DE3103351A1

DE3103351A1 - Verbundsinterkoerper sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3103351A1
Application number: DE19813103351
Authority: DE
Inventors: Akio Itami Hyogo Hara; Tetsuo Nakai; Shuji Yazu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-01-31
Filing date: 1981-01-31
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE3103351C2

Description

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD. Osaka / Japan

Verbundsinterkörper sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundsinterkörper mit hoher Bindungsfestigkeit für den Einsatz in einem Werkzeug sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Diamanten und kubisches Bornitrid (das nachstehend als CBN bezeichnet wird) sind aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Härte, Wärmeleitfähigkeit und chemische Stabilität bei erhöhter Temperatur als die am besten geeigneten verschleißfesten Materialien für die Materialverarbeitung be-kannt, wobei sie als Schleifteilchen und in spanabhebenden Werkzeugen verwendet werden.

Seit kurzem sind im Handel Sinterkörper erhältlich, in denen feine Diamantteilchen oder CBN-Teilchen durch Metalle, die hauptsächlich aus Co bestehen, und verschiedene keramisch gebundene Sinterkörper gebunden sind, die mit einem Sinterverfahren unter extrem hohem Druck hergestellt sind.

Vor allem dem im Handel befindlichen Diamantsinterkörper wird in industriekreisen als ein Material Beachtung geschenkt, das in der Lage ist, den Anwendungsbereich von Diamantwerkzeugen zu vergrößern , und zwar aufgrund seines hohen Widerstandes gegenüber Stoßen im Vergleich zu einem Diamantkristall. Dieser metallgebundene Diamantsinterkörper weist eine Diamantschicht mit einer Dicke von 0,5 Millimeter auf, die direkt an das WC-Co-Substrat gebunden ist. Wie in der Offenlegungsschrift SHO-52-12126 beschrieben, wird dieser metallgebundene Diamantsinterkörper nach folgendem Verfahren hergestellt: ein Diamant-

pulver wird mit einem WC-Co-Pulvergemisch oder WC-Co, das durch vorhergehendes Sintern des Pulvergemisch^ erhalten wurde, in Berührung gebracht. Das Ganze wird unter hohem Druck in einer Einrichtung für extrem hohe Drucke erhitzt, um das Co des WC-Co-Pulvergemisches oder das WC-Co aufzulösen, das zu einem Substrat geformt wird, wodurch dem aufgelösten Co-Bestandteil die Möglichkeit gegeben wird, in das Diamantpulver überzugehen, um zu dessen Bindemittel zu werden.

Der Druck und die Wärme werden unter Bedingungen angewandt, bei denen die Diamanten thermodynamisch stabil sind. Das aufgelöste Co, das als Lösungsmittel der Diamanten dient, bindet den Diamantsinterkörper ebenso wie das Sinterkarbidsubstrat. In dem so erhaltenen Sinterkörper sind die Diamantteilchen direkt aneinander gebunden, während das Sinterkarbidsubstrat und die Diamantsinterkörperschicht aus dem gleichen Material hergestellt sind, wodurch eine integrierte starre Bindung erhalten wird.

Wenn ein spanabhebendes Werkzeug unter Verwendung eines im Handel befindlichen Diamantsinterkörpers oder eines Sinterkörpers, in dem feine CBN-Teilchen durch Metalle gebunden sind, die hauptsächlich aus Co bestehen, oder ein CBN-Sinterkörper, der durch keramische Stoffe gebunden ist, hergestellt wird, ist es eine gute Methode, um die Festigkeit des Werkzeuges zu verbessern, eine harte Schicht, die Diamanten oder CBN enthält, ausschließlich an dem Teil vorzusehen, aus dem die Schneidkante gebildet wird, wobei die harte Schicht, die an ein Substrat gebunden ist, eine hohe Steifheit aufweist, um ein Verbundwerkzeug zu erhalten.

Ein Beispiel für ein solches Verbundwerkzeug ist ein spanabhebendes Werkzeug, in dem ein Sinterkarbidsubstrat auf WC-Basis mit TiC oder TiN bedeckt ist, das in den letzten Jahren allgemein in Gebrauch ist. Das Sinterkarbid auf WC-Basis,

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welches im großen Umfang als spanabhebendes Werkzeug benutzt wird, ist besonders als Substrat des Verbundwerkzeuges wegen seiner hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Steifheit, Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit geeignet. Das Verbundwerkzeug weist jedoch folgende Nachteile auf.

Der Fall, bei dem Diamanten in der harten Schicht enthalten sind, wird zuerst beschrieben. Wenn ein spanabhebendes Werkzeug unter Verwendung eines im Handel befindlichen Diamantsinterkörpers, der mit metallischem Co gebunden ist, hergestellt wird, so wird das Sinterkarbidsubstrat, an das die Diamantsinterkörperschicht gebunden ist, an einen Stahlschaft gelötet. Obgleich Silberschutzlot in verschiedenster Ausbildung entwickelt worden ist, um Sinterkarbide an Stahl zu löten, beträgt die Löttemperatur im allgemeinen 750 bis 800⁰C. Bei diesem Temperaturbereich kommt es jedoch gelegentlich vor, daß die Diamantschicht von der Grenzfläche zwischen der Diamantschicht und dem Sinterkörpersubstrat abblättert.

Aber auch wenn keine Schwierigkeiten bei einem einzigen Lötvorgang auftreten, tritt ein Abblättern nach mehrmals wiederholter Erwärmung auf. Um diesem Phänomen auf den Grund zu gehen, wurden zwei Diamantsinterkörper, die direkt an Sinterkarbidsubstrate gebunden waren, jeweils in einem Vakuumofen

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unter einem Vakuum von 10 mmHg und 800⁰C 30 Minuten lang aufbewahrt. Bei einer dieser zwei so behandelten Proben war an der Grenzfläche zwischen der Diamantsinterschicht und dem Sinterkarbidsubstrat eine vollständige Abblätterung eingetreten, während bei der anderen Probe die Grenzfläche Risse aufwies und eine Abblätterung leicht erfolgte, wenn eine Kraft darauf einwirkte.

Die Abblätterung trat an der Grenzfläche zwischen der Diamantsinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat auf, was offenbar auf eine Verschlechterung der Bindungsfestigkeit an der Grenzfläche durch Erhitzen zurückzuführen war.

Figur 1 stellt eine Mikrofotografie (1500fache Vergrößerung) der Bindegrenzfläche zwischen der Sinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat eines handelsüblichen Diamantsinterkörpers dar. Die schwarze kontinuierliche Schicht des Diamantsinterkörpers weist einen Aufbau auf, bei dem die Diamantteilchen miteinander verbunden sind, wobei dazwischen angeordnete weiße Teilchen metallisches Co sind, um den Diamantsinterkörper zu binden, und wobei eine Schicht vorhanden ist, in der Co an der Grenzfläche zwischen der Diamantsinterkörperschicht und dem grauen Substrat angereichert ist, und wobei ferner die Diamantteilchen an das WC-Co unter Zwischenschaltung von Co gebunden sind.

Es wurde festgestellt, wenn Diamantteilchen unter einem extrem hohen Druck und einer hohen Temperatur bei Verwendung eines katalytischen Lösungsmittelmetails, beispielsweise Eisengruppenmetallen ,unter Bedingungen gesintert werden, bei denen die Diamanten sich auflösen, jedoch thermodynamisch stabil sind, der Diamantensinterkörper bei einer relativ niedrigen Temperatür eine verschlechterte Festigkeit aufwies, wenn er unter normalem Druck wieder erwärmt wurde.

Dies ist vermutlich auf den Umstand zurückzuführen, daß Eisengruppenmetalle, die in Berührung mit den Diamantteilchen vorliegen, eine katalytisch^ Wirkung ausüben, um die Rückumwandlung der Diamanten in Graphit zu beschleunigen.

Bei einem Sinterkörper, in dem eine direkte Bindung zwischen den Diamantteilchen in der Diamantsinterkörperschicht gebildet worden ist, ist die Berührungsgrenzfläche zwischen dieser Schicht und den Eisengruppenmetallen wesentlich reduziert, wodurch die Verschlechterung der Festigkeit reduziert wird, wenn der Sinterkörper wieder erwärmt wird.

Bei dem handelsüblichen Sinterkörper, stellt die Grenzfläche

zwischen dieser Schicht und dem Sinterkarbidsubstrat eine Bindungsgrenzfläche zwischen den Diamantteilchen und Co dar, obgleich eine Bindung zwischen den Teilchen in der Diamantsinterkörperschicht entstanden ist. Die Verschlechterung dieses Sinterkörpers ist voraussehbar, wenn er einer Wiedererwärmung unterworfen wird, da die Verminderung der Festigkeit an der Grenzfläche zwischen der Sinterkörperschicht und dem Substrat groß ist. Dies ist einer der größten Nachteile des Verbundsinterkörpers.

Die Herabsetzung der Festigkeit an der Bindungsgrenzfläche kann vermieden werden, wenn die Erwärmungstemperatur bei der Herstellung des Werkzeuges vermindert wird, beispielsweise indem ein hartes Lötmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt ausgewählt wird. Wenn jedoch ein spanabhebendes Werkzeug unter Verwendung eines Lötmittels niedriger Temperatur hergestellt wird, dann erweicht das Lötmittel, wenn die Temperatur der Schneidkante des Werkzeuges während des spanabhebenden Vorganges erhöht wird, bis das angelötete Teil seine Stellung ändert. Der Bereich , in dem ein solches Werkzeug verwendet werden kann, ist daher unvermeidbar beschränkt.

Es wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um eine Methode herauszufinden, um einen Diamantsinterkörper zu erhalten, bei dem die Bindungsfestigkeit zwischen der Sinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat niemals reduziert wird, auch wenn er einer Erwärmung unterworfen wird. Beispielsweise wurde versuchsweise ein Sinterkörper hergestellt, bei dem die Diamantsinterkörperschicht ein Eisengruppenmetall als Lösungsmittel der Diamanten enthielt, wodurch die Diamantteilchen direkt miteinander verbunden wurden, während eine Zwischenschicht aus Co, die die Diamanten nicht auflöst, an der Grenzfläche zwischen der Sinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat gebildet wurde. Bei diesem Verbundsinterkörper trat kein Abblättern zwischen der Diamantsinterkörper-

schicht und dem Sinterkarbidsubstrat auf, auch nicht bei einer Erwärmung auf 1000⁰C im Vakuum.

Ein spanabhebendes Werkzeug, das aus einem solchen Verbundsinterkörper hergestellt ist, der eine Zwischenschicht aufweist, die eine geringe Festigkeit bei erhöhter Temperatur an der Grenzfläche zwischen der Sinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat besitzt, weist den Nachteil auf, daß die Zwischenschicht sich plastisch durch Beanspruchung und Wärme, die auf die Diamantsinterkörperschicht einwirkt, die die Schneidkante bildet, verformt und zerstört wird.

Es gibt zwei Verfahren, um einen Verbunfeinterkörper , der CBN in seiner harten Schicht wie im Falle des vorstehend erwähnten Diamantsinterkörpers aufweist, herzustellen. Bei einem Verfahren wird der CBN-haltige, harte Sinterkörper direkt an das Sinterkarbid gebunden, während bei dem anderen der CBN-haltige harte Sinterkörper an das Sinterkarbid über eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht gebunden wird.

Im ersteren Falle bleibt der CBN-haltige harte Sinterkörper kaum an dem Sinterkarbidsubstrat haften, wenn das CBN-bindende Material, beispielsweise Al₃O₃, eine geringe Affinität zu dem Sinterkarbid hat.

Falls ein harter Sinterkörper, der eine große Menge CBN enthält, direkt an das Sinterkarbidsubstrat gebunden wird, wird Co W B , das sehr spröde aufgrund seiner hohen Härte ist, Jl

in großen Mengen an der Bindegrenzfläche durch die Reaktion von WC-Co und CBN erzeugt, wodurch die Bindefestigkeit herabgesetzt wird. Die letztere Methode, bei der eine Zwischenbindeschicht verwendet wird, ist deshalb vorzur1„hen, wenn der CBN-haltige harte Sinterkörper fest an das Sinterkarbidsubstrat gebunden werden soll.

Hxnsichtiich des Einsatzes einer Zwischenbindeschicht beim Binden eines harten Sinterkörpers, der CBN enthält, geht aus der offengelegten Patentschrift SH-51-64693 ein Verfahren hervor, bei dem unter Anwendung einer hohen Temperatur ein metallisches Lötmittel als Bindeschicht verwendet wird.

Darin ist angegeben, daß der CBN-haltige harte Sinterkörper fest an dem Sinterkarbidsubstrat durch die Zwischenschaltung eines Hochtemperatur-Metallötmittels haftet. Wenn jedoch ^A12°3 ^als CBN-bindendes Material enthalten ist, so haftet die Sinterkarbidschicht kaum, auch nicht an dem Metallötmittel.

Einer der größten Vorteile bei dem Sintern unter extrem hohen Druck ist darin zu sehen., daß der Sintervorgang durch eine Verdichtung, die bei tiefer Temperatur zustande kommt, erfolgt, wodurch das Kornwachstum gesteuert werden kann. Bei einer niedrigen Temperatur reagiert das Hochtemperatur-Metallötmittel jedoch kaum mit dem CBN-haltigen harten Sinterkörper. Die Bindefestigkeit ist deshalb niedrig.

Ein Metallötmittel, das bei einer niedrigen Temperatur schmilzt, besitzt den Nachteil, daß ein Metallötmittelbestandteil in den Sinterkörper während des Sintervorgangs fließt, wodurch die Eigenschaften des Sinterkörpers verschlechtert oder die Bindefestigkeit an der Bindefläche herabgesetzt wird, wenn die Temperatur während des spanabhebenden Vorgangs erhöht wird, wodurch das Werkzeug unbrauchbar wird.

Die Eigenschaften, die von einer Zwischenbindeschicht zur Bindung von dem CBN-haltigen Sinterkörper an das Sinterkarbidsubstrat verlangt werden, sind folgendermaßen. Die Zwischenbindeschicht sollte in der Lage sein, fest an dem Diamantenoder CBN-haltigen harten Sinterkörper sowie dem Sinterkarbidsubstrat bei niedrigen Temperaturen während des SinterVorgangs

bei extrem hohem Druck zu haften, wobei ihr Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen mit dem des Diamant- oder CBN-haltigen Sinterkörpers und dem des Sinterkarbidsubstrats übereinstimmen soll, so daß keine zu große Restspannung in dem Sinterkörper erzeugt wird.

Die Zwischenbindeschicht sollte aus einem Material bestehen, das bei erhöhter Temperatur kaum dazu neigt, deformiert zu werden, so daß es zu keiner plastischen Deformation durch die Spannung und die Erwärmung kommt, die an der Schneidkante des Werkzeugs entstehen. DarÜberhinaus sollte es eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, so daß die Abführung der Wärme, die an der Schneidkante erzeugt wird, erleichtert ist. Es sollte freilich eine ausreichende Festigkeit besitzen.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist der Schluß gezogen worden, daß ein Material,das CBN in einer Menge von weniger als 70 Volumenprozent enthält, wobei der restliche Teil aus einer Verbindung besteht, die aus den Karbiden, Nitriden, Carbonitriden, Boriden der 4a-, 5a- und 6a-übergangsmetalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Zusammensetzung einer gegenseitigen festen Lösung davon, ausgewählt ist oder eine Verbindung, die aus Karbiden, Nitriden, Carbonitriden und Boriden der 4a- und 5a-übergangsmetalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Zusammensetzung einer gegenseitigen festen Lösung davon, ausgewählt ist, wobei Al oder Si hinzugefügt ist, für die besagte Zwischenbindeschicht geeignet ist.

Eine derartige Zwischenbindeschicht weist eine hohe Steifheit und eine überragende Wärmefestigkeit auf, da sie eine Verbindung enthält, die aus den Karbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Boriden der 4a-, 5a- oder 6a-übergangsmetc.lie des Periodensystems oder einem Gemisch davon ausgewählt ist.

Es wurde durch Experimente festgestellt, daß unter extrem hohen

Druck- und hohen Temperaturbedingungen bei der Herstellung eines Diamantsinterkörpers der Diamantsinterkörpex starr und fest an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung der Zwischenbindeschicht gebunden wird. Bei dem Verbundsinterkörper, der CBNrKarbid und Nitrid umfaßt und eine Zwischenbindeschicht aufweist, sind Diamantlösungsmetalle, wie Co, die von dem Sinterkarbidsubstrat wegfließen, nicht in großer Menge an der Grenzfläche zwischen der Diamantsinterkörperschicht und der Zwischenbindeschicht vorhanden, wobei die Diamantteilchen

TO in direktem Kontakt mit der Zwischenbindeschicht an einer großen Fläche vorliegen. Dadurch wird die Festigkeit beim Wiedererwärmen nicht vermindert.

Wie vorstehend beschrieben ist_f ist die Erfindung sehr brauchbar, das sie es ermöglicht/ die Diamantsinterkörperschicht fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat zubinden.

Es wurde ein Sinterkörper hergestellt, bei dem das CBN-Bindematerial Al₂O₃ war, und zwar unter Verwendung einer Zwischenschicht, die 60 Volumenprozent CBN enthielt, wobei der restliche Teil aus Al-haltigem TiN bestand. Es wurde festgestellt, daß der CBN-haltige harte Sinterkörper sehr fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung der Zwischenbindeschicht gebunden war.

Weiterhin wurde eine Zwischenbindeschicht, die 20 Volumenprozent CBN enthielt, wobei der restliche Teil aus einem Pulvergemisch aus TiN und TaC, einem Pulver, das 80 Volumenprozent CBN enthielt, wobei der restliche Teil aus Al₃O₃ und TiC be-

stand, einem Sintern bei einem extrem hohen Druck und einer Temperatur von 1500 bis 1600⁰C unterworfen.

Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der Teil des CBN-haltigen Sinterkörpers frei von zugeströmten Co war, das das Bindemetall des SinterkörperSubstrats darstellte, obgleich die

Zwischenschicht das Einströmen davon ermöglichte, wodurch eine ■ Verschlechterung der Eigenschaften des CBN-haltigen harten Sinterkörpers durch ein Einfließen von Co verhindert wurde.

Der Grund, warum das Material, das CBN in einer Menge von weniger als 70 Volumenprozent enthält, wobei der restliche Teil aus einer Verbindung besteht, die aus Karbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Boriden der 4a-, 5a- oder 6a-übergangsmetalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Zusammensetzung einer gegenseitigen festen Lösung davon, ausgewählt ist, wobei Al oder Si dazu hinzugefügt sind, als Zwischenbindeschicht geeignet ist, wird nachstehend erläutert.

Erstens wird die Adhäsion zwischen dem Diamanten- oder CBN-haltigen harten Sinterkörper und der Zwischenbindeschicht durch die Affinität der Karbide und Nitride der 4a-, 5a- und 6a- Metalle des Periodensystems in der Zwischenbindeschicht für Eisengruppenmetalle verstärkt, wobei Karbide und Nitride als Bindephasen des Diamantpulvers oder CBN-Pulvers verwendet werden, während, da die Zwischenbindeschicht und die harte Schicht im Pulverzustand vor dem Sintern gegenseitig in Kontakt sind, die beiden Schichten eine gemischte Fläche beider Materialien dazwischen in einer Breite von einigen Teilchen nach dem Sintern aufweisen.

Darüberhinaus reagiert das Bindematerial der harten Schicht mit dem CBN, das in der Zwischenschicht an der Bindefläche der harten Schicht enthalten ist, während Karbide, Nitride, Carbonitride und Boride der 4a-, 5a- und 6a-übergangsmetalle, die den restlichen Teil der Zwischenbindeschicht bilden, mit dem CBN der harten Schicht reagieren, wodurch die Adhäsion verstärkt wird.

Die Zwischenbindeschicht ist zweitens fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat gebunden, da nicht nur gegenseitige feste

Lösungen zwischen WC, das hauptsächlich das Sinterkarbidsubstrat bildet, und Karbiden, Nitriden, Carbonitriden, Boriden usw. der 4a-, 5a- und 6a-Übergangsmetalle des Periodensystems, die in der Zwischenschicht enthalten sind, gebildet werden, sondern diese Verbindungen auch eine hohe Affinität gegenüber Co aufweisen, das in dem Sinterkarbidsubstrat enthalten ist. Der Umstand, daß CBN, das in der Zwischenbindeschicht vorhanden ist, mäßig mit dem Sinterkarbidsubstrat reagiert, dürfte ein weiterer Faktor der starren Adhäsion sein.

Weiterhin wird durch den Zusatz von Al und Si von mehr als 0,1 Gewichtsprozent zu den Karbiden oder Nitriden der 4a- und 5a-Metalle des Periodensystems nicht nur das Sintervermögen der Zwischenbindeschicht verbessert, sondern darüberhinaus die Affinität zwischen der besagten Verbindung und den Diamanttelichen. Dieser Effekt ist besonders deutlich, wenn TiN unter den Karbiden, Nitriden, Carbonitriden und Boriden der 4a-Metalle des Periodensystems verwendet wird.

Dies dürfte dem Umstand zuzuschreiben sein, daß TiN, wenn Al dazugegeben wird, auch bei einer niedrigen Temperatur von 800 bis 900⁰C sinterbar und verwendbar ist, ohne daß die Gefahr eines Schmelzens besteht, auch nicht bei erhöhten Temperaturen von 1500 bis 1600⁰C, während es eine hohe Affinität gegenüber CBN in dem harten Sinterkörper sowie gegenüber WC in dem Sinterkarbidsubstrat aufweist.

Die erfindungsgemäße Zwischenbindeschicht weist eine hohe Härte und eine überragende thermische Leitfähigkeit auf, da sie CBN enthält, wodurch die CBN-haltige harte Sinterkörperschicht in die Lage versetzt wird, ihre Eigenschaften in vollem Umfang zu zeigen.

Wenn der CBN-Gehalt der Zwischenbindeschicht mehr als 70 Vo-

lumenprozent beträgt, wird der restliche Teil, d.h. der Gehalt an Karbiden, Nitriden, Karbonitriden, Boriden usw. der 4a-, 5a- und 6a-Metalle des Periodensystems zwangsläufig auf weniger als 30 Volumenprozent reduziert, wodurch das Verhältnis der Bildung von gegenseitigen festen Lösungen mit WC an der Grenzfläche zwischen der Zwischenbindeschicht und dem Sinterkarbidsubstrat relativ herabgesetzt wird, während das Borid, das bei der Reaktion zwischen WC-Co und CBN erzeugt wird, übermäßig ansteigt, was zur Folge hat, daß die Zwischenbindeschicht spröde und brüchig wird. Der CBN-Gehalt der Zwischenbindeschicht beträgt deshalb vorzugsweise weniger als 70 Volumenprozent.

Der Diamanten- oder CBN-Gehalt des harten Sinterkörpers beträgt vorzugsweise mehr als 20 Volumenprozent, da die hervorragenden Eigenschaften als Werkzeug bei weniger als 20 Volumenprozent nicht erreichbar sind.

Die Dicke der harten Schicht des Verbundsinterkörpers nach der Erfindung beträgt im allgemeinen vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 mm, obgleich sie in Anpassung an den Verwendungszweck variierbar ist.

Im Hinblick auf den Umstand, daß die Verschleißbreite der Freifläche der Schneidkante im allgemeinen weniger als 0,5 mm beträgt, wenn das Werkzeug durch Verschleiß unbrauchbar wird, ist es ausreichend, wenn die harte Schicht eine Dicke von mehr als 0,5 mm aufweist, wenn sie als Werkzeug-Schneidkante verwendet wird. Eine Dicke von mehr als 2 mm ist in der Praxis nicht notwendig.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Zwischenbindeschicht beträgt weniger als 2 mm. Das Substrat, an das die harte Schicht unter-Zwischenschaltung der Zwischenbindeschicht gebunden ist, besteht aus Sinterkarbid.

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Ein Sinterkarbidsubstrat auf der Basis von WC ist wegen seiner großen Steifheit und guten Wärmeleitfähigkeit sowie überragenden Fähigkeit aufgrund des Gehalts an einem metallischen Bindemittel besonders geeignet.

Figur 2 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Verbundsinterkörpers für den Einsatz in einem Werkzeug. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Diamanten- oder CBN-haltige harte Sinterkörperschicht, die als Schneidkante eines Werkzeugs 2 verwendet wird, die Bezugsziffer 2 bezeichnet ein Sinterkarbidsubstrat auf der Basis von WC und die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine erfindungsgemäße Zwischenbindeschicht.

Die Verbindungen, die in dieser Zwischenbindeschicht enthalten sind, umfassen Karbide, beispielsweise TiC, ZrC, HfC, NbC und TaC, Nitride, beispielsweise TiN, ZrN, HfN und TaN, oder ein Gemisch davon, Carbonitride, beispielsweise Ti (C,N) und Zr (C,N), oder Boride, beispielsweise TiB„, ZrB„ und HfB,,.

Der erfindungsgemäße Verbundsinterkörper wird nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Um eine Zwischenbindeschicht zu erhalten, die hauptsächlich aus CBN und Karbiden, Nitriden, Carbonitriden, Boriden, Gemischen davon oder einer Zusammensetzung aus einer gegenseitigen Lösung davon besteht, wird eine Schicht aus einer Pulvermischung zwischen dem Sinterkarbidsubstrat und dem Pulver, das die Diamanten- oder CBN-haltige harte Schicht bildet, im pulverförmigen Zustand in der erforderlichen Menge, als Preßkörper oder durch Aufbringung auf dem Sinterkarbidsubstrat im vorläufigen Zustand eines Breis, der mit einem geeigneten Lösungsmittel vermischt ist, vorgesehen, wobei das Ganze unter einem ultrahohen, d.h. extrem hohen Druck und einer hohen Temperatur heißgepreßt wird_p wodurch die Diamanten- oder CBN-haltige harte Schicht und die Zwischenbindeschicht, die CBN , Karbide, Nitride, Carbonitride.

Boride usw. enthält, sintern und sie gleichzeitig an das Sinter-

karbidsubstrat gebunden werden.

Die Karbide, Nitride, Carbonitride, Boride usw. der 4a-, 5a- und 6a-Metalle des Periodensystems sind Verbindungen großer Festigkeit. Unter extrem hohen Druckbedingungen (im allgemeinen 20 bis 90 Kb), um die die Diamanten- oder CBN-haltige harte Schicht zu sintern, werden die Teilchen dieser Verbindungen jedoch deformiert, zerkleinert und leicht in einen verdichteten Zustand übergeführt, wobei die Zwischenbindeschicht in einenSinterkörper hoher Dichte durch das nachfolgende Erwärmen übergeführt wird.

Das Pulver der Karbide, Nitride und Karbonitride der 4a-Metalle des Periodensystems, aus der die Zwischenbindeschicht gebildet wird, weist folgende Formel auf:

MC_x, MN_x, M(CN)_x

wobei M ein Metall bedeutet. Der Wert χ kann einen sehr großen Bereich außerhalb der stöchiometrischen Zusammensetzung (x = 1) einnehmen.

Erfindungsgemäß wird eine starre feste Bindung insbesondere dann zustandegebracht, wenn eine nicht- stöchiometrische Verbindung , bei der der Wert χ kleiner als 0,98, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,9 und 0,5 liegt, verwendet wird.

Der Grund dafür wird nachstehend erläutert. Da sie Leerstellen aufweisen, sind sie bei tiefer Temperatur leicht zu sintern, und wenn CBN darin enthalten ist, verbinden sie sich fest mit CBN, wobei sie damit reagieren, während sie fes*- an den Diamantteilchen der harten Schicht und dem WC des Substrats haften, indem sie damit reagieren. In den nachstehend beschriebenen Beispielen weisen sämtliche danach benutzte Verbindungen einen Wert χ von weniger als 0,98 auf. Insbesondere

-19-ist TiN ein Pulver, bei dem x 0,8 ist.

Nach der Erfindung ist die harte Schicht, die Diamanten oder CBN in. einer Menge von mehr als 20 Volumenprozent aufweist, für die Schneidkante bestimmt, wenn der Sinterkörper nach der Erfindung für den Einsatz in einem Werkzeug bestimmt ist.

Nach der Erfindung kann die Struktur der harten Schicht in Abhängigkeit von deren Gebrauch geändert werden.

Wenn ein spanabhebendes Diamantwerkzeug, bei dem insbesondere die Verschleißfestigkeit Bedeutung hat, verwendet wird, kann ein Sinterkörper, der mehr als 90 Volumenprozent Diamanten enthält, zu diesem Zweck vorgesehen werden.

Obgleich ein solcher Diamantsinterkörper erhältlich ist, indem ausschließlich Diamantpulver gesintert wird, kann ein Bindemetallpulver oder ein Pulver einer Metallverbindung mit dem Diamantpulver vermischt werden.

Stattdessen kann eine Lösung eines diamantbildenden katalytischen Metalls oder anderer Bindemetalle dazu gebracht werden, die Diamantpulverschicht auszufüllen. Bei den gegenwärtig im Handel erhältlichen Diamantsinterkörpern, bei denen die Diamantpulverschicht direkt an das Sinterkarbidsubstrat gebunden ist, fließt das Co, das in dem Substrat enthalten ist, in die Diamantpulverschicht hinein, um als Bindemittel des Diamantsinterkörpers zu wirken.

Erfindungsgemäß kann das Bindemetall unabhängig von dem Bindemetall ausgewählt werden, das in dem Sinterkarbidsubstrat enthalten ist.

Der erfindungsgemäße Verbundsinterkörper ist auf einem großen Gebiet einsetzbar, das spanabhebende Spitzen, Schleifstein-

blöcke , Bohrerspitzen usw. umfaßt. Insbesondere wenn er auf einen Träger durch Erwärmen gelötet wird, zeigt er seine Eigenschaften in vollem Ausmaß. Er ermöglicht es, eine Bindefestigkeit zu erhalten, die größer ist als die spanabhebender natürlicher Diamantwerkzeuge sowie handelsüblicher Diamantsinterkörper-Werkzeuge, die gegenwärtig erhältlich sind.

Wenn er an einer Stelle verwendet wird, wo eine absatzweise spanabhebende Bearbeitung durchgeführt wird, zeigt das erfindungsgemäße Verbundwerkzeug seine hervorragenden Eigenschaften besonders zufriedenstellend, da die Diamant- oder CBN-haltige harte Schicht sehr starr an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung der Zwischenbindeschicht gebunden ist.

Besonders , wenn das Bindemittel, das in der Diamant- oder CBN-haltigen harten Schicht enthalten ist, eine relativ schwache Affinität gegenüber dem ultraharten Legierungssubstrat, beispielsweise Al„O~, Si^N. oder SiC, aufweist, oder wenn der Diamant- oder CBN-Gehalt mehr als 80 Volumenprozent beträgt, wird die Wirkung der Zwischenbindeschicht nach der Erfindung noch deutlicher.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Pulver, das 60 Volumenprozent CBN enthielt, wobei der restliche Teil aus TiN bestand, das 10 Gewichtsprozent Al enthielt, das in einen breiförmigen Zustand übergeführt worden war, indem ein organisches Lösungsmittel, da"· Äthylzellulose enthielt, dazugegeben wurde, wurde auf die obere Oberfläche eines Sinterkörpers aufgebracht, der einen Außendurchmesser von 10mm, eine Höhe von 3 mm und eine Zusaumen-

-21-setzung aus WC-6%Co aufwies.

Die so hergestellte Probe wurde in eine Kapsel gegeben, die aus Mo bestand und einen Innendurchmesser von 10 mm und einen Außendurchmesser von 12 mm aufwies, wonach ein Diamantpulver, das eine mittlere Teilchengröße von 5 μ aufwies, in die Kapsel in einer Menge von 0,3 Gramm gestopft wurde, so daß es sich in direktem Kontakt mit der Oberfläche, die mit dem Pulvergemisch aus CBN, TiN und Al bedeckt war, befand. Weiterhin wurde darauf eine Fe-Ni-Legierungsplatte mit einer Dicke von 0,3 mm angeordnet. Die Kapsel wurde mit einem Stopfen aus Mo dicht verschlossen und in eine Ultrahochdruck-Einrichtung zur Synthese von Diamanten gegeben.

Als Druckmedium wurde Pyroferrit verwendet, wobei als Heizung ein Graphitrohr eingesetzt wurde. Der Druck wurde auf 60 Kb erhöht, wonach die Temperatur auf 130O⁰C erhöht und 30 Minuten lang gehalten wurde. Die aus Mo hergestellte Kapsel wurde aus der Ultrahochdruck-Einrichtung herausgenommen und das Mo wurde durch Abschleifen entfernt, um einen Sinterkörper zu erhalten. Der so erhaltene Sinterkörper war ein Diamantsinterkörper, der einen Außendurchmesser von etwa 10 mm und eine Dicke von 1 mm aufwies und fest an ein WC-6%Co Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht mit einer Dicke von etwa 50 μ, die CBN enthielt, gebunden war.

Eine Untersuchung der Bindegrenzfläche mittels Röntgen-Mikroanalyse ergab, daß der Sinterkörper fest und starr durch Fe-Ni-Bindematerial gebunden war, während keine Stelle beobachtet wurde, wo das Co des Sinterkarbidsubstrats und Fe sowie Ni, die zur Diamantensinterung verwendet wurden, im Übermaß vorhanden waren.

Der Verbundsinterkörper wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug zerschnitten und auf einen Stahlschaft mit einem gewöhnlichen Silberschutz-Lötmittel für Sinterkarbide bei etwa

-22-800⁰C gelötet.

Nach dem Löten wurde die Schneidkante mit einem Diamantschleifwerkzeug fein geschliffen. Eine Untersuchung ergab " keine Unregelmäßigkeiten der Bindung zwischen der Diamantsinterkörperschicht und dem Sinterkarbidsubstrat.

Das so erhaltene spanabhebende Werkzeug wurde einem Schneidtest mit einer runden Stange aus WC-12%Co Sinterkarbid mit einem Außendurchmesser von 50 mm unter folgenden Bedingungen unterworfen: Schneidgeschwindigkeit 15 m/min, Schnittiefe 0,5 mm und Vorschub 0,1 mm/U. Die Diamantsinterkörperschicht blätterte nicht ab , auch nicht nach einem 20 Minuten langen Schneiden. Die Verschleißbreite der Freifläche des Werkzeugs betrug 0,15 mm.

Ein spanabhebendes Werkzeug wurde unter den gleichen Bedingungen aus einem handelsüblichen Sinterkörper für den Einsatz in einem Werkzeug hergestellt, bei dem ein Diamantsinterkörper direkt an das Sinterkarbidsubstrat mit Co als Bindemittel gebunden wurde. Wenn dieses spanabhehende Werkzeug dem gleichen Test unter den gleichen Bedingungen unterworfen wurde, blätterte die Diamantsinterkörperschicht an der Grenzfläche zwischen ihr und dem Sinterkarbidsubstrat in einem frühen Schneidstadium ab, wodurch es für den weiteren Betrieb unbrauchbar wurde.

Beispiel 2

Ein CBN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μ, ein TiN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μ und ein TiC-Pulver mit einer mittleren Teilchen<~\öFe von 1 u wurden in einem Volumenverhältnis von 5:3:2 vermischt.

Das Pulvergemisch wurde zu einem Körper gepreßt, der einen

Außendurchmesser von 10 mm und eine Höhe von 1 mm aufwies. Ein WC~10%Co-Substrat wurde in eine aus Mo hergestellte Kapsel gegeben, die einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm aufwies, wonach der besagte gepreßte Körper darauf angeordnet wurde. Ferner wurde darauf ein Pulvergemisch aus Diamanten und TiC mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μ angeordnet. Die Kapsel wurde unter extrem hohem Druck in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 heißgepreßt. Der so erhaltene Sinterkörper umfaßt eine harte Schicht, die aus Diamanten und TiC besteht, die fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung einer Zwischenschicht von 0,8 mm, die aus CBN, TiN, TiC und Ti(C,N) besteht, gebunden war.

Der Sinterkörper wurde in einem Vakuumofen bei einer Temperatür von 1000⁰C 30 Minuten lang aufbewahrt. Der Sinterkörper zeigte jedoch keine Änderung oder Abblätterung an seiner Grenzfläche.

Beispiel 3

Ein WC-8%Co-Substrat, das mit einem Pulvergemisch bedeckt war, das aus 40 Volumenprozent CBN bestand, wobei der restliche Teil aus TiN-Al und Si bestand, wurde in eine aus Mo hergestellte Kapsel mit einem Außendurchmesser von 12 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm gegeben, worauf ein Pulvergemisch aus Diamantteilchen, WC und Co mit einer Teilchengröße von kleiner 1 μ in einem Volumenverhältnis von 80s15;5 in die Kapsel gestopft wurde, so daß es mit dem besagten Substrat in Kontakt kam. Auf ähnliche Weise wurde ein Pulvergemisch aus Diamantpulver, WC und Co mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μ in einem Verhältnis von 40;50:10 in eine andere Kapsel gestopft. Beide Kapseln wurden mit Mo-Stopfen dicht verschlossen und 30 Minuten in eine Ultrahochdruck-Einrichtung bei 60 Kb und 1300⁰C gegeben.

Die so erhaltenen Sinterkörper wiesen eine Diamantsinterkörperschicht auf, die fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht aus CBN, TiN, Al bzw. Si gebunden war. Aus diesen Verbundsinterkörpern wurden in gleicher Weise wie im Beispiel 1 spanabhebende Werkzeuge hergestellt, die einem Schneidtest mit einem Werkstück aus Al-20%Si unterworfen wurden, das zwei V-förmige Nuten umfangsmäßig in einem Abstand von 180° aufwies , und zwar unter den Bedingungen: Schneidgeschwindigkeit 100 m/min, Schneidtiefe 1 mm und Vorschub 0,30 mm/U.

Zum Vergleich wurde dem gleichen Test und unter den gleichen Bedingungen ein handelsüblicher Sinterkörper für den Einsatz in einem Werkzeug unterworfen, bei dem ein Diamantsinterkörper direkt an ein Sinterkarbidsubstrat gebunden war.

Bei den zwei erfindungsgemäßen Sinterkörpern trat weder ein Abplatzen der Schneidkante noch ein Abblättern der Bindegrenzfläche auf, auch nicht nachdem die V-förmige Nut lOOOmal passiert worden war, während im Falle des handelsüblichen Sinterkörpers für den Einsatz in einem Werkzeug ein Abblättern auftrat, nachdem die V-förmige Nut 1OOmal passiert worden war.

Beispiel 4

Ein Sinterkörper einer WC-ö^Co-Zusammensetzung mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von 3 mm wurde in einer aus Mo hergestellten Kapsel mit einem Innendurchmesser von 10 mm und einem Außendurchmesser von 12 mm angeordnet, wonach darauf ein gepreßter Körper mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 0,5 r.^. aus einem Pulvergemisch aus CBN, TiN und TaN mit einer mittleren Teilchengröße von 5 |i in einem Volumenverhältnis von 3:6:1 an-5 geordnet wurde. Dann wurde ein Diamantpulver mit einer mitt-

leren Teilchengröße von 7 μ in einer Menge von 0,3 Gramm in die Kapsel gestopft, wonach darauf eine Kupferplatte mit einer Dicke von 0,2 mm und eine Ni-Scheibe mit einer Dicke von 0,1 mm angeordnet wurde. Die Kapsel wurde mit einem aus Mo hergestellten Stopfen dicht verschlossen, worauf in gleicher Weise wie im Beispiel 1 20 Minuten lang in einer Ultrahochdruck-Einrichtung bei 1300⁰C gesintert wurde.

Der so erhaltene Sinterkörper wies eine Diamantsinterkörperschicht mit einem Außendurchmesser von etwa 10 mm und einer Dicke von etwa 1 mm auf und war an ein WC-Co-Substrat unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht mit einer Dicke von 0,4 mm, die CBN.enthielt, gebunden.

Selbst nach einem 2 Stunden langen Erhitzen im Vakuum bei 1000⁰C wies der Verbundsinterkörper an der Bindegrenzfläche keine Abblätterung auf und er war vollkommen in der Lage, dem gleichen Schneidtest wie im Beispiel 1 standzuhalten.

Beispiel 5

Ein WC-6%Co-Substrat (Außendurchmesser 10 mm, Höhe 3 mm ), das mit einer Dicke von 0,1 mm mit einem TiN-PuIver aus 60 Volumenprozent CBN und 5 Gewichtsprozent Al als restlichen Teil beschichtet und das rait einen zugegebenen organischen Lösungsmittel in einen breiförmigen Zustand übergeführt worden war, wurde in eine Ni-Kapsel mit einem Innendurchmesser von 10 mm und einem Außendurchmesser von 14 mm gegeben, worauf eine 35 Volumenprozent-CBN-Al-O -Pulvermischung in einer Menge von 0,30 Gramm in die Kapsel gestopft wurde, so daß sie in Berührung mit dem Sinterkarbidsubstrat kam. Darauf wurde weiterhin ein Sinterkarbid mit einer Dicke von 3 mm bzw. eine Kupferplatte mit einer Dicke von 0,2 mm gegeben.

Die Kapsel wurde mit einem Stopfen aus Ni dicht verschlossen

und in eine Ultrahochdruck-Einrichtung zur Synthese von Diamanten gegeben. Als Druckmedium wurde Pyroferrit ver- ' wendet, wobei ein Graphitrohr als Heizung diente. Der Druck wurde auf 55 Kb erhöht, worauf die Temperatur auf 1100⁰C erhöht und 20 Minuten gehalten wurde.

Das Ni wurde von der Kapsel weggeschliffen, nachdem sie aus der Ultrahochdruck-Einrichtung herausgenommen worden war. Der so erhaltene Sinterkörper wies einen Außendurchmesser von 10 mm und eine Dicke von 1 mm auf.

Der Sinterkörper war fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat gebunden und wies eine CBN-TiN-Al-Zwischenbindeschicht mit einer Dicke von etwa 0,1 mm auf. Der Sinterkörper war jedoch nicht an das Substrat gebunden, wo keine Zwischenbindeschicht vorhanden war, und konnte davon leicht abgelöst werden.

Beispiel 6

Ein CBN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μ wurde mit TiN in einem Verhältnis von 9:1 vermischt. In der gleichen Weise wie im Beispiel 1 wurde ein WC-6%Co-Substrat mit einem Pulvergemisch bedeckt, das aus 40 Volumenprozent CBN bestand, wobei der restliche Teil aus TiN, TiC und TiAl in einem Gewichtsverhältnis von 5:4:1 bestand. Ein Pulvergemisch aus 60 Volumenprozent CBN und 40 Volumenprozent TiN wurde in eine Mo-Kapsel gestopft, so daß sie mit der pulverbedeckten Oberfläche des Sinterkarbidsubstrat in Berührung kam. Das Ganze wurde bei 1300⁰C unter einem extrem hohen Druck von 50 Kb gesintert. Der so erhaltene Sinterkörper war fest und starr an das Sinterka-' ^dsubstrat unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht mit einer Dicke von 50 \i, die ausschließlich aus CBN und TiN bestand, 5 gebunden.

Der Verbundsinterkörper wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug geschnitten und auf einen Stahlschaft bei etwa 800⁰C mit einem gewöhnlichen Silberschutz-Lötmittel für Sinterkarbide gelötet.
5

Nach dem Löten wurde die Schneidkante mit einem Diamantrad fein geschliffen. Eine Untersuchung ergab,daß die Diamantsinterkörperschicht fest und starr an das Sinterkarbidsubstrat unter Zwischenschaltung einer Zwischcnbindeschicht gebunden war.

Eine Untersuchung des Einfließens von Verunreinigungen in den Teil der Schneidkante mittels einer Röntgenstrahlen-Mikroanalyse-Einrichtung zeigte, daß keine Spuren eines Einflusses des Bindemetalls des Sinterkarbids vorhanden waren.

Die Bindefestigkeit der CBN-haltigen harten Schicht wurde durch Schneiden eines Werkstücks (SCM21) getestet, das in einem Abstand von 180° am Umfang an zwei Stellen V-förmige Nuten aufwies. Die Testbedingungen waren; Schneidgeschwindigkeit 100 m/min, Schneidtiefe 1 mm, Vorschub 0,3 mm/U.

Zum Vergleich wurde ein handelsüblicher Sinterkörper, bei dem eine CBN-haltige harte Schicht durch Co direkt an ein Sinterkarbidsubstrat gebunden war, dem gleichen Test unterworfen. Es wurde als Ergebnis festgestellt, daß der erfindungsgemäße Sinterkörper starr und fest an das Sinterkarbidsubstrat gebunden blieb, auch nachdem die Nuten 10OOOmal passiert worden waren, während im Falle des handelsüblichen Co-gebundenen Sinterkörpers die harte CBN-Schicht von der Grenzfläche zwischen ihr und dem Sinterkarbidsubstrat abblätterte, nachdem die Nuten 7000mal passiert worden waren.

Beispiel 7
35

Ein WC-10%Co-Sinterkarbid wurde in eine Kapsel aus Mo mit

einem Innendurchmesser von 10 mm und einem Außendurchmesser von 14 mm gegeben, wonach darauf eine gepreßte Scheibe (Durchmesser 10 mm, Dicke 0,5 mm) aus einem Pulvergemisch aus 20 Volumenprozent CBN, wobei der restliche Teil aus TiN und TaC bestand, gegeben wurde. In die Kapsel wurde dann ein Pulvergemisch aus 80 Volumenprozent CBN mit einer Teilchengröße von 3 μ, wobei der restliche Teil aus Al-O₃ und TiC bestand, gestopft, worauf mit einem aus Mo hergestellten Stopfen dicht verschlossen wurde.

Das Ganze wurde in eine Ultrahochdruck-Einrichtung gegeben, in der es unter einem Druck von 70 Kb 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 16000⁰C gehalten wurde.

Bei dem so erhaltenen Sinterkörper war die CBN-haltige harte Schicht unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht fest mit dem Sinterkarbid verbunden. Bei der Röntgenstrahlen-Mikroanalyse der Zwischenbindeschicht wurde festgestellt, daß das Co des Sinterkarbids, obgleich es in der Zwischenbindeschicht vorhanden ist, vollkommen daran gehindert wurde, in die CBN-haltige harte Schicht einzudringen. f\

Vfiatemanwälte Dipping, m Eder DIpI.-Ina. Kvjtfsiire senke

8 München 40, Elisabethstraße

Claims

Patentanwälte

Dlpl.-Ing. E. Eder

Dlpl.-Ing. K. Schlesohke

8 München 40, Elisabethstraße 34

Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, Japan

Verbundsinterkorper sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Patentansprüche

1. Verbundsinterkorper für den Einsatz in einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet , daß ein harter Sinterkörper, der Diamanten und kubisches Bornitrid in einer Menge von mehr als 20 Volumenprozent enthält an einem Sinterkarbidsubstrat gebunden wird,, und zwar unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht, die eine Dicke von weniger als 2 Millimeter aufweist und kubisches Bornitrid in einer Menge enthält, die 70 Volumenprozent nicht übersteigt, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung besteht, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride, Carbonitride oder Boride der 4a-, 5a- und 6a-übergangsmetalle des Periodensystems, ein Gemisch davon oder eine Masse aus einer gegenseitigen festen Lösung davon umfaßt.

2. Verbundsinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbindeschicht eine Dicke von weniger als 2 Millimeter aufweist und kubisches Bornitrid in einer Menge von weniger als 70 Volumenprozent enthält, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung besteht, die ausgewählt wird aus Karbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Boriden des Ti, Zr sowie Hf der 4a-Metalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Masse aus einer gegenseitigen festen Lösung davon.

3. Verbundsinterkörper für den Einsatz in einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein harter Sinterkörper, der kubisches Bornitrid in einer Menge von mehr als 20 Volumenprozent enthält, an ein Sinterkarbidsubstrat gebunden ist, und zwar unter Zwischenschaltung einer Zwischenbindeschicht mit einer Dicke von weniger als 2 Millimetern, die kubisches Bornitrid in einer Menge enthält, die 70 Volumenprozent nicht übersteigt, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung besteht, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride oder Carbonitride der 4a- und 5a-Metalle des Periodensystems,ein Gemisch davon oder eine Masse aus einer gegenseitigen festen Lösung davon mit in einer Menge von mehr als 0,1 Gewichtsprozent an dazu gegebenem Al und/oder Si umfaßt.

4. Verbundsinterkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbindeschicht eine Dicke von weniger als 2 Millimeter aufweist und kubisches Bornitrid in einer Menge enthält, die 70 Volumenprozent nicht übersteigt, wobei der restliche Teil aus TiC und TiN der 4a-Metalle des Periodensystems mit einem Zusatz an Al in einer Menge von mehr als 0,1 Gewichtsprozent besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Verbundsinterkörpers für den Einsatz in einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß

¹^.

ein Pulver zur Bildung einer Zwischenbindeschicht, die kubisches.Bornitrid in einer Menge von weniger als 70 Volumenprozent umfaßt, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung, die ausgewählt wird aus den Karbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Boriden der 4a-, 5a- und 6a-übergangsmetalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Masse aus einer festen Lösung davon besteht, nach dem Pressen oder in pulverförmigem Zustand auf einem Sinterkarbidsubstrat mit einer Dicke, die 2 Millimeter nicht übersteigt, angeordnet wird oder einleitend auf dem Sinterkarbidsubstrat aufgebracht wird, weiterhin darauf ein Pulver angeordnet wird, um einen harten Sinterkörper zu bilden, der Diamanten oder kubisches Bornitrid in einer Menge von mehr als 20 Volumenprozent nach dem Pressen oder im pulverförmigen Zustand enthält, wobei das Ganze unter einem extrem hohen Druck und hoher Temperatur heißgepreßt wird, um die harte Schicht, die die Diamanten oder das kubische Bornitrid enthält, sowie die Zwischenbindeschicht zu sintern, wodurch die harte Schicht, die Zwischenbindeschicht und das Substrat aneinander gebunden werden.

6«. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver zur Bildung der Zwischenbindeschicht kubisches Bornitrid in einer Menge enthält, die 70 Volumenprozent nicht übersteigt, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung besteht, die ausgewählt wird unter den Karbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Boriden des Ti, Cr und Hf der 4a-Metalle des Periodensystems, einem Gemisch davon oder einer Masse aus einer gegenseitigen festen Lösung davon.

ο Verfahren zur Herstellung eines Varbundsinterkörpers für den Einsatz in einem Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver, das kubisches Bornitrid in einer Menge von

weniger als 70 Volumenprozent enthält, wobei der restliche Teil hauptsächlich aus einer Verbindung besteht, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride oder Carbonitride der 4a- und 5a-Metalle des Periodensystems, ein Gemisch davon oder eine Masse aus einer gegenseitigen festen Lösung davon umfaßt, wobei zusätzlich Al und/oder Si in einer Menge von mehr als 0,1 Gewichtsprozent hinzugefügt ist, nach dem Pressen oder in einem pulverförmigen Zustand auf einem Sinterkarbidsubstrat angeordnet wird, oder einleitend auf einem Sinterkarbidsubstrat aufgebracht wird, weiterhin darauf ein Pulver angeordnet wird, um einen harten Sinterkörper zu bilden, der kubisches Bornitrid in einer Menge von mehr als 20 Volumenprozent nach dem Pressen oder im pulverförmigen Zustand enthält, wobei das Ganze unter einem extrem hohen Druck und hoher Temperatur heißgepreßt wird, um die harte Schicht, die die Diamanten oder kubisches Bornitrid enthält, sowie die Zwischenbindeschicht zu sintern und sie gleichzeitig an das Sinterkarbidsubstrat zu binden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht stöchiometrische Verbindung, bei der der Wert von χ kleiner als 0,98 ist, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,9 und 0,5 liegt, wenn die Karbide, Nitride, Carbonitride der 4a-Metalle des Periodensystems dargestellt werden durch Mc , MN bzw. M(CN) , als Material der Zwischenbindeschicht verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß das Nitrid eines 4a-Metalls des Periodensystems TiN

Ji

ist.