DE2934567C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie hat auch ein Verfahren zu dessen Herstellung zum Gegenstand.

Es ist ein Schneidwerkzeugmaterial im Handel erhältlich, bei dem ein Sinterkörper, der aus über 70 Vol.-% Diamant-Teilchen und einem Metall-Bindemittel, das hauptsächlich aus Co besteht, zusammengesetzt ist, auf ein Sintercarbidsubstrat geklebt ist. Dieser teure Werkzeugrohling wird für gewöhnlich in einem Schneidwerkzeug zur Bearbeitung von Al-Legierungen mit einem großen Gehalt an Si-, Cu-Legierungen usw. verwendet.

Dieser Werkzeugrohling ist nicht nur weitaus besser im Hinblick auf Verschleißwiderstand als derjenige mit herkömmlichen Sintercarbiden, vielmehr ist er auch ausreichend zäh gegenüber Stößen im Vergleich mit einem Werkzeugrohling mit einem Einzelkristall-Naturdiamant. Der bekannte Schneidwerkzeugrohling hat jedoch den Nachteil, daß die durch ihn geschnittenen Bearbeitungsflächen von Nichteisenmetallen und dergleichen eine größere Rauheit als solche haben, die durch das Schneidwerkzeug aus dem Einzelkristall-Naturdiamant geschnitten sind. Eine spiegelglatte Oberfläche kann also nicht erreicht werden. Wenn ferner insbesondere ein kleines oder dünnes Werkstück, wie eine Uhr oder dergleichen, bearbeitet wird, hat der Werkzeugrohling einen höheren Schneidwiderstand, wodurch das Werkstück leicht aus der Abmessungsgenauigkeit heraus verformt wird.

In der älteren, nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 28 19 532.6 ist ein Sinterkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart. Das Hartmetall des Bindemittels besteht dabei zumindest teilweise aus WC und (MoW)C, also Carbiden von Metallen der Gruppe VI des Periodensystems.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sinterkörper bereitzustellen, aus dem sich ein hochverschleißfester Werkzeugrohling herstellen läßt, der bei geringem Schneidwiderstand zu spiegelglatt bearbeiteten Oberflächen führt.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Sinterkörper erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sinterkörpers sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Sinterkörper können Bearbeitungsflächen hoher Abmessungsgenauigkeit und Oberflächengüte hergestellt werden. Er ist insbesondere als Werkzeugrohling für eine Drahtziehform, ein Räumwerkzeug und dergleichen geeignet, ferner als Werkzeugrohling für Schneidwerkzeuge für Werkstücke aus Nichteisenmetallen, Kunststoffen, Keramik usw. sowie als Werkzeugrohling für einen Glasschneider, eine Schneidklinge für synthetisches Baumaterial usw.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 (a) eine Schrägansicht der Konstruktion eines im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpers zur Verwendung in einer Drahtziehform;

Fig. 1 (b) einen Schnitt von Fig. 1 (a);

Fig. 2 eine Photographie des Oberflächenzustands eines in einer Naturdiamantform gezogenen Kupferdrahts;

Fig. 3 eine Photographie des Oberflächenzustands eines mittels eines im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpers gezogenen Kupferdrahts;

Fig. 4 eine Photographie der Innenfläche einer Form nach dem Drahtziehen, bei der ein im Handel erhältlicher Diamantsinterkörper verwendet wird;

Fig. 5 eine Darstellung der Form und Größe eines Naturdiamants;

Fig. 6 bis 8 typische Diagramme für das Verfahren nach der Erfindung;

Fig. 9 eine Schrägansicht eines nach der Erfindung hergestellten Diamantsinterkörpers;

Fig. 10 einen Schnitt einer Drahtziehform mit dem Diamantsinterkörper nach der Erfindung, wobei b ein Gehäuse aus nichtrostendem Stahl, c eine Sintermetallbefestigung und d der Diamantsinterkörper sind;

Fig. 11 ein auf die Produktionsbedingungen des Sinterkörpers nach der Erfindung bezogenes Diagramm mit einer Darstellung des Diamant-Stabilitätsbereichs über dem Temperatur- und Druckphasenverlauf.

Die Erfindung betrifft einen preiswerten Diamantsinterkörper in der Form einer dünnen Platte, der einen Industrie-Naturdiamanten ersetzen kann und sich besonders eignet für einen Drahtziehform-Werkzeugrohling, ein verschleißfestes Teil und einen Schneidwerkzeugrohling. Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung des Diamantsinterkörpers.

Wie erwähnt, ist es mit dem bekannten Sinterkörper aus über 70 Vol.-% Diamant und einem hauptsächlich aus Co bestehenden Bindemittel unmöglich, eine spiegelglatt bearbeitete Oberfläche zu erzielen.

Wenn darüber hinaus ein kleines und dünnes Werkstück, etwa ein Teil einer Uhr, damit bearbeitet wurde, neigte das Werkstück durch den hohen Schneidwiderstand zum Verformen, wodurch das Einhalten der Abmessungsgenauigkeit unmöglich war. Sorgfältige Prüfungen zeigten die folgenden Gründe auf.

Der bekannte Diamantsinterkörper besteht aus Diamantkristallen von 3-10 µm, die mit dazwischen befindlichem metallischem Co als Bindemittel in einem Gitteraufbau aneinander gebunden sind. Die Schneidkante des aus dem Sinterkörper hergestellten Werkzeugs zeigt Vertiefungen und Erhöhungen mit im wesentlichen derselben Größe der Kristallteilchen, was gegenüber den scharfen Schneidkanten des Naturdiamant-Schneidwerkzeugs unterschiedlich ist. Dies ist einer der Gründe, warum eine schön bearbeitete Oberfläche durch das im Handel erhältliche Diamantsinterkörper-Schneidwerkzeug nicht erzielbar ist. Ferner neigt die metallische Co-Bindephase zwischen den Diamantteilchen zum Haften am Werkstück. Dies ist ein weiteres zu lösendes Problem, wenn eine spiegelglatte Oberfläche gefordert wird.

Der im Handel erhältliche Diamantsinterkörper zur Verwendung in einer Drahtziehform besteht aus Diamantteilchen von 50-60 µ, deren Außenumfang konzentrisch durch ein Sintercarbid umschlossen ist.

Fig. 1 (a) und (b) zeigt den Aufbau des Diamantsinterkörpers für eine Drahtziehform, wobei (a) eine Schrägansicht ist, während (b) einen Schnitt desselben zeigt. (S) zeigt den Diamantsinterkörper, der mit einem umschließenden Ring (A) eines WC-Co-Sintercarbids integriert ist.

Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift No. SHO-50-26 746, die die Technik des genannten im Handel erhältlichen Gegenstands betrifft, hilft die kräftige Druckbelastung des auf den inneren Diamantsinterkörper wirkenden Sintercarbids des Außenumfangs zur Verbesserung der Eigenschaften einer Drahtziehform. Wenn aber der Diamant unter normalem Druck gesintert wird, verwandelt er sich auf Grund einer hohen Temperatur in Graphit. Daher wird eine Ultrahochdruck-Hochtemperaturvorrichtung benötigt, die ebenso teuer wie im Fall des Synthetisierens eines Diamants ist. Gemäß dieser Offenlegungsschrift wird das umschließende Sintercarbid auch in derselben teuren Ultrahochdruck-Hochtemperaturvorrichtung gesintert. Folglich ist der im Handel erhältliche Diamantsinterkörper für eine Drahtziehform extrem teuer.

Die Eigenschaften des im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpers für eine Drahtziehform wurden geprüft. Es ergaben sich einige Probleme, obwohl bezüglich der Verschleißfestigkeit und in einigen anderen Hinsichten große Verbesserungen gegenüber der herkömmlichen Sintercarbid-Drahtziehform gemacht wurden. Eines der Probleme besteht darin, daß auf der Oberfläche des gezogenen Drahts Kratzer bestehen bleiben. Fig. 2 und 3 zeigen Beispiele hiervon. Fig. 2 zeigt den Oberflächenzustand eines Kupferdrahts von 0,5 mm Durchmesser, der unter Verwendung einer Form aus einem Einzelkristall-Naturdiamant gezogen wurde, während Fig. 3 denselben Draht zeigt, der unter denselben Bedingungen unter Verwendung des im Handel erhältlichen Sinterkörpers gezogen wurde.

Aus dem Vergleich ergibt sich, daß die im Handel erhältliche Sinterdiamantform ziemlich viele Kratzer auf dem gezogenen Draht bestehen läßt. Die Prüfung der Innenseite der benützten Form zeigte, daß ein Teil der Sinterdiamantteilchen abgebrochen war und fehlte, was die Photographie von Fig. 4 zeigt. Die Kratzer werden vermutlich verursacht, wenn das Metall während des Ziehens in das fehlerhafte Teil der Form eindringt.

Ein weiterer Vorteil des im Handel erhältlichen Sinterdiamants besteht in der Größe des Reibungskoeffizienten zwischen dem zu ziehenden Draht und der Form, verglichen mit dem Fall einer Naturdiamantform. Mit zunehmendem Reibungskoeffizienten wird nicht nur die Neigung zum Drahtbruch größer, sondern es wird auch die Kontrolle des Drahtdurchmessers schwierig. Für einen hohen Reibungskoeffizienten können folgende Gründe verantwortlich sein. Das Bindematerial besteht hauptsächlich aus metallischem Co, das zum Haften am zu ziehenden Draht neigt. Da ferner der Verschleißwiderstand der Diamantteilchen stark von demjenigen des Bindematerials abweicht, wird dieses früher als die Diamantteilchen abgenutzt, wodurch diese in den zu ziehenden Draht eindringen.

Durch die Erfindung wird ein Diamantsinterkörper hervorgebracht, der die genannten Nachteile des im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpers vermeidet, Eigenschaften hat, die ein vollständiges Ersetzen des Einzelkristall-Naturdiamants ermöglichen, und bei niedrigen Kosten herstellbar ist.

Im einzelnen zeichnet sich der Diamantsinterkörper nach der Erfindung dadurch aus, daß der Diamantkristall ein extrem feines Teilchen unter 1 µm, vorzugsweise unter 0,5 µm, ist, wobei der Hauptbestandteil des Bindemittels keine metallische Phase, sondern ein Pulver unter 1 µm ist von Carbiden, Nitriden und Boriden von Metallen der Gruppe IVa oder Va des Periodischen Systems einschließlich einer kleinen Menge an Metallen der Eisengruppe als Hilfsmittel. Ein Sinterkörper mit derart feinen Diamantteilchen ermöglicht eine weitgehende Verringerung der Oberflächenkratzer des gezogenen Drahts, die im Fall des genannten, im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpers unvermeidlich waren. Das Bindemittel zum Binden der Diamantteilchen besteht hauptsächlich aus Verbindungen mit hoher Härte, hohem Verschleißwiderstand und hoher Haftung, d. h. Carbiden, Nitriden und Boriden von Metallen der Gruppe IVa oder Va des Periodischen Systems anstatt aus einfachen Metallen. Die Verbindung ist z. B. ein Carbid, etwa TiC oder TaC, das als hauptsächlicher verschleißfester Bestandteil des Sintercarbids verwendet wird. Gegenwärtig wird ein derartiges Sintercarbid in einem Schneidwerkzeug, einer Drahtziehform usw. verwendet.

Da das Bindematerial des Diamantsinterkörpers nach der Erfindung hauptsächlich Verbindungen mit hohem Verschleißwiderstand und hoher Haftung bei einem geringen Gehalt an Metallen der Eisengruppe enthält, verursacht die aus dem Diamantsinterkörper nach der Erfindung hergestellte Drahtziehform ein geringeres Haften des zu ziehenden Drahts bei einem geringeren Reibungskoeffizient, verglichen mit einer aus dem im Handel erhältlichen Diamantsinterkörper hergestellten Form.

Der Diamantsinterkörper nach der Erfindung soll den Einzelkristall-Naturdiamant ersetzen. Ein Sinterkörper, der im wesentlichen die Form des gegenwärtig verwendeten Diamants besitzt, kann für eine Drahtziehform verwendet werden.

Die Größe eines Rohdiamants für eine Form ist in Fig. 5 gemäß dem International Diamond Association Standard (IDAS) gezeigt. Die geforderte effektive Seitenlänge (L) ist größer als die effektive Dicke (T), wobei T ≧ 1,2 D + 0,6 (mm), L ≧ 1,5 D + 1,4 (mm). Erforderlich ist die Herstellung eines plattenförmigen Sinterkörpers, der dieser Norm genügt.

Die Drahtziehform aus einem gegenwärtig hergestellten Einzelkristall-Naturdiamant hat einen Lochdurchmesser bis zu etwa 3 mm, wobei die benötigte Größe des Sinterkörpers in diesem Fall 4 mm Dicke und etwa 6 mm Seitenlänge beträgt. In der Praxis sind die Formen, bei denen Naturdiamant hauptsächlich verwendet wird, solche mit einem noch kleineren Lochdurchmesser.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein dünner Diamantsinterkörper in Form einer Platte leicht dadurch herstellbar, daß ein Pulvermaterial des Sinterkörpers einschließlich einem feinen Pulver aus Diamant zwischen Sintercarbidplatten hoher Steifheit angeordnet und dies hoher Temperatur und hohem Druck ausgesetzt wird.

Das Sintercarbid dieser beiden Platten hoher Steifheit besteht hauptsächlich aus Carbiden von Metallen der Gruppe IVa oder V, wie TiC oder TaC, das durch ein Metall gebunden ist. Ein frischer Preßkörper mit einem Schichtaufbau mit einer Lage 3 aus Pulvermaterial, die ein feines Diamantpulver enthält und zwischen dünnen Platten 1 und 2 aus Sintercarbid angeordnet ist (Fig. 6 und 7), wird in eine Ultrahochdruck-Hochtemperaturvorrichtung gegeben. Der Druck wird durch zwei Kolben 4, 5 ausgeübt.

Es ist somit zu bevorzugen, daß der frische Preßkörper mit dem Schichtaufbau senkrecht zu dem Kolben angeordnet ist. Gemäß Fig. 8 können mehrere frische Preßkörper in die Vorrichtung gleichzeitig gegeben werden. Da das Erhitzen durch Ausübung einer hohen Stromstärke auf eine Graphitschicht 10 durch die Kolben 4, 5 erfolgt, entsteht in senkrechter Richtung ein Temperaturgradient. Viele der frischen Preßkörper können gleichzeitig innerhalb dieses Toleranzbereichs angeordnet werden. In der Zeichnung sind Zylinder 6, 7, Druckmittel 8, 9 und Trennwandglieder 11, 12 dargestellt.

Erfindungsgemäß enthält das Pulvermaterial des Diamantsinterkörpers ein Gemisch aus feinem Diamantpulver und feinem Pulver von Carbiden, Nitriden und Boriden von Metallen der Gruppe IVa oder Va des Periodischen Systems, die die Hauptbestandteile des Bindemittels sind. Ein feines Pulver von Metallen der Eisengruppe wird als Hilfsmittel zugesetzt.

Die frischen Preßkörper werden gemäß Fig. 6 angeordnet und nach dem Unterdrucksetzen in der Ultrahochdruckvorrichtung erhitzt. Dann erscheint an den oberen und unteren dünnen Sintercarbidplatten 1, 2 eine eutektische flüssige Phase, wobei eine geringe Menge der Lösungsphase in die Schicht des diamanthaltigen Pulvermaterials diffundiert und als Hilfsmittel wirkt.

Zum Stabilisieren der Zusammensetzung des Bindematerials im Diamantsinterkörper und zum Verhindern des Auftretens einer Verlagerung der flüssigen Phase im Verlauf des Sinterns zwischen dem diamanthaltigen Pulvergemisch 3 und den oberen und unteren dünnen Sintercarbidplatten 1, 2 sind vorzugsweise Trennwandglieder 11, 12 vorgesehen; vgl. Fig. 7. Die Trennwandglieder werden aus bei der hohen Temperatur und dem hohen Druck, denen der Sinterkörper ausgesetzt ist, nichtschmelzbaren Materialien gewählt. Dies sind z. B. Metalle mit hohem Schmelzpunkt, etwa Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, Cr, Mo, W, Pt usw., oder Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt, etwa TiN, ZrN, HfN, BN, Al₂O₃ usw. Im Hinblick auf diese Eigenschaft benötigt das Trennwandglied eine bestimmte Dicke, wobei eine Dicke von weniger als 0,5 mm ausreicht. Die genannte Metallfolie kann als Trennwandglied verwendet werden, oder es kann die dünne Sintercarbidplatte plattiert werden. Bei Verwendung einer Verbindung, kann diese auf die dünne Sintercarbidplatte im Zustand eines Pulvers oder durch irgendeine bekannte Technik, z. B. das chemische Dampfniederschlagsverfahren (CVD), aufgebracht werden.

Der Diamantsinterkörper nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Diamantkristallteilchen im Sinterkörper aus ultrafeinen Teilchen unter 1 µm, vorzugsweise unter 0,5 µm, bestehen.

Gemäß den durch die Erfinder durchgeführten Versuchen ist jedoch ein solcher aus ultrafeinkörnigem Diamant bestehender Sinterkörper nicht erzielbar durch das Verfahren des einfachen Mischens eines Diamantpulvers unter 1 µm als Pulvermaterial mit einem Metallpulver der Eisengruppe als Bindematerial, oder durch das Verfahren des Diffundierens einer Metalle der Eisengruppe enthaltenden flüssigen Phase in das Diamantpulver aus dem umgebenden Sintercarbid während des Sintervorgangs.

In diesem Fall wirken die Metalle der Eisengruppe, etwa Co, Fe, Ni usw., als Lösungsmittel des Diamants und erzeugen die Erscheinung einer Auflösung und eines Niederschlags von Diamant im Lösungsmittel bei der hohen Temperatur und dem hohen Druck, unter denen Diamant stabil ist.

Bei Verwendung eines Diamantpulvers unter 1 µm, entsteht ein außergewöhnliches Kornwachstum der Diamantkristalle, wobei sich unvermeidlich ein Sinterkörper aus gleichmäßig feinen Kristallen ergibt.

Bei Herstellung eines Sinterkörpers aus feinen Kristallen unter 1 µm wurde gefunden, daß das Kornwachstum des Diamants in Gegenwart eines flüssigen Eisengruppenmetalls kontrolliert werden kann, wenn das Diamantpulver mit einem feinen Pulver von Carbid, Nitrid und Borid von Metallen (Ti, Zr, Hf) der Gruppe IVa oder von Metallen (V, Nb, Ta) der Gruppe Va des Periodischen Systems gemischt wird.

Vermutlich wird das Kornwachstum gesteuert durch das Vorhandensein der Verbindungsteilchen zwischen den feinen Diamantkristallteilchen, die als Verunreinigungen wirken, oder das Kornwachstum wird gesteuert durch die Auflösung eines Teils der Verbindungen in der metallischen Flüssigkeit der Eisengruppe und deren Niederschlag als Carbide auf der Oberfläche der Diamantkristalle.

Zur Erzielung der genannten Wirkung müssen die Verbindungsteilchen zwischen den feinen Diamantkristallteilchen angeordnet sein. Somit sollten die Verbindungen auf eine Körnung zerkleinert sein, die gleich oder kleiner ist als diejenige der Diamantkristalle. Die Verbindungen sollten gleichmäßig mit dem Diamantkristallpulver gemischt sein.

Die Versuche zeigen, daß unter den Verbindungen Carbide von Metallen der Gruppe IVa oder Va die größte Wirkung bei der Kontrolle des Kornwachstums haben. Vom Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit eines Schneidwerkzeugs ist es erforderlich, daß die Verbindungen hohe Festigkeit und hohen Verschleißwiderstand haben, da sie im Sinterkörper als Bindematerial für die Diamantkristalle zusammen mit den Metallen der Eisengruppe gehalten werden. So ermöglicht die Verwendung von Carbiden die Erzielung eines Sinterkörpers mit höherer Festigkeit und höherem Verschleißwiderstand.

Die Metalle der Eisengruppe können dazu gebracht werden, anstatt des vorherigen Mischens während des Sinterns zu diffundieren.

Wie in der früheren japanischen Patentanmeldung No. SHO-52-51 381 der Erfinder beschrieben, können der Behälter und die Kugeln aus einem Sinterkörper hergestellt sein, bestehend aus Metallen der Eisengruppe und Verbindungen, wie Carbiden und dgl.

Somit wird ein vom Behälter und den Kugeln stammendes feines Pulver aus dem obigen Material mit dem Diamantpulver gemischt, während es in der Kugelmühle gemahlen wird.

Das auf diese Weise bereitete Pulvergemisch wird unmittelbar zwischen die dünnen Sintercarbidplatten gemäß Fig. 6 gebracht, wo die Metalle der Eisengruppe nicht vorgemischt werden, oder wird zwischen die dünnen Platten unter Zwischenschaltung der Trennwandglieder von Fig. 7 gebracht, wenn eine geforderte Menge an Metallen der Eisengruppemetalle vorher gemischt wurde. Frische Preßkörper mit diesem Schichtaufbau werden in einer einzigen oder in mehreren Lagen in die in Fig. 8 gezeigte Ultrahochdruck-Hochtemperaturvorrichtung gegeben.

Im Fall der Anordnung gemäß Fig. 6 entsteht an den oberen und unteren dünnen Sintercarbidplatten 1, 2 eine eutektische Flüssigkeit bei Erhitzen nach einer Druckanwendung, wobei die flüssige Phase in das Pulvergemisch 3 aus Diamant, Carbiden und dgl. eindringt.

Im Fall der Anordnung von Fig. 7 erfolgt das Sintern bei einer höheren Temperatur als bei dem Niveau, bei dem eine eutektische flüssige Phase zwischen den Metallen der Eisengruppe, verwendet im diamanthaltigen Pulvergemisch, und den Verbindungen, wie Carbiden und dgl., auftritt.

Wenn z. B. TiC als Verbindung und Co als Metall der Eisengruppe verwendet werden, entsteht bei etwa 1260°C und normalem Druck eine flüssige Phase. Unter hohem Druck ist die eutektische Temperatur um einige °C höher.

In diesem Fall erfolgt daher das Sintern bei einer Temperatur von über 1300°C.

Bei der Erfindung besteht aber für die Sintertemperatur eine obere Grenze. Diese Temperatur sollte nicht mehr als 200°C über der eutektischen Temperatur liegen, bei der das Kornwachstum des Diamants bedeutend wird, wie im Anspruch 6 angegeben.

In allen Fällen sollten die Druck- und Temperaturbedingungen, unter denen das Sintern erfolgt, im Stabilitätsbereich von Diamant liegen, wie in Fig. 11 gezeigt, anderenfalls sich der Diamant im Verlauf des Sinterns in Graphit umwandelt.

Die Hauptverwendung des Diamantsinterkörpers nach der Erfindung ist ein Ersatz des vorher beschriebenen natürlichen Diamant-Einzelkristalls. Da der Einzelkristall infolge verhältnismäßig niedriger Festigkeit zum Spalten und Brechen neigt, hat der Sinterkörper nach der Erfindung einen Vorteil im Hinblick auf die Festigkeit, da er aus feinen Kristallen besteht. Da er aus einem Ersatz für die zerbrechlichen Einzelkristallen entwickelt wurde, benötigt er keine Verstärkung, wie sie in der japanischen Offenlegungsschrift No. SHO-50-26 746 beschrieben ist.

Falls eine höhere Festigkeit erforderlich ist, können die Abmessungen des Sinterkörpers in Längs- und Querrichtung erhöht werden, oder der Sinterkörper kann in Gestalt eines Dreiecks geformt werden.

Der Diamantsinterkörper nach der Erfindung enthält Diamant im Bereich von 95-50 Vol.-%. Für den Fall, daß der Diamantgehalt 95% übersteigt, kann das Kornwachstum des Diamants während des Sintervorgangs nicht wirkungsvoll kontrolliert werden, da die Menge der dazwischen befindlichen Verbindungen nicht ausreicht. Wenn der Diamantgehalt kleiner als 50 Vol.-% des Sinterkörpers ist, ist der Verschleißwiderstand herabgesetzt und sind Eigenschaften gleich denjenigen des Naturdiamanten nicht länger erzielbar.

Das Verhältnis der Verbindungen, etwa Carbide und dgl., zu den Metallen der Eisengruppe, die als Bindemittel von Diamant im Sinterkörper wirken, kann leicht bestimmt werden.

Wenn der Diamantsinterkörper nach der Erfindung als Drahtziehform verwendet wird, ist der Verschleißwiderstand umso höher, je größer der Diamantgehalt ist.

Wenn der Diamantgehalt 95-70% beträgt, ist eine Drahtziehform mit einer längeren Lebensdauer als bei einer Naturdiamantform erzielbar.

Der erfindungsgemäße Sinterkörper ist als verschleißfester Werkzeugrohling für eine einen dickeren Draht ziehende Drahtform, für ein Räumwerkzeug und dgl. und auch als Schneidwerkzeugrohling für einen Glasschneider und eine Schneidklinge für synthetisches Baumaterial geeignet. Die Erfindung ist mit anderen Worten dort von Nutzen, wo gegenwärtig ein aus einem Einzelkristalldiamant bestehendes Werkzeug verwendet wird, z. B. bei einer Drahtziehform, bei der eine besonders hohe Oberflächengüte erforderlich ist, und bei Aluminium- und Kupferlegierungen, die mit spiegelähnlichen Oberflächen bearbeitet werden sollen.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Pulvergemisch der Zusammensetzung gemäß Tabelle I wurde unter Verwendung eines Diamantpulvers von unter 1 µm hergestellt.

Tabelle I

Die Pulvergemische wurden in aus Ta hergestellte Behälter gestopft und in eine Ultrahochdruckvorrichtung gegeben. Nach Erhöhung des Drucks auf 55 kbar erfolgte das Sintern bei 1450°C während 30 Minuten. Alle auf diese Weise hergestellten Sinterkörper enthielten in eine Gitterstruktur geformte feine Kristalle unter 0,5 µm.

Die Sinterkörper Nr. I und J wiesen jedoch schichtförmige Risse auf, und ihre Festigkeit war kleiner als diejenige der anderen Proben.

Beispiel 2

Es wurden zwei dünne Platten 1, 2 mit einem Durchmesser von 20 mm, einer Dicke von 1,5 mm und einer Zusammensetzung aus WC-10% Co hergestellt. Ferner wurde ein feines Pulver aus Naturdiamant von unter 1 µm mit Verbindungen und metallischem Co in den in Tabelle II gezeigten Zusammensetzungen gemischt.

Tabelle II

Auf der Innenseite der beiden WC-10 Co-Scheiben wurden Mo-Folien mit einer Dicke von 0,1 mm als Trennwandglieder angebracht. Danach wurde ein Pulvergemisch der jeweiligen Zusammensetzung von Tabelle II mit einer Dicke von etwa 1,5 mm dazwischengegeben. Alle auf diese Weise hergestellten Sinterkörper waren starr und hatten eine Diamantkristallkörnung unter 1 µm. Die Probe N in Tabelle II wurde aus diesem Sinterkörper ausgewählt. Nach dem Abschleifen des oberen und unteren Sintercarbids wurde der Sinterkörper durch einen Laser in Stücke von 3 mm × 2 mm Seitenlänge und 1 mm Dicke geschnitten (Fig. 9). Eines der Teile wurde wie im Fall einer aus einem Einzelkristall bestehenden Naturdiamantschneide zur Herstellung eines Meißels für ein Schneidwerkzeug mit Silberlötlegierung an einen Stahlschaft geschweißt. Unter Verwendung des Meißels wurde eine Bronzesäule geschnitten, wobei die bearbeitete Oberfläche so schön wie die durch einen Naturdiamantmeißel bearbeitete war.

Claims (6)

1. Sinterkörper, der aus 50 bis 95 Vol.-% Diamant mit einer Teilchengröße unter 1 µm und als Rest aus einem Hartmetall- und Eisengruppe-Metall-Bindemittel besteht, wobei das Hartmetall eine Teilchengröße unter 1 µm aufweist und Carbide, Nitride oder Boride der Metalle der Gruppe IVa oder Va des Periodensystems enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall des Bindemittels vollständig aus Carbiden, Nitriden oder Boriden der Metalle der Gruppe IVa oder Va des Periodensystems oder festen Lösungen oder Mischkristallen derselben besteht.

2. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel enthält: Carbide von Metallen der Gruppe IVa oder Va des Periodensystems und Metalle der Eisengruppe, wobei der Carbidgehalt im Verhältnis von Carbiden zu Metallen der Eisengruppe größer als der eutektischen Zusammensetzungen entsprechende Carbidgehalt ist.

3. Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Flächen des Sinterkörpers in Form von im wesentlichen zueinander parallelen Platten gebildet sind.

4. Verwendung des Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Werkzeugrohling für eine Drahtziehform.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch als Diamantpulver mit einer Teilchengröße unter 1 µm, einem Pulver mit einer Teilchengröße unter 1 µm, welches aus Carbiden, Nitriden oder Boriden von Metallen der Gruppe IVa oder Va des Periodensystems oder festen Lösungen oder Mischkristallen derselben ausgewählt wird und einem Pulver von Metallen der Eisengruppe hergestellt wird, daß das Gemisch zwischen zwei Sintercarbidplatten angeordnet und unter Temperatur und Druckbedingungen gesintert wird, bei denen Diamant stabil ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Sintern des Pulvergemischs über dem Niveau liegt, bei dem zwischen den Carbiden und den Metallen der Eisengruppe im Bindemittel ein Eutektikum entsteht, wobei die Temperatur nicht mehr als 200°C über der eutektischen Temperatur liegt, wodurch die Steuerung des Kornwachstums von Diamant möglich ist.