DE69014263T2 - Mehrschichtiger Schleifkörper. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf Verbund-Schleifmittelkompakts.
- Schleifmittelkompakts werden in breitem Umfang beim Schneiden, Mahlen, Feinzerkleinern, Bohren und anderen Arbeitsweisen des Abtragens verwendet. Schleifmittelkompakts bestehen aus einer Masse aus Diamant- oder kubischen Bornitrid-Teilchen, die in ein kohärentes, polykristallines, hartes Konglomerat eingebunden sind. Der Schleifmittelteilchengehalt von Schleifmittelkompakts ist hoch und es liegt ein umfangreicher Anteil von direkter Teilchen-an-Teilchen-Bindung vor. Schleifmittelkompakts werden im allgemeinen unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen das Schleifmittelteilchen, sei es Diamant oder kubisches Bornitrid, kristallographisch stabil ist, hergestellt.
- Schleifmittelkompakts neigen dazu, brüchig zu sein und bei ihrer Verwendung werden sie häufig gestützt, in dem sie an ein Sintercarbid-Substrat oder -Träger gebunden werden. Derartig gestützte Schleifmittelkompakts sind in der Technik als Verbund-Schleifmittelkompakts bekannt. Das Verbund-Schleifmittelkompakt kann als solches in der Arbeitsoberfläche eines Schleifmittelwerkzeugs verwendet werden.
- Beispiele von Verbund-Schleifmittelkompakts können in US-A-3 745 623, US-A-3 767 371 und US-A-3 743 489 beschrieben, gefunden werden.
- Verbund-Schleifmittelkolnpakts werden allgemein durch Anordnen der Komponenten in Teilchenform, was zur Bildung eines Schleifmittelkompakts notwendig ist, auf ein Sintercarbid- Substrat hergestellt. Diese nichtverbundene Anordnung wird in eine Reaktionskapsel gegeben, die dann in die Reaktionszone einer gebräuchlichen Hochdruck/Hochtemperatur-Apparatur gegeben wird. Die Inhaltsstoffe der Reaktionskapsel werden geeigneten Bedingungen der erhöhten Temperatur und des Druckes unterworfen.
- Zuweilen ergibt es sich, daß wesentliche Anteile eines Diamant-Verbund-Schleifmittelkompakts während der Anwendung brechen. Der Bruch erfolgt sowohl durch die Kompaktschicht als auch durch das Carbid-Substrat, wodurch dieses Verbund- Schleifmittelkompakt für weitere Arbeiten unbrauchbar wird. Es wird angenommen, daß diese Art von katatrophalem Versagen teilweise von Spannungen herrührt, die sich in dem Carbid- Substrat durch eine ungleiche Verteilung von Bindemittel- Metall in diesem Substrat aufbauen. Während der Herstellung des Verbund-Schleifmittelkompakts dringt Bindemittel aus dem Substrat in die Diamantschicht ein, wodurch Bereiche, die arm an Bindemittel sind, in dem Carbid-Substrat gebildet werden. Derartige Bereiche unterliegen dem Spannungsriß.
- US-A-4 225 322 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeug-Komponente, die ein Verbund-Schleifmittelkompakt umfaßt, das an einen Carbidstift durch eine Schicht aus Hartlot gebunden ist. Das Verfahren umfaßt das Anordnen einer Schicht des Hartlots zwischen eine Oberfläche des Carbid- Substrats des Verbund-Schleifmittelkompakts und dem Stift und thermisches In-Kontakt-Bringen des Verbund-Schleifmittelkompakts mit einem Kühlmantel während des nachfolgenden Hartlötvorganges. Bindung zwischen dem Carbid-Substrat und dem Carbidstift findet unter Umgebungsdruck-Bedingungen statt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Schleifmittelkompakts bereitgestellt, umfassend die Stufen der Bereitstellung eines Sintercarbid- Substrats, das wenigstens zwei kooperierende Bereiche aufweist, die durch eine metallische Schicht getrennt sind, Anordnen einer Schicht der Komponenten in Form von Teilchen, die zur Herstellung eines Schleifmittelkompakts auf einer Oberfläche des Substrats notwendig sind, um eine nichtverbundene Anordnung herzustellen, und Unterwerfen der nichtverbundenen Anordnung geeigneten Bedingungen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck, um aus den Komponenten ein Schleifmittelkompakt herzustellen.
- Figur 1 ist eine Teilseitenansicht einer nichtverbundenen Anordnung, die in der Praxis der Erfindung nützlich ist, und Figur 2 ist eine Teilseitenansicht eines Verbund-Schleifmittelkompakts, das aus der Anordnung der Figur 1 hergestellt wurde.
- Die Bereiche des Carbid-Substrats werden typischerweise aus Schichten bestehen, vorzugsweise zwei Schichten, die eine oberhalb der anderen und unter sandwichartigem Anordnen von metallischen Schichten zwischen benachbarten Schichten angeordnet sind. Die Komponenten zur Herstellung des Schleifmittelkompakts werden auf eine Oberfläche einer der Schichten angeordnet.
- Jedes Carbid der verschiedenen Schichten kann die gleiche Menge an Bindemittelmetall enthalten. Alternativ kann dieses Bindemittelmetall von Schicht zu Schicht variieren. Vorzugsweise wird die Schicht, die die Komponenten zur Herstellung des Schleifmittelkompakts trägt, einen anderen Bindemittelmetallgehalt als die andere Schicht oder Schichten haben. In einem bestimmten Beispiel der Erfindung ist das Carbid-Substrat als aus zwei Schichten bestehend ausgebildet, wobei die eine Schicht, die die Komponenten trägt, einen Bindemittelmetallgehalt im Bereich von 9 bis 15 %, typischerweise 13 Gew.-%, aufweist und die andere Schicht einen Bindemittelmetallgehalt im Bereich von 18 bis 30 %, typischerweise 20 Gew.-%, aufweist.
- Die metallische Schicht kann eine Metallschicht oder eine Legierungsschicht sein.
- In einer Form der Erfindung ist die metallische Schicht eine Schicht aus einem weichen Metall. Ein derartiges Metall wird im allgemeinen so ausgewählt, daß es Diffusionsbindung zwischen benachbarten Carbid-Bereichen erlaubt, und es wird eines sein, das einen niedrigen Fließpunkt, z. B. etwa 100 MPa, und hohe Dehnung aufweist. Beispiele für derartige Metalle sind Nickel und Cobalt und Edelmetalle, insbesondere Platin.
- Die metallische Schicht kann auch eine Schicht aus einem feuerfesten, Carbid bildenden Metall wie Molybdän, Tantal, Titan, Niob, Hafnium oder Zirconium sein. Derartige Metalle sind hochschmelzend und haben den Vorteil, daß sie eine thermische Barriere ausbilden, welche bis zu einem gewissen Maße das Schleifmittelkompakt während dem nachfolgenden Hartlöten des Verbund-Schleifmittelkompakts zu einer Arbeitsoberfläche eines Werkzeugs schützt.
- Die metallische Schicht kann auch aus zwei oder mehr Metallschichten bestehen. Diese Schichten können z. B. alternierende Schichten aus einem weichen Metall und einem feuerfesten, earbid bildenden Metall sein.
- Die Dicke der metallischen Schicht wird im allgemeinen im Bereich von 50 bis 1000 µm, typischerweise etwa 500 µm, sein.
- Die Komponenten, die notwendig sind, um das Schleifmittelkompakt herzustellen, sind in der Technik bekannt und werden gemäß der Natur des herzustellenden Kompakts variieren. Im Fall von Diamant-Kompakts wird die Komponente im allgemeinen nur aus den Diamant-Teilchen bestehen, wobei das Bindemittelmetall von dem Substrat während der Kompakt-Herstellung in die Diamamt-Teilchen eindringen wird.
- Die Erfindung hat besondere Anwendung für die Herstellung von Diainant-Verbund-Schleifmittelkompakts. Die Probleme des Spannungsrisses und des katatrophalen Versagens zeigen sich insbesondere bei diesen Kompakts.
- Das Sinter-Carbid kann irgendeines in der Technik bekanntes Sinter-Carbid sein, wie Sinter-Tantalcarbid, Sinter-Titancarbid, Sinter-Wolframcarbid und deren Mischungen. Die Bindemittel-Metalle für derartige Carbide sind typischerweise Cobalt, Eisen oder Nickel.
- Die verwendeten erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen werden allgemein bei einer Temperatur im Bereich von 1400 bis 1600 ºC und bei Drücken im Bereich von 50 bis 70 Kilobar liegen.
- Die Verbund-Schleifmittelkompakts, die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden, können in einer Vielzahl von bekannten Anwendungsmöglichkeiten wie in Drehbohrern, Kohlenhacken, Schneidwerkzeugen und dgl. verwendet werden.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Gemäß dieser Zeichnung wird eine nichtverbundene Anordnung umfassend ein Sinter-Carbidsubstrat 10, bestehend aus zwei Schichten 12 und 14, gezeigt. Die Schicht 12 hat größere Oberflächen 16 und 18 auf jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten. Die Schicht 14 hat auch größere Oberflächen 20 und 22 auf jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten.
- Zwischen die Oberflächen 18 und 20 ist eine Schicht 24 aus einem weichen Metall wie Cobald zwischengelagert.
- Es wird eine Aussparung 26 in der größeren Oberfläche 16 der Schicht 12 gebildet. Eine Diamantteilchenmasse 28 wird in diese Aussparung eingegeben, so daß sie vollständig aufgefüllt wird.
- Die nichtverbundene Anordnung wird in die Reaktionszone einer gebräuchlichen Hochdruck/Hochtemperatur-Apparatur gegeben und einer Temperatur von 1400 bis 1600 ºC und einem Druck von 50 bis 60 Kilobar unterworfen. Diese erhöhten Bedingungen werden wahrend einer Zeitspanne von 15 Minuten beibehalten. Während dieser Zeitspanne dringt Cobalt aus der Schicht 12 in die Diamantmasse 28 ein, und Cobalt diffundiert aus der Schicht 24 in beide Carbid-Schichten 12 und 14, wodurch eine sehr starke Diffusionsbindung geschaffen wird.
- Nach dem Absenken der erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen wird die jetzt verbundene Anordnung aus der Reaktionszone entfernt und es werden die Carbid-Seiten, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet wird, entfernt. Das erhaltene Produkt ist ein Produkt wie es durch die Figur 2 erläutert wird und es ist ein Verbund-Schleifmittelkompakt bestehend aus einem Diamant-Kompakt 30, das an ein Sintercarbid-Substrat 32 gebunden ist, welches aus zwei Bereichen 34 und 36 besteht, die entlang der Grenzfläche 38 verbunden sind. Die Grenzfläche 38 wird reich an Cobalt in Bezug auf den Rest des Substrats sein. Die Grenzfläche 38 wird typischerweise etwa 2 mm unterhalb der unteren Oberfläche 40 des Kompakts 30 liegen. Es wurde gefunden, daß Spannungen innerhalb verspannter Bereiche in dem aus Schichten bestehenden Carbid-Substrat 32 wesentlich reduziert werden, was zu einem sehr viel geringeren Auftreten von katatrophalem Versagen der Verbundkompakts während der Anwendung führt.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines
Verbund-Schleifmittelkompakts umfassend die Stufen der Bereitstellung eines
Sintercarbid-Substrats (10), das wenigstens zwei
kooperierende Bereiche (12, 14) aufweist, die durch eine
metallische Schicht (24) getrennt sind, Anordnen einer
Schicht der Komponenten (28) in Form von Teilchen, die
zur Herstellung eines Schleifmittelkompakts auf einer
Oberfläche (26) des Substrats (10) notwendig sind, um
eine nichtverbundene Anordnung herzustellen, und
Unterwerfen der nichtverbundenen Anordnung geeigneten
Bedingungen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck, um aus
den Komponenten ein Schleifmittelkompakt herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Bereiche (12, 14)
des Carbid-Substrats (10) aus Schichten (12, 14)
bestehen, die eine über der anderen angeordnet sind, und wobei
Sandwich-bildende metallische Schichten (24) zwischen
benachbarten Schichten (12, 14) angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin zwei Schichten (12,14)
vorliegen.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin die
Schichten (12,14) ein bindendes Metall enthalten, und die
Schicht (12), die die Komponenten (28) zur Herstellung
des Schleifmittelkompakts trägt, einen verschiedenen
Gehalt an bindendem Metall als die andere Schicht oder
Schichten (14) hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, worin zwei Schichten (12,14)
vorliegen, wobei die Schicht (12), die die Komponenten
(28) enthält, einen Gehalt an bindendem Metall im Bereich
von 9 bis 15 Gew.-% hat und die andere Schicht (14) einen
Gehalt an bindendem Metall im Bereich von 18 bis
30 Gew.-% hat.
6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die metallische Schicht (24) eine Schicht aus einem
weichen Metall ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das weiche Metall aus
Nickel, Cobalt und den Edelmetallen ausgewählt ist.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin
die metallische Schicht (24) eine Schicht aus einem
feuerfesten, Carbid-bildenden Metall ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin das feuerfeste,
Carbidbildende Metall aus Molybdän, Tantal, Niob, Hafnium,
Titan und Zirconium ausgewählt ist.
10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die metallische Schicht (24) aus zwei oder mehr
Schichten verschiedener Metalle besteht.
11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die erhöhte Temperatur im Bereich von 1400 bis
1600 ºC liegt und der erhöhte Druck im Bereich von 50 bis
70 Kilobar liegt.
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