DE970535C - Verfahren zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten Koernern in Werkzeuge - Google Patents

Description

• Verfahren zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten Körnern in Werkzeuge Es ist vorbekannt, Werkzeuge dadurch herzustellen, daß man Diamanten oder sonstige harte Körner, wie Mineralkörner oder Körner aus verschiedenen Kunststoffen, z. B. Siliziumkarbid, einfaßt. Dies erfolgt nach verschiedenen Verfahren. Solche Werkzeuge sind z. B. diamantbesetzte Bohrkronen zum Bohren im Berg und Gestein, diamantbesetzte Sägen zum Schneiden von Stein, Glas, Keramik USW., diamantbesetzte Werkzeuge zum Drehen und Schärfen von Schleifscheiben, die oft aus Siliziumkarbid oder anderen harten Körnern bestehen, die von einem Bindemittel zusammengehalten sind.
• Wenn große Körner einzusetzen sind, wie große Diamanten, setzt man oft das Korn in eine Bohrung im Werkzeug ein, wonach das Korn dadurch fest gedichtet wird, daß der Stoff des Werkzeuges mit Dornschlägen gegen das Korn angepreßt wird. Zur Befestigung von großen Körnern ist dieses Verfahren geeignet, aber es ist unpraktisch oder sogar unmöglich, wenn kleine Körner einzusetzen sind. Damit eine Dichtung überhaupt möglich ist, muß ferner das Werkzeug aus einem nicht zu harten Stoff hergestellt sein, und hierdurch wird die Verschleißhärte oder Widerstandsfähigkeit des Werkzeuges gegen Abnutzung verhältnismäßig klein.
• In vielen Fällen ist es aber zweckmäßig und sehr wünschenswert, kleine Körner oder Kristalle zu verwenden, unter anderen weil diese in der Regel billiger, stärker und außerdem schärfer sind und eine bessere Schneidwirkung haben. Um solche kleinen, harten Körner zu befestigen, hat man bisher beispielsweise die Körner in Metallpulver eingelegt und dieses unter hohem Druck zusammengepreßt, wonach die so gebildeten Formlinge gesintert werden. Hierdurch kann man in gewissen Fällen verhältnismäßig harte und feste Körper erhalten. Ein Nachteil des Sinterverfahrens liegt aber darin, daß man für gewöhnlich das Metallpulver mit den eingelegten harten Körnern bei sehr hohem Druck zusammenpressen muß, damit der so gebildete Formling tatsächlich bei. der nachfolgenden Erwärmung zusammensintert. Aber hierdurch können schwächere Körner gebrochen oder zermahmt werden. Ein anderer Nachteil ist, daß bei den üblichen Sinterverfahren Körper mit erheblicher Härte und Abnutzungswiderstandsfähigkeit nur mit solchen Pulvergemischen hergestellt werden können, die bei hoher Temperatur oder aber bei mäßiger Temperatur, aber unter einem sehr hohen Druck sintern. Wenn man Körper mit großer Härte und Abnutzungswiderstand herstellen wollte, mußte man deshalb Pulvergemische verwenden, die bei so hohen Temperaturen sintern, daß dabei gewisse Arten von harten Körnern, z. B. Diamanten, beschädigt werden können. Bei den hier fraglichen Temperaturen fangen nämlich Diamanten an, sich in Graphit umzuwandeln.
• Ein anderes Verfahren besteht darin, daß die harten Körner in ein verhältnismäßig niedrigschmelzendes und gleichzeitig verhältnismäßig hartes Metall eingegossen werden, z. B. in gewisse Kupfer- und Silberlegierungen. Dabei ist es aber oft schwierig zu erzielen, daß das geschmolzene Metall die harten Körner vollständig umschließt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man deshalb z. B. zuerst die Körner versilbert und einen Silberspiegel darauf gefällt, vorzugsweise nach chemischen Verfahren. Hierdurch wird das Ergebnis des Eingießverfahrens verbessert, aber es stellt sich doch in vielen Fällen heraus, daß die Körner nicht sicher befestigt werden. Im geschmolzenem Metall sind nämlich immer Gase vorhanden, die beim Erstarren frei werden. Wenn die versilberten Körner in der Schmelze eingeschmolzen werden, umschließt zwar das geschmolzene Metall augenblicklich sämtliche Körner vollständig, aber bald schmilzt die dünne Silberhaut um die Körner oder I legiert sich mit dem geschmolzenen Metall, und die in der Schmelze vorhandenen Gase erhalten dabei eine Neigung, sich abzuscheiden und sich um die Körner zu sammeln, weil die Schmelze infolge des Oberflächenspannungsverhältnisses oft nicht vermag, die Oberflächen der Körner zu netzen.
• Beim Gießen gemäß dem bekannten Verfahren sitzen deshalb die harten Körner verhältnismäßig locker, und oft ist ein Spielraum zwischen dem Korn und dem umgebenden Metall vorhanden. Dieses hat aber zur Folge, daß bei der Verwendung des Werkzeuges die Körner bald aus dem Metall fallen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten Körnern in Werkzeuge, bei welchem die Diamanten ganz in ein Pulver mit so kleiner Teilchengröße eingebettet werden, daß die Teilchen ganz in die Unebenheiten in den Oberflächen der Diamanten eindringen und diese Unebenheiten ausfüllen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver von geschmolzenem Metall oder einer Metallegierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem des Pulvers durchsetzt wird. Hierbei werden ein Pulver und Metall von solcher Art verwendet, daß das flüssige Metall die Hohlräume zwischen den Pulverteilchen ausfüllt.
• Es ergibt sich, daß dadurch ein sicheres Festhalten der harten Körner erzielt wird und daß das Pulver und das Metall eine harte und gegen Verschleiß widerstandsfähige Fassung bilden, so daß das Werkzeug dauerhaft wird. Luft- oder Gasblasen entstehen nicht im Pulver oder zwischen dem Pulver und den harten Körnern, und diese haben deshalb keine Neigung, locker zu werden.
• Die Größe der Pulverteilchen ist vorzugsweise so klein, daß das Pulver infolge seines Eigengewichtes gut zusammenbackt. Durch dieses Zusammenbacken wird erreicht, daß die harten Körner vom Pulver vollständig umschlossen und die Unebenheiten in der Oberfläche dieser Körner ausgefüllt werden. Die obere Grenze der Teilchengröße kann durch Versuche festgestellt werden, und in der Praxis dürfte keine untere Grenze vorhanden sein. Eine geeignete Teilchengröße des Pulvers ist z. B. 0,00a mm.
• Man kann beispielsweise die harten Körner in das Pulver einmischen und dann dieses zusammenbacken lassen. Falls die harten Körner sehr große Druckfestigkeit haben, kann man das Pulver unter hohem Druck zusammenpressen, anstatt es nur unter dem Eigengewicht zusammenbacken zu lassen. Das zusammengebackene Pulver mit den darin befindlichen harten Körnern wird mit einem Metall oder Metallegierung in Berührung gebracht. Hierbei kann entweder das zusammengebackene Pulver nebst dem Metall gemeinsam auf so hohe Temperatur erhitzt werden, daß das Metall schmilzt, in das zusammengebackene Pulver eindringt und die Pulverteilchen umschließt. Es ist aber auch möglich, das schon geschmolzene Metall auf das Pulver zu gießen oder den Pulverkörper in das geschmolzene Metall zu tauchen. Man kann auch in anderer Weise das Pulver das geschmolzene Metall einsaugen lassen. Unabhängig davon, welches Verfahren man hierbei verwendet, werden sowohl die Pulverteilchen als auch die harten Körner gut von dem geschmolzenen Metall umschlossen, das alle Hohlräutne ausfüllt. Es hat sich herausgestellt, daß in der Praxis keine Gießbläschen entstehen, weder um die harten Körner, noch in der Pulvermasse. Es ist zu beachten, daß nur so viel Metall verwendet wird, daß das zusammengebackene Pulver damit genügend gesättigt wird. Oft ist es zweckmäßig oder sogar notwI-ndig, ein Flußmittel - wie beim Löten - zu verwenden, um das Eindringen des geschmolzenen Metalls oder der Metallegierung in die zusammengebackene Pulvermasse zu erleichtern. Als Flußmittel kann beispielsweise Borax verwendet werden.
• Man kann auch Stücke des Metalls oder der Metallegierung, gegebenenfalls mit Flußmittel, auf das Pulver oder den Pulverkörper legen und danach das Metall und das Pulver in einem Ofen mit chemisch reduzierend wirkender Atmosphäre, z. B. Wasserstoffatmosphäre, erhitzen, bis das Metall schmilzt und genügend leichtflüssig wird, um in das Pulver einzudringen. Gegebenenfalls kann auch das Kühlen in reduzierender Atmosphäre durchgeführt werden.
• Falls man als Metall Schlaglot oder Kupfer verwendet, kann das Pulver beispielsweise aus Kobalt, Nickel, Eisen oder Wolframkarbid oder einem Gemisch davon bestehen, je nach den Eigenschaften, die der fertige Fassungsstoff um die harten Körner haben soll.
• Die Eigenschaften des Fassungsstoffes sind unter anderem davon abhängig, welches Pulver und welches Metall gewählt werden, aber auch der Grad des Zusammenbackens des Pulvers vor dem Gießen hat einen wesentlichen Einfluß. So steigt beispielsweise die Härte mit diesem Grad, falls man ein Pulver verwendet, das härter ist als das Metall. Je härter der Stoff ist, woraus das Pulver besteht, desto härter wird der Fassungsstoff. Je härter das verwendete Metall ist, desto härter wird auch der Fassungsstoff. Das Mengenverhältnis zwischen Pulver und Metall im fertigen Fassungsstoff hat auch einen Einfluß auf dessen Härte. Um eine besondere Verschleißwiderstandsfähigkeit und Härte des Fassungsstoffes zu erzielen, der für die meisten Werkzeuge vorteilhaft ist, kann man z. B. feinkörniges, zusammengebackenes Wolframkarbidpulver wählen und als Metall Kupfer verwenden.
• Durch Wahl von verschiedenen Pulvern und verschiedenen Metallen für die Fassung der harten Körner und durch Änderung des Grades des Zusammenbackens oder -pressens kann man in weiten Grenzen die Härte des Fassungsstoffes einstellen.
• In vielen Fällen ist es notwendig, daß man die Härte und insbesondere die Wiederstandsfähigkeit des Fassungsstoffes gegen Verschleiß sozusagen Fein einstellen, d. h. in engen Grenzen auf den gewünschten Wert einregeln kann. Dieses ist insi)esondere bei solchen Werkzeugen wichtig, deren arbeitender Teil mit Diamanten besetzt ist. Als Beispiel solcherWerkzeuge seien gewisse Diamant->ohrkronen und Schleifscheiben erwähnt.
• Diese Feineinstellung der Verschleißhärte des Fassungsstoffes kann dadurch erzielt werden, daß man in das Pulver, das von dem Metall benetzt wird und worin die harten Körner eingebettet werden, kleinere oder größere Mengen von einem Pulver eines Stoffes einmischt, der vom Metall licht benetzt wird. Hierzu kann man z. B. >iliziumkarbidpulver verwenden. Je größere Mengen man von diesem Pulver einmischt, desto niedriger wird die Verschleißwiderstandsfähigkeit des Fassungsstoffes. Man kann hierdurch in sehr engen Grenzen diese Widerstandsfähigkeit auf jeden gewünschten Wert einstellen.
• Es ist wichtig, daß die harten Körner an allen Seiten" von dem zusammengebackenen Pulver umgeben sind. Es ist oft schwierig, die Fassung von einer großen Anzahl harter Körner mit kleinen Abmessungen zu bewirken, falls nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Damit das Pulver die harten Körner gut umschließt, kann man z. B. zuerst die harten Körner mit einer Flüssigkeit benetzen, die beim Erhitzen auf die Gießtemperatur verdunstet. Die angefeuchteten Körner werden dann in das Pulver eingemischt, so däß das Pulver an den feuchten Flächen des Korns anhaftet und einen Belag darauf bildet. Die Dicke dieses Belages hängt von den Eigenschaften der verwendeten Flüssigkeit und von denen des Pulvers ab.
• Unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung können harte Körner sicher, fest und billig in einem Stoff gefaßt oder eingesetzt werden, dem je nach den Bedürfnissen verschiedene Eigenschaften in weiten Grenzen gegeben werden können, beispielsweise in bezug auf Härte, Zähigkeit, Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß usw., ohne daß die Körner hohen Drucken oder besonders hohen Temperaturen ausgesetzt zu werden brauchen. Hierdurch wird erzielt, daß die harten Körner ohne Beschädigung im Fassungsstoff befestigt werden.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse, z. B. Formlinge, worin die harten Körner eingesetzt sind, können entweder unmittelbar als solche als Werkzeuge für verschiedene Zwecke verwendet werden oder aber in geeigneter Weise, z. B. durch Löten, in oder an einem Halter aus geeignetem Stoff und zweckmäßiger Ausführung befestigt werden. So können beispielsweise Diamantbohrkronen, Diamantsägen, Schleifscheiben, Diamantwerkzeuge zum Schärfen von Schleifscheiben, Drehstähle usw. gemäß der Erfindung hergestellt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Fassen oder Einsetzen von Diamanten oder anderen harten Körnern in Werkzeuge, bei welchem die Diamanten ganz in ein Pulver mit so kleiner Teilchengröße eingebettet werden, daß die Teilchen ganz in die Unebenheiten in den Oberflächen der Diamanten eindringen und diese Unebenheiten ausfüllen, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver von geschmolzenem Metall oder einer Metalllegierung mit niedrigerem Schmelzpunkte als dem des Pulvers durchsetzt wird, wobei Pulver und Metall solcher Art verwendet werden, daß das flüssige Metall die Hohlräume zwischen den Pulverteilchen ausfüllt. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mit einem Metall oder mit einer Metallegierung in Berührung gebracht wird, das bei der Gießtemperatur die Oberflächen der Pulverteilchen netzt. 3. Verfahren nach Anspruch r und. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver beispielsweise aus Kobalt, Nickel, Eisen oder Wolframkarbid oder einem Gemisch davon besteht. q.. Verfahren nach Anspruch r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Pulver ein Metall oder eine Metallegierung mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Schlaglot oder Kupfer, eingegossen wird. 5. Verfahren nach Anspruch r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß dem Metall ein Flußmittel, z. B. Borax, hinzugefügt wird, um das Eindringen in das Pulver zu erleichtern. 6. Verfahren nach Anspruch r bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten vor dem Einbetten in das Pulver mit einer Flüssigkeit benetzt werden, die beim Erhitzen auf die Gießtemperatur verdunstet. 7. Verfahren nach Anspruch z bis 6; dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver und die darin gepackten Diamanten oder harten Körner genügender Druckfestigkeit unter hohem Druck zusammengepreßt werden, ehe das geschmolzene Metall oder die Metallegierung darin eingegossen wird. B. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das Pulver, in das die Diamanten eingebettet werden, ein Pulver aus einem Material, wie Siliziumkarbid, gemischt wird, das nicht von dem Metall oder der Metallegierung benetzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 187 384., 2 200 281, 2210039-