DE1771993A1 - Diamantschleifkorn - Google Patents
DiamantschleifkornInfo
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Description
The Carborundum Company Düsseldorf, den New York
Diamantschleifkorn
Die Erfindung bezieht sich auf ein Diamantschleifkorn
und ein Verfahren zur Herstellung eines Diamantaohleifkornes
und betrifft weiter Schleifscheiben, die aus dem erfindungsgemäßen Schleifkorn hergestellt sind.
Beim Binden von Schleifpartikeln aneinander tritt oft g
das Problem auf, eine ausreichende Haftfähigkeit zwischen
dem Bindemittel und den Schle'ifpartikeln zu erhalten. Diamant ist eine sehr reine Kohlenstoffmodifikation und
hat eine dichte, harte Struktur, die τοη dem Harzbindeüiittel,
metallischen und keramischen Material!en,die
üblicherweise als Binder bei der Herstellung τοη Sohleifkörpern
benutzt werden, während des Herstellungsverfahrens oftmals nicht ausreichend benetzt wird. Demzufolge
ist die Schleifleistung der entstandenen Schleifkörper niedrig, da die Diamantteilchen leicht aus der Oberfläche
des Schleifkörpers herausgelöst werden und ihre
volle Wirksamkeit zur Entfernung von Werkstoff nicht . ausgenutzt wird. Da Diamant ein teueres Schleifmaterial ' ä
ist, ist der Verlust an Wirksamkeit umao bedeutender· Sb sind bereits einige Vorschläge gemacht worden, toi die
Haftfähigkeit von Bindend, ttelzusät ζ en inDiMUuvfcschleifkörper
η zu steigern. Als Beispiel sei die aaerlkmnliw&e
Patentschrift Nr. 2 319 331 angegeben. ffachteilig Χ·%
bei den bekannten Verfahren, die eine Behandlung der Oberfläche der Diajuantteilohen bei hohen !Temperatur·»
beinhalten, daß oftmals ein unerwünschter Angriff auf |
die Diamantteilchen durch das Bahandlungsmaterial ode* '
22*244 - 2 -
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durch Sauerstoff stattfindet.
Es 1st Aufgabe der Erfindung« die angegebenen Nachteile
zu beseitigen.
Gemäß der Erfindung 1st jedes der Diamantteilchen mit
einem fest anhaftenden, harten überzug aus Siliziumkarbid versehen. Zweckmäßigerweise ist der überzug nicht
porös. Er kann auoh kristallin sein. Vorzugsweise enthält der Überzug in diesem Fall Alfasiliziumkarbid und
Bestasiliziurakarbid.
Den Diamantschleifpartikeln wird nach der Erfindung ein Oberflächenüberzug aus Siliziumkarbid gegeben, indem
die Partikel in einer gasförmigen Atmosphäre verteilt werden, die eine leicht flüchtige Siliziumverbindung enthält und dann einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird,
bei der die Siliziumverbindung zersetzt wird und den Überzug bildet. Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zur
Herstellung eines mit Siliziumkarbidüberzug versehenen Diamantsohleifkorns die Diamantteilohen auf eine Temperatur
im Bereich zwisohen etwa 13000C bis etwa 1500°C erwärmt,
die erwärmten Teilchen dann mit einer gasförmigen Atmosphäre in Berührung gebracht, die reaktionsfähige Silizium-
und Kohlenstoffverbindungen enthält.
Obwohl auch Alternativverfahren angewandt werden können, wird es vorgezogen, ein Wirbelbett zu bilden, in dem die
Diamantteilohen in einem Gasgemisch verteilt sind, das Wasserstoff und die verflüchtigte Siliziumverbindung enthält. Das Bett ist beheizt, um die Zerlegung der Siliziumverbindung und die Bildung des SiliziumkarbidUberzugee
auf den fein verteilten und suspendierten Diamentpertikeln
zu bewirken.
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Bei der Herstellung von Siliziumkarbidüberzugen auf Diamantpartikeln kann man als flüchtige Siliziumzusammensetzung
Methyltrichlorosilan verwenden. Bei der Temperatur, auf die das Wirbelbett der Diamantteilchen
erwärmt ist, z.B. etwa 1300°C bis 15000C,
unterliegt das Methyltrichlorosllan einer thermischen Zersetzung und Siliziumkarbid, das sich auf den Teilchen
ablagert, wird durch Reaktion des in der Siliziumverbindung vorhandenen Siliziums und Kohlenstoffs gebildet.
Andere Chlrosllane können anstelle des Methyltrichlorosilans verwendet werden, genauso wie andere Ie icht g
flüohtige Zusammensetzungen, die bei den angewandten Temperaturen rekationsfähige Silizium- und Karbidverbindungen
darstellen. Wenn eine leicht flüchtige Siliziumzusammensetzung wie Siliziumtetrachlorid verwandt wird,
die keinen Kohlenstoff enthält, so kann Wasserstoff zusammen mit einer gasförmigen Kohlenstoffquelle wie
Metan, Athen oder anderen kohlenstoffhaltigen Gasen verwendet werden. Auf diese Weise liegen bei der thermischen
Zersetzung von Siliziumtetrachlorid die für die Reaktion notwendigen Materialien vor.
Aus den mit einem Überzug versehenen Diamantschleifkörnern können Schleifkörper hergestellt werden, wobei ä
die bekannten Verfahren unter Verwendung des für solche Zwecke bekannten Bindemittelmaterials angewandt werden
können.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist eine Vertikalschnittensicht,
teilweise schematisch, eines Apparats dargestellt, der geeignet ißt, gemäß der Erfindung
Schleifpartikel mit einem überzug zu versehen. Der
Apparat ansich stellt keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar.
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ßAD ORIGINAL
In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeionsa 11 ein·
längliche Röhre aus einem geeigneten feuerfesten Material, wie Mlffl.it oder ähnlichem blselohnet· Das
Rohr 11 ist an seinem unteren Ende mit einer flaneeakappe 12 geschlossen, wobei eine Dichtung zwischen dem
Rohr und der Planachkappe durch Zusammenwirken der Kappe mit einem Dichtungsring 13» der das Rohr 11 umgibt,
und mit einem nach außen gerichteten Plansch oder Bund
H erhalten wird· Dieser Aufbau wird durch geeignete
Mittel wie Klammern oder Bolzen (nicht dargestellt) zusammengehalten. An ihrem oberen Ende ist das Rohr 11
durch geeignete Mittel wie Flansche 16 und 17* die mit einer Dichtung versehen 'sind, an ein Austritterohr
oder eine Austrittsleitung 18 angeschlossen. Dem unteren Ende des Rohres 11 benachbart int inneneeitig ein (Jitter
angeordnet, das, wie gezeigt, eine in Querrichtung verlaufende Platte 21 enthält, die eine Mehrzahl von
Löchern 22 aufweist, die durch die platte verlaufen· Das Gitter, das zweckmäSigerweise aus graphit besteht»
obwohl auoh andere feuerfeste Materialien verwandt werden können, ist inoerhalb des Rohres 11 durch einen ringförmigen Stützring 24 gehalten, der mit einem Ringbereioh der Bodenfläche der Platte 21 in Berührung steht
und innerhalb des Rohres 11 durch die Kappe 12 in seiner Stellung gehalten wird·
Das Rohr 11 ist oberhalb der Gitterplatte 21 mit einem
Futterrohr 26 versehen, das vorzugsweise aus Graphit besteht und das eine relativ dünne Wanddicke aufweist,
um den Wärmeübergang au unterstützen· Weiter let innerhalb des Rohres 11 an dem oberen Snde in der Habe der
Auetritteleitung 18 ein Abechlußgitter 28 angeordnet«
das aus einer Querplatte besteht, die an ihrer Umfang*·*
kante durch das Futterrohr 26 gestützt ist und eins Mehrzahl von Perforationslochern 29 aufweist. Das
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Gitter 28 ist ebenfalls vorzugsweise aus Graphit hergestellt.
Das Bezugszeiohen 32 steht umfassend für einen Ofen, der
das Rohr 11 von einem Punkt zwischen der Gitterplatte und der Kappe 12.bis zu einem Punkt an dem Abschlußgitter
28 umgibt. Der Ofen 32 kann beliebig konstruiert sein,
enthält aber zweckmäßigerweise eine äußere zylindrische Wand 33 mit einem nach innen gerichteten Flansch 34 an
ihrem unteren Ende, der einen Boden bildet und einen einwärts gerichteten Plansch 35 an ihrem oberen Ende,
der einen Deckel bildet. Die Zusammenstellung der Ofenwände ist nicht von herausragender Bedeutung, sie kann
zur Erleichterung des Herein- und Herausnehmens des Rohrs in Abschnitte unterteilt sein und kann andere zweckmäßige
Konstruktionsdetails aufweisen. Weiter sind die Ofenwände zweokmäßigerweise mit (nloht dargestellten) Isolierungen
versehen. Eine Anzahl von ringförmig, in einem Abstand zueinander angeordneten elektrischen Heizelementen
ist innerhalb der Kammer 38, die zwischen der zylindrisehen Wand 33 des Ofens 32 und dem Rohr ausgebildet ist,
vorgesehen. Die Heizelemente 37 sind vertikal in oberen und unteren Lagerungen 39 und 4o gehalten und mit geeigneten
elektrischen Kontakten, Verbindungen und Steuerelementen versehen.
Unterhalb der Platte 21 befindet sich ein Gaseinlaflrohr j
43, das nach oben durch die Kappe 12 in den Stützring 24 '
hineinreicht. Das Gasrohr 43 und das Rohr 11 sind konzentrisch
zueinander angeordnet. Aneeinem oberen Ende
ist das Rohr 43 nach außen erweitert und mit nicht dargestellten
Mitteln dort Stirnseite an Stirnseite mit der Bodenfläche der Platte 21 verbunden. Wenn es erfor-
- 6 !09886/0496 bad or,g,nal
der11ch erscheint, können geeignete dichtungen (nicht
dargestellt) vorgesehen werden, die das Rohr 43 dort
umgeben, wo es durch die Kappe 12 durchgeführt 1st.
1He Herstellung von slllziumkarbidüberzogenen diamantteilchen wird vorzugsweise durchgeführt, wie es in
folgendem Beispiel beschrieben ist·
Beispiel 1ί
Unter Benutzung des oben beschriebenen Apparats werden Diamantteilchen einer Größenordnung, die durch ein Sieb
Nr. 16 (amerikanisch: 16 mesh sieve) durchpassen und auf einem Sieb Nr. 20 (amerikanisch: 20 mesh sieve) gehalten
werden, in die Kammer 31 zwischen der perforierten Platte 21 und dem Gitter 28 eingesetzt und dann in
Wasserstoff verteilt, der durch das Gaseinlaßrohr eingeführt wird. Die Rohre 11 und 26 werden dann durch
Zufuhr von elektrischem Strom zu den Heizelementen auf eine Temperatur in der Kammer 31 von etwa 13250C
erwärmt. An diesem Punkt wird der in den Apparat eintretende Wasserstoff umgeleitet, um vor seinem Eintritt
in Kontakt mit Methyltrichlorosilan (CH3SiCl3) zu
kommen, das auf etwa 350C erwärmt ist. Das CH3 Sl Cl3
ist bei diesen Temperaturen leicht flüohtig und der Dampf vermischt sich mit dem Wasserstoff und kommt mit
den Diamantteilchen in Berührung. Dort findet eine thermische Zersetzung statt» wodurch auf den Oberflächen
der Diamantteilchen stark anhaftende überzüge aus
Siliziumkarbid gebildet werden. Wenn ein Oberzug der
erwUnsohten Dicke ausgebildet ist, werden die nunmehr
überzogenen Partikel Inder Kammer 31 abgekühlt und entfernt.
Bei der Durchführung dieses Prozesses ist es notwendig, einen Gasstrom zu verwenden, der ein Wirbelbett aus
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den Diamantpartikeln wirksam formt und derart die Teilohen in fein verteilter Form hält und für den
größten Teil eine Berührung mit den Wänden der Kammer 51 verhindert. Wie bekannt ist, ist die genaue erforderliche
Strömungsrate zur Herstellung und Aufrechterhaltung der Verwirbelung abhängig von"vielen Faktoren,
unter anderem Kammergröße, Menge an körnigem Material, spezifisohes Gewicht, Teilchengröße, Teilchenform,
Tcilohengrößenverteilung des körnigen Materials, Art
des verwendeten Gases, Kanunerform sowie die verwendeten Gasverteilungsmittel. Demgeäß ist eine genaue Bestimmung |
oder Spezifizierung der Gasflußrate oder der in den
verschiedenen Apparaten notwendigen oder wünschenswerten Gesamtgasflußrate nicht möglich. Xm vorliegenden
Beispiel wurde eine Wasserstoffflußrate von 9 Liter pro Minute als zufriedenstellend gefunden, wobei die
Kammer annähernd 560 mm lang und annähernd 24 mm im Durchmesser breit war und eine Charge von annähernd
10 Gramm Diamantteilohen der o.g. Größe eingesetzt wurde.
Während etwa 40 Minuten Behandlungsdauer wurden 75 ml
CH-, Si Cl, durch die Kammer als Dampf hindurchgeführt.
Dieser Dampf trägt in einem gewissen Maß zu der Verteilung der Diamantteilchen bei.
Die Anwesenheit von Wasserstoff während der Bildung von Siliziumkarbidüberzügen auf den Diamantteilchen ist
vorteilhaft, insbesondere da die Bildung eines guten Überzuges dadurch wesentlich erleichtert wird. Es ist
nicht grundsätzlich notwendig, wie aus folgendem Beispiel ersichtlich ist. Wasserstoff als Träger-oder
Verwirbelungsgas zu verwenden.
Die hier angewandten Verfahrensstufen sind im wesentlichen dieselben wie in Fig. 1 mit der Ausnahme,
109886/0496 . 8 -
daß anstelle der Verwendung von ausschließlich Waeeer-Btoff
als Verwirbelungagas für die Diamantteilohen und
als Trägergas für das CHj Si Cl j eine Misobung aue
Helium und Wasserstoff in einem VoluunenTerhältnis von
etwa H χ 1 verwendet »»orden ist. In einer 15-minütigen
Behandlungszeit wurde ein ziemlich starker Siliziumkarbidüberzug auf den Diamantpartikeln hergestellt.
Die Siliziumkarbidüberzü^e, die durch den erfindungege-
mäßen Prozeß auf den Diamantteilciien erhalten werden,
variieren natürlich in ihrer Dicke in Abhängigkeit von der verwendeten Menge von Methyltrichloro3ilan, dem
Wirkungsgrad des Verfahrens und der Behandlungsdauer. Die Prüfung von einer großen Ajnzahl von siliziumkarbidüberzogenen
Teilchen, die auch Teilchen mit relativ dünnen Überzügen erfaßte, hat gezeigt, daß die überzüge
hart sind, nicht porös und kristallin sind. Röntgenprüfungsverfahren
zeigen an, daß Siliziumkarbid teilweise als Alfasiliziumkarbid- und teilweise ale Betasiliziumkarbidtnodifikation
vorliegt. Außerdem, wie weiter oben bereits festgeatellt worden ist, sind die Überzüge
sehr gleichmäßig und fest anhaftend.
Mit Vorteil können siliziuHikarbidüberzogene Diamantteilchen
bei der Herstellung von 3chieifartikeln verwendet
werden. Der mit überzug versehene Diamantschrot, der in
jedem gewünschten Großenbereich hergestellt werden kenn»
kann zur Herstellung von Schieifartikeln wie Schleifscheiben,
ziehschleifv/erkzeugen und ähnlichen verwendet
werden. Dabei kann jeder zweckmäßige Bindemitteltyp für
den 3ohrot verwendet werden, Metall,'Harz und kerajaiaohe
Bindemittel sind bekannt und für diesen Zweck geeignet.
Mit Überzug versehene Schleifartikel können ebenfalle durch Anbacken von ailiziumkarbidüberzogenee DiamantJtom
109886/0496 -9-
an einem Träger hergestellt werden, der Üblicherwelse
eine elastische Unterlage wie Papier oder Gewebe ist. Die Siliziumkarbidüberzüge gestatten eine bessere Bindung
der Diamantteilchen als es normalerweise mit unüberzogenem Diamantschrot möglich 1st und schützten
den Diamant außerdem vor einer Verbrennung bei den oftmals hohen Temperaturen bei der Herstellung von Schleifkörpern
mit metallischen oder keramischen Bindern.
Im folgenden Beispiel wird die Anwendung von silizium-
karbidüberzogenem Diamantkorn an einer Schleifscheibe λ
beschrieben.
Segmente von annähernd 4,76 cm mal 0,36 cm werden durch
Verpressen einer Mischung von Kupfer· und Zinnpuder in einem Gewichia^erhältnis von 82 : 18 mit siliziumkarbidüberzogenen
Diamantteilchen hergestellt. Die gepreßten
Segmente wurden bei einer Temperatur von 600°C nach üblichem Verfahren gesintert und auf die Peripherie
einer Stahlscheibe aufgeschweißt, um eine Trennscheibe von etwa 45,72 cm mal 1,02 cm la 4,29 em Größe zu
formen. Die Segmente enthielten 6-1/4 Volumen-^ Diamant.
Versuche mit der Trennscheibe zeigten, daß sie frei j " schneidet und das Diamantkorn besser hält als eine glelohartige
Scheibe mit nicht überzogenem Diamantkorn als ! Schleifmittel.
Wie bereits oben herausgestellt worden ist, kann jeder andere erwünschte Binder bei der Herstellung von Sohlelf *■
körpern mit Sillziumkarbiddlamantsohleifmlttel verwandt
werden und es ist ersichtlich, daß Füllstoffe* Sekundärschleifmittel und andere Zusätze, wie sie in der Sohleifteohnik
bekannt und angewandt sind, in die erfindungsgemäßen Sohlelfkörper eingesetzt werden können, wenn
dies erforderlich ist.
Patentansprücheι
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Claims (12)
- - ίο - 17719*3gat en t anaprüohej 1. Schleifkorn aus Diamantteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilohen mit einen fest anhaftenden, harten Überzug aus Siliziumkarbid ▼ersehen iat.
- 2. Schleifkorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug nicht porös ist.
- 3. Schleifkorn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug* kristallin ist.
- 4· Schleifkorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug Alfa-Siliziumkarbid und Beta-Siliziualcarbid enthält.
- 5. Verfahren zur Herstellung eines Schleifkorn^ gwuaß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantteilchen auf eine temperatur im Bereich zwischen etwa 13000O bis etwa 1500oö erwärmt werden, die erwärmten Teilchen dann mit einer gasförmigen Atmosphäre in Berührung gebracht werden» die reaktionsfähige Silizium- und Kohlenstoff-vern enthält.
- <>· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen während des Erwärmensrin einea Wirbelbett verteilt sind.
- 7. Verfahre^ nach Anspruch 6, daduroh dai die* Verwfcroelung der Teilchen durch einen dtrcai eines O&aes ausgeführt wird, dee aus einer109886/0496 - 11 -BAD ORIGINALWasserstoff- und einer inertes Gas enthaltenden Zusammenstellung ausgewählt ist.
- 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelung der Teilchen durch einen Wasserstoff-Gasstrom ausgeführt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet» daß die Diamantteilchen in einem Wirbelbett in einer Kammer (31) durch einen Oasstrom fein verteilt werden, während sie auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1300°C bis etwa 15000C erhitzt werden, wobei der Gasstrpm Wasserstoff und ein Gas enthält, das bei der Temperatur der Teilchen zersetzbar ist, um reaktionsfähige Gase hervorzubringen, die Silizium und Kohlenstoff enthalten.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß das zerlegbare Gas ein Chlorosllan 1st und die Temperatur im Bereich von etwa IjK)O0C bis etwa 155O0C liegt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß das Chlorosilan Methyltrlchlorosilan ist. g
- 12. SchleifMirper, dadurch gekennzeichnet, daß er ein gebundenes und mit Oberzug versehenes Diaraantsohleifkorn gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 4 enthält.109886/0496BAD ORIGINALLeerseite3OPY
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