DE2829383C2

DE2829383C2 - Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid

Info

Publication number: DE2829383C2
Application number: DE2829383A
Authority: DE
Inventors: Viktor Vasilevi&ccaron; Digonsky; Vladimir Ivanovi&ccaron; Leningradskaja oblast' Farafontov; Natalija Georgievna Ku&scaron;kova; Vladislav Sergeevi&ccaron; Leningrad Lysanov; Mirra Ilini&ccaron;na Sochor
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT ABRAZIVOV I SLIFOVANIJA LENINGRAD SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT ABRAZIVOV I SLIFOVANIJA LENINGRAD SU
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1983-02-24
Also published as: JPS5614607B2; GB2000524B; GB2000524A; FR2396722A1; JPS5440300A; FR2396722B1; SE435048B; SU674372A1; US4148863A; SE7807530L; DE2829383A1

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von superharten Werkstoffen, insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid, welches in den verschiedenen Zweigen des Maschinenbaus als Schneidwerkzeug zur hochwirksamen Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen verwendet werden kann. _Μ

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid aus hexagonalem Bornitrid bei hohen Drücken und Temperaturen in Anwesenheit von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Zinn, Blei, Antimon sowie Nitriden der genannten Metalle als j; Katalysatoren (siehe K. Swenson »Physik der hohen Drücke«, Moskau, 1963). Als Katalysatoren kann man außerdem Wasser oder Verbindungen verwenden, die Wasser während der Synthese abgeben (K. Lusa, T. Kobayash,S.Tanigouki, Mat. Res. Bull, 1974,9,1443).

Nach den bekannten Verfahren werden die Katalysatoren in den Einsatz als einzelne chemische Verbindungen oder als Stoffe eingeführt, welche fähig sind, unter Bedingungen von hohen Drücken und Temperaturen zu den genannten Katalysatoren zu zerfallen. Die erwähnten Verfahren ermöglichen die Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid, das Produkte der Umsetzung des Katalysators mit dem Bornitrid enthält, was die allmähliche Entfestigung seiner kristallinen Struktur hervorruft.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Bornitrid mit der kubischen kristallinen Struktur bekannt, welches darin besteht, daß man Drücke von 40 bis 90 kbar und Temperaturen von 1200 bis 2400⁰C auf das hexagonale Bornitrid in Anwesenheit eines Katalysators einwirken « läßt. Als Katalysator benutzt man Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, deren Nitride, sowie Antimon, Zinn, Blei. Im Verfahren können Gemische von zwei und mehr Katalysatoren sowie Legierungen, enthaltend katalytische und nichtkatalytische Metalle, zum Einsatz f,o kommen, Das erhaltene Bornitrid enthält Produkte seiner Umsetzung mit dem Katalysator beispielsweise Li₁BN₂. M^r ,BN₁(US PS29 47 6I7).

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das erhaltene Bornitrid Produkte seiner Umsetzung mit f,-, dem Katalysator enthält. Diese Verbindungen haben eine niedrige Schmelztemperatur, besitzen eine hohe Reaktionsaktivität und zerfallen schnell an der feuchten

Die genannten Verbindungen, indem sie in der Masse von polykristallinen Aggregaten des Bomitrids verbleiben, bewirken bei hohen Temperaturen während der Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen den Bruch der Schneiden von aus diesem Material gefertigten Meißeln.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die Verschleißfestigkeit von polykristallinem kubischem Bornitrid, angewendet für Werkzeuge zur Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen, zu erhöhen.

In Obereinstimmung mit dem Ziel wurde die Aufgabe gestellt, solch ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid durch Wahl des geeigneten Katalysators zu entwickein, das die Verschleißfestigkeit des genannten Materials, angewendet für Werkzeuge zur Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen, zu erhöhen ermöglicht

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man im Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid durch Einwirkung von 40 bis 90 kbar Drücken und 1200 bis 2400⁰C Temperaturen auf das hexagonale Bornitrid in Anwesenheit eines Katalysators erfindungsgemäß eine Zinkverbindung als Katalysator verwendet

Bei hohen Drücken und Temperaturen diffundiert der erfindungsgemäße Katalysator in die Masse des hexagonalen Bornitrids leicht ein, indem er die vollständige Umwandlung des hexagonalen Bornitrids in die kubische Modifikation sichert Dieser Katalysator, indem er in der Masse von polykristallinem kubischem Bornitrid verbleibt beeinflußt dabei die Entfestigung von Polykristallen in kleinerem Maße gegenüber den bisher verwendeten Katalysatoren. Dies gewährleistet die hohe Verschleißfestigkeit von polykristallinem kubischem Bornitrid, angewendet für das Schneidwerkzeug.

Als Zinkverbindung ist es zweckmäßig, Zinkoxid, Zinkoxidhydrat, Zinknitrid oder Zinkamid oder deren Gemische, genommen in einer Menge von 0,1 bis 12 Gew.-%, zu benutzen.

Die Anwendung des Katalysators in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% ist unzweckmäßig, weil es zur unvollständigen Umwandlung des hexagonalen Bornitrids in das kubische kommt.

Die Anwendung dieses Katalysators in einer Menge von über 12 Gew.-% bringt keinen Nutzeffekt, weil die Festigkeitseigenschaften von polykristallinem kubischem Bornitrid wesentlich verschlechtert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahrer, wird wie folgt durchgeführt.

Man vermischt die Pulver von hexagonalem Bornitrid und Katalysator bis zur Erzielung eines homogenen Gemisches. Das erhaltene Gemisch wird zu Briketten gepreßt und in eine Hochdruckkammer eingebracht, wo man auf das Gemisch Drücke von 40 bis 90 kbar und Temperaturen von 1200 bis 2400°C, vorzugsweise Drücke von 65 bis 90 kbar und Temperaturen von 1600 bis 2400⁰C, einwirken läßt. Das Endprodukt stellt das polykristalline kubische Bornitrid dar.

Der Katalysator ist eine Zinkverbindiing, Es ist wünschenswert, Zinkoxid, Zinkhydroxid, Zinknitrid, Zinkamid oder deren Gemische in einer Menge von 0,1 bis 12 Gew. % zu verwenden. Um eine homopencre Verteilung des Katalysators innerhalb des hexagonalen Bornitrids zu erreichen, benutzt man den Katalysator als Lösung desselben unter anschließendem Verdampfen oder Ausfallen. Die Herstellung von polykristallinem

kubischem Bornitrid mit den gegebenen Eigenschaften hängt von dem Verhältnis zwischen den Bestandteilen des Ausgangsreaktionsguts und der Dauer der Einwirkung von Temperaturen und Drücken nicht Ob das polykristalline kubische Bornitrid der vorgegebenen Eigenschaft entspricht, schätzt man nach seiner Verschleißfestigkeit im Schneidwerkzeug ein. Unter der Verschleißfestigkeit versteht man den mittleren Schneidenverschleiß (in mm) des Meißels beim Drehen von gehärtetem Stahl während 5 min. Schnittwerte: Schnittgeschwindigkeit ν 100 m/min, Vorschub 5 0,07 mm/U, Schnittiefe 0,2 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber den bekannten Verfahren die wesentliche Steigerung der Verschleißfestigkeit von polykristallinem kubischem Bornitrid, angewendet für das Werkzeug zur Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen.

Nachstehend werden konkrete Beispiele zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt

Beispiel 1

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 98 Gew.-% mit dem Zinkoxidpulver in einer Menge von 2 Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird zu Britetts gepreßt und in eine Hochdruckkammer eingebracht, wo man auf das Gemisch 65kbar Druck und 16G0°C Temperatur einwirken läßt.

Das Endprodukt stellt das polykristalline kubische Bornitrid dar, dessen \ crschleißfestigkeit 0,12 mm beträgt

Beispiel 2

Dem Katalysator, der eine wäßrige Zinkchloridlösung darstellt, wird das Pulver von hexagonaiem Bornitrid zugesetzt. Man behandelt das erhaltene Gemisch mit wäßriger Ammoniaklösung, verdampft dann und glüht bei einer Temperatur von 420⁰C. Das erhaltene Gemisch, enthaltend 98 Gew.-°/o hexagonales Bornitird und 2 Gew.-% Zinkoxid, wird analog zum Beispiel 1 behandelt.

Das Endprodukt, welches das polykristalline kubische Bornitrid darstellt, besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,08 mm.

Beispiel 3

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 98 Gew.-% und das Zinkoxidpulver in einer Menge von 2 Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird zu Briketts gepreßt und in eine Hochdruckkammer eingebracht, wo man auf das Gemisch 90 kbar Drurk und 2400°C Temperatur einwirken läßt. Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,07 mm.

Beispiel 4

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 99,9 Gew.-% und das Zinkoxidpulver in einer Menge von 0,1 Gew.-%, behandelt dann das erhaltene Gemisch analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen, Das polykristalune kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0.10 mm.

Beispiel 5

Miin vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 88Gew.-% und das Zinkoxidpulver in einer Menge von l2Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,14 mm.

Beispiel 6

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 99,9 Gew.-% und das Zinkhydroxidpulver in einer Menge von 0,1 Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im ίο Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,10 mm.

Beispiel 7

.Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 88Gew.-% und das Zinkhydroxidpulver in einer Menge von 12Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das polykristalline

kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,15 mm.

Beispiel 8

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 99,9Gew.-% und das Zinknitridpulver in einer Menge von 0,1 Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird, analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das poiykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,10 mm.

Beispiel 9

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 88Gew.-% und das Zinknitridpulver in einer Menge von 12Gew.-%. Das erhaltene Cemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,14 mm.

Beispiel 10

Man vermischt das Pulver voü hexagonalem Bornitrid in einer Menge von 99,9 Gew.-% und das Zinkamidpulver in einer Menge von 0,1 Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt. Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,11 mm.

Beispiel 11

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Mengp von 88Gew.-% und das Zinkamidpulver in einer Menge von l2Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt. Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,15 mm.

Beispiel 12

Man vermischt das Pulver von hexagonaiem Bornitrid in einer Menge von 88 Gew.-°/o, das Zinkamidpulver in einer Menge von 6 Gew.-% und das Zinknitridpulver in einer Menge von 6Gew.-%. Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt. Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,1 J mm.

Beispiel 13

Man vermischt das Pulver von hexagonalcm Bornitrid in einer Menge von 90 Gew.-%. das Zinkoxidpulver in einer Menge von 8 Gew.-%, das Zinkamidpulver in einer Menge von 1 Gew.-% und das Zinkkydroxidpul-

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ver in einer Menge von 1 Gew.-%.

Das erhaltene Gemisch wird analog zu dem im Beispiel 3 beschriebenen behandelt Das polykristalline kubische Bornitrid besitzt eine Verschleißfestigkeit von 0,09 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid durch Einwirkung von 40 bis 90kbarDrückenundl200bis 2400" C Temperaturen auf das hexagonale Bornitrid in Anwesenheit eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine Zinkverbindung dient

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man als Zinkvei-faindur.g Zinkoxid, Zinkhydroxid, Zinknitrid, Zinkamid oder deren Gemisch verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkverbindung in einer Menge von 0,1 bis 12 Gew.-% verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß bei einem Druck von 65 bis 90 kbar und einer Temperatur von 1600 bis 2400° C erfolgt