DE2805460C2 - - Google Patents

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DE2805460C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz aus Abrasivteilchen wie Diamant und kubisches Bornitrid zur Bestückung spanender Werkzeug.The invention relates to a cutting insert made of abrasive particles like diamond and cubic boron nitride for assembly cutting tool.

Es hat sich herausgestellt, daß ein nach der Lehre der US-PS 37 45 623 und der US-PS 36 09 818 hergestellter Diamantkörper nur beschränkt einsatzfähig ist, weil er bei Temperaturen von über ungefähr 700°C Schaden erleidet. In ähnlicher Weise hat sich herausgestellt, daß ein nach der Lehre der US-PS 37 67 371 und der US-PS 37 43 489 hergestellter Körper aus kubischem Bornitrid auch nur beschränkt einsatzfähig ist, da er ebenfalls bei Temperaturen von über ungefähr 700°C thermisch abgebaut wird. Der Einsatz derartiger Körper ist daher dort nicht möglich, wo (1) zum Befestigen des Körpers auf einer Unterlage ein Hartlot erforderlich ist, dessen Schmelzpunkt in der Nähe oder über der Temperatur liegt, bei der der Körper thermisch abgebaut wird, oder wo (2) ein Einbetten des Körpers in eine einen hohen Schmelzpunkt aufweisende, verschleißfeste Matrix erforderlich ist, was beispielsweise bei einer zum Bohren von Gestein dienenden Bohrkrone der Fall ist, deren Oberfläche üblicherweise mit Schneideinsätzen bestückt wird.It has been found that according to the teaching of US-PS 37 45 623 and US-PS 36 09 818 manufactured Diamond body is only of limited use because of it damaged at temperatures above about 700 ° C. Similarly, it has been found that an after the teaching of US-PS 37 67 371 and US-PS 37 43 489 body made of cubic boron nitride even limited is operational because it is also at temperatures thermally degraded above about 700 ° C. The The use of such bodies is therefore not possible there. where (1) for attaching the body to a pad Brazing is required, its melting point close or is above the temperature at which the body is thermally is broken down, or where (2) embedding the body into a high melting point, wear resistant Matrix is required, for example in the case of a drill bit used for drilling rock Case is, the surface of which is usually with cutting inserts is populated.

In der Einleitung des US-PS 31 41 746 wird davon ausgegangen, daß die früher hergestellten Werkzeugteile wegen des vorzeitigen Verschleißes der Metallmatrix und des damit verbundenen Diamantkristallverlustes nicht die nötige Verschleißfestigkeit hatten. Aus diesem Grund ist dort vorgeschlagen worden, Werkzeugteile mit einem Minimum an einer Metallmatrix herzustellen. Dabei ist entsprechend den dortigen Vorschlägen weitgehend eine direkte Diamant- Diamant-Bindung erreicht worden.In the introduction to US Pat. No. 3,141,746, it is assumed that the earlier manufactured tool parts because the premature wear of the metal matrix and with it associated diamond crystal loss not the necessary Had wear resistance. For this reason, is there have been proposed to keep tool parts with a minimum of  to manufacture a metal matrix. It is corresponding largely a direct diamond Diamond bond has been achieved.

Die US-PS 32 03 775 schlägt vor, das bei metallisch- gebundenen Diamantwerkzeugen wegen des metallischen Bindemittels auftretende Schmieren durch Unterbrechung der Kontinuität der metallischen Bindung zu vermeiden. Dies geschieht durch Bildung von Poren unter Verwendung eines porenbildenden Materials, wie beispielsweise Natriumpyrophosphat. Diese Druckschrift befaßt sich jedoch nicht mit der Bereitstellung eines in der Hochtemperatur-/Hochdruck-Technologie einsetzbaren Schneideinsatzes.The US-PS 32 03 775 proposes that the metallic bonded diamond tools because of the metallic Binder greasing caused by interruption to avoid the continuity of the metallic bond. This is done by using pores a pore-forming material, such as Sodium pyrophosphate. This document deals with however not by providing one in the High temperature / high pressure technology can be used Cutting insert.

Die DE-PS 21 17 056 beschreibt Schneideinsätze für Schneidwerkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer Unterlage und einem aneinandergebundene Diamantkristalle enthaltenen Diamantteil einer Diamantkonzentration von wenigstens 50 Vol.-%, wobei der hochfeste Diamantteil eine Diamantkonzentration von 90 bis 99 Vol.-% aufweist und die Unterlage eine aus Carbidsinterpulver oder vorgeformtem Sintercarbid mit 87 bis 97% Carbid und 3 bis 13% Kobalt hergestellte, volumenmäßig beträchtlich größere steife Sinterhartmetallunterlage ist und beide Bestandteile zu einem monolithischen Verbundkörper vereinigt sind. Dieser Schneideinsatz weist eine hohe Festigkeit auf, so daß auch besonders zähe und harte Werkstoffe bearbeitet werden können. Dieses Material eignet sich jedoch nicht für Einsätze in der Hochtemperatur-Technologie.DE-PS 21 17 056 describes cutting inserts for Cutting tools for machining with a base and a bonded diamond crystals contained diamond part of a diamond concentration of at least 50% by volume, the high-strength Diamond part a diamond concentration of 90 to 99 vol .-% and the base is made of carbide sinter powder or preformed cemented carbide with 87 to 97% carbide and 3 to 13% cobalt, by volume considerably larger rigid sintered carbide base is and both components to a monolithic Composite bodies are united. This cutting insert has a high strength, so that also particularly tough and hard materials are processed can. However, this material is not suitable for Applications in high temperature technology.

Der Erfindng liegt die Aufgabe zugrunde, einen temperaturfesten Schneideinsatz zu schaffen.The object of the invention is a temperature-resistant one Creating cutting insert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schneideinsatz für spanende Werkzeuge, der zu 70 bis 95 Vol.-% aus selbstgebundenen Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid besteht und eine metallische Phase aus einem Sinterhilfsmittel für die Teilchenmasse enthält, wobei der Schneideinsatz ein Netzwerk aus miteinander verbundenen leeren Poren aufweist, die im Schneideinsatz dispers verteilt und durch die Teilchen und die metallische Phase festgelegt sind, der Porenanteil 5 bis 30 Vol.-% des Schneideinsatzes und der Anteil der metallischen Phase 0,05 bis 3 Vol.-% des Schneideinsatzes beträgt.This task is solved by a cutting insert for cutting tools, which are 70 to 95 vol .-% self-bonded particles of diamond or cubic Boron nitride and a metallic phase contains a sintering aid for the particle mass, the cutting insert being a network of one another has associated empty pores in the cutting insert dispersed and distributed by the particles and the metallic phase are defined, the pore fraction 5 up to 30 vol .-% of the cutting insert and the proportion of metallic phase 0.05 to 3 vol .-% of the cutting insert is.

Der im wesentlichen aus selbstgebundenen Abrasivteilchen bestehende und ein Netzwerk aus miteinander in Verbindung stehenden dispers verteilten Poren enthaltende Schneideinsatz wird hergestellt, indem eine Masse von Abrasivteilchen zu einem selbstgebundenen Körper unter Verwendung eines Sinterhilfsmaterials bei hohen Drücken und Temperaturen unmittelbar miteinander verbunden werden. Der unter dem Einfluß der hohen Drücke und Temperaturen gebildete Körper enthält selbstgebundene, d. h. unmittelbar miteinander verbundene Teilchen und ist mit dem Sinterhilfsmaterial, beispielsweise Kobalt, Kobaltlegierungen oder einer Legierung aus Aluminium mit Nickel, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom als Legierungsmetall durchsetzt. Das Sinterhilfsmaterial wird dann entfernt, beispielsweise durch Eintauchen des Körpers in eine Säure, wie Salpetersäure, Salzsäure, Königswasser und/oder Fluorwasserstoffsäuren. Es hat sich herausgestellt, daß man durch Entfernen von im wesentlichen des gesamten Sinterhilfsmaterials einen Abrasivteilchenkörper erhält, der eine wesentlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zersetzung bei hohen Temperaturen aufweist.The essentially from self-bonded abrasive particles existing and a network of each other related dispersed distributed pores containing insert is made by a mass of abrasive particles into a self-bound Body using a sintering aid immediately at high pressures and temperatures be connected to each other. The one under the influence the high pressures and temperatures formed bodies contains self-bound, d. H. immediately with each other connected particles and is with the sintering aid material, for example cobalt, cobalt alloys or an alloy of aluminum with nickel, manganese, Iron, vanadium or chrome as an alloy metal enforced. The sintering aid material is then removed for example by immersing the body in an acid such as nitric acid, hydrochloric acid, aqua regia and / or hydrofluoric acids. It turned out  that one can remove by essentially of the entire sintering aid material an abrasive particle body receives a much improved Resistance to thermal decomposition has high temperatures.

Eine als Schichtkörper ausgebildete weitere Ausführungsform, die in ähnlicher Weise wie die vorstehend erläuterte erste Ausführungsform hergestellt werden kann, besteht im wesentlichen aus einer Schicht aus selbstgebundenen Abrasivteilchen und einer an diese Schicht gebundenen Unterlage aus vorzugsweise Sinterhartmetall.A further embodiment designed as a laminate, which are similar to those above first embodiment explained can consist essentially of a layer self-bonded abrasive particles and one to them Layer-bound base made of preferably cemented carbide.

Die Erfindung wird nun näher anhand der Zeichnung erläutert, die eine Mikroaufnahme eines Bereiches einer geschliffenen Oberfläche eines erfindungsgemäß hergestellten Diamantkörpers zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which is a micrograph of an area of a ground surface of a manufactured according to the invention Diamond body shows.

Die in der Zeichnung dargestellte Schlifffläche bezieht sich zwar auf einen Diamantkörper, kann jedoch genauso gut zur Erläuterung der alternativen Ausführungsformen der Erfindung herangezogen werden, bei denen die Abrasivteilchen aus kubischem Bornitrid (CBN) bestehen.The grinding surface shown in the drawing relates Although referring to a diamond body, it can as well as explaining the alternative embodiments the invention are used in which the abrasive particles made of cubic boron nitride (CBN) exist.

Der in der Zeichnung dargestellte Körper enthält Diamantteilchen 11, die zwischen 70 und 95 Vol.-% des Körpers ausmachen. Mit Teilchen ist hier ein einzelner Kristallit oder ein Bruchteil eines Kristallits gemeint. An den Grenzflächen 13 ist die Selbstbindung von benachbarten Teilchen 11 ersichtlich, d. h. Diamant- Diamant-Bindung zwischen benachbarten Teilchen 11. Die in der in der Zeichnung dargestellten Schlifffläche liegenden Diamantkristalle 11 sind in der dritten Dimension ebenfalls an benachbarte Diamantkristalle (nicht sichtbar) gebunden. Der Körper ist von einer metallischen Phase aus Sinterhilfsmetall (in der Zeichnung nicht dargestellt) im wesentlichen gleichmäßig durchdrungen. Man nimmt an, daß die metallische Phase in durch benachbarte Diamantteilchen gebildeten, abgeschlossenen Bereichen eingekapselt ist. Die metallische Phase umfaßt zwischen ungefähr 0,05 und 3 Vol.-% des Körpers. Ein Netzwerk aus miteinander verbundenen leeren Poren 15 ist über den gesamten Körper dispers verteilt und wird durch die Diamantteilchen 11 und die metallische Phase (nicht dargestellt) festgelegt. Die Poren 15 machen zwischen 5 und 30 Vol.-% des Körpers aus.The body shown in the drawing contains diamond particles 11 , which make up between 70 and 95 vol .-% of the body. Particles here mean a single crystallite or a fraction of a crystallite. At the interfaces 13 , the self-bonding of adjacent particles 11 can be seen, ie diamond-diamond bonding between adjacent particles 11 . The diamond crystals 11 lying in the cut surface shown in the drawing are also bound in the third dimension to adjacent diamond crystals (not visible). The body is penetrated essentially uniformly by a metallic phase made of sintering auxiliary metal (not shown in the drawing). The metallic phase is believed to be encapsulated in sealed areas formed by adjacent diamond particles. The metallic phase comprises between approximately 0.05 and 3% by volume of the body. A network of interconnected empty pores 15 is dispersed over the entire body and is defined by the diamond particles 11 and the metallic phase (not shown). The pores 15 make up between 5 and 30% by volume of the body.

Gemäß einer Ausführungsform besteht der Schneideinsatz lediglich aus selbstgebundenen Teilchen. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist er an eine Unterlage gebunden (nicht dargestellt), die vorzugsweise aus Wolframkarbid-Kobalt-Sinterhartmetall besteht.According to one embodiment, the cutting insert is made only from self-bound particles. According to one another embodiment, it is bound to a base (not shown), which preferably consists of Tungsten carbide cobalt cemented carbide.

Die Diamantteilchen 11 weisen zweckmäßigerweise eine Teilchengröße im Bereich von 1-1000 Mikrometer auf. Für Teilchen aus kubischem Bornitrid ist eine Teilchengröße im Bereich zwischen 1-300 Mikrometer zweckmäßig.The diamond particles 11 expediently have a particle size in the range from 1-1000 micrometers. For particles made from cubic boron nitride, a particle size in the range between 1-300 micrometers is expedient.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugteils gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:A preferred method of manufacturing a tool part according to the invention includes the following Process steps:

  • a) In ein Reaktionsgefäß oder eine Beschickungskammer wird eine Masse aus Diamantteilchen oder CBN-Teilchen und eine Masse aus einem Material gegeben, das das Zusammensintern der aus Diamantteilchen oder CBN-Teilchen bestehenden Masse ermöglicht bzw. begünstigt,a) In a reaction vessel or a loading chamber is a Mass of diamond particles or CBN particles and a mass of given a material that sinters together from the diamond particles or CBN particles existing mass or favored,
  • b) das Reaktionsgefäß samt Inhalt wird gleichzeitig Temperaturen im Bereich von 1200-2000°C und Drücken von über 40 kb ausgesetzt,b) the reaction vessel and its contents simultaneously become temperatures exposed in the range of 1200-2000 ° C and pressures over 40 kb,
  • c) die Wärmezufuhr zum Reaktionsgefäß wird abgestellt,c) the heat supply to the reaction vessel is switched off,
  • d) der auf dem Reaktionsgefäß lastende Druck wird entfernt,d) the pressure on the reaction vessel is removed,
  • e) aus dem Reaktionsgefäß wird der durch die Verfahrensschritte a)-d) gebildete Abrasivkörper entfernt, der aus selbstgebundenen, d. h. direkt aneinander gebundenen Teilchen und einer metallischen Phase besteht, die von dem in den Abrasivkörper eingedrungenen Sinterhilfsmaterial gebildet wird, unde) from the reaction vessel through the process steps a) -d) removes the abrasive body formed, which consists of self-bound, d. H. directly bound particles and a metallic one Phase exists that of the penetrated into the abrasive body Sintering aid material is formed, and
  • f) die in den Körper eingedrungene metallische Phase wird im wesentlichen vollständig entfernt, so daß die im Körper verbleibende metallische Phase nur mehr ungefähr 0,05 bis ungefähr 3 Vol.-% des Körpers ausmacht.f) the penetrated metallic phase is in essentially completely removed so that the remaining in the body metallic phase only about 0.05 to about 3% by volume of the body.

Der im Verfahrensschritt b) verwendete Ausdruck "gleichzeitig" bedeutet, daß die Einwirkung von hohen Drücken und hohen Temperaturen zur gleichen Zeit erfolgt, wozu es jedoch nicht erforderlich ist, daß die Einwirkung des hohen Druckes und der hohen Temperatur gleichzeitig beginnt oder beendet wird, obwohl dies auch möglich sein kann.The expression "simultaneously" used in process step b) means that the action of high pressures and high temperatures takes place at the same time, but this does not require that the exposure to high pressure and high temperature starts or ends at the same time, although it may be possible can.

Der hier verwendete Ausdruck "Sinterhilfsmaterial" bezeichnet ein Material, das als Katalysator für Diamant wirkt und/oder das Sintern von CBN begünstigt. Es ist nicht bekannt, in welcher Weise (katalytisch oder in anderer Weise) die Sinterhilfsmittel die Selbstbindung von CBN (CBN-CBN-Bindung) fördern oder begünstigen.The term "sintering aid material" used here denotes a Material that acts as a catalyst for diamond and / or sintering favored by CBN. It is not known how (catalytically  or in another way) the sintering aids the self-binding of Promote or promote CBN (CBN-CBN binding).

Bevorzugte Ausführungsformen der vorstehend angeführten Verfahrensschritte a) bis e) zur Herstellung eines Diamantkörpers aus Diamantteilchen sind in der US-PS 37 45 623 und der US-PS 36 09 818 näher erläutert.Preferred embodiments of the above-mentioned method steps a) to e) for the production of a diamond body Diamond particles are in U.S. Patent No. 37 45 623 and U.S. Patent No. 36 09 818 explained in more detail.

Diamantkörper werden gemäß diesen Patentschriften unter der Einwirkung von hohen Drücken und hohen Temperaturen hergestellt, bei denen die heißen, zusammengepreßten Diamantteilchen mit einem Katalysatormaterial infiltriert werden, das axial oder radial in die Diamantteilchenmasse eindringt und durchdringt. Während dieses Durchdring- und Infiltrationsvorganges findet eine katalysierte Sinterung der Diamantteilchen statt, die zu einer ausgedehnten Diamant- Diamant-Bindung führt. Als Katalysatormaterial verwendet man eines der bereits in der US-PS 29 47 609 und der US-PS 29 47 610 beschriebenen Materialien, nämlich (1) ein Katalysatormetall in elementarer Form aus der Metalle der VIII. Gruppe des periodischen Systems, Chrom, Mangan und Tantal umfassenden Gruppe, (2) ein Gemisch von einem oder mehreren legierbaren Katalysatormetallen und einem oder mehreren legierbaren Nichtkatalysatormetallen, (3) eine Legierung aus mindestens zwei Katalysatormetallen oder (4) eine Legierung aus einem oder mehreren Katalysatormetallen und einem oder mehreren Nichtkatalysatormetallen. Vorzugsweise verwendet man als Katalysator Kobalt in elementarer Form oder in Form einer Legierung. Das Katalysatormaterial bildet eine metallische Phase in dem unter der Einwirkung von hohen Drücken und hohen Temperaturen gebildeten Abrasivkörper, wie bereits beim Verfahrensschritt e) erwähnt worden ist. Diamond bodies are according to these patents under the Exposure to high pressures and high temperatures, where the hot, compressed diamond particles with be infiltrated with a catalyst material that is axial or radial penetrates and penetrates the mass of diamond particles. While this penetration and infiltration process is catalyzed Sintering of the diamond particles takes place, which leads to an extensive diamond Diamond bond leads. Used as catalyst material one of those already in US-PS 29 47 609 and US-PS 29 47 610 described materials, namely (1) a catalyst metal in elemental form from the metals of group VIII of the periodic system, including chrome, manganese and tantalum Group, (2) a mixture of one or more alloyable Catalyst metals and one or more alloyable non-catalyst metals, (3) an alloy of at least two catalyst metals or (4) an alloy of one or more Catalyst metals and one or more non-catalyst metals. Cobalt in is preferably used as the catalyst elementary form or in the form of an alloy. The catalyst material forms a metallic phase in the under the action abrasive bodies formed by high pressures and high temperatures, as has already been mentioned in process step e).  

Bevorzugte Ausführungsformen der Verfahrensschritte a) bis e) zur Herstellung eines Werkzeugteils aus CBN-Teilchen sind in der US-PS 37 67 371 erläutert. Gemäß Beispiel 1 der US-PS 37 67 371 werden CBN-Körper unter hohen Drücken und hohen Temperaturen durch einen Infiltrationsvorgang erzeugt, bei dem CBN-Teilchen mit einem geschmolzenen Sinterhilfsmaterial (Kobaltmetall) getränkt werden, das axial durch die CBN-Teilchen hindurchgeschwemmt wird. Während dieses Infiltrations- bzw. Durchschwemmvorganges erfolgt eine Sinterung der CBN-Teilchen, die zu einer ausgedehnten CBN-CBN-Bindung führt. Weitere als Sinterhilfsmittel für CBN geeignete Materialien sind Legierungen aus Aluminium und einer Legierungskomponente aus der Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen, Vanadium und Chrom umfassenden Gruppe, wie in der US-PS 37 43 489 in Spalte 3, Zeilen 6-20, dargestellt ist. Kobalt und Kobaltlegierungen werden jedoch bevorzugt. Das Sinterhilfsmaterial bildet die bei der Erläuterung des Verfahrensschrittes e) angesprochene metallische Phase.Preferred embodiments of process steps a) to e) for Production of a tool part from CBN particles are in the US Patent 37 67 371 explained. According to Example 1 of US Pat. No. 3,767,371 become CBN bodies under high pressures and high temperatures generated by an infiltration process in which CBN particles with a molten sintering aid material (cobalt metal) that are washed axially through the CBN particles becomes. During this infiltration or flooding process there is a sintering of the CBN particles, which leads to an expanded CBN-CBN binding leads. Other suitable as sintering aids for CBN Materials are alloys made of aluminum and an alloy component from the nickel, cobalt, manganese, iron, vanadium and chromium-containing group, as in U.S. Patent No. 37 43 489 in column 3, lines 6-20. Cobalt and cobalt alloys are preferred. The sintering aid material forms the at Explanation of process step e) addressed metallic Phase.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verfahrensschritte a) bis e) gemäß der US-PS 37 45 623, US-PS 37 67 371 und US-PS 37 43 489 durchgeführt werden, erhält man einen Verbundkörper, indem man eine Abrasivteilchenschicht (aus Diamant oder CBN) in situ auf einer Unterlage aus Sinterhartmetall bindet. Als Quelle für das Sinterhilfsmaterial verwendet man dabei vorzugsweise das zur Bildung der Sinterhartmetallunterlage vorgesehene Material (entweder in Form eines Pulvergemisches oder eines vorgeformten Körpers). Hinsichtlich näherer Einzelheiten in bezug auf die Unterlage wird auf die US-PS 37 45 623 verwiesen, insbesondere Spalte 5, Zeile 58, bis Spalte 6, Zeile 8 und Spalte 8, Zeile 57 bis Spalte 9, Zeile 9. In one embodiment of the invention, in which the method steps a) to e) according to US-PS 37 45 623, US-PS 37 67 371 and US Pat. No. 3,743,489 are carried out, a composite body is obtained, by using an abrasive particle layer (made of diamond or CBN) binds in situ on a sintered carbide base. The source of the auxiliary sintering material is preferably used the one intended to form the cemented carbide base Material (either in the form of a powder mixture or a preformed Body). For more details on the document is referred to US-PS 37 45 623, in particular Column 5, line 58 to column 6, line 8 and column 8, line 57 to column 9, line 9.  

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erhält man einen Körper aus im wesentlichen selbstgebundenen Abrasivteilchen. Bei dieser Ausführungsform werden die Verfahrensschritte a) bis e) in der gleichen Weise wie oben erläutert durchgeführt, wobei lediglich das zur Bildung der Sinterhartmetallunterlage für die Abrasivteilchenschicht vorgesehene Material in Form eines Pulvergemisches oder eines vorgeformten Körpers vorzugsweise weggelassen wird. In diesem Fall wird das Sinterhilfsmaterial separat zugesetzt, beispielsweise in der in der US-PS 36 09 818 beschriebenen Weise. Selbstverständlich kann ein Körper nach Entfernung der metallischen Phase (Verfahrensschritt f) durch Hartlöten auf einer Unterlage aus Sinterhartmetall oder einem anderen Material befestigt werden, um einen Körper oder Einsatz für die Bestückung eines Werkzeuges zu schaffen.In another embodiment of the invention, one is obtained Body of essentially self-bonded abrasive particles. At In this embodiment, the process steps a) to e) in performed in the same manner as explained above, except that that to form the cemented carbide base for the abrasive particle layer provided material in the form of a powder mixture or a preformed body is preferably omitted. In this case, the sintering aid material is added separately, for example in the manner described in US-PS 36 09 818. Of course, a body can be removed after removing the metallic Phase (process step f) by brazing on a base Cemented carbide or other material to be attached a body or insert for equipping a tool create.

Erfindungsgemäß wird die metallische Phase aus dem Körper durch Säurebehandlung, Extraktion mit flüssigem Zink, elektrolytische Abtragung oder ähnlichen Verfahren entfernt, so daß dann ein Körper aus im wesentlichen 100% Abrasivteilchen in selbstgebundener Form verbleibt. Der verbleibende Körper enthält im wesentlichen keine oder kaum noch eine metallische Phase. Bei den bisher bekannten Körpern mit metallischer Phase kann die unzureichende Temperaturfestigkeit theoretisch dadurch erklärt werden, daß einmal die metallische Phase die Rückwandlung der direkten Bindungen zwischen den Abrasivteilchen katalysiert und/oder die direkte Bindung zwischen den Teilchen infolge der Wärmeausdehnung der metallischen Phase zerbricht. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der Körper gemäß der Erfindung, der im wesentlichen frei von metallischer Phase ist, Temperaturen bis zu 1200-1300°C widerstehen kann, ohne daß eine merkliche thermische Schädigung auftritt. According to the invention, the metallic phase is removed from the body Acid treatment, extraction with liquid zinc, electrolytic removal or similar procedures removed so that a body essentially 100% abrasive particles in self-bound form remains. The remaining body contains essentially none or hardly any metallic phase. With the previously known Bodies with a metallic phase can have insufficient temperature resistance can be explained theoretically by the fact that the metallic Phase the conversion of the direct bonds between catalyzes the abrasive particles and / or the direct bond between the particles due to the thermal expansion of the metallic phase breaks. It turned out that the body according to of the invention, which is essentially free of metallic phase is able to withstand temperatures up to 1200-1300 ° C without a noticeable thermal damage occurs.  

Die Erfindung wird nun näher anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments.

Beispiel 1Example 1

Scheibenförmige Diamantkörper wurden hergestellt, indem (1) eine 1,4 mm dicke Schicht aus feinen Diamantteilchen mit einer Teilchengröße von unter 8 Mikrometer und eine Scheibe mit einer Dicke von 3,2 mm und einem Durchmesser von 8,8 mm aus Sinterhartmetall (13 Gew.-% Co, 87 Gew.-% WC) innerhalb eines Zirkoniumbehälters mit einer Dicke von 0,05 mm angeordnet wurden, (2) mehrere dieser Behälter in einem Reaktionsgefäß der in Fig. 1 der US-PS 37 45 623 dargestellten Art übereinandergestapelt wurden, (3) die Reaktionsgefäßbeschickung einem Druck von ungefähr 65 kb und einer Temperatur von ungefähr 1400°C 15 Minuten lang ausgesetzt wurde, (4) langsam zunächst die Temperatur und dann der Druck verringert wurde und (5) die Proben nach Entnahme aus dem Reaktionsgefäß geschliffen wurden, wobei sich Körper ergaben, die eine 0,5 mm dicke Diamantschicht aufwiesen, die an einer 2,7 mm dicken Sinterhartmetallschicht gebunden war. Anschließend wurde dann durch Oberflächenschleifen die Sinterhartmetallschicht bei jedem Körper entfernt.Disc-shaped diamond bodies were produced by (1) a 1.4 mm thick layer of fine diamond particles with a particle size of less than 8 micrometers and a disc with a thickness of 3.2 mm and a diameter of 8.8 mm made of cemented carbide (13 wt .-% Co, 87 wt .-% WC) were arranged within a zirconium container with a thickness of 0.05 mm, (2) several of these containers were stacked on top of one another in a reaction vessel of the type shown in FIG. 1 of US Pat. No. 3,745,623 (3) the reaction vessel feed was subjected to a pressure of about 65 kb and a temperature of about 1400 ° C for 15 minutes, (4) the temperature was slowly reduced first and then the pressure was reduced, and ( 5 ) the samples were taken from the Reaction vessel were ground, resulting in bodies that had a 0.5 mm thick diamond layer that was bonded to a 2.7 mm thick cemented carbide layer. The sintered hard metal layer was then removed from each body by surface grinding.

Wie in Tabelle I angegeben ist, wurde die Hälfte der Proben einer Auslaugebehandlung in heißen konzentrierten Säuren unterworfen, um die metallische Phase und sonstige andere lösliche Nichtdiamantsubstanzen zu entfernen. Zur Entfernung des infiltrierten Materials wurden dabei zwei unterschiedliche Behandlungsverfahren angewandt. Von einer ersten, die Proben A-1 bis A-4 umfassende Gruppe wurden die Proben A-3 und A-4 lediglich mit einem heißen Säuregemisch aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Flußsäure im Verhältnis 1 : 1 behandelt. Bei einer zweiten, die Proben B-1 bis B-4 umfassenden Gruppe wurden die Proben B-3 und B-4 mit heißem Königswasser (konzentrierte Salzsäure und konzentrierte Schwefelsäure im Verhältnis 3 : 1) behandelt. Es stellte sich heraus, daß bei Verwendung von Königswasser die Auslaugung beträchtlich schneller erfolgte. Die Proben A-3 und A-4 wurden 8 bis 12 Tage lang ausgelaugt, während die Proben B-3 und B-4 zwischen 3 und 6 Tage lang ausgelaugt wurden. In beiden Fällen änderten sich während der Säurebehandlung die Abmessungen der Proben nicht und konnte auch keine Abspaltung von Diamant festgestellt werden. Da Diamant nicht durch Säuren aufgelöst wird, sind die bei der Säurebehandlung auftretenden Gewichtsverluste auf die Entfernung der metallischen Phase zurückzuführen.As indicated in Table I, half of the samples became one Subjected to leaching treatment in hot concentrated acids, around the metallic phase and other soluble non-diamond substances to remove. To remove the infiltrated material two different treatment methods were used. From a first group comprising samples A-1 to A-4 samples A-3 and A-4 only with a hot mixture of acids concentrated nitric acid and concentrated hydrofluoric acid in a ratio of 1: 1  treated. In a second, samples B-1 to B-4 group, samples B-3 and B-4 were hot Aqua regia (concentrated hydrochloric acid and concentrated sulfuric acid treated in a ratio of 3: 1). It turned out that leaching considerably when using aqua regia was done faster. Samples A-3 and A-4 were 8 to 12 days long leached, while samples B-3 and B-4 between 3 and Were drained for 6 days. In both cases changed the dimensions of the samples during acid treatment and no elimination of diamond was found. Since diamond is not dissolved by acids, they are with the Acid treatment occurring weight loss on removal attributed to the metallic phase.

Vor dem Auslaugen wurde der Anteil der in den Proben vorhandenen metallischen Phase mit ungefähr 8,1 Vol.-% oder 19,8 Gew.-% berechnet (auf der Grundlage von Dichtemessungen der Proben vor dem Auslaugen und der zur Herstellung verwendeten Ausgangsmaterialien). Nach dem Auslaugen verbleibt ungefähr 0,5 Vol.-% oder 0,2 Gew.-% metallische Phase. Die Entfernung von bis zu 90 Gew.-% der metallischen Phase (Probe B-4) deutet auch darauf hin, daß die metallische Phase sich hauptsächlich in einem zusammenhängenden Porennetzwerk befindet. Bei Prüfung einer Bruchfläche einer ausgelaugten Probe mit einem Raster-Elektronenmikroskop zeigte sich, daß das Porennetzwerk über die ganze Diamantschicht verläuft. Die Poren sind über die gesamte Diamantschicht verteilt und die meisten Poren haben einen Durchmesser von unter einem Mikrometer. Dies deutet darauf hin, daß die Säure die gesamte Diamantschicht durchdrungen und eine im wesentlichen gleichmäßige Entfernung der metallischen Phase aus der Diamantschicht bewirkt hat. Before leaching, the proportion of those present in the samples metallic phase with approximately 8.1 vol.% or 19.8 wt.% calculated (based on density measurements of the samples before leaching and the raw materials used in the manufacture). After leaching, about 0.5% by volume remains or 0.2 wt% metallic phase. The distance from to 90% by weight of the metallic phase (sample B-4) also indicates this indicates that the metallic phase is mainly in a coherent Pore network is located. When checking a fracture surface a leached sample with a scanning electron microscope showed that the pore network spanned the entire diamond layer runs. The pores are distributed over the entire diamond layer and most pores are less than one in diameter Micrometer. This suggests that the acid covers the entire diamond layer permeated and a substantially uniform Removal of the metallic phase from the diamond layer causes Has.  

Wie in Tabelle I angegeben, wurde auch die Biegefestigkeit (Bruchdurchbiegung) und der Elastizitätsmodul der Diamantschichten gemessen. Die Festigkeitsprüfung wurde mit einer Dreipunktbelastungseinrichtung durchgeführt, bei der zwei Stahlrollen auf einer Unterlage angeordnet waren, während eine dritte Stahlrolle in der Mitte über den beiden Stahlrollen achsenparallel zu diesen vorgesehen war. Die Proben wurden über den unteren Rollen zentriert und bis zum Bruch belastet. Die Dehnung der Proben wurde parallel zur Zugspannung mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen gemessen, die an ein Dehnungsmeßgerät angeschlossen wurden. Die Proben A-1 bis A-4 wurden auf die Festigkeitsprüfung vorbereitet, indem ihre Oberflächen mit einer Diamantscheibe (Diamantteilchen mit einer Teilchengröße von 177-250 Mikrometer) feinbearbeitet wurden. Die Proben B-1 bis B-4 wurden zur Vorbereitung auf die Festigkeitsprüfung auf einer Läppmaschine unter Verwendung von Diamantläppulver mit einer Teilchengröße von 15 Mikrometer bearbeitet, um eine bessere Oberflächengüte zu erzielen als dies bei den Proben A-1 bis A-4 durch Schleifen möglich war. Es wird angenommen, daß die besser polierten Oberflächen bei den mit Diamantpulver geläppten Proben höhere Festigkeitswerte ergeben, da die Oberfläche eine höhere Güte aufweist, d. h. weniger Fehler wie Anrisse oder dergleichen besitzt, an denen es bei Belastung zur Spannungskonzentration kommt. Es ist anzunehmen, daß die bei den ausgelaugten Proben (A-3, A-4, B-3, B-4) gemessenen niedrigeren Biegefestigkeitswerte auf derartige Oberflächendefekte zurückzuführen sind. As indicated in Table I, the bending strength (fracture deflection) and the elastic modulus of the diamond layers were measured. The strength test was carried out with a three-point load device performed on the two steel rollers a pad were arranged while a third steel roller in the middle above the two steel rollers parallel to the axis was provided. The samples were centered over the lower rolls and burdened to break. The elongation of the samples was measured parallel to the tensile stress using strain gauges, connected to a strain gauge. The Samples A-1 to A-4 were prepared for the strength test, by coating their surfaces with a diamond disc (diamond particles with a particle size of 177-250 microns) were. Samples B-1 through B-4 were prepared for the Strength test on a lapping machine using Processed diamond lapping powder with a particle size of 15 micrometers, in order to achieve a better surface quality than this with samples A-1 to A-4 was possible by grinding. It is believed, that the better polished surfaces of those with diamond powder lapped samples give higher strength values because the Surface has a higher quality, d. H. fewer mistakes like cracks or the like, where it is under load for Stress concentration comes. It can be assumed that the leached samples (A-3, A-4, B-3, B-4) measured lower Bending strength values attributable to such surface defects are.  

Tabelle I Table I

Im Gegensatz zu den Biegefestigkeitswerten hat bei der Messung des Elastizitätsmoduls E (Tabelle I) die Porosität keinen Einfluß, da der Elastizitätsmodul ein Maß der inneren Festigkeit und Steifigkeit des Materials ist und nicht von der Bildung von Mikrorissen abhängt. Nach Entfernung der infiltrierten metallischen Phase aus den Proben verringert sich der Elastizitätsmodul nur um ungefähr 12%. Dieser Unterschied ist auf die Porosität der ausgelaugten Proben zurückzuführen, da für den Elastizitätsmodul E gilt:In contrast to the bending strength values, when measuring the Elastic modulus E (Table I) has no influence on the porosity, since the Modulus of elasticity is a measure of the internal strength and rigidity of the Material and does not depend on the formation of microcracks. To Removed the infiltrated metallic phase from the samples the modulus of elasticity is only about 12%. That difference is due to the porosity of the leached samples, since the following applies to the modulus of elasticity E:

in der
E = Elastizitätsmodul
M = Moment
C = Abstand zur äußeren Faser
I = Trägheitsmoment der Fläche
in the
E = modulus of elasticity
M = moment
C = distance to the outer fiber
I = moment of inertia of the surface

und M · C sich nicht ändern, während I geringer geworden ist, da die wirksame Fläche proportional zur Porosität abgenommen hat. Falls daher angenommen wird, daß die Poren die Form von Kugeln haben und regellos verteilt sind, giltand M · C do not change while I has decreased because the effective area has decreased in proportion to the porosity. If therefore it is assumed that the pores have the shape of spheres and distributed randomly applies

in der x = der Anteil der Porosität, so daß der Elastizitätsmodul größer sein muß als der gemessene Wert von E. Für die ausgelaugten Proben B-3 und B-4 wurde ein Elastizitätsmodul von im Durchschnitt 79 × 10³ kg/mm² gemessen, so daß sich unter Berücksichtigung der Porositätskorrektur der Elastizitätsmodul auf 85 × 10³ kg/mm² beläuft, der lediglich 5% niedriger ist als der an den Proben B-1 und B-2 gemessene Durchschnittswert von 90 × 10³ kg/mm².in which x = the proportion the porosity, so that the modulus of elasticity must be greater than the measured value of E. For the leached samples B-3 and B-4 became an elastic modulus of 79 × 10³ kg / mm² on average measured so that taking into account the porosity correction the modulus of elasticity amounts to 85 × 10³ kg / mm², which is only 5% lower than that measured on samples B-1 and B-2 Average value of 90 × 10³ kg / mm².

Die Entfernung der infiltrierten metallischen Phase hat also einen sehr geringen Einfluß auf den Elastizitätsmodul, woraus folgt, daß die Festigkeit der Diamantschicht fast ausschließlich auf die Diamant- Diamant-Bindung zurückzuführen ist.The removal of the infiltrated metallic phase therefore has one very little influence on the modulus of elasticity, from which it follows that the strength of the diamond layer almost exclusively on the diamond Diamond bond is due.

Der Elastizitätsmodul von 90 × 10³ kg/mm² ist lediglich 10% geringer als der Durchschnittswert von 100 × 10³ kg/mm², der sich aus den elastischen Konstanten eines Diamanteinkristalls errechnet.The modulus of elasticity of 90 × 10³ kg / mm² is only 10% lower than the average value of 100 × 10³ kg / mm², which results from the elastic constants of a diamond single crystal.

Beispiel 2Example 2

Ein Diamantkörper wurde entsprechend der in Beispiel 1 für die Proben A-1 bis A-4 erläuterten Weise hergestellt, wobei lediglich anstelle der Diamantteilchen mit einer Teilchengröße von unter 8 Mikrometer ein Diamantteilchengemisch aus gleichen Anteilen von Diamantteilchen mit einer Teilchengröße von 149 bis 177 Mikrometer und Diamantteilchen mit einer Teilchengröße von 105 bis 125 Mikrometer verwendet wurden. A diamond body was made according to that in Example 1 for the Samples A-1 through A-4 are prepared in the manner described, only instead of diamond particles with a particle size below 8 microns a mixture of diamond particles of equal proportions of Diamond particles with a particle size of 149 to 177 microns and diamond particles with a particle size of 105 to 125 microns were used.  

Die Zusammensetzung des Körpers vor dem Auslaugen errechnet sich zu 89,1 Gew.-% Diamant (96,5 Volumenprozent) und 11,9 Gew.-% metallische Phase (4,5 Volumenprozent). Nach dem Auslaugen hatte der Körper ein um 11,5% geringeres Gesamtgewicht, so daß nur 0,15 Gew.-% der metallischen Phase (0,06 Volumenprozent) im Körper verbleiben.The composition of the body before leaching is calculated 89.1% by weight of diamond (96.5% by volume) and 11.9% by weight metallic phase (4.5 volume percent). After leaching had the body has a 11.5% lower total weight, so that only 0.15 wt .-% of the metallic phase (0.06 volume percent) in Body remain.

Beispiel 3Example 3

Vier Diamantkörper wurden entsprechend Beispiel 1 hergestellt. Das Sinterhartmetall wurde von jedem Körper abgeschliffen. Bei zwei Körpern wurde die infiltrierte metallische Phase durch Auslaugen in heißen Säuregemischen aus 1 HF : 1 HNO₃ und 3 HCl : 1 HNO₃ entfernt. Alle Körper wurden mittels Epoxyharz auf eine runde Wolframkarbidsinterhartmetallscheibe mit einem Durchmesser von 0,89 cm geklebt. Der dadurch gebildete Verbundkörper wurde auf einem Werkzeughalter einer Drehbank befestigt und auf Verschleißfestigkeit beim Drehen geprüft. Als Werkstück wurde ein Quarzsand als Füllstoff enthaltender Gummistab verwendet. Es wurden folgende Prüfbedingungen angewandt: Oberflächengeschwindigkeit 107-168 m/min (der Maximalbereich innerhalb einer der gleichen Wärmebehandlung ausgesetzten Gruppe betrug 24 m/min), Schnittiefe 0,76 mm, Quervorschub 0,13 mm/pro Umdrehung, und Prüfzeit 60 Minuten. Nach der Prüfung wurden die Proben in einem Heizrohr unter einem trockenen Argongasstrom wärmebehandelt. Die Behandlungstemperaturen reichten von 700-1300°C mit Intervallen von 100°C. Die Wärmebehandlungszeit betrug 10 Minuten bei jeder Behandlungstemperatur. Nach jeder Wärmebehandlung wurden die Proben mit einem Raster- Elektronenmikroskop auf Schädigung untersucht und dann mit Ausnahme der bei 1000, 1100 und 1300°C behandelten Proben der Verschleißprüfung unterworfen. Nachdem sowohl die oberen als auch die unteren Kanten als Schneidkanten verwendet worden waren, wurden die Kanten wieder nachgeschliffen.Four diamond bodies were produced in accordance with Example 1. The cemented carbide was ground from every body. At the infiltrated metallic phase became two bodies by leaching in hot acid mixtures of 1 HF: 1 HNO₃ and 3 HCl: 1 HNO₃ away. All bodies were epoxy resin onto a round tungsten carbide cemented carbide disc with a diameter of 0.89 cm glued. The composite body thus formed was on attached to a tool holder of a lathe and for wear resistance checked when turning. A quartz sand was used as the workpiece used as a filler-containing rubber stick. The following were Test conditions applied: surface speed 107-168 m / min (the maximum range within one of the same heat treatment exposed group was 24 m / min), cutting depth 0.76 mm, cross feed 0.13 mm / per revolution, and test time 60 minutes. To In the test, the samples were placed in a heating tube under a dry Argon gas stream heat treated. The treatment temperatures ranged from 700-1300 ° C with intervals of 100 ° C. The heat treatment time was 10 minutes at each treatment temperature. After each heat treatment, the samples were scanned with a Electron microscope examined for damage and then with exception of the wear test samples treated at 1000, 1100 and 1300 ° C subject. After both the top and the  lower edges were used as cutting edges the edges reground.

Die Ergebnisse der Verschleißprüfung sind aus Tabelle II ersichtlich. Die Proben zeigten während der Verschleißprüfung ein leidlich übereinstimmendes Verhalten. Es ergab sich, daß die bei 700°C zum ersten Mal wärmebehandelten Proben gegenüber den noch nicht wärmebehandelten Proben eine geringere Verschleißfestigkeit aufweisen. Die nicht ausgelaugten Proben 3 und 4 zeigten keine Änderungen hinsichtlich der Verschleißfestigkeit, bis sie zwischen 800 und 900°C aufgrund von thermischen Schädigungen versagten. Es stellte sich heraus, daß die Verschleißfestigkeit solange unabhängig von der Wärmebehandlung ist, bis die Diamantphase die eingekapselte metallische Phase nicht mehr länger umschließen kann und Rißbildung auftritt. Dieses Verhalten weist auch auf das Vorhandensein von zwei unterschiedlichen Phasen hin, nämlich die gebundene Diamantphase, welche bei der Prüfung die Spanabnahme besorgt, und die metallische Phase, die ein Überbleibsel des Sinterverfahrens ist. Die ausgelaugten Proben 1 und 2 widerstanden der Wärmebehandlung sehr gut, selbst noch bei 1200°C. Bei 1200°C besteht die Tendenz zu einer leichten Schädigung der Probe, was darauf hindeutet, daß an der Oberfläche thermische Rückwandlung beginnt. The results of the wear test are shown in Table II. The samples showed a fair level during the wear test consistent behavior. It turned out that the 700 ° C for the first time heat-treated samples compared to the still non heat-treated samples have a lower wear resistance exhibit. Samples 3 and 4 that were not leached showed no changes in terms of wear resistance until between 800 and 900 ° C failed due to thermal damage. It turned out that the wear resistance was independent as long from the heat treatment until the diamond phase is the encapsulated can no longer enclose metallic phase and cracking occurs. This behavior also indicates existence from two different phases, namely the bound Diamond phase, which takes care of the chip removal during the test, and the metallic phase, which is a leftover from the sintering process is. Leached Samples 1 and 2 withstood Very good heat treatment, even at 1200 ° C. At 1200 ° C the tendency to slight damage to the sample, suggesting it indicates that thermal re-conversion begins on the surface.  

Tabelle II Table II

Bei den in Tabelle II angeführten Prüfungsergebnissen handelt es sich um die Zeit pro Verschleißeinheit, wobei eine Verschleißeinheit 0,25 mm entspricht. Der Werkzeugverschleiß wurde durch Messung der Breite der Verschleißmarke ermittelt, die an dem mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Schneideinsatz entstand. Die ermittelten Daten sind lediglich im Hinblick auf das relative Verhalten der ausgelaugten und nicht ausgelaugten Proben von Bedeutung.The test results listed in Table II are by the time per wear unit, being one wear unit Corresponds to 0.25 mm. The tool wear was measured the width of the wear mark determined on the with the Cutting insert engaged in workpiece was created. The determined Data is only in terms of relative behavior the leached and unleached samples matter.

Die ausgelaugten Proben ergaben im Durchschnitt einen höheren Prüfwert als die nicht ausgelaugten Proben. Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß bei der Verschleißprüfung die nicht ausgelaugten Proben thermisch geschädigt werden. Sowohl während der Verschleißprüfungen als auch während der Wärmebehandlungen kann daher der gleiche Schädigungseffekt auftreten. Wenn also die im Eingriff mit dem Werkstück stehende Werkzeugspitze auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, dehnt sich die Kobaltphase stärker aus als die Diamantphase, wodurch an der Werkzeugspitze innerhalb der vordersten Teilchenschichten Risse entstehen. Die beschädigte Werkzeugspitze wird dadurch geschwächt und ist damit nicht mehr so leistungsfähig. Die ausgelaugten Proben sind jedoch bis zu einer höheren Betriebstemperatur thermisch stabil und werden also beim Eingriff mit dem Werkstück nicht thermisch geschädigt.The leached samples gave on average a higher test value than the unleached samples. This can be attributed to this be that during the wear test the not leached Samples can be thermally damaged. Both during the wear tests as well as during the heat treatments same damage effect occur. So if that engages with tool tip at a high temperature is heated, the cobalt phase expands more than the diamond phase, whereby at the tool tip within the foremost particle layers  Cracks appear. The damaged tool tip will weakened as a result and is therefore no longer as efficient. The Leached samples are, however, up to a higher operating temperature thermally stable and therefore become when engaging with the workpiece not thermally damaged.

Untersuchungen mit einem Raster-Elektronenmikroskop ergaben, daß nicht ausgelaugte Proben im Vergleich zu ausgelaugten Proben ein anderes Verhalten zeigten. Bei nicht ausgelaugten Proben begann die metallische Phase aus der Oberfläche zwischen 700 und 800°C auszutreten, wie mit 2000-facher Vergrößerung festgestellt werden konnte. Nachdem die Temperatur auf 900°C erhöht worden war, wurden von der abgerundeten Schneide radial zur Mitte der Probe verlaufende Risse festgestellt. Die ausgelaugten Proben blieben hingegen bis zu ungefähr 1300°C verhältnismäßig unverändert. Die Diamantschichten waren noch nach Wärmebehandlung bei 1200°C sauber, jedoch waren nach Wärmebehandlung bei 1300°C mit 20-facher Vergrößerung aufgenommene Photos unscharf und verschwommen und mit 1000-facher Vergrößerung aufgenommene Photos zeigten eine geätzte Oberfläche mit vielen bloßliegenden Kristallen. Dies rührt möglicherweise von der thermischen Zersetzung der Oberfläche her, kann jedoch auch auf geringfügige Sauerstoffreste in der im Wärmebehandlungsofen vorgesehenen Argonatmosphäre zurückzuführen sein.Examinations with a scanning electron microscope showed that unleached samples compared to leached samples showed different behavior. With samples that were not leached out, the metallic phase emerge from the surface between 700 and 800 ° C, as could be determined with a magnification of 2000 times. After the temperature was raised to 900 ° C the rounded edge running radially to the center of the sample Cracks found. The leached samples remained up to approximately 1300 ° C relatively unchanged. The diamond layers were still clean after heat treatment at 1200 ° C, but were after heat treatment at 1300 ° C with 20x magnification Photos out of focus and blurry and with 1000 times Enlarged photos showed an etched surface with many exposed crystals. This may be due to the thermal decomposition of the surface, but can also minor oxygen residues in the provided in the heat treatment furnace Argon atmosphere can be attributed.

Beispiel 4Example 4

Zwei Diamantkörper (Proben IV-1 und IV-2) wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde die Sinterhartmetallschicht nicht abgeschliffen. die Probe IV-1 wurde mit Epoxydharz (Epon 826 mit Methylanhydrid an den Knotenstellen und Benzyldimethylaminhärter) umgossen und das Epoxydharz gehärtet. Die Oberfläche der Diamantschicht wurde dann durch Abschleifen des Epoxydharzes freigelegt. Die Probe IV-1 wurde dann 37,15 Stunden lang in einem siedenden Gemisch aus 3 HCl : 1 HNO₃ gehalten. Nach Entfernung aus dem Säuregemisch wurde das Einbettungsharz von der Sinterhartmetallschicht entfernt. Bei der visuellen Prüfung ergaben sich Anzeichen einer geringfügigen Reaktion zwischen dem Säuregemisch und den nicht freigelegten Oberflächen. Die Oberfläche der Karbidschicht schien jedoch nicht merklich von der Säure angegriffen worden zu sein. Die Oberfläche der Diamantschicht wurde dann mit einem Raster-Elektronenmikroskop (bis zu 2000-fache Vergrößerung) untersucht. Die Oberfläche der Diamantschicht hatte ein ähnliches Aussehen wie die Oberflächen der Diamantschicht der ausgelaugten Proben nach Beispiel 1. Die Probe IV-1 wurde dann einer röntgenspektroskopischen Analyse zum Vergleich der Intensitäten der Bestandteile der metallischen Phase mit denjenigen einer nicht ausgelaugten Probe unterworfen. Die mit einem Raster-Elektronenmikroskop durchgeführten sowie die röntgenographischen Untersuchungen ergaben, daß die Säure die Diamantschicht durchdrungen und die Entfernung eines wesentlichen Anteils der metallischen Phase bewirkt hatte.Two diamond bodies (samples IV-1 and IV-2) were made according to example 1 was produced, but the cemented carbide layer was not ground. Sample IV-1 was treated with epoxy resin (Epon 826 with methyl anhydride at the nodes and benzyldimethylamine hardener)  and the epoxy resin hardened. The surface of the diamond layer was then exposed by grinding the epoxy resin. The sample IV-1 was then set out in a boiling mixture for 37.15 hours 3 HCl: 1 HNO₃ kept. After removal from the acid mixture the embedding resin is removed from the cemented carbide layer. In the visual inspection showed signs of a minor reaction between the acid mixture and the unexposed surfaces. However, the surface of the carbide layer did not appear to be noticeably different from that Acid to have been attacked. The surface of the diamond layer was then used with a scanning electron microscope (up to 2000 times Magnification). The surface of the diamond layer had a look similar to the surface of the diamond layer of the leached Samples according to Example 1. Sample IV-1 then became one X-ray spectroscopic analysis to compare the intensities of the Components of the metallic phase with those of an unleached one Subjected to trial. The one with a scanning electron microscope performed as well as the radiographic examinations, that the acid penetrates the diamond layer and the removal a significant proportion of the metallic phase.

Die Proben IV-1 und IV-2 wurden dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 erläutert auf Verschleißfestigkeit geprüft. Für die ausgelaugte Probe IV-1 ergab sich dabei ein entsprechend Beispiel 3 berechneter Verschleißwert von 120-150, während für die nicht ausgelaugte Probe IV-2 ein Verschleißwert von 100-120 festgestellt wurde. Diese Prüfungsergebnisse, aus denen die Überlegenheit der ausgelaugten Probe ersichtlich ist, stimmen mit den in Beispiel 3 dargelegten Ergebnissen überein und beweisen daher, daß durch Entfernung der metallischen Phase im Bereich der Schneide eine Steigerung der Leistungsfähigkeit des Diamantkörpers erzielt wird.Samples IV-1 and IV-2 were then made in the same manner as in Example 3 explains tested for wear resistance. For the drained Sample IV-1 resulted in a calculated according to Example 3 Wear value of 120-150, while for the not leached Sample IV-2 a wear value of 100-120 was found. These test results, from which the superiority of the leached Sample can be seen, agree with those set forth in Example 3 Results agree and therefore prove that by removing the metallic phase in the area of the cutting edge Performance of the diamond body is achieved.

Claims (16)

1. Schneideinsatz für spanende Werkzeuge, der zu 70 bis 95 Vol.-% aus selbstgebundenen Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid besteht und eine metallische Phase aus einem Sinterhilfsmittel für die Teilchenmasse enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz ein Netzwerk aus miteinander verbundenen leeren Poren aufweist, die im Schneideinsatz dispers verteilt und durch die Teilchen und die metallische Phase festgelegt sind, der Porenanteil 5 bis 30 Vol.-% des Schneideinsatzes und der Anteil der metallischen Phase 0,05 bis 3 Vol.-% des Schneideinsatzes beträgt.1. Cutting insert for cutting tools, which consists of 70 to 95 vol .-% of self-bonded particles of diamond or cubic boron nitride and contains a metallic phase from a sintering aid for the particle mass, characterized in that the cutting insert is a network of interconnected empty pores has, which are dispersed in the cutting insert and are determined by the particles and the metallic phase, the pore fraction is 5 to 30 vol .-% of the cutting insert and the proportion of the metallic phase is 0.05 to 3 vol .-% of the cutting insert. 2. Schneideinsatz nach Anspruch 1 mit Teilchen aus Diamant, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Phase aus einem Katalysatormetall in elementarer Form aus der die Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, Chrom, Mangan und Tantal umfassende Gruppe, oder aus einem Gemisch von einem oder mehreren legierbaren Katalysatormetallen und einem oder mehreren legierbaren Nichtkatalysatormetallen, oder aus einer Legierung aus mindestens zwei Katalysatormetallen oder aus einer Legierung aus einem oder mehreren Katalysatormetallen und einem oder mehreren Nichtkatalysatormetallen besteht.2. Cutting insert according to claim 1 with particles Diamond, characterized in that the metallic Phase from a catalyst metal in elementary form from which the metals of VIII. Group of the Periodic Table, Chromium, Manganese and tantalum group, or from a mixture of one or more alloyable catalyst metals and one or more alloyable Non-catalyst metals, or from a Alloy of at least two catalyst metals or an alloy of one or more Catalyst metals and one or more non-catalyst metals consists. 3. Schneideinsastz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantteilchen eine Teilchengröße im Bereich von ungefähr 1 bis 1000 Mikrometer aufweisen. 3. Cutting insert according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the diamond particles have a Particle size in the range of approximately 1 to 1000 Have micrometers.   4. Schneideinsatz nach Anspruch 1 mit Teilchen aus kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schneideinsatz im wesentlichen gleichmäßig durchsetzende metallische Phase aus Kobalt, einer Kobaltlegierung oder einer Legierung aus Aluminium mit Nickel, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom als Legierungsmittel besteht.4. Cutting insert according to claim 1 with particles cubic boron nitride, characterized in that the cutting insert is essentially uniform penetrating metallic phase made of cobalt, a cobalt alloy or an alloy Aluminum with nickel, manganese, iron, vanadium or chromium as an alloying agent. 5. Schneideinsatz nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße im Bereich zwischen 1 bis 300 Mikrometer aufweisen.5. Cutting insert according to claim 1 and 4, characterized characterized in that the particle size in the range between Have 1 to 300 microns. 6. Schneideinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefestigkeit des Schneideinsatzes mindestens 35 kg/mm² beträgt.6. Cutting insert according to claims 1 to 5, characterized characterized that the flexural strength of the cutting insert at least 35 kg / mm² is. 7. Schneideinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Schneideinsatzes mindestens 50.000 kg/mm² beträgt.7. Cutting insert according to claims 1 to 6, characterized characterized in that the elastic modulus of the Cutting insert at least 50,000 kg / mm² is. 8. Schneideinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstgebundenen Teilchen an einer Unterlage aus Sinterhartmetall gebunden sind.8. Cutting insert according to claims 1 to 7, characterized characterized that the self-bound Particles on a sintered carbide base are bound. 9. Verfahren zum Herstellen eines Schneideinsatzes nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem
  • a) in ein Reaktionsgefäß eine Masse aus Diamantteilchen oder aus kubischem Bornitrid bestehende Teilchen sowie eine Masse aus Sinterhilfsmittel für die jeweilige Teilchenmasse gegeben wird,
  • b) das Reaktionsgefäß samt Inhalt gleichzeitig Temperaturen im Bereich von 1200-2000°C und Drücken von über 40 kb ausgesetzt wird,
  • c) die Wärmezufuhr zum Reaktionsgefäß abgestellt wird, sowie
  • d) aus dem Reaktionsgefäß der durch die Verfahrensschritte a)-c) gebildete Körper entfernt wird, der aus den direkt aneinandergebundenen Teilchen und dem zwischen den Teilchen befindlichen Sinterhilfsmittel besteht,
9. A method of manufacturing a cutting insert according to claims 1 to 8, in which
  • a) a mass of diamond particles or particles consisting of cubic boron nitride and a mass of sintering aids for the respective particle mass is placed in a reaction vessel,
  • b) the reaction vessel and its contents are simultaneously exposed to temperatures in the range from 1200-2000 ° C. and pressures of over 40 kb,
  • c) the heat supply to the reaction vessel is turned off, and
  • d) the body formed by process steps a) -c) is removed from the reaction vessel and consists of the directly bonded particles and the sintering aid located between the particles,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Körper eingebrachte Sinterhilfsmittel im wesentlichen vollständig entfernt wird, so daß der im Körper verbleibende Anteil dieses Sinterhilfsmittels nur mehr ungefähr 0,05 bis ungefähr 3 Volumenprozent des Körpers ausmacht.characterized in that brought into the body Sintering aids essentially complete is removed so that the remaining in the body Share of this sintering aid only about 0.05 to about 3 percent by volume of the Body. 10. Verfahren nach Anspruch 9 mit Teilchen aus Diamant, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinterhilfsmittel ein Katalysatormetall in elementarer Form aus der die Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, Chrom, Mangan und Tantal umfassenden Gruppe, oder ein Gemisch von einem oder mehreren legierbaren Katalysatormetallen und einem der mehreren legierbaren Nichtkatalysatormetallen, oder eine Legierung aus mindestens zwei Katalysatormetallen oder eine Legierung aus einem oder mehreren Katalysatormetallen und einem oder mehreren Nichtkatalysatormetallen verwendet wird.10. The method according to claim 9 with particles of diamond, characterized in that as a sintering aid a catalyst metal in elemental form from which the metals of the VIII. group of the periodic Systems, including chrome, manganese and tantalum Group, or a mixture of one or several alloyable catalyst metals and one of the several alloyable non-catalyst metals, or an alloy of at least two catalyst metals or an alloy of one or more Catalyst metals and one or more non-catalyst metals is used. 11. Verfahren nach Anspruch 9 mit Teilchen aus kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinterhilfsmittel Kobalt, oder eine Kobaltlegierung oder eine Legierung aus Aluminium mit einem aus Nickel, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom bestehenden Legierungsmetall verwendet werden.11. The method according to claim 9 with particles of cubic Boron nitride, characterized in that as sintering aid cobalt, or a cobalt alloy or an alloy of aluminum with  one made of nickel, manganese, iron, vanadium or Chromium existing alloy metal used will. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus dem Körper durch Eintauchen des Körpers in eine Säure entfernt wird.12. The method according to claims 9 to 11, characterized characterized that the metal from the body removed by immersing the body in an acid becomes. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Säure Königswasser, Salpetersäure, Salzsäure und/oder Fluorwasserstoffsäure verwendet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that that as acid aqua regia, nitric acid, hydrochloric acid and / or hydrofluoric acid used becomes. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus dem Körper durch Extraktion mit flüssigem Zink entfernt wird.14. The method according to claims 9 to 11, characterized characterized that the metal from the body removed by extraction with liquid zinc becomes. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus dem Körper mittels Elektrolyse herausgelöst wird.15. The method according to claims 9 to 11, characterized characterized in that the metal from the body by means of Electrolysis is released.
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