DE3232869A1 - Diamantpressling fuer ein werkzeug und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Diamantpressling fuer ein werkzeug und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number
DE3232869A1
DE3232869A1 DE19823232869 DE3232869A DE3232869A1 DE 3232869 A1 DE3232869 A1 DE 3232869A1 DE 19823232869 DE19823232869 DE 19823232869 DE 3232869 A DE3232869 A DE 3232869A DE 3232869 A1 DE3232869 A1 DE 3232869A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diamond
grain size
powder
compact
tool according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19823232869
Other languages
English (en)
Other versions
DE3232869C2 (de
Inventor
Tetsuo Nakai
Shuji Itami Hyogo Yazu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP56138644A external-priority patent/JPS5841769A/ja
Priority claimed from JP19277281A external-priority patent/JPS5896848A/ja
Priority claimed from JP57095104A external-priority patent/JPS58213676A/ja
Priority claimed from JP12451282A external-priority patent/JPS5916942A/ja
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of DE3232869A1 publication Critical patent/DE3232869A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3232869C2 publication Critical patent/DE3232869C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/062—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
    • B01J2203/0645—Boronitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/065—Composition of the material produced
    • B01J2203/0655—Diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/065—Composition of the material produced
    • B01J2203/066—Boronitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0675—Structural or physico-chemical features of the materials processed
    • B01J2203/0685—Crystal sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/005—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes with additional metal compounds being borides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S76/00—Metal tools and implements, making
    • Y10S76/12—Diamond tools

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

Diamantpreßling für ein Werkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen gesinterten Diamantkörper bzw. Diamantpreßling für Werkzeuge und ein Verfahren zur Herstellung desselben und befaßt sich insbesondere mit einem gesinterten Diamantkörper oder Diamantpreßling für Werkzeuge/ der grobe Diamantkörner und einen Binder aufweist, der ultrafeine Diamantkörner enthält/ und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Gegenwärtig werden Diamantpreßlinge, die mehr als 70 Vol.-% an Diamant enthalten kommerziell für Drahtziehsteine oder Schneidwerkzeuge für nichteisenhaltige . Metalle , Kunststoffe oder Keramik vertrieben. Vor allem feinkörnige Diamantpreßlinge werden als günstig beurteilt, weil bei ihrer Verwendung als Ziehstein zum Ziehen eines relativ weichen Drahtstrangs, wie beispielsweise Kupferdraht, nach dem Ziehen durch diese ein Draht mit einer sehr glatten Oberfläche erhalten wird. Es hat jedoch noch niemand einen Diamantpreßling mit zufriedenstellenden Eigenschaften zum Ziehen eines hochfesten Drahtstrangs, wie beispielsweise einen messingbeschichteten Stahldraht mit hohem Kohlenstoffgehalt entwickelt. Wenn die kommerziell vertriebenen Diamantpreßlinge als Keramikschneidwerkzeuge oder Bohrerschneiden verwendet werden, besitzt der aus feinen Diamantkörnern bestehende Preßling ein Problem mit der Verschleißfestigkeit, und ein aus groben Diamantenkörnern bestehender Preßling neigt zu einem derartigen Brechen,
daß die Wiederverwendung unmöglich ist. Andere Werkzeugwerkaufweisen, / stoffe, die den oben beschriebenen Diamantpreßlingteil ' der an einem Substrat aus gehärteten Carbid gebunden ist, sind ebenfalls vertrieben und günstig beurteilt worden.
10 438
insbesondere als Schneidwerkzeug einer Al-Si-Legierung oder hochfesten Cu-Legierungen, trotz ihrer höheren Preise.
Die Erfinder haben Untersuchungen über die Eigenschaften dieser Werkzeugwerkstoffe vorgenommen und festgestellt, daß diese Werkstoffe als überwiegende Komponente Diamantkristalle besitzen, die miteinander zur Bildung einer Gitterstruktur in Berührung stehen, die einen besseren Verschleißwiderstand als die üblicherweise verwendeten gehärteten Carbide besitzen.
Es ist jedoch auch ermittelt worden, daß diese hervorragenden Diamantpreßlinge andererseits verschiedene Nachteile aufweisen. Der erste Nachteil besteht darin, daß deren Preis zu hoch ist, obwohl der Verschleißwiderstand sehr exzellent ist, und überdies auch hohe Kosten mit dem Nachschleifen verbunden sind. Wegen des hohen Preises kann sogar das einmal verschlissene Einsatzteil nicht weggeworfen werden, ohne daß es zuvor schon einmal nachgeschliffen wurde, während die Einsatzteile der gehärteten Carbide normalerweise Wegwerf artikel sind.' Wenn ein Einsatzteil aus einem Diamantpreßling einem demgemäßen Nachschleiftest unterzogen wird, scheint eher ein dafür verwendetes Diamantrad geschliffen zu werden, als das Einsatzteil. Das liegt daran, daß die Nachschleifwirkung sehr gering und der Verbrauch des Diamantrads sehr groß ist.
Der zweite Nachteil besteht darin, daß bei einem spanabhebenden Bearbeiten einer nicht-eisenhaltigen Legierung und der Betrachtung der bearbeiteten Oberfläche beispielsweise die Oberflächenrauhigkeit nicht so gering ist, wie wenn ein Schneidwerkzeug aus einem natürlichen Einkristalldiamant verwendet wird, und daß man keine schöne spiegelnde Oberfläche findet. Wenn zudem kleine Elemente, wie bei-
10 438
spielsweise Uhrenteile oder dünne Werkstücke spanabhebend bearbeitet werden, ergeben sich die Probleme, daß der Schneidwiderstand zu groß ist, um die Abmaßgenauigkeit einzuhalten, und daß die Werkstücke dazu neigen, verformt zu werden. Bei den kommerziell vertriebenen Diamantpreßlingen sind, wie oben ausgeführt wurde, die Diamantkristalle zur Bildung einer Gitterstruktur miteinander in Berührung, und unter den Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3 bis 8 um befindet sich Kobalt. Wenn die Kante eines Schneidewerkzeugs, das diesen Preßling enthält, beobachtet wird, ist festzustellen, daß die Rauhigkeit im wesentlichen der Größe der Kristallkörner entspricht. Dies wird für einen Grund dafür gehalten, daß eine schöne endbearbeitete Oberfläche kaum zu erzielen ist. Weiterhin neigt die metallische Co-Binderphase, die zwischen den Diamantkörnern vorliegt, dazu, an dem Werkstückmetall anzuhaften, was besonders in dem Fall ein Problem darstellt, in dem eine endbearbeitete spiegelnde Oberfläche erforderlich ist.
Um diese Probleme zu lösen, hat einer der Erfinder einen Preßling mit einem verminderten Anteil an Diamantkorn und einen Preßling, der aus Diamantkörnern mit einer Grösse von weniger als 1 um (US-Patente Nummer 4 171 973 und 4 303 442) entwickelt und vorgeschlagen. Diese Preßlinge sind sicherlich in ihrer Feinschleifbarkeit ebenso wie in ihrer Kantenschärfe verbessert, es hat sich jedoch herausgestellt, daß sie einige Nachteile hinsichtlich des Verschleißwiderstandes und des Adhäsionswiderstandes zeigen, die von der Verschiedenartigkeit der Werkstücke abhängt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zum Ziehen hochfester Drahtstränge, zum Schneiden von Keramik und als eine Bohrspitze verwendbaren Diamantpreßling zu
10 438
/Ik-
schaffen, durch den die oben beschriebenen Nachteile "des Standes der Technik überwunden werden können.
Die vorliegende Erfindung zielt weiterhin darauf-ab, einen Diamantpreßling oder einen gesinterten Diamantkörper für Werkzeuge sowohl mit hervorragendem Verschleißwiderstand als auch mit hervorragender Festigkeit zu schaffen.
Weiterhin soll nach der vorliegenden Erfindung ein geeigneter Diamantpreßling für die Verwendung als Bohrspitze und als Ziehstein zum Ziehen eines hochfesten Drahtstrangs verfügbar gemacht werden.
Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden·Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Diamantpreßlings zu schaffen.
Weiterhin soll nach der vorliegenden Erfindung ein Werkzeug geschaffen werden, das den oben beschriebenen Diamantpreßling enthält, der von einem Halteteil gehalten wird.
Erfindungsgemäß sind zur Lösung dieser Gesamtaufgabe die in den Ansprüchen genannten Merkmale vorgesehen.
Die Aufgaben werden durch einen Diamantpreßling für ein Werkzeug, der zu 20-85 Vol.-% aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3 μΐη oder mehr und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 20-95 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von 1 μπι oder weniger, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße
10 438
- /15-
von 1 μπι oder weniger und aus wenigstens einem aus der aus den Eisengruppenmetallen bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteil zusammengesetzt ist und ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Diamantpreßlings für ein Werkzeug gelöst, bei dem eine Mischung aus einem Diamantpulver mit einer Korngröße von 3 μΐη oder mehr, aus ultrafeinem Diamantpulver mit einer Korngröße von 1 μΐη oder weniger, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von 1 μπι oder weniger und aus wenigstens einem aus der aus den Eisengruppenmetallen bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteil zusammengesetzt ist, hergestellt wird und dann diese Mischung bei einer hohen Temperatur und unter hohem Druck, bei dem der Diamant beständig ist, unter Verwendung einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung heißgepreßt wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind auch in den übrigen Ansprüchen und dem anschließenden Beschreibungsteil enthalten, in dem unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen das Wesen und die Vorzüge der vorliegenden Erfindung detaillierter erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ■ eine schematische Ansicht des Berührungszustandes eines Ziehsteins mit einem Drahtstrang während des Ziehens;
Fig. 2 ein Mikrobild, das die Struktur des Preßlings gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt (Vergrößerung 1500-fach);
10 438
Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Veanschaulichung des Schleifvorgangs des erfindungsgemäßen Werkzeugs durch eine Diamantscheibe;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Bruchscherfestigkeit und der Diamantkorngröße eines Diamantpreßlings zeigt;
Fig. 5(A) Mikrobilder, die jeweils die Strukturen des un erfindungsgemäßen Preßlings und des markt
üblichen Preßlings mit einer Diamantkorngröße von 30-60 μπι zeigen;
' Fig. 6 eine graphische Darstellung, die für den
Preßling gemäß der vorliegenden Erfindung den Zusammenhang zwischen dem Steinschneiden und der Korngröße der groben Diamantkörner
darstellt;
20
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Steinschneiden und dem Anteil an groben Diamantkörnern zeigt;
Fig. 8 (A) jeweils Rasterelektronenmikroskopaufnahmen und (B) (Vergrößerung 30-fach und 500-fach) der
Kante des Preßlings gemäß der vorliegenden Erfindung nach dem Steinschneiden; und
"* jeweils Rasterelektronenmikroskopaufnahmen
und (B) (Vergrößerung 30-fach und 500-fach) der
Kante des kommerziell vertriebenen Diamantpreßlings für eine Bohrspitze nach dem Steinschneiden.
438
Die Erfinder haben sich bemüht, einen Werkstoff zu entwickeln, der gut feinschleif bar ist oder eine scharfe Kante ergibt und hervorragend hinsichtlich der Verschleiß- und Adhäsionsfestigkeit ist und haben infolgedessen ermittelt, daß dies durch einen Preßling erreicht werden kann, der zu 20-85 Vol.-% aus Diamantkörnern mit einer Korngrösse von wenigstens 3 μπι, vorzugsweise wenigstens 10 μΐΐι, und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 20-9 5 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden oder Boriden der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems öder aus deren festen Lösungen oder aus deren Mischkristallen und aus Eisengruppenmetallen wie Eisen, Kobalt und Nickel zusammengesetzt ist. Diese Carbide, Nitride, Kohlenstoffnitride, Boride, oder feste Lösungen oder Mischungen weisen eine Korngröße von höchstens 1 μπι, vorzugsweise 0,5 μπι auf und stehen im allgemeinen mit dem Eisengruppenmetall in einem Gewichtsverhältnis von wenigstens 50 %. Insbesondere besteht ein Verhältnis zwischen dem Carbid und dem Eisengruppenmetall derart, daß der Anteil des Carbids größer als der der eutektischen Mischung entsprechende ist.
Um den Grund zu untersuchen, daß eine zufriedenstellende Bearbeitung nicht vorliegt, wenn ein hochfester Drahtstrang durch einen kommerziell vertriebenen Diamantpreßling gezogen wird, werden Ziehsteine hergestellt, die drei Diamantpreßlinge mit einer Korngröße von 30-60 μπι, 2-6 μπι und höchstens 1 μπι verwenden und zum Ziehen von messingbeschichteten Stahldrähten eingesetzt. Wenn man die Drahtoberfläche und die Innenfläche betrachtet, so ist die Innenfläche jedes Ziehsteins in Längsrichtung zerkratzt und aufgerauht, und die Kratzer werden auf die Oberfläche des gezogenen Drahtes übertragen. Die Kratzer haben eine
10 438
Größe von etwa 1-3 μΐη und sind sehr tief. Für die Bildung der Kratzer auf der inneren Oberfläche des Ziehsteins wird folgendes angenommen. In jedem der verwendeten Diamantpreßlinge sind Diamantkörner zusammenhängend miteinander gebunden, um ein Diamantgitter zu bilden, bei dem Diamantpreßling mit einer Korngröße von 30-60 μπι werden jedoch die Kanten der Diamantkörner oder Diamantgitterteile anscheinend aufgebrochen und fallen bei dem reduzierten Abschnitt 1 heraus, bei dem der Draht und der Ziehstein, wie in Fig. 1 dargestellt, zuerst in Berührung treten, wodurch die innere Oberfläche des Ziehsteins zerkratzt wird. Bei dem Diamantpreßling mit einer Korngröße von 2-6 μπι wird angenommen,daß eher Diamantkörner von etwa 2 μπι zum Zerkratzen der inneren Oberfläche herausfallen, als daß das Diamantgitter am reduzierten Abschnitt 1 aufbricht. Andererseits wird angenommen, daß bei dem aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι bestehenden Preßling das Herausfallen jedes Diamantkorns und der Anhäufung mehrerer Diamantkörner auftritt, was feine und lange Kratzer auf der inneren Oberfläche des Ziehsteins bildet, wodurch die Drahtoberfläche zerkratzt wird.
Der Grund, warum vorbekannte Diamantpreßlinge sich nicht eignen, liegt darin, daß die innere Oberfläche eines Ziehsteins aufgrund des Aufbrechens des Diamantgitterteils und des Herausfallens von Diamantkörnern verkratzt wird und die Kratzer auf die Oberfläche eines Drahtes übertragen werden. Die Ursache für das Brechen des Diamantgitterteils und des Herausfallens von Diamantkörnern wird nachfolgend betrachtet.
Beim Drahtziehen wird die innere Oberfläche eines Ziehsteins durch einen Drahtstrang mit Normalkraft und Reibkraft beaufschlagt. Wenn üblicherweise Normalkraft und
10 438
Reibkraft zwischen den festen Berührungsflächen wirksam sind, werden Scherbeanspruchung und Hauptspannung erzeugt. In Fig. 1 wird die größte Hauptspannung auf der inneren Oberfläche des Ziehsteins 5 an dem Berührungspunkt des Drahtstrangs 6 und des Ziehsteins 5 im reduzierten Abschnitt 1 erzeugt, und die größte Scherbeanspruchung wird nahe dem Schnittpunkt des zurückstehenden Teils 3 und des Führungsteils 2 erzeugt, von dem der Drahtstrang 6 abgeht. 4 zeigt einen Rampenteil. Beim Ziehen eines hochfesten Drahtstrangs werden insbesondere die Normalkraft und die Reibkraft vergrößert, was zu einem Anstieg der maximalen Hauptspannung und der maximalen Scherbeanspruchung führt. Das Diamantgitterteil eines Diamantpreßlings, das Verunreinigungen, wie beispielsweise katalytische Metalle enthält, ist für die Festigkeit des Preßlings der schwächste Teil. Wenn demzufolge auf diesen Teil eine Hauptspannung oder eine Scherbeanspruchung gebracht wird, wird auf die die Verunreinigung enthaltenden Seite des Gitters eine konzentrierte Beanspruchung ausgeübt.
Insbesondere auf den reduzierten Abschnitt 1 wird eine wiederholte Beanspruchung mit einem Wechsel des Berührungsteils mit dem Drahtstrang 6 aufgegeben, und es bilden sich Risse, die zum Bruch führen.
Bei einem Preßling aus Diamantkörnern mit einer größeren Korngröße, beispielsweise 30-60 μπι, wird die größte Hauptspannung nahe der Oberfläche des reduzierten Abschnitts 1, wie zuvor beschrieben, erzeugt, so daß der Gitterteil um die Diamantkörner nicht aufbricht, sondern nur der Gitterteil nahe der Oberflächenschicht aufbricht und herausfällt. Große Diamantkörner selbst fallen kaum heraus. Andererseits ist auch bei einem Diamantpreßling mit einer Korngröße von 2-6 μπι oder höchstens 1 μΐη das Gitterteil wegen der kleineren Diamantkörner klein, und selbst wenn
10 438
das Gitterteil aufgebrochen wird und herausfällt, gibt es einige Kratzer auf der inneren Oberfläche eines Ziehsteins. Es werden jedoch alle Gitter um Diamantkörner aufgebrochen und auf diese Weise fallen oft einer oder mehrere Diamantkörner in geballter Form heraus, was zu großen Kratzern auf der inneren Oberfläche führt.
Um die oben erwähnten Nachteile vorbekannter Diamantpreßlinge zu überwinden, ist es nicht nur erforderlich, die Diamantkörner an dem Herausfallen zu hindern, sondern auch einem großen Aufbrechen bei den Diamantgitterteilen zu begegnen. Um das Herausfallen von Diamantkörnern zu verhindern, ist die Verwendung von Diamantkörnern, die eine:: Korngröße von mehr als einige' μπι aufweisen, wie oben beschrieben, günstig, da jedoch die Anwesenheit eines großen Diamantgitters zu einem Aufbrechen des Gitters führt, ist es erforderlich, ein Material auszuwählen, was keine großen Diamantgitter bildet. Falls ein Binder gegenüber Diamant ein geringeres Adhäsionsvermögen besitzt, neigen Diamantkörner dazu, herauszufallen, selbst wenn Diamantkörner mit einer Korngröße von mehr als einigen μπι verwendet werden. Wenn andererseits ein Binder mit geringerer Verschleißfestigkeit verwendet wird, verschleißt zuerst der Binderteil, und die Diamantkörner fallen während des Ziehens heraus. Demzufolge sind die Anforderungen für einen Binder hervorragendes Adhäsionsvermögen zu Diamanten und eine hohe Verschleißfestigkeit. Es ist weiterhin wünschenswert, einen Werkstoff zu verwenden, der einen verhältnismäßig kleineren Bereich an Gitterteil aufweist, der dazu neigt, herauszufallen.
Verschiedenartige Werkstoffe sind im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme hergestellt und untersucht worden, und es wurde in der Folge ein gute Funktionen auf-
10 438
weisender Preßling ermittelt, der Diaruantkörner mit einer Korngröße von 3 μπι oder mehr,vorzugsweise 10 μιη oder mehr, und einen Binder aufweist, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 1 μπι, oder weniger, vorzugsweise 0,5 μιη oder weniger, aus Körnern mit einer Korngröße von 1 μπι oder weniger aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden oder Boriden der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen oder aus deren Mischkristallen und aus einem Eisengruppenmetall zusammengesetzt ist.
Da der in dem Preßling gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Binder aus feinen Körnern mit einer Korngröße von 1 μπι oder weniger besteht, wird kein Gitter unter großen Diamantkörnern gebildet, noch wird die innere Oberfläche eines Ziehsteins aufgrund des Ausbrechens und Herausfallens von Diamantgittern zerkratzt. Man nimmt an, daß die Diamantkörner nicht herausfallen, weil die Diamantkörner mit Diamantkörnern in einer Korngröße von höchstens 1 μΐϋ, die in dem Binder enthalten sind, gebunden sind, und die Affinität der Carbide, Nitride, Kohlenstoffnitride oder Boride der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems oder Eisengruppenmetalle wie beispielsweise Fe, Ni und Co zu Diamant hervorragend ist. Der Binder enthält zusätzlich feine Diamantkörner mit einer Korngröße von 1 ρ oder weniger, und die Verschleißfestigkeit des Binders ist hervorragend, so daß der Binder während des Ziehens keinen abnormalen Abrieb aufweist. Wenn der Preßling nach der vorliegenden Erfindung in einen Ziehstein eingearbeitet wird, ist die Verschleißfestigkeit des Binders hervorragend, liegt jedoch unter der der groben Diamantkörner mit einer Korngröße von 10 μπι oder mehr, und der Binderteil wird im Vergleich mit den groben Diamantkörnern zu einem gewissen Maß zu-
10 438
sammengedrückt. Wenn in diesem Zustand das Drahtziehen ausgeführt wird, nimmt die Belastung auf den Diamantteil:1 zu, während die auf den Binderteil abnimmt. Demgemäß fallen die feinen Diamantkörner in dem Binderteil weder als einzelne Massen heraus, noch wird die innere Oberfläche eines Ziehsteins zerkratzt.
Der oben beschriebene Diamantpreßling nach der vorliegenden Erfindung wird allgemein hergestellt, indem eine Mischung aus Diamantpulver mit einer Korngröße von wenigstens 3 um, aus ultrafeinem Diamantpulver mit einer Korngröße von höchstens 1 um, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden und Boriden der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von höchstens 1 [ixa und aus wenigstens einem aus den Eisengruppenmetallen ausgewählten Bestandteil hergestellt und die resultierende Pulvermischung heiß bei einer Temperatur und einem Druck, bei (ienen der Diamant beständig ist und bei einer Temperatur von wenigstens 1200° C und einem Druck von wenigstens 45 Kbar unter Verwendung einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung gepreßt wird. Beispielsweise weist das grobe Diamantpulver eine Korngröße von wenigstens 10 \im auf und wird in einem Verhältnis von 20-85 Vol.-% vermischt, und das ultrafeine Diamantpulver weist mit den Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden und Boriden eine Korngröße von höchstens 0,5 um auf.
Bei dem Preßling nach der vorliegenden Erfindung beträgt die Korngröße des Diamanten wenigstens 3 \im, und die obere Grenze ist nicht besonders festgelegt, beträgt jedoch im allgemeinen höchstens 1 mm.· Derartige Diamantkörner machen zwischen 20 und 85 Vol.-%, insbesondere 50-70
10 438
Vol.-% aus. Die Korngröße von Diamantkörnern in dem Binder f
beträgt höchstens 1 μm, vorzugsweise höchstens 0,5 μπι, *
wobei die untere Grenze etwa 0,1 μπι beträgt und derartige [
Diamantkörner machen 20-95 Vol.-%, insbesondere 50-80 J
Vol.-% des Binderwerkstoffs aus. \
Bei dem Preßling nach der vorliegenden Erfindung ist das j
Verhältnis der Carbide der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems und der Eisen- ;
gruppenmetalle, die als Komponenten des Binders verwendet ;
i werden, im allgemeinen so, daß der Anteil der Carbide grös- '
ser als der der eutektischen Mischung entsprechende ist.
Fig. 2 ist ein Mikrobild, das eine typische Struktur des Preßlings nach der vorliegenden Erfindung zeigt, in dem sich Diamantkörner mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, Körner aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden oder Boriden der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems und eines Eisengruppenmetalls als Binder um Diamantkörner mit einer Korngröße von wenigstens 3 μπι befinden. Beim Schleifen dieses Preßlings treten zwar die scharfen Kanten des Diamantschleifrades mit dem Preßling, wie in Fig. 3 dargestellt, in Berührung, da jedoch der Preßling Binderteile besitzt, die leichter als Diamantkristalle feinschleifbar sind, wird er eine bessere Eeinschleifbarkeit als ein Preßling aufweisen, bei dem Diamantkristalle von 3 μπι oder mehr Gitter bilden. In Fig. 3 stellen die Bezugsziffern 1 das Werkzeugmaterial, 2 die Diamantkörner, 3 den ultrafeine Diamantkörner enthaltenden Binder, 4 den Schleifstein und 5 die Diamantkristalle im Schleifstein dar.
Die Ursache, daß die Schnittkantenschärfe des Preßlings nach der vorliegenden Erfindung hervorragend ist, wird
10 438
wie folgt betrachtet. Bei den kommerziell . vertriebenen Preßlingen, die Diamantkörner von 3-8 μΐη und einen Binder aus Co aufweisen, werden die einen Gitteraufbau bildenden Diamantkörner und/oder der Binder aus Co leicht entfernt, wobei eine Rauhigkeit zurückbleibt, die im wesentlichen der Größe der Kristallkörner an der Kante entspricht, während bei dem Preßling nach der vorliegenden Erfindung der Binder feine Diamantkörner enthält und auf diese Weise einen Teil der Kante bildet, der entsprechend nicht so abgetragen wird, wie bei der Verwendung von Co als Binder. Somit hat die Kante eine geringe Rauhigkeit und bietet eine hervorragende Schnittkantenschärfe.
Die Festigkeit eines Diamantpreßlings nimmt mit dem Anstieg der Korngröße der Diamantkörner, wie in Fig. 4 dargestellt, ab. Ein Preßling aus feinen Diamantkörnern ist so hervorragend, sowohl in seiner Bruchscherfestigkeit als auch seiner Zähigkeit, daß die Kante nicht ausbricht, da aber einzelne Körner durch kleine Gitter gehalten werden und deren Bindungsfestigkeiten schwach sind, neigt das einzelne Korn dazu, während des Schneidens herauszufallen, was zu einer geringeren Verschleißfestigkeit führt. Andererseits besitzen bei einem Preßling aus groben Diamantkörnern, die durch große Gitter gehalten werden, die einzelnen Diamantkörner eine hohe Bindungsfestigkeit, um eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu liefern, einmal gebildete Risse neigen jedoch dazu, sich aufgrund der großen Gitteränteile auszubreiten,was zu einem Brechen der Kante führt.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Diamantkörner, die eine Korngröße von 3- 10 μΐη besitzen, von ultrafeinen Diamantkörnern gehalten, wodurch eine gute Verschleißfestigkeit der Diamantkörner, die
10 438
. ÄS-
eine Korngröße von 3-10 μΐη besitzen und eine hohe Zähigkeit der ultrafeinen Diamantkörner erreicht wird. Da der Preßling nach der vorliegenden Erfindung ultrafeine Diamantkörner und Carbide, Nitride oder Kohlenstoffnitride der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems enthält, ist die Adhäsionsfestigkeit vorzüglich.
Die Korngröße der in dieser Ausführungsform verwendeten groben Diamantkörner sollte 3 μΐη oder mehr betragen. Wenn sie kleiner als 3 μπι ist, entstehen Probleme bei der Verschleißfestigkeit. Bei der Verwendung als Schneidwerkzeug für nicht-eisenhaltige Metalle ist es zum Erreichen einer ähnlichen endbearbeiteten Oberfläche wie bei einem Einzeldiamantkristall wünschenswert, die Korngröße der Diamantkörner in dem Bereich von 3-10 μπι zu halten. Wenn diese mehr als 10 μια beträgt, werden die Rauhigkeit einer bearbeiteten Oberfläche und die Feinschleifbarkeit zerstört.
Diamantkörner mit einer Korngröße von 3-10 μια stehen vorzugsweise in einem Verhältnis von 20-85 Vol.-%. Wo eine höhere Verschleißfestigkeit gefordert ist, ist es nötig, den Anteil von Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3-10 μπι zu erhöhen, wenn jedoch der Anteil 25 Vol.-% des Preßlings übersteigt, wird die -Feinschleifbarkeit zerstört und die Kante während des Schneidens bruchanfällig. Wenn andererseits der Anteil weniger als 20 Vol.-% beträgt, wird die Verschleißfestigkeit problematisch.
Das ultrafeine Diamantkorn in dem Binder hat eine Korngröße von 1 μΐη oder weniger, vorzugsweise 0,5 μπι oder weniger. Falls die Korngröße der feinen Diamantkörner 1 μπι übersteigt, werden die Bearbeitbarkeit und die Zähig-
10 438
keit herabgesetzt. Der Anteil von feinen Diamantkörnern in dem Binder beträgt vorzugsweise 20-95 Vol.-%, da dann, wenn er weniger als 20 Vol.-% beträgt, die Verschleißfestigkeit der Binderphase verringert wird, die Binderphase während des Schleifens verkratzt wird, keine scharfe Kante erzielt wird oder die Binderphase frühzeitig während des Schneidens derartig verschleißt, daß die Diamantkörner von 3 μπι oder mehr herausfallen, während dann, wenn er mehr als 95 Vol.-% beträgt, das Bindermaterial spröde wird, oder Diamantkörner von 1 μπι oder weniger die Zähigkeit zunehmend verringern, weil der Anteil der Carbide, Nitride oder Boride der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems abnimmt. Der Preßling nach der vorliegenden Erfindung besitzt zudem eine hervorragende Zähigkeit und ist auf diese Weise für unterbrochenes Schneiden von nicht-eisenhaltigen Metallen wirkungsvoll.
Falls der Preßling nach der vorliegenden Erfindung insbesonder als Drahtziehstein benutzt wird, beträgt die Korngröße der Diamantkörner vorzugsweise 10 um oder mehr. Wenn sie geringer als 1 0 um ist, fallen Diamantkörner zum Zerkratzen der inneren Oberfläche des Ziehsteins heraus. Der Anteil an Dimantkörnern mit einer Korngröße von 10 um oder mehr liegt vorzugsweise in dem Bereich von 20-85 Vol.-%. Wenn der Anteil an Diamantkörnern mit einer Korngröße von 10 um oder mehr geringer als 20 Vol.-% ist, wird der Binderanteil erhöht, die auf den Binder aufgebbare Belastung vergrößert und die Diamantkörner in dem Binder fallen in einigen geballten Formen zum Zerkratzen der inneren Oberfläche eines Ziehsteins heraus. Falls er mehr als 85 Vol.-% beträgt, werden Diamantkörner mit einer Korngröße von 10 um oder mehr miteinander zur Bildung eines großen Diamantgitters in Berührung gebracht, und während
10 438
des Drahtziehens bricht dieser Teil und kann zum tiefen Zerkratzen der inneren Oberfläche eines Ziehsteins herausfallen. Wenn die Korngröße der feinen Diamantkörner in dem Binder 1 μπι übersteigt, wird die innere Oberfläche eines Ziehsteins tief verkratzt, wenn sie herausfallen, und deren gleichmäßige Verteilung in dem Binder ist kaum zu erreichen. Die Korngröße sollte allgemein im Schnitt 1 μΐη oder weniger, vorzugsweise 0,5 μπι oder weniger, betragen.
Der Anteil feiner Diamantkörner sollte 20-95 Vol..-% des Binders betragen, da dann, wenn er geringer als 20 Vol.-% ist, die Verschleißfestigkeit des Binders geringer ist, was zu einem frühen Verschleiß und Herausfallen der Diamantkörner führt, während dann, wenn er mehr als 95 Vol.-% beträgt, der Binder spröde wird oder der Anteil an Carbiden, Nitriden, Boriden usw. der Gruppenelemente 4a, 5a oder 6a der Tabelle des periodischen Systems verringert wird, so daß die Diamantkörner von 1 μΐη oder weniger wachsen und das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht erreicht werden kann. Das Kornwachstum der feinen Diamantenkörner wird bei einer hohen Temperatur und bei einem hohen Druck vorgenommen, bei der der Diamant in Anwesenheit einer flüssigen Phase eines Eisengruppenmetalls, das Diamanten aufzulösen vermag, beständig ist. Dieses Kornwachstüm findet aufgrund des Auflösungs- und Ablagerungsphänomens statt. Das wirksamste Mittel für das Hemmen dieses Kornwachstums besteht, wie von den Erfindern vorgeschlagen, darin, ein feines Pulver aus Carbiden ,Nitriden, Kohlenstoffnitrxden oder Boriden der Elemente der Gruppe 4a, 5a oder 6a der Tabelle des periodischen Systems zuzusetzen. Von den Carbiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a der Tabelle des periodischen Systems zeigt insbesondere WC oder (Mo,W)C, das dasselbe Kristallsystem
10 438
wie WC besitzt, die größte Wirksamkeit zum Hemmen des Kornwachstums.
Die Erfinder haben die Gründe untersucht, warum kommerziell vertriebene Diamantpreßlinge nicht zum Schneiden von Keramik oder Steinbohren brauchbar sind. Aus kommerziell vertriebenen Diamantpreßlingen mit unterschiedlicher Korngröße wurden Schneidwerkzeuge hergestellt und zum Schneiden von Granit verwendet. Es wurde als Ergebnis ermittelt, daß ein Preßling, der aus feinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von 1 \im oder weniger besteht, einige Probleme aufweist und eine aus dem Preßling hergestellte Kante in der ersten Phase des Schneidens rund wird. Wenn andererseits die Korngröße der Diamantkörner gröber wird, z. B.
10 μκι oder mehr, wird eine Kante bruchanfällig während des Schneidens, obwohl die Verschleißfestigkeit hervorragend ist, weil, wie man annimmt, die Bruchscherfestigkeit eines Diamantpreßlings mit der Zunahme der Korngröße abnimmt. Ein Preßling aus feinen Diamantkörnern ist sowohl in der Bruchscherfestigkeit als auch der Zähigkeit so hervorragend, daß die Kante nicht bricht, da jedoch einzelne Körner durch kleine Gitter gehalten werden und ihre Bindekräfte schwach sind, neigen einzelne Körner dazu, während des Schneidens herauszufallen, was zu einer geringeren Verschleißfestigkeit führt. Andererseits besitzen bei einem Preßling mit groben Diamantkörnern, die durch große Gitter gehalten werden, die einzelnen Diamantkörner eine große Bindungsfestigkeit zur Erzielung einer hervorragenden Verschleißfestigkeit, jedoch neigen einmal gebildete Risse dazu, sich aufgrund der großen Gitterteile auszubreiten, was zu einem Bruch der Kante führt. Diamantpreßlinge, die zu der oben beschriebenen Anwendung verwendet werden können, sollten eine hervorragende Verschleißfestigkeit und eine hohe Zähigkeit besitzen. Ausgehend von
10 438
der Überlegung, daß ein Preßling, der die hervorragende Verschleißfestigkeit eines groben Diamanikorns mit der hohen Zähigkeit eines Preßlings aus feinem Diamantkorn vereinigt, durch die Verwendung desselben Materials wie das des Diamantpreßlings für Ziehsteine verwirklicht werden kann, wird die Zusammensetzung eines Preßlings wie folgt untersucht.
Infolgedessen wurde ermittelt, daß ein Preßling den oben beschriebenen Anforderungen genügen kann, der zu 20-85 Vol.-% Diamantkörner mit einer Korngröße von 10 μια oder mehr und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 20-95 Vol.-% aus Diamantenkörnern mit einer Korngröße von 1 μΐη oder weniger, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Kohlenstoffnitriden, Nitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von 1 μπι oder weniger und aus wenigstens einem Bestandteil zusammengesetzt ist, der aus den Eisengruppenmetallen ausgewählt ist. Der Preßling dieser Ausführungsform, der Diamantkörner mit einer Korngröße von 10 μπι oder mehr enthält, besitzt eine sehr exzellente Verschleißfestigkeit. Wo eine Verschleißfestigkeit besonders erforderlich ist, ist es wünschenswert, den Anteil von Diamantkörnern mit einer Korngröße von 10 μπι oder mehr zu vergrössern, wenn jedoch deren Anteil 85 Vol.-% des Preßlings übersteigt, wird die Kante bruchanfällig. Wo eine Zähigkeit benötigt wird, ist es erwünscht, den Anteil an Diamantkörnern mit einer Korngröße von 10 μια oder mehr zu verringern, wenn jedoch der Anteil geringer als 20 Vol.-% ist, wird die Verschleißfestigkeit problematisch. Wenn die Korngröße der groben Diamantenkörner geringer als 10 μπι ist, wird die Verschleißfestigkeit verringert, und demzufolge ist eine Korngröße von 10 μπι oder mehr vorzuziehen. Die Korn-
10 438
.3o.
größe der feinen Diamantkörner beträgt im allgemeinen 1 μΐη oder weniger, vorzugsweise 0,5 μπι oder weniger. Falls die Korngröße der feinen Diamantkörner 1 μΐη übersteigt, wird die Zähigkeit herabgesetzt. Der Anteil an feinen Diamantkörnern in einem Binder beträgt vorzugsweise 20-95 Vol.-%. Wenn der Anteil an feinen Diamantkörnern geringer als 20 Vol.-% ist, wird die Verschleißfestigkeit der Binderphase herabgesetzt, und die Binderphase früh verschlissen, wodurch die groben Diamantkörner herausfallen können. Wenn andererseits der Anteil an feinen Diamantkörnern 95 Vol.-% übersteigt, wird der Binder spröder oder Diamantkörner von 1 μΐη oder weniger wachsen, ' wobei/wegen der Abnahme des Anteils der aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitrxden oder Boriden der Gruppenelemente 4a, 5a oder 6a der Tabelle des periodischen Systems die Zähigkeit herabgesetzt wird.
Um die Ursache zu untersuchen, daß sich bei Verwendung kom>merziell vertriebener Diamantpreßlinge als Bohrspitze keine zufriedenstellenden Funktionen ergeben, wird Andesit unter Verwendung von drei Diamantpreßlingen mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, 30-60 μπι und 80-100 μΐη bearbeitet. Als ein Ergebnis dieses Versuchs ist ermittelt worden, daß der Diamantpreßling mit höchstens 1 μπι zwar keinen Kantenbruch besitzt, jedoch eine große Menge Verschleiß zeigt, während es bei beiden Diamantpreßlingen von 30-60 μπι und 80-100 μπι in der Anfangsphase zu einem Kantenbruch kommt. Als Ursache für diese Erscheinung kann folgendes angenommen werden. Die Festigkeit eines Diamantpreßlings wird mit der Zunahme der Korngröße, wie in Fig.
4 dargestellt, herabgesetzt. Ein Preßling aus feinen Diamantkörnern besitzt eine ebenso hervorragende Bruchscherfestigkeit wie Zähigkeit, daß die Kante nicht ausbricht, da jedoch einzelne Körner durch kleine Gitter gehalten werden und deren Bindungskräfte schwach sind, neigen die
10 438
einzelnen Körner während des Schneidens bzw. Bearbeitens dazu, herauszufallen, was zu einer geringeren Verschleißfestigkeit führt. Andererseits besitzen bei einem Preßling mit groben Körnern, die von großen Gittern gehalten werden, die einzelnen Diamantkörner eine hohe Bindekraft für eine hervorragende Verschleißfestigkeit, jedoch neigen einmal gebildete Risse dazu, sich aufgrund der großen Gitterteile auszubreiten, was zum Bruch der Kante führt. Diamantpreßlinge, die für die oben beschriebene Anwendung benutzt werden können, sollten eine hervorragende Verschleißfestigkeit und eine hohe Zähigkeit besitzen.
Die Erfinder haben Anstrenungen unternommen, um einen Diamantpreßling mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Zähigkeit zu entwickeln und haben infolgedessen ermittelt, daß ein Preßling, der die hervorragende Verschleißfestigkeit eines Preßlings mit einem groben Diamantkorn mit der hohen Zähigkeit eines Preßlings mit einem feinen Diamantkorn vereinigt, Diamantkörner mit einer Korngröße von 10-100 μπι und einen Binder aufweist, der aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 p,m, aus WC-Pulver oder (Mo,W)C, das dieselbe Kristallstruktur wie WC besitzt, mit einer Korngröße von höchstens 1 μΐη, aus einem Eisengruppenmetall und wahlweise aus einer sehr kleinen Menge Bor oder borhaltigen Mischungen zusammengesetzt ist. Diese Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung beruht auf dieser Ermittlung.
Um die optimale Mischung der oben beschriebenen Werkstoffe zu finden, haben die Erfinder versuchsweise Diamantpreßlinge hergestellt, bei denen die Korngröße und der Anteil an groben Diamantkörnern und der Anteil an Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, die in dem Binder enthalten ist, variiert, und dann diese Muster einem
10 438
ft«
Schneid- bzw. Bearbeitungstest an Andesit unterzogen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt, bei denen die Ziffer 1 die normale Verschleißzone und 2 die Kantenbruchzone kennzeichnet. Wenn die Korngröße von groben Diamantkörnern weniger als 10 ,um beträgt, wird die Verschleißfestigkeit herabgesetzt, und wenn sie grosser als 100 ,um ist, werden Risse in den Diamantkörnern während des Sinterns gebildet, die zu einem Ausbrechen ■ der Kante und zur Zunahme der Verschleißmenge führt. Der Anteil an groben Diamantkörnern beträgt vorzugsweise 5o-85 Vol.-%, da dann, wenn der Anteil von groben Diamantkörnern geringer als 50 Vol.-% ist, der an Binder, der feine Diamantkörner enthält, anwächst und die Verschleißfestigkeit dadurch herabgesetzt wird, während, wenn er mehr als 85 Vol.-% beträgt, die groben Diamantkörner miteinander gebunden werden und so die Zähigkeit herabgesetzt wird. Die Korngröße der feinen Diamantkörner in dem Binder beträgt vorzugsweise höchstens 1 ,um, insbesondere 0,5 ,um. Wenn die Korngröße der feinen Diamantkörner 1 Aim übersteigt, wird die-Zähigkeit herabgesetzt. Der Anteil an feinen Diamantkörnern in dem Binder beträgt vorzugsweise 60-90 Vol.-%, da dann, wenn der Anteil an feinen Diamantkörnern geringer als 60 Vol.-% ist, die Verschleißfestigkeit der Binderphase herabgesetzt und die Binderphase frühzeitig verschlissen wird, wobei grobe Diamantkörner herausfallen können, während dann, wenn er größer als 90 Vol.-% ist, der Binder spröde wird oder die Diamantkörner von 1 ,um oder weniger wachsen, wobei die Zähigkeit wegen der Abnahme des Anteils an WC oder (Mo,W)C, das dieselbe Kristallstruktur wie WC besitzt, herabgesetzt wird.
Insbesondere, wenn 0,005-0,15 Gew.-% Bor oder borhaltiges Gemisch, wie beispielsweise TiB2, ZrB„, B.C oder dergleichen in den Preßling nach dieser Ausführungsform der Er'fin-
10 438
dung hineingebracht wird, werden die Funktionen deutlich verbessert. Die Diamantkörner werden üblicherweise bei einem ultrahohen Druck und einer hohen Temperatur durch das Auflösungs- und Abscheidungsphänomen in Gegenwart eines Katalysators, wie beispielsweise Eisengruppenmetalle, gesintert. Der Zugabeeffekt von Bor oder Boriden ist möglich, weil ein Exsengruppenmetallborid gebildet wird,und die Auflösungs- und Abscheidungsgeschwindigkeit wird erhöht, wodurch die aneinaner gebundenen Teile der Diamantkörner wachsen können (Diamantgitterteil) und die Retention von Diamantkörnern wächst. Wenn der Anteil an Bor oder Boriden geringer als 0,005 % ist, ist die Bildung von Diamantgitterteilen gering, während dann, während sie mehr als 0,15 % ist, eine große Menge Bor in die Diamantgitterteile eintritt, wodurch deren Festigkeit herabgesetzt wird.
Der Preßling nach der vorliegenden Erfindung verfügt über so eine hervorragende Zähigkeit, daß er auch für das unterbrochene Schneiden bzw. Bearbeiten von nicht-eisenhaltigen Metallen geeignet ist. Wo eine gute Oberflächenrauhigkeit erforderlich ist, ist es insbesondere wirksam, die Korngröße der Diamantkörner zu reduzieren, wenn jedoch die Korngröße kleiner als 3 ,um ist, wird manchmal die Verschleißfestigkeit problematisch, die von der Verschiedenartigkeit der zu schneidenden bzw. zu bearbeitenden Werkstücke abhängt. Demzufolge weisen vorzugsweise bei einer derartigen Anwendung die Diamantkörner als Binderbestandteil eine Korngröße von höchstens 1 ,um,und Diamantkörner als verschleißfester Bestandteil eine Korngröße von wenigstens 3 um auf.
Als Rohstoff für den Preßling nach der vorliegenden Erfindung werden Diamantkörner, die eine Korngröße von 3 ,um oder mehr und Diamantkörner, die eine Korngröße von 1 ,um
10 438
• ok-
oder weniger, vorzugsweise 0,5 ,um oder weniger besitzen, verwendet. Jeder synthetische oder natürliche Diamant kann benutzt werden.
Diese Diamantpulver werden gleichförmig mit wenigstens einem der oben beschriebenen Pulverkomponenten und mit wenigstens einem der Eisengruppenmetallpulver durch Kugelmahlen vermischt. Das Eisengruppenmetall kann während des Sinterns aufgelöst werden, anstatt in dieser Phase eingemischt zu werden. Weiterhin können Diamantpulver mit der Pulvermischung und dem Eisengruppenmetallpulver durch Kugelmahlen vermischt werden, indem ein Tiegel und Kugeln benutzt werden, die aus einem gesinterten Körper aus der Pulvermischung und dem Eisengruppenmetallpulver hergestellt sind, wie bereits in unserer älteren Patentanmeldung (japanische Patentanmeldung Nr. 51-381/1977) vorgeschlagen worden ist. Die gemischten Pulver werden in einer Ultrahochdruckvorrichtung eingebracht und unter Bedingungen gesintert, bei denen der Diamant beständig ist. Zu dieser Zeit ist es erforderlieh das Sintern bei einer Temperatur vorzunehmen, bei der die eutektische flüssige Phase zwischen der verwendeten Verbindung, beispielsweise Carbide und das Eisengruppenmetall, auftritt, oder bei einer höheren Temperatur. Falls beispielsweise TiC als Verbindung und Co als das Eisengruppenmetall verwendet wird, erscheint die flüssige Phase bei einer Temperatur von etwa 1260 C bei normalem Druck. Bei höheren Drücken wird der Anstieg dieser eutektischen Temperatur um einige 10 beobachtet, und in diesem Fall wird das Sintern bei einer Temperatur von wenigstens 1300° C ausgeführt.
Das Verhältnis der Mischung beispielsweise aus Carbiden und dem Eisengruppenmetall, die als Binder der Diamanten in dem Preßling verwendet wird, kann nicht einfach defi-
10 438
. 35·
niert werden, es ist jedoch erforderlich, sie in einem derartigen Bereich zu halten, daß die Mischung in fester Form, wenigstens während des Sinterns, vorliegt. Wenn beispielsweise WC als Mischung bzw. Verbindung und Co als Bindermetall verwendet wird, sollten WC und Co in einem quantitativen Verhältnis von wenigstens 50 Gew.-% mit dem ersteren und im übrigen mit dem letzteren sein.
Wenn ein hochfester Drahtstrang durch den Diamantpreßling der vorliegenden Erfindung gezogen wird, wird ein hoher Druck auf der inneren Oberfläche des Diamantpreßling - Ziehsteins erzeugt, und insbesondere wo der Diamantpreßling einen kleinen Außendurchmesser und eine geringe Dicke aufweist, neigt er manchmal dazu, während des Drahtziehens in Längsrichtung zu brechen. Das Brechen in Längsrichtung während des Drahtziehens kann verhindert werden, indem der äußere Umfang des Diamantpreßlxngs mit einem Träger, z. B. aus gehärteten Carbiden umgeben und diese von dem äusseren Umfang mit Druck beaufschlagt werden.
Die Anwendung des Preßlings nach der vorliegenden Erfindung schließt die in Schneidwerkzeugen, Bohrspitzen und Spannhämmern zusätzlich zu der bei Ziehsteinen ein. In diesen Fällen kann der Diamantpreßling an einen Halter aus gehärtetem Carbid während des Sinterns unter Ultrahochdruck derart befestigt werden, daß die Zähigkeit des Diamantpreßlings weiter erhöht wird.
Wenn der Bohrversuch jedoch unter Verwendung eines Bohrkerns ausgeführt wird, der durch unmittelbares Anheften des Diamantpreßlings nach der vorliegenden Erfindung an ein WC-Co-Substrat hergestellt wird, und das sich ergebende Muster beispielsweise an einem Hauptbohrkörper hart verlötet wird, entsteht unter schwereren Bohrbedingungen das Problem, daß
10 438
der Diamantpreßling von dem WC-Co-Substrat abgestreift wird, obwohl der Preßling nicht zerbricht. Insbesondere, wenn die Hartlöttemperatur hoch ist, nimmt die Abscherfrequenz zu. Betrachtet man zur Untersuchung der Ursache die Struktur in der Nähe des befestigten Teils, so gibt es dort eine Co-angereicherte Schicht an der Grenze zwischen dem Diamantpreßling und dem gehärteten Carbid. Außerdem findet man in dem gehärteten Carbid nahe der Grenze freien Kohlenstoff. Die Hartlöttemperatur beträgt im allgemeinen zwischen 7 50 und 800 C, und man nimmt an, daß der Diamant durch Co, das im großen Ausmaß an der Grenze vorliegt, graphitisiert wird, wodurch die Festigkeit herabgesetzt wird und woraus das Abscheren resultiert. Weiterhin verhindert die Existenz von freien Kohlenstoff in den gehärteten Carbidlegierungen deren Festigkeit, was somit zum Abscheren führt.
Die Erfinder haben Untersuchungen vorgenommen, um eine hohe Bindungsfestigkeit zu erhalten und infolgedessen ermittelt, daß es wirkungsvoll ist, eine Zwischenschicht zu verwenden, die zu 70 Vol.-% oder weniger aus hochverfestigtem Bornitrid und im übrigen aus wenigstens einem der Carbide, Nitride und Kohlenstoffnitride der Elemente der Gruppe 4a und 5a der Tabelle des periodischen Systems enthält.
Danach besteht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem zusammengesetzten Diamantpreßling für Werkzeuge, bei dem ein harter Preßling, der 50-85 Vol.-% grobe Diamantenkörner mit einer Korngröße von 10-100 ,um und im übrigen einen Binder besitzt, der zu 60-90 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von 1 ,um oder weniger, aus WC-Pulver oder (Mo,W)C-Pulver, das dieselbe Kristallstruktur wie WC aufweist, wobei das WC
10 438
(Mo,W)C-Pulver eine Korngröße von 1 .um oder weniger aufweist, zusammengesetzt ist, und bei dem ein Eisengruppenmetall an eine Cermitmatrix gebunden ist, die aus einer WC-Co-Legierung oder Carbidkristallen des (Mo,W)C-Typs besteht, die Mo als überwiegenden Bestandteil enthalten, der durch ein Eisengruppenmetall über eine Zwischenschicht mit einer Dicke von 2 mm oder weniger gebunden ist, die 70 VoI.-% oder weniger an hochverfestigten Bornitriden und im übrigen wenigstens einen aus der aus Carbiden, Nitriden, Kohlenstoffnitriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a und 5a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, und aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil enthält, wahlweise mit 0,1 Gew.-% oder mehr wenigstens eines aus der aus Aluminium, Silicium und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteils.
Nach unseren Untersuchungen sind der Diamantpreßling und das gehärtete Carbidlegierungssubstrat fest durch die Zwischenbindungsschicht unter Ultrahochdruck- und Hochtemperaturbedingungen miteinander verbunden, die für die Herstellung des Diamantpreßlings geeignet sind. Bei dem oben beschriebenen zusammengesetzten Preßling, der die Zwischenschicht mit hochverfestigten Bornitriden und Carbiden oder Nitriden besitzt, gibt es nicht viel Lösungsmetall des Diamanten, wie beispielsweise Co, das aus dem gehärteten Carbidsubstrat an der Grenze der Diamantpreßlingschicht und der Zwischenhaftschicht fließt, und es gibt einen grossen Bereich, in dem die Diamantkörner und die Zwischenhaftschicht unmittelbar in Berührung sind. Dementsprechend tritt eine Herabsetzung der Festigkeit aufgrund des Wiedererhitzens nicht auf. Da weiterhin freier Kohlenstoff in der gehärteten Carbidlegierung nahe der Grenze kaum vorliegt, ist die Bindungsfestigkeit hoch.
10 438
Nach dieser Ausführungsform kann die Diamantpreßlingschicht fest an der gehärteten Carbidlegierungsstruktur, wie oben beschrieben, haften, und diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist für die Praxis sehr nützlich. Als Ursache für eine derartige starke Haftung kann folgendes angenommen werden.
Zunächst bilden bezüglich der Haftung der Zwischenschicht und des gehärteten Carbidlegierungssubstrats, Carbide oder Nitride der Elemente der Gruppe 4a oder 5a der Tabelle des periodischen Systems, die in der Zwischenschicht enthalten sind, feste Lösungen mit WC als überwiegendem Bestandteil des gehärteten Carbidlegierungssubstrats und außerdem reagiert das hochverfestigte Bornitrid in der Zwischenschicht mit WC-Co als gehärtete Carbidlegierung zur Bildung von Boriden, was zu starken Bindungen führt.
Zweitens haben hinsichtlich der Haftung der Zwischenschicht und des Diamantpreßlings Diamantpulver und Eisengruppenmetalle, Carbide oder Nitride, die als Binder des Diamanten verwendet werden, eine hohe Affinität zu Carbiden oder Nitriden der Elemente der Gruppen 4a oder 5a der Tabelle des periodischen Systems in der Zwischenschicht, und dort existiert eine gemischte und gesinterte Schicht der Zwischenschicht und der Diamantpreßlingschicht, da die Zwischenschicht und die Diamantpreßlingschicht in Pulverform zusammengebracht und dann gesintert werden, was zu starken Bindungen führt.
Die Sintereigenschaft der Zwischenschicht selbst und die Affinität von deren Carbiden oder Nitriden mit Diamantkörnern kann weiter durch Zugabe von 0,1 Gew.-% oder mehr von Aluminium und/oder Silicium zu den Carbiden oder Nitriden verbessert werden. Insbesondere ist die Verwendung von TiN
10 438
■3Q. -
als Nitrid der Elemente.der Gruppe 4a der Tabelle des periodischen Systems mit 0,1 Gew.-% oder mehr Aluminium noch wirkungsvoller.
Die Zwischenhaftschicht nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die hochverfestigte Bornitride enthält, weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende hohe Temperaturfestigkeit und eine ähnliche thermische Ausdehnung wie der Diamantpreßling auf. Wenn der Anteil an hochverfestigten Bornitrid mehr als 70 Vol.-% beträgt, die Menge der Carbide oder Nitride der Elemente der Gruppe 4a oder 5a der Tabelle des periodischen Systems geringer als 30 Vol.-% ist, die Menge der festen Lösungen, die aus dem Carbid oder Nitrid und WC als überwiegendem Bestandteil des gehärteten Carbidlegierungssubstrats gebildet sind, herabgesetzt werden und die Boride, die durch die Reaktion des hochverfestigten Bornitrids in der Zwischenhaftschicht mit WC-Co spröde sind, führt dies zu einer Herabsetzungstendenz für die Bindungsfestigkeit der Zwischenhaftschicht und des gehärteten Carbidsubstrats. Deshalb beträgt der Anteil an hochfesten Bornitriden in der Zwischenschicht vorzugsweise höchstens 70 Vol.-%.
Als Substrat, das durch die Zwischenhaftschicht angebunden wird, sind gehärtete Carbide aus WC-Co oder Cermets aus Carbidkristallen des (.Mo7W) C-Typs vorgesehen, die Mo als Hauptkomponente enthalten, welche an Eisengruppenmetalle gebunden sind. Da WC-Co oder (Mo,W)C-Eisengruppenmetallsubstrate eine hohe Steifigkeit, hervorragende Wärmeleitfähigkeit und wegen des Aufweisens eines metallischen Binders eine gute Zähigkeit aufweisen, sind diese Substrate besonders als die eines Diamantpreßlings für Bohrspitzen nützlich.
10 438
Die in der Zwischenhaftschicht der vorliegenden Erfindung verwendeten Carbide und Nitride enthalten beispielsweise Carbide wie TiC, HfN, NbC und TaC, Nitride wie TiN, ZrN, HfN, NbN und TaN, deren Mischungen und Kohlenstoffnitride wie Ti(C,N) und Zr(C,N). Insbesondere,wenn TiN verwendet wird, zeigt die Zwischenschicht die besten Wirkungen.
Die oben beschriebenen Diamantkörner der vorliegenden Erfindung können auch in dem Diamantpreßling dieser Ausführungsform verwendet werden, es werden jedoch vorzugsweise Diamantkörner von 1o ,um oder mehr und feine Diamantkörner von 1 ,um oder weniger, vorzugsweise 0,5 ,um,benutzt. Jeder synthetische oder natürliche Diamant kann verwendet werden.
Diese Diamantpulver werden gleichförmig mit WC-oder (Mo,W)C-Pulver und einem Eisengruppenmetallpulver, wie beispielsweise Fe-, Co- oder Ni-Pulver durch Kugelmahlen gemischt, wobei hierzu Bor - oder Boridpulver wahlweise zugegeben wird. Das Eisengruppenmetall kann während des Sinterns aufgelöst oder getränkt werden, anstatt in diesem Stadium eingemischt zu werden. Die Diamantpulver können weiterhin mit WC-oder .(Mo,W)C-Feinpulver und Eisengruppenmetallpulver durch Kugelmahlen gemischt werden, indem ein Tiegel und aus gesinterten Werkstoffen von WC oder (Mo,W)C und aus einem Eisengruppenmetall hergestellte Bälle verwendet werden, wie bereits in unserer älteren Patentanmeldung (japanische Patentanmeldung Nr. 51-381/1977) vorgeschlagen ist. Das Tränken mit einem Eisengruppenmetall kann ausgeführt werden, indem gemischte Pulver aus Diamantpulver und WC-oder (Mo,W)C-Pulver aufgegeben werden und auf diese eine Schicht aus einem oder mehreren Eisengruppenmetallen angeordnet wird, wonach eine Ultrahochdruck- und Hochtemperaturbehandlung erfolgt.
Für die Herstellung des Preßlings nach dieser Ausbildungs-10 438
-4O-
form wird eine Pulverschicht aus Bornitridpulver in hochverfestigter Phase und Carbid- oder Nitridpulver in Form von Pulver oder in zusammengepreßter Form zwischen einem gehärteten Carbidlegierungssubstrat und gemischten Pulvern zur Bildung einer diamanthaltigen harten Schicht vorgesehen oder wird auf ein gehärtetes Carbidsubstrat in Form eines dünnflüssigen Schlamms in einem geeigneten Lösungsmittel aufgegeben, und die resultierende Zusammensetzung wird dann einem Heißpressen unter ultrahohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt, um dadurch die diamanthaltige harte Schicht zu sintern, die Zwischenhaftschicht, die die Carbide oder Nitride enthält, zu sintern und die beiden Schichten und die Zwischenschicht an dem Substrat zur selben zeit zu binden.
Die Carbide oder Nitride der Elemente der Gruppe 4a oder 5a der Tabelle des periodischen Systems, die nach der vorliegenden Erfindung in der Zwischenhaftschicht verwendet werden, sind Verbindungen mit einer hohen Festigkeit, werden jedoch bei ultrahohem Druck, z. B. 20-90 Kbar zum Sintern einer diamanthaltigen Schicht unter einem Druck zusammengedrückt, der nahe ihrer idealen Scherfestigkeit liegt. Auf diese Weise werden diese Verbindungskörner deformiert, gebrochen und dicht in einen gepreßten Zustand gepackt, die in der Lage sind, einen dichten Preßling durch nachfolgendes Erhitzen zu ergeben.
Die Diamantpulverschicht kann außerdem mit einer Schmelze aus katalytischem Metall zur Bildung von Diamant- oder einem anderen Bindermetall unter einem ultrahohen Druck und einer hohen Temperatur getränkt werden. Bei dem oben beschriebenen auf dem Markt befindlichen Diamantpreßling der direkt an einem gehärteten Carbidsubstrat befestigt ist, treten Co und Bindermetall, das in dem gehärteten
10 438
«4 J-
Carbidsubstrat enthalten ist, in die Diamantpulverschicht als Bindermetall des Diamantpreßlings ein. Demgegenüber kann bei der vorliegenden Erfindung das Bindermetall unabhängig von dem Bindermetall des gehärteten Carbidsubstrats ausgewählt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung •detaillierter erläutern, ohne diese zu begrenzen.
Beispiel 1
Synthetisches Diamantpulver mit einer Korngröße von 0,5 ,um, WC-Pulver und Co-Pulver wurden fein gemahlen und unter Verwendung eines Tigels und von Kugeln vermischt, die aus einer WC-Co-gehärteten Carbidlegierung hergestellt: sind, um Pulvermischungen mit einer Zusammensetzung zu erhalten, die 80 Vol.-% feine Diamantkörner mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um,12 Vol.-% WC-Pulver und 8 Vol.-% Co-Pulver enthält, die anschließend mit groben Diamantpulver mit einer Korngröße von 3-6 ,um in einem Vol.-Verhältnis von 4 : 6 gemischt wurden. Die vollständigen Pulver wurden dann in ein Ta-Gefäß mit einem Innendurchmesser von 10 mm und einem Außendurchmesser von 14 mm gegeben, und auf diese eine Scheibe aus einer gehärteten Carbidlegierung mit einer Mischung von WC-10% Co. Das Gefäß wurde dann in eine Ultrahochdruckvorrichtung eingebracht, bei der zunächst ein Druck von 55 Kbar ausgeübt wurde, und dann für 20 min auf 1450 C erhitzt. Als das Ta-Gefäß herausgenommen und die Struktur des gesinterten Körpers betrachtet wurde, waren Diamantkörner von 3-6 ,um gleichmäßig verteilt, wobei sich um jedes der ultrafeine Diamantkörner enthaltende Binderwerkstoff befand. Die Feinschleifbarkeit des so erhaltenen Diamantpreßlings und das eines kommerziell vertriebenen Diamantpreßlings aus gesinterten Diamantkörnern mit
10 438
Ga wurde untersucht. Wenn die Feinschleifbarkeit des letzteren durch eine Diamantscheibe mit 100 angesetzt wurde, betrug die Feinschleifbarkeit des ersteren 150.
Unter Verwendung dieser Preßlinge wurden Einsätze zum Schneiden hergestellt und einem Kupferlegierungschneidtest unter folgenden Bedingungen unterzogen:
Werkstück: runder Kupferlegierungsstrang mit einem Durchmesser von 100 mm, Schneidgeschwindigkeit:
300m/min, Schnitttiefe: 0,1 mm, Vorschub: 0,02
. mm/Umdrehung.
Zum Vergleich wurde ein natürliches Diamantwerkzeug einem ähnlichen Test unterzogen. Die Schnittoberfläche durch den Preßling nach der vorliegenden Erfindung war der des Naturdiamantwerkzeugs ähnlich und konnte wie eine Spiegelfläche endbearbeitet werden. Demgegenüber erzielten die kommerzxell vertriebenen Preßlinge exne Oberfläche, die weir von der einer Spiegelfläche entfernt war.
Beispiel 2
Binderpulver, wie in Tabelle 1 dargestellt,wurden unter Verwendung von ultrafeinen Diamantkörnern, die eine Korngröße von 0,3 ,um besitzen, hergestellt.
10 438
Tabelle 1
Binder Feine Diamant-Nr. körner
A 96
B yo
C ÖO
D 5u
E 20
F 15
G 70
H 70
I 70
J 70
K 70
Vol.-% Carbide, Nitride Boride der Gruppe 4a, 5a, 6a der Tabelle des periodischen Systems
2 WC 5 WC
10 WC
35 WC
60 WC
55 WC 20 (Mo, W) C
20 ZrC 20 Ti(C,N)
20 (Ta,Nb)
20 HfC
Eisengruppenmetail
2 Co 5 Co 10 Co 15 Co 20 Co 30 Co
5 Ni, 5 Co 10 Co 10 Co 10 Ni 10 Ni
Diese Binderpulver und Diamantkörner mit einer Korngröße von wenigstens 3 ,um wurden zur Herstellung fertiger Pulvermischungen in Verhältnissen gemischt, wie in Tabelle dargestellt.
Tabelle 2
Fertige Diamantkorn- Diamantkorn- Binder Fein- "Flanken-Pulver größe 3 .um größe 3,um Nr. Anteil*. . scnleif- verscnleiß-Nr. oder menr oder mehr iVojl.-%) barkeit breite
Anteil
(rrm)
i 3-6 70 A 30 160 Bruch
Ii 3-6 70 B 3O 130 0,18
iii 3-6 70 C 30 130 0,15
iv 3-6 70 D 30 140 0,20
V 3-6 70 E 30 170 0,23
Vi+ 3-6 70 F 30 250 0,32
vii 3-6 70 G 30 135 0,18
10 438
Diamantkorn-
größe 3 ,um
cder mehr		 W -44 ■ H * Fein-
schleif-
barkeit		 einer Diamantkorn- 100 32328
3-6 ks I Binder
Anteil
. (VbI.-%)		 150 hJ <i- \j i. \j
3-6 Diamantkom-
größe 3 ,um
oder mehr Nr.
Anteil
(Vol.-%)		 J 30 155 Flanken-
verschleiß
breite
(mm)
Fertige
Pulver
Nr.		 3-6 70 K 30 150 0,23
viii 3-6 70 C 30 150 0,20
ix 6-10 70 C 30 130 0,23
X 1-2 70 C 40 200 0,20
XX 6-8 60 C 40 80 0,19
xii 6-8 60 10 250 0,45
xi ix 90 85 0,32
. +
XXV		 15 0,50
XV Marktübliche Diamantpreßlinge mit
größe von 3-6 ,um 0,30
Anmerkung: 'Vergleichsmuster
Diese fertigen Pulver wurden gesintert und einer Prüfung der Feinschleifbarkeit durch eine Diamantscheibe unterzogen, um die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zu erhalten. Die Ergebnisse werden durch die Anzahl, axe mit einer festgelegten Schnittiefe für eine bestimmte Zeitdauer vearbeitet werden kann, wenn die Anzahl bei dem marktüblichen Diamantpreßling mit einer Diamantkorngröße von 3-6 ,um, der unter denselben Bedingungen bearbeitet wird, als "1oo" angenommen wird.
Unter Verwendung dieser Preßlinge wurden Einsätze zum Schneiden hergestellt, und unter den folgenden Bedingungen einem Schneidtest bei einer gehärteten Carbidlegierung unterzogen:
Werkstück: WC-15% Co mit einem Durchmesser von 60 mm, Schneidgeschwindigkeit: 10 m/min, Schnittiefe: 0,2 mm, Vorschub: 0,2 mm/Umdrehung, Schnittzeit: 10 min.
10 438
Die Ergebnisse der Flankenverschleißbreite sind in Tabelle 2 dargestellt.
Beispiel 3
5
Das bei dem Beispiel 1 hergestellte Binderpulver und Diamantpulver mit einer Korngröße von 3 ,um wurden in einem Volumenverhältnis von 60 : 40 gemischt, in ein Ta-Gefäß eingebracht und dann bei 53 Kbar und 1400° C 10 min lang gesintert. Unter Verwendung des erhaltenen Preßlings wurde ein Schneidwerkzeug hergestellt, und dann unter den folgenden Bedingungen einem Schneidtest unterzogen:.
Werkstück: Al-25 % Si, Schneidgeschwindigkeit: 300m/min, Schnitttiefe: 0,5 mm, Vorschub: 0,2 mm/Umdrehung, Schneidzeit: 60 min.
Zum Vergleich wurde der gleiche Test mit einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling mit Korngrößen von 3-8,Um, mit Co gebunden/durchgeführt. Auf diese Weise wurde ermittelt, daß der Preßling nach der vorliegenden Erfindung eine sehr glatte Schnittoberfläche mit einer Flankenverschleißbreite von 0,03 mm ergab, während der Vergleichspreßling eine rauhe Schnittoberfläche mit einer Flanken- verschleißbreite von 0,05 mm ergab.
Beispiel 4
Synthetisches Diamantpulver mit einer Korngröße von 0,5 ,um, WC-Pulver und Co-Pulver wurden unter Verwendung eines Täfgels und aus WC-Co-gehärteter Carbidlegierung hergestellten Kugel kugelgemahlen, um Pulvermischungen mit einer Zusammensetzung zu erhalten, die zu 80 Vol.-% aus feinen Diamantkörnern mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um, zu 12 Vol.-%
10 438
aus WC-Pulver und zu 8 Vol.-% aus Co-Pulver besteht, die anschließend mit grobem Diamantpulver mit einer Korngrösse von 40 ,um in einem Volumenverhältnis von 4 : 6 vermischt wurden. Die fertigen Pulver wurden in einem Gefäß mit WC-10 % Co eingebracht. Dann wurde das Gefäß in eine Ultrahochdruckvorrichtung eingesetzt, zunächst auf diese ein Druck von 55 Kbar ausgeübt und sie dann 20 min lang auf 1450° C erhitzt.
Wenn der gesinterte Körper entnommen und die Struktur betrachtet wurde, waren die Diamantkörner mit einer Korngröße von 40 ,um nicht aneinander gebunden und bildeten keine Gitterteile, jedes war von Diamantkörnern von 0,5-um und WC-Co als Binder, wie in Fig. 5 (A) gezeigt, umgeben. Zum Vergleich ist ein Mikrobild der Struktur eines kommerziell vertriebenen Diamantpreßlings in Fig. 5 (B) dargestellt, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 30-60 ,um besteht, die mit Co gebunden sind. Die beiden Diamantpreßlinge wurden jeweils zu einem Ziehstein endbearbextet, der einen Lochdurchmesser von O,i75 mm besitzt.' Unter Verwendung dieser ziehsteine wurde ein messingplatierter Stahldraht bei einer linearen Geschwindigkeit von 800 m/min in ein Schmiermittel gezogen. Der aus den kommerziell vertriebenen Diamantpreßlxngen geformte Ziehstein ergab Längskratzer auf der Oberfläche des Drahtes, wenn 500 kg gezogen waren, während der Preßling nach der vorliegenden Erfindung den Draht selbst nach dem Ziehen von 3000 kg kaum verkratzte.
Beispiel 5
30
Es wurden Binderpulver, wie in Tabelle 3 dargestellt, unter Verwendung von feinem Diamantpulver mit einer Korngröße von 0,3 ,um hergestellt.
10 438
Binder
Nr.		 Feine Diamant
körner
A 96
B 90
C 80
D 50
E 20
F 15
G 70
H 70
I 70
J 70
K 70
Tabelle 3
Vol.-% Carbide, Nitride Boride der Gruppe 4a, 5a, 6a der Tabelle des periodischen Systems
2 WC 5 WC
10 WC
35 WC
60 WC
55 WC (Mo,W)C
20 ZrC Ti(CN) (Ta,Nb;C
20 HfB^
Co
3232869 Co
Eisengruppen
metall		 Co
2 Co
5 CO
10 Co
15 5 Co
20 Co
30 Co
5 Ni, Ni
io Ni
10
1ü
Ί0
Diese Binderpulver und Diamantkörner mit einer Korngröße von wenigstens 10 ,um wurden in den in Tabelle 4 dargestell ten Verhältnissen gemischt, um fertige Pulver herzustellen.
Tabelle
Diamantpulver — Anteil Binder Anmerkung: ) Vergleichsmuster Anteil Ziehmenge
Fertige Korngröße (Vol.-%) (Vol.-%) (kg)
Pulver von 10/Um
oder mehr		 Nr. 30
Nr. (,um) 70 30
15 70 A 30 500
i 15 70 B 30 4000
ii 15 70 C 30 5500
iii 15 70 D 30 5000
iv 15 70 E 30 4500
ν , 15 70 F 30 2000
. -t-
Vl 		15 70 G 30 5300
vii 15 70 H 30 4100
viii 15 70 I 3O 4000
ix 15 70 J 40 3800
X 15 60 K 40 35OO
xi 60 60 D 10 4600
xii 2 90 D 85 2500
xiii 30 15 D 2600
xiy 30 D 1800
XV
438
• A "! ■
Diese fertigen Pulver wurden gesintert und zu einem Ziehstein mit einem Lochdurchmesser von 0,250 mm in entsprechender Weise wie bei Beispiel 4 endbearbeitet. Unter Verwendung dieser Ziehsteine wurde ein messingplatierter Stahldraht in ein Schmieröl mit einer linearen Geschwindigkeit von 800 m/min gezogen, wobei die in Fig. 4 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden. Zum Vergleich wurden bei zwei Ziehstangen, die aus einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling hergestellt sind, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3o-60 ,um, mit Co gebunden, und aus einem gehärteten Carbid besteht, und die dem gleichen Test unterworfen wurden, nur 1300 kg bzw. 300 kg gezogen.
Beispiel 6
Es wurden Binderpulver, wie in Tabelle 5 gezeigt, hergestellt.
Diamantkörner
von 0,5 ,um		 Tabelle 5 Eisengruppen
metall
Binder
Nr.		 80 Vol.-% Carbide, Nitride,
Boride der Gruppe 4a, 5a,
6a der Tabelle des perio
dischen Systems		 5 Ni, 5 Co
L 75 5WC, 5TiB2 10 Co
M 85 5WC, 10 TiC 7 Ni
N 60 5 TiC, 3 ZrN 10 Ni, 10 Co
0 40 10 TaN, 10 TiC 10 Ni, 5 Co
P 20 30 (Mo,W)C, 15 HfB2 10 Ni, 10 Co
Q 80 50 TiC, 10 VN 5 Ni, 5 Fe
R 5 TiC, 5 MoC
Diese Binderpulver und Diamantkörner mit einer Korngröße von 10 ,um oder mehr wurden in Verhältnissen, wie in Tabelle 6 dargestellt, zur Herstellung fertiger Pulver gemischt,
in entsprechender Weise wie bei Beispiel 4 gesintert und zu Ziehsteinen verarbeitet, die jeweils einen Lochdurchmesser von 1,185 mm und 1,2 mm besitzen. Unter Verwendung dieser Ziehsteine wurden jeweils ein kupferplatierter Stahldraht und Edelstahldraht durch den Ziehstein, der einen Lochdurchmesser von 1,185 mm und den Ziehstein, der einen Lochdurchmesser von 1,2 mm aufweis t7 in ein Schmieröl und bei einer linearen Geschwindigkeit von 400 m/min gezogen. Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Test mit einem kommerziell vertriebenen Preßling ausgeführt, der Diamantkörner mit einer Korngröße von 3o-60 ,um, mit Co gebunden, enthält. Die Ergebnisse sind zusammen in Tabelle 6 dargestellt.
Tabelle 6
Fertiges Diamantpulver
Pulver Korngrös- Anteil Nr 10 ,um (Vol.-%)
oder mehr
Binder Ziehdraht (t)
Nr. Anteil kupfer- Edel-
(Vbl.-%) platierter stahl-Stahldraht draht
(,um) 70 L 30 120 10
XVX 20 60 M 40 150 9
xvii 30 60 N 40 130 8
xviii 50 80 0 20 150 10
xiv 10 40 P 60 140 7
XX 60 30 Q 70 180 15
xx i 20 85 R 15 180 12
xxi i 20 Kommerziell vertriebener Diamantpreßling 20 1
Beispiel 7
Das in Beispiel 4 hergestellteßinderpulver und Diamantpulver mit einer Korngröße von 100,um wurden in einem Vol.-Verhältnis von 35 : 65 gemischt. Die sich daraus ergebenden fertigen Pulver wurden in einen Tiegel aus Ta eingegeben und 20 min lang einem Sintern bei 55 Kbar und 1450 C unter Verwendung einer Ültrahochdruckvorrichtung unterzogen. Aus diesem gesinterten Körper wurde eine Schneide hergestellt,
10 438
und einem Granitschneidtest bei einer Schneidgeschwindigkeit von 30 m/min,einer Schnittiefe von 1 mm und einem Vorschub von 0,5 mm/Umdrehung unter Verwendung von Wasser als Schneidflüssigkeit unterzogen. Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Schneidtest mit einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling für eine Bohrspitze ausgeführt, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von etwa 100 ,um, mit Co gebunden, enthält. Auf diese Weise wurde ermittelt, daß die Kante des Preßlings selbst nach 6o-minütigem Schneiden kaum brach, während die Kante des kommerziell vertriebenen Preßlings bereits nach 1o-minütigem Schneiden brach.
Beispiel 8
Das in Beispiel 4 hergestellte Binderpulver und Diamantpulver mit einer Korngröße von 3 ,um wurden in einem Volumenverhältnis von 60 : 40 gemischt, in ein Ta-Gefäß eingegeben und dann bei 53 Kbar und 1400° C gesintert. Unter Verwendung des sich daraus ergebenden Preßlings wurde ein Schneidwerkzeug hergestellt und dann einem Schneidtest unter den folgenden Bedingungen unterzogen:
Werkstück: Al-25 % Si, Schneidgeschwindigkeit 300 m/min, Schnitttiefe 0,5 mm, Vorschub o,2 mm/Umdrehung, Schnittzeit 60 min.
Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Test mit einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling ausgeführt, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3-8 ,um, mit Co gebunden, enthält. Auf diese Weise wurde ermittelt, daß der Preßling nach der vorliegenden Erfindung eine sehr glatte Schnittoberfläche mit einer Flankenverschlexßbreite von 0,03 mm erzielte, während der kommerziell : vertriebene Preßling eine rauhe Schnittoberfläche mit einer Flanken-
10 438
- 5Ί -
verschleißbreite von 0,05 mm ergab. Beispiel 9
Unter Verwendung der Binderpulver B, C, D, E und F, die beim Beispiel 5 hergestellt worden sind, wurden fertige Pulver, wie in Tabelle 7 gezeigt, hergestellt.
Tabelle 7
Fertige Diamantpulver Anteil Nr. Binder Schneidtestergebnis
Pulver Korngröße (VoL-S) Anteil bei Andesit
Nr. 10 ,um oder
mehr (,um)		 70 B (VoL-%)
xxiii 80 30 kein Ausbrechen,
70 B wenig Verschleiß
xxiv 50 60 C 30 ■1
XXV 80 80 D 40 Il
xxvi 80 70 E 20 Il
. .+
XXVIl		 2 30 kein Ausbrechen,
70 F viel Verschleiß
xxviii 80 30 Il
Kommerziell vertriebener Diamantpreßling zum Bruch in 5 min. Bohren
Anmerkung: ) Vergleichsmuster
Nach dem Einsetzen einer Scheibe aus WC-10 % Co in ein Gefäß aus Mo, werden diese fertigen Pulver in dieses gegeben und unter ultrahohem Druck in entsprechender Weise wie bei Beispiel 4 gesintert. Jeder der Diamantpreßlinge wurde an der WC-Co-gehärteten Carbidlegierung angeheftet. Um die Verwendbarkeit dieser Diamantpreßlinge für eine Bohrspitze zu untersuchen, wurden Schneidwerkzeuge aus diesen hergestellt und 30 min einem Naßverfahren-Schneidtest unter den folgenden Bedingungen unterzogen:
Werkstück: Andesit mit einer Druckfestigkeit von 1400 kg/cm , Schnittgeschwindigkeit 25 m/min, Schnitttiefe 0,5 mm, Vorschub 0,2 nun/Umdrehung.
Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Test mit einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling ausgeführt, der aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von 100 ,um, mit Co gebunden, enthält. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengestellt.
Beispiel 10
Synthetisches Diamantpulver mit einer Korngröße von 0,5 ,um, WC-Pulver und Co-Pulver wurden unter Verwendung eines Tigels und aus WC-Co-gehärteter Carbidlegierung hergestellten Kugeln kugelgemahlen, um Pulvermischungen mit einer Zusammensetzung zu erhalten,die 80 Vol.-% feiner Diamantkörner mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um, 12 VoI.-% WC-Pulver und 8 Vol.-% Co-Pulver enthält, diese dann mit groben Diamantpulver mit einer Korngröße von 20-30 ,um in einem Volumenverhältnis von 75 : 25 gemischt. Die fertigen Pulver wurden in ein Mo-Gefäß eingegeben. Dieses Gefäß wurde dann in eine Ultrahochdruckvorrichtung eingegeben, zunächst ein Druck von 55 Kbar aufgebracht und dann 30 min lang bei 1450° C erhitzt.
Als der gesinterte Körper aus der Vorrichtung entnommen und die Struktur betrachtet wurde, wurde ermittelt, daß die Diamantkörner mit einer Korngröße von 20-30,um über den Binder, der ultrafeine Diamantkörner enthält, gebunden waren. Ein Schneidwerkzeug wurde durch Schleifen dieses Preßlings hergestellt und 1 h lang unter den folgenden Bedingungen einem Schneidtest unter Verwendung eines Stoßmeißels unterzogen:
10 438
• Sit-
Werkstück: Anolesit mit einer Druckfestigkeit von 1500 kg/cm , Schneidgeschwindigkeit 20 m/min, Schnitttiefe 1 mm, Vorschub 0,4 mm/Umdrehung.
Zum Vergleich wurde ein anderes Schneidwerkzeug aus einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling für eine Bohrspitze hergestellt und gleichzeitig dem Test unterzogen. Fotografien nach dem Schneidtest sind in den Fig. 8 und gezeigt. Wie in den Fig. 8(A) und (B) dargestellt ist, ergab der Preßling nach der vorliegenden Erfindung keinen Kantenbruch, zeigte jedoch ein wenig Verschleiß, während, wie in den Fig. 9 (A) und (B) dargestellt, der kommerziell vertriebene Preßling einen starken Kantenbruch zeigte.
Beispiel 11
Binderpulver gemäß Tabelle 8 wurden unter Verwendung ultrafeiner Diamantkörner mit einer Korngröße von 0,3 ,um hergestellt.
Tabelle 8
Binder
Nr.		 Feine Diamantkörner Vol.-% WC oder
(Mo ,W) C		 Eisengruppen
metall
A 95 2,5 WC 2,5 Co
B 90 5 WC 5 Co
C 80 10 (Mo,W)C 5 Co - 5 Ni
D 70 20 WC 10 Co
E 60 30 WC 10 Co
F 50 40 WC 10 Co
Diese Binderpulver und Diamantkörner mit einer Korngröße von mindestens 5 ,um wurden in Verhältnissen,wie in Tabei
9 dargestellt, gemischt, um fertige Pulver herzustellen.
• n. 55"· 75 Nr Binder
Anteil
CVoI.-*)		 323286
Tabelle 9 80 A 25
Diamantpulver
Korngröße Anteil
iO,um oder (Vol.-%)
mehr ( ,um)		 80 B 20
Fertige
Pulver
Nr.		 20-30 70 C 20 Granitschneidtest
ergebnis, Flanken-
verschleißbreite
(mm) .
i 20-30 75 D 30 in 15 min gebrochen
ii 20-30 75 E 25 0,51
iii 20-30 75 F 25 0,28
iv 20-30 75 C 25 0,50
V 20-30 75 C 25 0,53
vi 5-9 75 C 25 0,95
vi i 10-20 75 C 25 0,98
viii 40-60 90 C 25 0,37
ix 80-100 85 C 10 0,30
X 150-200 50 C 15 0,45
xi 20-30 40 C 50 in 45 min gebrochen
XXi+ 20-30 C 60 in 50 min gebrochen
xiii 20-30 0,33
xiv 20-30 0,60
XV 0,99
Anmerkung: ) Vergleichsmuster
Die vollständigen Pulver wurden in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 10 gesintert. Schneidwerkzeuge wurden aus den sich daraus ergebenden Preßlingen hergestellt und dann unter den folgenden Bedingungen 20 min lang einem Granitschneidtest unter Verwendung eines Stoßmeißels unterzogen:
Schneidgeschwindigkeit 30 m/min, Schnitttiefe 1 mm, Vorschub 0,3 mm/Umdrehung.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengestellt.
10 438
Beispiel 12
Diamantpulver mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um bzw. 0,5 ,um, WC-Pulver, Co-Pulver und B-Pulver wurden unter Verwendung eines Tjflgels und aus WC-Co-gehärteter Carbidlegierung hergestellten Kugeln kugelgemahlen, um Pulvermischungen mit einer Zusammensetzung zu erhalten, die 81 Vol.-% feine Diamantpartikel mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um, 10 Vol.-% WC-Pulver, 9 Vol.-% Co-Pulver und 1,0 Vol.-% B-Pulver enthält, die dann mit groben Diamantpulver mit einer Korngröße von 30-40 ,um mit einem Vol.-Verhältnis von 2 : 8 zur Herstellung fertiger Pulver gemischt werden. Der gemessene B-Anteil betrug
0,128 Gew.-%.
15
Die sich daraus ergebenden fertigen Pulver wurden in einer entsprechenden Weise wie bei Beispiel 10 gesintert. Unter Verwendung des Preßlings wurde ein Bohrkern, der drei Schneiden und einen äußeren Durchmessern von 50 mm besitzt, hergestellt und An<iesitbohren mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min unterzogen. Zum Vergleich wurden Bohrkerne aus demselben Preßling, wie zuvor beschrieben, jedoch ohne B,und ein kommerziell vertriebener Diamantpreßling für eine Bohrspitze hergestellt und dem Bohrtest unterworfen. Der B-haltige Preßling der vorliegenden Erfindung und der B-freie Preßling konnten 20 m bohren. Demgegenüber trat bei dem Bohrkern mit dem kommerziell, vertriebenen Preßling ein Kantenbruch bei einer Bohrtiefe von 6 m ein.
Bei Verwendung von TiB , ZrB«, HfB oder BC anstelle von V, werden ähnliche Ergebnisse erzielt.
Beispiel 13
Diamantpulver mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um 10 438
und WC-Pulver wurden in einem Vol.-Verhältnis von 9 : 1 gemischt. Die gemischten Pulver wurden weiterhin mit Diamantkörnern mit einer Korngröße von 3o-40 ,um in einem Volumenverhältnis von 1 : 3 zur Herstellung fertiger Pulver vermischt, in ein Gefäß aus gehärteter Carbidlegierung eingegeben, auf das eine Co-Schicht aufgelegt wurde und dann einem Sintern in einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung unter zogen.
Wenn der auf diese Weise gesinterte Körper aus der Vorrichtung entnommen und die Struktur betrachtet würde, war Co gleichförmig durchgedrungen, um die Diamantkörner zu sintern. Ein Ziehstein mit einem Innendurchmesser von 0,2 mm wurde aus dem sich daraus ergebenden Diamantpreßling hergestellt und bei einer linearen Geschwindigkeit von 800m/ min dem Ziehen eines messingplatierten Stahldrahtes unterzogen. Zum Vergleich wurde ein anderer Ziehstein aus einem kommerziell vertriebenen Diamantpreßling, der Diamantkörner von 30-40 ,um aufweist, hergestellt und in ähnlicher Weise getestet. Im folgenden zeigte der Ziehstein mit dem Preßling nach der vorliegenden Erfindung ein Drahtziehen von 5,3 t, der mit dem kommerziell vertriebenen Preßling jedoch nur ein Drahtziehen von 2 t.
Beispiel 14
Diamantkörner mit einer Korngröße von 40-60 ,um wurden mit dem im Beispiel 12 hergestellten Binderpulver in einem Volumenverhältnis von 4 : 1 gemischt, in ein aus Mo hergestelltes Gefäß gegeben und in entsprechender Weise wie bei Beispiel 12 gesintert. Aus dem sich daraus ergebenden Preßling wurde ein Schlichtwerkzeug hergestellt, und 200 mal dem Schlichten einer SiC-Scheibe unterzogen. Vergleichsweise wurde ein anderes Schlichtwerkzeug mit einem kommerziell
10 438
■ >7 '
vertriebenen Preßling, der Diamantkörner mit einer Korngröße von 40-60 ,um aufweist, hergestellt und in ähnlicher Weise getestet. Im Ergebnis zeigte der Preßling nach der vorliegenden Erfindung eine Flankenverschleißbreite von 0,31 mn^ während der kommerziell vertriebene Preßling eine von 0,53 mm aufwies, .
Beispiel 15
Synthetisches Diamantpulver mit einer Korngröße von 0,5,um, WC-Pulver, und Co-Pulver wurden unter Verwendung eines Tigels und aus WC-Co-gehärteten Carbiden hergestellten Kugeln kugelgemahlen, um Pulvermischungen in einer Zusammensetzung zu erhalten, die 80 Vol.-% feiner Diamantkörner mit einer hauptsächlichen Korngröße von 0,3 ,um, 12 Vol.-% WC-Pulver, und 8 Vol.-% Co-Pulver enthalten, die dann mit groben Diamantpulver mit einer Korngröße von 20-30-um in einem Volumenverhältnis von 75 : 25 vermischt werden. Zu den gemischten Pulvern wurde 0,15 Gew.-% B-Pulver hinzugefügt.
Auf die obere Oberfläche einer gehärteten Carbidlegierung aus WC-6 % Co, die einen äußeren Durchmesser von 10 mm und eine Höhe von 3 mm besitzt, wurde ein dünnflüssiger Schlamm aus einer Mischung geschichtet, die 60 Vol.-% kubisches Bornitrid (CBN)-Pulver und im übrigen TiN-Pulver aufweist, das 20 Gew.-% Al in einem organischen Lösungsmittel (Polyvinylalkohol), das Äthylcellulose aufweist, enthält. Dieses gehärtete Carbid wurde in einem Gefäß aus Mo angeordnet, in das das diamanthaltige harte Schichtpulver derart eingegeben wurde, daß es mit der kubisches
bor nitridhaltigen Zwischenschicht in Berührung gebracht
wird. Dann wurde das Gefäß in eine Ultrahochdruckvorrichtung eingesetzt, auf dieses zunächst ein Druck von 55 Kbar ausgeübt und es dann 20 min lang auf 1500 C erhitzt.
10 438
Wenn der sich daraus ergebende gesinterte Körper nach dem Abkühlen aus der Vorrichtung entnommen und dessen Struktur betrachtet wurde, wurde ermittelt, daß die Diamantkörner mit einer Korngröße von 20-30 ,um über den Binder gebunden waren, der die ultrafeinen Diamantkörner enthält, und daß der Diamantpreßling an den Haftgrenzen durch die die kubischen Bor nitride enthaltende Zwischenschicht fest an die gehärtete Carbidlegierung angebunden war.
Ein Bohrkern mit vier Schneiden und einem Außendurchmesser von 46 mm wurde aus diesem zusammengesetzten Preßling hergestellt und dem Bohren von Anclesit, das eine Druckfestigkeit
2
von 1800 kg/cm besitzt, bei einer Geschwindigkeit von •250 Umdrehungen/min mit einem Bohrdruck von 800 kg unterzogen. Zum Vergleich wurden andere Bohrkerne experimentell unter Verwendung eines kommerziell vertriebenen Diamantpreßlings für eine Bohrspitze und desselben Diamantpreßlings wie oben beschrieben, jedoch ohne die Zwischenschicht, hergestellt und in ähnlicher Weise getestet. Im Ergebnis zeigte der Bohrkern mit dem Preßling nach der vorliegenden Erfindung keinen Bruch und zeigte selbst nach dem Bohren von 20 m Widerstandsfähigkeit für den weiteren Gebrauch, während bei dem Bohrkern mit dem kommerziell vertriebenen Preßling ein Brechen und Abschälen des Diamantpreßlings auftrat, als die Bohrtiefe 5 m erreichte. Bei dem Bohrkern des Preßlings, der dieselbe harte Schicht wie der Preßling nach der vorliegenden Erfindung, jedoch ohne Zwischenschicht besitzt, wurde der Diamantpreßling von der gehärteten Carbidlegierung bei Erreichen einer Bohrtiefe von 15 m abgelöst.
Beispiel 16
Binderpulver, wie in Tabelle 10, wurden unter Verwendung feinen Diamantpulvers mit einer Korngröße von 0,3 ,um her-
10 438
gestellt.
Tabelle 10
Binder Feine Diamantkörner Anteil WC
Nr. oder (Mo,W) C
A 95 2,5 WC
B 90 5 WC
C 80 10 (Mo,W)C
D 70 20 WC
E 60 30 WC
F 50 40 WC
Eisengruppenmetall
2,5 Co 5 Co 5 Co - 5 Ni 1O Co 10 Co 10 Co
Diese Binderpulver und Diamantkorner mit einer Korngröße von mindestens 10 ,um wurden zur Herstellung fertiger Pulver in den wie in Tabelle 11 dargestellten Verhältnissen gemischt.
Tabelle 11
Fertige
Pulver Nr.		 Diamantpulver
Korngröße · Anteil
10/um oder (Vol.-%)
mehr ( ,um)		 70 Nr. Binder
Anteil (Vol.-%)
i 20-30 80 A 25
ii 20-30 80 B 20
iii 20-30 70 C 20
iv 20-30 75 C 30
V 20-30 75 E 25
vi 20-30 75 F 25
vii 5-9 75 C 25
viii 10-20 75 C 25
ix 40-60 75 C 25
X 80-100 75 C 25
xi 150-200 C 25
10 438
• 90 • 6Θ - Nr. : : ·· · : -■-;-: : .·
Diamantpulver
Korngröße Anteil
10,um oder (Vol.-%)
mehr ( ,um)		 85 64· I
C		 " " ■" 32328
20-30 50 C
Fertige
Pulver
Nr.		 20-30 40 C Binder
Anteil (VoL-%)
xii 20-30 C 10
xiii 20-30 15
xiv 50
XV 60
Danach wurden die Pulver für die Zwischenschicht, wie in Tabelle 12 gezeigt, hergestellt.
Tabelle 2-6 80 50 12 80 TiN Andere
Zusätze
(Gew.-%)		 Al
Nr. Hochverfestigtes Bornitrid
Art Korngröße Anteil
( ,um) (Vol.-%)		 2-6 70 30 80 TiN 20 Al
a CBN 1 oder weniger 60 10 TiN, , 30 ZrN 20 Al
b CBN 0,1 " 5 Binder
Carbide, Nitride,
Kohlenstoffnitride
der Gruppe 4a, 5a
(Vol.-%)		 Ti(C, N) 30 10 Si
C CBN 5-10 .HfN1 20Al, Al
d WBN ' 5-10 TiN, 30 Al
e CBN 2-6 40 NbN, 10 Si
f CBN 70 ri0 TiC 30
g CBN 60 r 40 TaC
50 , 10 VN,ZrN
30
Anmerkung: CBN Kubisches Bornitrid
WBN Wurtzitbornitrid
Diese Zwischenschichtpulver wurden jeweils in ein organisches Lösungsmittel gegeben, das Äthylcellulose zur Bildung eines dünnflüssigen Schlamms enthält, und auf eine gehärtete Carbidlegierung mit WC-8 % Co geschichtet. Diese gehärtete Carbidlegierung wurde in ein Gefäß aus Mo gegeben und jedes der diamanthaltigen Pulver, die in Tabelle 11 dargestellt sind, wurden derart eingefüllt, daß sie mit dem Zwischenschichtpulver in Berührung gebracht wurden. Diese Zusammen-
10 438
Setzung wurde bei einein ultrahohen Druck in entsprechender Weise wie bei Beispiel 15 zur Bildung eines Diamantpreßlings gesintert, und aus dem sich daraus ergebenden Diamantpreßling wurde ein Bohrkern mit drei Schneiden hergestellt. In Tabelle 13 sind Diamantpreßlinge und Zwischenschichten, die experimentell hergestellt wurden, gezeigt.
Diese Bohrspitzen wurden einem Bohrtest bei Andesit mit
ο einer einachsigen Druckfestigkeit von 2000 k/cm bei einer Geschwindigkeit von 50 m/min zum Bohren von 10 m unterzogen. Die Testergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 13 dargestellt.
Tabelle 13
Nr. Pulver zur Bildung
des Diamantpreßlings
I i
II i
III ii
IV ii
V iii
VI iv
VII V
VIII vi
Zwischenschicht Bohrtestergebnis
IX
VXl
X VIII
XI ix
XII X
XIII xi
XIV xii
XV xiii
XIV xiv
XVII XV
a b a b c d e b
f g
b b d e
Ablösung bei 1 m Bruch bei 1,5m Ablösung bei 1,3m Bohren von 10 m
starker Verschleiß bei 3 m
starker Verschleiß bei 2,5 m
Bohren von 10 m
Bruch bei 2,3 m Bruch bei 2,5 m Bohren von 10 m
starker Verschleiß bei 2,7 m
10 438
Beispiel 17
Ein Diamantpreßling wurde hergestellt und ein Bohrkern mit vier Schneiden aus dem Diamantpreßling in entsprechender Weise wie bei Beispiel 15 hergestellt, jedoch ohne die gehärtete Carbidlegierung aus WC-6 % Co in (Mo,W)C-10% Ti 10 % Co zu ändern. Wenn Andesit mit einer monoaxialen
2
Druckfestigkeit von 1700 kg/cm mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min 20 m unter Verwendung der sich daraus ergebenden Bohrspitze gebohrt wurde, wurden bei dem Diamantpreßling nach der vorliegenden Erfindung weder ein Bruch noch ein Abschälen ermittelt.
10 438

Claims (35)

Patentanwälte Steinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 · Tel. 089/229441 · Telex: 05/22208 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku Osaka, Japan Diamantpreßling für ein Werkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche:
1. Diamantpreßling für ein Werkzeug, dadurch g e kennze ichnet, daß er zu 20-85 Vol.-% aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von wenigstens 3 μπι und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 20-95 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Kohlenstoffnitriden, Nitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι und aus wenigstens einem aus der aus den Eisengruppenmetallen bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteil zusammengesetzt ist.
10438
2. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner eine Korngröße von 3-10 μΐη besitzen.
3. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner eine Korngröße von wenigstens 10 μΐη besitzen.
4. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner eine Korngröße von 10-100 μΐη besitzen.
5. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeic hnet, daß die Carbide Wolframkohlenstoff (WC) und (Molybdän, Wolfram)Kohlenstoff ((MqW)C) sind, die denselben Kristallaufbau wie der Wolframkohlenstoff (WC) haben.
6. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbide und Eisengruppenmetalle in einem derartigen Verhältnis stehen, daß der Anteil an Carbiden größer als der der eutektischen Mischung entsprechende ist.
7. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ultrafeinen Diamantkörner eine Korngröße von höchstens 0,5 μπι besitzen.
8. Diamantpreßling für ein Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß er zu 50-85 Vol.-% aus groben Diamantkörnern mit einer Korngröße von 10-100 μΐη
10 438
und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 60-90 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchsten 1 μΐη, aus WC oder (Mo,W)C, das denselben Kristallaufbau wie WC besitzt, mit einer Korngrösse von höchstens 1 μπι und aus einem Eisengruppenmetall zusammengesetzt ist.
9. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß der Binder weiterhin 0,005-0,15 Gew.-% wenigstens eines Bors und eines borhaltigen Gemischs enthält.
10. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß WC oder (Mo,W)C und das Eisengruppenmetall in einem derartigen Verhältnis stehen, daß der Anteil der Carbide größer als der der eutektischen Mischung entsprechende ist.
11. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper aus Diamantkörnern und Binder mit einem Füllstoff aus einem gehärteten Carbidlegierungssubstrat versehen ist.
12. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versehen mit Füllstoff durch eine Zwischenschicht vorgenommen ist, die eine Dicke von höchstens 2 mm besitzt und zu höchstens 70 Vol.-% aus hochverfestigten Bornitriden und im übrigen aus wenigstens einem Bestandteil besteht, der aus der aus Carbiden, Nitriden und Kohlenstoffnitriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a und 5a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und deren Mischungen ausgewählt ist.
10 438
13. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß die Zwischenschicht weiterhin wenigstens 0,1 Gew.-% wenigstens eines Bestandteils enthält, der aus der aus Aluminium, Silicium und deren Mischung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
14. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Carbidlegierung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus WC-Co-Legierungen und (Mo,W)C-artigen Kristallen, die als überwiegenden Bestandteil Mox durch einen Eisengruppenbestandteil gebunden^ enthalten.
15. Diamantpreßling für ein Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die borhaltigen Bestandteile TiB„, ZrB , HfB-, B4C und Gemische derselben sind.
16. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug, der zu 20-85 Vol.-% aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von wenigstens 3 μπι und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 20-95 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnerη mit einer Korngröße von höchstens 1 um, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Kohlenstoffnitriden, Nitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι und aus wenigstens einem aus der aus den Eisengruppenmetallen bestehenden Gruppe ausgewählten Bestandteil zusammengesetzt ist, gekennzeichnet durch die Herstellung einer Mischung aus Diamantpulver mit einer Korngröße von
10 438
wenigstens 3 μπι, aus ultrafeinem Diamantpulver mit einer Korngröße von wenigstens 1 μΐη, aus wenigstens einem aus der aus Carbiden, Kohlenstoffnitriden, Nitriden, Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι und aus wenigstens feinem Bestandteil der Eisengruppenmetallpulver und daß die Mischung unter Verwendung einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung einer heißen Pressung bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, bei denen der Diamant beständig ist, unterworfen wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Diamantpulver eine Korngröße von 3-10 μπι besitzt.
18. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch g e k e η nze ichnet, daß das Diamantpulver eine Korngröße von wenigstens 10 μΐη besitzt, und das ultrafeine Diamantpulver eine Korngröße von höchstens 0,5 μπι aufweist.
19. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Diantantpulver eine Korngröße von 10-100 μπι besitzt.
20. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbide WC und (Mo, W)C, die dieselbe Kristallstruktur wie WC
10 438
besitzen, sind.
21. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungder Carbide und der Eisengruppenmetalle in einem derartigen Verhältnis verwendet wird, daß der Anteil der Carbide größer als der der eutektischen Mischung entsprechende ist, und daß das Kornwachstum des ultrafeinen Diamantpulvers oberhalb einer Temperatur gehemmt wird, bei der das Eutektikum des Carbids und des Eisengruppenmetalls gebildet wird.
22. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug, welcher zu 50-85 Vol.-% aus groben Diamantkörnern mit einer Korngröße von 10-100 um und im übrigen aus einem Binder besteht, der zu 60-90 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 \im, aus WC oder (Mo, W)C, das dieselbe Kristallstruktur wie WC besitzt, mit einer Korngröße von höchstens 1 μΐη und einem Eisengruppenmetall zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Diamantpulver mit einer Korngröße von 10-100 um, aus ultrafeinem Diamantpulver mit einer Korngröße von höchstens 1 um, aus WC oder (Mo, W)C-Pulver mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, wobei der letztere denselben Kristallaufbau hat wie der erstere, und aus einem Eisengruppenmetall hergestellt und dann die Mischung unter Verwendung einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung einer heißen Pressung bei einem hohen Druck und einer hohen Temperatur, bei denen der Diamant beständig ist, ausgesetzt wird.
23. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings 10 438
— "7 —
für ein Werkzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung weiterhin 0,005-0,15 Gew.-% wenigstens eines Bestandteils aus Bor und eines borhaltigen Gemischs enthält.
5
24. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 22, dadurch g e k e η nze ichnet, daß ein Legierungsüberzug aus wenigstens einem Bestandteil der Eisengruppenmetalle auf Pulvergemische aus Diamantpulver mit einer Korngröße von 10-100 :μΐη, aus ultrafeinem Diamantpulver mit einer Korngröße von höchstens 1 μΐη und aus WC oder (Mo,W)C-Pulver mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι aufgebracht wird und einem Heißpressen in einer Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung unter Verwendung eines festen Druckmittels unterworfen wird.
25. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 24, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Pulvermischungen weiterhin 0,005-0,15 Gew.-% wenigstens eines Bestandteils aus Bor und borhaltigen Gemischen enthalten.
26. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung^ die WC oder (Mo1W)C, das denselben Kristallaufbau wie WC besitzt, und ein Eisengruppenmetall in einem derartigen Verhältnis enthält, daß der Anteil der Carbide größer als der der eutektischen Mischung entsprechende ist, als ein Teil der Binderbestandteile verwendet wird, und daß das Kornwachstum des ultrafeinen Diamantpulvers oberhalb einer Temperatur gehemmt wird, bei der das Eutektikum des Carbids und des Eisengruppenmetalls gebildet wird.
10 438
27. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht vorgesehen wird, die aus einer Mischung aus hochverfestigtem Bornitrid und wenigstens einem aus der aus Carbiden, Nitriden und Kohlenstoffnitriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a'und 5a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählten Bestandteil auf einem Substrat aus einer WC-Co-Legierung oder einem Cermetsubstrat aus Carbidkristallen der (Mo, W)C-Art, gebunden durch ein Eisengruppenmetall, besteht; daß die Zwischenschicht mit einem Pulvergemisch von 20-85 Vol.-% an Diamantkörnern mit einer Korngröße von wenigstens 3 μΐη und im übrigen zu 20-95 Vol.-% aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, aus wenigstens einem Bestandteil mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι, der aus der aus Carbiden, Carbonitriden, Nitriden, Boriden bestehenden Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählt ist, beschickt wird; daß die Zusammensetzung bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, bei denen der Diamant beständig ist, unter Verwendung einer ,Ultrahochdruck- und Hochtemperaturvorrichtung heißgepreßt wird; und daß dadurch die Diamanten enthaltende harte Pulverschicht und die Zwischenpulverschicht gesintert und zugleich an das Substrat gebunden werden.
28. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch Anordnung der Mischung für die Zwischenschicht in Pulverform oder in verfestigter Form auf dem Substrat oder durch
10 438
Auftragen oder Beschichten der Mischung auf das Substrat vorgesehen wird.
29. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings
für ein Werkzeug nach Anspruch 27 oder 28, dadurch g e kennze ichnet, daß die Mischung für die Zwischenschicht weiterhin wenigstens 0,1 Gew.-% wenigstens eines Bestandteils enthält, der aus der Gruppe Al, Si und deren Mischungen ausgewählt ist.
10
30. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 27 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner mit einer Korngröße von 10-100 μπι mit einem Anteil von 50-85 Vol.-% und ultrafeine Diamantkörner mit einer Korngröße von höchstens 1 um in einem Anteil von 60-90 Vol.-% enthalten sind.
31. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 27 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, daß die Carbide für die harte Schicht WC und (Mo,W)C, das dieselbe
Kristallstruktur wie WC besitzt, sind.
32. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 27 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, daß ein aus
wenigstens einem der Eisengruppenmetalle bestehender
Legierungsüberzug auf Pulvermischungen mit 20-85 Vol.-% Diamantkörnern mit einer Korngröße von wenigstens 3 μΐη und im übrigen mit einer Mischung von 20-95 Vol.-% ultrafeiner Diamantkörner mit einer Korngröße von höchstens 1 μπι und wenigstens einem Bestandteil mit einer Korngrösse von höchstens 1 μπι, der aus der aus Carbiden, Kohlen-
10 438
Stoffnitriden, Nitriden und Boriden bestehenden Gruppe der Gruppe 4a, 5a und 6a der Elemente der Tabelle des periodischen Systems, aus deren festen Lösungen und aus deren Mischkristallen ausgewählt ist, aufgebracht wird.
33. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennze ichnet, daß das Carbid und das Eisengruppenmetall in den Pulvermischungen für die harte Schicht in einem derartigen Verhältnis stehen, daß der Anteil der Carbide größer als der der eutekti1=- schen Mischung entsprechende ist.
34. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrid in der Mischung für die Zwischenschicht TiN ist.
35. Verfahren zur Herstellung eines Diamantpreßlings für ein Werkzeug nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvergemische weiterhin 0,005-0,15 Gew.-% wenigstens eines Bestandteils aus Bor und borhaltigen Gemischen enthalten.
10 438
DE19823232869 1981-09-04 1982-09-03 Diamantpressling fuer ein werkzeug und verfahren zu dessen herstellung Granted DE3232869A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56138644A JPS5841769A (ja) 1981-09-04 1981-09-04 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JP19277281A JPS5896848A (ja) 1981-12-02 1981-12-02 工具用高硬度焼結体およびその製造方法
JP57095104A JPS58213676A (ja) 1982-06-02 1982-06-02 工具用ダイヤモンド焼結体及びその製造方法
JP12451282A JPS5916942A (ja) 1982-07-19 1982-07-19 工具用複合ダイヤモンド焼結体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3232869A1 true DE3232869A1 (de) 1983-05-26
DE3232869C2 DE3232869C2 (de) 1992-05-14

Family

ID=27468301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823232869 Granted DE3232869A1 (de) 1981-09-04 1982-09-03 Diamantpressling fuer ein werkzeug und verfahren zu dessen herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4505746A (de)
DE (1) DE3232869A1 (de)
FR (1) FR2512430B1 (de)
GB (1) GB2107298B (de)
SE (1) SE457537B (de)

Families Citing this family (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028177A (en) * 1984-03-26 1991-07-02 Eastman Christensen Company Multi-component cutting element using triangular, rectangular and higher order polyhedral-shaped polycrystalline diamond disks
DE3570480D1 (en) * 1984-03-26 1989-06-29 Eastman Christensen Co Multi-component cutting element using consolidated rod-like polycrystalline diamond
US5199832A (en) * 1984-03-26 1993-04-06 Meskin Alexander K Multi-component cutting element using polycrystalline diamond disks
AU571419B2 (en) * 1984-09-08 1988-04-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond sintered for tools and method of manufacture
JPS6184303A (ja) * 1984-09-28 1986-04-28 Ishizuka Kenkyusho:Kk 複合焼結体の製造法
DE3477207D1 (en) * 1984-11-21 1989-04-20 Sumitomo Electric Industries High hardness sintered compact and process for producing the same
IE57439B1 (en) * 1985-04-09 1992-09-09 De Beers Ind Diamond Wire drawing die
US4695321A (en) * 1985-06-21 1987-09-22 New Mexico Tech Research Foundation Dynamic compaction of composite materials containing diamond
AU577958B2 (en) * 1985-08-22 1988-10-06 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Abrasive compact
CA1313762C (en) * 1985-11-19 1993-02-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hard sintered compact for a tool
US4797326A (en) * 1986-01-14 1989-01-10 The General Electric Company Supported polycrystalline compacts
AT394329B (de) * 1987-10-12 1992-03-10 Anh Tuan Dipl Ing Dr Techn Ta Sinterkoerper und verfahren zu deren herstellung
FR2623201B1 (fr) * 1987-11-17 1993-04-16 Combustible Nucleaire Produit abrasif diamante composite, son procede de preparation et les outils de forage ou d'usinage qui en sont equipes
US4899922A (en) * 1988-02-22 1990-02-13 General Electric Company Brazed thermally-stable polycrystalline diamond compact workpieces and their fabrication
US5593474A (en) * 1988-08-04 1997-01-14 Smith International, Inc. Composite cemented carbide
US4923490A (en) * 1988-12-16 1990-05-08 General Electric Company Novel grinding wheels utilizing polycrystalline diamond or cubic boron nitride grit
DE69016240T3 (de) * 1989-04-06 1999-03-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka Diamant für Abrichtungsvorrichtung
ZA901817B (en) * 1989-06-15 1991-04-24 Gen Electric Tools employing a large or irregularly shaped diamond abrasive
US5206083A (en) * 1989-09-18 1993-04-27 Cornell Research Foundation, Inc. Diamond and diamond-like films and coatings prepared by deposition on substrate that contain a dispersion of diamond particles
US5183602A (en) * 1989-09-18 1993-02-02 Cornell Research Foundation, Inc. Infra red diamond composites
US5120495A (en) * 1990-08-27 1992-06-09 The Standard Oil Company High thermal conductivity metal matrix composite
US5045972A (en) * 1990-08-27 1991-09-03 The Standard Oil Company High thermal conductivity metal matrix composite
DE69205075T2 (de) * 1991-06-25 1996-03-21 Sumitomo Electric Industries Hartgesinterter Presskörper für Werkzeuge.
ZA943646B (en) * 1993-05-27 1995-01-27 De Beers Ind Diamond A method of making an abrasive compact
US5536485A (en) * 1993-08-12 1996-07-16 Agency Of Industrial Science & Technology Diamond sinter, high-pressure phase boron nitride sinter, and processes for producing those sinters
DE69434357T2 (de) * 1993-12-27 2006-03-09 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Legierung auf Stahlbasis mit hohem Modul und Verfahren zu deren Herstellung
JP3309897B2 (ja) * 1995-11-15 2002-07-29 住友電気工業株式会社 超硬質複合部材およびその製造方法
US5855996A (en) * 1995-12-12 1999-01-05 General Electric Company Abrasive compact with improved properties
TW394723B (en) * 1997-04-04 2000-06-21 Sung Chien Min Abrasive tools with patterned grit distribution and method of manufacture
ATE224228T1 (de) * 1997-04-17 2002-10-15 De Beers Ind Diamond Sinterverfahren für diamanten und diamant- züchtung
JP2001525311A (ja) * 1997-12-11 2001-12-11 デ ビアス インダストリアル ダイアモンド デイビジヨン （プロプライエタリイ） リミテツド 結晶成長
US6338907B1 (en) 1998-08-03 2002-01-15 Tyrolit Schleifmittelwerke Swarovski K.G. Abrasive tool
US6951578B1 (en) * 2000-08-10 2005-10-04 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond materials formed from coarse-sized diamond grains
US6913633B2 (en) * 2000-10-12 2005-07-05 Robert Fries Polycrystalline abrasive grit
US6541115B2 (en) * 2001-02-26 2003-04-01 General Electric Company Metal-infiltrated polycrystalline diamond composite tool formed from coated diamond particles
JP3913118B2 (ja) * 2002-06-13 2007-05-09 忠正 藤村 超微粒ダイヤモンド粒子を分散した金属薄膜層、該薄膜層を有する金属材料、及びそれらの製造方法
US7175687B2 (en) * 2003-05-20 2007-02-13 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion-corrosion resistant boride cermets
US7175686B2 (en) * 2003-05-20 2007-02-13 Exxonmobil Research And Engineering Company Erosion-corrosion resistant nitride cermets
US7438741B1 (en) 2003-05-20 2008-10-21 Exxonmobil Research And Engineering Company Erosion-corrosion resistant carbide cermets for long term high temperature service
US7316724B2 (en) * 2003-05-20 2008-01-08 Exxonmobil Research And Engineering Company Multi-scale cermets for high temperature erosion-corrosion service
US7074253B2 (en) * 2003-05-20 2006-07-11 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion resistant carbide cermets with superior high temperature corrosion resistance
US7247186B1 (en) * 2003-05-20 2007-07-24 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion resistant carbonitride cermets
US20050019114A1 (en) * 2003-07-25 2005-01-27 Chien-Min Sung Nanodiamond PCD and methods of forming
US20050227590A1 (en) * 2004-04-09 2005-10-13 Chien-Min Sung Fixed abrasive tools and associated methods
US7435478B2 (en) * 2005-01-27 2008-10-14 Smith International, Inc. Cutting structures
GB2454122B (en) * 2005-02-08 2009-07-08 Smith International Thermally stable polycrystalline diamond cutting elements and bits incorporating the same
US7694757B2 (en) * 2005-02-23 2010-04-13 Smith International, Inc. Thermally stable polycrystalline diamond materials, cutting elements incorporating the same and bits incorporating such cutting elements
US7493973B2 (en) 2005-05-26 2009-02-24 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond materials having improved abrasion resistance, thermal stability and impact resistance
US20070056778A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Steven Webb Sintered polycrystalline diamond material with extremely fine microstructures
US7731776B2 (en) * 2005-12-02 2010-06-08 Exxonmobil Research And Engineering Company Bimodal and multimodal dense boride cermets with superior erosion performance
WO2008015629A1 (en) * 2006-07-31 2008-02-07 Element Six (Production) (Pty) Ltd Abrasive compacts
US9097074B2 (en) * 2006-09-21 2015-08-04 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond composites
US20100000158A1 (en) * 2006-10-31 2010-01-07 De Leeuw-Morrison Barbara Marielle Polycrystalline diamond abrasive compacts
US8231698B2 (en) * 2006-10-31 2012-07-31 De Leeuw-Morrison Barbara Marielle Polycrystalline diamond abrasive compacts
US8028771B2 (en) 2007-02-06 2011-10-04 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
JP2010526020A (ja) * 2007-05-07 2010-07-29 エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド 多結晶ダイヤモンド複合体
WO2009067178A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Exxonmobil Research And Engineering Company Bimodal and multimodal dense boride cermets with low melting point binder
KR100985231B1 (ko) * 2007-11-30 2010-10-05 이세린 다공성 경량체 및 그 제조방법
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
GB2459272A (en) * 2008-04-15 2009-10-21 Element Six Diamond enhanced carbide type materials
US8349040B2 (en) * 2008-07-08 2013-01-08 Smith International, Inc. Method for making composite abrasive compacts
EP2300366B1 (de) * 2008-07-08 2016-09-07 Smith International, Inc. Verfahren zur herstellung von ultrahartem polykristallinem material durch sinterung mit einem feld aus elektrischen impulsen oder durch spark-plasma-sinterung
US8927101B2 (en) * 2008-09-16 2015-01-06 Diamond Innovations, Inc Abrasive particles having a unique morphology
US8083012B2 (en) 2008-10-03 2011-12-27 Smith International, Inc. Diamond bonded construction with thermally stable region
GB0819257D0 (en) * 2008-10-21 2008-11-26 Element Six Holding Gmbh Insert for an attack tool
GB2480219B (en) 2009-05-06 2014-02-12 Smith International Cutting elements with re-processed thermally stable polycrystalline diamond cutting layers,bits incorporating the same,and methods of making the same
WO2010129813A2 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Methods of making and attaching tsp material for forming cutting elements, cutting elements having such tsp material and bits incorporating such cutting elements
US8783389B2 (en) * 2009-06-18 2014-07-22 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond cutting elements with engineered porosity and method for manufacturing such cutting elements
US8590646B2 (en) * 2009-09-22 2013-11-26 Longyear Tm, Inc. Impregnated cutting elements with large abrasive cutting media and methods of making and using the same
US9949539B2 (en) 2010-06-03 2018-04-24 Frederick Goldman, Inc. Method of making multi-coated metallic article
US8689912B2 (en) 2010-11-24 2014-04-08 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having optimized material composition
EP2713802A4 (de) 2011-06-03 2015-03-11 Frederick Goldman Inc Mehrfach beschichtete metallische produkte und verfahren zu ihrer herstellung
AU2012262012A1 (en) 2011-06-03 2013-12-12 Frederick Goldman, Inc. Coated metallic products and methods for making the same
CA2872871A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Diamond cutting elements for drill bits seeded with hcp crystalline material
WO2016115079A1 (en) 2015-01-12 2016-07-21 Longyear Tm, Inc. Drilling tools having matrices with carbide-forming alloys, and methods of making and using same
US10287824B2 (en) 2016-03-04 2019-05-14 Baker Hughes Incorporated Methods of forming polycrystalline diamond
US11292750B2 (en) 2017-05-12 2022-04-05 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements and structures
US11396688B2 (en) 2017-05-12 2022-07-26 Baker Hughes Holdings Llc Cutting elements, and related structures and earth-boring tools
US11536091B2 (en) 2018-05-30 2022-12-27 Baker Hughes Holding LLC Cutting elements, and related earth-boring tools and methods
GB201918378D0 (en) * 2019-12-13 2020-01-29 Element Six Uk Ltd Polycrystalline diamond with iron-containing binder

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4171973A (en) * 1977-05-04 1979-10-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond/sintered carbide cutting tool
EP0019824A1 (de) * 1979-05-24 1980-12-10 General Electric Company Polykristalline diamanthaltige Körper und Verfahren zu ihrer Herstellung
US4303442A (en) * 1978-08-26 1981-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond sintered body and the method for producing the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2731711A (en) * 1954-05-13 1956-01-24 Gen Electric Sintered tungsten carbide composition
US3000087A (en) * 1959-05-01 1961-09-19 Western Alloy Products Company Sintered tungsten carbide alloy product
FR1384785A (fr) * 1963-11-27 1965-01-08 Jersey Prod Res Co Procédé de fabrication de pièces par infiltration
AU529416B2 (en) * 1978-07-04 1983-06-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond compact for a wire drawing die
JPS5747771A (en) * 1980-09-06 1982-03-18 Sumitomo Electric Industries Sintered body for linedrawing dice and manufacture

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4171973A (en) * 1977-05-04 1979-10-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond/sintered carbide cutting tool
US4303442A (en) * 1978-08-26 1981-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond sintered body and the method for producing the same
EP0019824A1 (de) * 1979-05-24 1980-12-10 General Electric Company Polykristalline diamanthaltige Körper und Verfahren zu ihrer Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
GB2107298B (en) 1985-07-17
SE8204983D0 (sv) 1982-09-01
FR2512430A1 (fr) 1983-03-11
US4505746A (en) 1985-03-19
FR2512430B1 (fr) 1988-03-11
SE457537B (sv) 1989-01-09
DE3232869C2 (de) 1992-05-14
GB2107298A (en) 1983-04-27
SE8204983L (sv) 1983-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3232869C2 (de)
DE69400418T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Schleifkörpers
DE69627053T2 (de) Überhartes Verbundmaterial
DE69400547T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Schleifkörpers
DE69115766T2 (de) Werkzeuge zum Schneidbohren von Gestein
DE60119558T2 (de) Verfahren zur herstellung eines abrasiven verbundkörpers
DE69224747T2 (de) Sinterkeramik auf Basis von kubischem Bornitrid für Schneidwerkzeuge
DE4100706C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Gegenstands aus Hochdruckphasen-Bornitrid zur Verwendung bei Schneidwerkzeugen
DE69125908T2 (de) Verbesserte Diamantwerkzeuge zum Gesteinsbohren, zum Metallschneiden und für Anwendungen als Verschleissteil
DE3688999T2 (de) Sinterhartmetallkörper für Werkzeuge.
DE2621472C2 (de) Verwendung einer Hartlegierung für Schneid-,Scher-oder Verformungswerkzeuge
DE69531948T2 (de) Verbundwerkstoff aus amorphen metall und verstärkung
DE69025582T2 (de) Beschichteter Hartmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69222138T2 (de) Diamantverkleidetes hartmaterial und verfahren zu dessen herstellung
DE3016971C2 (de)
DE3780136T2 (de) Gesinterter verbundpresskoerper mit grosser haerte.
DE2117056A1 (de) Diamantwerkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung
CH666649A5 (de) Schleifwerkzeug.
DE2919375C2 (de) Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtkörpers
DE69917958T2 (de) Schleifkörper
EP0330913B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Hartmetallkörpers und gesinterter Hartmetallkörper
DE3607037A1 (de) Sinterkoerper hoher haerte und verfahren zu seiner herstellung
DE19510088A1 (de) Hochdruckphasen-Bornitrid-Sinterkörper für Schneidwerkzeuge und Verfahren zur Herstellung derselben
DE69205075T2 (de) Hartgesinterter Presskörper für Werkzeuge.
DE69721094T2 (de) Beschichtete Schleifmittel für abrasive Werkzeuge

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: LIEDL, G., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN

8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: C22C 26/00

D2 Grant after examination
8328 Change in the person/name/address of the agent

Free format text: A. HANSMANN UND KOLLEGEN, 81369 MUENCHEN