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DE60119558T2 - Verfahren zur herstellung eines abrasiven verbundkörpers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines abrasiven verbundkörpers Download PDF

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DE60119558T2
DE60119558T2 DE60119558T DE60119558T DE60119558T2 DE 60119558 T2 DE60119558 T2 DE 60119558T2 DE 60119558 T DE60119558 T DE 60119558T DE 60119558 T DE60119558 T DE 60119558T DE 60119558 T2 DE60119558 T2 DE 60119558T2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Verbundkörpers.
  • Abrasive Körper werden in großem Maße beim Schneiden, Mahlen, Schleifen, Bohren, Aufbohren und anderen abrasiven Vorgängen eingesetzt. Abrasive Körper bestehen aus einer Masse aus Diamant oder kubischen Bornitridpartikeln, die zu einem zusammenhängenden, polykristallinen Konglomerat verbunden sind. Der Gehalt an abrasiven Partikeln ist bei abrasiven Körpern hoch, und im Allgemeinen bestehen in hohem Maße direkte Partikel-zu-Partikel-Verbindungen. Abrasive Körper werden unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt, bei denen die abrasiven Partikel, sei es Diamant oder kubisches Bornitrid, kristallographisch stabil sind.
  • Abrasive Diamantkörper sind auch als polykristalliner Diamant oder PCD bekannt, und abrasive kubische Bornitridkörper sind auch als kristallines CBN oder PCBN bekannt.
  • Abrasive Körper neigen zu Sprödigkeit und bei der Verwendung werden sie regelmäßig gehalten, indem sie mit einem zementierten Carbidsubstrat oder Träger verbunden sind. Solche getragenen abrasiven Körper sind im Stand der Technik auch als abrasive Verbundkörper bekannt. Abrasive Verbundkörper können als solche an einer Arbeitsfläche eines abrasiven Werkzeuges verwendet werden.
  • Bei der Herstellung von abrasiven Körpern können Partikel einer einzigen Größe oder eine Mischung von Partikeln unterschiedlicher Größen eingesetzt werden. Beispiele solcher Körper sind in den US-Patenten 4,604,106 und 5,011,514 beschrieben.
  • Es ist auch bekannt, einen abrasiven Körper mit zwei Zonen herzustellen, die sich hinsichtlich der Partikelgröße unterscheiden. Beispiele solcher Körper sind in den US-Patenten 4,861,350 und 4,311,490 beschrieben.
  • Das Europäische Patent Nr. 0 626 236 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Körpers, welches den Schritt umfasst, dass eine Masse ultraharter abrasiver Partikel Bedingungen erhöhter Temperatur und Druck ausgesetzt wird, die für die Herstellung eines abrasiven Körpers geeignet sind, wobei die Masse dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens 25 Gew.-% an ultraharten abrasiven Partikeln eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 10 bis 100 μm aufweist und aus Partikeln mit wenigstens drei unterschiedlichen Partikelgrößen besteht, und dass wenigstens 4 Gew.-% der ultraharten abrasiven Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 10 μm haben. Die Partikelmischung enthält somit 4 unterschiedliche Partikelgrößen. Die Beschreibung offenbart die Vorteile der Verwendung einer solchen Partikelmischung bei der Herstellung abrasiver Körper in Dreh- und Formversuchen.
  • Das Europäische Patent Nr. 0 626 237 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Körpers, welches den Schritt umfasst, bei dem eine Masse ultraharter abrasiver Partikel Bedingungen erhöhter Temperatur und Druck ausgesetzt wird, die zur Herstellung eines abrasiven Körpers geeignet sind, wobei die Masse dadurch gekennzeichnet ist, dass die ultraharten abrasiven Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 20 μm aufweisen und aus Partikeln mit drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen bestehen.
  • Abrasive Verbundkörper der oben beschriebenen Art werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Eine dieser Anwendungen ist ein Einsatz für Bohrspitzen (Bits). Solche Bits umfassen Schlagbohrerbits, Wälzkonusbits und Ziehbits. Bei Bohrspitzen ist die Diamantkörperschicht im Allgemeinen relativ dick und hat bspw. eine Dicke von bis zu 5 mm. Bei der Herstellung von Diamantverbundkörpern treten in der Diamantkörperschicht Spannungen auf. Diese Spannungen werden teilweise durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Diamantschicht und dem Substrat bewirkt. Solche Spannungen führen zu verschiedenen Problemen. Bspw. kann eine Delamination der Diamantschicht von dem Substrat auftreten, wenn der Diamantverbundkörper auf eine Arbeitsfläche eines Werkzeuges hartgelötet wird. Außerdem können die Spannungen in der Diamantschicht bei der Verwendung zu einem Absplittern oder Abplatzen der Diamantschicht führen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Verbundkörpers mit einem auf ein Substrat, im Allgemeinen ein zementiertes Carbidsubstrat, geklebten Körper, die Schritte des Vorsehens einer Masse aus ultraharten abrasiven Partikeln auf einer Oberfläche eines Substrates, um eine ungebundene Anordnung zu bilden, und Aussetzen der ungebundenen Anordnung den Bedingungen erhöhter Temperatur und Druck, die geeignet sind, einen abrasiven Körper herzustellen, wobei die Masse der ultraharten abrasiven Partikel durch drei Bereiche gekennzeichnet wird:
    • (i) einen inneren Bereich, der an die Oberfläche des Substrates, auf welcher die Masse vorgesehen ist, angrenzt und Partikel mit wenigstes vier unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen enthält;
    • (ii) einen äußeren Bereich, der Partikel mit wenigstens drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen aufweist; und
    • (iii) einen mittleren Bereich zwischen den ersten und zweiten Bereichen.
  • Das Verfahren der Erfindung nutzt eine Masse aus ultraharten abrasiven Partikeln, die wenigstens drei Bereiche aufweisen, wobei die inneren und äußeren Bereiche sich voneinander hinsichtlich ihrer Partikelgrößenzusammensetzung unterscheiden. Die Partikel des inneren Bereiches werden im Allgemeinen grober sein als die Partikel des äußeren Bereiches.
  • Die in dem inneren Bereich vorliegenden Partikel werden im Allgemeinen eine Größe bis zu 100 μm aufweisen. Die Partikel in dem äußeren Bereich werden im Allgemeinen eine Größe bis zu 25 μm haben.
  • Der innere Bereich weist Partikel mit wenigstens vier unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen auf. Es hat sich als besonders geeignet für diesen Bereich herausgestellt, dass er eine Masse mit sechs unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen aufweist.
  • Der äußere Bereich enthält Partikel mit wenigstens drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen, wobei die Partikel alle im Allgemeinen fein sind. Dieser Bereich versorgt den hergestellten Körper somit mit einem festen, verschleißresistenten und abrasiven Bereich.
  • Der mittlere Bereich kann mehr als einen Bereich oder Schicht aufweisen, wobei jeder Bereich oder Schicht sich hinsichtlich der Partikelgrößenzusammensetzung von den anderen unterscheidet.
  • Der mittlere Bereich wird im Allgemeinen in Kontakt sowohl mit dem äußeren Bereich als auch dem inneren Bereich stehen.
  • Die Bereiche werden im Allgemeinen als Schichten definiert sein.
  • Die Oberfläche des Substrates, auf welcher die Partikelmasse vorgesehen ist, kann eben, gekrümmt oder profiliert sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 bis 9 sind geschnittene Seitenansichten von fünf unterschiedlichen Ausführungsformen ungebundener Anordnungen zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die ultraharten abrasiven Partikel können Diamant oder kubisches Bornitrid sein und sind vorzugsweise Diamantpartikel. Der Diamant kann natürlich oder synthetisch oder eine Mischung hieraus sein.
  • Die ultraharte abrasive Partikelmasse wird bekannten Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt, die notwendig sind, um einen abrasiven Körper (Presskörper) zu erzeugen. Diese Bedingungen sind typischerweise solche, wie sie zur Synthetisierung der abrasiven Partikel selbst erforderlich sind. Im Allgemeinen werden die verwendeten Drücke im Bereich von 4 bis 7 GPa liegen und die verwendete Temperatur wird im Bereich von 1.300°C bis 1.600°C liegen. Während der Herstellung des abrasiven Körpers tritt die Bindung des Körpers zu dem Substrat auf.
  • Der abrasive Körper, der durch das Verfahren der Erfindung hergestellt ist, wird im Allgemeinen und vorzugsweise ein Bindemittel aufweisen. Das Bindemittel wird vorzugsweise ein Lösungsmittel/Katalysator für die verwendeten ultraharten abrasiven Partikel sein. Lösungsmittel/Katalysatoren für Diamanten und kubisches Bornitrid sind im Stand der Technik gut bekannt. Im Fall von Diamant ist das Bindemittel vorzugsweise Kobalt, Eisen, Nickel oder eine Verbindung, die eines oder mehrere dieser Metalle enthält.
  • Wenn ein Bindemittel verwendet wird, kann es insbesondere im Fall von Diamantkörpern dazu veranlasst werden, während der Herstellung des Körpers die Masse der abrasiven Partikel zu infiltrieren. Zu diesem Zweck kann eine Scheibe oder Schicht des Bindemittels verwendet werden. Diese Scheibe oder Schicht kann auf einer Oberfläche des Substrates angeordnet werden und die Masse der ultraharten abrasiven Partikel kann auf der Scheibe oder Schicht angeordnet werden. Alternativ und vorzugsweise liegt das Bindemittel in Partikelform vor und wird mit der Masse abrasiver Partikel gemischt. Der Binder wird typischerweise in einer Menge von 2 bis 25 Gew.-% des hergestellten abrasiven Körpers vorliegen.
  • Das Substrat ist vorzugsweise ein zementiertes Carbidsubstrat, bspw. zementiertes Wolframcarbid, zementiertes Tantalcarbid, zementiertes Titancarbid, zementiertes Molybdäncarbid oder eine Mischung hiervon. Das Bindemetall für solche Carbide kann irgendein bekanntes sein, bspw. Nickel, Kobalt, Eisen oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Metalle aufweist. Typischerweise wird das Bindemittel in einer Menge von 10 bis 20 Gew.-% vorliegen, das Bindemittel kann aber auch in einer Menge von so wenig wie 6 Gew.-% vorliegen. Manche der Bindemetalle können während der Bildung des Körpers den abrasiven Körper infiltrieren.
  • Das Verfahren der Erfindung ist durch die Verwendung von drei unterschiedlichen Regionen abrasiver Partikel in der abrasiven Partikelmasse, die zur Herstellung des Körpers verwendet wird, gekennzeichnet. Diese Regionen, oder wenigstens die inneren und äußeren Regionen werden unter Vergrößerung in dem gesinterten Körper erkennbar sein.
  • Die inneren und äußeren Regionen enthalten Partikel, die sich voneinander hinsichtlich ihrer Partikelgrößenzusammensetzung unterscheiden. Die mittlere Region wird ebenfalls vorzugsweise eine solche Partikelmischung enthalten. Mit dem Begriff "durchschnittliche Partikelgröße" wird gemeint, dass eine wesentliche Menge der Partikel in der Nähe der spezifizierten Größe liegen wird, obwohl manche Partikel oberhalb und manche Partikel unterhalb der spezifizierten Größe vorliegen werden. Die Spitze in der Verteilung der Partikel wird eine spezifizierte Größe haben. Ist bspw. die durchschnittliche Partikelgröße gleich 10 μm, so wird es manche Partikel geben, die größer, und manche Partikel, die kleiner sind als 10 μm, doch die größere Menge der Partikel wird eine Größe von etwa 10 μm aufweisen, und die Spitze der Partikelverteilung wird bei 10 μm liegen.
  • Der innere Bereich enthält Partikel mit wenigsten vier unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen. Vorzugsweise wird in diesem Bereich (i) die Mehrzahl der Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 10 bis 100 μm aufweisen und aus wenigstens drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen bestehen, und (ii) wenigstens 4 Gew.-% der Partikel wird eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 10 μm haben.
  • Die Partikel (i) werden vorzugsweise folgende Zusammensetzung aufweisen:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    größer als 40 wenigstens 30
    20 bis 35 wenigstens 25
    10 bis 15 wenigstens 10
  • Ein Beispiel einer besonders nützlichen Partikelzusammensetzung für den inneren Bereich ist:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    75 15
    45 40
    30 15
    22 15
    10 10
    4 5
  • Es wurde festgestellt, dass eine Partikelmischung für den inneren Bereich, die wenigstens vier unterschiedliche Partikelgrößen aufweist, einen hervorragenden Bindungsbereich für den Körper und das Substrat schafft. Eine starke Bindung an dem Substrat wird erreicht und Spannungen durch falsche Ausrichtungen, die sich aufbauen können, werden minimiert. Die Dicke dieses Bereiches in dem gesinterten abrasiven Körper wird typischerweise 0,5 bis 3 mm betragen.
  • Der äußere Bereich ist der Bereich, der den gesinterten abrasiven Körper mit einer Schneidfläche oder -kante versieht. Die abrasive Partikelmasse für diesen Bereich ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigsten drei unterschiedliche Partikelgrößen aufweist. Vorzugsweise werden die Partikel in diesem Bereich eine durchschnittliche Partikelgröße von nicht mehr als 25 μm aufweisen.
  • Ein Beispiel einer Zusammensetzung für die abrasiven Partikel dieser Mischung ist:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    wenigstens 10 wenigstens 20
    weniger als 10 und 5 oder größer wenigstens 15
    weniger als 5 wenigstens 15
  • Beispiele bestimmter Zusammensetzungen, die für den äußeren Bereich sinnvoll sind, sind: Zusammensetzung 1:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    12 25
    8 25
    4 50
    Zusammensetzung 2:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    22 28
    12 44
    6 7
    4 16
    2 5
  • Der äußere Bereich in dem gesinterten abrasiven Körper wird typischerweise eine Dicke von 0,5 bis 3 mm aufweisen.
  • Der mittlere Bereich wird vorzugsweise eine Mischung aus abrasiven Partikeln aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer durchschnittlichen Partikelgröße unterscheiden. Die Mischung enthält typischerweise wenigstens zwei unterschiedliche durchschnittliche Partikelgrößen und vorzugsweise enthält sie vier unterschiedliche durchschnittliche Partikelgrößen. Ein Beispiel einer geeigneten Zusammensetzung für die mittlere Schicht ist:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    30 65
    22 20
    12 10
    4 5
  • Der mittlere Bereich kann selbst mehr als einen Bereich oder Schicht enthalten. Bspw. kann der mittlere Bereich drei Schichten aufweisen, die sich jeweils hinsichtlich ihrer durchschnittlichen Partikelgröße unterscheiden.
  • Der mittlere Bereich oder jede Schicht oder Bereich hiervon wird im Allgemeinen dünn sein und eine Dicke aufweisen, die typischerweise kleiner ist als 0,3 mm in dem gesinterten abrasiven Körper. Der Bereich kann während der Herstellung des Körpers mit den inneren und äußeren Bereichen verschmelzen oder kann in dem gesinterten Körper als unterscheidbare Schicht verbleiben.
  • Wenn der mittlere Bereich mehr als einen Bereich oder Schicht aufweist, wird die Schicht in Kontakt mit dem inneren Bereich typischerweise eine Zusammensetzung aufweisen, wie sie oben dargelegt wurde, und die zweite Schicht auf der ersten Schicht wird typischerweise folgende Zusammensetzung haben:
    Durchschnittliche Partikelgröße (in μm) Gew.-%
    22 50
    12 30
    4 16
    2 4
  • Die Substratoberfläche, auf der die abrasive Partikelmasse platziert wird, kann eben, gekrümmt oder in anderer Weise profiliert sein. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von abrasiven Verbundkörpern, die eine profilierte Schnittstelle zwischen dem Substrat und dem abrasiven Körper in einer Form, wie sie in der Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 941 791 dargestellt und beschrieben ist, aufweist.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die 1 bis 5 erläutert. Zunächst mit Bezug auf 1 umfasst eine ungebundene Anordnung, die zur Herstellung eines abrasiven Verbundkörpers geeignet ist, eine Schicht abrasiver Partikel 10, die auf einer Oberfläche 14 eines zementierten Carbidsubstrates 12 platziert ist.
  • Die Schicht 10 umfasst drei Bereiche – einen inneren Bereich 16, einen mittleren Bereich 18 und einen äußeren Bereich 20. Die Bereiche unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Partikelgrößenzusammensetzungen, wie es oben beschrieben wurde. Die ungebundene Anordnung wird in der Reaktionszone einer herkömmlichen Hochtemperatur-/Hochdruckvorrichtung angeordnet und geeigneten Hochtemperatur-/Hochdrucksinterbedingungen ausgesetzt. Das Produkt, das hergestellt wird, ist eine Diamantkörperschicht 10, die entlang einer Schnittstelle 14 an ein Substrat 12 gebunden ist. Die Diamantkörper schicht wird die drei Regionen 16, 18 und 20 aufweisen. Die Umfangskante 22 der hergestellten Körperschicht 10 liefert die Schneidkante des Körpers.
  • Eine zweite Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Mit Bezug auf diese Figur ist eine abrasive Partikelschicht 30 auf einer Oberfläche 34 eines zementierten Carbidsubstrates 32 angeordnet. Die Oberfläche 34 ist profiliert. Die abrasive Partikelschicht 30 hat drei Bereiche – einen inneren Bereich 36, einen mittleren Bereich 38 und einen äußeren Bereich 40. Diese Bereiche unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Partikelgrößenzusammensetzung, wie es oben beschrieben wurde. Der abrasive Verbundkörper, der aus der ungebundenen Anordnung von 2 hergestellt wird, wird im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen, d.h. eine Abrasivkörperschicht 30, die entlang der Schnittstelle 34 an das Substrat 32 gebunden ist. Die Umfangskante 42 der Abrasivkörperschicht liefert die Schneidkante des Körpers.
  • Die Ausführungsform gemäß 3 ist die gleiche wie bei 2 bis auf die Tatsache, dass die Oberfläche 34 ein anderes Profil hat. Gleiche Elemente in 3 tragen die gleichen Bezugszeichen wie die in 2.
  • Eine weitere Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Mit Bezug auf diese Figur ist eine Abrasivpartikelschicht 50 auf einer Oberfläche 52 eines zementierten Carbidsubstrates 54 angeordnet. Die Abrasivpartikelschicht hat drei Bereiche – einen inneren Bereich 56 und einen mittleren Bereich 58 und einen äußeren Bereich 60. Der innere Bereich 56 und der äußere Bereich 60 haben Partikelgrößenzusammensetzungen wie sie oben beschrieben wurden. Der mittlere Bereich besteht im Gegensatz zu den anderen dargestellten Ausführungsformen aus drei separaten und sich berührenden Schichten 62, 64 und 66. Die Partikelgrößenzusammensetzungen jeder dieser Schichten werden sich voneinander unterscheiden. Der abrasive Verbundkörper, der aus der ungebundenen Anordnung gemäß 4 hergestellt wird, ist einer, der eine Abrasivkör perschicht aufweist, die entlang der Schnittstelle 52 an ein zementiertes Carbidsubstrat 54 gebunden ist. Die Umfangskante 68 der Abrasivkörperschicht liefert die Schneidkante des Körpers.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen können die Schneidkanten eine Abschrägung, Radius oder anders gebrochene Kante aufweisen.
  • Eine noch andere Ausführungsform der Erfindung wird durch 5 dargestellt. Mit Bezug auf diese Figur wird die Abrasivpartikelschicht 70 auf einer gekrümmten oberen Fläche 72 eines zementierten Carbidsubstrates 74 angeordnet. Die Abrasivpartikelschicht 50 umfasst einen inneren Bereich 76, einen mittleren Bereich 78 und einen äußeren Bereich 80. Der innere Bereich 76 und der äußere Bereich 80 haben Partikelzusammensetzungen wie oben beschrieben. Der mittlere Bereich 78 umfasst zwei Schichten 82 und 84, deren Zusammensetzungen derart sein können, wie oben für einen mittleren Bereich beschrieben wurde, der zwei Schichten aufweist. Der aus der ungebundenen Anordnung, die in 5 dargestellt ist, hergestellte abrasive Verbundkörper umfasst eine Diamantkörperschicht 70, die entlang einer Schnittstelle 72 an ein zementiertes Carbidsubstrat 74 gebunden ist. Der abrasive Verbundkörper hat die Form einer Patrone, und es ist die gekrümmte äußere Fläche 86 der Abrasivkörperschicht, die eine Schneidfläche für den Körper liefert.
  • Der abrasive Verbundkörper, der durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird, hat einen großen Anwendungsbereich, bspw. Bohren, Schneiden, Mahlen, Schleifen, Aufbohren und andere Abrasivoperationen. Insbesondere findet der abrasive Verbundkörper Verwendung als Einsatz für Schlagbohrer, Wälzkonusbits und Ziehbits. Bei solchen Anwendungen ist es wünschenswert, eine Presskörperschicht zu haben, die so dick wie möglich ist. Die Verwendung von Bereichen mit unterschiedlichen Partikelgrößenzusammensetzungen, wie oben beschrieben, bei der Herstellung solcher Körper reduziert die Tendenz solcher abrasiven Verbundkörper zur Absplitterung, Delamination oder anderes Fehlverhalten aufgrund von inneren Spannungen, die bei der Herstellung in der Körperschicht erzeugt werden, wesentlich. Der mittlere Bereich, habe er eine oder mehrere Schichten, und die Verwendung von multimodalem Material, d.h. unterschiedlichen Partikelgrößen in den verschiedenen Bereichen, minimiert die Eigenspannungen innerhalb des Körpers, wodurch eine hohe Festigkeit des Körpers gewährleistet wird.

Claims (16)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Verbundkörpers mit einem auf ein Substrat geklebten abrasiven Körper umfasst die Schritte des Vorsehens einer Masse aus ultraharten abrasiven Partikeln auf einer Oberfläche eines Substrats, um eine ungebundene Anordnung zu bilden, und Aussetzen der ungebundenen Anordnung den Bedingungen erhöhter Temperatur und Druck, die geeignet sind, einen abrasiven Körper herzustellen, wobei die Masse der ultraharten abrasiven Partikel durch drei Bereiche gekennzeichnet wird: (i) einen inneren Bereich, der an die Oberfläche des Substrats, auf welcher die Masse vorgesehen ist, angrenzt und Partikel mit wenigstens vier unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen enthält; (ii) einen äußeren Bereich, der Partikel mit wenigstens drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen aufweist; und (iii) einen mittleren Bereich zwischen den ersten und zweiten Bereichen, wobei die inneren und äußeren Bereiche unterschiedliche Partikelgrößenzusammensetzungen aufweisen.
  2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Partikel des inneren Bereiches grober sind als die Partikel in dem äußeren Bereich.
  3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Partikel in dem inneren Bereich eine Größe bis zu 100 μm haben.
  4. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel in dem äußeren Bereich eine Größe bis zu 25 μm haben.
  5. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mittlere Bereich mehr als einen Bereich oder Schicht aufweist, wobei jeder Bereich oder Schicht sich von den anderen hinsichtlich der Partikelgrößenzusammensetzung unterscheidet.
  6. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mittlere Bereich in Kontakt sowohl mit dem äußeren Bereich als auch dem inneren Bereich steht.
  7. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bereiche als Schichten definiert sind.
  8. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Substrats, auf welcher die Partikelmasse vorgesehen ist, eben, gekrümmt oder profiliert ist.
  9. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Scheibe oder Schicht eines Bindemittels für den abrasiven Körper an einer Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, wobei eine Masse ultraharter abrasiver Partikel auf der Scheibe oder Schicht angeordnet wird.
  10. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bindemittel für den abrasiven Körper, in Partikelform, mit der Masse der ultraharten abrasiven Partikel gemischt wird.
  11. Ein Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Bindemittel in einer Menge vorgesehen wird, die ausreicht, um den abrasiven Körper zu schaffen, der mit einem Bindemittelgehalt von 2 bis 25 Gew.-% hergestellt wird.
  12. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein zementiertes Carbidsubstrat ist.
  13. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedingungen erhöhter Temperatur und Druck ein Druck im Bereich von 4 bis 7 GPa und eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 1600°C sind.
  14. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelgrößenzusammensetzung des inneren Bereiches wie folgt ist: (i) der Großteil der Partikel hat eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 10 bis 100 μm in besteht aus wenigstens drei unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen; und (ii) wenigstens 4 Gew.-% der Partikel haben eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 10 μm.
  15. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Partikelgrößenzusammensetzung des inneren Bereiches wie folgt ist:
    Figure 00170001
  16. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelgrößenzusammensetzung des äußeren Bereiches wie folgt ist:
    Figure 00180001
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