DE68911430T2 - Herstellung von Zwei-Komponenten-Produkten. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Schleifprodukten.
• Schleifcompacts finden weitläufige Anwendung beim Schneiden, Mahlen, Schleifen, Bohren und anderen stoffabtragenden Arbeiten. Die Schleifcompacts bestehen aus einer Masse von Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid, die zu einem zusammenhängenden, polykristallinen harten Konglomerat gebunden sind. Der Gehalt der Schleifcompacts an Schleifmittelteilchen ist hoch, und es gibt weitreichende Teilchen-Teilchen-Bindung. Schleifcompacts werden unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks gefertigt, bei denen das Schleifmittelteilchen, sei es Diamant oder kubisches Bornitrid, kristallographisch stabil ist.
• Schleifcompacts neigen zur Sprödigkeit, und beim Einsatz werden sie häufig dadurch unterstützt, daß sie an ein Substrat aus Sintercarbid gebunden werden. Solche trägerunterstützten Schleifcompacts sind in der Technik als Verbundschleifcompacts bekannt. Die Verbundschleifcompacts können als solche in der Arbeitsfläche eines Schleifwerkzeugs verwendet werden.
• Beispiele für Verbundschleifcompacts finden sich in den US-Patentschriften Nr. 3 745 623, 3 767 371, 3 743 489 und 4 063 909 beschrieben.
• Verbundschleifcompacts werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß die Komponenten in pulverisierter Form, die erforderlich ist, um einen Schleifcompact zu bilden, auf ein Sintercarbid-Substrat aufgebracht werden. Diese ungebundene Anordnung wird in eine Reaktionskapsel gebracht, die dann in die Reaktionszone einer herkömmlichen Hochtemperatur/Hochdruck-Apparatur gestellt wird. Der Inhalt der Reaktionskapsel wird Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks ausgesetzt, bei denen die Schleifmittelteilchen kristallographisch stabil sind.
• Andere wirkungsvolle Schleifkörper aus kubischem Bornitrid, die keinen so hohen Gehalt an Schleifmittelteilchen wie Schleifcompacts enthalten, sind ebenfalls bekannt und werden in der Technik verwendet. Solche Schleifkörper umfassen im allgemeinen einen Sinterkörper, der 40 bis 60 Vol.-% Teilchen aus kubischem Bornitrid enthält, die gleichmäßig in einer zusammenhängenden keramischen bindenden Matrix dispergiert sind. Diese Schleifkörper werden ebenfalls unter Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt, bei denen kubisches Bornitrid kristallographisch stabil ist. Die US-Patentschrift Nr. 4 469 802 beschreibt einen solchen Körper.
• Die europäische Patentschrift Nr. 0 278 703, veröffentlicht am 17. August 1988, beschreibt und beansprucht ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifkörpers, der eine Schicht gebundener ultraharter Schleifmittelteilchen umfaßt, die an ein Substrat gebunden sind, umfassend die Schritte des Bereitstellens des Substrats, des Abscheidens einer Schicht der Komponenten, die zur Bildung der Schicht der gebundenen ultraharten Schleifmittelteilchen nötig sind, in Teilchenform in einem organischen Bindemittel auf einer Oberfläche des Substrats, und des Einwirkenlassens von Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks auf Substrat und Schicht, bei denen die ultraharten Schleifmittelteilchen kristallographisch stabil sind. Die Schicht aus teilchenförmigen Komponenten läßt sich auf der Oberfläche des Substrats abscheiden durch Suspendieren der teilchenförmigen Komponenten in einer Flüssigkeit, die das organische Bindemittel dispergiert oder gelöst enthält, Abscheiden der flüssigen Suspension auf der Oberfläche und Entfernen der Flüssigkeit aus der Suspension. Bei der Schicht aus gebundenen ultraharten Schleifmittelteilchen handelt es sich typischerweise um einen Schleifcompact aus Diamant oder kubischem Bornitrid.
• EP-A-0 246 438 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Gegenstands, umfassend die Schritte: (a) Bilden einer Mischung, umfassend (1) Pulver, ausgewählt aus der Gruppe von Metallpulvern, keramischen Pulvern und deren Mischungen, (2) ein Gel-bildendes Material mit einer Gelstärke von wenigstens etwa 100 g/cm², gemessen bei einer Temperatur zwischen 0 und etwa 22ºC an einem Gel, bestehend im wesentlichen aus etwa 4 Gew.-% des Gel-bildenden Materials und Wasser, und (3) ein Lösungsmittel für das Gel-bildende Material, und (b) Formen der Mischung bei einer hinreichenden Temperatur, um einen selbsttragenden Gegenstand zu bilden, umfassend die Pulver und ein das Gel-bildende Material umfassende Gel. Das bevorzugte Gel-bildende Material ist ein Agaroid, und das bevorzugte Formverfahren ist Spritzformpressen.
• Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
• Die beiden Schichten können unterschiedliche Eigenschaften wie etwa Schleiffähigkeit, Dichte, thermische Leitfähigkeit und dergleichen aufweisen. Insbesondere wird die Erfindung angewandt zur Herstellung von Verbundschleifcompacts. In diesem Fall ist das teilchenförmige Material der einen Aufschlämmung in der Lage, einen Sintercarbid zu bilden, während das teilchenförmige Material der anderen Aufschlämmung einen Schleifcompact bilden kann. Das Zweikomponentenprodukt im Rohzustand wird Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks ausgesetzt, die zur Bildung eines Schleifprodukts geeignet sind.
• Die Abbildungen 1 bis 3 veranschaulichen eine Form in verschiedenen Stufen beim erfindungsgemäßen Verfahren.
• Bei dem flüssigen Medium handelt es sich vorzugsweise um Wasser, das ein geeignetes Bindemittel gelöst oder dispergiert enthält, wobei das Bindemittel fähig ist, ein Gel bei der Anwendung von Wärme zu bilden. Diese Bindemittel sollten sich bei einer Temperatur von etwa 350ºC oder darunter zersetzen oder verflüchtigen. Beispiele für solche Bindemittel sind organische Bindemittel wie etwa Celluloseether oder -ester. Ein Beispiel für ein besonders geeignetes Bindemittel ist Methylcellulose. Methylcellulose bildet bei einer Temperatur zwischen 50 und 100ºC ein Gel.
• Ist das erzeugte Zweikomponentenschleifprodukt ein Verbundschleifcompact, so müssen Wasser und Bindemittel vor Anwendung der Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks entfernt werden. Dieses Entfernen läßt sich durch Erhitzen erreichen. Vorzugsweise geht das Erhitzen in zwei Stufen vor sich. In der ersten Stufe wird das Wasser durch Erhitzen der Masse oder der Massen im Rohzustand auf eine Temperatur oberhalb 100ºC ausgetrieben. Danach kann das Bindemittel verflüchtigt oder zersetzt werden durch Erhitzen der Masse oder der Massen im Rohzustand auf eine geeignete Temperatur, um dies eintreten zu lassen.
• Zur Herstellung von Verbundschleifcompacts handelt es sich bei den Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks, die angewandt werden, typischerweise um einen Druck im Bereich von 25 bis 70 kbar und eine Temperatur im Bereich von 1400 bis 1600ºC. Typischerweise werden diese verschärften Bedingungen über eine Dauer von 10 bis 30 min aufrechterhalten. Die Schleifmittelteilchen des Schleifcompacts können an sich selbst gebunden sein, oder es kann eine zweite Phase vorhanden sein. Bevorzugt wird, daß der Schleifcompact eine zweite Phase aufweist. Handelt es sich bei den Schleifmittelteilchen um Diamant, dann ist oder enthält die zweite Phase typischerweise einen Katalysator oder ein Lösungsmittel zur Diamantenherstellung wie etwa Cobalt. Handelt es sich bei den Schleifmittelteilchen um kubisches Bornitrid, dann enthält die zweite Phase typischerweise Aluminium, eine Aluminium-Legierung oder eine keramische Verbindung oder besteht daraus.
• Die Teilchengröße der Komponenten in den Aufschlämmungen richtet sich nach der Beschaffenheit des erzeugten Produkts. Ist das Produkt ein Verbundschleifcompact, so sind diese Teilchen im allgemeinen fein, beispielsweise unter 150 Mikron.
• Die Erfindung bietet einen wirkungsvollen Weg zur Herstellung eines Zweikomponentenprodukts, das eine Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten aufweist, die mit geeigneter räumlicher Anordnung profiliert ist. Beispielsweise kann die Grenzfläche gewellt, gezackt oder gerillt sein oder kann irgendeine andere ähnliche Form aufweisen.
• Anhand der begleitenden Zeichnung wird nun eine Ausfühungsform der Erfindung beschrieben. In Abbildung 1 ist eine Form gezeigt, bestehend aus zwei Teilen - einer Hülse 10 und einem abnehmbaren Sockel 12. Die Hülse 10 ist von rechtwinklig kreisförmig zylindrischer Form. Der Sockel 12 hat einen nach oben weisenden Teil 14, der mit genauer Passung von der Hülse 10 aufgenommen wird. Die obere Fläche 16 des nach oben weisenden Teils 14 besitzt eine Reihe nach oben weisender Rippen 18.
• Es wird eine erste Aufschlämmung hergestellt, bestehend aus einer Masse aus Carbid- und Cobalt-Pulver, suspendiert in Wasser, das Methylcellulose gelöst enthält. Diese Aufschlämmung 20 wird in die Form gegossen, um die Hülse 10 zu füllen, wie durch Abbildung 2 veranschaulicht wird. Die Aufschlämmung 20 wird auf eine Temperatur zwischen 50 und 100ºC erhitzt, um Gelieren der Methylcellulose zu bewirken, wobei eine Masse im Rohzustand gebildet wird.
• Der Sockel 12 wird von der Hülse abgenommen, und die Hülse wird umgedreht, wie in Abbildung 3 gezeigt. Die Masse im Rohzustand 20 weist mehrere in der oberen Fläche 24 ausgebildete Rillen 22 auf, wobei die Rillen 22 die gleiche Form wie die Rippen 18 haben.
• Es wird eine zweite Aufschlämmung hergestellt. Die zweite Aufschlämmung besteht aus einer Masse von Diamantteilchen, suspendiert in Wasser, das Methylcellulose gelöst enthält. Die Aufschlämmung wird auf die Oberfläche 24 gegossen, so daß sie die Rillen 22 und den Rest der Hülse 10 füllt (s. Abbildung 3). Die Aufschlämmung wird auf eine Temperatur zwischen 50 und 100ºC erhitzt, um Gelieren der Methylcellulose zu bewirken, wobei eine zweite Masse 26 im Rohzustand gebildet wird, die an die Masse im Rohzustand gebunden ist.
• Das Zweikomponentenprodukt im Rohzustand wird aus der Hülse genommen und in eine geeignete Kapsel oder einen Kanister zum Einführen in die Reaktionszone einer Hochtemperatur/Hochdruck-Apparatur gestellt. Der Kanister und dessen Inhalt werden - zum Beispiel in einem Ofen - auf eine Temperatur von über 100ºC erhitzt, um das Wasser aus den Massen im Rohzustand 20, 26 auszutreiben. Danach werden Kanister und Inhalt auf eine Temperatur von ungefähr 350ºC erhitzt, um Zersetzung der Methylcellulose zu bewirken.
• Der beladene Kanister wird in die Reaktionszone einer Hochtemperatur/Hochdruck-Apparatur gebracht und einer Temperatur von 1500ºC und einem Druck von 55 kbar ausgesetzt, und diese Bedingungen werden für eine Dauer von 10 min beibehalten. Der Reaktionszone wird ein Verbundschleifcompact entnommen, umfassend eine Diamant-Compactschicht 26, die an ein Sintercarbid-Substrat 20 gebunden ist. Dieser Verbundschleifcompact ist vom Nutenschneider-Typ.
• Bei einer alternativen Methode wird die den Sintercarbid im Rohzustand bildende Aufschlämmung 20 unter geeigneten Bedingungen gesintert, um vor Einbringen der diamanthaltigen Aufschlämmung in die Hülse aus der erste Masse im Rohzustand Sintercarbid zu erzeugen. Die übrigen Schritte sind wie vorstehend beschrieben.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Produkts, umfassend zwei Schichten verschiedener aneinander gebundener Materialien, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Form (10) mit einem abnehmbaren Sockel (12) und einer innen befindlichen Oberfläche (16), die auf dem abnehmbaren Sockel in eine gewünschte Form profiliert ist, der Herstellung einer ersten Aufschlämmung aus teilchenförmigem Material in einem flüssigen Medium, das sich wenigstens zu einem Rohzustand setzen kann, des Einbringens der Aufschlämmung in die Form (10), so daß die Aufschlämmung die Profiloberfläche (16) berührt, des Zum-Setzen-Bringens des Mediums, um wenigstens eine Masse im Rohzustand (20) zu erzeugen, des Entfernens der Masse im Rohzustand (20) von der Profiloberfläche (l6) durch Entfernen des Sockels (12) von der Form (10), und des Umdrehens der Masse im Rohzustand (20), so daß die Masse im Rohzustand (20) eine zur Profiloberfläche komplementäre Oberfläche aufweist, des Abscheidens einer Schicht einer zweiten Aufschlämmung auf der komplementär profilierten Oberfläche der Masse im Rohzustand, die ein anderes teilchenförmiges Material in einem flüssigen Medium enthält, das sich wenigstens zu einem Rohzustand setzen kann, und des Zum-Setzen-Bringens des Mediums dieser zweiten Aufschlämmung, um wenigstens eine zweite Masse im Rohzustand (26) zu erzeugen, die an die erste Masse im Rohzustand (20) gebunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Schichten (20,26) unterschiedliche Schleiffähigkeit, Dichte, thermische Leitfähigkeit oder dergleichen aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das flüssige Medium Wasser ist, das ein geeignetes Bindemittel gelöst oder dispergiert enthält, wobei das Bindemittel imstande ist, bei Anwendung von Wärme ein Gel zu bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bindemittel imstande ist, sich bei einer Temperatur von etwa 350ºC zu verflüchtigen oder zu zersetzen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bindemittel ein aus Celluloseethern und -estern ausgewähltes organisches Bindemittel ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bindemittel Methylcellulose ist.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Aufschlämmung oder die Aufschlämmungen durch Anwendung von Wärme zum Setzen in einen Rohzustend veranlaßt werden, wodurch bewirkt wird, daß das Bindemittel ein Gel bildet.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Schicht (20) des Produkts Sintercarbid ist und die andere Schicht (26) des Produkts ein Schleifcompact ist und das Produkt hergestellt wird aus dem Zweikomponentenprodukt im Rohzustand, indem zunächst das flüssige Medium aus dem Produkt im Rohzustand entfernt und danach das Produkt geeigneten Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks ausgesetzt wird, um einen Schleifcompact zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei den Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks, die angewandt werden, um einen Druck im Bereich von 25 bis 70 kbar und eine Temperatur im Bereich von 1400 bis 1600ºC handelt.