbeitet man mit sehr hohem, gleichförmigem Druck und hoher Temperatur, beispielsweise zur Herstellung von Diamanten. Wenn die Teilchengröße des Pulvers mehr als einige 100 μηι beträgt, ergeben sich keine Schwierigkeiten. Bei Teilchengrößen unter 100 μΐη, insbesondere aber bei weniger als 1 μηι, erhält man keine dichten Sinterkörper mehr, wenn die Gasanteile nicht vollständig aus dem pulverisierten Material beseitigt werden können, so daß der fertige Sinterkörper zahlreiche Poren aufweist.

Das Gas kann sowohl chemisch als auch physikalisch adsorbiert sein und in Form von Oxiden, Hydroxiden usw. in Vertiefungen oder auf der Oberfläche der Teilchen vorhanden sein. Wenn man den pulverisierten Stoff bei Zimmertemperatur einem hohen Vakuum aussetzt, entstehen beim anschließenden Pressen unter hohem Druck und hoher Temperatur durch die Gaseinschlüsse Poren im Preßkörper.

Man erhält Gase, wie H₂O, CO₂, CO und H₂, wenn ein WC-Co-Pulvergemisch zunächst bei Zimmertemperatur einem Vakuum ausgesetzt und dann auf eine Temperatur von über 1000⁰C erwärmt wird.

Man geht davon aus, daß ein WC-Co-Pulvergemisch gewöhnlich ca. 0,3 bis 0,6% O2 enthält.

Das spezifische Gewicht einer WC-Legierung mit 10% Co beträgt 14,6. Daher wiegt ein cm'der Legierung 14,6 g. Unter der Annahme, daß das WC-Pulvergemisch mit 10% Co z.B. 04% O₂ enthält, ergibt sich ein Volumen der Gaskomponenten bei Raumtemperatur von

14,6x0,005x1/32x22,4x503=51,1 cm³

Würde 1 cm³ des WC-Co-Pulvergemisches mittels einer isostatischen Presse mit einem Druck von 20 bar bei 1400⁰C ohne vorherige Entgasung heißgepreßt werden, so würde das O₂-GaS ein Volumen von

51,1 χ 1/2Ox 1673/298 (Raumtemperatur)
=0,14 cm³

aufweisen, vorausgesetzt, das O₂-GaS befindet sich im Sinterkörper.

Somit würde der erzielte WC-Sinterkörper mit 10° Co eine Porosität von 0,14 cm³ aufweisen. Es ist daher unmöglich, einen Sinterkörper mit einer Dichte von 100% zu erhalten.

Für sehr hohen Druck und hohe Temperaturen, wie sie zur Herstellung von Diamanten benötigt werden, wird das zu sinternde Material in ein festes Preßmedium, ζ. B. Pyrophyllit, eingeschlossen. Trotz des hohen Drucks von 500 bis 600 bar, welcher auf das Preßmedium wirkt, können praktisch keine Gase entweichen, ähnlich wie bei einem luftdichten Behälter. Man stößt somit beim Sintern von Diamanten oder auch von kubischen, d. h. isometrischen Bornitrid, auf das gleiche Problem wie bei der obengenannten WC-Co-Pulvermischung. Das Gleiche gilt für das Sintern von Tonerdepulver, das bei einer Gasanalyse oft 1% Gas liefert

Als Stand der Technik ist weiterhin das Einse'zten von sogenannten Vorpreßkörpern in unter isostatischem Druck gleichmäßig verformbaren Behältern bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und dessen Anwendung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ein isostatisches Heißpressen von Pulver oder kaltgepreßten Vorpreßkörpern ermöglicht, um einen vollkommen dichten und entgasten Sinterkörper zu erzielen, welcher keine Poren aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnung des Behälters durch eine Abdeckung und ein Lot so bedeckt wird, daß eine Lüftung des Behälters gegeben ist, daß der Behälter zur Entgasung seines Inhalts unter Wärmezufuhr einem Vakuum ausgesetzt, das Lot allmählich geschmolzen und der Behälter so gasdicht verschlossen wird, daß der gasdichte Behälterverschluß auch beim anschließenden Heißpressen erhalten bleibt. Hierdurch läßt sich vorteilhafterweise ein vollkommen dichter und entgaster Sinterkörper erzielen, welcher keine Poren aufweist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen von Gefäßanordnungen mit zu sinterndem Pulver oder einem Vorpreßkörper.

Gemäß Fig. 1 und 2 enthält ein zylindrisches Gefäß 10 ein zu sinterndes, pulverisiertes Material A, das in dem Gefäß pulverförmig oder als Vorpreßkörper enthalten sein kann. Ein auf das Gefäß 10 gesetztes Fntlüftungsteil 11 aus einem Lot ist gasdurchlässig. Auf dem Lot 11 liegt eine Abdeckung 12, die ebenfalls die Lüftung des Gefäßes 10 erlaubt.

Die Entlüftung 11 kann gemäß F i g. 1 ein Gitter oder

Netz aus Lotdraht oder gemäß Fig.2 eine gewellte Platte sein. Ebenso kann das Teil 11 ein geteilter Ring aus einem Lotdraht sein, der auf der Öffnung des Gefäßes 10 liegt, oder ein pulverisiertes Lot, das die öffnung des Gefäßes 10 bedeckt Auch andere Lotanordnungen kommen in Betracht, soweit sie eine Entlüftung gestatten.

Das zu sinternde Material A besieht aus Diamant, kubischem Bornitrid oder ihren Mischungen. Dem Material kann außerdem als Binder Nickel oder Titannitrid zugesetzt werden.

Bei einer Partikelgröße des Materials von einigen μπι oder weniger oder bei Vermischung des Materials mit einem Binder, etwa Nickelpulver, einem anderen Metallpulver, Titannitridpulver oder einem anders zusammengesetzten Pulver, kann das Material zunächst unter einem Druck von 0,1 bis 10 bar zu einem Vorpreßkörper kalt verformt werden. Ebenso kann man andere pulverförmige Stoffe sintern, wie etwa Tonerde, Mischungen von Wolframkarbid mit Kobalt und Titandiborid.

Beispiele für Kombinationen von Lot 11 und Gefäß 10 mit der Abdeckung 12 zeigt die folgende Tabelle I.

Tabelle II

Gefäß

Abdeckung

L otslück

Tabelle 1	Lot
Gefäß und Abdeckung	Cu und seine Legierungen
Fe und seine
Legierungen	Cu und seine Legierungen
Mo und seine
Legierungen	Silberlot
Ti und seine
Legierungen	Co oder eutektische
WC	Legierung W-C-Co
	Cu-Legierung
W	Ni-Lcgierung
W

Obige Kombinationen werden mit Rücksicht auf die Temperatur gewählt, die zur vollständigen Entgasung des zu sinternden, pulverisierten Materials erforderlich ist und mit Rücksicht auf die Reaktionsfähigkeit des Materials.

Die Kombinationen von Fe oder seine Legierungen und Co oder seinen Legierungen sind dabei am billigsten und am einfachsten zu verarbeiten.

Gemäß obigem Beispiel liegt die Entlüftung 11 zwischen dem Gefäß 10 und der Abdeckung 12. Jedoch kann die Abdeckung selbst gemäß F i g. 3 und 4 auch aus einem porösen Material bestehen, beispielsweise aus gesintertem Eisenpulver, so daß eine Lüftung vorhanden ist, auf dem ein Stück Lot 13 liegt. Außerdem kann die Abdeckung 12 gemäß Fig.4 in die öffnung des Gefäßes 10 eingepaßt werden.

Das Gefäß 10 kann ferner ganz oder teilweise aus einem porösen Material bestehen, beispielsweise gesintertem Eisenpulver, wobei das Lotstück an dem porösen Teil liegt.

Die folgende Tabelle Il zeigt als Ausführungsbeispiel Kombinationen von Gefäß 10, Abdeckung 12 und Lotstück 13.

Fe und seine
Legierungen

kaltgepreßtes
WC-Pulver

Co

_]3 kaltgepreßtes
Fe-Pulver

gesintertes
Fe-Pulver

kaltgepreßtes
WC-Pulver

gesintertes
Fe-Pulver
kaltgepreßtes
Fe-Pulver

Cu-Legierung

Cu-Legierung
od^r Sn-Pb-Lot
Co-C-W oder Ni

Cu-Legierung
Cu

Diese Materialien besitzen vorzugsweise eine Porositat von 20 bis 60%.

Zur vollständigen Entgasung des pulverförmigen Materials A wird diese Gefäßanordnung unter Vakuum erhitzt Bei ausreichender Erhitzung schmilzt das Lot 11 bzw. Lotstück 13 und verschließt das Gefäß 10 luftdicht.

Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 werden durch das Lot 11 die Abdeckung 12 und das Gefäß 10 hart verlötet Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 dringt das geschmolzene Lotstück 12 in die poröse Abdeckung 12 ein, wodurch diese hart mit dem Gefäß 10 verlötet wird, so daß ein luftdichter Gefäßverschluß entsteht.

Die Temperatur liegt vorzugsweise übe: 500°C. Falls das zu sinternde Material Diamant oder kubisches Bornitrid ist, bei dem Phasenumkehr auftreten kann.

J5 wird die Temperatur unter 1300° C gewählt.

Das Vakuum beträgt mindestens 1,33 Pa oder mehr, das auf ein begrenztes Teil mit Lüftung einwirken kann, beispielsweise an der öffnung des Gefäßes 10 durch ein angeschlossenes Rohr.

Das so berarbeitete Gefäß läßt sich bei hoher Temperatur und hohem Druck komprimieren, ohne daß der luftdichte Verschluß verloren geht.

Zur Herstellung eines Diamanten bzw. eines Sinterkörpers wird das Gefäß anschließend bei hohem Druck

4·-> und hoher Temperatur gepreßt. Bei Diamant oder einer Hochdruckform von Bornitrid wird mehrere Minuten oder mehrere Stunden bei einer Temperatur von 1000° C oder mehr und einem Druck von mindestens 20kbar (Kb) gepreßt Bei Stoffen, wie Tonerde.

fitandiborid und Mischungen von Wolframkarbid mit Kobalt beträgt der Druck bis zu einige 10 bar und die Temperatur 1200 bis 2000° C.

Der so hergestellte Sinterkörper ist von einem Mantel umgeben, der entfernt werden muß.

Ein Diamantkörper, dessen Matrix hauptsächlich aus Kupfer besteht, ist unmagnetisch und eignet sich für verschleißfeste Teile und Elemente in Elektronenrechnern, elektrischen Haushaltsgeräten, Bandaufzeichnungsgeräten usw. Der Körper besitzt eine höhere Wärmeleitfähigkeit Gegenüber einem Körper mit einer Matrix aus Eisen oder einem Element dieser Gruppe kann jedoch die Härte niedriger sein. Insbesondere bei Verwendung als Schneidspitze ist die Festigkeit bei höherer Temperatur nicht mehr ausreichend, da der

h> Schmelzpunkt von Kupfer niedriger liegt als bei einem Element der Eisengruppe.

Praktisch entgegengesetzte Eigenschaften erzielt man bei einem Diamantkömer. dessen Matrix haunt-

sächlich aus Nickel besteht.

Wie Versuche zeigen, gelangt man zum ersten Resultat durch Verwendung eines Gefäßes aus Eisen oder Kobalt mit einem Lot aus Kupfer oder seinen Legierungen, während das zweite Resultat durch Verwendung eines Gefäßes aus Nickel oder seinen Legierungen und mit Kupfer oder Kupferlegierungen als Lot erreicht wird.

Wie bereits erwähnt, ist der Sinterkörper von einem Mantel umgeben, der aus dem komprimierten Gefäß besteht. Zur Freilegung des Sinterkörpers muß der Mantel entfernt werden. Dies bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn der Körper sehr klein ist, beispielsweise ein Diamant, da der Mantel im allgemeinen sehr fest an dem Körper sitzt Wie Versuche ergaben, läßt sich bei Verwendung eines Gefäßes aus Eisen oder seinen Legierungen der Mantel jedoch ohne weiteres entfernen.

Hierzu wird ein konisches Stück Eisen unten in der Mitte des Eisengefäßes angesetzt, wobei der Diamantkörper in seiner Mitte eine konische Vertiefung besitzt, so daß sich der konische Block ohne weiteres abnehmen läßt. Man kann beispielsweise einen Diamantkörper herstellen, dessen Form einem endgültigen Produkt ähnelt, beispielsweise einem Ziehstein zum Drahtziehen. Natürlich kann man auch einen Eisenstab od. dgl. in das Gefäß einsetzten. Mit Rücksicht auf die großen Schwierigkeiten bei Bearbeitung eines Diamantkörpers bietet dies große Vorteile.

Der weiteren, eingehenden Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Beispiele.

Beispiel 1

Ein Gefäß aus Weicheisen mit einem Außendurchmesser von 14 mm, einem Innendurchmesser von 7 mm und einer Höhe von 19 mm wurde mit Diamantpulver einer mittleren Teilchengröße von 5 μπι gefüllt und geschüttelt. Die gesamte Diamantmenge war 1,6 p.

Als Lot lag auf der öffnung des Gefäßes ein geteilter Ring aus einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,5 mm. Darauf lag eine Weicheisenabdeckung mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Dicke von 3 mm.

Das so zusammengesetzte Gefäß wurde in einen Ofen mit einem Vakuum von 133 · 10~² Pa gebracht, pro Stunde um 500⁰C bis auf 1150⁰C erwärmt, 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder abgekühlt Nach der Herausnahme aus dem Ofen war das Gefäß durch das geschmolzene Kupfer luftdicht verschlossen.

Zur Herstellung des Diamanten wurde das Gefäß bei hohem Druck und hoher Temperatur gepreßt Das Gefäß wurde hierzu zunächst einem Druck von 55 kbar (Kb) ausgesetzt dann auf 1450⁰C erwärmt 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann abgekühlt

Zur Freilegung des Diamantkörpers wurde das Stahlgefäß abgeschliffen. Der Diamantkörper mit einem spezifischen Gewicht von 4,0 war ohne Poren dicht gesintert

Anschließend wurde der Körper mit einer Diamantschleifscheibe weiterbearbeitet Eine mikroskopische Untersuchung ergab, daß die Diamantpulverteilchen miteinander verbunden waren und daß die Zwischenräume von Metall ausgefüllt waren. Gemäß einer Mikroanalyse mit Röntgenstrahlen bestand das Bindemetall aus Kupfer und 15% Eisen.

Vor dem Pressen bei hoher Temperatur wurde das luftdicht verschlossene Gefäß geöffnet wobei sich zeigte, daß das luftdicht verschlossene Gefäß auf der Innenseite mit einem Kupferfilm überzogen war, der eine Dicke von ca. 0,15 mm aufwies, wobei das Kupfer zur Hartlötung von Abdeckung und Gefäß diente. Kupfer und Eisen des Gefäßes waren in die Zwischenräume des Diamantpulvers eingedrungen und hatten eine Metallmatrix gebildet.

Beispiel 2

ίο Kubisches Bornitridpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 4 μηι und Titannitridpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μηι wurde mit einem Volumenverhältnis von 3 :2 gemischt und eingefüllt in ein Gefäß aus Molybdän mit einem Außendurchmesser von 14 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von 6 mm.

Auf die Gefäßöffnung wurde als Lot ein Gitter mit einer Maschenweite von 540 μπι aus Bronze gelegt. Das Gitter hatte einen Durchmesser von 14 mm. Darauf lag eine Abdeckung aas Molybdän ebenfalls mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Dicke von 3 mm.

Das ganze Gefäß kam wie in Beispiel 1 in einen Ofen mit einem Vakuum von 133 · 10~² Pa, wurde auf 1100° C erwärmt und abgekühlt. Durch die geschmolzene Bronze war das Gefäß anschließend luftdicht verschlossen.

Das dem Ofen entnommene Gefäß wurde dann wieder wie in Beispiel 1 bei hoher Temperatur komprimiert Man erhielt einen dichten Sinterkörper

jo mit einer Vickershärte von 3600.

Betspiel 3

Es wurde ein Gefäß aus reinem Titan mit den Abmessungen gemäß Beispiel 2 verwendet.

Anschließend wurde Diamantpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μηι gemischt mit 19% elektrolytischem Kupferpulver und 3,5% Nickelpulver mit einer Teilchengröße von max. 44 μπι. Das Gemisch wurde in einer Kugelmühle aus rostfreiem Stahl mit zementierten Karbidkugeln gemahlen und in das Titangefäß eingefüllt

Auf die Gefäßöffnung wurde ein geteilter Ring aus Silberlot gelegt (Schmelzpunkt 700⁰C). Darauf wurde eine Abdeckung aus Titan gelegt

Wie bei Beispiel 1 kam das Gefäß in einen Ofen mit einem Vakuum von 133 ■ 10"² Pa, wurde auf 900°C erwärmt und anschließend abgekühlt Das dem Ofen entnommene Gefäß war durch das Silberlot luftdicht verschlossen.

Das Gefäß wurde unter einem Druck von 60 kbar (Kb) wie in Beispiel 1 gepreßt anschließend wurde die Temperatur auf 1500⁰C erhöht Druck und Temperatur wurden 5 Minuten lang aufrechterhalten.

Nach der Entnahme aus dem Ofen wurde das Gefäß zur Entnahme des dicht gesinterten Diamantkörpers abgeschliffen. Dieser wurde mit einem Diamantfräser geschnitten und ein Teil zur Herstellung eines Schneidwerkzeuges mit Silberlot auf einen Werkzeugschaft hart gelötet

Ein zementierter Karbidstab aus Wolframkarbid mit 12% Co mit einer Vickershärte von 1300 konnte mit diesem Schneidwerkzeug geschnitten werden.

Beispiel 4

tii Pulverisiertes Titandiborid (T1B2) mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μπτι wurde in ein Titangefäß mit einem Außendurchmesser von 14 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von 6 mm

gefüllt. Es wurde Nickellotpulver (Schmelzpunkt 1024° C, Teilchengröße von 74 bis 125μΐτι) bestehend aus Ni-4,5 Si-2,9 B eingefüllt, mit Äthylzellulose gelöst in Toluol als Binder und umgerührt. Das ganze wurde auf die öffnung des Gefäßes ca. 3 mm dick aufgetragen und eine Tantalabdeckung von 2 mm Dicke darübergelegt.

Wie in Beispiel 1 wurde dann das ganze in einem Vakuumofen mit einem Vakuumofen mit einem Vakuum von 1,33 · 10-² Pa gebracht, darin auf 1100⁰C erwärmt und abgekühlt.

Das dem Ofen entnommene Gefäß war durch Hartlötung ohne jeden Spalt mit der Tantalabdeckung verbunden.

Anschließend wurde das Gefäß in einer Hochdruckeinrichtung bei 50kbar und 1800°C 10 Minuten lang gesintert.

Der Sinterkörper hatte eine Dichte von 99%. Die Strukturprüfung nach dem Polieren und Schleifen des Körpers mit Diamantpaste zeigte, daß er porenfrei war.

Beispiel 5

Diamantpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 μπι wurde mit 20% Karbonylnickel-Pulver 24 Stunden lang in einem rostfreien Stahlbehälter mit zementierten Karbidkugeln mit 10% Co 24 Stunden lang gemahlen und gemischt. Die Pulvermischung erhielt als Schmiermittel 2% Kampfer und wurde unter einem Druck von 10 bar zu einem Pellet von 5 mm Durchmesser und 5 mm Höhe kalt gepreßt.

Das Pellet wurde in ein Gefäß aus Nickel mit einem Innendurchmesser von 5 mm, einem Außendurchmesser von 7 mm gebracht und darauf eine poröse Abdeckung mit einem Durchmesser von 5 mm aus gesintertem Eisenpulver nrt einer Teilchengröße von 125 bis 150 μπι gelegt, worauf eine Kupferlegierung mit 5% Eisen und 5% Mangen, einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Höhe von 2 mm folgte.

Das ganze Gefäß kam in einen Vakuumofen mit einer Diffusionspumpe, wurde pro Stunde um 500° C bis auf 1150°C erwärmt und abgekühlt. Nach Entnahme aus »i dem Ofen war die Kupferlegierung vollständig in die poröse Abdeckung eingedrungen und diese durch Hartlötung mit dem Nickelgefäß verbunden.

Das ganze wurde zur Bildung eines Diamanten unter hohem Druck und hoher Temperatur gepreßt. Hierbei <r, dieme Graphit als Heizelement, wobei sich zwischen dem Graphit und dem Nickelgefäß Salz befand. Das Gefäß wurde bei einem Druck von 60 kbar und einer Temperatur von 160O⁰C 10 Minuten lang gepreßt, wodurch ein Diamantkörper mit der Vickerhärte 6500 entstand. Der Körper war in Dichte und Härte einem nach üblichen Verfahren hergestellten und nicht entgasten Sinterkörper weit überlegen.

Beispiel 6

Tonerdepulver von höchster Reinheit und mit einer mittleren Teilchengröße von 0,4 μπι wurde mit 03% Magnesiapulver gemischt und in einer mit äußerst reiner Tonerde ausgelegten Kugelmühle unter Verwendung von Tonerdekugeln höchster Reinheit 100 Stunden t>o lang naß gemahlen. Das Pulver wurde anschließend getrocknet, mit 3% Kampfer versetzt und unter einem Druck von 10 bar zu einem Vorpreßkörper von 60 mm Durchmesser und 50 nun Höhe kaltgepreßt

Außerdem wurde ein Gefäß von 60 mm Innendurch- es messer, einer Tiefe von 70 mm und einer Wanddicke von 1 mm aus kohlenstoffarmen Stahl hergestellt In dieses Gefäß wurde der Vorpreßkörper eingesetzt Darüber wurde eine poröse Abdeckung mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 1 mm aus gesintertem Eisenpulver mit einer Teilchengröße von 150 bis 300 μίτι gelegt. Darüber kam wiederum eine ■-, Kupferlegierung mit 5% Eisen und 5% Mangan.

Das ganze Gefäß wurde in einem Vakuumofen mit einer Diffusionspumpe eingebracht und pro Stunde um 200⁰C bis auf 1150° C erhitzt.

Nach der Entnahme aus dem Ofen war die κι Kupferlegierung vollständig in die poröse Eisenabdekkung eingedrungen und hatte die Gefäßöffnung verschlossen. Auf die Öffnung des Gefäßes wurde dann eine Scheibe aus kohlenstoffarmen Stahl von einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 1 mm hartgelötet, so daß das Gefäß ganz von kohlenstoffarmen Stahl umgeben war.

Das ganze wurde in einer Argonatmosphäre 1 Stunde lang mit ca. 20 bar und 1400° C gepreßt.

Nach der Entnahme aus der Presse wurde das den Tonerdekörper umgebende Metallgefäß mittels HNO₃ abgeätzt. Die Oberfläche wurde in einer Dicke von mehreren mm abgeschliffen, so daß man einen Körper erhielt mit der idealen Dichte von 99% (P= 3,99).

Die Untersuchung der Kristallteilchen durch ein 2j Elektronenmikroskop ergab, daß diese um ca. 0,8 μιτι kleiner als die auf übliche Weise hergestellten Teilchen waren.

Beispiel 7

3d Aus kalt gepreßtem WC-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 4 μπι wurde ein zylindrisches Gefäß mit eingepaßter unterer Abdeckung hergestellt. Das Gefäß hatte eine Wanddicke von 2 mm, einen Innendurchmesser von 5 mm und eine Tiefe von 2 mm. Eine obere Abdeckung hatte eine Dicke von 10 mm und bestand aus dem gleichen Material.

In das Gefäß wurde ein Vorpreßkörper aus einer Pulvermischung aus kubischem Bornitrid und 20% Titannitrid eingesetzt. Darauf wurde die obere Abdekkung gelegt, worauf eine Schicht einer kaltgepreßten Pulvermischung folgte, die aus Co-C-W in Form einer eutektischen Legierung bestand.

Die ganze Gefäßanordnung wurde gemäß Beispiel 5 in einem Vakuumofen entgast, allerdings mit einer höchsten Temperatur von 135O⁰C. Nach der Entnahme aus dem Ofen wurde die Oberfläche glatt geschliffen und das Gefäß gemäß Beispiel 5 heißgepreßt, wodurch ein Sinterkörper mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von ca. 6 mm entstand. Durch Abschleifen der WC-CO-Legierung seitlich und oben erhielt man einen Körper aus kubischem Bornitrid mit zementiertem Karbid als Substrat Diese Form ist für Schneidwerkzeugspitzen äußerst vorteilhaft.

Beispiel 8

Aus Wolframpulver mit einer Teilchengröße von 10 μπι und Nickellot wurde ein Gefäß mit den Abmessungen nach Beispiel 5 hergestellt

Der Vakuumofen hatte eine höchste Temperatur von 1500° C. Es wurde ein dichter Sinterkörper erzielt

Beispiel 9

Aus Kohlenstoffstahl wurde ein Gefäß mit einem Innendurchmesser von 5 mm, einem Außendurchmesser von 8 mm und einer Tiefe von 10 mm hergestellt Auf dem Rütteltisch wurde Diamantpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 37 μΐη in das Gefäß 8 mm hoch eingefüllt Darauf folgte eine poröse

j>

Abdeckung aus gesintertem Eisenpulver von 105 bis 150μηι Teilchengröße, worauf ein Stück Kupferlegierung mit 5% Eisen und 5% Mangan folgte.

Die Gefäßanordnung wurde in einem Vakuumofen mit einer Diffusionspumpe gebracht und um 500°C pro Stunde bis auf 1120°C erhitzt.

Nach der Entnahme aus dem Ofen war die Kupferlegierung in die poröse Eisenabdeckung eingedrungen und hatte diese durch Hartlötung mit dem Stahlgefäß verbunden.

Das Gefäß wurde unter hohem Druck und hoher Temperatur zur Herstellung eines Diamanten gepreßt. Als Heizelement diente ein Graphitrohr mit Salz zwischen dem Rohr und dem Gefäß. Außerdem wurde als Druckmittel Pyrophyllit benutzt.

Zunächst wurde der Druck auf 60 kbar erhöht und darauf die Temperatur durch allmähliche Stromzufuhr auf 1600° C erhöht. Dann wurden Druck und Temperatur wieder abgesenkt. In dem Sinterkörper waren die Diamantteilchen vollständig mit Kupfer imprägniert. Die Vickershärte betrug etwa 6000.

Beispiel 10

Anstelle des Stahlgefäßes nach Beispiel 9 wurde rostfreier Stahl 18-8, Nickel bzw. Kobalt verwendet. Jedes Gefäß wurde ebenso wie in Beispiel 9 behandelt und lieferte auch das gleiche Resultat.

Beispiel 11

Zerstäubtes Eisenpulver wurde zu einem Gefäß mit einer Porosität von 37% kaltgepreßt. Die Gefäßabmessungen stimmten mit Beispiel 9 überein. Nach dem Einfüllen von Diamantpulver einer Teilchengröße von 37 μίτι in das Gefäß wurde eine aus dem gleichen Material wie das Gefäß bestehende Abdeckung in das Gefäß eingepaßt und darüber kurze Stücke Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1 mm gehäuft.

Das Gefäß kam in einen Vakuumofen nach Beispiel 9. Während des Erhitzens wurde Wasserstoff zur Reduktion der Oxide auf der Oberfläche von Eisen- und Diamantpulver zugeführt, bis die Temperatur 950° C erreicht hatte. Der Wasserstoffdruck im Ofen wurde auf

4 χ IO⁴ Pa gehalten. Nach Erhöhung der Temperatur auf 950⁰C wurde der Ofen mittels einer Diffusionspumpe auf einen Druck von 1,33χ 10-² bis 1,33χ 10-³Pa gehalten.

Durch anschließendes Sintern in einer Hochdruckeinrichtung wie in Beispiel 9 erhielt man einen dichten Sinterkörper.

Beispiel 12

Aus einem Nickelstab wurde ein Gefäß von einem Innendurchmesser von 5 mm, einem Außendurchmesser von 8 mm und einer Tiefe von 10 mm hergestellt In das Gefäß wurde Diamantpulver einer Teilchengröße von 37 μηι bis zu einer Höhe von 8 mm eingefüllt, worauf eine poröse Abdeckung mit einem Durchmesser von

5 mm und einer Dicke von 1 mm gelegt wurde, die aus gesintertem Eisenpulver einer Teilchengröße von 105 bis 150 μπι bestand. Darüber wurde außerdem ein Kupferstück gelegt.

Die Gefäßanordnung wurde in einem Vakuumofen mit einer Diffusionspumpe eingebracht und pro Stunde

■-> um 500⁰C bis auf 1150⁰C erwärmt. Zur Herstellung eines Diamanten wurde anschließend bei hohem Druck und hoher Temperatur gepreßt. Als Heizelement diente ein Graphitrohr und zur elektrischen Isolation befand sich Salz zwischen dem Gefäß und dem Rohr.

in Als Druckmedium wurde Pyrophyllit verwendet. Der Druck wurde anfangs auf 60 kbar erhöht und dann die Temperatur durch allmähliche Stromzufuhr auf 1500° C gebracht. Auf dieser Temperatur wurde das Gefäß 5 Minuten lang gehauen.

ij Der so gewonnene Sinterkörper wurde zerbrochen und unter dem Mikroskop untersucht. Die Bruchflächen ließen keine Poren erkennen. Durch eine Mikroanalyse mit Röntgenstrahlen konnte nur Nickel ermittelt werden.

Beispiel 13

Im Gegensatz zum Beispiel 12 wurde Diamantpulver

einer Teilchengröße von 45 bis 75 μπι verwendet.

Außerdem wurde das Lotstück nach Beispiel 12 durch ein Lotstück aus einer Kupferlegierung mit 40% Nickel

ersetzt.
Die Gefäßanordnung wurde im Vakuum gemäß

Beispiel 12 behandelt, wobei jedoch die höchste

Temperatur 1300⁰C betrug.
jo Der erzielte Körper war dicht gesintert und hatte eine Matrix hauptsächlich aus Nickel.

Beispiel 14

Im Unterschied zu Beispiel 12 wurde Diamantpulver j5 mit einer Teilchengröße von 2 bis 3 μΐη und ein Lotstück aus einer Kupferlegierung mit ca. 20% Mangan verwendet.

Die Gefäßanordnung wurde gemäß Beispiel 12 im Vakuum behandelt, wobei jedoch die höchste Temperatür 950° C betrug.

Der erzielte Körper war dicht gesintert und hatte eine hauptsächlich aus Nickel bestehende Matrix.

Beispiel 15

Im Unterschied zu Beispiel 12 erfolgte das Heißpressen bei 1400° C, 1500⁰C bzw. 1600° C. Der bei 1400⁰C gewonnene Sinterkörper hatte ein spezifisches Gewicht von 3,86. Mit ansteigender Temperatur erhöhte sich auch das spezifische Gewicht und erreichte bei 1600⁰C den Wert 4,00. Ebenso erhöhte sich die Nickelmenge in der Matrix mit dem Temperaturanstieg.

Beispiel 16

Im Unterschied zu der porösen Abdeckung nach Beispiel 12 wurde eine poröse Abdeckung aus gesintertem Co-Pulver verwendet Das Gefäß hatte die gleichen Abmessungen. Man erzielte wie in Beispiel 12 einen Sinterkörper, der auch die gleichen guten Resultate zeigte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum isostatischen Heißpressen von Pulver oder kaltgepreßten Vorpreßkörpern in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Behälters durch eine Abdekkung und ein Lot so bedeckt wird, daß eine Lüftung des Behälters gegeben ist, daß der Behälter zur Entgasung seines Inhalts unter Wärmezufuhr einem Vakuum ausgesetzt, das Lot allmählich geschmolzen und der Behälter so gasdicht verschlossen wird, daß der gasdichte Behälterverschluß auch beim anschließenden Heißpressen erhalten bleibt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mittels eines auf die poröse Abdeckung gelegten und dort aufgeschmolzenen Lotstückes gasdicht verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mittels eines luftdurchlässig auf die Behälteröffnung gelegten Lotstückes und durch eine kompakte Abdeckung auf dem Lotstück gasdicht verschlossen wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, auf Pulver oder Vorpreßkörper aus Diamant, kubischem Bornitrid, aus Mischungen von Diamant mit kubischem Bornitrid oder einer Mischung eines Bindemittels mit diesen Materialien. ·

5. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter in der m Wärme bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur erst Wasserstoff zugeführt wird, bevor mit der Entgasung begonnen wird.