DE3008765C2 - Preßling für Schleifzwecke - Google Patents
Preßling für SchleifzweckeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Preßling für Schleifzwekke nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Preßlingen dieser Art (US-PS 39 44 398, DE-OS 28 08 497) enthält die zweite Phase
Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein Hartmaterial, welches aus dem Aluminium, der Aluminiumlegierung
und zusätzlich beigegebenem Siliciumnitrid im Verlauf der Herstellung des Preßlings entstanden ist.
Die Umwandlung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung in ein Hartmaterial dient dabei dem Zweck,
ein auf diese Stoffe zurückzuführendes Schmieren des Preßlings während seines Schleifeinsatzes zu verhindern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Preßling für Schleifzwecke mit erheblich besserem
Schleifverhalten als bekannte Preßlinge zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang
mit beiliegender Fig., die eine Mikrofotografie eines Preßlings für Schleifzwecke zeigt, der weiteren Erläuterung.
Der Kern der Erfindung liegt darin, daß abgesehen von Aluminiumnitrid und/oder Aluminiumdiborid, wobei
es sich um Reaktionsprodukte zwischen Aluminium und kubischem Bornitrid (im folgenden CBN abgekürzt)
handelt, im wesentlichen keine weiteren Elemente anwesend sind. Sollten andere Elemente vorhanden sein,
so liegen diese höchstens in Form von Spuren vor.
Die Reaktionszone, in welcher die Herstellung des Preßlings durchgeführt wird, befindet sich in an sich
bekannter Weise in einem üblichen Hochtemperatur/ Hochdruck-Apparat. Normalerweise wird die Reaktionsmenge
in eine Kapsel eingebracht, die ihrerseits dann in die Reaktionszone übergeführt wird. Anschließend
werden hierauf die Bedingungen der erhöhten Temperatur und des erhöhten Druckes angewandt.
Die erhöhte Temperatur und der erhöhte Druck werden gewöhnlich wenigstens 5 Minuten lang aufrechterhalten,
um den Preßling zu erzeugen. Im allgemeinen werden diese Bedingungen nicht langer als 60 Minuten
aufrecht erhalten, um den Apparat nicht zu beschädigen. Gewöhnlich findet eine Zeitdauer von weniger als 30
Minuten Anwendung.
Übliche Techniken werden dazu benutzt, um die Preßlinge nach ihrer Erzeugung in der Reaktionszone
zu gewinnen. Wenn beispielsweise mehrere Preßlinge in einer zylindrischen Kapsel hergestellt werden, wird die
Kapsel abgeschliffen oder abgeschält, worauf die einzelnen Preßlinge herausgenommen werden können. Zwischen
benachbarten Preßlingen wird ein geeignetes Abschirmungsmaterial
vorgesehen, um ein Zusammenbinden dieser einzelnen Preßlinge zu verhüten.
Die Reaktionsmenge besteht ausschließlich aus CBN-Partikeln
und Aluminium, abgesehen natürlich von spurenförmigen Verunreinigungen. Die Reaktionsmenge
enthält die Masse der CBN-Teilchen vorzugsweise in Berührung mit einer Aluminiumschicht, die beispielsweise
in Gestalt einer Aluminiumfolie oder als Aluminiumpulver vorliegen kann. In diesem Falle infiltriert das
Aluminium in die CBN-Masse während der Herstellung des Preßlings. Die Reaktionsmenge kann auch aus einer
Mischung von CBN-Pariikeln und pulverförmigem Aluminium bestehen.
Es wurde gefunden, daß ein erfindungsgemäßer CBN-Preßling
hervorragende Schleifeigenschaften besitzt und im Handel verfügbare CBN-Preßlinge übertrifft.
Die überragenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Preßlings gehen vermutlich auf eine Reihe von Faktoren
zurück:
Die CBN-Teilchen unterliegen während der Herstellung des Preßlings einer plastischen Deformierung, die zu einer Verdichtung der Teilchen führt Wie oben erwähnt, beträgt der CBN-Gehalt des Preßlings wenigstens 80 Gew.-%.
Bei den angewandten Temperatur- und Druckbedingungen findet zwischen benachbarten CBN-Teilchen ein gegenseitiges Verwachsen statt Als Ergebnis hiervon werden diese Teilchen zusammengeschmolzen oder mit ihren Nachbarn verbunden. Dabei entwickelt sich eine kontinuierliche, mosaikartige oder verwachsene Masse. Das Zusammenwachsen ist dabei, wie Versuche ergeben haben, so wirksam, daß der Bruchweg durch einen Preßling transgranular, also durch die Teilchen hindurch verläuft und nicht zwischen den Teilchen (intergranular).
Die CBN-Teilchen unterliegen während der Herstellung des Preßlings einer plastischen Deformierung, die zu einer Verdichtung der Teilchen führt Wie oben erwähnt, beträgt der CBN-Gehalt des Preßlings wenigstens 80 Gew.-%.
Bei den angewandten Temperatur- und Druckbedingungen findet zwischen benachbarten CBN-Teilchen ein gegenseitiges Verwachsen statt Als Ergebnis hiervon werden diese Teilchen zusammengeschmolzen oder mit ihren Nachbarn verbunden. Dabei entwickelt sich eine kontinuierliche, mosaikartige oder verwachsene Masse. Das Zusammenwachsen ist dabei, wie Versuche ergeben haben, so wirksam, daß der Bruchweg durch einen Preßling transgranular, also durch die Teilchen hindurch verläuft und nicht zwischen den Teilchen (intergranular).
Die aus Aluminium bestehende, zweite Phase spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Indem sie während der
Herstellung die Zwischenräume zwischen den Partikeln ausfüllt, überträgt die Aluminiumphase den angelegten
Druck auf diejenigen CBN-Flächen, die nicht miteinander in Kontakt sind. Hierdurch wird eine Umwandlung
in hexagonales Bornitrid verhindert. Eine derartige Umwandlung würde den Preßling ganz erheblich schwächen.
Durch Röntgenanalyse wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Preßlinge keine feststellbare Menge,
das heißt weniger als 0,5 Gew.-%, an hexagonalem Bornitrid enthalten. Das Aluminium erfüllt auch die
wichtige Rolle eines Mediums, in dem eine Diffusion von Bor und Stickstoff stattfinden kann. Dabei verbessert
das Aluminium das gegenseitige Verwachsen benachbarter Teilchen. Schließlich reagiert das Aluminium
mit CBN und bildet Aluminiumdiborid und Aluminiumnitrid, wodurch ebenfalls das Zusammenbinden des zusammengesetzten
Preßlings unterstützt wird.
Die erfindungsgemäßen Preßlinge können kleiner oder größer sein, haben jedoch im allgemeinen ein Volumen von wenigstens 40 Kubikmillimetern. Ein besonders bevorzugtes Volumen liegt im Bereich zwischen 100 und 1500 Kubikmillimetern. Die Preßlinge können als solche eingesetzt werden oder sie können auf geeigneten Trägern befestigt werden, beispielsweise auf einem Träger aus Wolframkarbid.
Die erfindungsgemäßen Preßlinge können kleiner oder größer sein, haben jedoch im allgemeinen ein Volumen von wenigstens 40 Kubikmillimetern. Ein besonders bevorzugtes Volumen liegt im Bereich zwischen 100 und 1500 Kubikmillimetern. Die Preßlinge können als solche eingesetzt werden oder sie können auf geeigneten Trägern befestigt werden, beispielsweise auf einem Träger aus Wolframkarbid.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele und der Figur weiter erläutert. Die Figur zeigt
eine Mikrofotografie mit 2000facher Vergrößerung eines Schnitts durch einen erfindungsgemäßen Preßling.
Ein Häufchen von CBN-Teilchen mit einer Größe von 8 his 20 μπι wurden zur Ausbildung einer Ausgangsmasse
auf eine Aluminiumfolie aufgebracht Die Masse wurde in eine Reaktionskapsel für einen üblichen Hochtemperatur/Hochdruck-Apparat
eingebracht Die beschickte Kapsel wurde in die Reaktionszone des Apparates eingesetzt Der Druck in der Reaktionszone wurde auf
55 Kilo bar und die Temperatur der Reaktionszone wurde auf etwa 15000C erhöht Diese Bedingungen hoher
Temperatur und hohen Druckes wurden während einer Zeitdauer von 15 Minuten aufrecht erhalten. Anschließend
ließ man Druck und Temperatur zu Umgebungsbedingungen zurückkehren. Der Kapsel wurch in konventioneller
Weise ein CBN-Preßling in Gestalt einer Scheibe entnommen. Nach einer entsprechenden Analyse
ergab sich, daß der Preßling einen CBN-Gehalt von 93 Gew.-% aufwies. Die verbleibenden 7 Gew.-% bestanden
aus Aluminiumnitrid und Aluminiumdiborid. Bei einer Röntgenanalyse konnte kein hexagonales Bornitrid
oder metallisches Aluminium festgestellt werden. Das Volumen des Preßlings betrug etwa 750 mm3.
Der Preßling wurde gebrochen und poliert, worauf die polierten Flächen einer Untersuchung unterzogen
wurden. Es wurde eine Verbindung zwischen benachbarten Teilchen festgestellt, wodurch sich eine ineinander
venvachsene Masse gebildet hatte. Die Figur zeigt eine Fotografie einer geätzten Fläche eines solchen
Preßlings. Das in sich gewachsene CBN ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, während die in der zweiten
Phase enthaltenen Aluminiumverbindungen in den ausgeätzten Hohlräumen mit dem Bezugszeichen 12
vcrsehem sind.
Es wurde gefunden, daß dieser Preßling ausgezeichnete
Schleifeigenschaften besaß, und zwar selbst ohne Abstützung, wie dies im nachstehenden noch angegeben
werden wird.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß als Startmasse eine Mischung aus
CBN-Parlikeln und gepulvertem Aluminium verwendet wird.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die Menge an CBN-Teilchen und
Aluminium, wie sie in der Ausgangsmasse verwendet wurden, derart gewählt waren, daß sich ein Preßling mit
einem CBN-Gehalt von 90 Gew.-% ergab. .Der Rest auf 100Gew.-% bestand aus Aluminiumnitrid, Aluminiumdiborid
und spurenhaften Verunreinigungen.
Es wurde festgestellt, daß die nach den Beispielen 2
bis 6 hergestellten Preßlinge ausgezeichnete Schleifeigenschaften hatten.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die erhöhte Temperatur 15000C und
der angewandte, erhöhte Druck 55 Kilobar betrug.
Die Schleifeigenschaften des entsprechend Beispiel 1 hergestellten Preßlings wurden mit denjenigen eines im
Handel erhältlichen CBN-Preßlings und mit einem weiteren Preßling verglichen, der nach der Lehre der
US-PS 39 44 398 hergestellt war. Der im Handel verfügbare Preßling wurde auf einem Träger aus gehärtetem
Karbid befestigt Dieser CBN-Preßling enthielt eine zweite Phase aus Kobalt/Aluminium. Vermutlich wurde
dieser zusammengesetzte Preßling nach der Lehre der US-PS 37 43 489 hergestellt.
Die drei Preßlinge wurden dazu verwendet, einen gehärteten D3-Stahl mit einer Rockwell-Härte von 54 bis
56 zu bearbeiten. Die Bearbeitung wurde in jedem Fall so lange fortgesetzt, bis an dem Preßling eine Fläche bis
zu einer Tiefe von 0,2 mm abgenutzt war. Die zur Erzeugung dieser Fläche jeweils benötigte Zeit betrug:
Preßling
Zeit in Minuten
Beispiel 1
39 44 398
37 43 489
39 44 398
37 43 489
9,6
1,6
4,0
1,6
4,0
Die Ergebnisse zeigen, daß der gemäß Beispiel 1 hergestellte Preßling bei der Bearbeitung des gehärteten
D3-Stahls sehr viel wirksamer als die beiden anderen Preßlinge war.
Bei der Bearbeitung eines gehärteten D3-Stahls mit einer Rockwell-Härte von 58 ergab sich, daß ein erfindungsgemäßer Preßling eine Lebensdauer hatte, die zweieinhalb Mal so groß wie diejenige eines Preßlings nach der US-PS 37 43 489 war.
Bei der Bearbeitung eines gehärteten D3-Stahls mit einer Rockwell-Härte von 58 ergab sich, daß ein erfindungsgemäßer Preßling eine Lebensdauer hatte, die zweieinhalb Mal so groß wie diejenige eines Preßlings nach der US-PS 37 43 489 war.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der erhöhten Temperatur
und des erhöhten Druckes während einer Zeit von nur 10 Minuten aufrecht erhalten wurden.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß auf eine Temperatur von etwa
1450° C erwärmt und ein erhöhter Druck von 60 Kilobar
angewandt wurde.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Aus kubischem Bornitrid und Aluminium hergestellter Preßling für Schleifzwecke, bestehend aus
miteinander verwachsenen Teilchen von kubischem Bornitrid und einer damit zu einem harten Konglomerat
verbundenen zweiten Phase, wobei der Gehalt des Preßlings an kubischem Bornitrid wenigstens
80Gew.-% beträgt, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Phase, abgesehen von spurenhaften Verunreinigungen, nur aus Aluminiumnitrid
und -diborid besteht
2. Preßling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt des Preßlings an kubischem Bornitrid im Bereich von 85 bis 95 Gew.-c/o liegt
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