DE69810141T2

DE69810141T2 - Verfahren zum herstellen von schleifkörnern und nach diesem verfahren hergestellte schleifkörner

Info

Publication number: DE69810141T2
Application number: DE69810141T
Authority: DE
Inventors: Sergey Konstantinovitch Gordeev; Sergey Germanovitch Zhukov; Lija Vladimirovna Danchukova; Thommy EKSTRÖM
Original assignee: Skeleton Technologies AG
Current assignee: Skeleton Technologies AG
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2001515927A; JP3902404B2; WO1999012867A1; ATE229486T1; ES2190814T3; EA200000185A1; BR9811635A; CN1272100A; KR100599867B1; CA2301611A1; IL134576A; EP1019338A1; PL339060A1; CN1101796C; AU9623098A; DE69810141D1; EP1019338B1; CZ2000724A3; IL134576A0; KR20010023708A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkörnern und die Schleifkörner die durch dieses Verfahren hergestellt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt einen generellen Bedarf für superharte Materialien für viele verschiedene Anwendungsgebiete. Die Materialien können mit Stahl, nicht eisenartigen Metallen, Papier, Polymeren, Beton, Stein, Marmor, Erdboden, zementiertem Carbid und Mahlrädern aus Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Diamant oder kubischem Bohrnitrid, usw. in Kontakt sein oder darauf arbeiten.
Geläufige synthetische Diamantpulver werden in Größen, die kleiner sind als 600 μm, hergestellt. Für verschiedene Anwendungsgebiete, z. B. Bohren, Schleifen, maschinelle Bearbeitung von Leder, Gummi, Holz, sind größere Körner erforderlich. Körner, die Diamant umfassen, können aus Diamantverbundwerkstoffmaterialien hergestellt werden, die ein Diamantskelett umfassen (selbstgebundene Diamanten mit einer kleinen Menge von Bindematerial oder ohne Bindematerial) oder die Diamantpartikel umfassen, die durch eine Matrix gebunden sind, die keramische Phasen umfaßt, die durch das Sintern von Diamantpartikeln in der Gegenwart solcher Materialien hergestellt wurden.
Große Schleifkörner werden aus Diamantverbundwerkstoffen, wie Ballas, Carbonado, usw. mit feinen Diamantpartikeln hergestellt. Diese Materialien werden beispielsweise durch Sintern in Hochdruckkammern mit anschließendem Zerdrücken des Verbundwerkstoffes und Klassifizierung der Schleifkörner hergestellt.
Wegen der Instabilität der Diamanten und deren Tendenz zu graphitisieren wird die Hitzebehandlung unter Bedingungen durchgeführt, bei denen Diamanten stabil sind, bei hohen Temperaturen, 1300–1600°C, in Hochdruckkammern mit Drücken von 30.000–60.000 atm (HP/HT).
Die Nachteile von Methoden, die hohen Druck und hohe Temperaturen verwenden, sind, das nur Körper von relativ kleiner Größe hergestellt werden. Zusätzlich ist die Herstellungstechnologie eher kompliziert und erfordert spezielle Ausrüstung. Die Effizienz ist in Anbetracht der Produktmenge, die hergestellt wird, gering, und die relativen Kosten sind hoch.
Es gibt einige Patente, die die Herstellung von Schleifkörnern beschreiben:
Ein Verfahren für die Herstellung von diamantenthaltenden Schleifkörnern ist in Patent EPO 0 435 501 offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Zerdrücken eines Diamantkompaktes, das aus einem Diamantskelett besteht, das 70–90 Volumenprozent beträgt und Silicium, Siliciumcarbid und/oder Metallsilikate, vorzugsweise in Fragmenten kleiner Größe von etwa 1,5 mm. Das Diamantkompakt wird vorzugsweise durch Sintern einer Mischung aus Diamant, Silicium, Siliciumcarbid und/oder Metallsilikat in einer Hochdruckkammer hergestellt. Nach dem Zerdrücken des Diamantkompaktes können die Fragmente gesintert werden, da sie unter HP/HT Bedingungen sind, um ein hartes Produkt zu ergeben. Alternativ kann ein Metall oder eine zweite Phase zu den Fragmenten hinzugefügt werden, um diese Fragmente während des Sinterns und des Kompaktierens zu Infiltrieren.
Die Schleifkörner, hergestellt nach dem oben beschriebenen Verfahren, haben eine nicht ausreichende Stärke aufgrund eines hohen Diamantgehalts in dem zerdrückten Kompakt. Der initiale Diamant in dem Kompakt wurde gesintert, um ein kontinuierliches Skelett. zu bilden. Dieses Skelett ist brüchig (bezugnehmend auf den brüchigen Diamanten) und daher sollten die Körner brüchig sein. Die relativ kleinen Mengen Silicium und/oder Siliciumcarbid werden kein Rißwachstum durch das Skelett verhindern. All dies vermindert die Stärke der Diamantkörner, insbesondere unter dynamichen Belastungen. Weiterhin wird das Kompakt mit einem Hochdruck-/Hochtemperaturverfahren hergestellt.
US-Patent 4,224,380 beschreibt die Herstellung eines Kompaktes aus selbstgebundenen Schleifpartikeln (Diamanten und/oder CBN) mit einem durchgehend verteilten, verbundenen Porennetzwerk. Das Kompakt wird hergestellt, durch Binden einer Masse von Schleifpartikeln in einen selbstgebundenen Körper durch die Verwendung von Sinterhilfsmaterial unter hohem Druck und hoher Temperatur (HP/HT). Der Körper beinhaltet diese Partikel in einer selbstgebundenen Form und das Material, das durch den Körper infiltriert ist. Der Körper wird dann behandelt, um das infiltrierte Material zu entfernen und um dabei einen Kompakt herzustellen, der auf den selbstgebundenen Schleifpartikeln besteht.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Verwendung von hohem Druck und hoher Temperatur.
Verschiedene Patente offenbaren Verfahren, um Diamantschleifpartikel ohne die Verwendung von hohem Druck und hoher Temperatur herzustellen: US-Patent 3,520,667 beschreibt die Herstellung von siliciumcarbidbeschichteten Diamantschleifkörnern durch das Suspendieren der Diamantpartikel in einer Gasatmosphäre, die flüchtige Siliciumverbindungen umfaßt und das Bilden einer Siliciumcarbidschicht auf den Partikeln durch thermische Zersetzung der Siliciumverbindung. Diese Zersetzung findet vorzugsweise durch die Bildung eines fluidisierten Bettes mit Diamanten, die in einer Gasmischung suspendiert sind, die Wasserstoff und die flüchtige Siliciumverbindung enthält, statt. Das Bett wird auf 1300–1500°C erhitzt, um die Zersetzung der Siliciumverbindung und die Bildung der Siliciumcarbidschicht auf den dipersierten und suspendierten Diamantpartikeln zu verursachen.
Nachteile dieses Verfahrens, Körner herzustellen, ist es, daß die Siliciumcarbidbeschichteten Diamanten individuelle Partikel sind und nicht aneinander an Agglomerate gebunden sind, was dadurch die Größe des Schleifgitters und des anschließenden Anwendungsfeldes reduziert.
US-Patent 4,606,738 und EPO 0,061,605 beschreibt Verbundschleifpartikel, die einen Kernschleifkristall (Diamanten oder CBN) und eine Siliciumcarbidbeschichtung auf diesem Kernkristall umfaßt. Die Schleifpartikel werden vorzugsweise durch Infiltrieren der mit nicht-diamantartigem, kohlenstoffartigem Material beschichteten Kristalle mit fluidem Silicium hergestellt. Dann wird das Silicium aus der hergestellten Masse aus Kernkristallen und Siliciumcarbid und Siliciummatrix ausgelaugt. Die resultierende ausgelaugte Masse wird unterteilt und die Verbundschleifpartikel werden zurückgewonnen. Eine andere offenbarte Ausführungsform sind die Aggregate der Verbundschleifpartikel, die durch eine Matrix aus Siliciumcarbid miteinander verbunden sind, und die eine offene Struktur hat.
Nachteile des oben beschriebenen Verfahrens sind, daß die hergestellten Schleifpartikel, d.h. Diamantpartikel mit Siliciumcarbid beschichtet, Größen haben, die äquivalent zu der Größe der initialen Diamantpartikel sind. Daher gibt es ein Limit, große, preiswerte Schleifkörner von Größen, die einige Male größer sind als die der initialen Diamantpartikel und größer sind als industriell hergestellte Diamantpartikel, herzustellen. Aggregate, die nach dem gegebenen Verfahren hergestellt werden, sind porös und haben keine hohe Stärke, was deren Anwendungsgebiet limitiert.
EP-A-12 966, US-A-4 151 686 und EP-A-10 257 offenbaren Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Körpern, die Diamantpartikel in einer Matrix aus Siliciumcarbid und Silicium umfassen, wobei die Körper individuell in Formen hergestellt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, um Diamantsiliciumschleifkörner mit exzellenten Eigenschaften auf eine einfache und kosteneffektive Art und Weise herzustellen und die durch dieses Verfahren hergestellten Körner.
Der Gegenstand der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Herstellen von Schleifkörnern erreicht, das die Eigenschaften hat, die in Anspruch 1 angegeben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen 2-16 angegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Schleifkörner, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden, wobei die Schleifkörner die Eigenschaften haben, die in Anspruch 17 angegeben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in Unteransprüchen 18-23 angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird nun mit Referenz auf die enthaltenen Figuren beschrieben werden, von denen
1 die schematische Struktur eines diamantenthaltenden Kornes zeigt, das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurde, wobei <<1>> Diamant ist, <<2>> Siliciumcarbid ist und <<3>> Silicium ist,
2 die bevorzugten Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung in einem Fließdiagramm zeigt,
3 den Grad der Graphitisierung gegen die Graphitisierungszeit bei einer spezifischen Temperatur zeigt,
4a die Beziehung zwischen Kohlenstoffmengen (α und γ) die in den Körper eingegeben sind, bei unterschiedlichen initialen Porositäten ε0, die die Bedingungen in dem Finalkörper von φSi ≥ 0 erfüllen,
4b, c zeigen die Beziehung zwischen der finalen Körperzusammensetzung und dem Diamantgraphitisierungsgrad in dem Körper, mit der initialen Werkstückporosität ε0 = 0,3 und ε0 = 0,5, und
5a-c zeigt die Ergebnisse einer Röntgendiffraktionsanalyse eines Werkstücks, eines Zwischenkörpers und des Finalkörpers.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schleifkörner mit verbesserten Eigenschaften herzustellen. Das technische Ergebnis wird durch die Herstellung von Körnern in Größen, die größer sind als 40 μm, durch Zerbrechen eines Verbundmaterials, das separate Diamantpartikel, die in einer Matrix, die aus Siliciumcarbid und Silicium gebildet ist, angeordnet sind, enthält, erhalten. Dann werden die Korngrößen klassifiziert.
Die schematische Struktur eines diamantenthaltenden Kornes, das nach dem beanspruchten Verfahren hergestellt wurde, ist dargestellt in Fib. 1, wobei <<1>> Diamant ist, <<2>> Siliciumcarbid ist und <<3>> Silicium ist. Wie 1 zeigt, haben die beanspruchten Körner kein kontinuierliches Diamantskelett wie einige der früher bekannten Materialien. Die separaten Diamantpartikel werden durch eine Matrix aus Siliciumcarbid und Silicium gebunden. Dies verbessert die Bruchstärke der Körner, insbesondere unter dynamischen Einflüssen. Bei einer Rißentwicklung in dem Korn werden die Grenzen zwischen den Diamantpartikeln und der Matrix den Riß unterbrechen, und dadurch einen Bruch verhindern. In Diamantskelettmaterialien resultiert eine Rißentwicklung in dem brüchigen Diamantskelett in dem Bruch des ganzen Kornes. Die Tatsache, daß separate Diamantpartikel durch eine Matrix aus Siliciumcarbid und Silicium gebunden sind, die jedes Diamantpartikel umgibt, resultiert in einer hohen thermischen Stabilität der Körner.
Es ist vorteilhaft, das Silicium in dem polykristallinen Körper vor dem Zerdrückungsschritt zu belassen. Die hierdurch hergestellten Schleifkörner enthalten Diamanten, die durch Siliciumcarbid und Silicium gebunden sind. Dies ermöglicht es, Diamantkörner jeder Größe herzustellen, und die Größe ist lediglich limitiert durch die Größe des polykristallinen Körpers selbst vor dem Zerdrücken. Dies ist bei der Herstellung von großen Körnern vorteilhaft, da es keinen Bedarf gibt, hierfür große teure Diamanten zu verwenden.
Der diamantenthaltende Verbundwerkstoff, der für die Herstellung von Körnern durch Zerdrücken verwendet wird, umfaßt 20–70 Vol.-% Diamantpartikel, 0,1–75 Vol.-% Siliciumcarbid und 1-40 Vol.-% Silicium und hat eine uniforme Struktur aufgrund der einzigartigen Herstellungsmethode, die es erlaubt, Diamantpartikel durch eine Matrix von hoher Rigidität und Härte zu vereinigen, wobei die Diamantpartikel intakt bleiben.
Der Diamantverbundwerkstoff, der für das Zerdrücken verwendet wird, wird durch das Bilden eines Werkstücks mit einer Porosität von 25–60 Vol.-% aus einer Mischung hergestellt, die Diamantpartikel in Größen von 3–500 μm mit einem Gehalt, der größer ist als 95 Vol.-% umfaßt durch gut bekannte Verfahren (Pressen, Sclamm- und Schlickergießen (Slipcasting, Slurrycasting) usw.) mit oder ohne ein Bindemittel hergestellt, Hitzebehandeln des Werkstücks in einem Medium aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder in einem Medium aus einem gasförmigen Kohlenwasserstoff oder in einem Inertmedium (Vakuum, Inertgas) bis der Diamantgehalt in dem Werkstück um nicht mehr als 50 Gew.-% reduziert ist, und anschließende Infiltrierung von flüssigem Silicium in dem porösen Zwischenkörper. Als Ergebnis wird ein Verbundwerkstoff mit vorbestimmter Form und Größe hergestellt.
Das Zerdrücken des Verbundwerkstoffs wird durch gewisse Methoden unter Verwendung von gewisser Ausrüstung zum Beispiel einer hydraulischen Presse, metallichen Mörsern, einem Splined Crusher, einem Rotor Crusher usw. ausgeführt. Die hergestellten Schleifkörner umfassen Diamantpartikel in einer Matrix aus Siliciumcarbid und Silicium. Die Körner sind fertig zur Verwendung ohne zusätzliche maschinelle Bearbeitung ebenso wie mit Ovalisieren der Körner unter Verwendung von Standardverfahren, zum Beispiel durch einen Vortical Ovaliser. Die ovalisierten Körner können in Diamantpasten, Diamantwerkzeugen, die auf einer organischen Matrix basieren, usw., verwendet werden.
Die optimale Korngröße ist größer als 40 μm. Die Klassifizierung der Körner, die kleiner sind als 40 μm, sollte durch Naßsieben oder Sedimentation erfolgen anstatt von Trockensieben, was teurer ist.
Die Eigenschaften der Schleifkörner hängen von der Zusammensetzung und der Größe der Körner ab. In der Praxis werden Verbundwerkstoffe dieser Art mit einem Siliciumgehalt kleiner als 1 Vol.-% und einem Siliciumcarbidgehalt, der kleiner ist als 0,1 Vol.-%, nicht hergestellt. Wenn der Siliciumcarbidgehalt größer ist als 75 Vol.-%, vermindern sich die Schleifeigenschaften des Kornes wegen des niedrigen Diamantgehaltes. Wenn der Siliciumgehalt größer ist als 40 Vol.-%, haben die Körner geringe Stärke. Testen der Körner, die durch das Zerdrücken eines polykristallinen Verbundwerkstoffkörpers der angegebenen Zusammensetzung mit Diamantpartikeln in Größen von 3–500 μm hergestellt wurden, haben gute Ergebnisse gezeigt.
Die Schleifkörner haben einen thermischen Stabilitätsfaktor, der kleiner ist als 1,2, vorzugsweise kleiner ist als 1,1, d. h. die statische Stärke der Körner, gemessen nach Standardmethoden, vermindert sich um nicht mehr als 20% (vorzugsweise 10%) nach Hitzebehandlung bei 1200°C in einem Inertmedium.
Der polykristalline Verbundwerkstoffkörper gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren erzielt, daß die Diamantgraphitisierung für die Herstellung von Diamantsiliciumcarbidsiliciumschleifkörnern verwendet. Es ist auch möglich, die Graphitisierung mit pyrolytischer Kohlenstoffablagerung zu kombinieren, aber nicht nötig. Dies zeigt, daß die Erfindung Diamantgraphitisierung, d. h. die teilweise Diamanttransformation zu Graphit effizient in einer geplanten und kontrollierten Art und Wiese nutzt.
Mit Diamanten in einer Submikrongröße sind gemeint, die kleiner sind als 1 μm und mit kleinen Diamanten sind Diamantpartikel gemeint, die kleiner sind als 20 μm und mehr bevorzugt kleiner sind als 10 μm. Große Diamanten, > 20 μm und sehr große Diamanten, > 60 μm werden ebenfalls verwendet, oft in Kombination mit kleinen Diamanten. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Diamanten einer Größe von 3–500 μm vorzugsweise verwendet.
2 beschreibt die bevorzugten Verfahrensschritte in einem Flußdiagramm.
Die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch das folgende beschrieben:
Die Bildung des Grünkörpers geschieht aus einer Mischung von Diamantpartikeln verschiedener Größe gemeinsam mit einer kleinen Menge eines temporären oder permanenten Bindemittels (bis zu 5 Gew.-%), oder ohne irgendein Bindemittel. Die Bildung geschieht unter Verwendung von etablierten Verfahren, beispielsweise durch Pressen, unter Verwendung von Slip- und Slurrycasting, Einspritz-Formen (Injection Moulding) usw. In dem Falle, wo eine Form für das Formen verwendet wird, wird der Grünkörper aus der Form entnommen.
Herstellung des Werkstücks geschieht durch Verdampfen oder Härten und Zersetzen der vorliegenden Lösungsmittel und/oder Bindemittel in dem Grünkörper. Wenn ein Grünkörper ohne Bindemittel hergestellt wird, wird er als Werkstück angesehen. Um eine uniforme und kontrollierbare Graphitisierung durch das gesamte Werkstückvolumen zu erhalten, ist es nicht wünschenswert, Verunreinigungen durch das Bindemittel hierin vorzuliegen haben. Diese können den Graphitisierungsprozeß katalysieren oder inhibieren. Es ist offensichtlich, daß ein Grund, dafür, nicht weniger als 95 Gew.-% Diamanten in dem Werkstück zu haben, es ist, daß die präzise Kontrolle der Kohlenstoffmenge, die vorhanden sein wird und wo sie vorhanden sein wird, lediglich in einem Körper ohne Füllstoffe und andere zusätzliche Materialien möglich ist.
Hitzebehandlung eines Werkstücks um einen Zwischenkörper zu erhalten
Das Werkstück mit einem Diamantgehalt von 95–100 Gew.-% der Gesamtmenge wird hitzebehandelt, um einen Zwischenkörper unter Verwendung von kontrollierter Graphitisierung des Diamanten oder einer Kombination aus kontrollierter Graphitisierung des Diamanten und pyrolytischer Kohlenstoffablagerung, hiernach bezeichnet als Pyrokohlenstoff zu erhalten. Wenn diese Dinge kombiniert werden, ist es bevorzugt, die Graphitisierung vor der Pyrokohlenstoffablagerung zu verwenden.
Graphitisierung, um einen Zwischenkörper zu erhalten Während der Graphitisierung wird das Werkstück (oder der Zwischenkörper mit abgelagertem Pyrokohlenstoff) im Vakuum oder in einer kontrollierten Atmosphäre hitzebehandelt, vorzugsweise einem Inertgas bei 1000°-1900°C, vorzugsweise bei 1200–1700°C. Die Graphitisierung ist vernachlässigbar, bei Temperaturen, die niedriger sind als 1000°C. Bei Temperaturen, die höher sind als 1900°C ist die Geschwindigkeit der Graphitisierung so hoch, daß es schwierig sein könnte, sie mit der erforderlichen Präzision unter Verwendung von Niedrigqualitätsdiamanten zu kontrollieren. Der Vakuumdruck ist vorzugsweise niedriger als 1 mmHg. Als Inertgas können Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder Helium verwendet werden, was für die Abwesenheit von Sauerstoff in dem System sorgt. Der Inertgasdruck ist nicht so wichtig und wird ausgewählt entsprechend der Anwendbarkeit des Verfahrens, zum Beispiel 760 mmHg.
Pyrolytische Kohlenstoffablagerungen in den graphitisierten Zwischenkörper
Während der pyrolytischen Kohlenstoffablagerung in den graphitisierten Zwischenkörper (oder in das Werkstück), wird der Körper einem Gas aus Kohlenwasserstoff oder aus Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur ausgesetzt, die die Zersetzungstemperatur für das vorliegende Gas oder für die vorliegenden Gase übersteigt, zum Beispiel Naturgas bei T = 750°–950°C oder Gas, das Acetylen, Methan, Ethan, Propan, Pentan, Hexan, Benzol und/oder dessen Derivate enthält bei T = 510°-1200°C.
Die Infiltrierung des Siliciums in den Zwischenkörper wird durch gut bekannte Verfahren ausgeführt. Die Infiltrierung kann vorzugsweise außerhalb einer Form geschehen, zum Beispiel durch Schmelzen von festem Silicium oder durch Eintragen von flüssigem Silicium auf eine äußere Oberfläche des Zwischenkörpers unter Verwendung von Differenzialvakuuminfiltrierungsverfahren oder durch Tauchen des Zwischenkörpers in flüssiges Silicium. Es gibt ebenfalls eine Möglichkeit, das Silicium durch Infiltrierung von gasförmigem Silicium oder durch chemische Methoden, zum Beispiel durch Verwendung von Verfahren, ähnlich zu Sol-Gel, chemischer Dampfdeposition, usw. gefolgt durch eine Hochtemperaturreaktion anzuwenden.
Während der Infiltrierung findet die chemische Reaktion von nicht-diamantartigem Kohlenstoff und Silicium statt, was in der Bildung von Siliciumcarbid resultiert, was gemeinsam mit eventuell freiem Silicium die Matrix des hergestellten Verbundmaterialkörpers bildet.
Zerdrücken des infiltrierten Körpers und Klassifizierung der hergestellten Schleifkörner
Das Zerdrücken des infiltrierten Körpers wird unter Verwendung von gewisser Ausrüstung, z. B. hydraulischen Pressen, metallischen Mörsern, Splinecrushers, Rotorcrushers, usw. ausgeführt. Die hergestellten Schleifkörner umfassen Diamantpartikel in einer Matrix aus Siliciumcarbid und Silicium. Manchmal umfaßt die Matrix auch kleine Diamantpartikel.
Das Zerdrücken wird in verschiedenen Schritten ausgeführt. Ein erstes grobes Zerdrücken wird durchgeführt, gefolgt durch selektives Zerdrücken mit nachfolgender Klassifizierung, Screenen der Körner verschiedener Größen unter Verwendung von Standardscreensets. Manchmal werden die Körner ovalisiert, abgerundet durch einen Vortical Ovaliser; eine Mischung aus ferromagnetischen Partikeln und den zerdrückten Körnern werden durch ein magnetisches Feld mit einer Rotationsfrequenz von 3000 rpm rotiert. Eine finales Screening wird dann ausgeführt.
Die hergestellten Schleifkörner sind fertig zur Verwendung ohne weitere maschinelle Bearbeitung ebenso wie auch mit Ovalisieren unter Verwendung der Standardverfahren, zum Beispiel durch einen Vortical Ovaliser. Die ovalisierten Körner können in Diamantpasten, Diamantwerkzeugen, die auf einer organischen Matrix basieren, usw. verwendet werden.
Die optimale Korngröße ist größer als 40 μm. Die Klassifizierung der Körner, die kleiner sind als 40 μm, muß durch teure Verfahren ausgeführt werden.
Spezifisches über die Bildung von Kohlenstoff
Nicht-diamantartiger Kohlenstoff in dem Körper kann durch die folgenden verschiedenen Wege erreicht werden.

1. Graphitisierung durch Hitzebehandlung der Diamantpartikel in dem Werkstück, um die Oberfläche der Diamanten in Graphit zu transformieren.
2. Ablagerung von pyrolytischem Kohlenstoff in dem Körper.
3. Während der Hitzebehandlung für die Siliciuminfiltrierung findet zusätzliche Graphitisierung statt.
4. Möglicherweise rückständiger pyrolytischer Kohlenstoff aus Bindemitteln.

Die Bestimmung der Beiträge zu der Gesamt-nicht-diamantartigen Kohlenstoffmenge wird ausgeführt durch

a) Etablieren der möglicherweise verwendeten Pyrokohlenstoffmenge.
b) Etablieren des Grades der Graphitisierung während der Hitzebehandlung für die Siliciuminfiltrierung.
c) Etablieren der Menge jeglichen rückständigen pyrolytischen Kohlenstoffes aus Bindemitteln.
d) Primäre Graphitisierung macht den zusätzlichen Kohlenstoffbedarf aus.

Daher ist eine Eigenschaft der Erfindung die Fähigkeit, den Grad der Diamantgraphitisierung durch simultane Kontrolle von Prozeß- und Materialparametern zu regeln und zu variieren, so wie der Form der Zeit-Temperaturkurve, d. h. Temperaturen, Haltezeiten und Heizraten, Größe, Art und Qualität von und Verunreinigungen in den Diamantpartikeln, der Atmosphäre und des Druckes. Kontrollüberlegungen beinhalten z. B.

1. Das relative Siliciumvolumen oder alternativ das der rückständigen Poren, Siliciumcarbid und Diamant in dem Finalkörper hängen von dem Grad der Graphitisierung ab, welche deshalb mit präziser Kontrolle ausgeführt werden muß.
2. Für Submikron und kleingrößige Diamantpartikel ist es wichtig, daß die Graphitisierung nicht so weit geht, daß die Partikel verschwinden. Die Graphitisierung sollte weniger als 50 Gew.-% betragen und vorzugsweise zwischen 6–30 Gew.-% liegen.
3. Wenn kleine Diamantpartikel mit großen Diamantpartikeln vermischt werden, muß die Größe der kleinen Partikel vorsichtig ausgewählt werden, so daß die kleinen Partikel nicht verschwinden werden, es sei denn, es ist so gewollt, und die großen Partikel ausreichend graphitisiert werden. Die Graphitisierung sollte weniger als 50 Gew.-% betragen und vorzugsweise zwischen 6–30 Gew.-% liegen.
4. Das vorwiegende Verfahren zum Regeln des Grades der Graphitisierung ist es, die richtige Form der Temperatur-Zeitkurve von etwa 1200° von bis zu etwa 1700°C im Vakuum oder in einem Inertgas bei atmosphärischem Druck als eine Funktion der Diamantpartikelgröße und der Diamantpartikelqualität zu wählen.
5. Für unterschiedliche erwünschte Graphitisierungsgrade, die für Materialien geeignet sind, die auf unterschiedliche technologische Anwendungen abzielen, müssen unterschiedliche Formen dieser Kurven ausgewählt werden.
6. Durch Auswählen der richtigen Hitzebehandlung ist es möglich, einen Finalkörper mit sehr geringer Porosität, keinem Graphit und einer gut ausgeglichenen Zusammensetzung zwischen Diamant, Siliciumcarbid und Silicium zu erreichen. wenn der Graphitisierungsgrad niedrig ist, wird der finale Verbundwerkstoff eine größere Menge an Silicium oder Porosität enthalten. Je größer der Grad der Graphitisierung, desto mehr Siliciumcarbid wird der Finalkörper enthalten.

Ein Anstieg der Temperatur und Haltezeit erhöht im allgemeinen die Menge des produzierten Graphits. Die Geschwindigkeit der Bewegung der Graphitisierungsfront von der Oberfläche eines Diamantpartikels in das Diamantpartikel wird auch durch die kristallographische Richtung und die Menge an Materialverunreinigungen und – defekten bestimmt. Wenn alle anderen Bedingungen gleich sind, ist die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Graphitisierungsfront gleich für kleine und große Diamantpartikel. Jedoch bestimmt der Unterschied der Partikelgröße verschiedene relative Graphitisierungsgrade für große und kleine Partikel. Der Grad ist signifikant höher für kleine Partikel und ist proportional zu. der spezifischen Fläche des Diamanten. Daher ist es wichtig, optimale Bedingungen für die Hitzebehandlung zu wählen, um die Herstellung eines Materials nach dem vorgeschlagenen Verfahren zu kontrollieren und es ist von besonderer Wichtigkeit, wenn kleine Diamantpartikel verwendet werden.
Für kleine Partikel ist es sehr wichtig, die Heizrate in dem Temperaturbereich größer als 1200°C zu erhöhen, da die Graphitisierungsgeschwindigkeit stark von der Temperatur abhängt. Dabei vermindert sich die Graphitisierung (verglichen mit einer geringeren Heizrate bis zu derselben Temperatur) und der Grad der Graphitisierung übersteigt nicht das erwünschte Limit (≤ 50 Gew.-%). Dies ermöglicht das anschließende Infiltrieren von flüssigem Silicium in den Zwischenkörper. Siliciuminfiltrierung durch den Körper wird nicht auftreten, es sei denn, Poren von ausreichender Größe existieren im gesamten Körper. Das Verfahren der Graphitisierung ist feinfühlig zu kontrollieren und zu realisieren. Es muß an die verwendete Ausrüstung und an das verwendete Material angepaßt werden. Einige dieser Parameter müssen empirisch ermittelt werden, um zu der verwendeten Ausrüstung und zu dem verwendeten Material zu passen.
3 zeigt den Grad der Graphitisierung, α, gegen die Graphitisierungszeit, τ, bei einer bestimmten Temperatur. Wie gesehen werden kann, steigt, der Graphitisierungsgrad schneller an für kleine Diamantpartikel (5/3, 10/7 und 14/10 μm) verglichen mit größeren Partikeln (28/20 und 63/50). Je größer die Größe, desto langsamer steigt die relative Graphitisierungsgeschwindigkeit an.
Einer der Vorteile des Graphitisierungsverfahrens ist die Verbesserung der Diamantoberfläche. Generell sind die Kosten der Diamanten bezogen auf die Qualität und Größe. Es ist gut bekannt, daß die Oberflächenschicht der meisten Diamantpartikel eine große Anzahl von Defekten hat. Defekte und Unsauberkeiten auf der Oberfläche werden die mechanische und chemische Stabilität reduzieren. Es ist erwünscht, keine Oberflächendefekte und Unsauberkeiten zu haben, und trotzdem keine teuren Hochqualitätsdiamanten zu verwenden. Dies wird erreicht durch das vorsätzliche Transformieren der Oberflächenschicht der Diamanten zu Graphit durch Hitzebehandlung. Die Graphitisierung beginnt auf der Oberfläche, und schreitet graduell tiefer in das Partikel fort. Weiterhin wird nicht nur die Diamantoberfläche durch die Diamantgraphitisierung verbessert, sondern. auch die Bulkeigenschaften. Diffusionsvorgänge beginnen in dem Diamanten wenn er erhitzt wird. Durch diesen Diffusionsprozeß werden metallische und andere Verunreinigungen auf die Oberfläche der Diamanten bewegt und in der Siliciumcarbidschicht oder dem Silicium eingebettet. Da die Graphitisierung die defekte Schicht auf der Diamantoberfläche transformiert, wird sie in einer Verbesserung der gesamten Partikeleigenschaften und als eine Konsequenz daraus des gesamten Verbundwerkstoffmaterials resultieren. Um diese Verbesserungen zu erreichen, sollte die Graphitschicht, die das Diamantpartikel umgibt, wenigstens 50 nm sein, vorzugsweise dicker als 200 nm sein. Die Graphitisierung sollte nicht weniger als 1 Gew.-% betragen, und vorzugsweise wenigstens 6 Gew.-% betragen.
Eine weitere sehr wichtige Errungenschaft der Diamantgraphitisierung ist die extrem starke Bindung des gebildeten Siliciumcarbids, das jedes einzelne Diamantpartikel beschichtet. Der Diamant wird an die Matrix gebunden sein und in einer beanspruchenden Anwendung nicht herausgerissen werden.
Während des gesamten Herstellungsverfahrens, das zu einem dichten oder annähernd dichtem Körper ohne Graphit führt, müssen gewisse Regeln beachtet werden:
Die Porosität der Materialien besteht aus Poren von verschiedener Größe, größeren Poren und kleineren Poren. Die Werkstücke haben einen gewissen Volumenprozentsatz an Porosität und gewisse Porengrößen vor der Hitzebehandlung und der Siliciuminfiltrierung, bestimmt durch die Diamantpartikelgröße und Größenverteilung, durch andere Materialien, die vorhanden sind oder hinzugegeben wurden und eventuelles Kompaktieren der Grünkörper. Der Diamantgehalt vermindert sich entsprechend der Graphitmenge, die gebildet wird, während der Diamantgraphitisierung. Die Gesamtmenge an nicht-diamantartigem Kohlenstoff in dem Körper, einschließlich hinzugefügtem Pyrokohlenstoff oder aus möglichen Rückständen des Bindemittels muß kontrolliert werden, um ein finales Material mit einem optimalen Siliciumcarbidgehalt zu erzielen (hergestellt bei. der Reaktion zwischen dem nicht-diamantartigem Kohlenstoff und dem Silicium) relativ zu dem elementaren Silicium, wobei das elementare Silicium die Porosität auffüllt. und hierbei einen dichten oder annähernd dichten Körper kreiert.
Die intiale Porosität und der Grad der Graphitisierung beeinflussen die Eigenschaften, des finalen Materials. Bei einer Werkstückporosität, die größer ist als 60 Vol.-%, ist die Stärke des Werkstücks nicht ausreichend für die Realisierung der nachfolgenden Schritte des Verfahrens. Wenn die Porosität eines Werkstücks geringer ist als 25 Vol.-%, ist es schwierig, Silicium in den Zwischenkörper zu infiltrieren, und der Finalkörper wird eine signifikante rückständige Porosität haben. Die gleichen Probleme treten auf wenn der Graphitisierungsgrad größer ist als 50 Gew.-% oder wenn die Menge des abgelagerten Pyrokohlenstoffes und des rückständigen Kohlenstoffes aus Bindemitteln größer ist als 25 Gew.-%, da die limitierenden kleinen Poren nicht ausreichend groß sein werden (aufgrund der zu dichten Kohlenstoffschichten). In solchen Fällen während der Siliciuminfiltrierung wird eine dichte Schicht von Siliciumcarbid in der Oberflächenzone des Zwischenkörpers gebildet, welche die Penetrierung des flüssigen Siliciums in interne Teile des Zwischenkörpers blockiert.
Für eine gegebene initiale Porosität des Werkstücks ε0 ist die maximale erlaubte Kohlenstoffmenge, die durch Graphitisierung, Ablagerung von Pyrokohlenstoff und irgendwelche anderen möglichen rückständigen pyrolytischen Kohlenstoffe aus Bindemitteln gebildet wird, so daß ein späterer Verfahrensschritt die Reaktion zwischen allem Kohlenstoff mit infiltriertem Silicium, um Siliciumcarbid zu bilden, in 4a dargestellt. Die relativen Mengen an Graphit (α) und Pyrokohlenstoff plus rückständiger Kohlenstoff aus Bindemitteln (γ) für jede akzeptable Kombination daraus sind ebenso unterscheidbar aus dieser Figur. Das Verfahren ist durch die Gesamtkohlenstoffmenge in Bezug auf die Porosität limitiert. Bei einer gewissen initialen Porosität wird der finale Verbundwerkstoff eine große Menge Silicium enthalten, wenn die Kohlenstoffmenge zu gering ist. Wenn die Kohlenstoffmenge zu groß ist, werden gewisse Mengen an rückständigem Kohlenstoff in dem finalen Verbundwerkstoff verbleiben, was unerwünscht ist, da der Kohlenstoff wie ein Materialdefekt agiert. Siehe auch die zwei Graphen 4b und 4c, die die Beziehung zwischen dem Graphitisierungsgrad für eine gewisse initiale Porosität und der Zusammensetzung des Finalverbundwerkstoffs zeigen. Wie gesehen werden kann, ist die Variation von Diamant, Siliciumcarbid und Siliciumbestandteilen linear. während der Graphitisierungsgrad ansteigt, steigt der Kohlenstoffgehalt an, während der Diamant- und der Silciumgehalt absinkt.
Diese Figuren wurden unter Verwendung dieser folgenden Gleichungen und unter den Bedingungen, daß das Gesamtkörpervolumen sich nicht ändert und daß es keine Poren in dem hergestellten Körper gibt, erstellt:
Der Volumengehalt an Diamant in dem Finalmaterial ist: φD = (1 – ε0)(1 – α) [Gleichung 1]
wobei a der Graphitisierungsgrad ist, d. h. die Menge an Kohlenstoff, ε0 ist die initiale Porosität des Werkstücks.
Der Volumengehalt an Siliciumcarbid in dem finalen Material wird bestimmt durch die Menge an Kohlenstoff, die mit Silicium reagiert hat: φsic = (1 – ε0)(γ + α)ρDMsic/(ρsicMc) [Gleichung 2] wobei ρD und ρsic die Dichten von Diamant und Siliciumcarbid, Msic und Mc die molekularen Massen von Siliciumcarbid und Kohlenstoff sind.
Der Siliciumvolumengehalt in dem Finalmaterial ist: φsi = 1 – (φsic + φD) [Gleichung 3]
Um die Herstellung von nicht-porösem Material auszuführen, ist es notwendig, die Bedingung von φsi ≥ 0 zu erfüllen. Diese Bedingung ist erfüllt durch die Werte für α und γ, die in die Gebiete fallen, die in 3a gezeigt sind. Daher hängt die Menge von Pyrokohlenstoff und Bindemittelrückständen, die eingefügt werden können, um die Bedingung γsi ≥ 0 in dem Finalmaterial zu erfüllen, im großen Ausmaß von dem Graphitisierungsgrad ab.
Die Lösungen von Gleichungen 1, 2 und 3 bei γ = 0 ergibt. die Beziehung zwischen der Diamantverbundwerkstoffzusammensetzung und der initialen Porosität des Werkstücks gemäß 3b-c.
5 zeigt die Ergebnisse einer Phasenröntgendiffraktionsanalyse von Proben, die entsprechend diesem Verfahren hergestellt wurden. Es ist offensichtlich aus 5a, daß das initiale Werkstück, das aus Diamantpulver gebildet wurde, eine Diamantphase (markiert mit "D") enthält. Nachfolgende Hitzebehandlung des Werkstückes, um einen Zwischenkörper zu erhalten, resultiert in der Bildung einer Graphitphase in ihm, wie aus 5b (markiert mit "G") ersehen werden kann. In der nachfolgenden Siliciuminfiltrierung des Zwischenkörpers reagiert das Silicium mit Graphit und produziert Siliciumcarbid. 5c zeigt, daß das Graphit in dem Finalprodukt abwesend ist und daß Diamant, Siliciumcarbid (markiert mit "SiC") und Silicium (markiert mit "Si") vorhanden ist.
DIE VERWENDUNG VON PARAMETERVARIATIONEN UNTERSCHIEDLICHER ART
Parametervariationen können auf das Material während verschiedener Verfahrensschritte angewendet werden, um sowohl die finalen Eigenschaften des Produktes als auch die Herstellungskosten zu kontrollieren. Unterschiedliche Kombinationen von Parametervariationen können angewendet werden. Die angewendeten Parameter sind:

– Diamantpartikelgröße
– Diamantqualität
– Diamantbindung
– die Menge an Siliciumcarbid und Silicium

Einige dieser Parameter hängen voneinander ab. Im Folgenden werden Beispiele der Kontrolle der finalen Eigenschaften durch die Verwendung von Parametervariationen und Kombinationen daraus gezeigt werden.
Variationen der Diamantpartikelgrößes; Kombinationen von Diamanten unterschiedlicher Größe
Das erfindungsgemäße Material kann nicht nur eine sondern verschiedene Größen von Diamantpartikeln enthalten. Die Verwendung von Diamanten von verschiedener Größe in dem Material gibt ihm spezifische Charakteristika. Große Diamantpartikel sorgen für gute Schleifeigenschaften des Materials (hierdurch bezogen auf Schleif-, Abnutzungs-, Schneide- und andere mechanische Material-entfernende Eigenschaften). Jedoch kann die geringere relative Abnutzungsresistenz der SiC/Si Matrix zu einem Entbinden, dem Verlust dieser großen Diamanten aus der Matrix, insbesondere unter schweren Funktionsbedingungen führen und dabei die Lebenszeit eines Verbundwerkstoffwerkzeuges verringern.
Durch das Kombinieren von großen Diamantpartikeln mit kleinen in einer homogenen Mischung wird sich die Lebenszeit der Werkzeuge aufgrund einer erhöhten Abnutzungsresistenz der neuen gebildeten Matrix eröhen. Kleine Diamantpartikel verstärken den Verbundwerkstoff. Da sie durch die gesamte SiC-Si Matrix verteilt sind, erhöhen kleine Diamantpartikel das Young-Modul, die thermische Leitfähigkeit, die Härte, die Abnutzungsresistenz, usw. Beispielsweise, wenn etwa 40 Vol.-% der Diamantpartikel mit einer Größe von etwa 10 μm in der Sic-Si Matrix beinhaltet sind, wird das Young-Modul von 400 auf 650 GPa ansteigen und die thermische Leitfähigkeit wird von 80 bis auf 250 W/mK ansteigen, im Vergleich, zu einer SiC-Si Matrix ohne Diamanten. Also ergibt die Verwendung von kleinen Diamanten gemeinsam mit großen nicht nur verstärkte Materialeigenschaften sondern es ist außerdem ökonomischer als nur große Diamanten zu verwenden.
Variationen der Diamantqualität
Diamanten von hoher Qualität sind im allgemeinen teurer als die Diamanten von niedriger Qualität. Der Ausdruck Qualität wird als etwas verstanden, das mit den folgenden Parametern variiert; mechanischen und optischen Eigenschaften, ob es gut kristallisiert ist oder nicht, Defekte wie Einschlüsse oder Risse (hauptsächlich in der Oberfläche), Form, ob sie synthetisch sind oder natürlich, usw..
Das erfindungsgemäße Material kann durch eine Kombination aus billigeren Diamant von niedriger Qualität und guten Qualitätsdiamanten hergestellt werden, um die Zusammensetzung des Materials zu variieren. Einige Niedrigqualitätsdiamanten werden schneller graphitisiert als Diamanten von besserer Qualität und ergeben dadurch eine größere Graphitmenge und dadurch eine größere Menge an Siliciumcarbid, das in dem nachfolgenden Infiltrierungsschritt hergestellt wird. Zusätzlich wird die Graphitisierung die Oberfläche der Diamanten von niedrigerer Oberflächenqualität verbessern.
Variationen der Bindung größerer Diamanten
Unser Verfahren erlaubt die Anpassung des Materials an unterschiedliche Anwendungsgebiete durch Optimieren der Leistungsfähigkeit der Verbundschleifkörner für jedes Gebiet. Aufgrund ihrer überlegenen Härte ist Diamant der Bestandteil in dem Verbundwerkstoff, der für den Hauptteil des Arbeitseinsatzes verwendet wird, daher kann diese Anpassung durch Ändern der Diamantparameter; Typ, Partikelgröße und Konzentration ausgeführt werden.
Es gibt verschiedene Arten von Diamantpartikeln; von gut kristallisierten, blockartigen, einzelnen Kristallen mit scharfen Schneidekanten bis zu Arten, die aus verschiedenen Diamantschichten aufeinander bestehen, d. h. zwiebelförmig, wo jede Schicht Schneidekanten hat. Der letztere Typ wird manchmal als bröcklig bezeichnet. Diese zwei Arten haben signifikant unterschiedliche Eigenschaften und zwischen diesen Extremen gibt es eine große Variationsbreite an Diamanttypen.
In anderen Materialien, zum Beispiel wenn sie: für Schleifräder verwendet werden, ist es bekannt, daß die ausgewählte Diamantart einen großen Einfluß auf die Eigenschaften des Schleifrades hat. Um die Eigenschaften in einer angemessenen Art und Weise anzupassen ist es jedoch notwendig, die Bindekraft der Diamanten an den verwendeten Diamanttyp anzupassen. In bekannten Schleifradmaterialien ist es schwierig, eine solch detallierte Anpassung der Bindekraft für optimale Leistungsfähigkeit zu erzielen. Prinzipiell werden drei verschiedene Arten von Bindungen für Schleifräder verwendet; Kunstharzbindemittel, Metallbindemittel und glasartige Bindemittel.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gibt es gute Möglichkeiten, eine Anpassung der Bindung größerer Diamanten (> 20 μm) und Eigenschaften der Bindematrix (hier bestehend aus kleinen Diamanten, Siliciumcarbid und Silicium) anzupassen. Eine geeignete Härte der Matrix kann ausgewählt werden, durch Variieren der Konzentration der kleinen Diamanten einer Größe von < 20 μm, (20–70 Vol.-%); Siliciumcarbid (0,1-75 Vol.-%) und Silicium (1-40 Vol.-%) und dadurch kann ebenso die Abnutzungsresistenz der Matrix und die anschließende Bindung der größeren Diamantpartikel gewählt werden.
Es ist möglich, die Härte der Matrix innerhalb einem Bereich von etwa 20–63 GPa durch Variieren der Zusammensetzung der Matrix auszuwählen; die Härte von Diamant ist etwa 100 GPa, von Siliciumcarbid etwa 25 GPa und von Silicium viel weniger als 10 GPa. Durch diese Art von Anpassung kann die Leistungsfähigkeit unseres verbesserten Materials für verschiedene Anwendungen optimiert werden.
Eine Matrixhärte von 20–30 GPa ist bevorzugt für Diamantarten, die eine relativ schwache Bindung erfordern; 50–63 GPa für Diamantarten, die eine starke Bindung benötigen; und eine Härte von 30–50 GPa von Diamantarten oder Mischungen, die eine mittelmäßige Bindestärke benötigen.
Variationen der Mengen an Siliciumcarbid und oder Silicium
Die Siliciumcarbid- und Siliciummatrix ist stark an die Diamantpartikel gebunden, was für exzellente Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials sorgt. Weiterhin ist der Siliciumcarbidgehalt wichtig für die Eigenschaften des Materials, das beispielsweise die Härte und die Bindung der Diamanten beeinflußt. Die Menge an Silicium wird auch die Eigenschaften beeinflussen – erhöhter Siliciumgehalt wird die Härte und Abnutzungsresistenz verringern. Andere Eigenschaften, die durch die Zusammensetzung beeinflußt werden, sind beispielsweise die thermische Leitfähigkeit, die mit dem Diamantgehalt ansteigt, die elektrische Leitfähigkeit, die mit dem Siliciumgehalt ansteigt, usw..
Die diamantenthaltenden Verbundwerkstoffe, die für die Herstellung von Körnern durch Zerdrücken verwendet werden, umfassen 20–70 Vol.-% Diamantpartikel, 0,1–75 Vol.-% Siliciumcarbid und 1–40 Vol.-% Silicium und haben eine uniforme Struktur aufgrund des einzigartigen Herstellungsverfahrens. In der Praxis werden Verbundwerkstoffe dieser Art mit einem Siliciumgehalt, der kleiner ist als 1 Vol.-% und einem Siliciumcarbidgehalt, der kleiner ist als 0,1 Vol.-%, nicht hergestellt. Wenn der Gehalt von Siliciumcarbid größer ist als 75 Vol.-%, vermindern sich die Schleifeigenschaften der Körner aufgrund des niedrigen Diamantgehalts. wenn der Siliciumgehalt größer ist als 40 Vol.-%, haben die Körner geringe Stärke.
Daher ist eine gut ausgeglichen Zusammensetzung zwischen dem Diamant, Siliciumcarbid und Silicium erwünscht. Das Gleichgewicht in der Zusammensetzung hängt von der vorgesehenen spezifischen Anwendung für das Material ab. Durch Variieren der Zusammensetzung ist es möglich, die Eigenschaften zu kontrollieren, und dadurch sie für die spezifische Anwendung anzupassen. Die Art und Weise, auf die der Gehalt an Silicium und Siliciumcarbid in dem Finalkörper variiert wird ist es, die Menge an nicht-diamantartigem Kohlenstoff in Relation zur erhältlichen Porosität zu variieren. Dies wird durch die Variation der Bedingungen der Hitzebehandlung getan, was unterschiedliche Mengen an gebildetem Graphit und hinzugefügtem Pyrokohlenstoff ergibt, durch unterschiedliche Mengen an nicht-diamantartigem Kohlenstoff, das von Bindemittelrückständen zurückgeblieben ist, durch Diamantgröße/Porengrößevariationen usw..
Nach dem Zerdrücken des Finalkörpers mit einem gewissen Gehalt an Diamantpartikeln, Siliciumcarbid und Silicium, werden die erhaltenen individuellen Körner, typischerweise nicht den gleichen Diamantgehalt, Siliciumcarbidgehalt und Siliciumgehalt wie der Körper haben. Trotzdem, der Mittelwertgehalt der Körner, d. h. der Gehalt an Diamant, Siliciumcarbid und Silicium in jeder erkennbaren Menge solcher Körner, wird dem Gehalt in diesem Finalkörper entsprechen.
VORTEILE DES ERFINDUNGSGEMÄSSEN VERFAHRENS UND DES ERFINDUNGSGEMÄSSEN MATERIALS
Einer der großen Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Verfahrensparameter variiert werden können, um die erwünschte Diamantgraphitisierung in dem Werkstück zu erreichen, und um optimale Bedingungen für die Herstellung eines polykristallinen Schleifkorns mit der gewünschten Stärke, den gewünschten physischen und mechanischen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Im Vergleich mit Verfahren, wo kohlenstoffbeschichtete oder nicht-kohlenstoffbeschichtete Diamanten mit kohlenstoffhaltigen Materialien für die Herstellung von Diamant-Siliciumcarbid-Siliciumverbundwerkstoffen vermischt werden, hat das vorgeschlagene Verfahren unter Verwendung der Graphitisierung und möglicher Pyrokohlenstoffablagerungen verschiedene Vorteile:

1) Während der Diamantgraphitisierung wird das Graphit direkt auf der Oberfläche aller Diamantpartikel gebildet und während der möglichen Pyrokohlenstoffablagerung direkt auf den graphitisierten Diamanten. Deshalb ist der Kohlenstoff eng im Kontakt mit der Oberfläche. Daher bleiben die kritischen kleinen Poren zwischen den Partikeln frei für die nachfolgende Siliciuminfiltrierung des Zwischenkörpers. Kleinere Partikel aus Ruß oder Kohlenfasern, usw., werden zwischen den Diamanten unter Verwendung der bekannten Techniken des Mischens von kohlenstoffhaltigen Materialien mit Diamantpartikeln angeordnet. Diese kleinen Partikel können in den verengten Poren agglomerieren und dadurch die Porengröße noch kleiner machen, was die Siliciuminfiltrierung negativ beeinflussen kann.
2) Die Verteilung von Kohlenstoff ist wichtig für die Eigenschaften des finalen Materials. Die Kohlenstoffschicht ist im engen Kontakt mit der Diamantoberfläche durch die Diamanttransformation zu Graphit und durch mögliche Ablagerungen von Pyrokohlenstoff auf den Körper. Dieser enge Kontakt garantiert die Bildung von Siliciumcarbid direkt auf: der Oberfläche der Diamantpartikel und daher wird ein Diamant-Matrix-Interface von hoher Anhaftungskraft gebildet, d. h. die Diamanten sind eng an die Siliciumcarbid-Siliciummatrix gebunden. Die Eigenschaften werden aufgrund der hohen Anhaftung von sowohl kleinen als auch großen Diamanten verbessert. Die Diamanten werden nicht einfach aus der Matrix ausbrechen, während sie in verschiedenen Anwendungen angewendet wird. Das Material ist extrem abnutzungsresistent. Bei der Verwendung in Vorgängen, die eine sehr starke Bindung voraussetzen, werden die großen Diamantpartikel vollständig in dem Verfahren aufgebraucht, während in traditionellen Schleifmaterialien (mit metallischen oder organischen Bindungen) die Diamanten nur bis zu etwa 50 Vol.-% verbraucht werden, bevor sie aus der Matrix fallen.
3) Hitzebehandlung des eventuellen Bindemittels und Graphitisierung kann unter Verwendung derselben Ausrüstung wie für die Siliciuminfiltrierung erreicht werden (wenn Pyrokohlenstoffablagerung nicht verwendet wird). Daher können diese Verfahrensschritte Schritt für Schritt in demselben Ofen realisiert werden, was in einer Abnahme der erforderlichen Gesamtzeit für die Herstellung des Finalmaterials resultiert.
4) Die Graphitisierung von Diamanten beginnt auf der Oberfläche der Diamantpartikel und schreitet graduell tiefer fort in das Partikel. Die Graphitisierung transformiert die defekte Schicht auf der Diamantoberfläche, was in einer Verbesserung der Partikeleigenschaften und als eine Konsequenz, des gesamten Verbundwerkstoffmaterials resultiert, zum Beispiel im Hinblick auf die thermische Stabilität. Dies erlaubt die Verwendung von relativ preiswerten Diamanten.
5) In der vorliegenden Erfindung vermeidet die Graphitisierung der Diamanten mit oder ohne abgelagerten Pyrokohlenstoff die verschiedenen Probleme, die mit dem physikalischen Einmischen der kohlenstoffhaltigen Materialien als Kohlenstoffquelle verbunden sind. Diese Probleme beinhalten nicht-uniforme Verteilung von Kohlenstoff, unvollständige Reaktion mit Silicium, Blockieren der Poren und Inhomogenitäten aufgrund der verschiedenen Größe, Form und Dichte der vermischten Materialien.
6) Die Graphitisierung wird für schnelle und saubere Kohlenstoffbildung in dem gesamten Körpervolumen sorgen, beginnend von der Oberfläche der Diamanten, und linear expandierend. Nur eine relativ kleine Menge Diamant wird transformiert. Daher ist die Graphitisierung bei der Produktion von sehr dicken und großen Körpern aufgrund der Fähigkeit vorteilhaft, Kohlenstoff sogar in tieferen Teilen des Körpers ohne das Risiko, die Poren für anschließende Infiltrierung zu blockieren, zu bilden.
7) Unter Verwendung von früher bekannten Verfahren wird die Bildung der Grünkörper eines kohlenstoffbeschichteten oder eines nich-kohlenstoffbeschichteten Diamanten, vermischt mit kohlenstoffhaltigen Materialien, in einer temporären Form oder derselben Form wie die Verdampfung/Zersetzung der Bindemittel und Siliciuminfiltrierung ausgeführt. Eine relativ große Menge Bindemittel könnte für diese Formung erforderlich sein, insbesondere wenn große Diamantpartikel verwendet werden. Die produktive Effizienz wird durch die Erfordernis einer Form für jeden Grünkörper vermindert, wenn er in einem Ofen angeordnet wird. Der Formverbrauch ist hoch und die Lebenszeit der Form ist vermindert aufgrund der hohen Abnutzung in den Hitzebehandlungsverfahren. Es könnte ebenso Probleme geben mit dem Freisetzen der Verbundwerkstoffe auf den Formen. Graphitformen werden allgemein verwendet und während des Schrittes der Infiltrierung des flüssigen Siliciums kann einiges Silicium mit dem Graphit reagieren und dadurch Probleme in Bezug auf das Freisetzen des Körpers aus der Form verursachen. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die teure Verwendung von Formen während der Hitzebehandlung und des Siliciuminfiltrierungsschrittes, was zu Kostenvorteilen dadurch führt, nicht auf die Verwendung von Formen festgelegt zu sein.
8) Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt signifikante Kostenvorteile aufgrund der Tatsache, daß eine große Anzahl von großen Körpern auf einmal hergestellt werden können, und daß das Hauptverfahren, Kohlenstoff zu produzieren, die Graphitisierung der Diamanten, ein schnelleres Verfahren ist als Pyrokohlenstoff und daß es kein Gas verwendet. Wenn kein Pyrokohlenstoff hinzugefügt wird, ist das Verfahrer ein "Einschrittverfahren", wobei die Graphitisierung der Diamanten während des Temperaturanstiegs vor der Siliciuminfiltrierung ausgeführt wird. Es gibt keinen Bedarf, Formen zu verwenden außer, in einigen Fällen, zum Formen. Diamant mit einem relativ niedrigerem Preis können verwendet werden.
9) Das Verfahren ermöglicht es, diamantenthaltende Körner mit großen Größen herzustellen, die eine breitere technologische Verwendung haben, und die auf andere Weise teuer und selten sind.
10) Durch die Verwendung des vorliegenden Verfahrens für die Herstellung dieser Körner ist es möglich, eine neue qualifizierte Anwendung für die sehr feinen Diamantarten zu finden, die relativ billig sind, und die gegenwärtig einen relativ kleinen ökonomischen Nutzen haben.

Die Schleifkörner der vorliegenden Erfindung haben verschiedene Vorteile:
Die Vielseitigkeit des Verfahrens ist einzigartig. Die Verfahrensparameter können variiert werden, um dem hergestellten Material gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, Materialien von guter Abnutzungsresistenz und mit verbesserter Leistung für Schleif-, Reibe- und andere mechanische Entfernungs-Operationen herzustellen.
Eine Eigenschaft der Erfindung ist es, daß das vorgeschlagene Material durch die Möglichkeit gekennzeichnet ist, verschiedene exzellente Eigenschaften gleichzeitig zu kombinieren und solche Eigenschaften zu vereinen, die am besten zu den verschiedenen vorgesehenen Anwendungen passen. Kontrollierbare Eigenschaften sind:

1) Ein hohes Young-Modul und ausreichende Stärke in Kombination mit geringer Dichte.
2) Hohe Härte und hohe Bindestärke der Diamanten resultiert in exzellenter Schleif- und Erosionsabnutzungsresistenz.
3) Die Anpassung der Härte und der Bindestärke der Matrix entsprechend der Art der größeren Diamanten.
4) Eine hohe thermische Leitfähigkeit, niedriger thermischer Expansionscoeffizient, abhängig vom Diamantgehalt.
5) Erhaltung der mechanischen Eigenschaften nach Aussetzung an Temperaturen bis zu 1500°–1600°C.

Wenn kleine und große Diamantpartikel gemischt werden, beeinflussen zwei Tatsachen die Materialeigenschaften; die hohe Anhaftung zwischen den Diamantpartikeln und der Matrix und die hohe Abnutzungsresistenz der Matrix aufgrund der kleinen Diamanten, die darin verteilt sind. Große Diamantpartikel werden aus dem Material fallen, wenn die Bindung zu der Matrix nicht ausreichend ist oder wenn die Matrix eine geringe Abnutzungsresistenz hat. Kleine Diamantpartikel verstärken die Matrix, verleihen ihr eine hohe Abnutzungsresistenz und erhöhte Rigidität, Stärke und thermische Leitfähigkeit. All dies verbessert signifikant die Schleifeigenschaften (Abnutzung, Schneiden und andere materialentfernende Eigenschaften) der Materialien: Erhöhte thermische Leitfähigkeit senkt die Temperatur in dem Arbeitsbereich der Diamantverbundwerkstoff-Schleifkörner.
BEISPIELE DER VERFAHRENSREALISIERUNG UND DER KORNEIGENSCHAFTEN
Die folgenden verschiedenen Diamantarten wurden für die Herstellung von Proben verwendet, die für die Herstellung der Körner verwendet wurden, die getestet wurden: ACM 5/3 synthetische Diamantpartikel (Größenbereich 3–5 μm), ACM 10/7 synthetische Diamantpartikel (Größenbereich 7–10 μm), ACM 14/10 synthetische Diamantpartikel (Größenbereich 10–14 μm), ACM 28/20 synthetische Diamantpartikel (Größenbereich 20-28 μm), ACM 40 synthetische Diamantpartikel (mit Größen, die kleiner sind als 40 μm) und ACM 63/50 synthetische Diamantpartikel (Größenbereich 5–63 μm), alle vom Superhard Materials Institute, Kiew, Ukraine.
Beispiel 1:
Zylindrische Proben (Ø = 20 mm, h = 3 mm) wurden aus einem Diamantpulver des Typs ACM10/7 hergestellt. Eine Mischung wird aus den Diamanten und einem Bindemittel – 25% Alkohollösung eines Phenolformaldehydkunstharzes – gemacht. Die Menge des trockenen Kunstharzes ist 2 Gew.-% der Masse des Diamantpulvers. Die Mischung wird gründlich gerührt und durch ein Sieb mit einer Gittergröße von 200 μm passiert. Die Bildung der Proben geschieht durch Pressen unter Verwendung von metallischen Formen bei Raumtemperatur, Pressen bei einer Kraft von 45 kN. Die Grünkörper werden der Form entnommen und bei Raumtemperatur an der Luft für 10 Stunden behalten mit anschließendem Trocknen bei 70°C für 1 Stunde und Härten bei 150°C für 1 Stunde.
Die hergestellten Werkstücke enthalten 98 Gew.-% Diamanten und haben eine Porosität von 51 Vol.-%. Die Hitzebehandlung der Werkstücke geschieht im Vakuum Druck 0,1 mmHg) bei 1550 °C für 3 Minuten. Dieses verringert den Diamantgehalt in den Zwischenkörpern um 15 Gew.-%. Die Infiltrierung der Zwischenkörper geschieht durch Schmelzen von Silicium auf den Oberflächen der Zwischenkörper bei 1550°C.
Die hergestellten polykristallinen Körper umfassen 41 Vol.-% Diamant, 44 Vol.-% Siliciumcarbid und 15 Vol.-% Silicium und haben ein Young-Modul von 570 GPa.
Das erste grobe Zerbrechen der Proben geschah durch eine hydraulische Presse mit einer Kraft von 1,5 MN. Das grobe Zerdrücken wurde gefolgt durch ein selektives Zerdrücken mit einem Splined Crusher. Nach dem ersten Zerdrücken wurden Schleifkörner, die größer waren. als 2500 μm gescreent. Nach dem zweiten Zerdrücken wurden Schleifkörner, die größer waren als 2000 μm gescreent. Das Zerdrücken war gefolgt durch den Schritt der Klassifizierung durch Screenen, welche unter Verwendung eines Standart-Screen-Sets ausgeführt wurde.
Einige der Körner waren ovalisiert, abgerundet durch einen Vortical Ovaliser. Eine Mischung von ferromagnetischen Partikeln und den zerdrückten Körnern werden durch ein magnetisches Feld mit einer Rotationsfrequenz von 3000 rpm rotiert. Ein finales Screening wird dann ausgeführt.
Die statische und dynamische Stärke der ovalisierten und nicht-ovalisierten Körner wurde gemessen (siehe Tabelle 1) und die Temperaturstabilität der Körner wurde gemessen, d. h. die Stärke nach der Behandlung in einem Argonmedium für 20 Minuten bei einer Temperatur von 1200°C (siehe Tabellen 2–3).
Schleifkörner mit Größen 125/100 μm wurden verwendet, um Schleifpasten durch das folgende herzustellen: Die folgenden Inhaltsstoffe – 21 g Stearin, 0,4 g Wachs, 32,6 g Vaseline und 5 g Oleinsäure – wurden in einem Spezialbehälter angeordnet. Die Komponenten wurden auf 60–76°C, durch Erhitzen des Behälters in einem Wasserbad erhitzt bis die Mischung vollständig geschmolzen war und gerührt. 40 g der Schleifkörner wurden in 10 g Oleinsäure benetzt und gerührt während des Erhitzens auf 40–50°C. Schließlich wurden diese beiden Mischungen vermischte und gerührt.
Die hergestellte Paste wurde auf ihre Schleiffähigkeit getestet (siehe Tabelle 1).
Beispiel 2
Zylindrische Proben wurden aus Diamantpulver des ACM- 40 Typs (einer homogenen Diamant-Mischung mit Größen von 1 bis 40 μm) wie in Beispiel 1 hergestellt. Die hergestellten Proben umfassen 43 Vol.-% Diamant, 39 Vol.-Siliciumcarbid und 18 Vol.-% Silicium und das Young-Modul für das Material ist 560 GPa.
Ovalisierte und nicht-ovalisierte Schleifkörner wurden hergestellt entsprechend desselben Verfahrene wie in Beispiel 1, ebenso wie die Schleifpaste. Die Schleifkörner und die Schleifpaste wurden wie in Beispiel 1 getestet. Die Testergebnisse sind in Tabellen 1–3 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt, daß die hergestellten Schleifkörner hohe Werte von sowohl statischer als auch dynamischer Stärke aufzeigen. Die Körner sind gekennzeichnet durch eine hohe Widerstandskraft gegen dynamische Einflüsse. Die dynamische Stärke erhöht sich mit sich erhöhender Schleifkorngröße.
Die statische Stärke der ovalisierten Körner der 500/400 Klasse entspricht den hochqualitätssynthetischen Diamanten des AC 65 Typs und die dynamische Stärke ist größer als die der besten synthetischen Diamanten von FSU, Diamanten des AC160 Typs entsprechend des GOST Erfordernisses Nr. 9206-80. (GOST Erfordernis: Die statische Stärke von AC65 ist 103 N. Die dynamische Stärke von AC160 ist 50.)
Die Schleiffähigkeit der Paste, die die Schleifkörner umfaßt, (gemessen als Masse des gemahlenen zementierten Carbids pro 0,1 g der diamantenthaltenden Paste) erfüllt die Erfordernisse, die durch das GOST Erfordernis Nr. 255993-83 gesetzt werden (das GOST Erfordernis ist 160 mg) gegenüber synthetischen Diamanten, außer daß der Diamantgehalt in den Körnern geringer ist als 50 Vol.-%.
Tabelle 2 – Die Temperaturstabilität der Schleifkörner bei statischer Stärke
Tabelle 3 – Die Temperaturstabilität der Körner bei dynamischer Stärke
Tabellen 2 und 3 zeigen, daß die statische und dynamische Stärke der Schleifkörner nach der Hitzebehandlung, 20 Minuten bei 1200°C in einem Inertmedium sich praktisch nicht verändert. Die thermische Stabilität korrespondiert zu der natürlicher Diamanten. Die Stärke der synthetischen Diamanten unter den gleichen Testbedingungen verringert sich mit einem Faktor im Bereich von 2,5 bis 5,0 und größer, siehe "Physical properties of diamond: Handbook", Kiew, 1987, Seite 67.
Beispiel 3
Zwei Bowl Face Schleifräder des Typs 12A2-45^t (Dimensionen 125 × 10 × 3 × 32) mit konventionellen Konzentrationen an Schleifmaterial 100%, d. h. Schleifkörner besetzen 25 Vol.-% in dem Rad, wurden auf der Basis der Körner, die in Beispiel 2 hergestellt wurden, hergestellt. Für die Herstellung der Räder wurden Körner des Größenbereichs 160/125 μm und ein organisches Bindemittel B2-01 (Superhard Materials Institute, Kiew, Ukraine) verwendet.
Die Räder wurden für das Schleifen einer gesinterten Legierung T15K6 (79% WC, 15% TiC, 6% Co) (zementiertes Carbid) und Stahl P18 (0,7-0, 8% C, 17–18, 5% W, 0,5–1,0% Mo, 3,8–4,4% Cr, 1–1,4% V) getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Testbedingungen: V = 20 m/sec
(Rotationsgeschwindigkeit), S der Länge nach = 2,0 mm/min
(Zuführung der Länge nach), δ_cross = 0,02 mm
(Querzuführung für doppelte Ausführung)
Tabelle 4
Schlußfolgerungen aus den Beispielen:

1. Die hergestellten Körner des Diamant-Siliciumcarbid-Siliciummaterials haben exzellente Werte sowohl hinsichtlich in sowohl statischer als auch in dynamischer Stärke, die sie vergleichbar zu hochqualitätssynthetischen Diamanten machen.
2. Die hergestellten Körner behalten ihre Stärke nach einer Hitzebehandlung bei 1200°C. Diese Eigenschaften sind vergleichbar mit denen der natürlichen Diamanten und sind 2–5 mal besser im Vergleich mit synthetischen Diamanten.
3. Die hergestellten Diamantkörner haben hohe Schleiffähigkeit, die sich auf einer gleichen Ebene befindet wie die der synthetischen Diamantpartikel. Beachten Sie, daß der Gehalt an Diamantpartikeln in den hergestellten Körnern etwa 50 Vol.-% beträgt, d. h. um dieselbe Schleiffähigkeit zu erzielen, wird weniger Diamant gebraucht, daher ökonomische Verwendung des Diamants.
4. Die Körner können für die Verwendung von verschiedenen Diamantwerkzeugen, sowie Diamanträder, Diamantpasten, usw. verwendet werden. In diesem Fall sind die Produktionsverfahren und Ausrüstung dieselben wie diejenigen, die für die Herstellung von Gütern aus synthetischen Diamanten verwendet werden.
5. Die Testergebnisse haben gezeigt, daß Diamantwerkzeuge, die aus den Körnern gemacht werden, nicht nur für die maschinelle Bearbeitung von gesinterten Legierungen und ähnlichen Materialien angewendet werden können, sondern auch auf eisenbasierenden Legierungen. Dadurch ist es unter Verwendung der hergestellten Körner möglich, ein kombiniertes Werkzeug herzustellen, das ein breiteres Anwendungsgebiet hat.

VERFAHRENSSPEZIFIKATIONEN
Die Eigenschaften des beanspruchten Materials wurden durch die folgenden Verfahren bestimmt.
1. Die statische Kompressionsstärke der Schleifräder wird bestimmt durch kontinuierliches Messen der Bruchbelastung, die in dem Brechen einer gewissen Menge an Schleifkörnern resultiert:
Die Schleifkörner würden zwischen zwei parallelen Corundumplatten angeordnet und einachsiger Kompression mit einem gleichmäßigen Kraftanstieg ausgesetzt. Die statische Stärke der Schleifkörner wurde bestimmt durch sequentielles Zerdrücken von 50 Körnern. Die Bruchbelastung wurde wie folgt berechnet:
n-Anzahl der Körner, welche unter einer Belastung, die größer ist als 2P_med gebrochen wurden.
P_med = mittlere Stärke von 50 Körnern.
2. Die thermische Resistenz der Schleifkörner (thermischer Resistenzfaktor K_t) wird durch das folgende Verhältnis bestimmt:
K_t = P₁/P₂, wobei
P₁ – statische Kompressionsstärke von Pulvern vor der Hitzebehandlung
P₂ – statische Kompressionsstärke von Pulvern nach der Hitzebehandlung
Die Hitzebehandlung geschieht bei 1200°C in einem Inertgasmedium (Argon) für 20 Minuten.
3. Die dynamische Stärke wird unter Verwendung einer Vorrichtung des Fritester Typs bestimmt. Die Pulverprobe (Körner) wird in einem zylindrischen Stahlgefäß mit einer Stahlkugel angeordnet, die sich frei entlang der Gefäßachse bewegt. Das Gefäß wird in einer Maschine fixiert, die für eine vibrierende sich wiederholende Bewegung entlang seiner Achse sorgt. Die Quantität der Belastungszyklen wird registriert. Die Pulverstärke (Index durch Fritester) wird bestimmt durch die Anzahl der Belastungszyklen, welche erforderlich sind, um 50 Gew.-% der Körner der initialen Probe zu brechen. Die dynamische Stärke wird errechnet als ein arithmetische Mittel nach dem Test von drei Proben von 2 ± 0,2 Karat.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen von Schleifkörnern, gekennzeichnet durch das Herstellen eines polykristallinen Körpers, der Diamantpartikel in einer Matrix aus Siliziumcarbid und Silizium umfaßt, das Herstellen des polykristallinen Körpers umfaßt die folgenden Schritte; Formen eines Werkstückes aus Diamantpartikeln, Erhitzen des Werkstückes und Kontrollieren der Heiztemperatur und Heizzeit, so daß eine bestimmte, erwünschte Menge an Graphit durch Graphitisierung der Diamantpartikeln geschaffen wird, dabei ein Zwischenkörper geschaffen wird, und Infiltrieren von Silizium in den Zwischenkörper und danach Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Herstellen eines polykristallinen Körpers 20–70 Vol.-Diamantpartikel, 0.1–75 Vol.-% Siliziumcarbid und 1–40 Vol.-% Silizium umfaßt, und das Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte für das Herstellen eines polykristallinen Körpers, der mindestens 20 Vol.-% Diamantpartikel, mindestens 5 Vol.-% Siliziumcarbid, vorzugsweise mehr als 15 Vol.-% Siliziumcarbid und Silizium umfasst, wobei das Young-Modul 450 GPa übersteigt und Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Schritte für das Herstellen eines polykristallinen Körpers, der mindestens 29 Vol.-% Diamantpartikel, mindestens 14 Vol.-% Siliziumcarbid und Silizium umfasst, wobei das Young-Modul 540 GPa übersteigt und Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Schritte für das Herstellen eines polykristallinen Körpers, der mindestens 46 Vol.-% Diamantpartikel mit Größen von etwa höchstens 30 μm, wenigstens 5 Vol.-% Siliziumcarbid, vorzugsweise mehr als 15 Vol.-% Siliziumcarbid und Silizium umfasst, wobei das Young-Modul 560 GPa übersteigt und Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Schritte für das Herstellen eines polykristallinen Körpers, der mindestens 54 Vol.-% Diamantpartikel, mindestens 60 % der Diamantpartikel haben Größen von wenigstens 50 μm, mindestens 5 Vol.-% Siliziumcarbid, vorzugsweise mehr als 15 Vol.-% Siliziumcarbid und Silizium umfasst, wobei das Young-Modul 650 GPa übersteigt und Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, gekennzeichnet durch das Zerdrücken des polykristallinen Körpers in Körner mit einer Größe von wenigstens 40 μm.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, gekennzeichnet durch das Formen des Werkstückes aus Diamantpartikeln mit einer Größe von 3–500 μm.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an während, der Wärmebehandlung des Werkstückes geschaffenen Graphits 1-50 Gew.%, vorzugsweise 6–30 Gew.-% der Menge an Diamant ist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 dadurch gekennzeichnet, daß die Heiztemperatur während der Graphitisierung niedriger ist als 1700°C.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10 dadurch gekennzeichnet, daß die für die Graphitisierung benötigte Heiztemperatur und Heizzeit empirisch für die verwendete Heizausrüstung bestimmt werden.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, gekennzeichnet durch das Formen eines Werkstückes mit einer Porösität von 25–60 Vol.-%.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, gekennzeichnet durch das Ablagern einer bestimmten Menge Kohlenstoff in dem Werkstück durch Aussetzen des Werkstückes einem gasförmigen Kohlenwasserstoff oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur, die die Zersetzungstemperatur des Kohlenwasserstoffes oder der Kohlenwasserstoffe übersteigt.
Ein Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens etwas Graphitisierung der Diamantpartikel stattfindet, bevor das Werkstück einem gasförmigen Kohlenwasserstoff oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur, die die Zersetzungstemperatur des Kohlenwasserstoffes oder der Kohlenwasserstoffe übersteigt, ausgesetzt wird.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus einer homogenen Mischung aus Diamantpartikeln von verschiedener Größe und eventuell mit der Zugabe eines Bindemittels geformt wird.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–15 dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des Werkstückes in einer Form gemacht wird, wobei die Hitzebehandlung und die Infiltration des Siliziums gemacht wird, nachdem das Werkstück der Form entnommen wurde.
Schleifkörner hergestellt nach dem Verfahren aus Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Körner Diamantpartikel, Siliziumcarbid und Silizium umfassen, wobei die Diamantpartikel in einer Matrix aus Siliziumcarbid und Silizium angeordnet sind, wobei. der Mittelwert des Gehaltes an Diamantpartikeln, Siliziumcarbid und Silizium jeweils 20–70, 0.1–75 und 1-40 Vol.-% ist.
Schleifkörner nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Gehaltes an Diamantpartikeln, Siliziumcarbid und Silizium in den Körnern jeweils wenigstens 20, wenigstens 5 und 1–40 Vol.-% ist.
Schleifkörner nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Gehaltes an Diamantpartikeln, Siliziumcarbid und Silizium in den Körnern jeweils wenigstens 29, wenigstens 14 und 1–40 Vol.-% ist.
Schleifkörner nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Gehaltes an Diamantpartikeln, Siliziumcarbid und Silizium in den Körnern jeweils wenigstens 46, wenigstens 5 und 1–40 Vol.-% ist, wobei die Diamantpartikel Größen von etwa 30 μm oder weniger haben.
Schleifkörner nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Gehaltes an Diamantpartikeln, Siliziumcarbid und Silizium in den Körnern jeweils wenigstens 54, wenigstens 5 und 1–40 Vol.-% ist, wobei wenigstens 60% der Diamantpartikel Größen von wenigstens 50 μm haben.
Schleifkörner nach einem der Ansprüche 17–21 dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel in den Körnern eine Größe von 3–500 μm haben.
Schleifkörner nach einem der Ansprüche 17–21 dadurch gekennzeichnet, daß die Körner einen thermischen Stabilitätsfaktor kleiner als 1,2, vorzugsweise kleiner als 1,1, haben.