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Verfahren zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten
Körnern in Werkzeuge Es ist vorbekannt, Werkzeuge dadurch herzustellen, daß man
Diamanten oder sonstige harte Körner, wie Mineralkörner oder Körner aus verschiedenen
Kunststoffen, z. B. Siliziumkarbid, einfaßt. Dies erfolgt nach verschiedenen Verfahren.
Solche Werkzeuge sind z. B. diamantbesetzte Bohrkronen zum Bohren im Berg und Gestein,
diamantbesetzte Sägen zum Schneiden von Stein, Glas, Keramik USW., diamantbesetzte
Werkzeuge zum Drehen und Schärfen von Schleifscheiben, die oft aus Siliziumkarbid
oder anderen harten Körnern bestehen, die von einem Bindemittel zusammengehalten
sind.
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Wenn große Körner einzusetzen sind, wie große Diamanten, setzt man
oft das Korn in eine Bohrung im Werkzeug ein, wonach das Korn dadurch fest gedichtet
wird, daß der Stoff des Werkzeuges mit Dornschlägen gegen das Korn angepreßt wird.
Zur Befestigung von großen Körnern ist dieses Verfahren geeignet, aber es ist unpraktisch
oder sogar unmöglich, wenn kleine Körner einzusetzen sind. Damit eine Dichtung überhaupt
möglich ist, muß ferner das Werkzeug aus einem nicht zu harten Stoff hergestellt
sein, und hierdurch wird die Verschleißhärte oder Widerstandsfähigkeit des Werkzeuges
gegen Abnutzung verhältnismäßig klein.
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In vielen Fällen ist es aber zweckmäßig und sehr wünschenswert, kleine
Körner oder Kristalle zu
verwenden, unter anderen weil diese in
der Regel billiger, stärker und außerdem schärfer sind und eine bessere Schneidwirkung
haben. Um solche kleinen, harten Körner zu befestigen, hat man bisher beispielsweise
die Körner in Metallpulver eingelegt und dieses unter hohem Druck zusammengepreßt,
wonach die so gebildeten Formlinge gesintert werden. Hierdurch kann man in gewissen
Fällen verhältnismäßig harte und feste Körper erhalten. Ein Nachteil des Sinterverfahrens
liegt aber darin, daß man für gewöhnlich das Metallpulver mit den eingelegten harten
Körnern bei sehr hohem Druck zusammenpressen muß, damit der so gebildete Formling
tatsächlich bei. der nachfolgenden Erwärmung zusammensintert. Aber hierdurch können
schwächere Körner gebrochen oder zermahmt werden. Ein anderer Nachteil ist, daß
bei den üblichen Sinterverfahren Körper mit erheblicher Härte und Abnutzungswiderstandsfähigkeit
nur mit solchen Pulvergemischen hergestellt werden können, die bei hoher Temperatur
oder aber bei mäßiger Temperatur, aber unter einem sehr hohen Druck sintern. Wenn
man Körper mit großer Härte und Abnutzungswiderstand herstellen wollte, mußte man
deshalb Pulvergemische verwenden, die bei so hohen Temperaturen sintern, daß dabei
gewisse Arten von harten Körnern, z. B. Diamanten, beschädigt werden können. Bei
den hier fraglichen Temperaturen fangen nämlich Diamanten an, sich in Graphit umzuwandeln.
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Ein anderes Verfahren besteht darin, daß die harten Körner in ein
verhältnismäßig niedrigschmelzendes und gleichzeitig verhältnismäßig hartes Metall
eingegossen werden, z. B. in gewisse Kupfer- und Silberlegierungen. Dabei ist es
aber oft schwierig zu erzielen, daß das geschmolzene Metall die harten Körner vollständig
umschließt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man deshalb z. B. zuerst die Körner
versilbert und einen Silberspiegel darauf gefällt, vorzugsweise nach chemischen
Verfahren. Hierdurch wird das Ergebnis des Eingießverfahrens verbessert, aber es
stellt sich doch in vielen Fällen heraus, daß die Körner nicht sicher befestigt
werden. Im geschmolzenem Metall sind nämlich immer Gase vorhanden, die beim Erstarren
frei werden. Wenn die versilberten Körner in der Schmelze eingeschmolzen werden,
umschließt zwar das geschmolzene Metall augenblicklich sämtliche Körner vollständig,
aber bald schmilzt die dünne Silberhaut um die Körner oder I legiert sich mit dem
geschmolzenen Metall, und die in der Schmelze vorhandenen Gase erhalten dabei eine
Neigung, sich abzuscheiden und sich um die Körner zu sammeln, weil die Schmelze
infolge des Oberflächenspannungsverhältnisses oft nicht vermag, die Oberflächen
der Körner zu netzen.
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Beim Gießen gemäß dem bekannten Verfahren sitzen deshalb die harten
Körner verhältnismäßig locker, und oft ist ein Spielraum zwischen dem Korn und dem
umgebenden Metall vorhanden. Dieses hat aber zur Folge, daß bei der Verwendung des
Werkzeuges die Körner bald aus dem Metall fallen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten Körnern in Werkzeuge,
bei welchem die Diamanten ganz in ein Pulver mit so kleiner Teilchengröße eingebettet
werden, daß die Teilchen ganz in die Unebenheiten in den Oberflächen der Diamanten
eindringen und diese Unebenheiten ausfüllen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulver von geschmolzenem Metall oder einer Metallegierung mit niedrigerem
Schmelzpunkt als dem des Pulvers durchsetzt wird. Hierbei werden ein Pulver und
Metall von solcher Art verwendet, daß das flüssige Metall die Hohlräume zwischen
den Pulverteilchen ausfüllt.
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Es ergibt sich, daß dadurch ein sicheres Festhalten der harten Körner
erzielt wird und daß das Pulver und das Metall eine harte und gegen Verschleiß widerstandsfähige
Fassung bilden, so daß das Werkzeug dauerhaft wird. Luft- oder Gasblasen entstehen
nicht im Pulver oder zwischen dem Pulver und den harten Körnern, und diese haben
deshalb keine Neigung, locker zu werden.
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Die Größe der Pulverteilchen ist vorzugsweise so klein, daß das Pulver
infolge seines Eigengewichtes gut zusammenbackt. Durch dieses Zusammenbacken wird
erreicht, daß die harten Körner vom Pulver vollständig umschlossen und die Unebenheiten
in der Oberfläche dieser Körner ausgefüllt werden. Die obere Grenze der Teilchengröße
kann durch Versuche festgestellt werden, und in der Praxis dürfte keine untere Grenze
vorhanden sein. Eine geeignete Teilchengröße des Pulvers ist z. B. 0,00a mm.
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Man kann beispielsweise die harten Körner in das Pulver einmischen
und dann dieses zusammenbacken lassen. Falls die harten Körner sehr große Druckfestigkeit
haben, kann man das Pulver unter hohem Druck zusammenpressen, anstatt es nur unter
dem Eigengewicht zusammenbacken zu lassen. Das zusammengebackene Pulver mit den
darin befindlichen harten Körnern wird mit einem Metall oder Metallegierung in Berührung
gebracht. Hierbei kann entweder das zusammengebackene Pulver nebst dem Metall gemeinsam
auf so hohe Temperatur erhitzt werden, daß das Metall schmilzt, in das zusammengebackene
Pulver eindringt und die Pulverteilchen umschließt. Es ist aber auch möglich, das
schon geschmolzene Metall auf das Pulver zu gießen oder den Pulverkörper in das
geschmolzene Metall zu tauchen. Man kann auch in anderer Weise das Pulver das geschmolzene
Metall einsaugen lassen. Unabhängig davon, welches Verfahren man hierbei verwendet,
werden sowohl die Pulverteilchen als auch die harten Körner gut von dem geschmolzenen
Metall umschlossen, das alle Hohlräutne ausfüllt. Es hat sich herausgestellt, daß
in der Praxis keine Gießbläschen entstehen, weder um die harten Körner, noch in
der Pulvermasse. Es ist zu beachten, daß nur so viel Metall verwendet wird, daß
das zusammengebackene Pulver damit genügend gesättigt wird. Oft ist es zweckmäßig
oder sogar notwI-ndig, ein Flußmittel - wie beim Löten - zu
verwenden,
um das Eindringen des geschmolzenen Metalls oder der Metallegierung in die zusammengebackene
Pulvermasse zu erleichtern. Als Flußmittel kann beispielsweise Borax verwendet werden.
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Man kann auch Stücke des Metalls oder der Metallegierung, gegebenenfalls
mit Flußmittel, auf das Pulver oder den Pulverkörper legen und danach das Metall
und das Pulver in einem Ofen mit chemisch reduzierend wirkender Atmosphäre, z. B.
Wasserstoffatmosphäre, erhitzen, bis das Metall schmilzt und genügend leichtflüssig
wird, um in das Pulver einzudringen. Gegebenenfalls kann auch das Kühlen in reduzierender
Atmosphäre durchgeführt werden.
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Falls man als Metall Schlaglot oder Kupfer verwendet, kann das Pulver
beispielsweise aus Kobalt, Nickel, Eisen oder Wolframkarbid oder einem Gemisch davon
bestehen, je nach den Eigenschaften, die der fertige Fassungsstoff um die harten
Körner haben soll.
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Die Eigenschaften des Fassungsstoffes sind unter anderem davon abhängig,
welches Pulver und welches Metall gewählt werden, aber auch der Grad des Zusammenbackens
des Pulvers vor dem Gießen hat einen wesentlichen Einfluß. So steigt beispielsweise
die Härte mit diesem Grad, falls man ein Pulver verwendet, das härter ist als das
Metall. Je härter der Stoff ist, woraus das Pulver besteht, desto härter wird der
Fassungsstoff. Je härter das verwendete Metall ist, desto härter wird auch der Fassungsstoff.
Das Mengenverhältnis zwischen Pulver und Metall im fertigen Fassungsstoff hat auch
einen Einfluß auf dessen Härte. Um eine besondere Verschleißwiderstandsfähigkeit
und Härte des Fassungsstoffes zu erzielen, der für die meisten Werkzeuge vorteilhaft
ist, kann man z. B. feinkörniges, zusammengebackenes Wolframkarbidpulver wählen
und als Metall Kupfer verwenden.
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Durch Wahl von verschiedenen Pulvern und verschiedenen Metallen für
die Fassung der harten Körner und durch Änderung des Grades des Zusammenbackens
oder -pressens kann man in weiten Grenzen die Härte des Fassungsstoffes einstellen.
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In vielen Fällen ist es notwendig, daß man die Härte und insbesondere
die Wiederstandsfähigkeit des Fassungsstoffes gegen Verschleiß sozusagen Fein einstellen,
d. h. in engen Grenzen auf den gewünschten Wert einregeln kann. Dieses ist insi)esondere
bei solchen Werkzeugen wichtig, deren arbeitender Teil mit Diamanten besetzt ist.
Als Beispiel solcherWerkzeuge seien gewisse Diamant->ohrkronen und Schleifscheiben
erwähnt.
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Diese Feineinstellung der Verschleißhärte des Fassungsstoffes kann
dadurch erzielt werden, daß man in das Pulver, das von dem Metall benetzt wird und
worin die harten Körner eingebettet werden, kleinere oder größere Mengen von einem
Pulver eines Stoffes einmischt, der vom Metall licht benetzt wird. Hierzu kann man
z. B. >iliziumkarbidpulver verwenden. Je größere Mengen man von diesem Pulver einmischt,
desto niedriger wird die Verschleißwiderstandsfähigkeit des Fassungsstoffes. Man
kann hierdurch in sehr engen Grenzen diese Widerstandsfähigkeit auf jeden gewünschten
Wert einstellen.
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Es ist wichtig, daß die harten Körner an allen Seiten" von dem zusammengebackenen
Pulver umgeben sind. Es ist oft schwierig, die Fassung von einer großen Anzahl harter
Körner mit kleinen Abmessungen zu bewirken, falls nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden. Damit das Pulver die harten Körner gut umschließt, kann man z.
B. zuerst die harten Körner mit einer Flüssigkeit benetzen, die beim Erhitzen auf
die Gießtemperatur verdunstet. Die angefeuchteten Körner werden dann in das Pulver
eingemischt, so däß das Pulver an den feuchten Flächen des Korns anhaftet und einen
Belag darauf bildet. Die Dicke dieses Belages hängt von den Eigenschaften der verwendeten
Flüssigkeit und von denen des Pulvers ab.
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Unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung können harte Körner
sicher, fest und billig in einem Stoff gefaßt oder eingesetzt werden, dem je nach
den Bedürfnissen verschiedene Eigenschaften in weiten Grenzen gegeben werden können,
beispielsweise in bezug auf Härte, Zähigkeit, Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen
Verschleiß usw., ohne daß die Körner hohen Drucken oder besonders hohen Temperaturen
ausgesetzt zu werden brauchen. Hierdurch wird erzielt, daß die harten Körner ohne
Beschädigung im Fassungsstoff befestigt werden.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse, z. B. Formlinge, worin
die harten Körner eingesetzt sind, können entweder unmittelbar als solche als Werkzeuge
für verschiedene Zwecke verwendet werden oder aber in geeigneter Weise, z. B. durch
Löten, in oder an einem Halter aus geeignetem Stoff und zweckmäßiger Ausführung
befestigt werden. So können beispielsweise Diamantbohrkronen, Diamantsägen, Schleifscheiben,
Diamantwerkzeuge zum Schärfen von Schleifscheiben, Drehstähle usw. gemäß der Erfindung
hergestellt werden.