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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs
und zur Herstellung eines Werkzeugbauteils.
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Werkzeugbauteile,
bei denen Kompaktdiamanten (polykristalline Diamanten), auch PKD
genannt, und Kompaktdiamanten aus kubischem Bornitrid, auch PKB
genannt, eingesetzt werden, werden weithin beim Bohren, Mahlen,
Fräsen
und bei anderen ähnlichen
Schleifanwendungen verwendet. Das Werkzeugbauteil umfasst allgemein
eine PKD- oder PKB-Schicht, die an einer Stütze – gewöhnlich aus zementierten Carbiden – haftet.
Die PKD- oder PKB-Schicht könnte
eine scharfe Schneidkante oder einen scharfen Bearbeitungspunkt
oder eine Schneid- oder Schleiffläche darstellen.
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PKD-Fräser sind
gut bekannt und werden bei der Bohrtechnologie weithin als Fräselement
in Bohrern verwendet, die bei der Kernbohrung, Öl- und Gasbohrung und in anderen ähnlichen
Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Diese Art von Fräsvorrichtungen
beinhalten gewöhnlich
einen PKD-Tisch, der aus einem Hartmetallsubstrat durch einen Sinterprozess
mit Hochtemperatur und Hochdruck geformt wurde. Das Substrat wird
dann entweder auf einer länglichen
Stütze
gelötet,
oder es wird direkt in einem Zwischenraum des Bohrers auf so eine
Weise gelötet,
dass der PKD-Tisch der Oberfläche
zum Fräsen ausgesetzt
wird.
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Es
ist bekannt, dass PKD-Fräsvorrichtungen aufgrund
der Fehlanpassung der Eigenschaften des PKD mit denen des Substrats
inhärente
Restspannungen haben. Die relevanten Eigenschaften in diesem Kontext
sind der thermische Expansionskoeffizient und die elastischen Module
sowie die Komprimierbarkeit der beiden Werkstoffe. Diese Spannungen
sind besonders an der Schnittstelle ausgeprägt, obwohl sie aber hauptsächlich in
der ganzen Fräsvorrichtung
vorhanden sind. Gewöhnlich
sind die Spannungen gewöhnlich
innerhalb der PKD-Schicht zusammendrückend und innerhalb des Substrats
zugbelastbar. Innerhalb der PKD-Schicht bestehen jedoch Zugspannungen,
besonders in Fällen,
bei denen eine nicht planare Schnittstelle verwendet wird. Diese
Spannungen können
sich während
des Gesteinsbohrverfahrens mit den aufgetragenen Spannungen kombinieren
und den Bruch der Fräsvorrichtung
verursachen.
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Außerdem ist
bekannt, dass sich diese Arten von Spannungen während des Lötverfahrens, das zum Befestigen
der Fräsvorrichtung
am Bohrer eingesetzt wird, noch erhöhen. Diese Erhöhung der Spannung
kann auch ohne Auftragen einer externen Spannung einen Bruch der
PKD-Schicht oder des Substrats verursachen.
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In
der Erfindung werden verschiedene Lösungen zum Modifizieren der
Restspannungen in PKD-Fräsern
vorgeschlagen, um solche Ausfälle
zu verhindern. Zum Beispiel wird vorgeschlagen, dass eine Konfiguration
des Diamanttisches und/oder des Carbidsubstrats auf eine bestimmte
Weise die Spannung so verteilen könnte, dass die Zugspannungen reduziert
werden, wie im U.S.-Pat. Nr. 5,351,772 von Smith und U.S.-Pat. Nr. 4,255,165
von Dennis beschrieben. Weitere Konfigurationen für Fräsvorrichtungen,
die die Restspannungen reduzieren, werden im U.S.-Pat. Nr. 5,049,164
von Horton, im U.S.-Pat. Nr. 5,176,720 von Martell et al., im U.S.-Pat.
Nr. 5,304,342 von Hall und im U.S.-Pat. Nr. 4,398,952 von Drake
beschrieben. Verfahren zum Entlasten der Restspannungen durch Rückenschliff
des Substrats, Ausglühen
oder durch Variieren der Eigenschaften des Substrats werden im U.S.-Pat.
Nr. 6,220,375 beschrieben.
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Im
U.S.-Pat. Nr. 4,604,106 von Hall et al. wird die Verwendung von
vorzementierten Carbidpartikeln in einer PKD-Matrix, um eine graduierte
Schnittstelle zwischen dem PKD-Tisch und dem Carbidsubstrat herzustellen,
beschrieben. Außerdem
wird ein ähnlicher
Werkstoff im U.S.-Pat. Nr. 4,525,178 beschrieben. Obwohl dieser
Ansatz eine wirksame Graduierung der Eigenschaften ermöglicht,
erfordert er die Vorbereitung von Carbidpartikeln durch Zerkleinerung,
was ein teures Verfahren sein könnte.
Außerdem
ist bekannt, dass sich solche Materialien abspalten, da die willkürliche Disposition
der vorzementierten Carbidpartikel in der PKD-Matrix die Möglichkeit beinhaltet,
dass sich verschiedene Agglomerate im Körper des Werkstoffs bilden,
wodurch sich seine Fehlerstelle vergrößert und infolgedessen seine
Stärke
reduziert.
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Im
U.S.-Pat. Nr. 5,370,195 werden Bohrereinsätze beschrieben, die eine Reihe
von Schichten aufweisen, die zwischen dem Substrat und der äußeren PKD-Schicht
positioniert sind. Diese Zwischenschichten sind im Wesentlichen
Diamant-Carbid-Verbundschichten.
Jede Verbundschicht wurde aus einzelnen Diamantkristallen, die mit
Wolframcarbid-, Titancarbid- oder Titancarbonitridpartikeln vermischt wurden,
hergestellt. Diese Arten von Werkstoffen sind zur Bewältigung
der Restspannungen in den Bohrereinsätzen nützlich, besitzen aber aufgrund
der schlechten Adhäsion
der Diamantpartikel an den verwendeten Bindemittelphasen eine minderwertige Stärke und
Belastbarkeit.
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Die
Verwendung von Schnittstellen als Mittel zur Bewältigung der Restspannungen
in einem PKD-Fräser
erfordert, dass der Schnittstellenwerkstoff eine gute Verschleißfestigkeit
hat, die der Verschleißfestigkeit
der PKD-Schicht entspricht oder etwas minderwertiger als sie ist,
und der Verschleißfestigkeit
des Carbidsubstrats entspricht oder besser als sie ist. Diese Ausführungsform
würde sicherstellen, dass
während
des Fräsvorgangs
eine Lippe unter dem PKD-Tisch geformt wird, wobei die Konzentration
der Spannung am Bearbeitungspunkt berücksichtigt und somit eine Fraktur
des Gesteins, das geschnitten wird, sichergestellt wird. Wenn die
Verschleißfestigkeit
der Zwischenschicht geringer als die Verschleißfestigkeit der Carbidstütze ist,
ist der Verschleiß der
Zwischenschicht übermäßig, und
die PKD-Lippe würde
während
des Fräsvorgangs
ihre Stütze
verlieren und abbrechen. Wenn die Verschleißfestigkeit der Zwischenschicht
zu hoch ist, ist die Lippe, die sich bei der Verwendung bildet,
zu niedrig, und die Schneidwirkung wird nicht effektiv verbessert.
Wenn die Verschleißfestigkeit
der Zwischenschicht zu niedrig ist, ist die Lippe, die sich entwickelt,
zu tief, und die PKD-Schicht erhält
keine ausreichende Stütze,
weshalb die Schnittkante vorzeitig ausfällt. Deshalb besteht eine optimale
Beziehung zwischen der Verschleißfestigkeit des PKD, der Zwischenschicht
und dem Substrat.
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Im
U.K.-Pat. Nr. 2,326,655 wird die Verwendung von PKD-Körnchen in
einer Carbidhaut beschrieben. Diese Körnchen werden dann zur Herstellung
eines Werkstoffs verwendet, der eine gute Verschleißfestigkeit
und Belastbarkeit hat und der als Verschleißteil oder als Schnittstellenmaterial
geeignet ist. Ein solcher Werkstoff beruht auf den Zugspannungen,
die in der Carbidphase erzeugt werden, um eine Rissbildung durch
diese Phase zu verursachen und somit die Bruchzähigkeit des Werkstoffs zu verbessern.
Um sicherzustellen, dass der Riss wirklich durch die Carbidphase
verläuft,
ist die gewählte Güteklasse
feinkörnig
und relativ spröde.
Somit kann keine bedeutende Verbesserung der Belastbarkeit erzielt
werden.
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Im
Patent US-A-331 6073 wird die Herstellung von Granulat, das WC (Wolframcarbid),
Diamant und Bindemittel umfasst, beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird in Anspruch 1 definiert, und die anhängenden
Ansprüche
umfassen die bevorzugten Ausführungsformen.
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Die
beschichteten Kernstücke
werden im typischen Fall als Körnchen,
die mit den Komponenten zur Erzeugung eines PKD- oder PKB-Werkstoffs
und dem Bindemittel beschichtet sind, bereitgestellt.
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Die
Körnchen
könnten
außerdem
mit einer zweiten Schicht beschichtet werden, die einen Werkstoff
umfasst, der aus der Gruppe, die Carbide, Nitride, Carbonitride,
zementierte Carbide, zementierte Nitride, zementierte Carbonitride
und deren Mischungen enthält,
gewählt
wird, oder mit den Komponenten zur Erzeugung eines ultraharten Werkstoffs
einer anderen Güteklasse
als der Güteklasse
der ersten Beschichtung
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Der
Verbundwerkstoff könnte
ein geformter Verbundwerkstoff sein, der die Form der Oberfläche des
Substrats, auf das er platziert wird, und/oder die Form einer Oberfläche der
PKD- oder PKB-Werkstoffschicht erhält. In diesem Zusammenhang
könnte der
Verbundwerkstoff in der entsprechenden Form vorgeformt oder anderenfalls
in situ geformt werden.
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Der
Verbundwerkstoff nimmt im typischen Fall die Form einer Bienenwabenstruktur eines
harten Werkstoffs an und die Kernstücke innerhalb der Poren der
Bienenwabenstruktur haften an der Bienenwabenstruktur. Die Poren
der Bienenwabenstruktur könnten
entweder geordnet oder willkürlich
sein.
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Die
Komponenten, die zur Herstellung eines ultraharten PDK- oder PKB-Werkstoffs
erforderlich sind, könnten
eine Masse aus ultraharten Schleifmittelpartikeln umfassen und wahlweise
eine zweite Phase haben, die ein/en Lösungsmittel/Katalysator oder
eine Vorläufersubstanz
für einen
Lösungsmittel/Katalysator
in Partikelform für
die ultraharten Schleifmittelpartikel umfasst. Diese Art von Komponenten
könnten
Superlegierungen, wie zum Beispiel die Legierungen Nimonic® und
Stellite®,
und Hochtemperaturlötmetalle
beinhalten.
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Die
in Schritt (iv) bzw. Schritt (v) angegebenen Sinterbedingungen sind
derartig, dass die ultraharten Schleifmittelpartikel kristallografisch
stabil sind.
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Die
Partikel im Kernstück
und, soweit zutreffend, in der Beschichtung, werden in einem geeigneten
Bindemittel, wie zum Beispiel einem organischen Bindemittel, bereitgestellt.
Dieses Bindemittel wird vorzugsweise vor dem Sintern gemäß Schritt
(iv) bzw. (v) entfernt. Beispiele geeigneter Bindemittel sind u.
a. Kampfer, Methylzellulose und Polyethylenglykol, aber nicht darauf
beschränkt
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Die
Vielzahl der Körnchen
könnte
verfestigt werden, indem zum Beispiel in einem engen Raum, wie einer
Pressform, ein Druck auf die Körnchen
aufgetragen wird. Der verfestigte Verbundwerkstoff ist ein im Grünzustand
befindliches Produkt, das kohärent
ist, das aber auch zum Beispiel durch Schneiden getrennt werden
kann. Ein Stück,
das vom verfestigten oder kohärenten
Verbundwerkstoff getrennt und entfernt werden kann, besitzt eine
Flexibilität
und könnte
auf Oberflächen
aufgetragen werden, die flach oder profiliert sind, d. h. sie könnten eine
gebogene Oberfläche
haben. Die Pressform zum Verfestigen der Körnchen könnte mit einem oder beiden Presswerkzeugen
bereitgestellt werden, die so profiliert sind, dass das im Grünzustand
befindliche Produkt mindestens eine Oberfläche mit einer Form hat, die
auf das Substrat abgestimmt ist, auf die es platziert werden soll.
In diesem Fall stellt die Verbundschicht eine Arbeitsfläche oder eine
Schnittkante dar. Die andere Fläche
davon könnte
auch profiliert sein, um eine weitere Schicht aufzunehmen, wie zum
Beispiel eine Schicht eines ultraharten Werkstoffs oder eine andere
Schicht eines ähnlichen
Verbundwerkstoffs, der jedoch zum Beispiel bezüglich des ultraharten Werkstoffinhalts
oder der Güteklasse
des ultraharten Werkstoffs eine andere Zusammensetzung hat und eine
Arbeitsfläche
oder Schnittkante darstellt. In diesem Fall stellt der Verbundwerkstoff
eine Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Schneidschicht
dar. Um eine Graduierung der Eigenschaften zu ermöglichen,
könnten
mehrere Zwischenschichten eines Verbundwerkstoffs mit verschiedenen
Zusammensetzungen bereitgestellt werden.
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Wenn
die Kernstücke
des Verbundwerkstoffs aus Carbidpartikeln geformt wurden, sind diese
im typischen Fall Wolframcarbidpartikel, Titancarbidpartikel, Tantalcarbidpartikel
oder Molybdäncarbidpartikel.
Das Metallbindemittel könnte
ein beliebiges Metallbindemittel sein, das in dieser Erfindung als
Eisen, Nickel, Kobalt oder Legierung, die eine oder mehrere dieser
Metalle enthält,
bekannt ist.
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Das
Substrat ist im typischen Fall ein zementiertes Carbidsubstrat.
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Die
Körnchen
könnten
hergestellt werden, indem ein Kernstück gefertigt und dieses Kernstück dann
mit einem ultraharten Material bei Vorhandensein eines organischen
Bindemittels hergestellt wird. Die Beschichtung könnte durch
Verflüssigen der
Kernstücke
und durch Aufsprühen
der Beschichtung oder durch Palettisieren in einem Behälter erfolgen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird jetzt nur aufgrund eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei
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1 ein
Querschnitt durch ein Körnchen ist,
das zum Erzeugen eines Verbundwerkstoffs der Erfindung verwendet
wird;
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2 & 3 schematische
Darstellungen der Verfestigung von Körnchen sind, um einen Verbundwerkstoff
der Erfindung herzustellen;
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4 ein
Querschnitt durch ein alternatives Körnchen ist, das zum Erzeugen
eines Verbundwerkstoffs der Erfindung dient;
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5 eine
Explosionszeichnung im Querschnitt durch ein Werkzeugbauteil der
Erfindung ist;
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6 ein
Foto von ungleichmäßig beschichteten
Körnchen
der Erfindung ist;
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7 ein
Foto eines Verbundwerkstoffs der Erfindung ist, das WC-Körnchen umfasst, die in einer Diamantmatrix
verteilt sind;
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8 eine
SEM eines Verbundwerkstoffs der Erfindung ist, der WC-Körnchen umfasst, die in einer
Diamantmatrix verteilt sind;
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9 ein
Foto einer ersten Ausführungsform eines
Werkzeugbauteils der Erfindung ist;
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10 ein
Foto eines Querschnitts durch das Werkzeugbauteil von 9 ist;
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11 ein
Foto einer zweiten Ausführungsform
eines Werkzeugbauteils der Erfindung ist;
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12 ein
Foto eines Querschnitts durch das Werkzeugbauteil von 11 ist,
und
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13 & 14 Fotos
von sphärischen,
beschichteten Körnchen
der Erfindung sind.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist ein Körnchen 10 ein
Kernstück 12 und
eine Beschichtung 14 auf, die das Kernstück 12 im
Wesentlichen einschließt.
Das abgebildete Körnchen 10 hat
eine gleichmäßige Form
und ist sphärisch.
Das Körnchen braucht
weder eine solche gleichmäßige Form
zu haben noch muss es sphärisch
sein. Andere Formen sind ebenfalls möglich. Der Einfachheit halber
wird diese Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf Carbidpartikel beschrieben. Man
muss sich jedoch bewusst sein, dass die Kernstücke ein anderes Kernstückmaterial
aufweisen können,
das aus der Gruppe, die Nitride, Carbonitride, zementierte Carbide,
zementierte Nitride, zementierte Carbonitride und deren Mischungen
enthält,
gewählt
wird.
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Das
Kernstück 12 umfasst
eine Mischung aus Carbidpartikeln und Bindemittelmetall in Partikelform.
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Die
Beschichtung 14 umfasst ultraharte Schleifmittelpartikel,
wie Diamant oder PKB und wahlweise ein Metall oder eine Vorläufersubstanz
in Partikelform. Diese Art von Metall kann einen Lösemittel/Katalysator
oder ein anderes Metall, das unter den angewandten Bedingungen bezüglich Temperatur
und Druck sintern kann, sein.
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Ein
organisches Bindemittel wie eine Methylzellulose ist sowohl im Kernstück 12 als
auch in der Beschichtung 14 vorhanden und verleiht dem
Kernstück 12,
der Beschichtung 12 und dem Körnchen 10 als Ganzes
eine Kohärenz.
Andere nicht beschränkende
Beispiele des organischen Bindemittels beinhalten Kampfer und Polyethylenglykol.
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Eine
Vielzahl der Körnchen 16 wird
in einen Behälter 18 gegeben,
wie in 2 gezeigt. Auf die Körnchen 16 wird Ein
Druck in Pfeilrichtung 20 aufgetragen, was bewirkt, dass
sie in einen Verbundwerkstoff verfestigt werden, wie in 3 gezeigt.
Der Verbundwerkstoff besteht aus einer Vielzahl von Kernstücken 22 in
etwas, was nun eine Matrix 24 ist, die aus den Beschichtungen 14 hergestellt
wurde. Obwohl die so genannte uniaxiale Verdichtung in dieser Ausführungsform
beschrieben wird, kann Druck von oben und unten von den Körnchen 16 oder
isostatisch aufgetragen werden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet das Körnchen 10 eine
zweite Beschichtung 26, die die Beschichtung 14 im
Wesentlichen abdeckt, wie in 4 gezeigt.
Die Beschichtung 26 kann aus demselben Werkstoff wie das
Kernstück 12 geformt
werden, oder sie kann aus demselben Material wie die Beschichtung 14 hergestellt
werden, aber in einer anderen Güteklasse,
um eine Graduierung der Eigenschaften zu ermöglichen.
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Eine
Schicht oder ein Abschnitt 28 des Verbundwerkstoffs wird
an der Linie 30 entlang abgetrennt und vom Verbundwerkstoff
entfernt, wie in 3 gezeigt.
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Der
Abschnitt bzw. die Schicht 28 besitzt eine Flexibilität und kann
auf die Oberfläche 32,
die in diesem Fall eine unregelmäßige Oberfläche eines Substrats 34,
d. h. vorzugsweise ein zementiertes Carbidsubstrat ist, oder zwischen
die Oberfläche 32 des
Substrats 34 und eine Oberfläche 36, in diesem Fall
eine unregelmäßige Oberfläche einer
Schleifmittelschicht 38, platziert werden, wie in 5 gezeigt.
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Das
im Grünzustand
befindliche Produkt von 5 wird in eine geeignete Kapsel
zum Einführen
in die Reaktionszone eines herkömmlichen
Hochtemperatur-/Hochdruckapparates
platziert. Das organische Bindemittel wird zuerst durch Erhitzen
der Kapsel zum Ablösen
des Bindemittels entfernt. Die Kapsel wird dann in die Reaktionszone
eingebracht und der Inhalt der Kapsel wird erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen
ausgesetzt, so dass das ultraharte Schleifmittel nicht abgeschwächt wird.
Solche Bedingungen könnten
Bedingungen sein, bei denen das ultraharte Schleifmittel kristallografisch
stabil ist. Das hat die Auswirkung, dass ein zementiertes Carbid aus
dem Werkstoff des Kernstücks 10 und
ein schleifender Kompaktdiamant aus dem Werkstoff der Beschichtung 14 hergestellt
wird. Der schleifende Kompaktdiamant wird an das zementierte Carbid
geklebt. Die Schicht 28 wird an die Oberfläche 32 des
Substrats 34 und an die Oberfläche 36 des schleifenden Kompaktdiamanten 38 geklebt,
wodurch ein Werkzeugbauteil hergestellt wird.
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Obwohl
die Verwendung der beschichteten Körnchen zum Formen des Verbundwerkstoffs
bevorzugt wird, könnte
jedes geeignete Verfahren, wie zum Beispiel ein Mischen der verschiedenen
Komponenten, verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Kernstücke in der
resultierenden Matrix verteilt sind und keine Agglomerate bilden.
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Die
Werkzeugbauteile der Erfindung können in
vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, werden aber
insbesondere in Anwendungsbereichen mit Bohrern, im typischen Fall
mit kegelförmigen
und rotierenden Bohrköpfen
verwendet.
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Der
Verbundwerkstoff, der gemäß der Erfindung
hergestellt wurde, hat mehrere Vorteile im Vergleich zu den Werkstoffen
der vorherigen Erfindungen, die bereits beschrieben wurden. Die
Carbidkernstücke
werden über
eine starke mechanische Haftungsverbindung an die PKD-Matrix geklebt,
wodurch das Problem eines schwachen Haftens einzelner Diamantpartikel
an einer Kobaltmatrix bewältigt wird.
Aufgrund der Fehlanpassung der Eigenschaften zwischen Carbid und
PKD befinden sich die Carbidkernstücke in einem Spannungszustand,
während die
PKD-Matrix komprimiert wird. Die Druckspannungen, denen die kontinuierliche
PKD-Matrix ausgesetzt ist, erhöhen
die Stärke
des resultierenden Werkstoffs im Vergleich zur Stärke des
herkömmlichen
PKD-Werkstoffs. Die Carbidkernstücke
befinden sich dann unter Spannung. Risse, die sich durch dieses
Material ausbreiten, werden in diese Bereiche angezogen. Wenn die
verwendete Güteklasse
des Carbids eine besonders robuste Güteklasse ist, ist die Ausbreitung
dieses Risses durch diese Phase energieaufwändig. Somit wird die Ausbreitung
des Risses innerhalb des resultierenden Werkstoffs schwieriger,
als sie innerhalb eines herkömmlichen
PKD wäre.
Durch Einsatz von Körnchen
zur Herstellung des kombinierten Carbid-PKD-Werkstoffs werden die
Gefahren des Schaffens von Agglomeraten der Carbidphase oder sehr
großer
kontinuierlicher PKD-Leisten hauptsächlich vermieden. Das ermöglicht eine
genauere Kontrolle der Defektgröße in solchen
Werkstoffen, wodurch sichergestellt wird, dass sie reproduzierbarere
Eigenschaften haben.
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Eine
Kombination aus diesen Vorteilen ermöglicht die Herstellung eines
Werkstoffs mit guter Belastbarkeit, Stärke und Verschleißfestigkeit.
Diese entscheidenden Eigenschaften können so maßgeschneidert werden, dass
sie zwischen denen des Substrats und der PKD liegen. Durch Variieren
der Güteklasse
des PKD und der Volumenfraktion dieser Komponente im Keramik-Metall-Verbund
(CERMET) können
die Verschleißfestigkeit,
die elastischen Eigenschaften und der thermische Erweiterungskoeffizient
des resultierenden Verbundstoffs entsprechend variiert werden, um
dem Zweck eines spezifischen Bohrereinsatzdesigns gerecht zu werden.
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Wenn
der Verbundwerkstoff der Erfindung als Zwischenschicht verwendet
wird, ermöglicht
er die Herstellung von Werkzeugbauteilen mit viel dickeren PKD-Schichten
aufgrund der reduzierten Spannungen an der Schnittstelle zwischen
der PKD-Schicht und der Zwischenschicht, im Vergleich zu den viel
höheren
Spannungen an der Schnittstelle zwischen der PKD-Schicht und dem
Substrat eines herkömmlichen
Werkzeugbauteils.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden, nicht beschränkten Beispiele
ausführlicher
beschrieben.
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Beispiel 1
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Ein
Lösungsmittel-basiertes
Slurry aus Wolframcarbidpulver wurde mit ca. 5 Gewichtsprozent eines
organischen Bindemittels vorbereitet. Das WC-Pulver hatte eine Größe von 0
bis 5 Mikron und enthielt 11 % Kobalt. Das Slurry wurde getrocknet und
mit Pistill und Mörser
zerkleinert, um den Grünzustand
der WC-Partikel mit einer Größe von 200
bis 300 Mikron herzustellen. Die Körnchen wurden in einen Granulierteller
gegeben und gerollt, während kleine
Mengen Diamantpulver mit einer Größe von 2 Mikron mit einem organischen
Bindemittel hinzugefügt
wurden, um eine Beschichtung zu bewirken. Das Volumen-% der WC-Körnchen zur
Diamantbeschichtung, war im Verhältnis
von 1:1. Die beschichteten WC-Partikel sind in 6 enthalten,
wobei 40 ein WC-Kernstück
und 42 die Diamantbeschichtung darstellt. Die beschichteten
grünen
Körnchen
wurden in eine Pressform gegeben und in eine kompakte Form komprimiert.
Der Kompaktdiamant ist im Foto von 7 und im SEM-Bild
von 8 abgebildet, wobei die Kernstücke 40 nun in einer
Diamantmatrix 42A verteilt sind, die von den Diamantbeschichtungen 42 geformt
wurde. Der Kompaktdiamant wurde in eine Reaktionszelle gegeben,
die ein Diamantpulverbett enthält
und mit einem WC/Co-Substrat abgedeckt ist, um eine Einheit mit
einer Zwischenschicht von beschichteten WC-Körnchen herzustellen. Der Kompaktdiamant
wurde in einem Brennofen entgast und in eine Reaktionskapsel zur
Hochtemperatur-/Hochdruckbehandlung
geladen. Der resultierende komprimierte Kompaktdiamant wurde verarbeitet,
gekennzeichnet und auf Verschleiß getestet, und es wurde festgestellt,
dass er eine gute Belastbarkeit, Stärke und Verschleißfestigkeit
besitzt. Die resultierende Zwischenschicht des Werkzeugbauteils
wird im Foto von 9 und im Querschnitt des Fotos
von 10 abgebildet, wobei 44 das WC-Substrat, 46 die WC-/PKD-Körnchenzwischenschicht
und 48 der PKD-Tisch ist.
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Beispiel 2
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Es
wurde dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 angewandt, außer dass
der Kompaktdiamant nicht auf ein Diamantpulverbett platziert wurde.
Das resultierende Werkzeug hatte einen WD-/PKD-Frästisch 50 auf
einem WC-Substrat 52, wie im Foto von 11 und
im Querschnitt im Foto von 12 gezeigt.
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Beispiel 3
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Im
Beispiel 1 war die WC-Körnchenform
unkontrolliert, was zu unregelmäßig geformten
Körnchen
führte.
Da Körnchen
eine beliebige Form haben können,
wurden die WC-Körnchen
von Beispiel 3 sphärisch
gemacht, bevor sie mit Diamantpulver beschichtet wurden. Die sphärischen
Formen wurden durch Rollen der unregelmäßig geformten Körnchen in
einem Granulierer erzielt, wobei WC-Pulver zu ihrer Beschichtung
hinzugefügt
wurde. Die Körnchen wurden
dann gesiebt, um ein Granulat einer Größe von 200 bis 300 Mikron zu
erzielen. Diese Körnchen wurden
dann mit Diamantpulver beschichtet, und ein Kompaktdiamant wurde
geformt, wie in Beispiel 1 gezeigt. Die beschichteten Diamantkörnchen sind
in den Fotos von 13 und 14 enthalten,
die die WC-Körnchen 54 und
die Diamantbeschichtungen 56 enthalten.