DE2232227C2

DE2232227C2 - Verfahren zur Herstellung eines kubisches Bornitrid enthaltenden Werkzeugeinsatzes

Info

Publication number: DE2232227C2
Application number: DE2232227A
Authority: DE
Inventors: William Achillo Scotia Rocco; Robert Henry Schenectady N.Y. Wentorf jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-07-01
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DK155659B; NL174715B; JPS54119506A; IT956916B; NL174715C; FR2144426A5; NL8302488A; NL180445B; NL180445C; DE2265792C2; JPS5940579B2; SE415882B; SE8001534L; DK155659C; SE454983B; AT336432B; JPS5243846B1; CH579437A5; NL7208868A; DE2232227A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kubisches Bornitrid enthaltenden Werkzeugeinsatzes.

Aus der US-PS 29 47 617 ist ein Drehmeißel bekannt, dessen Schneideinsatz aus einem einzigen kubischen Bornitridkristall besteht, der unter Verwendung einer Lotzwischenschicht und einer Zwischenschicht aus Titanhydrid auf dem Meißelschaft befestigt wird. Weiterhin ist aus dieser Patentschrift auch bereits eine Schleifscheibe bekannt, deren Verschleißschicht kubische Bornitridkristalle enthält, die in einer Harzmatrix eingebettet sind. Die Verschleißschicht ist auf einem aus Harz bestehenden Grundkörper angeordnet. Ein für die Bestückung eines Drehmeißels geeigneter Einkristall aus kubischem Bornitrid sollte möglicht groß sein. Die Herstellung von großen Kristallen aus kubischem Bornitrid ist jedoch außerordentlich schwierig.

Aus der US-PS 31 36 615 und der DE-AS 11 69 833 sind bereits Schleif- und Schneidkörper bekannt, die Kristalle aus Diamant und/oder kubischem Bornitrid enthalten, die in einer Matrix aus Borkarbid eingebettet sind. Derartige Körper sind verhältnismäßig spröde und brechen daher leicht unter der Einwirkung der bei der spanabhebenden Bearbeitung auftretenden hohen Drucke auseinander.

Aus der DE-PS 6 61 132 ist ein Verfahren zum Bestücken eines Schneidwerkzeuges mit einem Hartmetallplätichen bekannt, bei dem der Grundkörper des Schneidwerkzeuges mit einem kaltgeprcßten, vorgesinterten, fertiggesinterten oder erschmolzenen Hartmetallpläuchen belegt wird und durch gleichzeitige Anwendung von Druck und Erhitzung mil dem Gradkörper verbunden wird.

Aus der GBPS 10 34 386 ist ein Verfahren /um Herstellen eines Hartmetallformkörpers aus mehreren Hartmctalltcilen bekannt, die zu einem Formkörper vereinigt werden, indem die einzelnen Hartmetallteile mit einsprechend angepaßten Flachen zusammengepreßt und soweit erhitzt werden, bis das im Hartmetall vorhandene Bindemetall schmilzt.

Aus der DE-AS 15 02019 ist ein Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werkzeuge bekannt, der einen dickeren Grundkörper aus Hartmetall aufweist. ->uf dem eine dünne Verschleißschicht aus nsit Titankarbid modifiziertem Hartmetall aufgebracht ist. Zur Herstellung eines derartigen Schneideinsatzes kann ein Pulver für den Grundkörper in eine Form gegeben werden, worauf ein zur Bildung der Verschleißschicht geeignetes Pulver aufgestreut wird und das Ganze anschließend gepreßt und gesintert wird.

Sehr harte Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen auf Nickelbasis, lassen sich mit den bekannten Schneideinsätzen kaum oder nur sehr schwer bearbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen eines kubisches Bornitrid enthaltenden Werkzeugeinsatzes zu schaffen, der eine so hohe Festigkeit aufweist, daß damit auch besonders zähe und harte Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen, einwandfrei bearbeitet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines kubisches Bornitrid enthaltenden Werk/.cugcinsatzes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb einer aus Gettermctall bestehenden Umhüllung kubisches Bornitrid mit Hartmetallpulver und/ oder mit 1 bis 40Gew.-% Aluminium samt 2 bis 100 Gew.-% — beide Male bezogen auf den Gehalt an kubischem Bornitrid - mindestens einer Legierungskomponente aus Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom vermischt oder lagenweise angeordnet und die Umhüllung samt Inhalt gleichzeitig einer Temperatur im Bereich von 1300 bis 1600⁰C und einem Druck von 40 kb mindestens drei Minuten lang ausgesetzt wird.

Ein nach dem Verfahren der Erfindung hergestellter Werkzeugeinsatz zeichnet sich durch hohe Festigkeit aus, da die Hartstoffteilchen aus kubischem Bornitrid durch die spezielle Bindemittelph?se zu einem hochfesten Körper vereinigt werden. Besondere Steifigkeit weist ein nach dem Verfahren der Erfindung als Schichtkörper hergestellter Werkzeugeinsatz auf, bei dem die kubisches Bornitrid enthaltende Schicht durch eine Hartmetallunterlage abgestützt ist.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird das Hartmetall als Unterlage in Form eines Sinterkörpers im Austausch gegen den pulverförmigen Anteil angeordnet. Vorzugsweise werden die kubischen Bornitrid-Kristalle mit einer Schichtdicke von höchstens 1,5 mm auf dem Hartmetallkörpcr oder Hartmetallpulver angeordnet.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnun- Y) gen erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 eine Anordnung zum Herstellen von Werkzeugeinsätzen:

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugeinsatzes;

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie XX oder YY in F ig. 2:

F i g. 4 und 5 perspektivische Ansichten von w eueren Werkzeugeinsätzen:

F i g. 6 einen Schnitt einer Anordnung zum Hersnüon der Einsätze nach F i g. 2.4 und 5;

Fig. 7 einen Schnitt einer anderen Anordnung /.um I !erstellen von Werkzeugeinsätzen; F i g. 8 eine schcmalische Ansicht eines Werk/eujrcm-

iatzes;

F i g. 9 einen Schnitt entlang der Linie XX oder YY in ^p i g. 8, und

Fig. 10 einen Schnitt einer Anordnung zum Herstellen von Werkzeugeinsätzen nach F i g. 8 sowie 4 und 5.

Zur Herstellung von Werkzeugeinsätzen wird vorzugsweise die in der US-PS 29 41 248 beschriebene Vorrichtung zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen verwendet.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zum Herstellen einer Reihe von scheiben- oder pilleniormigen Schichtkörpern (Sinterhartmetallunterlage mit einer Schicht aus gesintertem Bornitrid mit kubischer Kristallstruktur) unter Verwendung einer Aluminiumlegierung als Bindemittel.

Die Anordnung weist einen Abschirmzylinder 32 aus einem Gettermetall zur Verhinderung des Zutritts und zur Beseitigung von Sauerstoff auf. Als Gettermetall ist Zirkonium, Titan, Tantal, Wolfram und Molybdän geeignet. Innerhalb des Abschirmzylinders 32 sind eine Reihe von Teilfüllungen vorgesehen, die voneinander durch scheibenförmige Blöcke 33 getrennt sind, die beispielsweise aus hexagonalem Bornitrid oder Salz (NaCl) bestehen, das sich im wesentlichen bei der Durchführung des Verfahrens nicht ändert und nach Durchführung des Verfahrens die Trennung der Teilfüllungen erleichtert. Jede Teilfüllung wird von einem mit einer Abdeckscheibe 34a abgeschlossenen Becher 34 umschlossen. Der Becher 34 und die Abdeckscheibe 34a bestehen aus irgendeinem der in Verbindung mit dem Abschirmzylinder 32 erwähnten Gettermetalle, vorzugsweise jedoch aus Zirkonium oder Titan, jede Teilfüllung besteht aus einer Masse 36 aus fein zerteilten kubischen Bornitridkristallen (mit einer Teilchengröße unter 30 μηι), die zwischen einer Masse 37 und zwei Scheiben 38 und 39 angeordnet ist, von denen die eine Scheibe 38 aus Aluminium und die andere Scheibe 39 aus dem Legierungsmetall für das Aluminium, nämlich aus Kobalt, Mangan, Eisen, Vanadium oder Chrom, besteht. Die relative Lage der Scheiben 38 und 39 ist nicht kritisch, sofern nur die erforderliche Aluminiumlegierung gebildet wird. Die Masse 37 besteht aus einem Sinterkörper oder aus Pulver aus Karbidhartmetall. Falls die Masse 37 aus Pulver besteht, wird dieses bei der Durchführung des Verfahrens zu Karbidhartmetall gesintert. Das Verhältnis der Aluminiummenge zur Menge seiner Legierungspartner ist nicht kritisch und kann in einem Bereich liegen, der sich von ungefähr gleichen Gewichtsteilen Aluminium und Legierungsmetall bis zu ungefähr 1 Gewichisteil Aluminium pro 10 Gewichtsteile Legierungsmetall erstreckt.

Bei einer Heißpreßtemperatur von 1300"C sollte der Mindestdruck, 40 Kilobar und bei 1600⁰C sollte der Mindestdruck 50 Kilobar betragen. Bei dieser. Temperaturen schmilzt das in der Masse 37 vorhandene Bindemetall, so daß je nach der Zusammensetzung des verwendeten Karbidhanmetalls Kobalt, Nickei oder Eisen verfügbar wird und aus der Masse 37 in die Masse 36 gelangen kann, wo es sich mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung legiert, die sich aus den Scheiben 38 und 39 bildet und mit dem kubischen Bornitrid reagiert. Das so gebildete metallische Medium wirkt als Bindemittel für die kubischen Bornitridkristalle in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Masse 36 und der Masse 37 und verbindet diese Kristalle miteinander und mit dem Karbidhartmetall. Die restlichen Kristalle in der Masse aus kubischem Bornitrid werden durch das metallische Medium miteinander verbunden, das durch Legierungsbildung aus den Scheiben 38 und 39 und durch Reaktion dieser Legierung mit kubischem Bornitrid entsteht.

Die im Ausgangsmateriai vorhandene Aluminiummenge kann von ungefähr 1 bis 40 Gew.-% des kubischen 3ornitrids betragen, während das Legierungsmetall (Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen. Vanadium und Chrom) ungefähr 2 bis ungefähr 100 Gew.-% des kubischen Bornitrids betragen kann. Die als Matrixmaterial

to im kubischen Bornitrid verbleibende Menge an Legierungsmetallen hängt vom angewendeten Druck und davon ab, wie lange der hohe Druck und die hohe Temperatur aufrechterhalten werden. In jedem Fall beträgt der Anteil an Aluminium zuzüglich Legierungsmetall im verdichteten kubischen Bornitrid über ungefähr 1 Gew.-% des kubischen Bornitrids. Anstelle der zur Legierungsbildung in situ vorgesehenen getrennten Scheiben können natürlich auch vorgebildete Aluminiumlegierungen eingesetzt werden.

Nach Beendigung der Druck- und Temperaturanwendung wird zunächst die Temperatur und dann der Druck verringert. Die gebildeten Werkzeugeinsätze sind mit dem Gettermetall bedeckt, das an den Außenflächen der Werkzeugeinsätze sehr fest haftet. Das Gettermetall kann zur Freilegung der gewünschten Flächen der Werkzeugeinsätze leicht abgeschliffen werden.

Unter Verwendung von kubischen Bornitridkristallen mit einer Teilchengröße von 1 bis 10 μΐη wurden zahlreiche Schichtkörper in der vorstehend beschriebenen

jo Weise erzeugt, in denen die Aluminiumlegierung als ausgezeichnetes Bindemittel wirkt. Diese Schichtkörper weisen weitaus bessere Verschleißeigenschaften auf als Sinterhartmeiallkörper. Unter Verwendung von kubischen Bornitridkristallen mit einer im vorstehend angegebenen Bereich liegenden Korngröße wurden auch Körper ohne Hartmetallunterlage durch Verwendung von Teilfüllungen hergestellt, in denen die Masse 37 nicht vorhanden war.

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird Aluminiumlegierung in geringem Überschuß erzeugt, so daß nach dem Eindringen der Aluminiumlegierung zwischen die kubischen Bornitridkristalle etwas überschüssiges Aluminium übrigbleibt, das sich mit dem Becher 34 oder mit einem Teil der Karbidhartmctallmasse 36 legieren kann.

Nach Absenkung der Temperatur und des Druckes werden die Schichtkörper entfernt und durch Schleifen in die für den Einsatz als Schneidwerkzeuge geeignete Form gebracht.

so Wenn man eine polierte Oberfläche eines solchen Körpers unter dein Mikroskop betrachtet, sieht man, daß viele feine Teilchen aus kubischem Bornitrid eng aneinandergepackt sind und die winzigen Zwischenräume zwischen den Teilchen mit einer Sekundärphase ausgefüllt sind, die offensichtlich metallisch ist. An der polierten Fläche konnte man Kratzer beobachten, wohingegen an den polierten Oberflächen von Körpern, die unter Verwendung verschiedener anderer aktiven Metalle als Bindemittel hergestellt wurden, eine ganze Reihe von Löchern festgestellt werden konnten, die von herausgerissenen Teilchenfragmenten herrühren.

In den nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Schichtkörpern und Körpern aus kubischem Bornitrid gewährleistet das zwischen den kubischen Borni-

b-3 tridkristallen eingedrungene Bindemittel eine ausgezeichnete Bindung und einen ausgezeichneten Zusammenhalt der kubischen Bornitridkristalle.

Fein zerteilte kubische Bornitridkristalle werden vor-

zugsweise aus größeren kubischen Bornitridkörnern durch Zerkleinern in einer Strahlmühle hergestellt. Zur Reinigung der Kristallflächen wird das fein zerteilte kubische Bornitrid vorzugsweise in Ammoniak erhitzt (900°C. i Siunde), bevor es in das Reaktionsgefäß gegeben wird.

Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schichtkörper aus einer Karbidhartmetall-Unterlage mit einer kubischen Bornitridschicht wurden zu Vierkantschneidwerk/.eugen (Kantenlänge ungefähr 6.1 mm) verarbeite!, die zur spanabhebenden Bearbeitung der Superlegierung Inconel 718 eingesetzt wurden. Ein typisches mit Ni-Al gebundenes Werkzeug besteht aus einem Karbidhartmeiallblock mit einer Dicke von ungefähr 30 mm. auf dessen einer Stirnfläche eine Schicht aus gebundenem kubischen Bornitrid fest verankert ist, die eine Dicke von 0,75 bis 0,25 mm aufweist. Der Verschleiß solcher Werkzeuge war im allgemeinen merklich geringer als der Verschleiß von unter den gleichen Bedingungen eingesetzten Werkzeugen aus Hartmetall des Typs Carboloy 883.

Eine Reihe von nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Schichtkörpern wurden einer Verschleißprüfung unterzogen, bei der ein aus der Superlegierung Rene 41 bestehender Zylinderkörper mit einem Durchmesser von 3,2 mm. der mil 2000 Umdrehungen pro Minute rotiert, drei Minuten lang mit einer Kraft von 36,3 kg gegen die kubische Bornitridschicht des Schichtkörpers gedruckt wurde. Die Tiefe der aus dem Körper herausgefressenen Verschleißnarbe wurde dann gemessen. In den folgenden Beispielen wurde eine im wesentlichen einer Füllung nach F i g. 1 entsprechende Anordnung verwendet. Der Abschirmbecher oder der Abschirmzylinder hatte in jedem Falle einen Durchmesser von 6.35 mm. Falls nichts anderes angegeben ist, wurde in einer Strahlmühle fein zerteiltes kubisches Bornitrid (Teilchengröße 1 bis 10 um) verwendet. Das in den Beispielen 2 und 6 verwendete kubische Bornitrid wurde vor dem Einfuhren in das Reaktionsgefäß in NHj gebranr.·. in jederr Fall·.· wurde eine vorgesinterte Karbidhartmeiaiiich'jibe als Unterlage verwendet.

Beispiel 1

Ein Becher aus Zirkonium wurde mit einer vorgesinterter Hanmetallscheibc (Dicke 1,27 mm). Teilchen aus kubischem Bornitrid (0.05 g), einer Scheibe aus Aluminium (0.01 g) und einer Scheibe aus Kobalt (0,034 g) gefü'li. Die Anordnung wurde 61 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von !55G¹C 2USgSSeU'.'.. Die- Verbindung des kubischen Bornitrids -v:it dem Hartmetall und die Verbindung zwischen den Teilchen aus kubischem Bornitrid und der fvi-:;al!rnaxirix war gut. Der aus kubischem Bornitrid bestehende Teil zeichnete sich durch gutes Poliervermögen aus. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 35,5 μίτι gemessen.

Beispiel 2

Ein aus Molybdän bestehender Zylinder (Dicke 0,05 mrn) mit aus Molybdän bestehenden Abdeckscheiben (Dicke 0.05 mm) wurde mit einer vorgesintenen Harimciallscheibe (Dicke 1.27 mm). Teilchen aus kubischem Bornitrid (0.065 g), einer Scheibe aus Aluminium (0.01 g) und einer Schicht aus einem Pulvergemisch aus Kobalt (0,015 g) und Aluminium (0,004 g) gefüllt. Die Anordnung wurde 63 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 56 kb und einer Temperatur von 1500 C ausgesetzt. Es wurde eine gute Verbindung des kubischen Bornitrids mit dem Sinterhanmetall und der Me tallmatrix beobachtet. Das kubische Bornitrid in der Metallmatrix zeigte ein dicht gepacktes Mikrogelugc. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbenliefe von 25,4 μιη gemessen.

Beispiel 3

Ein aus Zirkonium bestehender Becher wurde mit einer vorgesinterten Hartmetallscheibe (Dicke 1,27 mm), Teilchen aus kubischem Bornitrid (0,06 g) und einem groben Pulvergemisch (Al 0,01 g und Mn 0,04 g) gefüllt. Die Anordnung wurde 60 Minuten lang gleichzeilig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1550°C ausgesetzt. Die Verbindung zwischen dem kubischen Bornitrid und dem Hartmetall sowie der metallischen Matrix war gut. Der aus kubischem Bornitrid bestehende Teil des Schichlkörpers zeigte ein gutes Poliervermögen. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Vcrschleißnarbentiefe von 12.7 μιη gemessen.

Beispiel 4

Ein aus Molybdän bestehender Becher wurde mit einer vorgesinterten Hartmetallscheibe (Dicke 1,27 mm), feinen Teilchen aus kubischem Bornitrid (0,06 g). einer Aluminiumscheibe (0,005 g) und einem Pulvergemisch aus V (0,01 g) und Al (0,01 g) gefüllt. Der analog Beispiel 3 gebildete Schichtkörper hatte auch die in Beispiel 3 angegebene Qualität. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 38,1 μιη gemessen.

Beispiel 5

Ein aus Zirkonium bestehender Becher (Dicke 0,05 mm) wurde mit einer Hartmetallscheibe (Dicke 3 mm), einer aus 90% Eisen und 10% Aluminium besiehenden Scheibe (Dicke 0,2 mm. Durchmesser 6.25 mm. Gewicht 0.025 g) und mit Teilchen aus kubischem Bornitrid (Teilchengröße 115 bis 150 um. Gewicht 0.093 g) gefüllt. Die aus der Eisen-Aluminium-Legierung bestehendc Scheibe wurde auf die Oberfläche des Hanmetalls in Berührung sowohl mit dem Hartmetall als auch mit dem kubischen Bornitrid angeordnet. Die Anordnung wurde 60 Minuten lang einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500°C ausgesetzt. Der gebildete Schichtkörper wurde untersucht und es zeigte sich, daß eine beträchtliche unmittelbare Bindung zwischen den Teilchen aus kubischem Bornitrid untereinander und mit dem Hartmetall vorlag.

Beispiel 6

Ein aus Molybdän bestehender Becher wurde mit einer Hartmetallscheibe (Dicke 1,27 mm), kubischem Bornitrid (0,08 g, Teilchengröße 1— 20 μιη), einer Aluminiumscheibe (0,015 g) und Spänen aus Inconei718 (0,035 g) gefüllt. Inconel 718 hat die nachstehend in Gewichtsprozent angegebene Zusammensetzung:

52.5% Ni	0.b% Al
0.2% Mn	19% Cr
18% Fe	3% Mo
5,2% Cb	0.8% Ti

Die Anordnung wurde bO Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1500⁰C ausgesetzt. Zwischen dem kubischen Bornitrid und dem Hartmetall entwickelte sich eine gute Bindung. Die aus kubischem Bornitrid bestehende Masse war sehr dicht und enthielt nur sehr wenig Matrixmeiall. Die vorhandene Mctallmatrix zeigte eine gute Verbindung mit den Teilchen aus kubischem Bornitrid. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentieie von 18 μπι gemessen.

Beispiel 7

Ein aus Zirkonium bestehender Becher wurde mit einer vorgesinterten Hartmctallscheibe (Dicke 1,27 rnrrs) und einem Gemisch (0,063 g) aus kubischen Bornitridteilchen, Karbidhariinetallpulver (0,032 g) aus 87% WC und 13% Co und Aluminiumpulver (0.003 g) gefüllt. Die Anordnung wurde 30 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500⁰C ausgesetzt. Es wurde festgestellt, daß ein Teil der kubischen Bornitridteilchen zusammengesintert worden war und eine gute Verbindung zwischen den kubischen Bornitridteilchen und der vorgesinterten Hartmetallscheibe sowie der Metallmatrix vorlag. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 9 μιη gemessen.

Beispie! 8

Ein aus Zirkonium bestehender Becher wurde mit einer vorgesinterten Hartmetallscheibe (Dicke 1,27 mm), einer Schicht aus Karbidhanmetallpulver (0,046 g) aus 75% WC und 25% Co einer Aluminiumscheibe (0,01 g) und Teilchen aus kubischem Bornitrid (0,06 g) gefüllt. Die Hartmetallpulverschicht wurde auf die Oberfläche der vorgesinterten Hartmetallscheibe aufgebracht und die Aluminiumscheibe wurde zwischen der Hartmetallpulverschicht und dem kubischen Bornitrid angeordnet. Die Anordnung wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 57 kb und einer Temperatur von 1550⁰C ausgesetzt. Zwischen dem vorgesinterten Hartmetall und dem in situ gesinterten Hartmetall wurde eine gute Verbindung festgestellt. Auch wurde eine gute Verbindung zwischen dem kubischen Bornitrid und der Metallmatrix festgestellt. Außerdem wurden einige metallische Inseln (20— 30 μπι) festgestellt. Der aus kubischem Bornitrid bestehende Teil des Schichtkörpers zeigte ein gutes Poliervermögen. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschlcißnarbentiefc von 11 μπι gemessen.

Beispiel 9

Es wurden zwei Schichtkörper hergestellt, die als Einsätze für Drehmeißel für Drehmaschinen verwendet wurden. In jedem Falle wurde eine einer Teilfüllung nach F i g. 1 entsprechende Anordnung verwendet Die Anordnung bestand aus einem Zirkonium-Becher 34 mit einem Durchmesser von 8,9 mm und aus einer Abdeckscheibe 34a. Die Masse 37 bestand aus einer Karbidhartmetallscheibe (Dicke 2,9 mm). Die Masse36 bestand aus gereinigtem und in einer Strahlmühle zerkleinertem kubischem Bornitrid (0,12 g, 1 — 10 μπι). Die aus Aluminium bestehende Scheibe 38 wog 0,02 g und die aus Nickel bestehende Scheibe 39 wog 0,066 g. Die Anordnung wurde gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500° C ausgesetzt. Die Schichtkörper wurden nach Entnahme aus der Presse in eine viereckige Form (Kantcnlänge 6,1 mm, Dicke 3,2 mm) gebracht.

Die beiden nach Beispiel 9 hergestellten Drehmei- --, Iklschncidcn wurden zusammen mit einer aus Corboloy 883 bestehenden Drehmeißelschneide zum Abdrehen von Inconel 718 eingesetzt. Unter Bedingungen, bei denen die Drehmeißelschneidc aus Carboloy 883 einen Verschleiß von 300 μιη zeigte, wurde an den nach Beispiel 9 hergestellten Schichtkörpern lediglich ein Verschleiß von 10 μιη an der Schneidkante aus kubischem Bornitrid festgestellt. Die zum Kräuseln des abgenommenen Spans vorgesehene Fläche der Schicht aus kubischem Bornitrid zeigte mit Ausnahme einer Rille, an der is die Außenkante des Spans rieb, keinerlei starke Verschlcißerscheinungcn. Die gleiche Verschleißerscheinung wurde auch bei allen anderen geprüften Werkzeugen einschließlich der Karbidhartmetallwerkzeuge festgestellt. Diese Verschleißart war vorauszusehen, da die Werkzeuge alle die gleiche Geometrie aufweisen. Bei Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit zeigten die Schichtkörper mit kubischem Bornitrid ein besseres Verhalten als die nur mit Karbidhartmetall bestückten Werkzeuge. Die bevorzugte unmittelbare Verbindung zwischen der Hartmetallunterlage und dem kubischen Bornitrid wird in situ zwischen der hochfesten Masse aus kubischem Bornitrid und der merklich größeren Masse aus dem als Unterlage dienenden Karbidhartmetall hergestellt. Wegen dieser unmittelbaren Verbin- M dung braucht zwischen der aus kubischem Bornitrid bestehenden Masse und der Unterlage keine Verbindungsschicht zwischengeschaltet zu werden, wie sie beispielsweise beim Weich- und Hartlöten entsteht. Da das steife unnachgiebige Material der Unterlage in direkter Berührung mit der an kubischem Bornitrid reichen Schneidkante steht, wird die Bruchgefahr des aus kubischem Bornitrid bestehenden Materials wesentlich verringert und weiterhin ist auch eine geringere Menge kubischem Bornitrid zur Herstellung des Werkzeugeinsatzes erforderlich.

Zur Herstellung der in den F i g. 2,4 und 5 dargestellten Werkzeugeinsätze, die keine zylindrische, sondern eine viereckige Form besitzen, ist eine modifizierte Ausführungsform des als Auskleidung des Reaktionsgefäßes dienenden Futterzylinders 21 und der Stopfen 22 und 22' erforderlich. Die in das Heizrohr 20 passende Anordnung kann auch aus einer Reihe von übereinander angeordneten zylindrischen Blöcken bestehen, die die Formen festlegen, die mit den entsprechenden Ausgangswerkstoffen gefüllt werden. Bei der Anordnung nach F i g. 6 weist beispielsweise der Salzblock 21a eine Aussparung 72a auf, die eine der gewünschten Gestalt des Werkzeugeinsatzes entsprechende Form aufweist. Die Aussparung 72 wird mit Gettermetall 73, beispielsweise Zirkonium, ausgekleidet und dann mit der Masse 74 aus einem Sinterkörper oder aus Pulver aus Karbidhartmetall, mit der Masse 76 aus fein zerteilten kubischen Bornitridkristallen und mit Scheiben (oder Pulver) aus Aluminium und dem zur Bildung der Aluminiumlegierung vorgesehenen Legierungsmetall beschickt Der zur Abdeckung vorgesehene Salzblock 21 b weist ebenfalls eine Aussparung zur Aufnahme eines Abdeckbleches 77 zur Vervollständigung der Metallabschirmung und vorzugsweise eine Aussparung zur Aufnahb5 me eines Hartmetallblockes SC auf, der das Abdeckblech 77 vor Zerstörung schützt. Es kann eine Reihe von übereinandergestapelten Salzblöcken 21a und 21 b in die Vorrichtung zur Erzeugung von hohen Drücken und

hohen Temperaluren eingesetzt werden.

Bei dem Werkzeugeinsatz 40 nach Γ- i g. 2 sind die Stirnflächen 41 und 42 des Hartmetallblockes 43 und der Einlage 44 aus kubischem Bornitrid in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise geneigt, damit die Schneidkanten der Einlage 44 ohne Schwierigkeiten an ein Werkstück herangebracht werden können.

Die in F i g. 4 und 5 dargestellten Werkzeugeinsätze 52 und 62 weisen dünne Schichten 51 und 61 aus kubischem Bornitrid auf.

Der Anteil des kubischen Bornitrids in den Schichten 51 und 61 betragt ungefähr 90—97 Volumenprozent. Die Dicke der Schichten aus kubischem Bornitrid beträgt mindestens ungefähr 0,025 mm und höchstens 1,5 mm, obwohl auch Schichtdicken in der Größenordnung bis ungefähr 2 mm realisiert werden können. Die Schichten 51 und 61 werden absichtlich so dünn ausgeführt, damit

a) die aus kubischem Bornitrid bestehenden Schichten 51 und 61 als Spanbrechflächen wirken können,

b) die Werkzeugeinsätze 52, 62 leichter geschärft werden können, und

c) aus wirtschaftlichen Gründen eine möglichst geringe Menge an kubischem Bornitrid verwendet wird.

Im Idealfall sind die Eigenschaften der Schicht aus kubischem Bornitrid und die Eigenschaften der Unterlage aus Hartmetall so aufeinander abgestimmt, daß die aus kubischem Bornitrid bestehende Schneidkante etwas weniger schnell verschleißt als das Hartmetall. In diesem Falle steht ein kleiner Bereich der Schicht aus kubischem Bornitrid immer etwas über den Hartmetallkörper vor und bildet eine Schneidkante, wodurch die vorhandene Menge an kubischem Bornitrid im richtigen Verhältnis zur Lebensdauer des Werkzeuges steht.

Falls kubische Bornitridteilchen mit einer Teilchengröße von über 80 μΐη (in Richtung der größten Abmessung) verwendet werden, kann die als Bindemittel dienende Aluminiumlegierung weggelassen werden. Ohne Aluminiumlegierung erhält man jedoch eine unzureichende Bindung zwischen kubischen Bornitridkristallen mit einer Teilchengröße von 30 μίτι (in Richtung der größten Abmessung) und darunter, was möglicherweise auf einen größeren Gehalt an Verunreinigungen zurückzuführen ist, die auf den Oberflächen der kleineren Teilchen konzentriert sind. Falls die Verwendung von kubischem Bornitrid mit einer Teilchengröße von über 80 μηι zweckdienlich ist, kann wahlweise das nachstehende Verfahren nach der Erfindung angewendet werden, bei dem keine Aluminiumlegierung als Bindemittel eingesetzt wird

F i g. 7 zeigt eine Füllung 3OA zum Erzeugen einer Reihe von scheiben- oder pillenförmigen Schichtkörpern mit einer Hartmetallunterlage und einer darauf aufgebrachten Schicht aus gesintertem kubischem Bornitrid, wobei keine Aluminiumlegierung als Bindemittel eingesetzt wird.

Die Füllung 30/λ besteht aus einem Abschirmzylinder 32A aus Zirkonium, Titan, Tantal, Wolfram oder Molybdän. Innerhalb des Abschirmzylinders 32/4. sind eine Reihe von Teilfüllungen angeordnet, die oben und unten durch Abschirmscheiben 33Λ abgeschirmt sind, die aus einem der vorgenannten Gettermetalle bestehen. Jede auf diese Weise nach allein Seiten hin abgeschirmte Teilfüllung besteht aus einer größeren Masse 34ß und einer kleineren Masse 36/4. Jede Masse 36 A besteht zum großen Teil oder vollständig aus pulverförmigem kubischem Bornitrid mit einer Teilchengröße von über 80 μίτι in Richtung der größten Ausdehnung.

Bei Verwendung einer vorgesinterten Hartmetalischeibe als Masse 34ß und sauberer kubischer Bornitridkristalle mit einer Teilchengröße von über 125 um für die Masse 36/4, kann ohne weitere Zusätze ein Schichtkörper in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt werden, bei dem der aus kubischem Bornitrid bestehende Teil frei von Hohlräumen ist und mit der Hartmetallscheibe über eine ausgezeichnete Verbindung verankert ist.

r> Beispiel 10

Ein im wesentlichen reines Pulver aus kubischem Bornitrid mit einer Teilchengröße von 150 μηι wurde über der einen Stirnfläche einer Hartmetallscheibe angeordnet, die aus Karbidhartmetallpulver aus 6°/o Co und 94% WC hergestellt war. Diese Kombination wurde zur Beseitigung und zum Ausschluß von Sauerstoff in einer dünnen Abschirmung aus Zirkonium angeordnet. Um die Abschirmung herum wurden wiederum NaCI-EIemente angeordnet, um den Hohlraum in der Vorrichtung zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen auszufüllen. Die Anordnung wurde dann ungefähr 1 Stunde lang einem hohen Druck (55—60 kb) und einer hohen Temperatur (1500⁰C) ausgesetzt, wobei ein Schichtkörper gebildet wurde. Der aus kubischem Bornitrid bestehende Teil des Schichtkörpers war im wesentlichen frei von Hohlräumen und es wurde eine ausgezeichnete Verbindung zwischen dem Hartmetall und dem benachbarten kubischen Bornitrid festgestellt.

Bei einer Untersuchung des nach Beispiel 10 hergestellten Schichtkörpers wurde festgestellt, daß die wesentliche Beseitigung von Hohlräumen in dem aus kubischem Bornitrid bestehenden Teil (99 Volumenprozent kubisches Bornitrid) zurückzuführen ist auf:

a) das Eindringen von Zirkonium aus der Abschirmung bis zu einer geringen Tiefe von beispielsweise 0,2 mm,

b) das Zerquetschen von kubischen Bornitrid-Teilchen (die dann näher aneinanderrücken können),

c) das Eindringen von Hartmetall zwischen die kubischen Bornitrid-Teilchen während der Aufheizung (wenn sich das Hartmetall in plastischem Zustand

so befindet) und

d) die direkte Verbindung zwischen kubischen Bornitrid- leuchen.

Die kubischen Bornitrid-Teüchen standen über große Flächen miteinander unmittelbar in Berührung und schienen durch teilweise plastische Verformung aneinander angepaßt worden zu sein.

Die Scheiben 37Λ werden aus dem gleichen Material wie der Zylinder 19 hergestellt, beispielsweise aus NaCl oder hcxagonalem Bornitrid, damit bei der Anwendung von Druck und Temperatur in jeder Teilfüllung die erforderliche Verdichtung gewährleistet wird.

Bei jeder Ausführungsform (mit oder ohne Bindemittel) nach der Erfindung kann als Masse 34S anstelle von vorgesintertem Hartmetall auch Hartmetallpulver eingesetzt werden, das dann bei der Durchführung des Verfahrens an Ort und Stelle zu Hartmetall gesintert wird. Zwischen der hochfesten Masse aus kubischem Bor-

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nitrid und der darunter liegenden merklich größeren Masse aus Hartmetall liegt eine direkte Bindung vor, d. h., es ist keine Zwischenschicht aus Weichlot oder Hartlot erforderlich. Da der an kubischem Bornitrid reiche Schneid- bzw. Schleifkantenbereich unmittelbar mit der steifen und unnachgiebigen Unterlage aus Hartmetall verbunden ist, besteht für die kubische Bornitridmasse ein wesentlich verringerte Bruchgefahr, wenn der Schichtkörper als Werkzeugeinsatz zur spanabhebenden Materialbearbeitung verwendet wird.

Nach den vorstehend beschriebenen Verfahren mit oder ohne Aluminiumlegierung als Bindemittel hergestellte Schichtkörper wurden bei der Druckentlastung des Reaktionsgefäßes manchmal zufällig zerbrochen. Der Bruch verläuft dabei im wesentlichen rechtwinklig zur vertikalen Achse der Füllanordnung. Bei den mit der Füllanordnung nach F i g. 1 und 7 hergestellten Schichtkörpern verläuft die Grenzfläche zwischen der kubischen Bornitridmasse und der Hartmetallmasse in der gleichen Richtung. Die hohe Qualität der Bindung an dieser Grenzfläche zeigt sich dadurch, daß die Bruchlinie in den meisten Fällen gewöhnlich durch die kubische Bornitridschicht verlief. Nur in seltenen Fällen konnte ein Bruch an der Grenzfläche zwischen kubischem Bornitrid und Hartmetall beobachtet werden, wobei in diesen Fällen die Bruchfläche einen unregelmäßigen Verlauf aufwies und teilweise durch das kubische Bornitrid, teilweise durch das Hartmetall und teilweise entlang der Grenzfläche verlief. Die Grenzfläche ist also im allgemeinen fester als die Zugfestigkeit von kubischen Bornitridkristallen.

Bei der mikroskopischen Untersuchung (30Ofache Vergrößerung) der polierten Kanten von zu Werkzeugeinsätzen geformten Schichtkörpern, die nach den vorstehend beschriebenen Verfahren der Erfindung mit und ohne Bindemittel hergestellt worden waren, wurde die Ursache für die ungewöhnlich feste Bindung zwischen der Schicht mit kubischem Bornitrid und der Unterlage festgestellt. Bei einer guten Bindung stehen die kubischen Bornitrid-Teilchen an der Grenzfläche entweder direkt mit dem Hartmetall in Verbindung oder weisen eine dünne Reaktionsschicht auf, die zwischen den kubischen Bornitrid-Teilchen und dem Hartmetall liegt. Die Reaktionsschicht is' in jedem Falle dünner als 10 μιη, was darauf hindeutet, daß das Hartmeiallgcfüge in jedem Falle nur geringfügig angegriffen wird. Die Grenzfläche ist frei von Hohlräumen und unregelmäßig in Mikrometergrößenordnung (1 —100 μιη), da das kubische Bornitrid in das Hartmetall hineingedrückt und/ oder plastisch deformiertes Hartmetall in die Zwischenräume zwischen benachbarten kubischen Bornitridkristallen hineingepreßt worden ist. F.ine derartig ineinandergreifende und daher unregelmäßige Grenzfläche läßt sich offensichtlich nicht erzielen, wenn ein Preßkörper aus kubischem Bornitrid auf eine Hartmetallscheibe gelötet wird.

Zusätzlich zu den bisher erläuterten Schichtkörpern, bei denen eine aus kubischem Bornitrid bestehende Masse auf einer Hartmetallmasse aufgebracht ist, können nach dem Verfahren der Erfindung zwei weitere Arten von zusammengesetzten Körpern hergestellt werden, bei denen jedoch im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Schichtkörpern die Hartstoffteilchen gleichmäßig in einer Hartmetallmatrix angeordnet sind. Bei der einen Art bestehen die Hartstoffteilchen aus kubischen Bornitrid-Teilchen und bei der anderen Art aus einem Gemisch aus kubischen Bornitrid-Teilchen und Diamant-Teilchen.

Beispiel 11

Ein Gemisch aus 94 Volumenprozent kubischen Bornitrid-Teilchen und 6 Volumenprozent Karbidhartmetallpulver aus 6% Co und 94% WC wurde in einer dünnen Abschirmung aus Zirkonium (zur Beseitigung und zum Ausschluß von Sauerstoff- angeordnet. Diese Anordnung wurde in der anhand von Beispiel 10 erläuterten Weise in eine Vorrichtung zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen eingebracht. Das Gemisch wurde ungefähr 60 Minuten lang einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500⁰C ausgesetzt. Bei der mikroskopischen Untersuchung der polierten Flächen des gebildeten zusammengesetzten Körpers wurde festgestellt, daß das Hartmetall in die meisten winzigen Zwischenräume zwischen den kubischen Bornitrid-Teilchen eingedrungen war. Es wurde eine ausgezeichnete Verbindung zwischen kubischem Bornitrid und Hartmetall festgestellt, während die unmittelbare Bindung zwischen kubischen Bornitrid-Teilchen nicht so umfangreich ist wie bei den Schichtkörpern. An einer Bruchfläche konnten nur einige wenige Stellen beobachtet werden, wo kubische Bornitrid-Teilchen aus dem Körper herausgebrochen waren. Normalerweise verläuft die Bruchfläche auch durch die kubischen Bornitrid-Teilchen. In der Nähe der kubischen Bornitrid-Teilchen wurde bei einer 300fachen Vergrößerung keine Reaktionsschicht beobachtet.

Bei der Herstellung von zusammengesetzten Körpern mit gleichmäßiger Hartstoffteilchenverteilung beträgt der Anteil an kubischen Bornitridkristallen ungefähr 70 bis ungefähr 94 Volumenprozent. Bei einem derart hohen Anteil an kubischem Bornitrid tritt eine direkte Berührung /wischen den Bornitridkristallen bei der Anwendung des hohen Druckes auf. Aus diesem Grunde werden die Teilchen zerquetscht und ein großer Teil des zunächst vorhandenen Hohlraumvolumens wird durch die zerquetschten Teilchen aus kubischem Bornitrid ausgefüllt. Offensichtlich wird eine unmittelbare Verbindung zwischen kubischen Bornitridteilchen durch einfließendes Karbidhartmetallpulver verhindert, jedoch gewährleistet die zwischen Hartmetall und kubischem Bornitrid gebildete Bindung eine hohe Festigkeit und Zähigkeit des Körpers.

Man kann natürlich auch einen unter 70 Volumenprozent liegenden Anteil an kubischem Bornitrid verwenden. Die Sinterzeiten können innerhalb von ungefähr bis ungefähr 60 Minuten liegen. Die Drücke liegen in der Größenordnung von 45 bis 60 kb. Die Temperaturen reichen von 1300 bis 1600⁰C. Druck- und Temperaturbedingungen sollten so gewählt werden, daß die thermodynamisehe Stabilität des kubischen Bornitrids gewährleistet ist.

Die Körper mit gleichmäßiger Verteilung der Hart-■55 Stoffteilchen können in üblicher Weise, beispielsweise durch Lötmetall, mit Hartmetallunterlagen verbunden werden. Man kann jedoch auch die Verbindung mit einer Hartmetallunterlage gleichzeitig mit der Herstellung bewerkstelligen, indem man

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a) das aus kubischem Bornitrid und Karbidhartmetallpulver bestehende Gemisch auf die Oberfläche einer Hartmetallscheibe aufbringt, oder

b) das aus kubischem Bornitrid und Karbidhartmetallpulver bestehende Gemisch über einer Schicht aus Karbidhartmctallpulver anordnet.

Auch bei diesen alternativen AiisfiihninfTsfnrmpn

wird die Reaktionsmasse vorzugsweise innerhalb einer Abschirmung aus Zirkonium angeordnet.

Das bei der Ausführung der Erfindung verwendete Hartmetailpulver i*>£ vorzugsweise ein Pulvergemisch aus Wolframkarbid und Kobalt, das im Handel in Teilchengrößen von 1 — 5 μπι erhältlich ist. Gegebenenfalls kann Wolframkarbid ganz oder teilweise durch Titankarbid und/oder Tantalkarbid ersetzt werden. Da auch als Bindemetall für die Karbidteilchen noch Nickel und Eisen geeignet sind, können als Bindemittel ;m Hartmetallpulver Kobalt, Nickel, Eisen und Gemische dieser Metalle verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch als Bindemitte! Kobalt. Für die Durchführung der Erfindung sind Hartmetallsinterpulver geeignet, die ungefähr 75—97% Karbid und ungefähr 3—25% Bindemetall enthalten. Beispielsweise können Karbidhartmetallpulver aus 6% Co und 94% WC und aus 3% Co. 93% WC, 3.85% TaC und 0.15% TiC verwendet werden.

Zur Herstellung von Hartstoffteilchen in gleichmäßiger Verteilung enthaltenden zusammengesetzten Körpern mit einem zusätzlichen Gehalt an Diamantteilchen geht man in der gleichen Weise vor wie bei der oben erläuterten Herstellung von zusammengesetzten Körpern aus Hartmetallpulver und kubischem Bornitrid. Wegen der Diamantteilchen sollten jedoch die Scheiben 33A entweder aus Zirkonium oder Titan bestehen. Die eingesetzten Teilchengemische aus kubischem Bornitrid und Diamant können eine Zusammensetzung aufweisen, die von 1 Volumenprozent kubisches Bornitrid und 99 Volumenprozent Diamant bis zu 99 Volumenprozent kubisches Bornitrid und 1 Volumenprozent Diamant reicht. Die angewendeten Drücke, Temperaturen und Sinterzeiten entsprechen den Drücken, Temperaturen und Sinterzeiten, die bei der Herstellung von Körpern ohne Diamantteilchen verwendet werden, wobei jedoch etwas höhere Drücke und/oder geringere Temperaturen erforderlich sind, um die thermodynamisch^ Stabilität der Diamantteilchen zu gewährleisten.

Beispiel 12

Es wurde eine einer Teilfüllung nach F i g. 1 vergleichbare Anordnung in einem Behälter aus Zirkonium (Durchmesser 6.35 mm) verwendet. Die Füllung bestand aus einer Hartmetallscheibe aus 6% Co und 94% WC (Dicke 3,1 mm) und einem damit in Berührung stehenden Gemisch aus 0,046 g kubischen Bornitrid-Teilchen (Teilchengröße 115 bis 150 μηι), 0,046 g Diamantteilchen (Teilchengröße 115 bis 150 μπι) und 0,02 g hartmetallpulver aus 6% Co und 94% WC. Die Reaktionsmassc wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500⁰C ausgesetzt. Der gebildete Körper wurde zu einem Schneidwerkzeug poliert und auf einer Drehbank zum Zerspannen eines Werkstückes aus der Superlegierung Rene 41 verwendet. Mit di.m Schneidwerkzeug konnte die Superlegierung bearbeitet werden, jedoch wurde ein sehr schneller Verschleiß des Diamantenanteils des Körpers beobachtet. Bei mikroskopischen Untersuchungen wurde eine gute Diamant-Diamani-Bindung sowie eine gute Bindung der Diamantteilchcn und der kuhischen Bornilndteilchcn mil der Hartmeiallunterlage festgestellt. Gelegentlieh wurde eine Bindung /wischen kubischen Bornitridteilchen festgestellt. Tine Bindung zwischen Diamant und kubischem Botnitrid wurde nicht festgestellt

Zur Herstellung der in den F i g 8. 4 und 5 dargestellten Werkzeugeinsätze ist eine modifizierte Ausfuhrungsform der aus den Elementen 21, 22 und 22' gebildeten Reaktionsgefäßauskleidung erforderlich, da die Werkzeugeinsätze nicht eine scheibenförmige, sondern eine kubische Form aufweisen. Zur Herstellung von kubischen Schichtkörpern kann die innerhalb des Heizrohres 20 vorgesehene Füllung aus einer Reihe von übereinandergestapelten zylindrischen Blöcken bestehen, die zur Bildung von Formen in geeigneter Weise ausgespart sind, die mit den Reaktionskomponenten gefüllt werden, beispielsweise mit einem Gemisch aus Hartmetallpulver und kubischen Bornitrid-Teilchen. Beispielsweise weist der in Fig. 10 dargestellte Salzblock 21C eine Aussparung 72/4 auf, die eine der gewünschten Gestalt des Werkzeugeinsatzes entsprechende Form besitzt. Die Aussparung 72/4 wird mit einem Abschirmblech 73A das beispielsweise aus Zirkonium bestehen kann, ausgekleidet und mit den Reaktionskomponenten gefüllt. Der zur Abdeckung vorgesehene Salzblock 21D weist eine Aussparung auf, die zur Aufnahme eines Abdeckbleches 74/4 zur Vervollständigung der Metallabschirmung der Reaktionsmasse dient. Zum Schutz des Abdeckblechcs 74,4 vor Zerstörung ist vorzugsweise ein Hartmet: Mblock SC vorgesehen, der das Abdeckblech 74Λ abstützt. Es kann eine Reihe von übereinandergestapelten Salzblöcken 21C und 21D verwendet werden.

Bei dem Werkzeugeinsatz 4OA nach Fig.8 sind die Stirnflächen 41/4 und 42/4 des aus Hartmetall und Hart-Stoffteilchen bestehenden Körpers 43/4 in der aus Fig.9 ersichtlichen Weise geneigt, damit die Schneidkanten ohne Schwierigkeiten an ein zu bearbeitendes Werkstück herangebracht werden können.

Gegebenenfalls kann der größte Teil des Werkzeug-J5 einsatzes 40/4 aus Hartmetall bestehen, das entweder in vorgesinierter Form vorliegt oder in situ hergestellt worden ist, wobei lediglich der Bereich um die Spitze 44/4 aus einer Masse aus Hartmetall und Hartstoffteilchen besieht.

Bei der Ausführungsform, bei der auf den Werkzeugeinsätzcn 52 und 62 nach F i g. 4 und 5 die dünnen Schichten 51 und 61 aus kubischem Bornitrid (ungefähr 99 Volumenprozent) ohne Aluminiumlegierung hergestellt werden, beträgt die Dicke der aus kubischem Bornitrid bestehenden Schicht mindestens ungefähr 0,1 mm und höchstens 1,0 mm, obwohl auch Schichtdicken in der Größenordnung bis ungefähr 2 mm realisiert werden können.

Nach Anwendung des hohen Druckes und der hoher Temperatur wird zunächst die Temperatur und danr der Druck verringert. Das fest an der Außenfläche de< Werkzeugeinsatzes haftende Abschirmmetall läßt sich an den gewünschten Stellen leicht abschleifen.

Es hat sich auch herausgestellt, daß der Reaktions 5^r) masse noch geringe Mengen von zusätzlichen Stoffen wie Wolfram und Beryllium, zugesetzt werden können.

Beispiel 14

W) Der Innenraum einer Vorrichtung zum Erzeugen voi hohen Drücken und hohen Temperaturen wurde mi zwei Teilfüllungcn beschickt. ]ede Tcilfüllung war voi einem Zirkonium-Becher (Durchmesser 6.35 mm) um schlossen und bestand aus einem Sinterhartmeiallkör per (Dicke 1,27 mm) und einer Masse (0.065 g) aus kubi sehen Bornitrid-Teilelicn (Teilchengröße 115 bi 150 μηι). Die in der unteren Füllung vorgesehenen kubi sehen Bornitrid-Teilchen waren mit einer durch Katho

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denzerstäubung aufgebrachten dünnen Schicht aus Tantal versehen. Beide Teilfüllungen wurden 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1510°C ausgesetzt. Die TeilfüHungen wurden aus der Vorrichtung entnommen, poliert und mit dem Mikroskop untersucht. Bei der oberen Teilfüllung wurde eine umfangreiche direkte Bindung zwischen den kubischen Bornitrid-Teilchen festgestellt, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit des Körpers gewährleistet. Die kubischen Bornitrid-Teilchen hafteten ausgezeichnet auf der Hartmetallunterlage.

Die untere Füllun.g mit den mit einem Überzug aus Tantal versehenen kubischen Bornitrid-Teilchen wies viele Bereiche auf, in denen die kubischen Bornitrid-Teilchen zusammengesintert waren. Andere kubische Bornitrid-Teilchen waren an die Tantalmatrix gebunden. Die Haftung der aus kubischem Bornitrid und Tantal bestehenden Masse auf der Hartmetallunterlage war gut.

20 Beispiel 15

Es wurde eine den TeilfüHungen nach Beispiel 14 ähnliche Anordnung hergestellt. Ein von einer Abschirmung umschlossener Zirkonium-Becher (Durchmesser 6,35 mm, Wanddicke 0,05 mm) wurde mit einem Körper (0,5 g) aus kaltverpreßtem Hartmetallpuiver aus 6% Co und 94% WC und einem mit der Oberfläche dieses Körpers in Berührung stehenden Pulvergemisch aus 0,06 g kubischen Bornitrid-Teilchen (Teilchengröße 40 μιη), 0,021 g Hartmetallpuiver aus 6% Co und 94% WC und 0,003 g Berylliumpulver gefüllt. Die Anordnung wurde dann 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 56 kb und einer Temperatur von 1520° C ausgesetzt. Man erhielt eine einen gleichmäßigen Durchmesser von J5 5,8 mm aufweisende Scheibe mit einer Karbidhartmetallschicht (Dicke 1,8 mm) und einer darüber angeordneten Schicht aus kubischem Bornitrid (Dicke 0,7 mm). Es wurde eine feste Bindung zwischen den kubischen Bornitrid-Teilchen und dem Hartmetall und eine direkte Bindung zwischen den kubischen Bornitrid-Teilchen untereinander festgestellt.

Die verschiedenen Arten der nach der Erfindung hergestellten Körper werden gewöhnlich an einem größeren Körper, beispielsweise an einem Werkzeugschaft oder an einer Bohrspitze befestigt, wo sie dann zur Bearbeitung eines Werkstückes eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

b0

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines kubisches Bornitrid enthaltenden Werkzeugeinsatzes, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer aus Gettemietall bestehenden Umhüllung kubisches Bornitrid mit Hartmetallpulver und/oder mit 1 bis 40Gew.-% Aluminium samt 2 bis 100Gew.-% — beide Male bezogen auf den Gehalt am kubischem Bornitrid — mindestens einer Legierungskomponente aus Nickel, Kobalt, Mangen, Eisen, Vanadium und Cir-om vermischt oder lagenweise angeordnet und die Umhüllung samt Inhalt gleichzeitig einer Temperatur im Bereich von 1300 bis 1600⁰C und einem Druck von 40 kb mindestens drei Minuten lang ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall als Unterlage zusätzlich in Form eines Sinterkörpers oder im Auslausch gegen den pulverförmigen Anteil angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kubischen Bornitrid-Kristalle mit einer Schichtdicke von höchstens 1,5 mm auf dem Hartmetall-Körper oder -Pulver angeordnet werden.