DE2845755C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for manufacturing of a polycrystalline diamond body corresponding to that Preamble of claim 1.

Aus der US-PS 32 39 321 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem Diamantpulver mit Siliciumpulver vermischt und das resultierende Pulver­ gemisch in einer Hochdruckapparatur zunächst hohen Drücken und dann einer zum Schmelzen des Siliciums ausreichenden Temperatur ausgesetzt wird. Der Druck beträgt dabei mindestens 20 Kilobar und reicht bis zu 76 Kilobar.From US-PS 32 39 321 is a method of known type mentioned in the case of the diamond powder Silicon powder mixed and the resulting powder mixture in a high pressure apparatus initially high Press and then one to melt the silicon exposed to sufficient temperature. The pressure is at least 20 kilobars and ranges up to 76 kilobars.

Aus der US-PS 39 13 980 ist ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers bekannt, bei dem Diamantteilchen mit Siliciumteilchen vermischt und das Gemisch dann unter Druck gesintert wird. Der Druck beträgt dabei 5 bis 100 Kilobar, und die Sintertemperatur liegt in dem Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlen­ stoff, in dem Diamant thermisch nicht stabil ist.From US-PS 39 13 980 is a method for manufacturing known a polycrystalline diamond body in which Diamond particles mixed with silicon particles and the mixture is then sintered under pressure. The pressure is 5 to 100 kilobars, and the sintering temperature lies in the range of the state diagram of coal material in which diamond is not thermally stable.

Aus der GB-PS 13 07 713 ist ein Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Diamantkörpers bekannt, bei dem die Diamantteilchen mit einer Bindemittelphase aus Siliciumcarbidpulver vermischt werden und das Pulverge­ misch dann unter Druck- und Temperaturbedingungen verpreßt wird, bei denen keine Graphitisierung von Diamant auftritt.From GB-PS 13 07 713 is a method for manufacturing known a polycrystalline diamond body in which the diamond particles with a binder phase Silicon carbide powder are mixed and the powder mix then pressed under pressure and temperature conditions in which no graphitization of diamond occurs.

Zur Durchführung der bekannten Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Diamantkörpern sind also aufwendige Hochdruckapparaturen erforderlich. Mit den bekannten Verfahren lassen sich also nur Diamantkörper mit verhältnis­ mäßig geringen Abmessungen wirtschaftlich herstellen.To carry out the known manufacturing processes of polycrystalline diamond bodies are therefore complex High pressure equipment required. With the known This means that only diamond bodies with a ratio can be used  produce moderately small dimensions economically.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem polykristalline Diamantkörper verschiedenartiger Form und in verschiedenen Abmessungen ohne großen apparativen Aufwand hergestellt werden können.The invention is based on the object of a method of the type mentioned at the beginning with which polycrystalline diamond body of various shapes and in different dimensions without great expenditure on equipment can be produced.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Zweckmäßige Weiter­ bildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved by a procedure according to characterizing part of claim 1. expedient further formations of the method result from the subclaims.

Der beim Verfahren nach der Erfindung zur Anwendung gelangende Druck, insbesondere der beim Heißpreßvorgang ausgeübte Druck, ist im Vergleich zu den bekannten Hochdruckverfahren verhältnismäßig gering, so daß mit dem Verfahren nach der Erfindung Diamantkörper größerer Abmessungen einfach und wirtschaftlich hergestellt werden können. Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Diamantkörper können als Schleifkörper, Schneidwerkzeuge und als abriebfeste Bauteile eingesetzt werden. The one used in the method according to the invention Pressure, especially the pressure exerted during the hot pressing process, is compared to the known high pressure processes relatively low, so that with the method according to Invention diamond body of larger dimensions simple and can be produced economically. The after Process according to the invention made diamond body can be used as grinding tools, cutting tools and abrasion-resistant components are used.  

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigenThe invention will now be described with reference to drawings explained in which show

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Einformen eines Hohlraumes in ein Druck übertragendes Pulvermedium. Fig. 1 shows a section through a device for molding a cavity in a pressure-transmitting powder medium.

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Ausüben von isostatischem Druck auf eine den Hohlraum samt Inhalt umfassende Zelle über ein Druck übertragendes Pulvermedium, Fig. 2 shows a section through a device for applying isostatic pressure to the cavity and its contents cell comprising a pressure-transmitting powder medium,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Graphitform mit der umschlossenen Zelle zur gleichzeitigen Anwendung von Wärme und Druck und Fig. 3 shows a section through a graphite mold with the enclosed cell for the simultaneous application of heat and pressure and

Fig. 4 eine photographische Aufnahme mit 690facher Vergrößerung eines polierten Querschnitts eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Diamantkörpers mit einem Diamantgehalt von 72 Vol.-%; die in Fig. 4 grauweiß erscheinende Phase ist das Bindemittel und die graue Phase ist Diamant. Fig. 4 is a photograph with a magnification of a polished cross-section 690facher a by the method according to the invention diamond body produced with a diamond content of 72 vol .-%; the gray-white phase in Fig. 4 is the binder and the gray phase is diamond.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine mit einer Siliciummasse in Berührung stehende Diamant­ kristallmasse bei Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur einer Kaltpressung zum Zwecke der Formstabilisierung und dann einer Heißpressung unterworfen, bei welcher die Diamant­ kristallmasse mit dem Silicium durchtränkt wird.When carrying out the method according to the invention a diamond in contact with a silicon mass crystal mass at ambient temperature or room temperature a cold press for the purpose of shape stabilization and then subjected to a hot pressing in which the diamond crystal mass is soaked with the silicon.

Die Diamantkristallmasse und die Siliciummasse können eine Reihe von Formen aufweisen. Beispielsweise kann jede Masse die Form einer Schicht haben, wobei die beiden Schichten übereinander angeordnet sind. Die Siliciummasse kann auch in Form eines Hohlzylinders angeordnet werden, wobei dann der Innenraum des Hohlzylinders mit Diamantkristallen ausgefüllt wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Silicium in Form eines Blockes oder einer Stange in der Mitte des Formhohlraumes angeordnet werden, wobei dann der verbleibende Zwischenraum zwischen dem Siliciumblock oder der Siliciumstange und der Innenwand des Formhohlraumes mit Diamantkristallen ausgefüllt wird.The diamond crystal mass and the silicon mass can have a number of shapes. For example, each Mass have the shape of a layer, the two Layers are arranged one above the other. The silicon mass can also be arranged in the form of a hollow cylinder be, with the interior of the hollow cylinder Diamond crystals are filled in. Another one  Embodiment can the silicon in the form of a block or a rod arranged in the middle of the mold cavity the remaining space between the silicon block or rod and the inner wall of the mold cavity is filled with diamond crystals.

Beim Verfahren nach der Erfindung können sowohl natürliche als auch synthetische Diamantkristalle verwendet werden. Die verwendeten Diamantkristalle haben in Richtung ihrer größten Abmessung eine Größe im Bereich von 1 bis 1000 µm, wobei die Kristallgröße oder die Kristall­ größen weitgehend von der gewünschten Packungsdichte der Diamantkristalle und auch vom Verwendungszweck des Diamant­ körpers abhängen. Jedoch müssen Kristalle mit einer Größe von unter 5 µm mit Kristallen mit einer Größe von über 10 µm vermischt werden, und der Anteil an Kristallen mit einer Größe von unter 5 µm sollte vorzugsweise nicht mehr als 50 Vol.-% der Diamantkristallmasse betragen, damit Silicium in ausreichendem Maße in die Diamantkristallmasse einge­ schwemmt werden kann. Soll der herzustellende Diamantkörper für Schleifzwecke eingesetzt werden, verwendet man vorzugsweise Diamantkristalle mit einer Größe von nicht über 60 µm. Zur Optimierung der Packung der Diamantkristalle in der Diamantkristallmasse sollen die Diamantkristalle größenmäßig abgestuft sein und daher in einem kleine, mittlere und große Kristalle umfassenden Teilchengrößenbereich liegen. Vorzugsweise liegen die größenmäßig abgestuften Kristalle im Teilchengrößenbereich von 1 bis 60 µm, wobei innerhalb dieses Bereiches vorzugsweise 60 bis 80 Vol.-% der gesamten Kristallmasse eine im oberen Teil des Teilchengrößenbereiches liegende Teilchengröße, 5 bis 10 Vol.-% eine im mittleren Bereich des Teilchengrößenbereiches liegende Kristallgröße und der Rest eine im unteren Teil des Teilchengrößenbereiches liegende Teilchengröße aufweisen.In the method according to the invention, both natural and synthetic diamond crystals can also be used. The Diamond crystals used have towards their largest dimension a size in the range of 1 to 1000 microns, the crystal size or the crystal largely depend on the desired packing density of the Diamond crystals and also the purpose of the diamond body depend. However, crystals with a size of less than 5 µm with crystals larger than 10 µm are mixed, and the proportion of crystals with a Size below 5 µm should preferably not exceed 50 Vol .-% of the diamond crystal mass, so silicon sufficiently in the diamond crystal mass can be washed up. Should the diamond body to be manufactured are used for grinding purposes preferably diamond crystals with a size of not over 60 µm. To optimize the packing of the diamond crystals in the diamond crystal mass are the diamond crystals graded in size and therefore in a small, Particle size range covering medium and large crystals lie. Preferably, the graded are Crystals in the particle size range from 1 to 60 μm, preferably 60 to 80 within this range Vol .-% of the total crystal mass in the upper part of the Particle size range lying particle size, 5 to 10 Vol .-% in the middle of the particle size range lying crystal size and the rest one in the lower part of the particle size range.

Die entsprechende Kornzusammensetzung der Diamantkristalle kann man durch Verkleinerung von größeren Diamantkristallen in einer Strahlmühle erreichen. Vorzugsweise werden die Diamantkristalle chemisch gereinigt, um auf der Oberfläche vorhandene Oxide oder andere Verunreinigungen zu entfernen, bevor sie beim Verfahren nach der Erfindung verwendet werden. Zur Reinigung können die Diamantkristalle in Wasserstoff bei etwa 900° C ungefähr eine Stunde lang erwärmt werden.The corresponding grain composition of the diamond crystals can be done by reducing the size of larger diamond crystals reach in a jet mill. Preferably the  Diamond crystals chemically cleaned to on the surface remove existing oxides or other impurities, before being used in the method according to the invention. For cleaning, the diamond crystals can be in hydrogen be heated at about 900 ° C for about an hour.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird das Silicium in die Poren oder Zwischenräume zwischen den Diamantkristallen einge­ führt. Das beispielsweise in massiver oder pulverförmiger Form vorliegende Silicium wird in einer Menge verwendet, die ausreicht, um die Poren oder Zwischenräume der Diamantkristallmasse auszufüllen, die einen Diamantgehalt von über 65 Vol.-% besitzt. Im allgemeinen kann Silicium in einer Menge von 25 bis 80 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der Diamantkristallmasse mit einem Diamantgehalt von über 65 Vol.-%, eingesetzt werden.In the method according to the invention, the silicon is in the Pores or spaces between the diamond crystals leads. For example in solid or powdered form Form silicon is used in an amount that sufficient to cover the pores or spaces of the Diamond mass to fill in, which has a diamond content of over 65% by volume. Generally silicon can in an amount of 25 to 80 vol .-%, based on the Volume of the diamond crystal mass with a diamond content of over 65 vol .-%, are used.

Die Heißpressung wird in einer Atmosphäre durchgeführt, welche keinen merklichen schädlichen Einfluß auf die Eigenschaften der Diamantkristalle oder des einsickernden Siliciums hat. Das Heißpressen wird in einem Inertgas wie Argon oder Helium oder aber auch unter Stickstoff oder Wasserstoff durchgeführt. Das Heißpressen wird ausreichend schnell durchgeführt, so daß keine merkliche Reaktion zwischen dem flüssigen Silicium und Stickstoff oder Wasserstoff stattfindet. Das Heißpressen kann nicht in Luft durchgeführt werden, da Diamant bei über 800° C schnell graphitisiert und flüssiges Silicium zu Silicium­ dioxid oxidieren würde, bevor eine merkliche Menge an flüssigem Silicium in die Diamantkristallmasse eingeschwemmt worden wäre.The hot pressing is carried out in an atmosphere which have no noticeable harmful influence on the Properties of diamond crystals or oozing Has silicon. The hot pressing is done in an inert gas like argon or helium or even under nitrogen or carried out hydrogen. The hot pressing will performed sufficiently quickly so that no noticeable Reaction between the liquid silicon and nitrogen or hydrogen takes place. Hot pressing cannot be carried out in air since diamond at over 800 ° C quickly graphitized and liquid silicon to silicon would oxidize before a significant amount of dioxide liquid silicon washed into the diamond crystal mass would have been.

Das Heißpressen wird in einem Temperaturbereich durchge­ führt, der bei der Temperatur beginnt, bei der Silicium flüssig wird, und bis 1600° C reicht. Der bei der Heißpreß­ temperatur angewendete Druck muß lediglich ausreichen, um hartnäckig Grenzschichten in der Diamantmasse aufzureißen, die das Eindringen von flüssigem Silicium in die Poren der Diamantmasse verhindert. Dazu ist gewöhnlich ein Mindestdruck von 35 bar erforderlich. Der Heißpreßdruck reicht von 35 bar bis 1400 bar, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von 70 bis 700 bar. Heißpreßdrücke von über 700 bar bringen keinen merklichen Vorteil. Ebenso bringen Temperaturen von über 1600° C keinen merklichen Vorteil, vielmehr kann bei Temperaturen von über 1600° C eine zu starke Graphitisierung der Diamanten auftreten.The hot pressing is carried out in a temperature range leads, which begins at the temperature at which silicon becomes liquid, and reaches up to 1600 ° C. The one at the hot press temperature applied pressure must only be sufficient to stubbornly tear open boundary layers in the diamond mass,  the penetration of liquid silicon into the pores the diamond mass prevented. This is usually a Minimum pressure of 35 bar required. The hot press pressure ranges from 35 bar to 1400 bar, but is usually in the Range from 70 to 700 bar. Hot pressures of over 700 bar bring no noticeable advantage. Bring likewise Temperatures above 1600 ° C are not a noticeable advantage, rather can be too strong at temperatures above 1600 ° C Graphitization of the diamonds occur.

Befindet sich Silicium auf seiner Schmelztemperatur, für die in der Literatur der Bereich von 1412 bis 1430° C angegeben wird, besitzt es eine hohe Viskosität. Mit zunehmender Temperatur wird das Silicium flüssig.Silicon is at its melting temperature, for which in the literature the range from 1412 to 1430 ° C. it has a high viscosity. With increasing Temperature, the silicon becomes liquid.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird ein Hohlraum vorgegebener Größe in ein Druck übertragendes Pulvermedium 19 a mit Hilfe eines Preßwerkzeugs 9 eingepreßt. Dabei wird durch den Preßstempel ein ausreichender Druck, der gewöhnlich im Bereich von 700 bis 3500 bar liegt, ausgeübt, um das Pulver 19 a zumindest in eine stabile Form zu bringen, so daß nach Druckentlastung, z. B. nach den Anheben des Preß­ stempels 23 a, das Preßwerkzeug 9 entfernt werden kann und der vom Preßwerkzeug eingepreßte Hohlraum 11 zurückbleibt. Das Preßwerkzeug 9 besteht aus einem druckfesten Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl oder Sinterhartmetall, und weist eine glatte Oberfläche auf, so daß nach dem Heraus­ ziehen des Preßwerkzeugs aus dem verdichteten Pulver der durch das Preßwerkzeug eingepreßte Hohlraum 11 zurückbleibt. Nach Zurückziehen des Preßwerkzeuges 9 bei der Anordnung nach Fig. 1 werden innerhalb des eingepreßten Hohlraumes 11 eine Scheibe aus Silicium und Diamantkristalle in Kontakt mit dem Silicium unter Ausfüllung des verbleibenden Hohlraumes angeordnet. Über dem mit Silicium und Diamantkristallen beschickten Hohlraum wird dann zusätzliches Druck übertragendes Pulver angeordnet, wodurch die in Fig. 2 dargestellte, von Pulver umschlossene Zelle 10 entsteht. In the arrangement shown in Fig. 1, a cavity of a predetermined size is pressed into a pressure-transmitting powder medium 19 a with the help of a press tool 9 . In this case, exerted by the press ram, a sufficient pressure is usually in the range of 700 to 3500 bar, in order to bring the powder 19 a, at least in a stable form, so that, after pressure relief, z. B. after lifting the press die 23 a , the pressing tool 9 can be removed and the cavity 11 pressed in by the pressing tool remains. The pressing tool 9 consists of a pressure-resistant material, for example stainless steel or cemented carbide, and has a smooth surface, so that after the pressing tool is pulled out of the compressed powder, the cavity 11 pressed in by the pressing tool remains. After the pressing tool 9 has been withdrawn in the arrangement according to FIG. 1, a disk of silicon and diamond crystals in contact with the silicon is arranged within the pressed-in cavity 11 while filling the remaining cavity. Additional pressure-transmitting powder is then arranged above the cavity filled with silicon and diamond crystals, whereby the cell 10 shown in FIG. 2 and surrounded by powder is formed.

Die Zelle 10 wird dann in der in Fig. 2 gezeigten Weise bei Zimmertemperatur oder Umgebungstemperatur kaltgepreßt. Dabei braucht lediglich ein zur Ausbildung eines dimensionsstabilen Systems ausreichender Druck angewendet zu werden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die innerhalb des zylindrischen Kerns einer Preßform 20 befindliche Zelle 10 von einer Masse 9 aus Druck übertragendem Pulvermedium umschlossen ist. Das Druck übertragende Pulvermedium besteht aus sehr feinen Teilchen, vorzugsweise mit einer Siebgröße von unter 160 Maschen/cm. Das Druck übertragende Pulvermedium bleibt unter den Druck- und Temperaturbedingungen des vor­ liegenden Verfahrens im wesentlichen ungesintert und ist im wesentlichen inert gegenüber flüssigem Silicium. Als Druck übertragendes Pulvermedium eignen sich insbesondere pulverförmiges hexagonales Bornitrid und pulverförmiges Siliciumnitrid. Das druckübertragende Pulvermedium gewähr­ leistet, daß auf die Zelle 10 ein im wesentlichen isostatischer Druck ausgeübt wird, wodurch die Zelle 10 und ihr Inhalt hinsichtlich ihrer Abmessungen im wesentlichen gleichmäßig stabilisiert, d. h. verdichtet werden, so daß ein System entsteht, welches die vom Pulver umschlossene Zelle enthält, in der die resultierende Diamantkristallschicht zu über 65 Vol.-% aus Diamant besteht. Die Preßform 20 (Ring 22 und Preßstempel 23, 23 a) kann aus Werkzeugstahl bestehen, wobei gegebenenfalls der Ring 22 mit einer Sinterhartmetallbuchse 22 a versehen ist, um bei dem in Fig. 2 dargestellten Kaltpressen die Anwendung von Drücken bis zu 14 000 bar zu ermöglichen. Drücke über 14 000 bar bringen keinen merk­ lichen Vorteil. Innerhalb des vom Preßstempel 23, der Hülse 22 a und dem Preßstempel 23 a umschlossenen Gebietes wird beim Kaltpressen gemäß Fig. 2 Druck vorzugsweise im Bereich von 1400 bis 7000 bar und gewöhnlich bis zu 3500 bar auf das Druck übertragende Medium durch die Preßstempel ausgeübt. The cell 10 is then cold pressed in the manner shown in FIG. 2 at room temperature or ambient temperature. It is only necessary to use a pressure sufficient to form a dimensionally stable system. From Fig. 2 it can be seen that the cell 10 located within the cylindrical core of a mold 20 is surrounded by a mass 9 of pressure-transmitting powder medium. The pressure-transmitting powder medium consists of very fine particles, preferably with a sieve size of less than 160 mesh / cm. The pressure-transmitting powder medium remains essentially unsintered under the pressure and temperature conditions of the present process and is essentially inert to liquid silicon. Powdered hexagonal boron nitride and powdered silicon nitride are particularly suitable as the pressure-transmitting powder medium. The pressure-transmitting powder medium ensures that an essentially isostatic pressure is exerted on the cell 10, as a result of which the cell 10 and its contents are substantially uniformly stabilized, ie compressed, with respect to their dimensions, so that a system is created which forms the cell enclosed by the powder contains, in which the resulting diamond crystal layer consists of more than 65 vol .-% diamond. The press mold 20 (ring 22 and press ram 23, 23 a ) can consist of tool steel, the ring 22 optionally being provided with a cemented carbide bushing 22 a in order to apply pressures of up to 14,000 bar to the cold press shown in FIG. 2 enable. Pressures above 14,000 bar have no noticeable advantage. Within the area enclosed by the press ram 23 , the sleeve 22 a and the press ram 23 a, pressure is preferably exerted in the range from 1400 to 7000 bar and usually up to 3500 bar to the pressure-transmitting medium by the press ram during cold pressing according to FIG. 2.

Beim Kaltpressen wird die Größe der Hohlräume zwischen den Kristallen verringert, so daß es zur optimalen Ausbil­ dung von kapillarartigen Poren in der Diamantmasse kommt. Weiterhin wird die Diamantkristallmasse auf den erforderlichen Diamantgehalt von über 65 Vol.-% gebracht.With cold pressing, the size of the cavities is between the crystals reduced, so that it for optimal training capillary-like pores in the diamond mass. Furthermore, the diamond crystal mass on the required diamond content of over 65 vol .-% brought.

Nach dem Kaltpressen beträgt der Diamantgehalt der zusammen­ gepreßten Diamantkristallmasse in der Zelle über 65 Vol.-%. Häufig kann der Diamantgehalt der zusammengepreßten Diamantkristallmasse im Bereich von 66 bis unter 85 Vol.-% betragen. Je höher der Diamantgehalt der zusammengepreßten Kristallmasse ist, desto geringer wird der Anteil des zwischen die Kristalle gelangenden Siliciums, so daß auch ein dementsprechend härterer Diamantkörper entsteht.After the cold pressing, the diamond content is the total pressed diamond crystal mass in the cell over 65 vol .-%. Often the diamond content of the compressed Diamond crystal mass in the range from 66 to less than 85% by volume be. The higher the diamond content of the compressed Crystal mass, the lower the proportion of between the crystals passing silicon, so that a accordingly harder diamond body is created.

Das durch Kaltpressen gebildete System 21 der mit Pulver umhüllten Zelle wird dann heißgepreßt, wobei das System gleichzeitig der Heißpreßtemperatur und dem Heißpreßdruck unterworfen wird.The system 21 of the powder-coated cell formed by cold pressing is then hot pressed, the system being subjected to the hot pressing temperature and the hot pressing pressure simultaneously.

Nach dem Kaltpressen wird einer der beiden Preßstempel 23 oder 23 a zurückgezogen und das nunmehr in Form eines kompakten Formkörpers vorliegende System 21 aus der Hülse 22 entfernt und in die in Fig. 3 dargestellte Graphittform übergeführt, die ein Loch mit dem gleichen Durchmesser wie die Hülse 22 a aufweist, und innerhalb des Hohlraums 31 zwischen den Graphitstempeln 32 und 32 a eingeschlossen. Zur Anzeige der Temperatur des dimensionsstabilisierten Systems 21 ist die Graphitform 30 mit einem Thermoelement 33 versehen. Die Graphitform 30 mit dem eingeschlossenen System 21 wird dann in einen herkömmlichen Heißpreßofen (nicht gezeigt) gegeben. Die Ofenkammer wird zumindest im wesentlichen evakuiert, wodurch auch eine Evakuierung des Systems 21 einschließlich der Zelle 10 bewirkt wird, so daß sich das System 21 und die Zelle 10 im wesentlichen unter einem Vakuum befinden, in dem die Heißpressung durch­ geführt werden kann. Stickstoff oder Wasserstoff oder ein Inertgas wie Argon, wird in die Ofenkammer geleitet, um das in der Ofenkammer befindliche System 21 einschließlich des Inhalts der Zelle 10 einer für das Heißpressen ge­ eigneten Atmosphäre auszusetzen. Während mit Hilfe der Graphitstempel 32 und 32 a ein in axialer Richtung wirkender Heißpreßdruck auf das System 21 ausgeübt wird, wird die Temperatur des Systems auf die Heißpreßtemperatur erhöht, bei der das in Form einer Scheibe vorliegende Silicium 12 flüssig wird.After the cold pressing one of the two rams 23 or 23 a is withdrawn and the system 21, which is now in the form of a compact molded body, is removed from the sleeve 22 and converted into the graphite mold shown in FIG. 3, which has a hole with the same diameter as the sleeve 22 a , and enclosed within the cavity 31 between the graphite dies 32 and 32 a . To display the temperature of the dimensionally stabilized system 21 , the graphite mold 30 is provided with a thermocouple 33 . The graphite mold 30 with the system 21 enclosed is then placed in a conventional hot press furnace (not shown). The furnace chamber is at least substantially evacuated, thereby also causing evacuation of the system 21 including the cell 10 so that the system 21 and the cell 10 are substantially under a vacuum in which the hot pressing can be carried out. Nitrogen or hydrogen, or an inert gas such as argon, is passed into the furnace chamber to expose the system 21 in the furnace chamber, including the contents of the cell 10, to an atmosphere suitable for hot pressing. While with the help of the graphite stamp 32 and 32 a an axially acting hot press pressure is exerted on the system 21 , the temperature of the system is increased to the hot press temperature at which the silicon 12 in the form of a disk becomes liquid.

Beim Heißpressen sollte die Heißpreßtemperatur möglichst schnell erreicht werden. Die Heißpreßtemperatur wird unter dem Heißpreßdruck gewöhnlich mindestens eine Minute lang aufrechterhalten, um die ausreichende Durchtränkung der Diamantkristallmasse zu gewährleisten. Eine Heiß­ preßdauer von 1 bis 5 Minuten ist ausreichend. Da die Umwandlung von Diamant in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlenstoff weitgehend von der Zeit und Tem­ peratur abhängt und insbesondere die Wahrscheinlichkeit der Umwandlung in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlen­ stoff um so größer ist, je höher die Temperatur und die Zeit der Aufrechterhaltung der Temperatur ist, muß das Heißpressen durchgeführt sein, bevor 5 Vol.-% Diamant in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlenstoff umgewandelt sind. Das Ausmaß der Umwandlung kann empirisch bestimmt werden. Bei Umwandlung von 5 oder mehr Vol.-% Diamant in nichtdiamantförmigen elementaren Kohlenstoff kann gegebenenfalls im Endprodukt eine Phase aus nichtdiamant­ förmigem elementaren Kohlenstoff verbleiben, die sich ungünstig auf die mechanischen Eigenschaften des End­ produktes auswirken könnte.When hot pressing, the hot pressing temperature should be as possible can be reached quickly. The hot press temperature will under the hot pressing pressure usually at least one minute maintained long enough to provide adequate soak to ensure the diamond crystal mass. A hot one pressing time of 1 to 5 minutes is sufficient. Since the Conversion of diamond into non-diamond shaped elemental carbon largely from time and tem temperature depends and especially the probability the transformation into non-diamond shaped elemental coals the higher the temperature and the higher the temperature It is time to maintain the temperature Hot pressing must be done before 5 vol .-% diamond converted to non-diamond shaped elemental carbon are. The extent of the conversion can be determined empirically will. When converting 5 or more vol .-% diamond in non-diamond shaped elemental carbon optionally a non-diamond phase in the end product shaped elemental carbon that remains unfavorable to the mechanical properties of the end product could impact.

Es ist besonders wichtig, daß beim Heißpressen im wesentlichen isostatische Bedingungen aufrechterhalten werden, so daß beim Flüssigwerden des Siliciums das flüssige Silicium nicht zwischen die Diamantmasse 13 und den Hohlraum 11 austreten und in merklichem Maße ent­ weichen kann, sondern vielmehr in die Diamantkristallmasse 13 hineingezwungen wird. Der in enger Verbindung mit dem Inhalt des Hohlraumes stehende Teil des Druck über­ tragenden Pulvers, d. h. der Teil des Pulvers, der sich von der Innenwand des Hohlraumes oder von der Zelle aus vorzugsweise bis ungefähr 25 mm nach außen erstreckt, sollte keine miteinander in Verbindung stehenden Poren mit einer Größe von über 5 µm besitzen, damit übermäßige Leckverluste an flüssigem Silicium beim Heißpressen verhindert werden.It is particularly important that substantially isostatic conditions are maintained during hot pressing, so that when the silicon becomes liquid, the liquid silicon does not escape between the diamond mass 13 and the cavity 11 and can escape to a significant extent, but rather is forced into the diamond crystal mass 13 . The portion of the pressure-carrying powder that is closely related to the contents of the cavity, ie, the portion of the powder that preferably extends outwardly from the interior wall of the cavity or from the cell to approximately 25 mm, should not be related Have pores larger than 5 µm in size to prevent excessive leakage of liquid silicon during hot pressing.

Nach Beendigung des Heißpressens sollte während der Ab­ kühlung des heißgepreßten Systems 21 zumindest ein solcher Druck aufrechterhalten werden, daß auf die im System 21 befindliche Zelle 10 beim Abkühlen ein im wesentlichen zur Aufrechterhaltung ihrer Formstabilität ausreichender isostatischer Druck einwirkt. Vorzugsweise läßt man das heißgepreßte System 21 auf Raumtemperatur abkühlen und entfernt dann den gebildeten Diamantkörper. Herausge­ quetschtes überschüssiges Silicium kann von der Oberfläche des gebildeten polykristallinen Körpers in herkömmlicher Weise, beispielsweise durch Abschleifen, entfernt werden.After the end of the hot pressing, at least such a pressure should be maintained during the cooling of the hot-pressed system 21 that an isostatic pressure sufficient to maintain its dimensional stability acts on the cell 10 in the system 21 during cooling. The hot-pressed system 21 is preferably allowed to cool to room temperature and the diamond body formed is then removed. Squeezed out excess silicon can be removed from the surface of the polycrystalline body formed in a conventional manner, for example by grinding.

Der erfindungsgemäß hergestellte polykristalline Diamant­ körper enthält Diamantkristalle, die fest aneinander durch ein Bindemittel verbunden sind, das im wesentlichen aus Siliciumkarbid und elementarem Silicium besteht. Die Diamantkristalle besitzen eine Größe von 1 bis 1000 µm. Der Diamantgehalt des polykristallinen Körpers reicht von 65 bis unter 80 Vol.-% und beträgt häufig etwa 78 Vol.-%. Der polykristalline Diamantkörper enthält bis zu 35 Vol.-% Silicium, das im wesentlichen gleichmäßig im polykristallinen Diamantkörper verteilt ist. Der in Kontakt mit den Oberflächen der Diamantkristalle stehende Teil des Binde­ mittels besteht in einer wesentlichen Menge aus Silicium­ karbid, d. h., zumindest 85 und vorzugsweise 100 Vol.-% des in direktem Kontakt mit den Oberflächen der Diamantkristalle stehenden Teils des Bindemittels ist Siliciumkarbid. Der polykristalline Diamantkörper ist porenfrei oder zumin­ dest im wesentlichen porenfrei.The polycrystalline diamond produced according to the invention body contains diamond crystals that are firmly attached to each other are linked to a binder that consists essentially of Silicon carbide and elemental silicon. The Diamond crystals have a size of 1 to 1000 µm. The diamond content of the polycrystalline body ranges from 65 to less than 80% by volume and is often about 78% by volume. The polycrystalline diamond body contains up to 35% by volume Silicon, which is essentially uniform in the polycrystalline Diamond body is distributed. The one in contact with the Surface of the diamond crystals standing part of the bandage means consists of a substantial amount of silicon carbide, d. that is, at least 85 and preferably 100% by volume of the in direct contact with the surfaces of the diamond crystals Standing part of the binder is silicon carbide. The  polycrystalline diamond body is non-porous or at least at least essentially non-porous.

Der Anteil an Siliciumcarbid im Bindemittel des poly­ kristallinen Körpers kann je nach dem Ausmaß der Reaktion zwischen den Oberflächen der Diamantkristalle und dem eindringenden Silicium sowie zwischen nichtdiamantförmigem elementarem Kohlenstoff und eindringenden Silicium mehr oder weniger schwanken. Geht man davon aus, daß alle anderen Faktoren gleich sind, dann hängt die im Bindemittel vorhandene Menge an Siliciumkarbid hauptsächlich von der angewandten Heißpreßtemperatur und von der Zeitdauer ab, innerhalb der die angewendete Heißpreßtemperatur aufrechterhalten worden ist. Der Siliciumkarbidgehalt des Bindemittels steigt mit zu­ nehmender Heißpreßtemperatur und/oder Zeitdauer. Man kann daher beispielsweise empirisch die Verfahrensbedingungen ermitteln, die eingehalten werden müssen, um einen polykristallinen Diamant­ körper mit einem bestimmten Siliciumkarbidgehalt zu erzielen. Die Zusammensetzung des Bindemittels kann in einem weiten Bereich schwanken, so daß einerseits nur eine nachweisbare Menge an Siliciumkarbid und andererseits nur noch eine nachweisbare Menge von elementarem Silicium vorhanden sein kann. Mit nachweisbarer Menge ist dabei diejenige Menge gemeint, die mit einem Elektronen­ mikroskop bei Durchstrahlung eines dünnen Teils des Diamantkörpers aufgrund der auftretenden Elektronenstrahlbeugung nachgewiesen werden kann. Im allgemeinen besteht jedoch das Bindemittel im we­ sentlichen aus Siliciumkarbid in einer Menge von 2 bis 30 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des polykristallinen Diamantkörpers, und aus elementarem Silicium in einer Menge von 33 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des polykristallinen Diamantkörpers. Der Diamantgehalt des polykristallinen Diamantkörpers liegt in einem Bereich, der sich von 65 Vol.-% bis etwa unter 80 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des Diamantkörpers, erstreckt. The proportion of silicon carbide in the binder of the poly crystalline body can vary depending on the extent of the reaction the surfaces of the diamond crystals and the penetrating silicon as well as between non-diamond shaped elemental carbon and penetrating silicon more or less fluctuate. You go assuming that all other factors are the same, then it depends on Amount of silicon carbide present mainly from the applied hot pressing temperature and the duration, within which the applied hot pressing temperature is maintained has been. The silicon carbide content of the binder increases with it increasing hot pressing temperature and / or duration. One can therefore, for example, empirically determine the process conditions, which must be followed to make a polycrystalline diamond to achieve bodies with a certain silicon carbide content. The The composition of the binder can vary widely fluctuate, so that on the one hand only a detectable amount of Silicon carbide and on the other hand only a detectable amount of elemental silicon may be present. With detectable Quantity is the quantity that means one electron Microscope when radiating a thin part of the diamond body due to the occurrence of electron beam diffraction can be. In general, however, the binder consists in white Substantially from silicon carbide in an amount of 2 to 30 vol .-%, based on the volume of the polycrystalline Diamond body, and made of elemental silicon in one Quantity from 33 to 5 vol .-%, based on the volume of the polycrystalline diamond body. The diamond content of the polycrystalline diamond body lies in an area which was from 65% by volume to approximately below 80% by volume to the volume of the diamond body.  

Der polykristalline Diamantkörper ist porenfrei oder zumindest im wesentlichen porenfrei, d. h., er kann Hohlräume oder Poren von weniger als 1 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des Körpers, enthalten, sofern die Poren oder Hohlräume klein (unter 0,5 µm) und ausreichend gleichmäßig im Körper verteilt sind, so daß sie keine merkliche nachteilige Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften des Körpers haben. Der Hohlraum- oder Porengehalt des polykristallinen Diamantkörpers kann durch herkömmliche metallographische Verfahren ermittelt werden. beispielsweise optisch durch Beobachtung eines polierten Schnitts des Körpers.The polycrystalline diamond body is pore-free or at least substantially non-porous, d. that is, he can Voids or pores of less than 1% by volume on the volume of the body, provided the pores or cavities small (less than 0.5 µm) and sufficient are evenly distributed in the body so that they are none noticeable adverse effect on the mechanical Have properties of the body. The cavity or pore content of the polycrystalline diamond body can by conventional metallographic processes be determined. for example optically through Observation of a polished section of the body.

Der polykristalline Diamantkörper ist auch frei von ele­ mentarem, nichtdiamantförmigem Kohlenstoff, d. h., er ent­ hält keine durch Röntgenstahlenbeugungsanalyse nachweis­ bare Menge an elementarem, nichtdiamantförmigem Kohlenstoff.The polycrystalline diamond body is also free of ele mental, non-diamond shaped carbon, d. that is, he ent does not hold evidence from X-ray diffraction analysis bare amount of elemental, non-diamond shaped carbon.

Werden beim Verfahren nach der Erfindung Silicium und die Diamant­ kristalle in Form von übereinander angeordneten Schichten eingesetzt, weist der gebildete Diamantkörper mindestens eine flache Oberfläche auf und kann eine Reihe von Formen besitzen, beispielsweise die Form einer Scheibe, eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Stabes oder eines Blockes.In the method according to the invention, silicon and the diamond crystals in the form of layers arranged one above the other, the diamond body formed has at least one flat surface and can have a number of shapes, such as the shape a disc, a square, a rectangle, a rod or of a block.

Wird bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung das Silicium in Form eines Rohres oder Hohlzylinders eingesetzt, dessen Innenraum mit Diamantteilchen vollgepackt ist, dringt beim Heiß­ pressen das flüssige Silicium in den aus zusammengepreßten Dia­ mantkristallen bestehenden Kern ein, wodurch ein Diamantkörper in Form eines Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt entsteht.When performing the method according to the invention Silicon used in the form of a tube or hollow cylinder, the The interior is packed with diamond particles, penetrates when hot press the liquid silicon into the compressed slide core crystals existing, creating a diamond body in The shape of a cylinder with a circular cross section is created.

Wird beim Verfahren nach der Erfindung das Silicium in Form eines Stabes eingesetzt, der in der Mitte des Hohlraumes angeordnet ist und wobei der Zwischenraum zwischen dem Stab und der Formhohl­ raumwand mit Diamantkristallen ausgefüllt ist, dann dringt während des Heißpressens das flüssige Silicium in die den Siliciumstab umschließende Diamantkristallmasse ein, so daß ein Diamantkörper in Form eines Hohlzylinders entsteht.If the silicon in the form of a Inserted rod, which is arranged in the middle of the cavity  and wherein the space between the rod and the mold cavity room wall is filled with diamond crystals, then penetrates during hot pressing the liquid silicon into the silicon rod enclosing diamond crystal mass, so that a diamond body in the form of a hollow cylinder.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht daher darin, daß poly­ kristalline Diamantkörper mit verschiedenartigen Abmessungen und Formen hergestellt werden können. Beispielsweise kann der Diamant­ körper eine Breite oder Länge von 25 mm oder darüber besitzen. Polykristalline Diamantkörper, die eine Läne von 25 mm oder darüber besitzen und einen entsprechenden Diamantgehalt aufweisen, können praktisch nicht nach Verfahren hergestellt werden, bei denen im diamantstabilen Bereich des Zustandsdiagramms von Kohlenstoff liegende Druck- und Temperaturbedingungen zur Anwendung gelangen, da die zur Erzeugung und Aufrecht­ erhaltung derartig hoher Druck- und Temperaturbedingun­ gen erforderlichen Apparaturen einen außerordentlich aufwendigen Aufbau erfordern und daher nur eine beschränkte Kapazität besitzen. Andererseits können auch polykristalline Diamantkörper nach dem Verfahren der Erfindung außerordentlich dünn bis hinunter zu einer Schichtdicke von nur einer Diamantkristallschicht herge­ stellt werden.A particular advantage of the invention is therefore that poly crystalline diamond bodies with different dimensions and Shapes can be made. For example, the diamond bodies have a width or length of 25 mm or more. Polycrystalline diamond body that has a lane of 25 mm or more possess and have a corresponding diamond content, can practically not be produced by processes for those in the diamond-stable area of the state diagram of carbon pressure and temperature conditions come into use because of the generation and maintenance maintenance of such high pressure and temperature conditions necessary equipment an extraordinary require complex construction and therefore only one have limited capacity. On the other hand, too polycrystalline diamond body by the process of Invention extremely thin down to one Layer thickness of only one diamond crystal layer be put.

Ein erfindungsgemäß hergestellter polykristalliner Diamantkörper kann durch Weichlöten, Hartlöten oder in sonstiger Weise auf einer geeigneten Unterlage, bei­ spielsweise aus gesintertem Siliciumkarbid, gesintertem Siliciumnitrid, Sinterhartmetall oder einem Metall wie Molybdän, zur Bildung eines Werkzeugeinsatzes befestigt werden. Der so gebildete Werkzeugeinsatz kann zur Ver­ wendung als Zerspanungswerkzeug in einer Werkzeugmaschine auf einem geeigneten Werkzeugschaft angebracht werden. Eine polykristalliner Diamantkörper kann jedoch auch auf einem Werkzeughalter mechanisch festgeklemmt und als Zerspanungswerkzeug eingesetzt werden. A polycrystalline manufactured according to the invention Diamond body can be done by soft soldering, brazing or in otherwise on a suitable surface for example made of sintered silicon carbide, sintered Silicon nitride, cemented carbide or a metal such as Molybdenum, attached to form a tool insert will. The tool insert thus formed can be used for ver Use as a cutting tool in a machine tool be mounted on a suitable tool shaft. However, a polycrystalline diamond body can also be found on a tool holder mechanically clamped and as Cutting tool can be used.  

Die Erfindung wird weiter anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is further illustrated by an embodiment explained.

AusführungsbeispielEmbodiment

Es wurden Vorrichtungen der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Art verwendet.Devices of the type shown in Figs. 1, 2 and 3 were used.

Pulverförmiges hexagonales Bornitrid mit einer Teilchen­ größe von 2 bis 20 µm wurde in eine Matrize gepackt, und ein Preßwerkzeug in Form eines Zylinders wurde in die Pulverfüllung gepreßt, wie dies in Fig. 1 durch die Bezugszahlen 19 a und 9 dargestellt ist.Powdery hexagonal boron nitride with a particle size of 2 to 20 microns was packed in a die, and a pressing tool in the form of a cylinder was pressed into the powder filling, as shown in Fig. 1 by the reference numerals 19 a and 9 .

Der als Preßwerkzeug verwendete Zylinder bestand aus Sinterhartmetall und hatte einen Durchmesser von ungefähr 9 mm und eine Länge von ungefähr 6 mm. Der Zylinder wurde so angeordnet, daß seine Achse angenähert mit der Mittel­ achse der Matritze zusammenfiel.The cylinder used as a press tool consisted of Cemented carbide and had a diameter of approximately 9 mm and a length of approximately 6 mm. The cylinder was arranged so that its axis approximates the center axis of the die coincided.

Nach dem Einsetzen des Zylinders in das Pulver wurde abweichend von Fig. 1 zusätzliches pulverförmiges hexa­ gonales Bornitrid in das Gesenk gegeben und der Zylinder vollständig mit Pulver abgedeckt. Die Matrizenfüllung mit dem von Pulver umschlossenen Zylinder wurde dann bei Zimmer­ temperatur mit einem Druck P 1von 3500 bar zusammengepreßt. Der Preßstempel 23 a wurde dann zurückgezogen, und mit dem Preßstempel 23 wurde der gebildete Preßling mit dem vom Pulver umschlossenen Zylinder teilweise aus dem Gesenk herausgestoßen. Der freiliegende Teil des Preßlings wurde dann entfernt und dadurch der Zylinder teilweise freigelegt. Der Zylinder wurde dann herausge­ zogen, wobei ein entsprechender Formhohlraum zurückblieb.After inserting the cylinder into the powder, in contrast to FIG. 1, additional powdery hexagonal boron nitride was added to the die and the cylinder was completely covered with powder. The die filling with the powder-enclosed cylinder was then pressed together at room temperature with a pressure P 1 of 3500 bar. The press ram 23 a was then withdrawn, and with the press ram 23 the compact formed with the cylinder enclosed by the powder was partially pushed out of the die. The exposed part of the compact was then removed, thereby partially exposing the cylinder. The cylinder was then pulled out, leaving a corresponding mold cavity.

Eine Siliciumscheibe mit einem Gewicht von 140 mg und mit dem gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Formhohlraums wurde auf den Boden des Formhohlraums gelegt. Auf die Siliciumscheibe wurden ungefähr 250 mg Diamantpulver mit abgestufter Korngröße gepackt. Die Korngröße des Diamantpulvers reichte von 1 bis 60 µm, wobei ungefähr 40 Gew.-% des Diamantpulvers eine Korngröße von unter 10 µm aufwies.A silicon wafer weighing 140 mg and with the same diameter as the inside diameter of the The mold cavity was placed on the bottom of the mold cavity. About 250 mg of diamond powder was placed on the silicon wafer  packed with graded grain size. The grain size of the Diamond powder ranged from 1 to 60 µm, approximately 40% by weight of the diamond powder has a grain size of below Had 10 µm.

Eine durch Heißpressen von hexagonalem Bornitrid hergestellte Scheibe mit dem gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des Formhohlraumes wurde innerhalb des Formhohlraums auf das Diamantpulver gelegt, um sicherzustellen, daß ein polykristalliner Diamantkörper mit einer flachen Oberfläche entsteht.One by hot pressing hexagonal boron nitride manufactured disc with the same diameter as the inside diameter of the mold cavity became within of the mold cavity on the diamond powder to ensure a polycrystalline diamond body with a flat surface.

Der Preßling wurde dann in der Mitte des Gesenkes durch den Preßstempel 23 a gestoßen, der dann zurückgezogen wurde. Zur Abdeckung der Scheibe aus hexagonalem Bornitrid wurde dann weiteres hexagonales Bornitridpulver in das Gesenk gegeben und dadurch der Formhohlraum mit Inhalt in hexagonales Bornitrid eingeschlossen, wie dies in Fig. 2 durch die Bezugszahl 19 angedeutet ist. Die nunmehr vorliegende Beschickung der aus Stahl bestehenden Matrize wurde bei Raumtemperatur, d. h. kalt, mit einem Druck P 2 von 5600 bar in der in Fig. 2 dargestellten Weise verpreßt, wobei auf den Inhalt des Formhohlraums ein im wesentlichen isostatischer, d. h., ein von allen Seiten gleichmäßig einwirkender Druck ausgeübt wurde. Der Preßdruck wurde so lange aufrechterhalten, bis er sich unter Bildung eines dimensionsstabilen Pulverformkörpers stabilisiert hatte. Aus vorausgegangenen Versuchen war bekannt, daß die zusammengepreßte Diamantkristallmasse im gebildeten Pulverformkörper einen Diamantgehalt von über 75 Vol.-% aufweist und Silicium in einer Menge von etwa 40 Vol.-%, bezogen auf die zusammengepreßte Diamantkristallmasse, vorhanden ist. The compact was then pushed through the die 23 a in the middle of the die, which was then withdrawn. To cover the hexagonal boron nitride disk, further hexagonal boron nitride powder was then added to the die, thereby enclosing the mold cavity with its contents in hexagonal boron nitride, as is indicated in FIG. 2 by reference number 19 . The now available charge of the steel die was pressed at room temperature, ie cold, with a pressure P 2 of 5600 bar in the manner shown in FIG. 2, the contents of the mold cavity being essentially isostatic, ie one of all Side pressure was applied evenly. The pressing pressure was maintained until it had stabilized to form a dimensionally stable powder molding. It was known from previous experiments that the compressed diamond crystal mass in the powder molding formed had a diamond content of over 75% by volume and that silicon was present in an amount of about 40% by volume, based on the compressed diamond crystal mass.

Der gebildete Pulverformkörper 21 wurde dann heißverpreßt. Zu diesem Zweck wurde der Pulverformkörper 21 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise in eine Graphitform mit dem gleichen Durchmesser wie die Stahlmatrize eingeführt und die Graphitform samt Pulverformkörper 21 in einen Induktionsheizofen gegeben. Der Induktionsheizofen wurde auf einen Druck von ungefähr 13,3 m bar evakuiert und dann mit trockenem Stickstoff gefüllt. Auf den in der Graphitform befindlichen Pulverkörper wurde dann ein Druck P 3 von ungefähr 350 bar ausgeübt und aufrechterhalten. Der unter Druck stehende Pulverformkörper 21 wurde dann in sieben Minuten auf eine Temperatur von 1500° C induktiv aufgeheizt. Beim Aufheizen stieg der Druck auf etwa 700 bar aufgrund der Wärmeausdehnung des gesamten Systems an.The powder molding 21 formed was then hot pressed. For this purpose, the powder molding 21 was introduced in the manner shown in FIG. 3 into a graphite mold with the same diameter as the steel die and the graphite mold together with the powder molding 21 was placed in an induction heating furnace. The induction heating furnace was evacuated to a pressure of approximately 13.3 m bar and then filled with dry nitrogen. A pressure P 3 of approximately 350 bar was then exerted on the powder body in the graphite mold and maintained. The pressurized powder molded body 21 was then inductively heated to a temperature of 1500 ° C. in seven minutes. When heating up, the pressure rose to about 700 bar due to the thermal expansion of the entire system.

Bei 1500° C sank der Druck auf ungefähr 350 bar ab. Dieser Druckabfall deutet darauf hin, daß Silicium geschmolzen und flüssig geworden und in die Diamantmasse eingedrungen war. Der Druck wurde wieder auf 700 bar erhöht und auf diesem Wert eine Minute lang bei 1500° C aufrechter­ halten, um eine vollständige Durchtränkung der Diamant­ kristallmasse mit Silicium sicherzustellen. Die Heizung wurde dann abgestellt, wobei jedoch kein zusätzlicher Druck ausgeübt wurde. Dadurch wurde für einen hohen Druck bei hoher Temperatur und für einen verringerten Druck bei niedriger Temperatur und damit für eine ausreichende geo­ metrische Stabilität gesorgt. Der gebildete polykristalline Diamantkörper wurde bei Zimmertemperatur entfernt.At 1500 ° C the pressure dropped to about 350 bar. This pressure drop indicates that silicon melted and liquid and into the diamond mass had penetrated. The pressure was increased again to 700 bar and maintain this value at 1500 ° C for one minute hold to a full soak in the diamond ensure crystal mass with silicon. The heating system was then turned off, but no additional Pressure was exerted. This made for a high pressure at high temperature and for a reduced pressure low temperature and thus for a sufficient geo metric stability ensured. The polycrystalline formed Diamond body was removed at room temperature.

Nach Entfernen des schuppenförmig an der Oberfläche des polykristallinen Diamantkörpers anhaftenden hexagonalen Bornitridpulvers hatte der Diamantkörper die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 9 mm und einer Dicke von etwa 1,25 mm. After removing the scaly surface of the polycrystalline diamond body adhering hexagonal The diamond body had the shape of a boron nitride powder Disc with a diameter of about 9 mm and a thickness of about 1.25 mm.  

Die polykristalline Diamantscheibe hatte im wesentlichen glatte flache Oberflächen und schien vom Bindemittel gut durchsetzt zu sein. Eine optische Überprüfung der Diamantscheibe bei 100facher Vergrößerung unter dem Mikroskop ergab, daß die polykristalline Diamantscheibe porenfrei war.The polycrystalline diamond disc had essentially smooth flat surfaces and seemed from the binder to be well enforced. A visual check the diamond disc at 100x magnification below the Microscope revealed that the polycrystalline diamond disc was pore-free.

Mit Hilfe von Hammer und Meißel wurde die Scheibe in zwei Hälften auseinandergebrochen. Eine Prüfung der Bruchstellen der Scheibe zeigte, daß die Bruchfläche quer durch die Kristalle und nicht entlang der Kristallflächen verlief. Dies deutet darauf hin, daß die durch das Bindemittel bewirkte Bindung sehr gut und ebenso fest ist wie die Diamantkristalle selbst. Die Bruchflächen waren porenfrei und das Bindemittel war gleichmäßig über den Körper verteilt.With the help of hammer and chisel, the disc was cut in two Halves broken apart. An examination of the break points the disc showed that the fracture surface across the Crystals and not along the crystal faces. This suggests that through the binder caused binding is very good and as firm as that Diamond crystals themselves. The fracture surfaces were non-porous and the binder was evenly distributed over the body.

Eine Bruchfläche der Scheibe wurde auf einem Gußeisenblock poliert. Die polierte Fläche besaß keine auf ausgebrochene Diamantteilchen zurückzuführenden Löcher, was darauf hin­ deutet, daß eine feste Bindung zwischen den Diamantteilchen vorliegt und der Diamantkörper als Schleifkörper geeignet ist. Die polierte Fläche ist in Fig. 4 dargestellt.A broken surface of the disc was polished on a cast iron block. The polished surface had no holes due to broken diamond particles, which indicates that there is a strong bond between the diamond particles and that the diamond body is suitable as an abrasive body. The polished surface is shown in Fig. 4.

Der Diamantgehalt der Scheibe wurde zu etwa 72 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der Scheibe, bestimmt. Der Diamantgehalt wurde nach dem standardisierten Punktzählverfahren festgestellt, wobei eine Mikroaufnahme mit 690facher Vergrößerung der polierten Querschnitts­ fläche verwendet wurde und der analysierte Oberflächen­ bereich eine für das Mikrogefüge des gesamten Körpers repräsentative Größe aufwies.The diamond content of the disc was approximately 72% by volume, based on the volume of the disc. The diamond content was standardized according to the Score method found using a micrograph with 690x magnification of the polished cross-section area was used and the analyzed surfaces area one for the microstructure of the whole body representative size.

Eine Röntgenstrahlenbeugungsanalyse des zerbrochenen Körpers ergab, daß der Körper aus Diamant, Siliciumkarbid und elementarem Silicium besteht und der Anteil an Siliciumkarbid und elementarem Silicium mindestens 2 Vol.-% des Körpers ausmacht. Bei der Röntgenstrahlenbeugungsanalyse des zerbrochenen Körpers wurde jedoch keine aus elementarem, nichtdiamantförmigem Kohlenstoff bestehenden Phase festgestellt.An X-ray diffraction analysis of the broken one Body revealed that the body was made of diamond, silicon carbide and elemental silicon and the proportion of Silicon carbide and elemental silicon at least 2% by volume of the body. In X-ray diffraction analysis of the broken body, however, none of the elemental, non-diamond-shaped carbon phase determined.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Diamantkörpers, bei dem Diamantkristalle zusammen mit Silicium in einem Hohlraum angeordnet werden, der Inhalt des Hohlraums Druck- und Temperaturbedingungen ausgesetzt wird, bei denen das Silicium schmilzt und der Druck erst nach Abkühlen des Hohlrauminhalts abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zur isostatischen Druckübertragung geeigneten Pulvermasse ein Hohlraum eingepreßt wird, in dem eine Diamantkristallmasse und an diese angrenzend eine Silicium­ masse angeordnet wird, der Hohlraum samt Inhalt mit zusätzlicher Pulvermasse abgedeckt und der von Pulvermasse umschlossene Hohlraum zu einem formstabilen isostatischen System verpreßt wird, in welchem über 65% des von der Diamantkristallmasse eingenommenen Volumens aus Diamant bestehen, während die Siliciummasse in einer zum Ausfüllen der Hohlräume in der Diamantkristallmasse aus­ reichenden Menge vorhanden ist, das isostatische System in einer inerten Atmosphäre einer Heißpressung von 1 bis 5 Minuten Dauer unterworfen wird, die bei einer von der Temperatur, bei welcher Silicium flüssig wird, bis zu 1600° C reichenden Temperatur unter Anwendung eines Druckes im Bereich von 35 bis 1400 bar durchgeführt wird, und während der Abkühlung ein zur Aufrechterhaltung der Abmessungen des Systems ausreichender Druck aufrecht­ erhalten wird. 1. A method for producing a polycrystalline diamond body in which diamond crystals are arranged together with silicon in a cavity, the content of the cavity is exposed to pressure and temperature conditions at which the silicon melts and the pressure is switched off only after the cavity content has cooled, characterized that a cavity in which a diamond crystal mass and these adjacent a silicon is disposed mass, the cavity and its contents covered with additional powder mass and the space enclosed by powder mass cavity is pressed to form a dimensionally stable isostatic system is pressed into a form suitable for isostatic pressure transfer powder mass, in which over 65% of the volume occupied by the diamond crystal mass consists of diamond, while the silicon mass is present in an amount sufficient to fill the voids in the diamond crystal mass, the isostatic system in an inert atmosphere Is subjected to hot pressing for 1 to 5 minutes, which is carried out at a temperature ranging from the temperature at which silicon becomes liquid up to 1600 ° C. using a pressure in the range from 35 to 1400 bar, and during cooling one to Maintaining the system dimensions sufficient pressure is maintained. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Diamantkristallmasse Diamantkristalle mit einer im Bereich von 1 bis 60 µm abgestuften Größe verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for the diamond crystal mass diamond crystals with a used in the range of 1 to 60 µm graded size will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciummasse in Form einer Schicht angeordnet wird, über welcher die Diamantkristallmassse ebenfalls in Form einer Schicht angeordnet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the silicon mass is arranged in the form of a layer, over which the diamond crystal mass also in shape a layer is arranged. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciummasse in Form eines Stabes in der Mitte des Hohlraums angeordnet und die Diamantkristallmasse in dem Zwischenraum zwischen dem Siliciumstab und der Hohlraumwand eingebracht wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the silicon mass in the form of a rod in the middle of the Arranged cavity and the diamond crystal mass in the Clearance between the silicon rod and the cavity wall is introduced. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciummasse in Form eines Hohlzylinders angeordnet und der vom Hohlzylinder umschlossene Innenraum mit der Diamantkristallmasse ausgefüllt wird.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the silicon mass arranged in the form of a hollow cylinder and the interior enclosed by the hollow cylinder with the Diamond crystal mass is filled.
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