DE583630C - Verfahren zum Fassen von Diamanten u. dgl. - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Fassung von Diamanten, ou. dgl., besonders für gewerbliche Zwecke.

Diamanten werden in der Industrie sehr weitgehend für die verschiedensten Zwecke benutzt, z. B. als Werkzeug zum Abrichten von Schleifsteinen, in Bohrkronen für Gesteinsbohrer, als Sägezähne und in Zieheisen beim Drahtziehen. Offensichtlich bringen

to Anwendungen der gekennzeichneten Art starke Zug- und Druckbeanspruchung der Diamanten und der Fassungen mit sich. Wenn der Diamant von einer Fassung nicht sehr festgehalten wird, wird er sich lockern und verlorengehen, oder falls er nicht verlorengeht, seine eigene Fassung zerstören und als Werkzeug wertlos werden. Es ist heute üblich, verhältnismäßig große Steine zu benutzen und diese wieder neu einzusetzen, wenn sie sich gelockert haben. Wiederholtes Fassen, besonders wenn dies in der Hitze geschieht, hat jedoch auf den Diamanten einen sehr schädlichen Einfluß, und es ist daher nicht immer möglich, einen Diamanten wieder zu fassen, da er derart beschädigt oder seine Haut durch benachbart gelagerte Diamanten oder anderweitig zerstört oder so zerkratzt sein kann, daß er die ihm zugewiesene Aufgabe nicht mehr erfüllen kann.

Nach der Erfindung sollen Diamanteni u. dgl. so gefaßt werden, daß sie auch unter schwierigen Bedingungen festgehalten werden, daß sie während des Fassens nicht verletzt werden, obwohl das Fassen unter Anwendung von Hitze erfolgt, und daß kleinere Steine als die bisher benutzten jetzt mit Vorteil und infolgedessen unter erheblicher Verbilligung des Werkzeuges verwendet werden können.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Diamanten beim Fassen in ein Pulver, z. B. ein metallisches Pulver, Glaspulver oder Porzellanstaub, einzubetten, stark zu erhitzen und dann unter Druck zusammenzuschweißen. Erfindungsgemäß wird zunächst ein Preßkörper aus einer pulverförmigen Bettungsmasse mit eingelegten Diamanten hergestellt und dieser Körper dann in bestimmter, im folgenden eingehend geschilderter Weise unter Anwendung von Hitze weiterbehandelt.

Erfindungsgemäß werden die Diamanten in eine gepulverte Legierungsmasse eingebettet, welche die Eigenschaft hat, sich bei einer Temperatur zu setzen, die unterhalb der kritischen Temperatur liegt, bei der die erwünschten Eigenschaften des Diamanten sich verschlechtern. Das Setzen oder Abbinden kann ,unter Schrumpfung oder unter Volumenvergrößerung vor sich gehen. Es entsteht dadurch eine einheitliche Masse, die den Diamanten-fest und gleichmäßig umgibt und ihn in seiner innerhalb der Masse vorbestimmten Lage festhält. Die Legierung ist beispielsweise zusammengesetzt aus unedlen Metallen von solchen Eigenschaften und in derartigen Mengenverhältnissen, daß unter

Einwirkung der Hitze die Legierung die Eigenschaft erhält, den Diamanten zu benetzen, dabei aber keine Neigung zeigt, dem Diamanten, den Kohlenstoff zu entziehen, und die nach erfolgter Abkühlung dem Diamanten fest anhaftet. Die Masse, in die der Diamant eingebracht worden ist, wird unter Anwendung von Druck zu einem Körper gepreßt, der seine Form bewahrt, wenn er von Druck ίο entlastet wird. Es hat sich ergeben, daß es zweckmäßig· ist, einen Druck von 4870 kg/cm² bis 6500 kg/cm² anzuwenden. Dieser Druck kann, wenn erwünscht, eine kurze Zeit lang, etwa eine Minute, aufrechterhalten werden. Wenn mehr als ein Diamant in die: Legierung eingebettet werden soll, ist es wesentlich, daß die Diamanten in richtiger Lage und in richtigem Abstand voneinander angeordnet werden und daß genug Pulver oder gepulvertes Material zwischen die einzelnen Diamanten gebracht wird, damit bei der beschriebenen Pressung und bei der noch zu beschreibenden Schrumpfung die Steine nicht miteinander in Berührung geraten. Der so erzeugte Preßkörper behält bei vorsichtiger Behandlung seine Form bei und wird in ein offenes Gefäß oder auf einen geeigneten Träger gebracht, und Gefäß oder Träger werden ihrerseits in einen Ofen oder eine heizbare Kammer eingesetzt, wo der Preßkörper auf eine Temperatur erhitzt wird, die unter der kritischen Temperatur liegt, bei der die gewünschten Eigenschaften des Diamantes verschlechtert werden, die jedoch hoch genug ist, um den Preßkörper durch Abbinden und ein gewisses Schrumpfen oder Sintern in ein zusammenhängendes Erzeugnis überzuführen. Es hat sich ergeben, daß diese kritische Temperatur meist in der Nähe von 1380⁰ C liegt, doch wechselt die Höhe dieser Temperatur für verschiedene Steine. Ausgezeichnete Ergebnisse sind bei Anwendung von Temperaturen zwischen 1245⁰ und 1260 ° C erzielt worden. Der Ofen ist mit Wasserstoffflammenschleiern am Einsatz- und Austragsende versehen, und die Brenner, die der Flamme den Wasserstoff zuführen, werden vor dem Einführen des Preßkörpers in den Ofen entzündet, um so den Ofen sauerstofffrei zu machen. Der Ofen kann auf die notwendige Temperatur gebracht werden, bevor der geformte Körper eingeführt wird, und der Preßkörper braucht nur so lange im Ofen zu verbleiben, bis die notwendige Temperatur sich eingestellt hat. Man kann, wenn dies erwünscht ist, den Preßkörper auch in einem ebenfalls sauerstofffreien Ofen vorwärmen, und mit einer Vorerwärmung auf 400⁰ C sind gute Ergebnisse erzielt worden. Nachdem der Preßkörper genügend erhitzt worden ist, im vorliegenden Fall auf Temperaturen zwischen 1245° ^un(i 1260⁰ C, wird das den Preßkörper enthaltende Gefäß in eine Kühlkammer gebracht, die zweckmäßig am Austragsende des Ofens angebracht ist. Auch in dieser Kammer werden Wasserstoffflammenschleier erzeugt, umSauerstoff fernzuhalten. Das Erzeugnis wird jetzt auf normale Temperatur abgekühlt, d. ti. auf eine Temperatur, die es erlaubt, den Preßkörper mit der bloßen Hand aus dem Ofen zu entfernen. Das Erzeugnis ist nur wenig geschrumpft, aber zu einer zusammenhängenden, festen Masse geworden, in welcher die Diamanten fest eingebettet sind, und zwar in einer Lage, die der ursprünglich von dem Diamanten im losen Pulver eingenommenen Lage entspricht, und es zeigt sich, daß der wirksame Ausdehnungskoeffizient der Legierung ungefähr dem des Diamanten entspricht. Etwa überschüssiges Material, das die Diamanten überdeckt, kann jetzt maschinell mit einem Sandstrahlgebläse oder anderweitig entfernt werden, und das Erzeugnis kann dann in einen geeigneten Halter oder Träger eingepaßt werden. Als Beispiel, auf welches die Erfindung jedoch nicht etwa ^"werden soll, wird folgende mit Erfolg benutzte Legierung angegeben: F bt!Sljr'i»hi

26,00 °/o Molybdän 46,00 °/o Kobalt
27,75 °/o Kupfer
00,25 °/₀ Eisen

Summe 100,00 °/₀.

Die Angaben verstehen sich als Gewichtsprozente und nicht als Volumenprozente. Die Stoffe, aus denen die Legierung zusammengesetzt ist, werden gepulvert und gut gemischt und der gepulverten Masse etwas Paraffin zugesetzt, bevor der Diamant darin eingebettet wird. Molybdän wird angewendet, weil es offensichtlich der fertigen Fassung hohe Härte verleiht. Das Kobalt bewirkt, daß die Legierung den Diamanten benetzen kann. Kupfer scheint zu verhindern, daß die Legierung dem Diamanten Kohlenstoff entzieht.

Außer den bereits beschriebenen Vorteilen des Verfahrens muß noch gesagt werden, daß der Diamant sich durch die Anwendung des beschriebenen Verfahrens seine eigene Hülse oder Vertiefung formt. Diese Hülse entspricht notwendigerweise in jeder Einzelheit der Form des Steines, wie unregelmäßig diese auch immer sein mag. Mit anderen Worten: alle Vorteile einer Fassung aus geschmolzenem Metall werden erreicht, ohne deren Nachteile, wie zum Beispiel die Erschütterung, die durch das Auffallen des geschmolzenen Metalls auf die Haut des Diamanten verursacht wird. Ferner wird die verwendete Legierung, im Gegensatz zu beispielsweise Stahl, durch die Berührung mit dem Diamanten nicht aufgekohlt, noch wird der Diamant einer Oxydation

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unterworfen, die so leicht eintritt, wenn ein Diamant in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt wird. Der Vorteil gegenüber der Art von Einbettungen, wo der Diamant durch Verstemmen des umgebenden Metalls festgehalten wird, ist deutlich, da offensichtlich durch Verstemmen niemals eine so innige Berührung zwischen dem Stein und der Fassung eintreten kann wie durch das vorliegende Verfahren. Das Fehlen einer solchen innigen Berührung wirkt sich nicht nur als ungenügendes Festhalten des Steines aus, sondern vermindert auch die Wärmeleitfähigkeit der Fassung. Die Wärmeleitfähigkeit ist ein wichtiger Fakts tor bei den in der Industrie verwendeten Diamantwerkzeugen, denn es ist einleuchtend, daß bei der Verwendung solcher Werkzeuge eine beträchtliche Wärmeentwicklung auftritt, und der Stein sollte so weit als möglich _ der Einwirkung der Hitze entzogen werden. In den beiliegenden Zeichnungen ist beispielsweise eine Form der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt, ohne daß jedoch die Erfindung· auf diese Einrichtung beschränkt bleiben soll.

Fig. i, 2 und 3 sind schematische Schnitte, die'einzelne Stufen des Formens veranschaulichen.

Fig. 4 ist ein schematischer Schnitt des Ofens, der bei der Durchführung des Verfahrens benutzt wird.

Fig. 5 zeigt ein fertiges Erzeugnis, das man nach dem Verfahren erhält.

Das hier beispielsweise dargestellte Erzeugnis ist eine Bohrkrone für einen Gesteinsbohrer.

In Fig. 5 ist eine zylindrische, röhrenförmige Bohrkrone 1 mit an geeignet erscheinenden Stellen eingebetteten Diamanten 2 dargestellt. In Fig. ι bis 3 ist eine Form 3, wie sie in dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren benutzt werden kann, dargestellt. Die Form besteht aus einer unteren Platte 4 und einem Zylinder 5; 6 ist ein in der Mitte des Zylinders angeordneter Kern und 7 ein Kolben, mit welchem ein Druck ausgeübt wird. Die gepulverte Legierung 8 und die Diamanten 9 werden in die Form um den Kern herum eingebracht, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Diamanten an die Stellen gebracht werden, die sie einnehmen sollen, und daß eine genügende Menge Pulvers die Steine umgibt, damit Sicherheit dafür besteht, daß in dem fertigen Erzeugnis die Steine nicht in Berührung miteinander geraten. Der Kolben 7 wird nun heruntergeführt und preßt die Masse, wie in Abb. 2 schematisch angedeutet, zusammen, wodurch der Preßkörper 10 erzeugt wird. Der Preßkörper wird aus der Form entfernt und auf einen Kohleträger oder in ein offenes Gefäß 11 gelegt, welches in den Ofen 12 eingeführt wird. Der besondere, hier gezeigte Ofen hat eine Heizkammer 13, eine Einführungskanimer 14 und eine Kühlkammer 15. Der Einlaßverschluß 16 zu dieser Kammer ist mit einer Ventilationsklappe 17 versehen. Die Ofenkammer besteht aus einem gasdurchlässigen, von einer Heizspule20 umgebenen Rohr 19, verbunden mit einer gasdurchlässigen Isolation 21, die mit Einlassen 22 für Wasserstoffgas versehen ist. Die Austrags- oder Kühlkammer ist von einem mit geeigneten Ein- und Auslässen 24 versehenen Wassermantel 23 umgeben. In der Nähe des Austragsverschlusses 25 ist ein Wasserstoffbrenner 26 angeordnet. Vordem der Preßkörper in den Ofen eingeführt wird, wird der Strom eingeschaltet und die Wasserstoffbrenner angezündet, wobei die Verschlüsse geschlossen sind, so daß aller Sauerstoff verzehrt wird. Die Ventilationsklappe bleibt jedoch offen, und die Wasserstoffflamme erstreckt sich von einem Ende des Ofens zum anderen. Es ist dies keine 8g starke Flamme und dient nicht der Heizung des Ofens, sondern lediglich der Fernhaltung des Sauerstoffes aus dem Ofen. Der Einlaßverschluß wird nunmehr geöffnet "und der Preßkörper in den Ofen eingeführt, der hier verbleibt, bis die richtige Temperatur erreicht ist, wonach er dann in die Kühlkammer geschoben wird. Der Strom kann dann abgeschaltet werden oder eingeschaltet bleiben, aber die Wasserstoffbrenner am Einlaß- und Austragsverschluß werden brennend erhalten, um den Sauerstoff fernzuhalten. Nachdem sich der Preßkörper genügend weit abgekühlt hat, wird er aus der Kühlkammer entfernt. Das Verfahren kann, wenn erwünscht, kontinuierlieh geführt werden, wobei sich dann eine Anzahl von Gefäßen an verschiedenen Stellen · des Ofens befindet.

Claims (6)

1. - Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Fassen von Diamanten u. dgl. mittels einer gepulverten Bettungsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten in eine gepulverte Bettungsmasse eingelegt werden, deren Sinterungstemperatur unterhalb der kritischen Temperatur der Diamanten liegt, und daß die Bettungsmasse danach durch Druckanwendung zu einem Preßkörper geformt wird, der seine Gestalt auch nach Aufhören des Drucks behält; daß der Preßkörper hierauf vom Druck entlastet und einer Temperatur unterhalb der erwähnten kritischen Temperatur ausgesetzt wird, wodurch der Preßkörper in eine zusammenhängende Masse überführt wird,

   die die Diamanten fest und gleichmäßig umfaßt und in ihrer vorbestimmten Lage innerhalb der Masse festhält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung und zweckmäßig auch die nachfolgende Abkühlung in sauerstofffreier Atmosphäre erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten in ein molybdänhaltiges Metallpulver eingebettet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten in ein Metallpulver eingebettet werden, welches Molybdän, Kupfer und Kobalt enthält.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bettungsmasse für das Fassen von Diamanten ein Metallpulver verwandt wird, welches etwa 26 °/₀ Molybdän, etwa 27 °/₀ Kupfer und etwa 46 % Kobalt enthält.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Fassen von Diamanten in Werkzeugen eine Legierung verwandt wird, welche etwa 26 °/₀ Molybdän, etwa 27 °/o Kupfer, etwa 46 °/₀ Kobalt und weniger als 1 °/₀ Eisen enthält.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen