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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen gesinterten Diamantkörper, der als Material für Schneidwerkzeuge,
Grabwerkzeuge, Einziehwerkzeuge, verschleißfeste Teile und ähnliches
verwendet wird. Genauer gesagt bezieht sie sich auf einen gesinterten
Diamantkörper
mit verbesserter Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein gesinterter Diamantkörper hat
im Allgemeinen überlegene
Verschleißfestigkeit
und höhere
Festigkeit im Vergleich zu anderen Materialien. Daher wird er auf
einem technischem Gebiet verwendet, welches Festigkeit und Verschleißfestigkeit
erfordert, beispielsweise dem Gebiet der Schneidwerkzeuge, Grabwerkzeuge
und Einziehwerkzeuge. Solch ein gesinterter Diamantkörper kann
erhalten werden, indem Diamantpulver in einen Behälter eingefüllt wird,
der aus mit WC-Co gesintertem Carbid gebildet ist, die Flüssigphase
einer Co-W-C eutektischen Zusammensetzung aus dem gesinterten Carbid-Basismaterial
unter hohem Druck bei hoher Temperatur in das Diamantpulver infiltriert
wird und dieses gesintert wird, wie beispielsweise in der japanischen
Patentveröffentlichung
No. 52-12126 offenbart. Alternativ, wie in der japanischen Offenlegungsschrift
No. 54-114513 offenbart, kann ein gesinterter Diamantkörper erhalten
werden durch Vormischen von Diamantpulver mit einem Pulver, das
ein zur Eisenfamilie gehöriges
Lösungsmetall
enthält,
und durch Halten des gemischten Pulvers bei solch hoher Temperatur
und hohem Druck, welche die Entstehung von Diamant erlauben.
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Der durch die oben beschriebenen
Verfahren erhaltene gesinterte Diamantkörper leidet unter dem Problem
schwieriger Sinterungsbedingungen. Wenn beispielsweise die Diamantpartikel
zu fein sind oder die Menge an einzumischendem Lösungsmetall zu klein ist, würde das
Sintern unmöglich,
da das Lösungsmetall kaum
infiltrieren würde
oder die koagulierten Anteile der Diamantpartikel würden sich
nicht örtlich
sintern lassen, da die Anteile an Diamantpartikeln, die miteinander
in Kontakt stehen wackeln. Dementsprechend ist es nicht einfach,
gesinterte Diamantkörper
zu erhalten, welche eine hohe Dichte aufweisen, d. h. einen gesinterten
Diamantkörper
mit guter Verschleißfestigkeit
und einem hohen Anteil an Diamant.
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Um ein solches Problem zu lösen, ist
beispielsweise in den japanischen Patentoffenlegungsschriften No.
63-190756 und No. 6-32655 sowie im Forschungsbericht No. 58, Seiten
38–48
des "National Institute
for Research in Inorganic Materials" ein Verfahren zur Herstellung eines
gesinterten Diamantkörpers
mit einer hohen Dichte vorgeschlagen worden, bei dem ein Sinterhilfsmittel
als Beschichtung auf der Oberfläche
jedes Diamantpulverpartikels aufgebracht wird und bei dem das beschichtete
Diamantpulver gesintert wird.
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Der durch dieses Verfahren erhaltene
gesinterte Diamantkörper
hat einen hohen Diamantanteil und daher eine gute Verschleißfestigkeit.
Wenn jedoch die Partikelgröße des Diamant
im gesinterten Körper
groß ist,
wird die Festigkeit des gesinterten Diamantkörpers niedrig, so dass er keine
hinreichende Zuverlässigkeit für die praktische
Anwendung aufweist. Weiterhin kann bei Anwendung eines solchen Verfahrens
zum Erzeugen eines gesinterten Diamantkörpers mit hoher Dichte nur
ein kleiner Anteil an Sinterhilfsmittel zugegeben werden. Daher
werden, abhängig
von der Zusammensetzung des Sinterhilfsmittels und der Art der Beschichtung
sowie des Temperatur- und Druckbereichs, der die Herstellung von
Diamant gestattet, eine relativ hohe Temperatur und ein hoher Druck
benötigt.
In solch einem Fall würde
eine große
Spannung im gesinterten Diamantkörper
verbleiben, welche die Festigkeit des gesinterten Diamantkörpers. beeinträchtigt und
daher die Zuverlässigkeit
in der praktischen Verwendung verringert.
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Um die Zersetzung des gesinterten
Diamantkörpers
bei hoher Temperatur zu vermeiden, ist beispielsweise in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-6769 ein Verfahren vorgeschlagen
worden, bei dem die Oberfläche
der Diamantpartikel mit einem Übergangsmetall
wie Bor oder Silizium beschichtet wird und das beschichtete Diamantpulver
in Festphase gesintert wird. Jedoch wird in diesem Fall angenommen,
dass die Diamantpartikel mit Beschichtungsmaterial verbunden sind,
welches durch dazwischen gelagerte Festphasenreaktion carbonisiert
ist. Daher ist der durch Flüssigphasensintern
unter Verwendung eines Eisenfamilienmetalls als Lösungsmittel,
das ein direktes Binden zwischen Diamantpartikeln erlaubt, erhaltene
gesinterte Diamantkörper
im Bezug auf seine mechanische Festigkeit überlegen.
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Ein anderes Verfahren eines polykristallinen
Diamantpresslings wird im US-Patent 4,907,377 offenbart. Dieses
Verfahren verwendet zwei verschiedene Katalysatorquellen, die so
angeordnet sind, dass ein gleichförmiger und homogener Durchfluss
der Katalysatoren durch die Diamantpartikelmasse während des Formungsprozesses
erzielt wird. Diese Katalysatoren umfassen ein gesintertes Metallcarbid,
das einen Katalysator für
Diamantrekristallisation oder eine physikalische Mischung oder vorgeformte
Legierung von Kobalt oder Nickel und Bor beinhaltet. Bekannte Katalysatoren
bei dieser Technik können
ausgewählt
werden aus der Gruppe, die besteht aus Kobalt, Eisen, Nickel, Palladium
etc.
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Die Bildung eines polykristallinen
Diamantpresslings durch Verlöten
kleinerer Einheiten von polykristallinen Diamantpresslingen wird
in der europäischen
Patentanmeldung EP-A2-0
329 954 beschreiben. Gemäß diesem
alternativen Verfahren wird eine Lötlegierung, die Nickel, Palladium,
Chrom und Bor enthält,
verwendet, um die polykristallinen Diamantpresslinge aneinander
zu binden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Hinblick auf die oben beschriebenen
Probleme im Stand der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die Bereitstellung eines gesinterten Diamantkörpers mit
hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit.
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Dies wird durch den gesinterten Diamantkörper erreicht,
der die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Die bevorzugten Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Der gesinterte Diamantkörper mit
hoher Festigkeit und hohem Verschleißwiderstand (Verschleißfestigkeit),
enthält
gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung: gesinterte Diamantpartikel
mit 80 bis 96 Volumen-% und einem restlichen Teil aus Sinterhilfsmittel
und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei die gesinterten Diamantpartikel
eine Partikelgröße aufweisen,
die im wesentlichen im Bereich von 0.1 bis 10 mm liegt, und di rekt
miteinander verbunden sind, wobei das Sinterhilfsmittel Pd im Bereich
von 0.1 bis 40 Gewichtsprozent und als restlichen Teil wenigstens
Fe, Co oder Ni enthält.
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Da bei dem gesinterten Diamantkörper nach
dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die feinen Diamantpartikel
mit hoher Dichte in Anwesenheit eines Sinterhilfsmittels gesintert
werden, das ein Eisenfamilienelement enthält, können hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit
realisiert werden.
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Das Verfahren zur Herstellung eines
gesinterten Diamantkörpers
mit hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit beinhaltet die
Schritte des Präparierens
von Diamantpulver mit einer Partikelgröße im wesentlichen in einem
Bereich von 0.1 bis 10 μm,
das Abscheiden von Pd innerhalb des Bereichs von 10–4 bis
40 Gewichtsprozent auf die Oberfläche jedes der Diamantpulverpartikel,
chemisches Tauchabscheiden eines Sinterungshilfsmittels, welches
Eisen, Kobalt und/oder Nickel enthält, im Bereich von 4 bis 20
Volumenprozent auf die Oberfläche
jedes der Diamantpulverpartikel und dadurch Herstellen eines beschichteten
Diamantpulvers, Formen des Pulverpresskörpers aus dem beschichteten
Diamantpulver und Sintern des Pulverpresskörpers in flüssigen Phase unter einer Bedingung
von hohem Druck und hoher Temperatur, bei welcher Diamant stabil
ist.
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Bei diesem Verfahren zur Herstellung
eines gesinterten Diamantkörpers
gemäß der Erfindung
wird ein Sinterhilfsmittel mit einem Eisenfamilienelement zur Beschichtung
an der Oberfläche
jedes der Partikel des feinen Diamantpulvers in einem Bereich von
4 bis 20 Volumenprozent angewendet, und das beschichtete Diamantpulver
wird in flüssiger
Phase unter hohem Druck und hoher Temperatur, bei welcher der Diamant
stabil ist, gesintert, so dass ein gesinterter Diamantkörper mit
hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit sowie mit einem
hohen Diamantanteil erhalten werden kann.
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Ein anderes Verfahren zur Herstellung
eines gesinterten Diamantkörpers
mit hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit beinhaltet die
Schritte des Präparierens
von Diamantpulver mit einer Partikelgröße im wesentlichen innerhalb
des Bereiches von 0.1 bis 10 μm,
Abscheiden von Pd innerhalb eines Bereiches von 10–4 bis
40 Gewichtsprozent auf die Oberfläche jedes der Diamantpulverpartikel
und danach chemisches Tauchabscheiden eines Sinterhilfsmittels,
welches wenigstens eines der Elemente Eisen, Kobalt und Nickel innerhalb
eines Bereichs von 0,1 bis 19,9 Volumenprozent enthält, auf
die Oberfläche
jedes der Diamantpulverpartikels, um beschichtetes Diamantpulver
herzustellen, Formen des Pulverpresskörpers aus dem beschichteten
Diamantpulver, In-Kontakt-Bringen eines zusätzlichen Sinterhilfsmittels,
welches Pd, Fe, Co und/oder Ni enthält, mit dem Pulverpresskörper, und
Sintern des Pulverpresskörpers
in Flüssig-Phase
unter einer Bedingung von hohem Druck und hoher Temperatur, bei
welcher Diamant stabil ist, während
das zusätzliche
Sinterhilfsmittel einsickert.
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In diesem Verfahren zur Herstellung
des gesinterten Diamantkörpers
gemäß der Erfindung
wird das Sinterhilfsmittel, welches ein Eisenfamilienelement enthält, zum
Beschichten der Oberfläche
jedes der Partikel des feinen Diamantpulvers innerhalb eines Bereichs
von 0,1 bis 19,9 Volumenprozent verwendet, ein zusätzliches
Sinterhilfsmittel in Kontakt mit dem beschichteten Diamantpulver
gebracht, und das beschichtete Diamantpulver in Flüssigphase
unter hohem Druck und hoher Temperatur gesintert, bei welchen der
Diamant stabil ist, während
das zusätzliche
Sinterhilfsmittel einsickert (infiltriert). Daher kann ein gesinterter
Diamantkörper mit
hohem Diamantanteil und hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit
erhalten werden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Zunächst haben die Erfinder die
Festigkeit verschiedener gesinterter Diamantkörper untersucht. Es ergab sich,
dass die Festigkeit des gesinterten Diamantkörpers von der Größe eines
Defekts im gesinterten Körper
abhängt,
welcher als Initiationspunkt eines Bruchs dient. Hier bedeutet der
Ausdruck "Defekt" einen größeren Diamantpartikel
im gesinterten Diamantkörper,
eine Ansammlung von Sinterhilfsmittel wie einem Lösungsmetall,
oder eine Lücke.
Je kleiner dieser Defekt ist, umso höher ist die Festigkeit des
gesinterten Diamantkörpers.
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Es hat sich gezeigt, dass zur Verbesserung
der Festigkeit des gesinterten Diamantkörpers zunächst die größeren Diamantpartikel reduziert
werden müssen
und dass eine akzeptable Partikelgröße des Diamants bei höchstens
10 μm liegt.
Um ein Beschichten der Oberfläche
der Diamantpartikel mit Sinterhilfsmittel zu ermöglichen, wie später beschrieben,
müssen
die Diamantpartikel eine Partikelgröße von zumindest 0,1 μm aufweisen.
Anders ausge drückt
muss das Diamantpulverrohmaterial eine Partikelgröße innerhalb
des Bereichs von 0,1 bis 10 μm
aufweisen.
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Es hat sich gezeigt, dass zur Verringerung
des Anteils von Lücken
und Ansammlungen von Sinterhilfsmittel im gesinterten Körper ein
Sintern von beschichtetem Diamantpulver vorteilhaft ist, bei dem
das Sinterhilfsmittel die Oberfläche
jedes Partikels des Diamantpulvers in Flüssigphase bedeckt. Es hat sich
gezeigt, dass das Sinterungshilfsmittel vorzugsweise Pd sowie Eisen,
Kobalt und/oder Nickel enthalten sollte, welche Eisenfamilienmetalle
sind. Es hat sich gezeigt, dass durch das Herstellen von beschichtetem
Diamantpulver, welches ein solches Sinterhilfsmittel in einem Bereich
von 4 bis 20 Volumenprozent enthält
und durch Sintern des beschichteten Diamantpulvers unter einer Bedingung
hohen Drucks und hoher Temperatur, bei welchen Diamant stabil ist,
eine einheitliche Flüssigphase
des Sinterhilfsmittels über
dem gesamten Diamantpulver erzeugt wird, so dass ein gesinterter
Diamantkörper
erhalten wird, der kleinere Lücken
und Ansammlungen von Sinterhilfsmittel enthält.
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Es wurde weiterhin festgestellt,
dass durch Präparieren
von beschichteten Diamantpulver unter Einschluss eines Sinterhilfsmittels
enthaltend Pd sowie Fe, Co und/oder Ni in einem Bereich von 0,1
bis 19,9 Volumenprozent und durch In-Kontakt-Bringen eines zusätzlichen
Sinterhilfsmittels, enthaltend zumindest eines der Elemente Pd,
Fe, Co und/oder Ni, mit dem beschichteten Diamantpulver eine gleichförmige Infiltration
des zusätzlichen
Sinterungshilfsmittels über
dem gesamten beschichteten Diamantpulverpresskörper auftritt, wobei es das
Sinterungshilfsmittel, mit dem das Diamantpulver unter hohem Druck
bei hoher Temperatur, bei welchen Diamant stabil ist, beschichtet
ist, ergänzt,
und somit ein gesinterter Diamantkörper mit kleineren Lücken und
Ansammlungen von Sinterhilfsmittel erhalten werden kann.
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Genauer gesagt kann durch Verwenden
beschichteten Diamantpulvers, auf welches das oben beschriebene
Sinterhilfsmittel abgelagert wird, ein gleichförmiges Schmelzen oder Infiltrieren
des Sinterhilfsmittels stattfinden, so dass ein Sintern unter einer
Bedingung ermöglicht
ist, welche ansonsten nicht zum Sintern geeignet ist, und damit
ein gesinterter Diamantkörper
mit hohem Diamantanteil, hoher Festigkeit und hoher Verschleißfestigkeit
erhalten werden kann.
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Hierbei kann Pd, Fe, Co oder Ni beliebig
für sich
als Sinterhilfsmittel für
das Diamantpulver verwendet werden. Jedoch stellte sich heraus,
dass dann, wenn das Sinterhilfsmittel Pd zusätzlich zumindest zu einem von
Fe, Co und Ni enthält,
der Schmelzpunkt des Sinterhilfsmittels sinkt und die Sinterungseigenschaft
des Diamantpulvers bemerkenswert verbessert wird. Wenn hierbei der
Gehalt von Pd im Sinterungshilfsmittel kleiner als 0,01 Gewichtsprozent
ist, kann kein hinreichender Schmelzpunkterniedrigungseffekt des
Sinterhilfsmittels erzielt werden. Wenn andererseits der Gehalt
an Pd 40 Gewichtsprozent übersteigt,
tendiert der Schmelzpunkt des Sinterhilfsmittels dazu zu steigen,
wodurch die Sinterungseigenschaft des Diamantpulvers beeinträchtig wird.
Anders gesagt, ist der Gehalt an Pd im Sinterhilfsmittel vorzugsweise
innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 40 Gewichtsprozent.
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Weiterhin sollten vorzugsweise zumindest
vier Gewichtsprozent an Sinterhilfsmittel enthalten sein, wenn das
mit dem Sinterhilfsmittel beschichtete Diamantpulver gesintert werden
soll, um eine Verknappung des Sinterhilfsmittels zu vermeiden, welche
ein Sintern des Diamantpulvers im wesentlichen unmöglich machen
würde.
Andererseits sollte der Gehalt an Sinterhilfsmittel vorzugsweise
höchstens
20 Volumenprozent betragen, da die Verschleißfestigkeit des gesinterten
Körpers
spürbar
beeinträchtigt
wird, weil der Diamantgehalt sich verringert, falls das Sinterhilfsmittel
im gesinterten Diamantkörper
20 Volumenprozent übersteigt.
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Gleichermaßen sollte, weil das Sintern
des beschichteten Diamantpulvers mit zusätzlichem Sinterhilfsmittel,
das in Kontakt mit dem Pulverpresskörper des Diamantpulvers gebracht
worden ist, durchgeführt
werden soll, der Anteil an Sinterhilfsmittel, der die Diamantpartikel
beschichtet, vorzugsweise zumindest 0,1 Volumenprozent betragen.
Der Grund dafür
liegt darin, dass – sofern
der Anteil an Sinterhilfsmittel der Beschichtung kleiner als 0,1
Volumenprozent ist – eine
gleichförmige
Beschichtung durch Sinterhilfsmittel auf der Oberfläche der
Diamantpartikel schwierig wird, was eine gleichmäßige Infiltration des zusätzlichem
Sinterhilfsmittels unmöglich
macht. Andererseits sollte der Anteil an Beschichtung des Sinterhilfsmittels
vorzugsweise höchstens
19,9 Volumenprozent betragen. Der Grund dafür liegt darin, dass nach dem
Sintern und Infiltrieren zusätzlichen
Sinterhilfsmittels, falls das Sinterhilfsmittel im gesinterten Körper 20
Volumenprozent überschreitet,
der Diamant anteil sinkt und demzufolge die Verschleißfestigkeit
des gesinterten Körpers
signifikant vermindert ist.
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Als Verfahren zum Beschichten jedes
der Partikel des Diamantpulvers mit dem Sinterhilfsmittel kann ein
CVD-Verfahren, ein PVD-Verfahren oder ein Lösungsabscheidungsverfahren
verwendet werden. Jedoch wird ein chemisches Tauchabscheidungsverfahren
besonders bevorzugt verwendet; sowohl aus ökonomischen Aspekten als auch
aus der Überlegung
heraus, dass die Gleichförmigkeit
der Sinterhilfsmittelbeschichtung, welche die Oberfläche des
Diamantpartikels bedeckt, eine sehr wichtige Rolle bei der Verbesserung
der Sinterungseigenschaften des Pulvers und bei der Festigkeit des
gesinterten Körpers
spielt.
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Wenn das Sinterhilfsmittel auf der
Oberfläche
der Diamantpartikel durch chemisches Tauchabscheiden abgeschieden
werden soll, sollte ein Einmischen von Verunreinigung im Sinterhilfsmittel
soweit als möglich
vermieden werden, um einen hohen Diamantanteil nach dem Sintern
zu erzielen. Berücksichtigt
man die Tatsache, dass für
die anfängliche
Reaktion des chemischen Tauchabscheidens katalytische Kerne mit
einer hohen katalytischen Aktivität auf der Oberfläche des
Diamantpartikels existieren müssen,
wird es bevorzugt, dass Pd, welches nicht nur die Funktion eines
Sinterhilfsmittels hat, sondern auch katalytische Aktivität zeigt, zuerst
die Oberfläche
des Diamantpartikels beschichtet. Es stellte sich heraus, dass durch
Bereitstellen einer Beschichtung mit einem Sinterhilfsmittel, welches
Fe, Co und/oder Ni sowie Pd, das als katalytischer Kern dient, enthält, Diamantpartikel
mit einer Beschichtung mit Sinterhilfsmittel von geringerer Verunreinigung
erhalten werden können.
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Hier ist es wünschenswert, dass der Betrag
an Abscheidung von Pd auf die Oberfläche der Diamantpartikel zumindest
10–4 Gewichtsprozent
ausmacht. Der Grund hierfür
liegt darin, dass, wenn die katalytische Aktivität unzureichend ist, das chemische
Tauchabscheiden unzureichend wird, was es schwierig macht, eine Beschichtung
mit dem Sinterhilfsmittel zu erreichen. Andererseits sollte der
Betrag an Abscheidung von Pd wünschenswerterweise
höchstens
40 Gewichtsprozent betragen. Der Grund hierfür liegt darin, eine Verschlechterung
der Sinterungseigenschaft zu vermeiden, welche durch einen erhöhten Schmelzpunkt
des Sinterhilfsmittels bei übermäßigem Pd
verursacht wird.
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Weiterhin wurde festgestellt, dass – falls
das Sinterhilfsmittel zumindest eines von Sn, P und B zusätzlich zum
Eisenfamilienmetall enthält,
das Sn, P oder B dazu dient, den Schmelzpunkt des Sinterhilfsmittels
herabzusetzen, was die Sinterungseigenschaft des mit dem Sinterhilfsmittel
beschichteten Diamantpulvers signifikant verbessert.
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Was die Abscheidung von P zusätzlich zum
Eisenfamilienelement anbelangt, so kann ein Sinterhilfsmittel mit
einer gewünschten
P-Konzentration präzipitiert
werden, in dem Hypophosphit, beispielsweise Natriumhypophosphit
als Reduktionsmittel in der Tauchabscheidungslösung verwendet wird und in
dem die Konzentration des Reduktionsmittels in der Abscheidungslösung, der
pH-Wert der Abscheidungslösung
und die Temperatur während
des Abscheidens eingestellt werden. In ähnlicher Weise kann zur Präzipitation
von B zum Eisenfamilienelement ein Sinterhilfsmittel mit einer gewünschten
B-Konzentration präzipitiert
werden, indem eine Borhydridkomponente wie etwa Natriumborhydrid
als Reduktionsmittel in der Lösung
zum chemischen Tauchabscheiden verwendet wird und die Konzentration
des Reduktionsmittels in der Abscheidungslösung, der pH-Wert der Abscheidungslösung und
die Temperatur während
der Abscheidung eingestellt werden. Im Übrigen hat Sn überlegene
Absorptionseigenschaften in Bezug auf die Oberfläche der Diamantpulverpartikel. Daher
kann es direkt aus beispielsweise einer Zinkchloridlösung an
die Diamantpartikeloberfläche
absorbiert werden. Des weiteren wird die Präzipitation von Pd, welches
als katalytischer Kern dient – nach
der Absorption von Sn auf der Oberfläche der Diamantpartikel als
Preprozessierung für
das chemische Tauchabscheiden (sensitivierende Aktivierungsmethode)
oder die gleichzeitige Präzipitation
von Sn und Pd (katalytisches Beschleunigungsverfahren) bevorzugt,
da es die Absorption von Pd auf der Oberfläche der Diamantpartikel fördert.
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Wenn zu diesem Zeitpunkt der Gesamtgehalt
an Sn, P und B im Sinterhilfsmittel kleiner als 0,01 Gewichtsprozent
ist, kann der Effekt der Schmelzpunkterniedrigung des Sinterhilfsmittels
nicht erreicht werden. Falls es andererseits 30 Gewichtsprozent übersteigt,
wird ein Schmelzen des Diamanten an das Eisenfamilienmetall, welches
als Lösungsmetall
im Sinterhilfsmittel zum Zeitpunkt des Sinterns dient, behindert,
so dass die Bindungsstärke.
zwischen den Diamantpartikeln erniedrigt wird, was die Festigkeit
des gesinterten Körpers und
die thermischen Eigenschaften des gesinterten Körpers verschlechtert. Der Gesamtgehalt von
Sn, P und B sollte bevorzugterweise eher in einem Bereich von 0,01
bis 11,5 Gewichtsprozent liegen.
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Wenn der Diamantpartikel mit dem
Sinterhilfsmittel durch chemisches Tauchabscheiden beschichtet werden
soll, wird das Eisenfamilienelement, welches durch chemisches Tauchabscheiden
präzipitiert
wird, in den meisten Fällen
als Oxid abgeschieden. Falls das Sintern unter Verwendung eines
Sinterhilfsmittels, das ein Oxid enthält, durchgeführt wird,
kann aus dem Oxid erzeugter Sauerstoff möglicherweise Lücken im
gesinterten Körper
erzeugen, was ein Schmelzen und die Präzipitationsreaktion des Diamanten
im als Lösungsmittel
dienenden Sinterhilfsmittel behindern kann. Er kann daher die Eigenschaften
des gesinterten Diamantkörpers
verschlechtern. Um einen solchen unerwünschten Effekt durch Sauerstoff
zu vermeiden, sollte das beschichtete Diamantpulver nach dem chemischen
Tauchabscheiden vorzugsweise durch eine Hitzebehandlung im Vakuum
oder in einer Wasserstoffatmosphäre
reduziert werden.
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Es hat sich erwiesen, dass beim Durchführen des
chemischen Tauchabscheidens auf dem Diamantpulver dieses gleichmäßig vom
Sinterhilfsmittel beschichtet werden kann, falls die Abscheidungslösung, welche
das Diamantpulver enthält,
durch Rühren
und/oder Ultraschallschwingung bewegt wird.
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Weiterhin wird es bevorzugt, um einen
gesinterten Diamantkörper
mit höherer
Dichte zu erhalten, eine Hitzebehandlung am Diamantkörper bei
hoher Temperatur unter solch einer Bedingung durchzuführen, die
den Diamant instabil macht, so dass die Diamantpartikel teilweise
von der Oberfläche
her in Graphit umgewandelt werden, um die partiell graphitisierten
Diamantpartikel mit dem Sinterhilfsmittel zu beschichten und danach
das Sintern durchzuführen,
oder das Diamantpulver mit dem Sinterhilfsmittel zu beschichten,
die beschichteten Diamantpartikel teilweise von der Oberfläche aus
in Graphit umzuwandeln und dann ein Sintern durchzuführen. Der
Grund dafür
ist der folgende: Diamantpulver ist einer plastischen Verformung
nicht zugänglich,
daher gibt es selbst unter hohem Druck eine Tendenz dazu, dass zwischen
den Diamantpartikeln Räume
verbleiben. Wenn jedoch die Oberfläche der Diamantpartikel in
Graphit umgewandelt ist, ist der Graphitanteil einer plastischen
Deformation eher zugänglich,
so dass die Dichte des gesinterten Körpers wesentlich erhöht werden kann.
Weiterhin ist unter Berücksichtigung
des Schmelzens des Kohlenstoffs und Repräzipitation im Sinterhilfsmittel
während
des Sinters die Reaktionsgeschwindigkeit von Graphit schneller als
diejenige von Diamant und damit ist die Sintereigenschaft verbessert,
falls die Diamantoberfläche
in Graphit umgewandelt ist.
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Aus diesen Gründen versteht es sich, dass
ein gesinterter Diamantkörper
mit höherer
Dichte erhalten werden kann, falls die Diamantoberfläche teilweise
in Graphit umgewandelt ist. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Verhältnis von
Graphitisierung der Diamantpartikel kleiner als 0,5 Volumenprozent
ist, wird die Dichte des gesinterten Körpers kaum erhöht sein.
Wenn andererseits das Verhältnis
der Graphitisierung der Diamantpartikel 80 Volumenprozent übersteigt,
wird die Umwandlung von Graphit zu Diamant während des Sinterns unter solchem
hohen Druck und hoher Temperatur, welches Diamant stabil hält, unzureichend,
was dazu führt,
dass Graphit im gesinterten Diamantkörper zurückbleibt. Daher ist der bevorzugte
Bereich der partiellen Graphitisierung der Diamantpartikel zwischen
0,5 und 80 Volumenprozent.
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Wenn nun der oben beschriebene Diamantkörper erhalten
werden soll, ist es möglich,
dass verschiedene Materialien in geringen Mengen gemischt werden.
So wird beispielsweise das beschichtete Diamantpulver im Allgemeinen
in einen aus gesintertem Karbid oder einem refraktorischem Metall
geformten Behälter
gefüllt
und dann gesintert. Daher können
W, Ta, Mo und Cr, welche die Bestandteile des Behälters bzw.
von seinem Karbid sind, möglicherweise
in den gesinterten Körper
eingemischt werden. Jedoch selbst wenn solches Material in den gesinterten
Körper
eingemischt wird, wird es keine Probleme verursachen, sofern der
Diamantgehalt in dem gesinterten Körper im Bereich von 80 bis
96 Volumenprozent liegt.
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Gleichermaßen werden keine Probleme auftreten,
selbst wenn das zusätzliche
Sinterhilfsmittel in Kontakt mit dem Pulverpresskörper als
Ergänzung
zu dem Sinterhilfsmittel in dem beschichteten Diamantpulver in Kontakt
gebracht wird und während
des Sinterns in den Pulverpresskörper
infiltriert wird, sofern der Diamantgehalt des gesinterten Körpers sich
im Bereich von 80–96
Volumenprozent befindet. Was die Zusammensetzung des zusätzlichen
Sinterhilfsmittels betrifft, das in Kontakt mit solch einem Pulverpresskörper angeordnet ist, so
können ähnliche
Zusammensetzungen wie jene für
das Sinterhilfsmittel, welches zum Beschichten der Diamantpartikel
verwendet wird, eingesetzt werden.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
(Ausführungsform
1)
Tabelle 1
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Tabelle 1 zeigt verschiedene Pulverproben,
die im Wesentlichen hergestellt worden sind, um den Einfluss der
Aufbringmethode des Sinterhilfsmittels, seinen Gehalt und seine
Zusammensetzung auf die mechanischen Eigenschaften des gesinterten
Diamantkörpers
zu untersuchen. Genauer gesagt sind die Pulverproben 1A bis 1L wie
in Tabelle 1 gezeigt, allesamt Diamantpulverrohmaterial mit einer
Partikelgröße im Bereich von
0,1–4 μm, während das
Verfahren der Sinterhilfsmittelanwendung, sein Gehalt und seine
Zusammensetzung verschiedentlich verändert sind.
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Für
die Proben 1A, 1B und 1C wurde das folgende Verfahren zur chemischen
Tauchabscheidung verwendet, um die Diamantpulverpartikel mit dem
Sinterhilfsmittel zu beschichten. Zuerst wurde das Diamantpulver
in Alkohol entfettet. Das entfettete Diamantpulver wurde unter fließendem Wasser
gereinigt, weiterhin in einer 5%igen Salzsäurelösung gereinigt, und schließlich wieder
in fließendem
Wasser gereinigt. Das derart gereinigte Diamantpulver wurde als
Präprozessierungsschritt
für eine
Minute in einer Lösung,
welche Zinnchlorid und Salzsäure
enthielt, bei Raumtemperatur untergetaucht, um dadurch die Absorption
von Zink an die Oberfläche
der Diamantpartikel zu bewirken (Sensitivierung). Das sensitivierte
Diamantpulver wurde in Wasser gewaschen und im Anschluss für eine Minute
in einer Palladiumchlorid enthaltenden Salzsäurelösung bei Raumtemperatur eingetaucht,
so dass Pd auf der Oberfläche
der Diamantpartikel präzipitiert
wurde (Aktivierung).
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Das aktivierte Diamantpulver wurde
in Wasser gewaschen und danach für
eine vorgegebene Zeit in eine Co-Fe-P-Tauchabscheidungslösung eingetaucht,
die bei 750 Celsius gehalten wurde und Kobaltsulfat, Eisensulfat
und Natriumhypophosphit enthielt. Je länger die Zeit der Imersion
in der Tauchabscheidungslösung war,
desto größer wurde
der Anteil an Sinterhilfsmittel, welches die Oberfläche der
Diamantpartikel bedeckte, und umso größer wurde der Gehalt an Sinterhilfsmittel
in den Pulverproben. Beim Schritt des chemischen Tauchabscheidens
wurden die Vortauchabscheidungslösung
und die Tauchabscheidungslösung
gerührt
und zur gleichen Zeit einer Ultraschallschwingung unterworfen. Das
solcherart der chemischen Tauchabscheidung unterworfene beschichtete
Diamantpulver wurde gereinigt, die Oberfläche der Diamantpartikel wurde
durch eine Hitzebehandlung in Vakuum bei 1000°Celsius für 60 Minuten partiell graphitisiert
und aufgenommen, wodurch die beschichteten Pulverproben 1A bis 1C
mit den in Tabelle 1 gezeigten Gehalten und Zusammensetzungen an
Sinterhilfsmittel erhalten wurden.
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Für
die Proben 1D bis 1F hat das Sinterhilfsmittel dieselbe Zusammensetzung
wie diejenigen für
die Proben 1A bis 1C. Die Beschichtung mit dem Sinterhilfsmittel
wurde jedoch gemäß einem
Ionenbogen-Beschichtungsverfahren durchgeführt. Genauer gesagt, wurde
das Sinterhilfsmittel auf die Oberfläche auf die Diamantpulverpartikel
durch ein Ionenbogen-Beschichtungsverfahren
aufgebracht, in dem ein Zielkörper
(Target) mit einer dem Sinterhilfsmittel entsprechenden Zusammensetzung
und eine Ablenkspannung von 350 Volt in einer Argonatmosphäre von 1 × 10–2 torr
(1 × 10–2 torr
= 333 Pascal) verwendet wurden. Für die Proben 1G bis 1L wurde
ultrafeines Co-Pulver mit einer Partikelgröße von 500 Å (50 nm) als Sinterhilfsmittel
verwendet. Diamantpulver und ultrafeines Co-Pulver entsprechend
dem vorgesehenen Gehalt wurden in einen Kugelmühlenbehälter aus Teflon gegeben, welcher
Mischkugeln aus Teflon enthielt. Die Pulver wurden vier Stunden
lang gemischt, wodurch die gemischten Pulverproben 1G bis 1L erhalten
wurden.
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Zur Anfertigung der Proben 1J bis
1L wurde Diamantpulver in eine Kugelmühle mit Mischkugeln und einem
Behälter
aus gesintertem Karbid WC-Co gegeben und die Kugelmühle für eine vorgegebene
Zeitspanne betrieben. Während
des Betriebs der Kugelmühle
aus gesintertem Karbid wurde gesintertes Karbidpulver von den Mischkugeln
und dem Behälter
abgeschabt und als Sinterhilfsmittel zu dem Diamantpulver eingemischt. Der
Gehalt an in das Diamantpulver eingemischtem, gesintertem Karbidpulver
kann durch Verändern
der Betriebszeit der Kugelmühle
aus gesintertem Karbid eingestellt werden.
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Die Pulverproben 1A bis 1L – wie in
Tabelle 1 gezeigt – wurden
jeweils in einem aus Tantal gebildeten Behälter eingeschlossen, bei einem
Druck von 50 KB (5 Gigapascal) bei einer Temperatur von 1400°Celsius für 10 Minuten
unter Verwendung eines Hochdruckapparates vom Riementyp gehalten
und dadurch gesintert. Tabelle 2 zeigt den Diamantgehalt und die
Verschleißfestigkeit
der Proben von gesinterten Diamantkörpern, die auf diese Weise
hergestellt wurden.
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Die gesinterten Körperproben 2A bis 2L der Tabelle
2 werden durch Sintern der Pulverproben 1A bis 1L der Tabelle 1
erhalten. Wie man aus Tabelle 2 ersehen kann, ist in den Proben
2G, 2J und 2K der Anteil an Sinterhilfsmittel klein und seine Verteilung
nicht gleichförmig.
Da gleichförmiges
Schmelzen des Sinterhilfsmittels nicht zur Gänze im Diamantpulver aufgetreten
ist, war das Sintern unzureichend, so dass keine vollständigen gesinterten
Körper
erhalten werden konnten.
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Diejenigen Proben, welche komplette
gesinterte Körper
ergaben, wurden währenddessen
weiterverarbeitet, um Schneidwerkzeuge zu ergeben, deren Leistungsfähigkeit
unter den folgenden Schneidbedingungen evaluiert wurde:
Werkstück: Ein
runder Stab von AL-16 Gew.-% Si mit 6 Furchen auf der Oberfläche längs der
Axialrichtung.
Periphere Oberflächengeschwindigkeit des Werkstücks: 500
m/Min
Schnitttiefe: 0,6 mm
Schnittgeschwindigkeit: 0,12
mm/Umdrehung
Schneidzeit: 3 Minuten
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Der Flankenverschleiß des Werkzeugs
als Ergebnis des Schneidtests war wie in Tabelle 2 gezeigt. Wie
der Tabelle 2 entnehmbar ist, ist Sintern bei den gesinterten Körperproben
2A und 2B gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
selbst wenn der Anteil an Sinterhilfsmittel klein ist. Daher können Werkzeuge
mit einem hohen Diamantgehalt und überlegener Verschleißfestigkeit
erhalten werden. Da die gesinterten Körperproben 2A und 2B weiterhin
eine gleichförmige
Textur des gesinterten Körpers
aufweisen, haben sie eine hohe Festig keit, und es wird ersichtlich,
dass sie eine gute Beschädigungswiderstandsfähigkeit
als Schneidwerkzeuge aufweisen.
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Dem gegenüber ist es ersichtlich, dass
die gesinteren Körperproben
2C und 2L mit niedrigem Diamantanteil bezüglich ihrer Verschleißexistenz
unterlegen sind. Bei den Texturen der gesinterten Körper der
Proben 2D, 2E, 2F, 2H und 2I wurden ungleichmäßige Verteilungen des Sinterhilfsmittels,
welches im PVD-Verfahren erzeugt worden war, oder Co-Ansammlungen, welche
durch Aggregation von ultrafeinem Co-Pulver entstanden sind, beobachtet,
wobei die Ansammlungen die Festigkeit verminderten und damit Beschädigungen
an den gesinterten Körpern
während
des Schneidens verursachten. Damit konnten die gesinterten Körper nicht als
Schneidwerkzeuge verwendet werden
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(Ausführungsform
2).
Tabelle 3
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Tabelle 3 zeigt verschiedene Pulverproben,
die zur Untersuchung des Einflusses des Verfahrens des Aufbringens
von Sinterhilfsmittel, der Zusammensetzung und den Bedingungen des
chemischen Tauchabscheidens auf die mechanischen Eigenschaften der
gesinterten Körper
hergestellt wurden.
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Für
die Proben 3A bis 3C wurde die Oberfläche der Diamantpartikel mittels
einer Hitzebehandlung im Vakuum bei 1450°Celsius für 30 Minuten partiell graphitisiert,
worauf die Diamantpulver entfettet und einer Säurereinigung ähnlich wie
bei Tabelle 1 unterworfen wurden, und wonach die Diamantpulver einer
Oberflächenaktivierung
unterzogen wurden, um die Diamantpulverpartikel mit Sinterhilfsmittel
durch chemisches Tauchabscheiden zu beschichten. Danach wurden die
Diamantpulver in eine Ni-P-Tauchabscheidungslösung mit Nickelsulfat und Natriumhypophosfit
eingetaucht und bei 60°Celsius
gehalten. Während
des Schritts des chemischen Tauchabscheidens wurde die Vorabscheidungslösung und
die Abscheidungslösung
durch Umrühren
und Ultraschallschwingung bewegt. Die Zusammensetzung des Sinterhilfsmittels
wurde durch Verändern
des pH-Werts der Tauchabscheidungslösung eingestellt.
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Die Proben 3D bis 3F wurden durch
chemische Tauchabscheidung ähnlich
der Proben 3A bis 3C hergestellt. Jedoch wurde keine Bewegung der
Tauchabscheidungslösung
durch Rühren
und Ultraschallschwingung erzeugt.
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Bei Probe 3G wurde Diamantpulver
gemeinsam mit ultrafeinem Ni-Pulver einer Pulvergröße von 200 Å (= 20
nm) in einen Kugelmühlenbehälter aus
Teflon gegeben, der Mischkugeln aus Teflon enthielt, und für vier Stunden
gemischt.
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Die Pulverproben der Tabelle 3 wurden
jeweils in einem Behälter
aus Mo eingeschlossen und für
15 Minuten bei einem Druck von 45 KB (4,5 Gigapascal) bei einer
Temperatur. von 1350°Celsius
unter Verwendung eines Hochdruckapparates vom Riementyp gesintert.
Verschiedene Eigenschaften der Proben von gesinterten Körpern, die
in dieser Weise erhalten wurden, sind in Tabelle 4 gezeigt.
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Die Proben 4A bis 4G der gesinterten
Körper
aus Tabelle 4 wurden aus den Pulverproben 3A bis 3G der Tabelle
3 erhalten. Jedoch bildeten sich, ähnlich dem Beispiel 2B der
Tabelle 2, lokal ungesinterte Regionen in der Probe 4G, so dass
ein komplett gesinterter Körper
nicht erhalten werden konnte.
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Die Proben, aus denen komplett gesinterte
Köper erhalten
wurden, wurden jeweils zu einem stabförmigen Probenstück von 6 × 3 × 0,3 mm
verarbeitet, deren Festigkeit danach durch Dreipunkt-Biegetests
mit einer Durchbiegung von 4 mm bestimmt wurde. Wie der Tabelle
4 entnehmbar ist, ist es als Ergebnis ersichtlich, dass die Proben
4A bis 4C verbesserte Festigkeiten gegenüber den Proben 4D bis 4F haben.
Genauer gesagt, wenn die Tauchabscheidungslösung umgerührt und Ultraschallschwingung
unterworfen wurde, während
die chemische Tauchabscheidung des Diamantpulvers vorgenommen wurde,
bildete sich eine gleichförmige
Beschichtung von Sinterhilfsmittel auf den Diamantpartikeln, und
wurden Defekte in den gesinterten Diamantkörpern vermindert und damit
die Festigkeit der gesinterten Körper
signifikant erhöht.
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Weiter wurde im Hinblick auf die
Tatsache, dass die Proben 4A und 4D eine höhere Festigkeit als die Proben
4C und 4F aufweisen, festgestellt, dass wenn das Sinterhilfsmittel
P und Sn enthält,
deren Gesamtgehalt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 30 Gewichtsprozent
liegen sollte. Weiter wurde festgestellt, dass wenn das Sinterhilfsmittel
B enthält,
dessen erwünschter
Gehalt zwischen 0,01 und 30 Gewichtsprozent liegen sollte.
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(Ausführungsbeispiel
3)
Tabelle 5
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Tabelle 5 zeigt verschiedene Pulverproben,
die zum Studium des Einflusses der Zusammensetzung eines zusätzlichen
Sinterhilfsmittels auf die Festigkeit der gesinterten Körper hergestellt
wurden, wenn das zusätzliche
Sinterhilfsmittel, welches in Kontakt mit den beschichteten Diamantpulverpresskörper gebracht
worden ist, während
des Sinterns in die Pulverpresskörper
infiltriert wird.
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Für
die Proben 5A bis 5E wurde Diamantpulver entfettet und einer Säurereinigung ähnlich der
bei Tabelle 1 unterworfen, um die Diamantpulverpartikel mittels
chemischem Tauchabscheidens mit dem Sinterhilfsmittel zu beschichten.
Danach wurde eine Katalyse als Vorbehandlung des chemischen Tauchabscheidens durchgeführt, indem
das Diamantpulver in eine Lösung,
welche Palladiumchlorid, Zinnchlorid und Salzsäure enthielt, für zwei Minuten
bei Raumtemperatur eingetaucht wurde. Danach wurde eine Beschleunigung
des Diamantpul vers durch Eintauchen des Pulvers in Schwefelsäurelösung für zwei Minuten
bei Raumtemperatur durchgeführt.
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Die vorbehandelten Pulver wurden
mit Wasser gewaschen und danach für zwei Minuten in eine Ni-B-Tauchabscheidungslösung mit
Nickelsulfat und Natriumborhydrid bei 90°C eingetaucht und solcherart
beschichtete Diamantpulver mit dem beschichtenden Sinterhilfsmittel
mit den in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzungen und Anteilen erhalten.
Während
dieser Schritte der Alkalientfettung, Säurereinigung, Vorbehandlung
und Beschichtung wurden die Lösungen,
während
das Diamantpulver in die Lösungen
eingetaucht war, durch Umrühren
und Ultraschallschwingung bewegt.
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Die beschichteten Diamantpulver wurden
zu Pulverpresskörpern
geformt und Metallplatten der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzungen
wurden als zusätzliche
Sinterhilfsmittel aufgestapelt und in aus Ta bestehenden Behältern eingeschlossen.
Die Ta-Behälter
wurden bei einem Druck von 60 KB (6 Gigapascal) bei einer Temperatur
von 1550°C
für 10
Minuten unter Verwendung eines Hochdruckapparates vom Gurttyp gehalten,
wodurch gesinterte Körperproben,
wie in Tabelle 6 gezeigt, erhalten worden.
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Die in Tabelle 6 gezeigten gesinterten
Körperproben
6A bis 6E wurden aus den Pulverproben 5A–5E der Tabelle 5 erhalten.
Jede der Proben von gesinterten Körpern wurde zu einem stabförmigen Probestück von 6 × 3 × 0,3 mm
verarbeitet, dessen Festigkeit durch einen Dreipunkt-Biegetest mit
einer Durchbiegung von 4 mm ermittelt wurde.
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Wie man Tabelle 6 entnehmen kann,
ist es ersichtlich, dass die Proben 6B, 6C, und 6D eine erhöhte Festigkeit
gegenüber
den Proben 6A und 6E aufweisen. Genauer gesagt, kann man ableiten,
dass, falls das zusätzliche
Sinterhilfsmittel B enthält,
sein Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 30 Gewichtsprozent liegen
sollte. Weiter wurde gefunden, dass, falls das zusätzliche
Sinterhilfsmittel P und Sn enthält,
deren vorzugsweißer
Gehalt von 0,01–30
Gewichtsprozent beträgt.
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(Ausführungsform
4)
Tabelle 7
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Tabelle 7 zeigt verschiedene Pulverproben,
die zum Studium des Einflusses der Diamantpartikelgröße des Ausgangsmaterials,
des Verfahren des Aufbringens des Sinterhilfsmittels und seiner
Zusammensetzung auf die mechanischen Eigenschaften der gesinterten
Körper
hergestellt wurden.
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Für
die Proben 7A bis 7E wurde ein katalytischer Überzug für das chemische Tauchabscheiden
auf die Oberfläche
der Diamantpulverpartikel in einer ähnlichen Weise wie in Ausführungsform
3 aufgebracht, um die Diamantpulver durch chemisches Tauchabscheiden
mit Sinterhilfsmittel zu beschichten.
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Das vorbehandelte Diamantpulver wurde
mit Wasser gewaschen und danach in einer Co-Tauchabscheidungslösung mit Kobaltchlorid und
Hydrazinchlorid eingetaucht und bei 80°C gehalten, so dass eine Co-Beschichtung
auf der Oberfläche
der Diamantpartikel erzeugt wurde. Während des Vorbehandelns für das chemische
Tauchabscheiden und während
des Abscheidens wurden die Lösungen
zusammen mit dem Diamantpulver durch Umrühren und Ultraschallschwingung
bewegt. Das tauchabgeschiedene Diamantpulver wurde gewaschen und
aufgenommen und danach im Vakuum bei 1250°C für 60 Minuten erhitzt, so dass
das Sinterhilfsmittel reduziert und die Diamantpartikel partiell
von der Oberfläche
her graphitisiert wurden. Im Ergebnis wurden Pulverproben in 7A
bis 7C erhalten, welche die in Tabelle 7 gezeigten Gehalte und Zusammensetzungen
an Sinterhilfsmittel hatten. Der in den Pulvern der Proben 7A bis
7C enthaltene Gehalt an Sauerstoff betrug 0,05 Gewichtsprozent.
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Für
die Proben 7D bis 7F wurden beschichtete Diamantpulver mit derselben
Zusammensetzung an Sinterhilfsmittel wie in den Proben 7A bis 7C
durch eine Mikrowellenplasma-CVD -Methode hergestellt.
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Für
die Proben 7G bis 7E wurde Diamantpulver zusammen mit ultrafeinem
Co-Pulver in einen Kugelmühlenbehälter aus
Teflon, der Mischkugeln aus Teflon enthielt, gegeben und für 3 Stunden
gemischt. Für
die Beispiele 7J bis 7L wurde Diamantpulver in Kugelmühlenbehälter aus
gesinterten Karbid gegeben, die Mischkugeln aus gesinterten Karbid
enthielten und die Kugelmühle
aus gesinterten Karbid wurde für
eine vorgegebene Zeitspanne betrieben, so dass mit gesinterten Karbidpulver
gemischtes Diamantpulver erhalten wurden. Wie bereits beschrieben,
wurde das gesinterte Karbidpulver von den gesinterten Karbidbällen und
dem Behälter
abgeschabt und mit den Diamantpulvern gemischt.
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Jede der in Tabelle 7 gezeigten Pulverproben
7A bis 7L wurde zu einem Pulverpresskörper geformt, eine Co-Platte
wurde auf den Pulverpresskörper
gestapelt und der Pulverpresskörper
mit der gestapelten Platte wurde in einem Behälter aus gesintertem Karbid
eingeschlossen. Der gesinterte Karbidbehälter wurde bei einem Druck
von 50 kb (5 Gigapascal) bei einer Temperatur von 1500°C für 15 min
durch einen Hochdruckapparat vom Gürteltyp gehalten, so dass die
gestapelte Co-Platte schmolz und während des Sinterns in den Pulverpresskörper infiltriert
wurde, und dass als Ergebnis die gesinterten Körperproben, wie in Tabelle
8 gezeigt, erzeugt wurden.
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Die gesinterten Körperproben 8A bis 8L der Tabelle
8 wurden aus den Pulverproben 7A bis 7L der Tabelle 7 erhalten.
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In Probe 8G ist der Raum zwischen
den Partikeln eng und das eingemischte Co-Pulver ist nicht gleichförmig verteilt,
da das Diamantpulverausgangsmaterial die in Tabelle 7 gezeigten
feinen Partikel aufweist. Daher ging die Infiltration in den Pulverpresskörper ungleichmäßig vor
sich, wenn die Co-Platte zum Zwecke der Infiltration auf dem Pulverpresskörper aus
gemischtem Pulver gestapelt wurde. Als Folge davon wurden in Probe
8G teilweise ungesinterte Anteile gebildet und ein komplett gesinterter
Körper
konnte nicht erhalten werden.
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Die Proben, bei denen sich komplett
gesinterte Körper
ergaben, wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet, deren Leistung
unter den folgenden Schneidbedingungen bestimmt wurde.
Werkstück: Runder
Stab von AL-10 Gew.-% Si mit 4 Rillen längs der Axialrichtung
periphere
Geschwindigkeit: 500 m pro Minute
Schnitttiefe: 1,5 mm
Schnittgeschwindigkeit:
0,2 mm/Umdrehung
Schnittzeit: 160 min
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Tabelle 8 zeigt den Flankenverschleiß der gesinterten
Körperproben
als Ergebnis des Schneidtests. Wie aus Tabelle 8 ersichtlich, wurden
die gesinterten Körperproben
8D, 8E, 8F 8H und 8I, welche Ansammlungen von Sinterhilfsmittel
enthielten, bereits in der Anfangsphase des Schneidens beschädigt, so
dass ein kontinuierliches Schneiden nicht möglich war. Bei den gesinterten
Körperproben
8C und 8L mit großer
Diamantpartikelgröße wurde
an der Klinge des Werkzeugs während
des Schneidtests Abbröckeln
beobachtet. Obwohl bei den gesinterten Körperproben 8J und 8K mit niedrigem
Diamantgehalt keine Beschädigung
auftrat, war der Flankenverschleiß für die praktische Anwendung
zu groß.
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Demgegenüber hatten die gesinterten
Körperproben
8A und 8B gemäß der vorliegenden
Erfindung eine kleine Diamantpartikelgröße und eine gleichförmige Textur
des gesinterten Körpers
ohne Lücken
oder Co-Ansammlungen, so dass die gesinterten Körper hohe Festigkeit hatten
und frei von Abbröckeln
oder Beschädigungen
blieben. Zusätzlich
ist ersichtlich, dass Proben 8A und 8B, wie ebenfalls in Tabelle
8 gezeigt, eine ausreichende Verschleißfestigkeit haben, da sie einen
hinreichend hohen Diamantgehalt aufweisen.
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(Ausführungsform
5)
Tabelle 9
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Tabelle 9 zeigt verschiedene Pulverproben,
welche zum Studium des Einflusses des Ausmaßes der Graphitisierung des
Diamantpulvers auf den Diamantgehalt im gesinterten Körper hergestellt
wurden.
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Im den Proben 9A bis 9C wurden Diamantpulverausgangsmaterialien
mit der Partikelgröße 5–10 Mikrometer
in Vakuum unter den in Tabelle 9 angezeigten Bedingungen hitzebehandelt,
um so die Pulver von der Oberfläche
der Partikel aus partiell zu graphitisieren. Die partiell graphitisierten
Diamantpartikel wurden in einer ähnlichen
Weise wie in Ausführungsform
1 mit Sinterhilfsmittel beschichtet.
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Im den Proben 9D bis 9F wurde Diamantpulverausgangsmaterial
partiell mit einer Partikelgröße von 5–10 Mikrometer
in einer ähnlichen
Weise wie in Ausführungsform
1 mit Sinterhilfsmittel beschichtet und danach wurden die beschichteten
Diamantpartikel. von der Oberfläche
aus unter den in Tabelle 9 gezeigten Hitzebehandlungsbedingungen
im Vakuum partiell graphitisiert.
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Die partiell graphitisierten, beschichteten
Diamantpulver wurden zu Pulverpresskörpern geformt, eine Metallplatte
von 100% Co wurde als zusätzliches
Sinterhilfsmittels aufgestapelt und die Pulverpresskörper wurden
dann in einem Behälter
aus Mo eingeschlossen und unter einem Druck von 50 KB (5 Gigapascal)
bei einer Temperatur von 1550°C
für 10
min gesintert. Tabelle 10 zeigt die Diamantgehalte der in dieser
Weise erhaltenen gesinterten Körperproben.
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Die gesinterten Körperproben 10A bis 10F der
Tabelle 10 wurden aus den Pulverproben 9A bis 9F der Tabelle 9 erhalten.
Wie man Tabelle 10 entnehmen kann, ist es ersichtlich, dass die
gesinterten Körperproben 10A,
10B, 10E und 10F höhere
Diamantgehalte als Probe 10D aufweisen. Demgegenüber enthält Probe 10C partiell verbleibendes
Graphit, so dass ein komplett gesinterter Körper nicht erhalten werden
konnte.
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Genauer gesagt, sollte das Ausmaß der Graphitisierung
des beschichteten Diamantpulvers vorzugsweise im Bereich von 0,5–50 Volumenprozent
liegen.
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(Ausführungsform
6)
Tabelle 11
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Tabelle 11 zeigt verschiedene Pulverproben,
welche zum Studium des Einflusses des Gehalts der Anwendung von
Pd auf die katalytischen Eigenschaften beim chemischen Tauchabscheiden
und die Sintereigenschaft des Diamantpulvers zum Zeitpunkt des Sinterns
hergestellt wurden.
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Für
die Proben 11A bis 11E wurde Pd in einer ähnlichen Weise wie in Ausführungsform
4 auf die Oberfläche
von Diamantpartikeln appliziert, um dadurch die Diamantpulverpartikel
mit Sinterhilfsmittel durch chemisches Tauchabscheiden zu beschichten.
Danach wurden die Diamantpulverpartikel mit Pd tauchabscheidungsbeschichtet,
wobei eine Tauchabscheidungslösung
verwendet wurde, die Palladiumtetrachlorid enthielt. Weiterhin wurden
Diamantpulverpartikel mit Co beschichtet, wobei eine Tauchabscheidungslösung verwendet wurde,
die Hydrazin enthielt.
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Wie in Tabelle 11 gezeigt, ergab
sich, dass der Betrag von Absorption von Pd an den Diamantpulverpartikeln
in Probe 11A zu klein war, so dass die katalytische Aktivität durch
Pd unzureichend war und Co nicht erfolgreich auf der Oberfläche der
Diamantpartikel abgeschieden wurde.
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Jede der Pulverproben 11B–11E, die
mit Co beschichtet war, wurde zu Pulverpresskörpern geformt und in einem
aus gesintertem Karbid bestehenden Behälter eingeschlossen. Der Behälter aus
gesintertem Karbid wurde unter einem Druck von 50 KB (5 Gigapascal)
bei einer Temperatur von 1500°C
für 15
min gehalten, um das Sintern durchzuführen, wobei ein Hochdruckapparat
vom Riementyp verwendet wurde. Die viel Pd enthaltende Probe 11E
führte
nicht zu einem vollständig
gesinterten Körper,
da es nicht zum Schmelzen des Sinterhilfsmittels kam. Währenddessen
konnten vollständig
gesinterte Körper
aus den Proben 11B bis 11D erhalten werden.
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Anders ausgedrückt, liegt der bevorzugte Gehalt
von Pd im Sinterhilfsmittel innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis
40 Gewichtsprozent.
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Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden
Erfindung gesinterte Diamantkörper
mit sowohl einer hohen Festigkeit als auch einer hohen Verschleißfestigkeit
bereitgestellt werden, welche vorzugsweise für Schneidwerkzeuge, Grabwerkzeuge,
Einziehwerkzeuge und verschleißfeste
Teile verwendet werden können.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
detailliert beschrieben und illustriert worden ist, versteht es
sich, dass dies lediglich zu illustrativen Zwecken und in beispielhafter
Weise geschehen ist und nicht als beschränkend aufgefasst werden soll,
da der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe
der beigefügten Ansprache
beschränkt
werden soll.
