EP0558869A1 - Gegenstand mit einer Abrasionsfläche und Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes - Google Patents

Gegenstand mit einer Abrasionsfläche und Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes Download PDF

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EP0558869A1
EP0558869A1 EP92810155A EP92810155A EP0558869A1 EP 0558869 A1 EP0558869 A1 EP 0558869A1 EP 92810155 A EP92810155 A EP 92810155A EP 92810155 A EP92810155 A EP 92810155A EP 0558869 A1 EP0558869 A1 EP 0558869A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hard material
material elements
elements
carrier matrix
end sections
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92810155A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Walter Dr. Schläpfer
Giorgio Arnosti
Fritz Staub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer AG, Gebrueder Sulzer AG filed Critical Sulzer AG
Priority to EP92810155A priority Critical patent/EP0558869A1/de
Publication of EP0558869A1 publication Critical patent/EP0558869A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/01—Specific tools, e.g. bowl-like; Production, dressing or fastening of these tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/06—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental
    • B24D5/063—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental with segments embedded in a matrix which is rubbed away during the grinding process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/06—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental
    • B24D7/063—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental with segments embedded in a matrix which is rubbed away during the grinding process

Definitions

  • the invention relates to an object with an abrasion surface, which is essentially determined by ends of hard material elements embedded in the carrier matrix, distributed over a defined surface area and protruding from a carrier matrix.
  • the invention further relates to a method for producing the object.
  • an object of the type mentioned is known in the form of a foil-like metal strip, in which hard material elements in the form of elongated crystals in a metal matrix are primary precipitates from the melt, predominantly near the surface of the at least partially amorphously solidified metal strip enrich.
  • the hard metal crystals the length of which is greater than the strip thickness and / or which are arranged closer to the free surface of the metal matrix, are more or less far above the basic level the surface in front if they are erected before the metal matrix melts.
  • the tips of these crystals are held in collar-like elevations in the metal matrix, which prevent them from breaking out of the metal matrix.
  • the known metal strip is characterized by good anchoring of the hard material crystals formed, for example, by metal borides, carbides or oxides and can accordingly be designed with an abrasion surface of great hardness, the roughness of which is due to the density of the ends of the hard material crystals protruding from the metal matrix is determined.
  • this density can be, for example, approximately 20% of the surface of the metal strip, which limits the area of application of the known metal strip accordingly.
  • the invention has for its object to provide a particularly improved in this regard, suitable for an expanded field of application object of the type mentioned, in which the hard material elements forming the abrasion surface are arranged in a higher density than in previous designs.
  • the hard material elements are designed in the form of rod-like fibers arranged next to one another in the carrier matrix, each of which is oriented transversely to the abrasion surface at a predetermined, essentially the same angle.
  • the embodiment according to the invention allows the ends of the hard material elements protruding from the carrier matrix to be arranged in a density which is at least 40% of the defined surface of the carrier matrix.
  • the object designed according to the invention is therefore a tool for the fine machining of hard, brittle materials, For example, for grinding in the micrometer or nanometer range ("micro / nanocutting” or “grinding"), which, in particular when processing optical lenses and mirrors, ensures the high quality of the surface to be processed, which is required for such applications.
  • the crystals can be solidified by metallurgically bound precipitates from the alloy by means of their longitudinal extension be formed according to solidified molded part. This allows the hard material crystals to be arranged in a relatively high density, e.g. 70% of the defined surface area, and thus an optimal abrasion surface for the described applications, can be achieved.
  • a method for producing the article according to the invention is that a multiphase body is produced which contains hard material elements in the form of juxtaposed, rod-like fibers in a carrier matrix made of a relatively soft base material, each of which in the carrier matrix at a predetermined angle transverse to one are defined, and that a layer of predetermined thickness is removed from the carrier matrix surrounding the end sections of the hard material elements on this surface section.
  • the method according to the invention permits the production of processing tools with any freely selectable free length of the end sections projecting over the carrier matrix the hard material elements and thus enables a targeted influencing of shape and quality, for example flatness or a certain curvature, of the abrasion surface formed by the end faces of the end sections.
  • the tool part 1 can consist of an alloy which is a metal from the group of the elements iron, cobalt, nickel, copper, zinc, aluminum, manganese or a combination of these elements and Contains metalloid from the group of the elements boron, carbon, nitrogen, oxygen, silicon, phosphorus or from a combination of these elements and an element from groups IV A, VA or VI A or a combination of these elements.
  • the carrier matrix 4 of the tool part 1 can consist of the metal of the alloy, the hard material elements 5 being formed by elongated, stem-shaped hard material crystals running parallel to one another, which penetrate the carrier matrix 4 over their thickness and with free-standing end sections 5a over an upper one Protruding the base area 4a of the carrier matrix 4.
  • these hard material crystals can be formed by metal borides, carbides, nitrides, oxides, silicides, phosphides or corresponding compounds.
  • the hard material crystals can consist of chromium carbide and the carrier matrix 4 can consist of cobalt.
  • the tool part 1 can be made from a disk-like length section 6 of a multiphase body 7 with any cross section, in the example shown a cylindrical molded part, which is produced from the melt of one of the aforementioned alloys and in a manner known per se -
  • a cylindrical molded part which is produced from the melt of one of the aforementioned alloys and in a manner known per se -
  • solidified crystals grow in the form of parallel fibers embedded in the relatively soft carrier matrix 4, which penetrate the multiphase body (molded part) 7 over its entire length.
  • the disc-like length section 6 can be separated from the multi-phase body 7 by a cross-section, as shown in the illustration, at right angles to the fibers of the hard material elements 5 and, if necessary, additionally processed, e.g. be ground to a smaller thickness or be executed with a defined surface of predetermined shape and / or flatness.
  • an etching process e.g.
  • Deep etching, or another selective ablation process which attacks the metal of the carrier matrix 4, but not the hard material elements 5, removes a layer of the carrier matrix 4 surrounding the hard material elements 5 to a basic thickness A, whereby the end sections 5a of the hard material elements 5 on a corresponding one Length L are exposed, which can be 0.01 - 5 mm, in the example shown about 0.1 mm.
  • the tool part 1 is designed with a total thickness D which corresponds to the sum of the basic thickness A and the length L of the end section 5a and which can be approximately 3 to 5 mm in the example shown.
  • the end faces of the end sections 5a of the hard material elements 5 can also have the abrasion surface 2 forming cover layer 10 may be provided, which consists of a different material than the hard material elements 5, so that the abrasion surface 2 with properties that can be influenced independently of the composition of the multiphase body 7, for example with greater hardness, and / or the behavior of the hard material elements 5 can be improved under operating conditions.
  • Any hard material for example diamond-like carbon, can be provided as the material of the cover layer 10, which in a coating device, not shown, by a known coating method, for example by chemical or physical deposition from the gas phase, onto the end faces of the exposed end sections 5a - and at the same time the base can be applied 4a.
  • the hard material elements 5 under a 90 o angle deviating ⁇ be aligned, which in this embodiment corresponding by an obliquely 5 extending to the fibers of the hard material elements sectional area of the multi-phase body 7 and one of the latter by a against the abrasion surface 2
  • Diagonal cut separated length section 6 '' is determined.
  • the abrasion surface 2 is formed by the inclined end faces in the cut surface of the inclined end sections 5a which are released in the manner described.
  • a grinding wheel 11 with a cylindrical-shaped abrasion surface 2 the hard material elements 5 are aligned essentially radially, and thus at right angles to a cylindrical outer surface 8 ', on which the abrasion surface 2 through exposed portions 5a of the hard material elements 5 is formed in the manner described.
  • the grinding wheel 11 can also be made a molded body designed as a multiphase body 7 ', which - by controlled cooling of its peripheral part, primarily through the lateral surface 8' - has a solidified structure directed from a central area against the peripheral part, in which the hard material elements 5 form the carrier matrix 4 of stalk-shaped crystals solidified in the radial direction.
  • the abrasion surface 2 can be designed in the form of a concave or a convex lateral surface of a corresponding rotating body.
  • the carrier matrix 4 can also be made of a plastic, e.g. Epoxy resin, or a ceramic material, e.g. Aluminum oxide.
  • An object with a carrier matrix 4 consisting of plastic is e.g. can be used as a tool for wet grinding, the heat generated during grinding being dissipated by cooling the carrier matrix 4.

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Abstract

Die Abrasionsfläche (2) ist durch aus einer Trägermatrix (4) herausragende Endabschnitte (5a) von Hartstoffelementen (5) bestimmt, welche in Form von stabartigen Fasern ausgebildet sind, die nebeneinander je unter einem vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Winkel (α) quer zur Abrasionsfläche (2) ausgerichtet sind. Bei einer Ausführung mit metallischer Trägermatrix (4) bestehen die Hartstoffelemente (5) aus stengelförmigen, über ihre Längserstreckung gerichtet erstarrten Kristallen, die durch metallurgisch gebundene Ausscheidungen aus der Legierung eines entsprechend gerichtet erstarrten Formteils gebildet sind. Dadurch ist eine vorteilhaft dichte Anordnung der die Abrasionsfläche (2) bildenden Hartstoffelemente (5) erzielbar. Der Gegenstand ist als Werkzeug zur Feinstbearbeitung, z.B. zum Schleifen optischer Linsen und Spiegel, verwendbar. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gegenstand mit einer Abrasionsfläche, welche im wesentlichen durch über eine definierte Oberflächenpartie verteilte, aus einer Trägermatrix herausragende Enden von in der Trägermatrix eingelagerten Hartstoffelementen bestimmt ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes.
  • Aus der EP-A-0 326 085 ist ein Gegenstand der genannten Art in Form eines folienartigen Metallbandes bekannt, bei dem sich Hartstoffelemente in Form von langgestreckten Kristallen in einer Metallmatrix als primäre Ausscheidungen aus der Schmelze vorwiegend nahe der Oberfläche des zumindest teilweise amorph erstarrten Metallbandes anreichern. Je nach Grösse und Lage der Kristalle und entsprechend der jeweiligen Dicke der Metallmatrix des bekannten Bandes stehen die Hartmetall-Kristalle, deren Länge grösser ist als die Banddicke und/oder welche näher der freien Oberfläche der Metallmatrix angeordnet sind, mehr oder weniger weit über das Grundniveau der Oberfläche vor, wenn sie vor dem Erstarren der Schmelze der Metallmatrix aufgerichtet werden. Dabei sind die Spitzen dieser Kristalle in kragenartigen Erhebungen der Metallmatrix gehalten, welche ein Ausbrechen aus der Metallmatrix verhindern. Das bekannte Metallband zeichnet sich durch eine gute Verankerung der z.B. durch Metallboride, -carbide oder -oxide gebildeten Hartstoff-Kristalle aus und kann dementsprechend mit einer Abrasionsfläche grosser Härte ausgeführt sein, deren Rauheit durch die Dichte der aus der Metallmatrix vorstehenden Enden der Hartstoff-Kristalle bestimmt ist. Bei der bekannten Ausführung kann diese Dichte z.B. ca. 20 % der Oberfläche des Metallbandes betragen, wodurch der Anwendungsbereich des bekannten Metallbandes entsprechend begrenzt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere in dieser Hinsicht verbesserten, für einen erweiterten Anwendungsbereich geeigneten Gegenstand der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die die Abrasionsfläche bildenden Hartstoffelemente in einer höheren Dichte als bei bisherigen Ausführungen angeordnet sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Hartstoffelemente in Form von in der Trägermatrix nebeneinander angeordneten, stabartigen Fasern ausgebildet sind, welche je unter einem vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Winkel quer zur Abrasionsfläche ausgerichtet sind.
  • Die erfindungsgemässe Ausführung gestattet die Anordnung der aus der Trägermatrix hervorstehenden Enden der Hartstoffelemente in einer Dichte, die mindestens 40 % der definierten Oberfläche der Trägermatrix beträgt. Der erfindungsgemäss ausgebildete Gegenstand ist daher als Werkzeug zur Feinstbearbeitung harter, spröder Werkstoffe, z.B. zum Schleifen im Mikrometer- oder Nanometerbereich ("Micro-/Nanocutting" bzw. "-grinding"), verwendbar, welches, insbesondere bei der Bearbeitung optischer Linsen und Spiegel, eine für derartige Anwendungen erforderliche hohe Qualität der jeweils zu bearbeitenden Oberfläche gewährleistet.
  • Bei einem Gegenstand der genannten Art, der aus einer Legierung besteht, welche eine Trägermatrix aus Metall und Hartstoffelemente in Form von langgestreckten Kristallen enthält, können nach einer Ausführungsform der Erfindung die Kristalle durch über ihre Längserstreckung stengelförmig gerichtet erstarrte, metallurgisch gebundene Ausscheidungen aus der Legierung eines entsprechend gerichtet erstarrten Formteils gebildet sein. Dadurch ist eine Anordnung der Hartstoff-Kristalle in einer relativ hohen Dichte von z.B. 70 % der definierten Oberflächenpartie, und damit eine für die beschriebenen Anwendungen optimale Abrasionsfläche, erzielbar.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes nach der Erfindung besteht darin, dass ein Mehrphasenkörper hergestellt wird, der in einer Trägermatrix aus einem relativ weichen Grundwerkstoff Hartstoffelemente in Form von nebeneinander angeordneten, stabartigen Fasern enthält, welche in der Trägermatrix je unter einem vorbestimmten Winkel quer zu einer definierten Oberflächenpartie ausgerichtet sind, und dass hierauf an dieser Oberflächenpartie eine Schicht vorbestimmter Dicke der die Endabschnitte der Hartstoffelemente umgebenden Trägermatrix entfernt wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet die Herstellung von Bearbeitungswerkzeugen mit beliebig wählbarer freier Länge der über die Trägermatrix vorstehenden Endabschnitte der Hartstoffelemente und ermöglicht damit eine gezielte Beeinflussung von Form und Beschaffenheit, z.B. der Ebenheit oder einer bestimmten Krümmung, der durch die Stirnflächen der Endabschnitte gebildeten Abrasionsfläche.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens kann aus der Schmelze einer Legierung, welche ein Metall aus der Gruppe der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Aluminium, Mangan oder aus einer Kombination dieser Elemente und ein Metalloid aus der Gruppe der Elemente Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Phosphor oder aus einer Kombination dieser Elemente sowie ein Element der Gruppen IV A, V A, VI A oder eine Kombination aus diesen Elementen enthält, ein als Mehrphasenkörper ausgebildeter Formteil hergestellt werden, der ein gerichtet erstarrtes Gefüge aufweist, welches die Hartstoffelemente in Form von stengelförmigen, metallurgisch gebundenen Hartstoff-Kristallen enthält. Dieses Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung eines Bearbeitungswerkzeuges beliebiger Form und Grösse und mit genau spezifizierbaren, durch die Zusammensatzung der Legierung beeinflussbaren Eigenschaften, insbesondere von Rauheit und Härte, der Abrasionsfläche.
  • In den weiteren abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes angegeben.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung, in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäss ausgebildeten Gegenstand in einer stark vergrösserten Schrägansicht, die einer Aufnahme durch ein Rasterelektronenmikroskop entspricht;
    Fig. 2
    einen Rohling für die Herstellung des erfindungsgemässen Gegenstandes nach Fig. 1 in einer entsprechenden schrägen Gesamtansicht;
    Fig. 3
    einen der Fig. 1 entsprechenden Ausschnitt aus einem weiteren erfindungsgemäss ausgebildeten Gegenstand in einer abgewandelten Ausführungsform;
    Fig. 4
    einen Teillängsschnitt eines entsprechenden Gegenstandes nach einer weiteren abgewandelten Ausführungsform; und
    Fig. 5
    einen erfindungsgemäss ausgebildeten Gegenstand nach einer weiteren Ausführungsform, in einer Teilansicht mit einem Teilschnitt.
  • Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gefüge eines scheibenartigen Werkzeugteils 1, welcher auf einer Seite mit einer Abrasionsfläche 2 ausgeführt ist. Die Abrasionsfläche 2 ist durch Stirnflächen von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Hartstoffelementen 5 in Form von stabartigen Fasern gebildet, welche in einer Trägermatrix 4 aus einem, im Vergleich mit den Hartstoffelementen relativ weichen Grundwerkstoff angeordnet und unter einem Winkel α = ca. 90o gegen die Abrasionsfläche 2 ausgerichtet sind. Beim dargestellten Beispiel kann der Werkzeugteil 1 aus einer Legierung bestehen, welche ein Metall aus der Gruppe der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Aluminium, Mangan oder aus einer Kombination dieser Elemente und ein Metalloid aus der Gruppe der Elemente Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Phosphor oder aus einer Kombination dieser Elemente sowie ein Element der Gruppen IV A, V A oder VI A oder eine Kombination aus diesen Elementen enthält. Entsprechend dieser Darstellung kann die Trägermatrix 4 des Werkzeugteils 1 aus dem Metall der Legierung bestehen, wobei die Hartstoffelemente 5 durch langgestreckte, zueinander parallel verlaufende stengelförmige Hartstoff-Kristalle gebildet sind, welche die Trägermatrix 4 über ihre Dicke durchsetzen und mit freistehenden Endabschnitten 5a über eine obere Grundfläche 4a der Trägermatrix 4 vorstehen. Entsprechend der Zusammensetzung der Legierung können diese Hartstoff-Kristalle durch Metallboride, -carbide, -nitride, -oxide, -silizide, -phosphide oder entsprechende Verbindungen gebildet sein. Beim dargestellten Beispiel können die Hartstoff-Kristalle aus Chromcarbid und die Trägermatrix 4 aus Kobalt bestehen.
  • Entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 kann der Werkzeugteil 1 aus einem scheibenartigen Längenabschnitt 6 eines mit beliebigem Querschnitt ausgeführten Mehrphasenkörpers 7, beim dargestellten Beispiel eines zylindrischen Formteils, gefertigt sein, der aus der Schmelze einer der vorstehend erwähnten Legierungen hergestellt und in an sich bekannter Weise - etwa durch gesteuerte, uniaxiale Abkühlung bei gleichzeitiger Wärmezufuhr über die Mantelfläche 8 des Formteils - über eine bevorzugte Längserstreckung, in diesem Falle über seine Höhe, gerichtet erstarrt. Die dementsprechend - als Ausscheidung aus der betreffenden Legierung - in der genannten, bevorzugten Längsrichtung gerichtet erstarrten Hartstoff-Kristalle wachsen in Form von parallelen, in die relativ weiche Trägermatrix 4 eingelagerten Fasern, welche den Mehrphasenkörper (Formteil) 7 über dessen ganze Länge durchsetzen.
  • Der scheibenartige Längenabschnitt 6 kann durch einen quer, darstellungsgemäss rechtwinklig, zu den Fasern der Hartstoffelemente 5 verlaufenden Schnitt vom Mehrphasenkörper 7 abgetrennt und gegebenenfalls zusätzlich bearbeitet, z.B. auf eine geringere Dicke abgeschliffen oder mit einer definierten Oberfläche vorbestimmter Form und/oder Ebenheit ausgeführt werden. In einem weiteren Schritt kann durch ein Ätzverfahren, z.B. Tiefätzen, oder ein anderes selektives Abtragverfahren, welches zwar das Metall der Trägermatrix 4, jedoch nicht die Hartstoffelemente 5 angreift, eine Schicht der die Hartstoffelemente 5 umgebenden Trägermatrix 4 bis auf eine Grunddicke A entfernt werden, wodurch die Endabschnitte 5a der Hartstoffelemente 5 auf einer entsprechenden Länge L freigelegt werden, welche 0,01 - 5 mm, beim dargestellten Beispiel etwa 0,1 mm, betragen kann. Der Werkzeugteil 1 ist mit einer Gesamtdicke D ausgeführt, welche der Summe der Grunddicke A und der Länge L des Endabschnitts 5a entspricht und welche beim dargestellten Beispiel etwa 3 bis 5 mm betragen kann.
  • In entsprechender Weise können auch weitere platten- oder blockförmige Gegenstände beliebiger Dicke D aus Längenabschnitten 6' des Mehrphasenkörpers 7 gefertigt und je mit einer durch entsprechend freigelegte Endabschnitte 5a der Hartstoffelemente 5 gebildeten Abrasionsfläche 2 versehen werden. Es ist auch eine nicht dargestellte Ausführungsform möglich, bei der die Endabschnitte 5a der Hartstoffelemente 5 mit über die Grundfläche 4a unterschiedlichen Längen L ausgeführt sind und damit eine unebene, z.B. entsprechend einer zu bearbeitenden Fläche gekrümmte Abrasionsfläche 2 bilden.
  • Gemäss Fig. 3 können die Stirnseiten der Endabschnitte 5a der Hartstoffelemente 5 auch mit einer die Abrasionsfläche 2 bildenden Deckschicht 10 versehen sein, die aus einem anderen Material besteht als die Hartstoffelemente 5, so dass die Abrasionsfläche 2 mit von der Zusammensetzung der Legierung des Mehrphasenkörpers 7 unabhängig beeinflussbaren Eigenschaften, z.B. mit grösserer Härte, ausgeführt und/oder das Verhalten der Hartstoffelemente 5 unter Betriebsbedingungen verbessert werden kann. Als Werkstoff der Deckschicht 10 kann ein beliebiger Hartstoff, z.B. diamantartiger Kohlenstoff, vorgesehen sein, der in einer nicht dargestellten Beschichtungseinrichtung durch ein bekanntes Beschichtungsverfahren, z.B. durch chemisch oder physikalisch bedingte Abscheidung aus der Gasphase, auf die Stirnflächen der freigelegten Endabschnitte 5a - und zugleich auf die Grundfläche 4a-aufgebracht werden kann.
  • Gemäss Fig. 4 können die Hartstoffelemente 5 auch unter einem von 90o abweichenden Winkel α gegen die Abrasionsfläche 2 ausgerichtet sein, welche bei dieser Ausführung durch eine schräg zu den Fasern der Hartstoffelemente 5 verlaufende Schnittfläche des Mehrphasenkörpers 7 bzw. eines von diesem durch einen entsprechenden Schrägschnitt abgetrennten Längenabschnitts 6'' bestimmt ist. Dabei ist darstellungsgemäss die Abrasionsfläche 2 durch die in der Schnittfläche liegenden schrägen Stirnflächen der in beschriebener Weise freigestellten, schräggestellten Endabschnitte 5a gebildet.
  • Bei dem in der Fig. 5 teilweise dargestellten Gegenstand, einer Schleifscheibe 11 mit zylindermantelförmiger Abrasionsfläche 2, sind die Hartstoffelemente 5 im wesentlichen radial, und damit je unter einem rechten Winkel, zu einer zylindrischen Mantelfläche 8' ausgerichtet, an der die Abrasionsfläche 2 durch die in beschriebener Weise freigelegten Endabschnitte 5a der Hartstoffelemente 5 ausgebildet ist. Die Schleifscheibe 11 kann ebenfalls aus einem als Mehrphasenkörper 7' ausgebildeten Formkörper gefertigt sein, welcher - durch gesteuerte, primär durch die Mantelfläche 8' erfolgende Abkühlung seiner Umfangspartie - ein von einem zentralen Bereich aus gegen die Umfangspartie gerichtet erstarrtes Gefüge aufweist, in dem die Hartstoffelemente 5 die Trägermatrix 4 in Form von je in radialer Richtung gerichtet erstarrten, stengelförmigen Kristallen durchsetzen. Es sind auch andere Ausführungsformen möglich, z.B. kann die Abrasionsfläche 2 in Form einer konkaven oder einer konvexen Mantelfläche eines entsprechenden Rotationskörpers ausgebildet sein.
  • Abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungen mit in der Legierung erstarrten stabförmigen Hartstoffelementen 5, sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die Abrasionsfläche 2 durch die Endabschnitte 5a von Hartstoffelementen 5 anderer Art, etwa von vorgefertigten Aramid-, Glas- oder Siliziumcarbid-Fasern oder dgl., gebildet ist, welche, ähnlich den Borsten einer Bürste, in der in beschriebener Weise selektiv abtragbaren Trägermatrix 4 gehalten sein können. Bei diesen Ausführungen kann die Trägermatrix 4 auch aus einem Kunststoff, z.B. Epoxidharz, oder einem keramischen Werkstoff, z.B. Aluminiumoxid, bestehen. Ein Gegenstand mit aus Kunststoff bestehender Trägermatrix 4 ist z.B. als Werkzeug zum Nassschleifen verwendbar, wobei die beim Schleifen entstehende Wärme durch Kühlen der Trägermatrix 4 abgeführt wird.

Claims (17)

  1. Gegenstand mit einer Abrasionsfläche (2), welche im wesentlichen durch über eine definierte Oberflächenpartie des Gegenstandes verteilte, aus einer Trägermatrix (4) herausragende Enden von in der Trägermatrix (4) eingelagerten Hartstoffelementen (5) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) in Form von in der Trägermatrix (4) nebeneinander angeordneten, stabartigen Fasern ausgebildet sind, welche je unter einem vorbestimmten, im wesentlichen gleichen Winkel (α) quer zur Abrasionsfläche (2) ausgerichtet sind.
  2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
  3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrasionsfläche (2) in Form einer Mantelfläche (8') eines Rotationskörpers ausgebildet ist, und dass die Hartstoffelemente (5) im wesentlichen radial zur Mantelfläche (8') ausgerichtet sind.
  4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aus einer Legierung, welche eine Trägermatrix (4) aus Metall und Hartstoffelemente (5) in Form von langgestreckten Kristallen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle durch über ihre Längserstreckung stengelförmig gerichtet erstarrte, metallurgisch gebundene Ausscheidungen aus der Legierung eines entsprechend gerichtet erstarrten Formteils gebildet sind.
  5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermatrix (4) aus einem Kunststoff, z.B. Epoxidharz, besteht.
  6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermatrix (4) aus einem keramischen Werkstoff, z.B. Aluminiumoxid, besteht.
  7. Gegenstand nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) durch vorgefertigte Fasern aus einem amorphen Werkstoff, z.B. Glas, gebildet sind.
  8. Gegenstand nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) durch vorgefertigte Fasern aus einem kristallinen Werkstoff, z.B. Siliziumcarbid, gebildet sind.
  9. Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) in Abständen voneinander mit freistehenden, je um ein im wesentlichen gleiches Mass (L) über eine durch die Trägermatrix (4) gebildete Grundfläche (4a) vorstehenden Endabschnitten (5a) angeordnet sind.
  10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffelemente (5) an einem scheibenartigen Abschnitt (6, 6', 6'') eines quer zu ihrer Längserstreckung unterteilten, von den Hartstoffelementen (5) durchsetzten Mehrphasenkörpers (7) ausgebildet sind.
  11. Gegenstand nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die freistehenden Endabschnitte (5a) der Hartstoffelemente (5) je eine Länge (L) von ca. 0,01 - 5 mm aufweisen.
  12. Gegenstand nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Endabschnitte (5a) der Hartstoffelemente (5) mit einer Deckschicht (10) versehen sind, die aus einem anderen Material besteht als die Hartstoffelemente (5).
  13. Verfahren zum Herstellen des Gegenstandes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrphasenkörper (7, 7') hergestellt wird, der in einer Trägermatrix aus einem relativ weichen Grundwerkstoff Hartstoffelemente (5) in Form von nebeneinander angeordneten, stabartigen Fasern enthält, welche in der Trägermatrix (4) je unter einem vorbestimmten Winkel (α) quer zu einer definierten Oberflächenpartie ausgerichtet sind, und dass hierauf an dieser Oberflächenpartie eine Schicht vorbestimmter Dicke der die Endabschnitte (5a) der Hartstoffelemente (5) umgebenden Trägermatrix (4) entfernt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Schmelze einer Legierung, welche ein Metall aus der Gruppe der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Aluminium, Mangan oder aus einer Kombination dieser Elemente und ein Metalloid aus der Gruppe der Elemente Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silizium, Phosphor oder aus einer Kombination dieser Elemente sowie ein Element der Gruppen IV A, V A oder VI A oder eine Kombination aus diesen Elementen enthält, ein als Mehrphasenkörper (7, 7') ausgebildeter Formteil hergestellt wird, der ein gerichtet erstarrtes Gefüge aufweist, welches die Hartstoffelemente (5) in Form von stengelförmigen, metallurgisch gebundenen Hartstoff-Kristallen enthält.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrphasenkörper (7) mit die Trägermatrix (4) im wesentlichen parallel zueinander durchsetzenden Hartstoffelementen (5) ausgeführt wird und dass von diesem Mehrphasenkörper (7) durch einen quer zur Längserstreckung der Hartstoffelemente (5) verlaufenden Schnitt ein scheibenartiger Abschnitt (6, 6', 6'') abgetrennt wird, der auf einer Seite die definierte Oberflächenpartie enthält.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die Endabschnitte (5a) der Hartstoffelemente (5) umgebende Schicht der Trägermatrix (4) durch ein selektives, für die Hartstoffelemente (5) unwirksames Abtragverfahren, z.B. durch Tiefätzen, aus dem Mehrphasenkörper (7) herausgelöst wird.
  17. Verwendung des Gegenstandes nach einem der vorangehenden Ansprüche als Werkzeug zum Schleifen, insbesondere im Mikrometer- oder Nanometerbereich (Micro-/Nanocutting bzw. -grinding).
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