DE1243079B

DE1243079B - Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels

Info

Publication number: DE1243079B
Application number: DEJ20236A
Authority: DE
Inventors: Alan Blainey; Jan Frans Henri Custers
Original assignee: Industrial Distributors 1946 Ltd
Current assignee: Industrial Distributors 1946 Ltd
Priority date: 1960-07-22
Filing date: 1961-07-15
Publication date: 1967-06-22
Also published as: BE606351A; NL267401A; FR1302022A; US3239321A; GB997352A; NL129734C

Description

Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines beispielsweise für Schleifscheiben oder Werkzeuge zu verwendenden Schleifmittels, dessen Masse aus Diamantteilchen besteht, die in einer Muttersubstanz angeordnet sind.
Es ist ein Verfahren zum Herstellen solcher Schleifinittel bekannt, bei dem Diamantstaub in einer harten Sinterlegierung, insbesondere aus Wolframkarbid, mit einem Zusatzmetall, wie Kobalt, verteilt und die Grundmasse einem Druck von etwa 70 at und einer derart niederen Temperatur zwischen 1350 und 13801 C gesintert wird, daß der Diamantstaub keine Veränderung erfährt.
Bei einem anderen bekannten Verfahren ähnlicher Art wird ein Gemisch von Diamantteilchen und einer Muttersubstanz aus einem zementierten Karbid, insbesondere Wolframkarbid, und Kobalt in einer Form zusammenaepreßt und bei einer 1300# C nicht übersteigenden Temperatur während einer Zeitdauer von weniger als 30 Sekunden gesintert.
Die bei diesen bekannten Verfahren vorgesehenen Arbeitsbedingungen sind derart, daß einerseits die Möglichkeit besteht, daß die Diamantteilchen insbesondere an ihren wirksamen Kanten in Graphit umgewandelt werden und daß andererseits die in der gesinterten Muttersubstanz eingelagerten Diamantteilchen lediglich mechanisch gehalten sind, so daß die erhaltenen Schleifmittel den Nachteil eines unzureichenden Schleifvermögens und einer ungenügenden Festigkeit im Gebrauch besitzen.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen eines Schleifmittels der betrachteten Art, bei dem die Diamantteilchen völlig Z, crraphitfrei und in die Muttersubstanz vollkommen fest eingebunden sind und zwischen den Teilchen keinerlei Hohlräume vorhanden sind, so daß das Schleifmittel nicht nur ein hohes Schleifvermögen, sondern auch eine besonders hohe Festigkeit besitzt.
Dies ist gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Gemisch aus einer sauerstofffreien, eine hohe Affinität zu Kohlenstoff sowie eine hohe mechanische Festigkeit besitzenden teilchenförmigen Muttersubstanz und graphitfreien Diamantteilchen bei einer dem Schmelzpunkt der Muttersubstanz entsprechenden Temperatur einem Druck, der eine Umwandlung des Diamant in Graphit bei dieser Temperatur verhindert, so lange ausgesetzt wird, bis eine chemische Bindung zwischen Muttersubstanz und Diamant erfolgt ist, worauf dann die Mischung unter eine Temperatur abgekühlt wird, unter welcher keine Umwandlung von Diamant in Graphit mehr stattfinden kann, und danach erst der Druck vermindert wird. 2 Als Muttersubstanz kann ein Pulver eines der Elemente Silizium, Titan, Zirkon, Vanadium, Chrom und Niob oder einer Mischung und Legierung mehrerer dieser Elemente verwendet werden. Eine pulverisierte Titan-Silizium-Legierung ist besonders geeignet.
Dem aus den Diamantteilchen und den Muttersubstanzteilchen bestehenden Gemisch kann zweckmäßig ein den Schmelzpunkt der Muttersubstanz herabsetzender Stoff, wie Eisen, Nickel, Mangan od. dgl., zugesetzt werden.
Bei einer besonderen Ausführungsforin des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Gemisch bei einer vom Schmelzpunkt der jeweils verwendeten Muttersubstanz abhängigen Temperatur zwischen 1500 und 1900' C während einer Zeitdauer von 2 bis 4 Minuten einem Druck von etwa 4500 at unterworfen und dann bei aufrechterhaltenem Druck auf mindestens 200' C abaekühlt, wonach der Druck aufgehoben wird.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel erläutert. Diamantpulver wird zunächst gereinigt, indem es entweder in einer geschmolzenen Mischung aus Kaliumnitrat und Kaliumhydroxyd bei einer Temperatur von etwa 4001 C erhitzt wird oder zum Entfernen von Eisen und anderen Fremdstoffen zunächst mit 50%iger Salzsäure und dann zum Beseitigen von Kieselerde mit Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure erhitzt wird, wonach es mit Wasser gewaschen und vollständig getrocknet wird. Das gereinigte Diamantpulver wird dann mit der teilchenförmigen Muttersubstanz innig vermischt und unter einem sehr hohen Druck auf eine Temperatur erhitzt, die genügend hoch ist, um die Muttersubstanz zu schmelzen, wobei die genaue Temperatur von der Art der verwendeten Muttersubstanz abhängt.
Die geschmolzene Muttersubstanz wird dabei sowohl in sämtliche Zwischenräumen zwischen den Diamantteilchen als auch in innige Berührung mit den Diamantteilchen gepreßt, und zwischen den Diamantteilchen und der geschmolzenen Muttersubstanz tritt eine chemische Bindung ein und nicht nur eine mechanische Verankerung wie bei den bekannten Verfahren. Auf Grund des angewendeten sehr hohen Drucks wird eine Umwandlung von Diamant in Graphit bei der hohen Schmelztemperatur mit Sicherheit verhindert.
Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein Diamantpulver verwendet, das aus 80,5% Teilchen von 15 bis 30#t, 16,5% Teilchen von 4 bis 8 [t und 3% Teilchen von 0,5 bis 1,5#t besteht. Dieses Diamantpulver wird, nachdem es in der oben beschriebenen Weise gereinigt worden ist, mit Siliziumpulver, dessen Teilchen eine Größe von 0,1 bis 5 1£ haben, in einem Anteilverhältnis von 80 bis 90,D/o (vorzugsweise 84%) Diamantpulver und 10 bis 20% (vorzugsweise 16%) Siliziumpulver bis zur vollkommenen Homogenität vermischt.
Das Gemisch der beiden Pulver wird dann in ein aus Graphit bestehendes Hochdruckheizrohr von der Art, wie es'zur Herstellung künstlicher Diamanten Verwendung findet, eingebracht und darin zunächst kalt verdichtet. Danach wird das gefüllte Heizrohr, nachdem sein offenes Ende mit einem Kolben verschlossen ist, in eine zweckentsprechende, für hohen Druck und hohe Temperatur bestimmte Vorrichtung, wie sie für die Herstellung von künstlichen Diamanten verwendet wird, eingesetzt.
Nunmehr wird die Pulvermasse in dem Heizrohr einem Druck von etwa 45 000 at unterworfen und gleichzeitig bei einer durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms durch das Graphitheizrohr erzeugten Temperatur in dem Bereich von 1500 bis 19000 C, vorzugsweise in dem Bereich von 1750 bis 1800' C, während einer Zeitdauer von 2 bis 4 (vorzugsweise 3) Minuten erhitzt, um das Siliziumpulver zu schmelzen. Nach dieser Zeitdauer wird die Erhitzung unterbrochen und die geformte Masse bei aufrechterhaltenem Druck auf eine Temperatur von etwa 200' C abkühlen gelassen, wonach der Druck aufgehoben wird.
Der so erhaltene Preßkörper aus an die Muttersubstanz chemisch gebundenen Diamantteilchen ist außerordentlich hart und hinsichtlich seiner Fähigkeit, Glas und andere harte Materialien, wie Korund, zu schleifen, mit polykristallinem Diamant vergleichbar. Der Preßkörper kann in die zum Schleifen oder Schneiden harter Materialien erforderliche Gestalt gebracht werden, was beispielsweise durch Elektroerosion erfolgen kann, da er elektrisch leitend ist. Der Preßkörper kann aber auch zerkleinert werden, um ein Pulver zu erhalten, dessen Teilchen eine Größe in dem Bereich von 53 bis 125 [t haben und das mit einem Bindungsharz zu Schleifscheiben verarbeitet werden kann. Wenn das Pulver für den letztgenannten Zweck verwendet wird, kann es mit natürlichem Diamantsplit vermischt werden, und es liefert dann bessere Ergebnisse, als wenn Diamantsplit allein in Schleifscheiben verwendet wird.

Claims

Patentansprüche. 1. Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels, dessen Masse aus Diamantteilchen besteht, die in einer Muttersubstanz angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus einer sauerstofffreien, eine hohe Affinität zu Kohlenstoff sowie eine hohe mechanische Festigkeit besitzenden teilchenförmigen Muttersubstanz und graphitfreien Diamantteilchen bei einer dem Schmelzpunkt der Muttersubstanz entsprechenden Temperatur einem Druck, der eine Umwandlung des Diamants in Graphit bei dieser Temperatur verhindert, so lange ausgesetzt wird, bis eine chemische Bindung zwischen Muttersubstanz und Diamant erfolgt ist, worauf dann die Mischung unter eine Temperatur abgekühlt wird, unter welcher keine Umwandlung von Diamant in Graphit mehr stattfinden kann, und danach erst der Druck vermindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Muttersubstanz ein Pulver eines der Elemente Silizium, Titan, Zirkon, Vanadium, Chrom und Mob oder einer Mischung oder Legierung mehrerer dieser Elemente verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine pulverisierte Titan-Silizium-Legierung verwendet wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Muttersubstanzteilchen und Diamantteilchen verwendet wird, dem ein den Schmelzpunkt der Muttersubstanz herabsetzender Stoff, wie Eisen, Nickel, Mangan od. dgl., zugesetzt ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei einer vom Schmelzpunkt der jeweils verwendeten Muttersubstanz abhängigen Temperatur zwischen 1500 und 1900'C während einer Zeitdauer von 2 bis 4 Minuten einem Druck von etwa 40000 at unterworfen und dann bei aufrechterhaltenem Druck auf mindestens 200' C abgekühlt wird, wonach der Druck aufgehoben wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 611860; britische Patentschrift Nr. 436 430.