DE69824061T2

DE69824061T2 - Schleifwerkzeug mit beschichtetem hochabrasivem Schleifkorn

Info

Publication number: DE69824061T2
Application number: DE69824061T
Authority: DE
Inventors: Ren-Kae Shiue; Sergej-Tomislav Buljan; Bradley J. Miller; Eric Schulz; Thomas W. Eager
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: US5855314A; CA2227009C; ES2222550T3; JP3080305B2; EP0864399A3; EP0864399A2; JPH10264034A; CA2227009A1; ATE267669T1; EP0864399B1; DE69824061D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft aktiv gelötete superabrasive Schleifwerkzeuge mit einer Einzelschicht und insbesondere Werkzeuge, die aus superabrasivem Korn hergestellt sind, das mit einer ersten aktiven Pulverkomponente wie beispielsweise Titan beschichtet ist.
HINTERGRUND
Bestimmte Schleifwerkzeuge für industrielle Anwendungen besitzen einen Anteil abrasiven Korns, das in ein Bindemittel eingebettet ist. Dieser Schleifanteil ist normalerweise an einem steifen Kern befestigt. Der Kern kann zur manuellen oder strombetriebenen Bewegung in Verbindung mit einem Werkstück dazu geeignet sein, das Werkstück auf eine gewünschte Form zu schleifen, schneiden, polieren oder in sonstiger Weise zu bearbeiten.
Die Schleifkörner sollten unter anderem härter sein als das Material, das geschliffen wird, um in die Oberfläche einzudringen und um Späne von dem Werkstück zu entfernen. Sehr harte, so genannte "superabrasive" Substanzen wie beispielsweise Diamant oder kubisches Bornitrid ("CBN") sind zum Schneiden harter oder schwierig zu schneidender Materialien besonders geeignet. Diamant kann beispielsweise Wolframcarbid, Naturstein, Granit, Beton und Keramik schleifen. Jedoch ist Diamant zum Schleifen von Eisen oder Stahl nicht gut geeignet. Wichtig ist, dass CBN eisenhaltige Materialien schneiden kann.
Da superabrasive Schleifmittel verhältnismäßig teuer sind, ist es unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten von Vorteil, den Anteil hochabrasiven Schleifmittels bei einem Schleifwerkzeug zu reduzieren. Bei einer Art von Schleifwerkzeug (einem Schleifwerkzeug mit einer "Einzelschicht") wird ein sehr geringer Betrag eines Schleifmittels auf der Funktionsoberfläche des Kerns in einer Schicht mit einer Dicke von im wesentlichen einem Korn abgelagert, wobei das Schleifkorn mittels einer metallischen Bindung auf den Kern geklebt ist. Diese Verklebung kann beispielsweise mittels solcher Verfahren wie Galvanisieren und Löten erzielt werden. Von diesen zwei Verfahren wird das Löten bevorzugt, da Galvanisieren es normalerweise erforderlich macht, einen großen Bestand teurer, superabrasiver Körnern in einem Galvanisierungsbad vorzuhalten.
Manchmal kann die metallische Bindung der die Lebensdauer begrenzenden Faktor eines Schleifwerkzeugs mit einer Einzelschicht sein. Die Zusammensetzung der Bindung beeinflusst ihre Klebefestigkeit. Wenn die Bindung nicht stark ist, wird wiederholte Einwirkung auf das Erzeugnis frühzeitig superabrasive Körner aus dem Kern reißen, d. h. während die superabrasiven Körner scharf und für weiteres Schneiden geeignet bleiben. Die Bindung ist normalerweise weicher als das Werkstück. Direkter Kontakt mit dem Werkstück oder mit Feilspänen kann die Bindung erodieren, was ebenfalls frühzeitiges Loslösen scharfer Partikel ermöglicht.
Jüngste technologische Entwicklungen haben versucht, die Festigkeit von Lötverbindungen zu verbessern. Das US-Patent mit der Nr. 4,968,326 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Diamantschleifwerkzeuges mit einer Einzelschicht mit einer guten Bindefestigkeit, die bis zu einem gewünschten Grad variiert werden kann. Das Verfahren verwendet ein Lötmaterial, das ein Carbid bildendes Element umfasst, vorzugsweise Molybdän oder Eisen. Das patentierte Verfahren besitzt ferner den dargelegten Vorteil, dass das Carbid und die Lötschichten dazu neigen, an den Seiten der Diamantpartikel emporzusteigen. Dieses Oberflächen-"Benetzungs"-Phänomen verbessert die Verbindung zwischen dem Schleifpartikel und der Bindung, auf die die Bindung einwirken kann, und stärkt somit die Bindefestigkeit der Lötung. In der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/693,763, die am 07. August 1996 eingereicht wurde, ist vorgeschlagen worden, in ein Lötmaterial auf Bronzebasis Partikel aktiver Komponenten wie beispielsweise Titan, Zirkonium, Titancarbid, oder Mischungen daraus einzubinden. Diese aktiven Komponenten können mit dem Schleifpartikel an der Oberfläche reagieren, um eine festere chemische Bindung zu bilden.
Das US-Patent mit der Nr. 4,776,862 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Schleifwerkzeug mit einem Metallkern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Mischen einer ersten aktiven Pulverkomponente und einer effektiven Menge eines flüssigen Bindemittels zu einer gleichmäßigen Mischung zur Bildung einer adhäsiven Paste;
– Mischen superabrasiver Körner, von denen jedes einen Oberflächenbereich besitzt, mit einer effektiven Menge der adhäsiven Paste, um einen Hauptteil des Oberflächenbereichs der superabrasiven Körner mit der Paste zu benetzen;
– Erhitzen des flüssigen Bindemittels, wodurch beschichtete superabrasive Körner hergestellt werden, die eine chemisch gebundene Oberflächenbeschichtung aus der ersten aktiven Pulverkomponente besitzen;
– Beschichten einer Funktionsoberfläche des Kerns mit einer aktiven Menge einer Lötmischung, die eine zweite aktive Komponente umfasst;
– Ablagern einer Einzelschicht aus beschichteten superabrasiven Körnern in der Lötmischung auf der Funktionsoberfläche des Metallkerns;
– Erhitzen des beschichteten Metallkerns, um im wesentlichen alles flüssige Bindemittel zu entfernen; und
– Verlöten der beschichteten superabrasiven Körner auf dem Kern bei einer Temperatur von wenigstens 700°C, um eine Reaktion zwischen den superabrasiven Körnern, der ersten aktiven Komponente und der zweiten aktiven Komponente zu erzielen. Ferner wird ein Schleifwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 und ein beschichtetes Schleifgut offenbart, das geeignet ist, auf einen Kern eines Schleifwerkzeugs mit einer metallischen Einzelschicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 aufgelötet zu werden.

Die Beigabe aktiver Metalle wie beispielsweise Titan zu der Bindungszusammensetzung besitzt einen Vorteil. Der Zusatz kann mit anderen Elementen in der Zusammensetzung während des Lötens reagieren, um intermetallische Verbindungen zu bilden. Diese intermetallischen Verbindungen sind schwächer als die Lötung und schwächen die verbleibende vorhandene Lötung. Die intermetallischen Verbindungen beeinträchtigen somit die mechanischen Eigenschaften der Lötung. Außerdem können die intermetallischen Verbindungen die Lötung sehr fest auf dem Metall des Kerns festkleben. Diese Verklebung erschwert die chemische oder elektrochemische Ablösung der Lötung von abgenutzten Werkzeugen. Das Ablösen ist ein wichtiger Vorgang bei der Wiederverwertung recycelter Werkzeugkerne. Die Fähigkeit, bereits benutzte Kerne wieder zu verwerten, beeinflusst in zunehmender Art und Weise die Herstellungskosten von Werkzeugen, und insbesondere bei großen Werkzeugen für die Bauindustrie wie beispielsweise Schleifräder für Ferrit mit großem Durchmesser.
Es ist folglich wünschenswert, aktives Metall in die Lötmischung einzubinden, um die Bindung zu festigen; es ist jedoch ebenfalls vorteilhaft, das aktive Metall in der Lötmischung zu minimieren, um die Bildung von Metallverbindungen zu reduzieren. Es wurde nun herausgefunden, dass feste Verbindungen für Schleifwerkzeuge mit einer Einzelschicht mit stark reduzierten Anteilen aktiver Komponenten hergestellt werden können, wie beispielsweise 0,5 bis 3,0 Gew.-% der Lötmischung. Diese Erkenntnis umfasst die Verwendung superabrasiver Körner, die mit einer metallgebundenen Schicht einer ersten aktiven Komponente zusammen mit einer Lötmischung, die eine zweite aktive Komponente enthält, beschichtet sind. Der gesamte Anteil aktiver Komponenten, der in der resultierenden Lötmischung vorhanden ist, ist wesentlich geringer, als es bei üblichen Bindungen erforderlich ist, die hergestellt werden, indem lediglich eine aktive Komponente in die Lötmischung eingebunden wird. Während für das superabrasive Schleifmittel eine feste Bindung erzeugt wird, hinterlässt die resultierende Lötmischung nur wenige aktive Komponenten, die für die Bildung von Metallverbindungen zur Verfügung stehen, und stärkt dadurch die Bindung und erleichtert das Ablösen der Lötung von abgenutzten Werkzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs mit einem Metallkern gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 zur Verfügung.
Die Erfindung stellt ferner ein Schleifwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 zur Verfügung.
Das beschichtete Schleifgut besteht vorzugsweise aus Diamant oder kubischem Bornitrid, das mit 4 bis 150 Mikrometer aus reinem Titan oder Titanhydrid beschichtet ist, und das beschichtete Schleifgut wird vorzugsweise in einer Bronzelötmischung verwendet, die ungefähr 0,5 bis 3,0 Gew.-% reinen Titans oder Titanhydrids enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung ist in erster Linie für Schleifwerkzeuge mit einer Einzelschicht geeignet, die mittels des aktiven Lötverfahrens hergestellt werden. Aktives Löten ist gegenüber einfachem Löten vorteilhaft, bei dem eine Bronzelegierung bis oberhalb des Schmelzpunktes erhitzt und dann abgekühlt wird, um die Körner in einer festen Bronzematrix festzuhalten. Der Begriff "aktives Löten" bedeutet, dass die Bronzelegierung ein aktives Material enthält, das geeignet ist, chemisch mit den Schleükörnern zu reagieren, üblicherweise bei einer erhöhten Temperatur und insbesondere, wenn die Bronze geschmolzen ist, das heißt während des Lötschrittes. Die Reaktion verbindet die Lötmischung und die Körner, um eine festere Bindung als jene herzustellen, die mittels einfachen Lötens erzeugt wird. Bei dem üblichen aktiven Löten ist das aktive Material normalerweise lediglich in der Lötmischung enthalten.
Die vorliegende Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, dass eine lediglich mechanisch gebundene Beschichtung makromolekularer Stärke auf superabrasiven Körnern einer ersten aktiven Komponente signifikant die Fähigkeit einer Lötmischung mit einer zweiten aktiven Komponente verbessert, die Oberfläche der Körner während des Lötens zu benetzen. Die verbesserte Benetzung führt dazu, dass die geschmolzene Lötmischung den Oberflächenbereich der Körner vollständiger bedeckt. Die Benetzungsverbesserung stellt somit weitere Seiten für die aktiven Komponenten zur Verfügung, um mit den Körnern zu reagieren und trägt dazu bei, die Körner tiefer in die feste Matrix einzubetten. Die aktive Komponente, die die Körner gemäß dieser Erfindung beschichtet, verbessert die Effizienz der Benetzung, so dass der Anteil der zweiten aktiven Komponente in der Lötmischung stark reduziert werden kann. Dies ermöglicht die Herstellung eines Werkzeugs mit einer Einzelschicht, bei dem der Gesamtbetrag der aktiven Komponente in dem Schleifanteil wesentlich geringer ist als der, der bei üblichem aktiven Löten benötigt wird.
Der Begriff "mechanisch gebunden" bedeutet, dass die erste aktive Komponente vor dem Löten an den superabrasiven Körnern lediglich über rein physikalische Mittel anhaftet, das heißt ohne direkte chemische Bindung zwischen dem superabrasiven Schleifmittel und der aktiven Komponente. Die Dicke der Schicht der ersten aktiven Komponente sollte von makromolekularer Stärke sein, das heißt mehrere Moleküle dick. Die aktive Komponente ist vorzugsweise ein feines Makroteilchen. Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung neue superabrasive Körner, die über zumindest einen Hauptteil des Kornoberflächenbereichs mit diskreten Partikeln der ersten aktiven Komponente bedeckt sind.
Mechanisch-gebundenes, makromolekular beschichtetes Korn dieser Erfindung wird im Gegensatz zu kommerziell verfügbarem, beschichtetem, superabrasivem Korn im allgemeinen mittels direkter Dampfbindungstechnik hergestellt, wie beispielsweise chemische oder physikalische Dampfablagerung, um sehr dünne Schichten von einem bis höchsten ein paar Molekülen einer aktiven Komponente auf der Oberfläche des superabrasiven Korns herzustellen. Beschichtetes superabrasives Korn, das mittels kommerziell benutzter Ablagerungsverfahren hergestellt wird, zeigt keinen günstigen Effekt, wenn es bei den Werkzeugen der Erfindung verwendet wird. Wenn kommerziell verfügbarer beschichteter Diamant verwendet wird, kann folglich eine Kornbenetzung und eine feste Lötbindung nur erzielt werden, indem unerwünscht große Mengen einer weiteren aktiven Komponente (beispielsweise mehr als 7 Gew.-%) mit in die Lötmischung aufgenommen werden.
Die aktiven Komponenten dieser Erfindung sind ausgewählt, um ein aktives Löten zu ermöglichen. Es sind vorzugsweise Metalle, die mit einer Bronzelegierung verträglich sind. Der Begriff "verträglich mit der Bronzelegierung" bedeutet, dass die aktiven Komponenten in der Lage sind, sich mit der Bronzelegierung während des Lötens zu vermischen. Die aktiven Komponenten sollten außerdem ein Element oder eine Verbindung umfassen, die in der Lage ist, mit dem superabrasiven Korn bei erhöhten Temperaturen bei oder unterhalb der Löttemperatur zu reagieren. Die aktive Komponente sollte vorzugsweise bei einem Diamantschleifmittel ein Carbid-bildendes Material und ein Nitrid-bildendes Material bei einem Schleifmittel aus kubischem Bornitrid sein. Die zweite aktive Komponente kann in chemischer Hinsicht dieselbe oder eine andere Komponente als die erste aktive Komponente sein.
Die aktiven Komponenten können in reiner Form vorliegen. So können beispielsweise Silizium, Chrom, Titan, Wolfram, Vanadium, Molybdänpulver und Mischungen hiervon verwendet werden. Übergangsmetalle werden bevorzugt und von diesen Metallen wird wiederum Titan bevorzugt. Die aktiven Komponenten können ebenfalls in einer Verbindung vorliegen, die während des Lötens zerfällt. Es kann beispielsweise Titanhydrid TiH₂ verwendet werden. TiH₂ ist bis ungefähr 500°C stabil und zerfällt oberhalb dieser Temperatur in Titan und Wasserstoff. Reines Titan reagiert bei niedriger Temperatur mit Wasser, um Titanoxid zu bilden, und erweist sich somit als nicht verfügbar, um Carbid oder Nitrid während des Lötens zu bilden, wenn Wasser anwesend ist. Deshalb ist TiH₂ eine geeignete erste Komponente zum Beschichten von superabrasivem Schleifmittel mit Titan, wenn während des Lötens Wasser anwesend sein kann, beispielsweise als Bestandteil des flüssigen Bindemittels. Wenn reines Titan verwendet wird, muss Sorgfalt geübt werden, um Titanmetallpulver mit größerer Partikelgröße (beispielsweise ungefähr höchstens 100 Mikrometer) und ein nicht wässeriges Bindemittelsystem auszuwählen, um frühzeitige Reaktion zwischen dem Titan und Sauerstoff oder Wasser oder Verbindungen anderer als der Carbid- oder Nitridbildner zu vermeiden.
Es kann ein flüssiges Bindemittel verwendet werden, um die erste Komponente an die superabrasiven Körner zu binden. Die Partikel der ersten aktiven Komponente und die superabrasiven Körner werden im allgemeinen in Verbindung mit dem flüssigen Bindemittel zusammengebracht. Zunächst liegt das Bindemittel in flüssiger Form vor. Das flüssige Bindemittel wird anschließend getrocknet, wodurch die Partikel an der Oberfläche der Körner klebend gebunden zurückgelassen werden. Das Trocknen wird typischerweise erzielt, indem ein flüchtiger Anteil des flüssigen Bindemittels beispielsweise durch Verdampfen einer flüchtigen Lösung entfernt wird.
Das flüssige Bindemittel kann durch seine Anfälligkeit hinsichtlich Trocknens charakterisiert werden. Das flüssige Bindemittel sollte vorzugsweise in der Lage sein, unterhalb der Verfallstemperatur der aktiven Komponenten in ihre reaktiven Zustände zu trocknen. Beispielsweise zerfällt Titanhybrid bei ungefähr 500°C in Titan. Das flüssige Bindemittel sollte daher in der Lage sein, unterhalb von ungefähr 450°C zu trocknen. Das flüssige Bindemittel sollte vorzugsweise in der Lage sein, unter Vakuumbedingungen zu trocknen. Es könnte erforderlich sein, das flüssige Bindemittel unter Ausschuss von Sauerstoff zu trocknen, um Oxidation der aktiven Komponenten zu verhindern, bevor sie mit dem superabrasivem Schleifmittel reagieren.
Das Bindemittel kann ferner durch die Fähigkeit charakterisiert werden, sauber zu verbrennen, das heißt vollständig die beschichteten Körner infolge Erhitzung unterhalb von Lötausbildungstemperaturen freizugeben, und vorzugsweise unterhalb der Temperatur der Reaktion zwischen der aktiven Komponente und dem superabrasiven Schleifmittel. Das flüssige Bindemittel sollte einen minimalen Rückstand hinterlassen und jeglicher solcher Rückstand sollte nicht signifikant mit der Bildung oder Funktion des Lötmittels in Wechselwirkung treten. Insbesondere sollten Kohlenstoffrückstände minimiert werden, um Konkurrenz mit dem Kohlenstoff oder Wasserstoff des superabrasiven Schleifmittels für die Reaktion mit der aktiven Komponente zu vermeiden.
Es ist eine Vielzahl von Bindemittelarten bekannt. Das Bindemittel kann beispielsweise ein flüssiges Vorpolymer sein, das bezüglich chemischer Härtung zu einer Polymermasse anfällig ist, die die Partikel an die Körner anhaftet. Das flüssige Bindemittel könnte eine hochsiedende Flüssigkeit oder eine Lösung eines Klebstoffs in einer flüchtigen Lösung sein. Geeignete flüssige Bindemittel sind kommerziell verfügbar. Typische pastenbildende Bindemittel, die für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Braz^TM-Binder Gel von der Firma Vitta Company und "S"-Bindemittel von der Wall Colmonoy Corporation, Madison, Heigths, Michigan.
Die erste aktive Komponente kann auf den superabrasiven Körnern auf verschiedene unterschiedliche Arten und Weisen abgelagert werden, wie beispielsweise mittels Sprayens, Malens, Tauchsputterns oder mittels Aufrakelns einer Mischung aus einem trockenen Pulver aus ersten aktiven Komponenten in flüssigem Bindemittel auf die Partikel; oder mittels anfänglichem Benetzen der superabrasiven Körner mit einem flüssigen Bindemittel und anschließendem Aufstreuen von aktivem Komponentenpulver auf das benetzte superabrasive Schleifmittel. Danach veranlasst das Trocknen des flüssigen Bindemittels die aktiven Komponentenpartikel an den Körnern anzuhaften. Die Viskosität des flüssigen Bindemittels wird im allgemeinen als nicht kritisch beurteilt. Die Herstellung von Mischungen aus ersten aktiven Komponenten und flüssigem Bindemittel zum Verteilen mittels Sprayens oder Malens oder ähnlicher Methoden könnte jedoch Viskositätsbeschränkungen begründen, die der Fachmann wohl erkennen würde.
Die erste aktive Komponente wird vorzugsweise als adhäsive Paste auf dem superabrasivem Schleifmittel aufgebracht. Die Paste stellt eine geeignete Form dar, um exakte Mengen aktiver Komponenten zu verteilen und trägt dazu bei, sicherzustellen, dass der Oberflächenbereich der superabrasiven Körner effektiv bedeckt wird. Ein Hauptteil von zumindest 50% des Oberflächenbereichs und vorzugsweise die gesamte Oberfläche sollte beschichtet sein, um das erwünschte Resultat zu erzielen. Die adhäsive Paste wird gebildet, indem ein feines Pulver aus der aktiven Komponente mit einem flüssigen Bindemittel gemischt wird. Das Bindemittel wird dem Pulver in einem wirksamen Verhältnis zugefügt, um eine viskose, klebrige pastenähnliche Konsistenz zu erzielen, die mit der von Zahnpasta vergleichbar ist, wobei die Viskosität der Paste jedoch nicht kritisch ist. Die adhäsive Paste wird ungefähr 30 bis ungefähr 90 Gew.-% der ersten aktiven Komponente umfassen und einen abgestimmten Anteil flüssigen Bindemittels. Der Fachmann wird in der Lage sein, optimale Verhältnisse für eine bestimmte Anwendung ohne ungebührliches Experimentieren genauer zu bestimmen. Das flüssige Bindemittel sollte mit den Partikeln der ersten aktiven Komponente vermischt werden, bis die Mischung homogen ist. Homogenität kann üblicherweise durch visuelle Beobachtung bestimmt werden. Zum Mischen kann irgendeines von verschiedenen Verfahren und bekannten Geräten zum Verarbeiten von Pasten verwendet werden, wie beispielsweise Rotationsmühlen, Wälzmühlen, und schaufeln-, balken- oder flügelbetriebenen Rührtanks.
Die erste aktive Komponente sollte in die adhäsive Paste vorzugsweise in feiner Pulverform eingearbeitet werden. Idealerweise sollte das Pulver leicht fließend sein. Die Pulverpartikel sollten klein genug sein, um eine dünne Schicht auf der Oberfläche der adhäsiven Partikel zu erzeugen. Wie bereits zuvor erwähnt wurde, sollte die Schichtdicke in erster Linie makromolekular sein, um sicherzustellen, dass genügend viele aktive Komponenten auf der Oberfläche der Körner während des Lötens vorhanden sind. Eine dicke Beschichtung kann jedoch die Lötmischung unnötigerweise mit überflüssigen aktiven Komponenten belasten, die dann verfügbar werden, um unerwünschte Mengen intermetallischer Bindungen während des Lötens zu bilden. Um die Bildung einer zu dicken Schicht zu vermeiden, weist eine bevorzugte maximale Partikelgröße des Pulvers der ersten aktiven Komponenten eine U.S. Standardmaschenweite von 325 (44 μm) auf, und ein bevorzugterer Bereich liegt zwischen 4 bis 44 μm. Ein wesentlicher Anteil des Pulvers der ersten aktiven Komponente sollte vorzugsweise eine Partikelgröße von zumindest ungefähr 4 bis 10 μm aufweisen. Die Partikelgröße der ersten aktiven Komponente und die Art des flüssigen Bindemittels sollte so ausgewählt werden, um nach der Trocknung eine Schichtdicke von ungefähr 4 bis 150 Mikrometer, vorzugsweise 4–50 Mikrometer zu erzielen.
Die Schleifkörner können aus Substanzen wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Wolframcarbid und dergleichen bestehen, die härter und somit attraktiv gegenüber Substanzen, die geschnitten werden, abrasiv sind. Bei Werkzeugen mit einer Einzelschicht sollte die Schleifsubstanz vorzugsweise ein superabrasives Schleifmittel wie beispielsweise Diamant, kubisches Bornitrid oder eine Mischung hieraus sein. Diamant wird in erster Linie zum Schneiden eisenfreier Materialien bevorzugt. Die Partikelgröße der Schleifkörner sollte im allgemeinen größer sein als die Größe der Pulverpartikel der ersten aktiven Komponente, d. h. größer als eine Maschenweite von 325 (44 Mikrometer), vorzugsweise größer als ungefähr eine Maschenweite von 140 (100 Mikrometer), und insbesondere größer als ungefähr eine Maschenweite von 60 (300 Mikrometer).
Solange die adhäsive Paste flüssig ist, wird sie mit Schleifkörnern vermischt, um die Körner zu benetzen. Das Ziel des Mischvorgangs besteht darin, die Pulverpartikel der klebrig gemachten aktiven Komponente innig mit den Schleifkörnern zu berühren, so dass die Körner in geeigneter Weise beschichtet werden. Dieses Mischen kann in standardisierten industriellen Breimischgeräten wie beispielsweise Trommelmühlen, Wälzmühlen und schaufeln-, balken- oder flügelbetriebenen Rührtanks erzielt werden. Das Mischen sollte vorzugsweise bei geringen Scherraten erfolgen, um das Einbinden von Blasen in die Mischung zu verhindern; um Wärmebildung zu verhindern, die die adhäsive Paste frühzeitig trocknen könnte; und um Verkleinerung der Schleifkörner zu vermeiden. Die Schleifpartikel können dem Mischbehälter für die adhäsive Paste direkt zugegeben werden, oder die adhäsive Paste und die Schleifpartikel können in separate Mischbehälter übertragen werden. Es sind andere Veränderungen wie beispielsweise Vormischen des flüssigen Bindemittels mit superabrasiven Körnern zulässig, um einen Brei zu bilden, gefolgt durch die Hinzugabe von Pulver erster aktiver Komponenten zu dem Brei; und Kombinieren eines flüssigen Bindemittels/superabrasiver Kornschlämme mit einer Paste aus flüssigem Bindemittel/ersten aktiven Komponenten. Die Mischreihenfolge der Zutaten ist somit nicht kritisch, vorausgesetzt, dass eine gleichmäßige Konzentration einer innigen Mischung der Körner, der Partikel und des flüssigen Bindemittels erzielt wird. Der Benetzungsgrad der adhäsiven Körner kann mittels visueller Beobachtung überwacht werden. Das heißt, die Schleifkörner werden in der Paste gut durchgemischt erscheinen, und es werden allenfalls einige wenige Klumpen aus Schleifkornansammlungen vorhanden sein.
Es sollte eine ausreichende Menge adhäsiver Paste mit Schleifkörnern vermischt werden, um zumindest einen Hauptteil des Oberflächenbereichs der Körner zu benetzen. Die obere Grenze die Paste in der Mischung ist nicht kritisch, jedoch kann überschüssige Paste eine unnötig dicke Schicht aus ersten Komponenten auf der Oberfläche der Körner nach dem Trocknen des flüssigen Bindemittels zurücklassen. Wie zuvor dargestellt wurde, stellt eine sehr dicke Schicht gesonderte aktive Komponenten der Lötmischung bereit und neigt dazu, unerwünschte intermetallische Formationen zu begünstigen. Ein Hauptteil der Oberfläche der abrasiven Körner wird vorzugsweise nach dem Trocknen mit dem Pulver der ersten aktiven Komponente beschichtet. Der Gewichtsprozentsatz der Beschichtung auf Basis eines Diamantgewichts beträgt nach dem Trocknen 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 5 bis 15 Gew.-%.
Nachdem die Paste innig mit den abrasiven Körnern vermischt wurde, wird das flüssige Bindemittel getrocknet. Die Bezeichnung "getrocknet", wie sie für die adhäsive Paste verwendet wird, bedeutet, dass die Paste aus dem nassen Zustand in den trockenen Zustand umgewandelt wird, wobei die Pulverpartikel der ersten aktiven Komponente veranlasst werden, auf der Oberfläche der abrasiven Körner mechanisch gebunden zu werden. Die Trocknungsbedingungen sind stark von der Art des verwendeten flüssigen Bindemittels abhängig. Das Trocknen kann beispielsweise erzielt werden, indem ein flüssiges Vorpolymer, das ein flüssiges Bindemittel umfasst, polymerisiert wird. Gewisse flüssige Bindemittel, die einen flüchtigen flüssigen Anteil und einen adhäsiven Anteil umfassen, können getrocknet werden, indem der flüssige Anteil verdampft wird, so dass ein Rückstand zurückbleibt, der die Pulverpartikel an die abrasiven Körner bindet. Die Verdampfung kann erzielt werden, indem die mit adhäsiver Paste benetzten abrasiven Körner bis zu einer erhöhten Temperatur unterhalb der Löttemperatur erhitzt werden. Die Verdampfungstemperatur sollte ebenfalls unterhalb der Zerfallstemperatur der ersten aktiven Komponente liegen. Wenn beispielsweise TiH₂ die aktive Komponente ist, sollte die Verdampfung unterhalb von ungefähr 450°C unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, das heißt ohne Sauerstoff. Idealerweise sollte die Verdampfungstemperatur im Bereich zwischen 50–300°C und insbesondere vorzugsweise im Bereich von ungefähr 50–250°C liegen. Die Verdampfung kann in einem herkömmlichen Trocknungsgerät wie beispielsweise einem Tiegel, einem schalenförmigen Bewegtbett oder einem Durchlaufbandofen, Trocknungsofen und Trocknern erfolgen. Das Trocknen und die getrockneten Schleifkörner sollten nicht stark bewegt werden, um zu verhindern, dass sich die Pulverpartikel der ersten aktiven Komponente von den Schleifkörnern trennen. Um die Ablagerung beschichteter Körner auf dem Schleifwerkzeug zu erleichtern, sollten die beschichteten Körner leicht fließend sein. Einige Trocknungsverfahren werden beschichtete Körner in bröckeligen Klunkern erzeugen. Daher kann eine sanfte Bewegung notwendig sein, um die Anhäufungen aufzulösen.
Die neuen beschichteten Schleifkörner können verwendet werden, um eine Vielzahl von Schleifwerkzeugen herzustellen. Die superabrasiven Körner, die gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet wurden, sind besonders zur Herstellung von Schleifgeräten mit einer Einzelschicht geeignet. Im allgemeinen kann ein herkömmliches Werkzeugfertigungsverfahren mit der zusätzlichen Vorsichtsmaßnahme verwendet werden, dass die beschichteten Körner nicht zu stark bewegt oder andersartig in einer Weise durcheinander gebracht werden sollten, die wahrscheinlich die Beschichtung von den Körnern vor dem Löten entfernen würde.
Die Lötmischung, die in Verbindung mit den neuen superabrasiven Körnern zur Herstellung eines Schleifwerkzeuges mit einer Einzelschicht verwendet werden kann, umfasst eine Bronzelegierung und eine zweite aktive Komponente. Vorzugsweise liegt sowohl die Bronzelegierung als auch die zweite aktive Komponente in Partikelform vor. Zur Erleichterung der Handhabung kann die Lötmischung zusätzlich ein flüssiges Bindemittel in einem Verhältnis umfassen, das wirksam ist, um eine Paste zu erzeugen. Die physikalischen Eigenschaften der Lötmischungspaste sind ähnlich wie die der adhäsiven Paste.
Die Bronzelegierung ist eine einfache Kupfer/Zinnmischung, die im wesentlichen aus ungefähr 10–30 Gew.-% Zinn und einem entsprechenden Anteil aus Kupfer besteht. Mit "besteht im wesentlichen aus" ist gemeint, dass die Bronzelegierung ebenfalls unterschiedliche Mengen zusätzlicher Elemente umfassen kann, die im allgemeinen zur Funktionalität der Lötmischung beitragen, ohne die Funktionsfähigkeit der vorliegenden Erfindung zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Bronzelegierung Silber, Nickel, Kohlenstoff, Indium und Mangan umfassen. Diese zusätzlichen Elemente können der Bronze vorlegiert präsentiert werden, oder sie können als diskrete Komponenten der Lötmischung zugefügt werden. Jedes zusätzliche Element liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,2 bis ungefähr 20 Gewichtsteilen (pbw) pro 100 pbw von Kupfer plus Zinn, und die Gesamtmenge wird normalerweise weniger als die Hälfte der Lötmischung darstellen.
Einige der zweiten aktiven Komponenten können optional in die Lötmischung mit der Bronzelegierung eingebracht werden. Das bedeutet, dass die Bronzelegierung, die weniger Anteile aktiver Elemente wie beispielsweise Titan, Zirkonium, Wolfram und Molybdän umfasst, verwendet werden kann. Die Konzentration jeder aktiven Komponente in der Bronzelegierung wird vorzugsweise weniger als ungefähr 3 pbw pro 100 pbw der Gesamtmenge an Kupfer und Zinn in der Bronze betragen.
Die Bronzelegierung und die zweiten aktiven Komponenten werden vorzugsweise als grobes Pulver bereitgestellt. Die Partikelgröße eines solchen Pulvers ist im allgemeinen größer als die Größe des feinen Pulvers der ersten aktiven Komponente. Das heißt, dass die nominale Partikelgröße des groben Pulvers zumindest ungefähr 10 μm betragen sollte. Mit "nominale Partikelgröße" ist gemeint, dass die groben Pulverpartikel kleiner sein können als 10 μm, und gar so klein wie ungefähr 5 μm. Die maximale Größe der groben Pulverpartikel wird primär durch die Schmelzcharakteristik der Lötmischung bestimmt. Vorzugsweise sollte die Größe zumindest eine U.S. Standardmaschenweite von 325 (44 μm) aufweisen.
Das flüssige Bindemittel stellt ein Medium zur Herstellung einer homogenen Mischung des groben Pulvers dar. Es stellt ebenfalls ein geeignetes Mittel zum Handhaben dieser Pulver dar. Das flüssige Bindemittel sollte ausreichend flüchtig sein, um im wesentlichen vollständig zu verdampfen und/oder während des Lötens zu verbrennen, ohne dabei einen Rückstand zu hinterlassen, der mit der Entstehung oder Funktion der Lötung in Wechselwirkung treten könnte. Das flüssige Bindemittel wird vorzugsweise unterhalb von ungefähr 400°C entfernt. Die flüssige Flüchtigkeit sollte niedrig genug sein, so dass die Bindungsmischung bei Raumtemperatur flüssig und für eine angemessene Arbeitszeit klebrig bleibt. Es ist wünschenswert, dass die Arbeitszeit ausreichend lang ist, um die Lötmischung und das abrasive Schleifmittel auf den Kern aufzubringen, und um die Werkzeuge zum Löten herzurichten. Die Trocknungszeit sollte vorzugsweise geringer als ungefähr 1–2 Stunden sein. Insbesondere kann das flüssige Bindemittel praktisch vollständig aus der Bindungsmischung während einer Trocknungszeit von ungefähr 5–20 Minuten bei ungefähr 50–300°C verdampft werden.
Kommerziell erhältliche Materialien wie beispielsweise Braz-Binder Gel von der Vitta Company und "S" Bindemittel der Wall Colmonoy Corporation kann gemäß der vorliegenden Erfindung als flüssiges Bindemittel ausgewählt werden. Lucanex^TM Bindemittel der Firma Lucas Company kann ebenfalls verwendet werden. Es wird als Paste bezogen, das bereits vom Anbieter mit Bronzelegierung und zweiten aktiven Komponenten gemischt ist.
Viele derselben gut bekannten Brei- und Pastenverarbeitungsverfahren, die bereits oben erläutert wurden wie beispielsweise Rotationsmahlen, Wälzmahlen und Mischen können verwendet werden, um die Komponenten der Lötmischung zu mischen. Die Reihenfolge, in der die Pulver und das flüssige Bindemittel gemischt werden, ist unkritisch. Die Lötmischung wird ungefähr 0,5–7 pbw der zweiten aktiven Komponente pro 100 pbw der Gesamtmenge an Kupfer und Zinn der Bronzelegierungskomponente enthalten, vorzugsweise ungefähr 0,5–3 pbw und insbesondere vorzugsweise 0,5–2 pbw. Das Beschichten der ersten aktiven Komponente fügt nur sehr wenig zu der Gesamtmenge der aktiven Komponente in der neuen Bindung hinzu. Zum Vergleich sei angemerkt, dass herkömmliche Metalllötmischungen für Schleifwerkzeuge mit einer Einzelschicht üblicherweise soviel wie ungefähr 10 pbw der aktiven Komponente enthalten. Die hohe Konzentration der aktiven Komponente war erforderlich, um superabrasive Körner ausreichend zu benetzen, um eine feste Bindung herzustellen. Die vorliegende Erfindung weist jedoch den Vorteil auf, dass wesentlich weniger aktive Komponenten vorhanden sein müssen, um eine hervorragende Benetzung der Körner hervorzurufen. Diese geringeren Anteile führen dazu, dass weniger aktive Komponenten verfügbar sind, um intermetallische Phasen zu bilden, die die Bindung zwischen dem abrasiven Schleifmittel und dem Kern schwächen und die nachteilig die Fähigkeit beeinflussen, Lötmischung von abgenutzten Werkzeugen abzulösen.
Die Lötmischung kann auf eine Funktionsoberfläche des Kerns mittels einer beliebigen bekannten Technik aufgetragen werden wie beispielsweise Streichen, Besprühen, Aufrakeln oder Eintauchen der Oberfläche des Werkzeugs in die Paste. Beispielsweise kann die Lötmischung auf den Kern unter Zuhilfenahme einer Drehmaschine aufgetragen werden. Die Lötmischung sollte auf den Kern aufgetragen werden, um eine Bindung mit effektiver Tiefe zu bilden. Daher wird die Dicke der Beschichtung der Lötmischung ausreichend groß sein, um es der Lötung zu ermöglichen, während des Lötvorgangs die abrasiven Körner zu umgeben und zumindest teilweise einzubinden. Anschließend wird eine Schicht von neuen beschichteten abrasiven Körnern auf der Schicht der Lötmischung abgelagert. Die abrasiven Körner können einzeln angeordnet oder in einer Art und Weise gestreut werden, um eine gleichmäßige Verteilung über die Schneidfläche hinweg zu erzielen. Die abrasiven Körner werden in einer Einzelschicht abgelagert, d. h. im wesentlichen ein Korn dick. Es kann erforderlich sein, das vorgeheizte Werkzeug zu schütteln, zu klopfen oder umzukehren, um überschüssige Körner zu entfernen.
Die abrasiven Körner werden an dem Kern mittels Lötens befestigt. Hierbei können gewöhnliche Lötverfahren und Vorrichtungen verwendet werden. Der Lötschritt umfasst im allgemeinen das Erhitzen der Anordnung aus abrasiven Körnern, die in die Lötmischung eingebettet sind, welche auf dem Kern verteilt ist. Die Temperatur der Anordnung wird gemäß einem vorgewählten Zeit-Temperaturprogramm erhöht. Bei nur wenig erhöhten Temperaturen, das heißt unterhalb von ungefähr 400–600°C verdampfen und/oder verbrennen die Rückstände der flüchtigen und brennbaren Fraktionen des flüssigen Bindemittels. In ähnlicher Weise fackelt bei diesen Temperaturen der Anteil des flüssigen Bindemittels der Lötmischung ab. Außerdem zerfallen bei diesen Temperaturen Verbindungen mit reaktiven Ionen enthaltenden aktiven Komponenten, um das reaktive Ion freizusetzen. Beispielsweise zerfällt Titanhydrid in reines Titan und Wasserstoff. Die Temperatur wird bis zu dem Bereich von ungefähr 800–950°C weiter erhöht, in dem das aktive Löten der Bronzelegierung und der aktiven Komponenten erzeugt wird, um das superabrasive Schleifmittel an den Kern zu binden. Die Dauer der Aussetzung verschiedener Temperaturen kann gewählt werden, um den Lötvorgang zu optimieren. Der Fachmann sollte ohne unangemessenes Experimentieren in der Lage sein, geeignete Zeit- und Temperaturbedingungen herauszufinden.
Diese Erfindung wird nun mit Hilfe von Beispielen gewisser repräsentativer Ausführungsformen erläutert, wobei alle Teile, Verhältnisse und Prozentsätze bezüglich des Gewichts angegeben sind, wenn nicht etwas anderes gesagt wird. Alle Gewichtseinheiten und Maße, die ursprünglich nicht in SI-Einheiten vorlagen, wurden in SI-Einheiten konvertiert.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Es wurde eine Paste gebildet, indem 80 Gewichtsanteile TiH₂-Pulver (Firma Cerac Company, Milwaukee, Wisconsin) und 20 Gewichtsanteile des Vitta Braz-Bindemittel Gels (Vitta Corporation, Bethel, Connecticut) gemischt wurden. Die nominale Partikelgröße des TiH₂-Pulvers besaß eine U.S.-Standardmaschenweite von 325 (44 μm), jedoch betrug die tatsächliche maximale Partikelgröße ungefähr 10 μm. Die Zutaten wurden in einen Schmelztiegel gegeben und mit einem Spachtel von Hand durchmischt, bis die Paste eine weiche Konsistenz besaß. Der Paste wurden natürliche Diamantkristalle mit einer nominalen U.S. Standardmaschenweite von 25 (0,707 mm) hinzugefügt, und weiter mittels Rührens vermischt. Nachdem die Diamanten gründlich mit der TiH₂-Paste benetzt waren, wurde die Diamantmischung 2 Stunden lang bei 200°C ofengetrocknet. Das Bindemittel war nach dem Trocknen vollständig verdampft.
BEISPIELE 2–6 UND VERGLEICHSBEISPIELE 1–3
Die Fähigkeit verschiedener Lötmischungen Diamantkristalle gemäß Bsp. 1 zu verlöten, wurde in einer Reihe von Löttestversuchen ermittelt, die unter Bezugnahme auf die Tabelle I beschrieben sind. Diamantkristalle mit TiH₂-Pulverbeschichtung wurden, wie in Bsp. 1 beschrieben, vorbereitet. Im Vgl. Bsp. 2 waren die Diamantkristalle nicht beschichtet. Es wurde ein Lötmischung vorbereitet, indem ein Kupfer-Zinn-Bronzelegierungspulver (U.S. Standardmaschenweite < 325) und TiH₂-Pulver (tatsächliche maximale Partikelgröße 44 μm) in Verhältnissen gemäß der Tabelle I zusammen mit Vitta Braz-Bindemittel Gel vermischt wurde. Die Mischung enthielt 20 Gew.-% flüssiges Bindemittel und 80 Gew.-% Feststoffe. Die Lötmischungen wurden gemischt, indem sie etwa zehn Minuten lang von Hand verrührt wurden, um eine viskose Paste gleichmäßiger Konsistenz zu bilden. Eine Schicht aus Lötmischung wurde mit einer Tiefe von 6 mm auf den Oberseiten flacher, ungefähr 10 mm breiter schmiedeeisernen Presslingblöcken aufgetragen.
Auf den Lötmischungen wurden Diamantkristallgruppen aufgebracht und die Blöcke wurden bis zu den angezeigten Löttemperaturen solange erhitzt, wie in der Tabelle I gezeigt ist. Unter diesen Lötbedingungen schmolzen alle Lötlegierungsmischungen um die Diamantkristalle. Die Beschaffenheit der Bindung zwischen dem Diamant und der Lötung wurde mittels visueller Überprüfung beobachtet.
Im Vgl. Bsp. 1 benetzte die Lötlegierung nicht die Oberfläche der Diamanten und die Kristalle blieben in sehr flachen Senken der gelöteten Mischung zurück. Diese Struktur stellte keine feste Bindung zur Verfügung. Im Gegensatz dazu bildeten die gelöteten Mischungen der Bsp. 2–4 um jedes Diamantkorn eine ausreichende Kuppe und die Körner waren tief in der Lötung eingebettet. Diese Morphologie zeigt, dass die gelöteten Diamanten fest auf ein Schleifwerkzeug mit einer Einzelschicht gebunden sind. Diese Beispiele zeigen außerdem, dass bereits ein sehr kleiner Anteil einer zweiten aktiven Komponente in der Lötmischung in der Lage ist, die gelötete Mischung mit beschichteten Diamantkörnern verträglich zu machen. Obwohl zumindest 1,5 Gewichtsanteile (pbw) als ausreichend dargestellt sind, kann ein kleinerer Anteil wie ungefähr 0,5 pbw geeignet sein. Wie außerdem aus dem Vgl. Bsp. hervorgeht, benetzte die Lötmischung mit einer niedrigen Titankonzentration unbeschichteten Diamanten nicht ausreichend. Bsp. 3 zeigt jedoch, dass eine mechanisch gebundene Schicht einer ersten aktiven Komponente dasselbe 2 pbw Titan in der Lötmischung veranlasst, Diamantkristalle vollständig zu benetzen.
TABELLE I
Die Löttestversuche wurden mit einer anderen Bronzelegierung wiederholt, die gemäß den Beispielen 5 bis 6 und Vgl. Bsp. 3 Silber enthielt. Jede Lötmischung enthielt 2 pbw TiH₂. Die erste aktive Komponente in Bsp. 6 bestand aus reinem Titanpulver von der Firma Cerac Company, Milwaukee, Wisconsin, mit einer U.S. Standardmaschenweite von < 325 (< 44 μm). In den Beispielen 5 und 6 bildete die Lötmischung um die Diamantkristalle herum einen Miniskus, wohingegen dies die identische Lötmischung in Vgl. Bsp. 3 nicht tat. Diese Versuche belegen, dass das Beschichten der Diamantkörner deutlich die Verträglichkeit zwischen dem Diamant und der Lötmischung verbessert. Außerdem zeigt Bsp. 6, dass reines Titanpulver eine wirkungsvolle erste aktive Komponente ist.
BEISPIEL 7 UND VERGLEICHSBEISPIEL 4
Es wurden zusätzliche Löttests wie zuvor beschrieben mit den folgenden Veränderungen durchgeführt: In Bsp. 7 wurde 68 Gew.-% TiH₂-Pulver mit 32 Gew.-% geschütztem "S"-Bindemittel der Wall Colmonoy Corporation vermischt, um eine breiige Paste zu bilden. Die Paste wurde mit Diamantkristallen mit einer Partikelgröße mit einer U.S. Standardmaschenweite von 20/30 gemischt, d. h. zwischen 0,841 und 0,595 mm, um den Diamant zu benetzen. Die Mischung wurde 2 h lang bei 175°C ofengetrocknet, um das "S"-Bindemittel vollständig zu verdampfen. Danach wurden die beschichteten Diamanten und eine Kontrollmenge unbeschichteter Diamanten gemäß Vgl. Bsp. 4 unter Verwendung der Lötmischung und den in der Tabelle II dargestellten Bedingungen verlötet. Die Wirksamkeit der daraus resultierenden gelöteten Mischung wurde mittels visueller Überprüfung beobachtet. Der Versuch zeigte, dass TiH₂ mit 2 pbw, das in der Lötmischung enthalten war, die gelötete Mischung nicht dazu veranlasste, die unbeschichteten Diamanten sehr gut zu benetzen. Im Gegensatz dazu wurden die beschichteten Diamantkristalle mit derselben Lötlegierung gut benetzt. Ausgehend von diesem Versuch kann weiterhin geschlossen werden, dass das "S"-Bindemittel von Wall Colmonoy ein wirksames flüchtiges flüssiges Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung sein kann.
TABELLE II
VERGLEICHSBEISPIELE 5–6
Die Löttests gemäß Bsp. 7 wurden mit dem Unterschied wiederholt, dass zwei Arten kommerziell erhältlichem, mit Titan beschichtetem Diamant durch mechanisch beschichteten Diamant ersetzt wurde. Im Vgl. Bsp. 5 wurden synthetische Diamanten mit einer Partikelgröße mit einer U.S. Standardmaschenweite von 25/30 (0,707–0,595 mm) von der Firma General Electric Company verwendet. Die Diamanten im Vgl. Bsp. 6 besaßen eine Partikelgröße mit einer U.S. Standardmaschenweite von 40/50 (0,42–0,297 mm) von DeBeers. Die Titanbeschichtung auf dem DeBeers Diamanten betrug 0,5 Gew.-% und der Anteil des Titans auf den Diamanten von General Electric ist unbekannt, jedoch wurde geschätzt, dass die Beschichtung weniger als 1 Mikrometer dick ist. Der Lötvorgang wurde mit den in Tabelle II dargestellten Mischungen und Bedingungen vervollständigt.
Die Lötungen benetzten keine der kommerziell beschichteten Diamantproben. Obwohl man es nicht gewiss weiß, wird vermutet, dass die vergleichsweise dünne Titanbeschichtung auf den kommerziellen Diamanten durch chemische oder physikalische Dampfablagerung oder ein ähnliches direktes Bindungsverfahren hergestellt wird. Solche Verfahren erzeugen Beschichtungen molekularer Dicke. Diese extrem dünnen Beschichtungen veranlassen die Lötmischungen nicht dazu, den Diamanten zu benetzen. Es wird vermutet, dass es den kommerziell Titan beschichteten Diamanten in der Beschichtung an ausreichend unverbrauchtem Titan mangelt, um die Lötmischungen dazu zu veranlassen, den Diamant zu beschichten.
Obwohl spezifische Ausgestaltungen der Erfindung zur Darstellung in den Beispielen ausgewählt wurden, und obwohl die vorangehende Beschreibung zur Beschreibung dieser Ausgestaltung der Erfindung in speziellen Begriffen gefasst ist, beabsichtigt diese Beschreibung nicht, den Bereich der Erfindung zu begrenzen, der durch die Ansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Schleifwerkzeuges mit Metallkern, umfassend die Schritte: Mischen einer ersten aktiven Pulverkomponente, die aus der Gruppe bestehend aus reinem Titan und Titanhydrid ausgewählt ist, und einer effektiven Menge eines flüssigen Bindemittels zu einer gleichmäßigen Mischung zur Bildung einer adhäsiven Paste; Mischen superabrasiver Körner, von denen jedes einen Oberflächenbereich besitzt, mit einer effektiven Menge der adhäsiven Paste, um einen Hauptteil des Oberflächenbereichs der superabrasiven Körner mit der Paste zu benetzen; Trocknen des flüssigen Bindemittels durch Erhitzen der benetzten superabrasiven Körner auf ungefähr 50°C–300°C, bis die Flüssigkeit in dem Bindemittel verdampft, wodurch beschichtete superabrasive Körner hergestellt werden, die eine mechanisch gebundene Oberflächenbeschichtung aus der ersten aktiven Pulverkomponente in der Dicke > 1 Mikrometer besitzen; Beschichten einer Funktionsoberfläche des Kerns mit einer effektiven Menge einer Lötmischung, die eine zweite aktive Komponente umfasst; Ablagern einer Einzelschicht aus beschichteten superabrasiven Körnern in der Lötmischung auf der Funktionsoberfläche des Metallkerns; Erwärmen des beschichteten Metallkerns unter einer inerten Atmosphäre, um im Wesentlichen alles flüssige Bindemittel zu entfernen; und Verlöten der beschichteten superabrasiven Körner auf dem Kern bei einer Temperatur von wenigstens 700°C, um eine Reaktion zwischen den superabrasiven Körnern, der ersten aktiven Komponente und der zweiten aktiven Komponente zu bewirken.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die beschichteten superabrasiven Körner eine Oberflächenbeschichtung aus der ersten aktiven Pulverkomponente in der Dicke von ungefähr 4 bis 150 Mikrometer besitzen.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die erste aktive Pulverkomponente eine Partikelgröße von ungefähr 4 bis 44 mm aufweist.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei das Superschleifmittel aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt wird.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die zweite aktive Komponente in der Lötmischung in Form eines Pulvers mit einer Partikelgröße im Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 150 mm vorliegt.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die zweite aktive Komponente ein Metall umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Titan, Silizium, Chrom, Wolfram, Vanadium, Molybdän, Hafnium, Eisen, Zirkonium und reaktive Verbindungen und Mischungen hiervon ausgewählt ist.
Erfindung nach Anspruch 6, wobei die zweite aktive Komponente aus der Gruppe bestehend aus reinem Titan und Titanhydrid ausgewählt ist.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Lötverbindung umfasst: 100 Gewichtsanteile eines groben Pulvers aus einer Bronzelegierung bestehend im Wesentlichen aus ungefähr 10–30 Gewichtsprozent Zinn und einer komplementären Menge Kupfer; ungefähr 0,5–7 Gewichtsanteile eines groben Pulvers einer zweiten aktiven Komponente; und ungefähr 15 bis 30 Gewichtsanteile eines flüssigen Bindemittels.
Erfindung nach Anspruch 8, wobei die Gesamtmenge aus erster aktiver Komponente und zweiter aktiver Komponente weniger ist als ungefähr 5 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteile der Bronzelegierung.
Erfindung nach Anspruch 8, wobei die zweite aktive Komponente ungefähr 0,5 bis 3 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteile Bronzelegierung beträgt.
Erfindung nach Anspruch 8, wobei der Lötvorgang ausgeführt wird durch Erwärmen des beschichteten Metallkerns auf eine Temperatur von 750°C bis 950°C für fünf bis 30 Minuten unter einer nicht oxydierenden Atmosphäre.
Schleifwerkzeug umfassend: einen Metallkern, der eine Funktionsoberfläche aufweist, und eine die Dicke einer Einzelschicht von Körnern aufweisende Lage aus superabrasiven Körnern, die auf der Funktionsoberfläche aufgelötet sind, wobei jedes Korn mit einer makromolekularen Dicke aus einer ersten aktiven Pulverkomponente beschichtet ist, die aus der Gruppe bestehend aus reinem Titan und Titanhydrid ausgewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste aktive Komponente ausschließlich mechanisch mit den superabrasiven Körner verbunden ist, bevor sie verlötet werden durch Erwärmen der beschichteten superabrasiven Körner auf ungefähr 50°C–300°C bis irgendwelche Flüssigkeit auf den beschichteten superabrasiven Körnern verdampft, und eine Lötmischung auf der Funktionsoberfläche, die das verlötete Produkt einer Lötmischung ist, die enthält: ungefähr 100 Gewichtsanteile einer Bronzelegierung bestehend im Wesentlichen aus ungefähr 10–30 Gewichtsprozent Zinn und einer komplementären Menge Kupfer, und ungefähr 0,5–7 Gewichtsanteile eines Pulvers einer zweiten aktiven Komponente.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, wobei das Superschleifmittel aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, wobei die zweite aktive Komponente ein Metall umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Titan, Silizium, Chrom, Wolfram, Vanadium, Molybdän, Hafnium, Eisen und Zirkonium und reaktive Verbindungen und Mischungen hiervon ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, wobei die erste aktive Komponente und die zweite aktive Komponente chemisch identisch sind.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, wobei die Gesamtmenge aus erster aktiver Komponente und zweiter aktiver Komponente höchstens ungefähr fünf Gewichtsanteile der Lötmischung ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 12, wobei die zweite aktive Komponente in der Lötmischung ungefähr 0,5 bis 3 Gewichtsanteile beträgt.
Beschichtetes Schleifgut, das zum Verlöten mit einem Kern eines metallenen, eine einzige Schicht aufweisenden Schleifwerkzeuges geeignet ist, wobei das beschichtete Schleifgut superabrasive Körner umfasst, wobei jedes Korn mit einer ersten aktiven Pulverkomponente, die aus der Gruppe bestehend aus reinem Titan und Titanhydrid ausgewählt ist, mit einer makromolekularen Dicke von ungefähr 4 bis 150 Mikrometer beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ausschließlich mechanisch mit dem Korn verbunden ist, und zwar durch ein Verfahren, das die Schritte umfasst: Vermischen eines Pulvers aus einer ersten aktiven Komponente und einer effektiven Menge eines flüssigen Bindemittels zu einer gleichmäßigen Mischung, um eine adhäsive Paste herzustellen; Mischen superabrasiver Körner, von denen jedes einen Oberflächenbereich besitzt, mit einer effektiven Menge der adhäsiven Paste, um zumindest einen Hauptteil des Oberflächenbereichs der superabrasiven Körner mit der Paste zu benetzen; Trocknen des flüssigen Bindemittels durch Erhitzen der benetzten superabrasiven Körner auf ungefähr 50°C–300°C bis die Flüssigkeit in dem Bindemittel verdampft.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 18, wobei die Beschichtung der ersten aktiven Pulverkomponente ungefähr 5 bis 50 Gewichtsprozent des superabrasiven Korns beträgt.
Erfindung nach Anspruch 18, wobei das Pulver der ersten aktiven Komponente eine Partikelgröße von ungefähr 4 bis 44 Mikrometer aufweist.
Erfindung nach Anspruch 18, wobei das Superschleifmittel aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt ist.