DE2232225B2

DE2232225B2 - Process for the production of cubic boron nitride

Info

Publication number: DE2232225B2
Application number: DE2232225A
Authority: DE
Inventors: William Achillo Scotia N.Y. Rocco; Robert Henry Schenectady N.Y. Wentorf jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-07-01
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1981-04-16
Also published as: ZA724056B; SE393588B; DK144415C; JPS5517000B2; SE7600140L; NL174714C; BE785770A; FR2143954A1; DE2232225A1; CA982541A; AT352078B; DE2232225C3; GB1391665A; SE418962B; IT956917B; DK144415B; FR2143954B1; JPS4818200A; ATA571272A; CH573867A5

Description

Aus der US-PS 29 47 617 ist bereits ein Verfahren zum Umwandeln von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid bekannt, bei dem als Katalysator mindestens ein Stoff der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Blei, Antimon, Zinn und Nitride dieser Metalle umfassenden Stoffgruppe eingesetzt wird. Weiterhin ist es bereits bekannt (Abhandlung »Synthesis of Cubic Boron Nitride« von Saito u. a. in Yogyo-Kyokai Shi, Vol. 78, No. 893), Fe₃Al und bestimmte Silber-Kadmium-Legierungen als Katalysatoren bei der Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid einzusetzen.A process for converting hexagonal boron nitride into cubic boron nitride is already known from US Pat. Furthermore, it is already known (treatise "Synthesis of Cubic Boron Nitride" by Saito et al in Yogyo-Kyokai Shi, Vol. 78, No. 893), Fe ₃ Al and certain silver-cadmium alloys as catalysts in the conversion of hexagonal boron nitride to be used in cubic boron nitride.

Es hat sich nun herausgestellt, daß Legierungen aus Aluminium mit Kobalt, Nickel und/oder Mangan als Katalysatoren zur Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid hervorragend geeignet sind. Besonders wirksam sind Legierungen als Aluminium und Nickel sowie Aluminium und Kobalt.It has now been found that alloys made of aluminum with cobalt, nickel and / or manganese as Catalysts for converting hexagonal boron nitride into cubic boron nitride are excellently suited are. Alloys such as aluminum and nickel and aluminum and cobalt are particularly effective.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Umwandeln von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid, bei dem hexagonales Bornitrid in Gegenwart eines Katalysators gleichzeitig Drücken und Temperaturen ausgesetzt wird, die in dem Bereich des Zustandsdiagramms von Bornitrid liegen, in dem kubisches Bornitrid die stabile Phase ist, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß als Katalysator mindestens eine Legierung aus Aluminium mit mindestens einem der Metalle Kobalt, Nickel oder Mangan verwendet wird.The invention therefore relates to a process for converting hexagonal boron nitride into cubic boron nitride, with hexagonal boron nitride in the presence of a catalyst simultaneously pressing and Is exposed to temperatures in the range of the phase diagram of boron nitride in which cubic boron nitride is the stable phase, which is characterized according to the invention in that as a catalyst at least one alloy of aluminum with at least one of the metals cobalt, nickel or manganese is used.

Nach dem Verfahren der Erfindung können insbesondere verschleißfeste Schneideinsätze für Werkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung hergestellt werden.According to the method of the invention, wear-resistant cutting inserts for tools can in particular Machining can be produced.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to drawings, in which shows

Fi g. 1 eine Ausführungsform einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Vorrichtung zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen,Fi g. 1 an embodiment of an implementation of the method according to the invention suitable device for generating high pressures and high Temperatures,

F i g. 2 eine Ausführungsform einer Füllung, mit der die Vorrichtung nach F i g. 1 bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beschickt werden kann,F i g. FIG. 2 shows an embodiment of a filling with which the device according to FIG. 1 when performing the Process according to the invention can be charged,

Fig.3 eine andere Ausführungsform einer Füllung, mit der die Vorrichtung nach F i g. 1 zur Herstellung eines Werkzeugeinsatzes beschickt werden kann,3 shows another embodiment of a filling, with which the device according to FIG. 1 can be charged to produce a tool insert,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines aus kubischem Bornitrid und Sinterhartmetall bestehenden Werkzeugeinsatzes,Fig. 4 is a perspective view of one made of cubic boron nitride and cemented carbide Tool insert,

ίο F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie X-Xoder Y- Y in F i g. 4,ίο F i g. 5 shows a section along the line XX or Y-Y in FIG. 4,

Fig.6 und 7 schematische Ansichten von aus kubischem Bornitrid und Sinterhartmetall zusammengesetzten Werkzeugeinsätzen, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt worden sind, und6 and 7 are schematic views of a composite of cubic boron nitride and cemented carbide Tool inserts made by the method of the invention, and

F i g. 8 im Schnitt einen Teil einer Beschickungsanordnung zur Herstellung der Einsätze nach den Fig.4, 6 und 7.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird vorzugsweise die in der US-PS 29 41 248 beschriebene Vorrichtung zum Erzeugen von hohen Drücken und hohen Temperaturen verwendet, die daher nachstehend anhand von F i g. 1 kurz erläutert wird.F i g. 8, in section, a part of a loading arrangement for producing the inserts according to FIGS. 4, 6 and 7.
To carry out the method according to the invention, the device described in US Pat. No. 2,941,248 for generating high pressures and high temperatures is preferably used, which is therefore described below with reference to FIG. 1 will be briefly explained.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung 10 weist zwei aus Sinterhartmetall bestehende Stempel 11 und W auf, zwischen denen ein aus dem gleichen Material bestehendes gürteiförmiges Matrizenteil 12 vorgesehen ist, das eine Öffnung 13 aufweist, in der ein Reaktionsgefäß 14 angeordnet wird. Zwischen jedem der Stempel 11 und 11' und dem Matrizenteil 12 sind Dichtungsanordnungen 15, 15' vorgesehen, von denen jede aus zwei wärmeisolierenden und nicht leitenden Pyrophyllitteilen lii und 17 besteht, zwischen denen eine Metalleinlage 18 angeordnet ist.The in F i g. 1 has two punches 11 and W made of cemented carbide, between which a belt-shaped die part 12 made of the same material is provided, which has an opening 13 in which a reaction vessel 14 is arranged. Sealing arrangements 15, 15 'are provided between each of the punches 11 and 11' and the die part 12, each of which consists of two heat-insulating and non-conductive pyrophyllite parts 11 and 17, between which a metal insert 18 is arranged.

Das Reaktionsgefäß 14 besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Hohlzylinder 19 aus Salz. Der Hohlzylinder 19 kann auch aus einem anderen Material, beispielsweise Talk, bestehen, das a) bei den beim Betrieb auftretenden hohen Drücken und hohen Temperaturen nicht in einen festeren und steiferen Zustand (durch Phasenübergang und/oder Verdichtung) umgewandelt wird und b) im wesentlichen frei von Volumendiskontinuitäten ist, die bei der Anwendung von hohen Drücken und Temperaturen beispielsweise bei Pyrophyllit und porösem Aluminiumoxyd auftreten können. Werkstoffe, die die vorstehend angeführten Kriterien erfüllen und sich daher für die Herstellung des Hohlzylinders 19 eignen, sind in der US-PS 30 30 662, Spalte 1, Zeile 59 bis Spalte 2, Zeile 2, angeführt.In a preferred embodiment, the reaction vessel 14 consists of a hollow cylinder 19 made of salt. The hollow cylinder 19 can also be made of another material, for example talc, which a) in the The high pressures and high temperatures that occur during operation are not transformed into a firmer and more rigid one State (by phase transition and / or compression) is converted and b) essentially free of Volume discontinuities are those that occur when high pressures and temperatures are applied, for example can occur with pyrophyllite and porous aluminum oxide. Materials similar to those listed above Fulfill the criteria and are therefore suitable for the production of the hollow cylinder 19, are in US-PS 30 30 662, Column 1, line 59 to column 2, line 2, listed.

Im Zylinder 19 ist ein als elektrisches Widerstandsheizelement dienendes Graphitrohr 20 angeordnet, das am Zylinder anliegt. Innerhalb des Graphitrohres 20 ist wiederum ein zylindrisches Futter 21 aus Salz konzentrisch angeordnet. Das Futter 21 ist am unteren und oberen Ende mit aus Salz bestehenden Stopfen 22 bzw. 22' versehen. Wie weiter unten näher erläutert wird, kann das Futter 21 einen zylindrischen Hohlraum zur Aufnahme einer gegebenenfalls mehrteiligen Füllung aufweisen oder das Futter kann auch zur Herstellung der in den Fig.4, 6 und 7 dargestellten Einsätze aus einer Reihe von übereinandergeschichteten Formaggregaten bestehen. An jedem Ende des Zylinders 19 ist eine aus elektrisch leitendem Metall bestehende Endscheibe 23 bzw. 23' vorgesehen, über die Strom zur Aufheizung des Graphitrohres 20 zugeführt werden kann. Im Anschluß an jede der Endscheiben 23 bzw. 23' ist eine Abüchlußkappe 24 bzw. 24' vorgesehen,In the cylinder 19, a graphite tube 20 serving as an electrical resistance heating element is arranged rests on the cylinder. Inside the graphite tube 20 there is again a cylindrical lining 21 made of salt arranged concentrically. The lining 21 is provided with stoppers 22 made of salt at the lower and upper ends or 22 '. As will be explained in more detail below, the chuck 21 can have a cylindrical cavity to accommodate an optionally multi-part filling or the lining can also be used for Production of the inserts shown in FIGS. 4, 6 and 7 from a series of stacked inserts Form aggregates exist. At each end of the cylinder 19 there is one made of electrically conductive metal existing end plate 23 or 23 'is provided via which current for heating the graphite tube 20 is supplied can be. A closure cap 24 or 24 'is provided after each of the end disks 23 or 23',

die aus einer Pyrophyllitscheibe 25 besteht die von einem elektrisch leitenden Ring 26 umschlossen istwhich consists of a pyrophyllite disk 25 which is enclosed by an electrically conductive ring 26

Mit der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung kann in bekannter Weise eine im Reaktionsgefäß angeordnete Füllung gleichzeitig hohen Drücken und hohen Temperaturen ausgesetzt werdea Anstelle der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung können natürlich auch andere Vorrichtungen verwendet werden, mit denen die beim Verfahren nach der Erfindung erforderlichen hohen Drücke und hohen Temperaturen erzeugt weiden können.With the in F i g. 1 can be arranged in a known manner in the reaction vessel The filling is exposed to high pressures and high temperatures at the same time. 1 The device shown can of course also be used with other devices with which the at Process according to the invention required high pressures and high temperatures are generated can.

In F i g. 2 ist schematisch eine Ausführungsform einer Füllung für die Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid schematisch dargestellt Bei dieser Ausführungsform wird die Aluminiumlegierung in situ gebildet, wenn sie mit Hilfe der Vorrichtung tO Drücken und Temperaturen unterworfen wird, bei denen kubisches Bornitrid als stabile Modifikation vorliegt Die Füllung 30 paßt in den Hohlraum 31 der Vorrichtung nach Fig. 1. Der Maßstab fr- die Fig. 1 und 2 wurde aus Platzersparnisgründen unterschiedlich gewähltIn Fig. Figure 2 is a schematic of an embodiment of a fill for the conversion of hexagonal Boron nitride shown schematically in cubic boron nitride In this embodiment, the aluminum alloy formed in situ when it is subjected to pressures and temperatures with the aid of the device tO which cubic boron nitride is present as a stable modification. The filling 30 fits into the cavity 31 of the Device according to FIG. 1. The scale for FIG. 1 and 2 was chosen differently to save space

Die in Fig.2 dargestellte Füllung 30 enthält eine Scheibe 32 aus Kobalt Nickel oder Mangan und eine kleinere Scheibe 33 aus Aluminium. Die Scheiben 32 und 33 sind von relativ reinem hexagonalem Bornitrid 34 umschlossen.The filling 30 shown in Figure 2 contains a Disk 32 made of cobalt nickel or manganese and a smaller disk 33 made of aluminum. The disks 32 and 33 are enclosed by relatively pure hexagonal boron nitride 34.

Anstelle der beiden Scheiben 32 und 33 können natürlich auch vorgebildete Legierungen verwendet werden, beispielsweise eine Legierung aus 13% Aluminium und 87% Nickel. Das Verhältnis Aluminium zu Legierungskomponente liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 Gewichtsteil Aluminium pro 2 Gewichtsteile Legierungskomponente bis 1 Gewichtsteil Aluminium pro 100 Gewichtsteile Legierungskomponente. Der Katalysator kann auch pulverförmig vermischt mit dem hexagonalen Bornitrid in Form der einzelnen Legierungskomponenten oder der vorgeformten Legierung eingesetzt werden.Instead of the two disks 32 and 33, pre-formed alloys can of course also be used be, for example an alloy of 13% aluminum and 87% nickel. The ratio of aluminum to alloy component is preferably within a range of 1 part by weight of aluminum per 2 Parts by weight of alloy component to 1 part by weight of aluminum per 100 parts by weight of alloy component. The catalyst can also be mixed with the hexagonal boron nitride in the form of the powder individual alloy components or the preformed alloy can be used.

Das hexagonale Bornitrid und der Katalysator sind von einem Zylinder 36 umschlossen, der durch Abschlußscheiben 37 und 37' abgeschlossen ist Der Zylinder 36 und die Abschlußscheiben 37 und 37' bestehen aus einem Metall, das den Eintritt von Sauerstoff verhindert und die Entfernung von Sauerstoff begünstigt. Für diese Zwecke geeignete Metalle werden später bei der Beschreibung von F i g. 3 angeführt. Stopfen 38 und 39, die aus dem gleichen Material wie der Zylinder 19 bestehen, füllen das zur Füllung des Innenraumes 31 erforderliche restliche Volumen aus.The hexagonal boron nitride and the catalyst are enclosed in a cylinder 36 which extends through End disks 37 and 37 'is complete The cylinder 36 and the end disks 37 and 37' consist of a metal that prevents the entry of oxygen and the removal of oxygen favored. Metals suitable for this purpose will be discussed later in the description of FIG. 3 cited. Plugs 38 and 39, which are made of the same material as the cylinder 19, fill the Filling of the interior space 31 from the remaining volume required.

example 1

Es wurde die in F i g. 2 dargestellte Füllanordnung verwendet, wobei die Scheibe 32 aus Kobak bestand. Das hexagonale Bornitrid wurde vor Einbringen in die Füllanordnung eine Stunde lang bei 900⁰C in Ammoniak gebrannt, um den Sauerstoffgehalt soweit wie möglich zu verringern. Die Füllanordnung wurde dann 60 Minuten lang einem Druck von ungefähr 55 kb und einer Temperatur von ungefähr 1500⁰C ausgesetzt, worauf die Aufheizung abgebrochen und der Druck auf Atmosphärendruck verringert wurde. Es hatten sich kubische Bornitridkristalle Iraubenförmig rund um den Bereich gebildet, in dem sich Kobalt und Aluminium legiert hatten. Die gebildeten kubischen Bornitridkristalle wurden durch Röntgenstrahlenbeugungsbilder identifiziert. Die gebildeten kubischen Bornitridkristalle besaßen eine braune Farbe und hatten eine größte Abmessung von ungefähr 10 bis 100 Mikrometer. Der Habitus des Kristallwachstums war im allgemeinen säulenförmig, und die Kristalle waren oft ineinander verwachsen.It was shown in FIG. 2 used filling arrangement shown, the disc 32 consisted of Kobak. The hexagonal boron nitride was fired before being introduced into the filling assembly for one hour at 900 ⁰ C in ammonia to the oxygen content to reduce as much as possible. The filling assembly was then 60 minutes kb a pressure of about 55 and exposed to a temperature of about 1500 ⁰ C, terminated whereupon the heating and the pressure was decreased to atmospheric pressure. Cubic boron nitride crystals had formed helically around the area where cobalt and aluminum had alloyed. The formed cubic boron nitride crystals were identified by X-ray diffraction images. The resulting cubic boron nitride crystals were brown in color and about 10 to 100 micrometers in largest dimension. The habit of crystal growth was generally columnar, and the crystals were often fused together.

In den folgenden Beispielen sind die Ergebnisse einer Verschleißprüfung angegeben, bei der ein aus Rene 41 (Superlegierung auf Nickelbasis) bestehender Stab mit einem Durchmesser von 3,2 mm, der mit 2000 ίο Umdrehungen pro Minute rotiert gegen den Preßling aus kubischem Bornitrid gedrückt wurde. Es wurde dann die Tiefe der aus dem Preßling herausgefressenen Verschleißnarbe gemessen.In the following examples the results are a Wear test specified in which a Rene 41 (Nickel-based superalloy) existing rod with a diameter of 3.2 mm, the one with 2000 ίο revolutions per minute rotates against the pressed part made of cubic boron nitride. It then became the depth of the wear scar eroded from the compact is measured.

_]5 Beispiel 2 _{] 5} Example 2

Ein aus Molybdän bestehender Becher (Dicke 0,5 mm. Durchmesser 6,35 mm) wurde mit einem Pulvergemisch (0,05 g hexagonales Bornitrid, 0,003 g Al und 0,014 g WC) und einer Scheibe aus Co (0,034 g) gefüllt und dann mit einer aus Molybdän bestehenden Scheibe (Dicke 0,05 mm) abgedeckt Diese Anordnung wurde dann 70 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1550⁰C ausgesetzt Das gesamte hexagonale Bornitrid wurde dabei in kubisches Bornitrid umgewandelt, das als harte feste Masse aus ineinandergewachsenen, säulenförmigen Kristallen vorlag. A beaker made of molybdenum (thickness 0.5 mm, diameter 6.35 mm) was filled with a mixed powder (0.05 g of hexagonal boron nitride, 0.003 g of Al and 0.014 g of WC) and a disk of Co (0.034 g), and then Covered with a disk made of molybdenum (thickness 0.05 mm). This arrangement was then simultaneously exposed to ^{a pressure of 54 kb and a temperature of 1550 ° C. for 70 minutes} There was a mass of intergrown, columnar crystals.

Example 3

Es wurde die Anordnung nach F i g. 2 verwendet. Der Zylinder 36 bestand aus Mo (Durchmesser 6,35 mm), und die Abdeckscheiben 37 und 37' bestanden ebenfalls aus Mo (Dicke 0,05 mm). Die Scheibe 33 war ein Span (ungefähr 0,02 g) aus Inconel 718, das die folgende Zusammensetzung aufweist:The arrangement according to FIG. 2 used. The cylinder 36 was made of Mo (diameter 6.35 mm), and the cover disks 37 and 37 'were also made of Mo (thickness 0.05 mm). The disk 33 was a chip (approximately 0.02 g) of Inconel 718, which has the following composition:

52,5% Ni52.5% Ni 0,6% Al0.6% Al 0,2% Mn0.2% Mn 19% Cr19% Cr 18% Fe18% Fe 3% Mo3% Mon 5,2% Cb5.2% Cb 0,8% Ti0.8% Ti

Die Scheibe 32 bestand aus Mo (Dicke 0,05 mm). Die Füllanordnung wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1500° C ausgesetzt. Die Heizung wurde dann unterbrochen und der Druck auf Atmosphärendruck verringert. Der aus Inconel bestehende Span 33 war geschmolzen und hatte sich mit der Molybdänscheibe legiert. Rund um die legierten Metalle war eine Schicht aus kubischen Bornitridkristallen gewachsen. Diese Kristalle warenThe disk 32 was made of Mo (thickness 0.05 mm). The filling arrangement was carried out simultaneously for 60 minutes exposed to a pressure of 54 kb and a temperature of 1500 ° C. The heating was then interrupted and the pressure is reduced to atmospheric pressure. The Inconel chip 33 was melted and had alloyed itself with the molybdenum disk. Around the alloyed metals was a layer of cubic Grown boron nitride crystals. These crystals were

so dunkel und dentritisch und hatten eine Größe von bis zu 0,1 mm.so dark and dendritic and up to 0.1 mm in size.

Example 4

Ein Molybdänzylinder (Länge 1,8 mm, Durchmesser 6,35 mm) mit zwei aus Molybdän bestehenden Abschlußscheiben (Dicke 0,5 mm) wurde mit zwei Massen aus hexagonalem Bornitrid gefüllt, die durch eine Scheibe aus Co (Dicke 0,13 mm, Gewicht 0,034 g) getrennt waren, mit der ein Ring aus Al (Außendurchmesser 6,22 mm, Innendurchmesser 4,7 mm. Dicke 0,13 mm, Gewicht 0,005 g) in Berührung stand. Die Anordnung wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 155O⁰C ausgesetzt. Am Co bildeten sich in der Nähe des Al Klumpen aus polykristallinem kubischen Bornitrid. Das kubische Bornitrid ritzte einen Prüfblock aus B₄C und wurde weiter durch Röntgenstrahlenbeugungsbilder identifiziert.A molybdenum cylinder (length 1.8 mm, diameter 6.35 mm) with two sealing disks made of molybdenum (thickness 0.5 mm) was filled with two masses of hexagonal boron nitride, which were replaced by a disk made of Co (thickness 0.13 mm, Weight 0.034 g) were separated, with which a ring made of Al (outer diameter 6.22 mm, inner diameter 4.7 mm, thickness 0.13 mm, weight 0.005 g) was in contact. The assembly was subjected to a pressure of 55 kb and a temperature of 155o ⁰ C for 60 minutes simultaneously. On the Co, lumps of polycrystalline cubic boron nitride formed near the Al. The cubic boron nitride scratched a test block of B ₄ C and was further identified by X-ray diffraction images.

Example 5

Ein Zylinder aus Mo (Durchmesser 6,35 mm) mit zwei aus Mo bestehenden Abschlußkappen wurde gefüllt mit einer Masse aus hexagonalem Bornitrid (0,04 g), einer Scheibe aus Ni (0,034 g) und einer Scheibe aus Al (0,004 g). Die Aluminiumscheibe besaß eine geringere Fläche als die Nickelscheibe und wurde über dieser derart angeordnet, daß sie die Wandung des Molybdänzylinders berührte. Die Anordnung wurde 59 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1550° C ausgesetzt. Der größte Teil des hexagonalen Bornitrids wurde in kubisches Bornitrid umgewandelt. Es wurden säulenförmige und dentritische Agglomerate gebildet, die voneinander gespalten werden konnten.A cylinder made of Mo (diameter 6.35 mm) with two end caps made of Mo was filled with a mass of hexagonal boron nitride (0.04 g), a disk made of Ni (0.034 g) and a disk made of Al (0.004 g). The aluminum disc had a smaller area than the nickel disc and was above it arranged so that it touched the wall of the molybdenum cylinder. The arrangement was 59 minutes simultaneously exposed to a pressure of 54 kb and a temperature of 1550 ° C for a long time. Most of the hexagonal boron nitride was converted to cubic boron nitride. They became columnar and dendritic Agglomerates formed that could be split from one another.

Example 6

Es wurde ein Becher aus Mo mit einer Abdeckscheibe aus Mo (Dicke 0,05 mm) verwendet. Ein Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,04 g) und NiAI₃ (0,008 g) wurde in Form einer kaltverpreßten Pille eine Stunde lang bei 980°C in NH3 gebrannt und dann zusammen mit drei dünnen Kobaltscheiben (Gesamtgewicht 0,18 g), die eine Stunde lang bei 700° C in H2 gebrannt worden waren, in den Molybdänbecher gegeben. Die Anordnung wurde 70 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1580°C ausgesetzt. Der größte Teil des hexagonalen Bornitrids wurde in kubisches Bornitrid mit feiner Korngröße (maximal 30 μ) umgesetzt, das mit einer Metallphase durchsetzt war. Bei der Verschleißprüfung ergab sich eine Tiefe der Verschleißnarbe von 16,5 μ.A cup made of Mo with a cover disk made of Mo (thickness 0.05 mm) was used. A powder mixture of hexagonal boron nitride (0.04 g) and NiAI ₃ (0.008 g) was burned in the form of a cold-pressed pill for one hour at 980 ° C. in NH3 and then together with three thin cobalt discs (total weight 0.18 g), the had been burned in H2 at 700 ° C for one hour, placed in the molybdenum beaker. The assembly was simultaneously subjected to a pressure of 54 kb and a temperature of 1580 ° C for 70 minutes. Most of the hexagonal boron nitride was converted into cubic boron nitride with a fine grain size (maximum 30 μ), which was interspersed with a metal phase. The wear test showed a wear scar depth of 16.5 μ.

Example 7

Ein Zylinder aus Mo (Durchmesser 6,35 mm) mit Abschlußscheiben aus Mo (Dicke 0,05 mm) wurde mit einer Schicht aus hexagonalem Bornitrid (0,03 g) und einer damit in Berührung stehenden Schicht aus grobkörnigen (23 bis 40 'Maschen/cm) Metallpulvern (0,005 g Al, 0,025 g Mn) gefüllt. Die Anordnung wurde 61 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1480⁰C ausgesetzt Aus dem der Al-Mn-Legierung am nächsten liegenden hexagonalen Bornitrid wurden schwarze krustige Massen aus kubischem Bornitrid gebildet.A cylinder made of Mo (diameter 6.35 mm) with end disks made of Mo (thickness 0.05 mm) was coated with a layer of hexagonal boron nitride (0.03 g) and a layer of coarse-grained (23 to 40 'mesh) in contact with it / cm) metal powders (0.005 g Al, 0.025 g Mn) filled. The arrangement was simultaneously exposed to a pressure of 54 kb and a temperature of 1480 ^° C. for 61 minutes. Black, crusty masses of cubic boron nitride were formed from the hexagonal boron nitride, which is closest to the Al-Mn alloy.

Example 8

Ein dem im Beispiel 7 verwendeten Behälter entsprechender Behälter wurde mit zwei Schichten aus hexagonalem Bornitrid gefüllt, die durch eine Scheibe (0,034 g) aus einer Legierung aus 87% Ni und 13% Al getrennt waren. Die Anordnung wurde 119 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1570° C ausgesetzt. Das hexagonale Bornitrid wurde vollständig in eine Masse aus dentritischen, ineinandergeschachtelten, säulenförmigen Kristallen aus kubischem Bornitrid umgewandelt.A container similar to that used in Example 7 was made with two layers hexagonal boron nitride filled with a disk (0.034 g) made of an alloy of 87% Ni and 13% Al were separated. The arrangement was printed simultaneously at 55 kb and one for 119 minutes Exposed to temperature of 1570 ° C. The hexagonal boron nitride was completely made up into a mass dendritic, nested, columnar crystals of cubic boron nitride.

Example 9

Ein Becher aus Zr (Dicke 0,05 mm, Durchmesser 635 mm) wurde zusammen mit einer Abdeckscheibe aus Mo (Dicke 0,05 mm) als Behälter verwendet Der Behälter wurde mit zwei getrennten Schichten aus hexagonalem Bornitrid gefüllt die voneinander durch eine Schicht (Dicke 13 mm) aus Sinterhartmetali (93% WC, 6% Co) getrennt waren. Ein Ring aus Al (Dicke 0.13 mm. Innendurchmesser 4.7 mm, Außendurchmesser 6,22 mm) wurde in Berührung mit der oberen Schicht aus hexagonalem Bornitrid und in Berührung mit der benachbarten Fläche der Sinterhartmetallschicht angeordnet. Einige kleine Klumpen aus Al (Gesamtgewicht 0,004 g, Korngröße 23 Maschen/cm) wurden in Berührung mit der unteren Schicht aus hexagonalem Bornitrid und in Berührung mit der benachbarten Fläche der Sinterhartmetallschicht angeordnet. Die Anordnung wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1500° C ausgesetzt. Auf der oberen Fläche der Sinterhartmetallschicht wurde innerhalb des Aluminiumringes eine große Masse aus kubischem Bornitrid gebildet. Diese Masse wurde poliert und geprüft, wobei sich ergab, daß die kubischen Bornitridkristalle ineinandergewachsen waren und einen dentritischen Kristallhabitus aufwiesen. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 8,9 μ gemessen. Klumpen aus polykristallinem kubischem Bornitrid wurden auch auf der unteren Seite der Sinterhartmetallschicht im Bereich der Aluminiumklumpen gebildetA cup made of Zr (thickness 0.05 mm, diameter 635 mm) was made together with a cover plate Mo (thickness 0.05mm) used as a container. The container was made with two separate layers hexagonal boron nitride filled by a layer (thickness 13 mm) of cemented carbide (93% WC, 6% Co) were separated. A ring made of Al (thickness 0.13 mm, inner diameter 4.7 mm, outer diameter 6.22 mm) was in contact with the top layer of hexagonal boron nitride and in contact with the adjacent surface of the cemented carbide layer arranged. Some small lumps of Al (total weight 0.004 g, grain size 23 meshes / cm) were in contact with the lower layer of hexagonal Boron nitride and arranged in contact with the adjacent surface of the cemented carbide layer. the The arrangement was carried out at a pressure of 54 kb and a temperature of 1500 ° C simultaneously for 60 minutes exposed. On the top surface of the cemented carbide layer inside the aluminum ring, a large mass of cubic boron nitride formed. This mass was polished and tested to find that the cubic boron nitride crystals had grown into one another and had a dendritic crystal habit. During the wear test, a wear scar depth of 8.9 μ was measured. Lump of polycrystalline Cubic boron nitride were also on the lower side of the cemented carbide layer in the area the aluminum lump formed

Die im Ausgangsmaterial vorgesehene Aluminiummenge kann von ungefähr 2 bis ungefähr 40 Gew.-% des hexagonalen Bornitrids reichen, während die Legierungskomponente (Nickel, Kobalt, Mangan) von ungefähr 4 bis ungefähr 100 Gew.-% des hexagonalen Bornitrids reichen kann. Die als Matrixmaterial im gebildeten kubischen Bornitrid verbleibende Menge dieser Legierungsmetalle hängt vom angewendeten Druck und davon ab, wie lange der hohe Druck und die hohe Temperatur angewendet werden. In jedem Fall beträgt der Anteil des Aluminiums und der Legierungskomponente im Preßkörper aus kubischem Bornitrid über ungefähr 1 Gew.-% des kubischen Bornitrids.The amount of aluminum provided in the feedstock can range from about 2 to about 40 percent by weight of the aluminum hexagonal boron nitride range, while the alloy component (nickel, cobalt, manganese) of approximately 4 to about 100 weight percent of the hexagonal boron nitride can range. The matrix material in the Cubic boron nitride formed remaining amount of these alloy metals depends on the applied Pressure and how long the high pressure and high temperature are applied. In any case is the proportion of aluminum and the alloy component in the compact made of cubic boron nitride over about 1% by weight of the cubic boron nitride.

Anstelle der zur Legierungsbildung an Ort und Stelle vorgesehenen getrennten Scheiben können natürlich auch vorgeformte Aluminiumlegierungen verwendet werden.Instead of the separate disks provided for on-site alloy formation, of course preformed aluminum alloys can also be used.

Reines Aluminium oder reines Kobalt Nickel oder Mangan könnten allein nicht als Katalysator für die Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid wirken.Pure aluminum or pure cobalt nickel or manganese alone could not act as a catalyst for that Conversion of hexagonal boron nitride into cubic boron nitride work.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung, mit der erfindungsgemäß eine Reihe von Scheiben oder pillenförmigen Schichtkröpern hergestellt werden können, die aus einer Sinterhartmetallunterlage bestehen, auf der eine Schicht aus gesintertem kubischem Bornitrid aufgebracht ist Wie die Füllanordnung 30 nach F i g. 2 paßt auch die Füllanordnung 40 nach Fig.3 in den Innenraum 31 der Vorrichtung nach F i g. 1.F i g. 3 shows an arrangement with which, according to the invention, a series of discs or pill-shaped Layer bodies can be produced, which consist of a cemented carbide base on which a Layer of sintered cubic boron nitride is applied like the filling arrangement 30 according to FIG. 2 fits also the filling arrangement 40 according to Figure 3 in the Interior 31 of the device according to FIG. 1.

Die in Fig.3 dargestellte Füllanordnung 40 weist einen Abschirmzylinder 41 aus einem Abschirmmelall zur Verhinderung des Zutritts von und zur Entfernung von Sauerstoff auf. Als Abschirmmetall ist Zirkonium, Titan, Tantal, Wolfram und Molybdän geeignet. Innerhalb des Abschirmzylinders 41 sind eine Reihe von Teiifüllungen vorgesehen, die voneinander durch Scheiben 42 getrennt sind, die aus dem auch für den Zylinder 19 verwendeten Material bestehen. DieThe filling arrangement 40 shown in FIG. 3 has a shielding cylinder 41 made of a shielding metal to prevent the ingress of and remove oxygen. The shielding metal is zirconium, Titanium, tantalum, tungsten and molybdenum are suitable. Inside the shield cylinder 41 are a number of Partial fillings are provided which are separated from one another by disks 42, which are also made for the Cylinder 19 are made of material used. the

bo Teiifüllungen sind oben und unten durch Abschirmscheiben 43 geschützt die aus Titan, Zikronium, Molybdän, Tantal oder Wolfram bestehen. Jede auf diese Weise auf allen Seiten abgeschirmte Teilfüllung besteht aus einer größeren Masse 44, einer kleinere Masse 46 undbo partial fillings are protected at the top and bottom by shielding disks 43 made of titanium, zicronium, molybdenum, Tantalum or tungsten. Each partial filling shielded on all sides in this way consists of one larger mass 44, a smaller mass 46 and

es Metallscheiben 47 und 48. Jede Masse 46 besteht zum großen Teil oder vollständig aus hexagonalem Bornitrid. Der Habitus und die Größe der aus dem hexagonalen Bornitrid gebildeten Kristalle kann durch Zumischenthere metal disks 47 and 48. Each mass 46 consists of largely or entirely made of hexagonal boron nitride. The habit and size of the hexagonal Boron nitride formed crystals can be admixed

von Teilchen aus kubischem Bornitrid (beispielsweise mit einer Korngröße von 1 bis 10 μ) oder Sinterhartmetallkarbidpulver (Korngröße 1 bis 5 μ) zum hexagonalen Bornitrid geändert werden. Vorzugsweise wird das hexagonale Bornitrid zur Entfernung von Sauerstoff vorbehandelt.of particles of cubic boron nitride (for example with a grain size of 1 to 10 μ) or cemented hard metal carbide powder (Grain size 1 to 5 μ) can be changed to hexagonal boron nitride. Preferably that will hexagonal boron nitride pretreated to remove oxygen.

Jede Masse 44 besteht aus einer Sinterhartmetallscheibe, die vorzugsweise aus einem Gemisch aus Wolframkarbidpulver und Kobaltpulver hergestellt ist. Gegebenenfalls kann Sinterhartmetallpulver verwendet werden, wobei dann die Sinterhartmetallscheibe in situ bei der Herstellung des Schichtkörpers aus Sinterhartmetall und kubischem Bornitrid gebildet wird.Each mass 44 consists of a cemented carbide disk, which is preferably composed of a mixture Tungsten carbide powder and cobalt powder is made. If necessary, cemented carbide powder can be used then the cemented carbide disk in situ during the production of the laminated body made of cemented carbide and cubic boron nitride is formed.

Die eine der beiden Metallscheiben 47 und 48 besteht aus Aluminium und die andere aus Kobalt, Nickel oder Mangan. Wenn diese Teilfüllungen gleichzeitig Drücken und Temperaturen innerhalb des Bereiches im Zustandsdiagramm von kubischem Bornitrid ausgesetzt werden, in dem kubisches Bornitrid die stabile Phase ist, wird das hexagonale Bornitrid in kubisches Bornitrid umgewandelt, wobei ein zur spanabhebenden Materialbearbeitung geeigneter Körper gebildet wird, der mit der aus Sinterhartmetall bestehenden Unterlage eine Einheit bildet.One of the two metal disks 47 and 48 is made of aluminum and the other of cobalt, nickel or Manganese. If these partial fills simultaneously pressures and temperatures within the range in the state diagram exposed to cubic boron nitride, in which cubic boron nitride is the stable phase, the hexagonal boron nitride is converted into cubic boron nitride, whereby one is used for machining material suitable body is formed, which with the base made of cemented carbide one Unity forms.

Falls für die Masse 46 lediglich im wesentlichen reines hexagonales Bornitrid verwendet wird, neigen die kubischen Bornitridkristalle, die in einer mit der Sinterhartmetallschicht verbundenen Schicht gebildet werden, zu einem Habitus in Form von schlanken Dentriten mit einem Durchmesser von ungefähr 10 bis Jo 20 μ und einer Länge von ungefähr 50 bis 100 μ. Wo die so gebildeten kubischen Bornitridkristalle nicht aufgrund ihres dentritischen Habitus ineinandergreifen, sind die Kristalle fest miteinander durch Metall aus den Scheiben 47 und 48 und aus der Masse 44 verbunden.If only essentially pure hexagonal boron nitride is used for the mass 46, the tend cubic boron nitride crystals formed in a layer bonded to the cemented carbide layer become, to a habit in the form of slender dendrites with a diameter of about 10 to Jo 20 μ and a length of approximately 50 to 100 μ. Where the Cubic boron nitride crystals formed in this way do not interlock due to their dendritic habit, the crystals are firmly connected to one another by metal from the disks 47 and 48 and from the mass 44.

Das Aussehen eines polierten Schnittes eines Preßlings aus kubischem Bornitrid, dessen Kristalle in situ nach der vorliegenden Erfindung gebildet wurden, unterscheidet sich vom Aussehen eines polierten Schnittes eines Preßlings aus kubischem Bornitrid, der <to aus vorgebildeten kubischen Bornitridkristallen hergestellt worden ist. Im ersten Fall sind die Kristalle langgestreckt und verlaufen überwiegend in einer einzigen Richtung (säulenförmig) und können auch abzweigende Fortsätze (Dentriten) besitzen. Im letzteren Fall sind die Kristalle klotziger. Im ersteren Fall ist das Längen-Breiten-Verhältnis der Kristalle überwiegend größer als 1,5 :1, während im letzteren Fall das Längen-Breiten-Verhältnis überwiegend kleiner als 1,4 :1 ist.The appearance of a polished section of a compact made of cubic boron nitride, the crystals of which are in situ formed according to the present invention is different from the appearance of a polished one Section of a compact made of cubic boron nitride, which is made from preformed cubic boron nitride crystals has been. In the first case, the crystals are elongated and predominantly run in one single direction (columnar) and can also have branching processes (dendrites). In the latter Case the crystals are chunkier. In the former case, the length-to-width ratio of the crystals is predominant greater than 1.5: 1, while in the latter case the length-to-width ratio is predominantly less than 1.4: 1 is.

Falls zur Herstellung der Mass.e 46 dem hexagonalen Bornitrid ein fein zerteilter kristalliner Hartstoff (beispielsweise kubisches Bornitrid, WC, AI2O3, S13N4 usw.) zugemischt wird, der a) bei den zur Anwendung gelangenden Drücken und Temperaturen fest bleibt und b) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der annähernd dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von kubischem Bornitrid entspricht besitzen die sich bildenden kubischen Bornitridkristalle eine maximale Länge von 2 bis 10 μ und sind säulenförmig oder blockförmig. Die kristalline Masse ist frei von Hohlräumen und die Zwischenräume zwischen den kubischen Bornitridkristallen sind mit Metall und/oder mit kristallinen Hartstoffteilchen ausgefüllt falls solche zugesetzt werden. Die Verbindung der Kristalle miteinander und mit dem Sinterkarbid erfolgt überwiegend durch Metall aus den Scheiben 47 und 48 und aus der Masse 44 und durch das gegebenenfalls verwendete Sinterkarbidpulver.If the hexagonal boron nitride, a finely divided crystalline hard material, is used to produce the mass (e.g. cubic boron nitride, WC, AI2O3, S13N4 etc.) is added, which a) remains solid at the pressures and temperatures used and b) has a coefficient of thermal expansion that is approximately the coefficient of thermal expansion of corresponds to cubic boron nitride, the cubic boron nitride crystals that are formed have a maximum Length from 2 to 10 μ and are columnar or block-shaped. The crystalline mass is free from Cavities and the spaces between the cubic boron nitride crystals are made of metal and / or filled with crystalline hard material particles if any are added. The connection of the crystals with each other and with the cemented carbide takes place predominantly through metal from the disks 47 and 48 and from the mass 44 and any cemented carbide powder used.

Es wurden auch Schichtkörper unter Verwendung einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Teilanordnung hergestellt, die aus einer Sinterkarbidscheibe und einer mit deren Oberseite in Berührung stehenden Scheibe aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestand, wobei diese beiden Scheiben von einer Masse aus hexagonalem Bornitrid bedeckt waren, in der kein zusätzliches Katalysatormetall vorhanden war. Es stellte sich heraus, daß Kobalt aus dem Sinterkarbid in ausreichender Menge verfügbar war, um zusammen mit dem Aluminium aus der Aluminiumscheibe die erforderliche Katalysatorlegierung zu bilden. In ähnlicher Weise kann anstelle des vorgesinterten Karbids ein pulverförmiges Sinterhartmetall (bestehend aus Karbid und Sintermittel) verwendet werden.Laminates have also been made using a sub-assembly not shown in the drawings made up of a cemented carbide disk and one with the upper side in contact Disc made of aluminum or an aluminum alloy, these two discs being of one mass of hexagonal boron nitride in which no additional catalyst metal was present. It found that cobalt from the cemented carbide was available in sufficient quantities to go along with to form the required catalyst alloy from the aluminum disc. In a similar way Instead of the pre-sintered carbide, a powdered cemented carbide (consisting of carbide and Sintering agent) can be used.

Bei der aus Fig.3 ersichtlichen Teilfüllung steht Kobalt aus der Masse 44 an der Grenzfläche zwischen der Masse 44 und den in der Masse 46 gebildeten kubischen Bornitridkristallen zur Verfügung und ergibt ein komplexes Matrixsystem, das eine ausgezeichnete Bindung zwischen dem gebildeten kubischen Bornitrid und dem Sinterkarbid gewährleistet.In the partial filling shown in FIG. 3 there is cobalt from the mass 44 at the interface between of the mass 44 and the cubic boron nitride crystals formed in the mass 46 available and results a complex matrix system that has an excellent bond between the cubic boron nitride formed and cemented carbide.

Zwischen der gebildeten Schicht aus hochfestem kubischem Bornitrid und der Unterlage, die im Vergleich zur Schicht aus kubischem Bornitrid merklich größer ist, erfolgt also bei der Herstellung eine unmittelbare Bindung, so daß keine Zwischenschicht aus Weichlot oder Hartlot erforderlich ist. Da der an kubischem Bornitrid reiche Schneid- bzw. Schleifkantenbereich unmittelbar mit der steifen und unnachgiebigen Unterlage verbunden ist, wird die Bruchgefahr für die kubische Bornitridmasse wesentlich verringert und die Verbindung des Schichtkörpers mit einem anderen Körper, beispielsweise mit einem Werkzeugschaft, erleichtert.Between the formed layer of high-strength cubic boron nitride and the substrate, which is in the Compared to the layer made of cubic boron nitride is noticeably larger, a direct bond, so that no intermediate layer of soft solder or hard solder is required. Since the on cubic boron nitride rich cutting or grinding edge area directly with the stiff and unyielding Base is connected, the risk of breakage for the cubic boron nitride mass is significantly reduced and the connection of the laminated body with another body, for example with a tool shank, relieved.

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Erfindung hergestellte Schichtkörper wurden bei der Druckentlastung des Reaktionsgefäßes manchmal zufällig zerbrochen. Der Bruch verläuft dabei im wesentlichen rechtwinklig zur vertikalen Achse der Füllanordnung. Bei den mit der Füllanordnung nach Fig.3 hergestellten Schichtkörpern verläuft die Grenzfläche zwischen der kubischen Bornitridmasse und der Sinterhartmetallmasse in der gleichen Richtung. Die hohe Qualität der Verbindung an dieser Grenzfläche zeigt sich dadurch, daß die Bruchlinie in den meisten Fällen gewöhnlich durch die kubische Bornitridschicht verlief. Nur in seltenen Fällen konnte ein Bruch an der Grenzfläche zwischen kubischem Bornitrid und Hartmetall beobachtet werden, wobei in diesen Fällen die Bruchfläche einen irregulären Verlauf aufwies und teilweise durch das kubische Bornitrid, teilweise durch das Hartmetall und teilweise entlang der Grenzfläche verlief. Die Grenzfläche ist also im allgemeinen fester als die Zugfestigkeit von kubischen Bornitridkristallen.Laminated bodies produced by the method of the invention described above were used in the Reaction vessel depressurized sometimes accidentally broken. The break runs essentially perpendicular to the vertical axis of the filling assembly. In the case of the filling arrangement according to Fig.3 produced laminates runs the interface between the cubic boron nitride mass and the Cemented carbide mass in the same direction. The high quality of the connection at this interface is shown by the fact that the break line in most cases usually through the cubic boron nitride layer passed. Only in rare cases could a break at the interface between cubic boron nitride and hard metal occur can be observed, in these cases the fracture surface exhibited an irregular course and partly through the cubic boron nitride, partly through the hard metal and partly along the interface passed. The interface is therefore generally stronger than the tensile strength of cubic boron nitride crystals.

Bei der mikroskopischen Untersuchung (300fache Vergrößerung) der polierten Kanten von zu Werkzeugeinsätzen geformten Schichtkörpern wurde die Ursache für die ungewöhnlich feste Verbindung zwischen der Schicht mit kubischem Bornitrid und der Unterlage festgestellt. Bei einer guten Bindung stehen die kubischen Bornitridkörner an der Grenzfläche entweder direkt mit dem Sinterkarbid in Verbindung oder weisen eine dünne Reaktionsschicht auf, die zwischen den kubischen Bornitridkörnern und dem Sinterkarbid verläuft Die Reaktionsschicht ist in jedem Fall dünner als 10 μ, was darauf hindeutet daß das Sinterkarbidgefü-During the microscopic examination (300x magnification) of the polished edges of tool inserts shaped composite bodies became the cause of the unusually strong bond between the Layer with cubic boron nitride and the base noted. With a good bond, they stand cubic boron nitride grains at the interface either directly with the cemented carbide or have a thin reaction layer between the cubic boron nitride grains and the cemented carbide The reaction layer is thinner than 10 μ in any case, which indicates that the cemented carbide structure

ge in jedem Fall nur geringfügig angegriffen wird. Die Grenzfläche ist frei von Hohlräumen und unregelmäßig in Mikrometergrößenordnung (1 bis 100 μ), da das kubische Bornitrid in den Sinterkarbid hineingedrückt und/oder plastisch deformierter Sinterkarbid in die Zwischenräume zwischen benachbarte kubische Bornitridkristalle hineingepreßt worden ist. Eine derartig ineinandergreifende Grenzfläche läßt sich offensichtlich nicht erzielen, wenn ein vorgeformter Preßling aus kubischem Bornitrid auf eine Sinterkarbidscheibe gelötet wird.ge is only slightly attacked in any case. the The interface is free of voids and irregular in the order of micrometers (1 to 100 μ), since the Cubic boron nitride pressed into the cemented carbide and / or plastically deformed cemented carbide into the Interstices between adjacent cubic boron nitride crystals has been pressed. One of those Interlocking interface obviously cannot be achieved when a preformed compact is taken out cubic boron nitride is soldered onto a cemented carbide disk.

Bei der Herstellung von Werkzeugeinsätzen nach dem Verfahren der Erfindung wird die Füllanordnung 30 oder 40 in die Vorrichtung 10 eingesetzt, unter Druck gesetzt und dann aufgeheizt. Die Füllung wird während einer Zeitspanne von über 3 Minuten einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1300 bis 1600" C ausgesetzt, um das Karbid-Kobalt-Gemisch zu sintern, wobei die Füllung gleichzeitig sehr hohen Drücken ausgesetzt wird, beispielsweise in der Größenordnung von 50 Kilobar, damit thermodynamisch stabile Bedingungen für die Bildung von kubischem Bornitrid aus hexagonalem Bornitrid gewährleistet sind. Bei einer Temperatur von 1300°C sollte der Mindestdruck ungefähr 40 kb und bei einer Temperatur von 1600°C sollte der Mindestdruck mindestens ungefähr 50 kb betragen.In the manufacture of tool inserts according to the method of the invention, the filling arrangement 30 or 40 is inserted into the device 10, pressurized and then heated. The filling will be during exposed to a temperature in the range of about 1300 to 1600 "C for a period of over 3 minutes sintering the carbide-cobalt mixture, the filling being exposed to very high pressures at the same time is, for example in the order of 50 kilobars, thus thermodynamically stable conditions for the formation of cubic boron nitride from hexagonal boron nitride are guaranteed. At one temperature from 1300 ° C the minimum pressure should be around 40 kb and at a temperature of 1600 ° C the minimum pressure should be be at least about 50 kb.

Das zur Herstellung der vorgesinterten Masse 44 verwendete oder als Masse 44 eingesetzte Pulvergemisch besteht vorzugsweise aus einem Wolframkarbid-Hartmetallpulver (Gemisch aus Wolframkarbidpulver und Kobaltpulver), das im Handel in Korngrößen von 1 bis 5 μ erhältlich ist. Gegebenenfalls kann Wolframkarbid ganz oder zum Teil durch Titankarbid und/oder Tantalkarbid ersetzt werden. Da auch als Bindemetall Nickel und Eisen verwendet worden sind, können als Bindemetall für die Karbidteilchen Kobalt, Nickel, Eisen und Gemische dieser Metalle verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch als Bindemetall Kobalt. Aluminiumlegierungen der drei vorstehend genannten Metalle wirken als Katalysatorilösungsmittel für die Synthese von kubischem Bornitrid bei der Herstellung der aus kubischem Bornitrid und Sinterhartmetall bestehenden Schichtkörper für Werkzeuge. Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind Sinterhartmetallpulvergemische geeignet, die ungefähr 75 bis 97 Gew.-% Karbid und 3 bis 25 Gew.-% Kobalt enthalten.The powder mixture used to produce the pre-sintered mass 44 or used as mass 44 consists preferably of a tungsten carbide hard metal powder (mixture of tungsten carbide powder and cobalt powder), which is commercially available in grain sizes from 1 to 5 μ. Optionally, tungsten carbide be completely or partially replaced by titanium carbide and / or tantalum carbide. Also as a binding metal Nickel and iron have been used as the binder metal for the carbide particles cobalt, nickel, iron and mixtures of these metals can be used. However, it is preferably used as the binding metal Cobalt. Aluminum alloys of the three metals mentioned above act as catalyst solvents for the synthesis of cubic boron nitride in the manufacture of those from cubic boron nitride and cemented carbide existing laminates for tools. For the implementation of the procedure according to the In accordance with the invention cemented carbide powder mixtures are suitable which contain approximately 75 to 97% by weight of carbide and 3 to 25% by weight Contain wt .-% cobalt.

In den nachstehenden Beispielen sind die Ergebnisse einer Verschleißprüfung angeführt, bei der ein mit 2000 Umdrehungen pro Minute rotierender Stab aus der Superlegierung Rene 41 mit einem Durchmesser von 32 mm gegen die kubisches Bornitrid enthaltende Schicht des Schichtkörpers aus kubischem Bornitrid und Sinterhartmetall gepreßt wurde. Die Tiefe der im kubischen Bornitrid erzeugten Verschleißnarbe wurde gemessen und ist in den nachstehenden Beispielen angeführtThe following examples show the results of a wear test in which a 2000 Revolutions per minute rotating rod made of the superalloy Rene 41 with a diameter of 32 mm against the layer of the laminated body made of cubic boron nitride and containing cubic boron nitride Cemented carbide was pressed. The depth of the wear scar generated in the cubic boron nitride became measured and is given in the examples below

Beispiel 10Example 10

Ein Molybdän-Becher (Durchmesser 6,35 mm) wurde mit einem Gemisch aus gemahlenen kubischen Bornitridkristallen (1 bis 10 μ, 0,017 g), hexagonalem Bornitrid (0,05 g) und NiAl₃ (Teilchengröße 30 μ, 0,013 g) gefüllt und über dem Pulvergemisch wurde eine Scheibe (Dicke 0,13 mm) aus Sinterhartmetall (Carboloy 883) angeordnet. Das Pulvergemisch wurde vor dem Eindringen in den Molybdän-Becher eine Stunde lang in NH3 bei 820° C gebrannt. Die Anordnung wurde 69 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1550°C ausgesetzt. Dabei wurde ein Schichtkörper gebildet. Die auf der Hartmetallscheibe gebildete Masse bestand aus einem innigen Gemisch aus Metall und kubischen Bornitridteilchen. Die kubischen Bornitridteilchen waren überwiegend kleiner als 40 μ. Der Schichtkörper konnte gut poliert werden. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 22,8 μ gemessen.A molybdenum beaker (diameter 6.35 mm) was filled with a mixture of ground cubic boron nitride crystals (1 to 10 μ, 0.017 g), hexagonal boron nitride (0.05 g) and NiAl ₃ (particle size 30 μ, 0.013 g) and A disk (thickness 0.13 mm) made of cemented hard metal (Carboloy 883) was placed over the powder mixture. The powder mixture was burned in NH3 at 820 ° C. for one hour before entering the molybdenum beaker. The assembly was simultaneously subjected to a pressure of 55 kb and a temperature of 1550 ° C for 69 minutes. A layered body was thereby formed. The mass formed on the hard metal disk consisted of an intimate mixture of metal and cubic boron nitride particles. The cubic boron nitride particles were predominantly smaller than 40 μ. The laminate could be polished well. During the wear test, a wear scar depth of 22.8 μ was measured.

Beispiel 11Example 11

Ein Molybdän-Becher (Dicke 0,05 mm, Durchmesser 6,35 mm) wurde mit einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,051 g), Hartmetallpulver (Carboloy 883, 0,033 g), Aluminium (0,005 g) und Nickel (0,010 g) beschickt und über dem Gemisch wurde eine Scheibe (Dicke 1,27 mm) aus Hartmetall (Carboloy 883) angeordnet. Die Anordnung wurde 124 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1500° C ausgesetzt. Es wurde ein Schichtkörper aus einer auf der Hartmetallscheibe fest haftenden Masse aus kubischem Bornitrid gebildet. Die kubischen Bornitridteilchen besaßen eine säulenförmige Gestalt, waren jedoch viel kleiner als die kubischen Bornitridteilchen, die erzielt werden, wenn ohne Zusatz von Sinterhartmetallpulver gearbeitet wird. Die kubischen Bornitridteilchen wurden fest in einer metallischen Matrix festgehalten. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschließnarbentiefe von 12,7 μ gemessen.A molybdenum cup (thickness 0.05 mm, diameter 6.35 mm) was filled with a powder mixture of hexagonal Boron nitride (0.051 g), hard metal powder (Carboloy 883, 0.033 g), aluminum (0.005 g) and nickel (0.010 g) charged and a disc (thickness 1.27 mm) made of hard metal (Carboloy 883) was placed over the mixture arranged. The arrangement was simultaneously a 54 kb print and one for 124 minutes Exposed to a temperature of 1500 ° C. A laminated body of a solidified on the hard metal disk adhesive mass formed from cubic boron nitride. The cubic boron nitride particles had a columnar shape Shape, however, were much smaller than the cubic boron nitride particles obtained when without the addition from cemented carbide powder is worked. The cubic boron nitride particles became solid in a metallic one Matrix held. During the wear test, a wear scar depth of 12.7 μ was measured.

Beispiel 12Example 12

Ein Zirkonium-Becher (Dicke 0,05 mm, Durchmesser 8,89 mm) wurde mit einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,1 g) und NiAl₃ (0,02 g) gefüllt, und das Pulvergemisch wurde mit einer Scheibe (Dicke 2,92 mm) aus Sinterhartmetall (Carboloy 883) abgedeckt. Das Pulvergemisch wurde vor dem Eindringen in den Zirkonium-Becher in kaltem Zustand zu einer Pille verpreßt und eine Stunde lang bei 900° C in NH₃ gebrannt. Die Anordnung wurde 62 Minuten lang gleichzeitg einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1500° C ausgesetzt. An der Hartmetallscheibe wurden aus dem hexagonalem Bornitrid und NiAl₃ bestehenden Gemisch Knötchen aus kubischem Bornitrid gebildetA zirconium beaker (thickness 0.05 mm, diameter 8.89 mm) was filled with a mixed powder of hexagonal boron nitride (0.1 g) and NiAl ₃ (0.02 g), and the mixed powder was filled with a disk (thickness 2.92 mm) made of cemented carbide (Carboloy 883). Before entering the zirconium cup, the powder mixture was pressed into a pill in a cold state and burned _{in NH 3 at 900 ° C. for one hour.} The assembly was simultaneously subjected to a pressure of 54 kb and a temperature of 1500 ° C for 62 minutes. On the hard metal disk, nodules made of cubic boron nitride were formed from the mixture consisting of _{hexagonal boron nitride and NiAl 3}

Beispiel 13Example 13

Ein Molybdän-Becher (Dicke 0,05 mm, Durchmesser 6,35 mm) wurde mit einem Pulvergemisch (mit der Siebgröße von unter 130 Maschen/cm) beschickt, das aus hexagonalem Bornitrid (0,05 g), Co (0,012 g), W (0,003 g), Al (0,003 g) bestand. Über dem Pulvergemisch wurde eine Scheibe (Dicke 1,27 mm) aus Hartmetall (Carboloy 883) angeordnet Die Anordnung wurde 120 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 54 kb und einer Temperatur von 1460° C ausgesetzt Es wurde ein fester Schichtkörper gebildet der ein gutes Poliervermögen zeigte. Der Belag aus kubischem Bornitrid bestand aus kleinen Bornitridteilchen (unter 30 μ) mit zwischen den Teilchen liegenden dünnen Metallschichten. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 10 μ gemessen. A molybdenum cup (thickness 0.05 mm, diameter 6.35 mm) was filled with a powder mixture (with the Screen size of less than 130 mesh / cm), which consists of hexagonal boron nitride (0.05 g), Co (0.012 g), W (0.003 g), Al (0.003 g). A disc (thickness 1.27 mm) made of hard metal was placed over the powder mixture (Carboloy 883) The assembly was placed under a pressure of 54 kb and simultaneously for 120 minutes exposed to a temperature of 1460 ° C. It became a formed a solid layer body which showed good polishing properties. The cubic boron nitride coating consisted of small boron nitride particles (less than 30 μ) with thin metal layers between the particles. During the wear test, a wear scar depth of 10 μ was measured.

Beispiel 14Example 14

Ein Molybdän-Becher (Durchmesser 8,89 mm) wurde mit einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,1 g), Ni₂Al₃ (0,01 g) und Mo (0,007 g) beschickt Über dem Pulvergemisch wurde eine Scheibe (DickeA molybdenum beaker (diameter 8.89 mm) was charged with a powder mixture of hexagonal boron nitride (0.1 g), Ni ₂ Al ₃ (0.01 g) and Mo (0.007 g). A disk (thickness

3,05 mm) aus Hartmetall (Carboloy 883) angeordnet. Vor dem Einbringen des Pulvergemisches in den Molybdän-Becher wurde dieses in kaltem Zustand zu einer Pille verpreßt und eine Stunde lang in Wasserstoff bei 800⁰C gebrannt. Die Anordnung wurde 70 Minuten ■> lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1500°C ausgesetzt. Es wurde ein Schichtkörper mit einer auf der Hartmetallunterlage fest haftenden Masse gebildet. Das Poliervermögen des Schichlkörpers war gut. Die auf der Hartmetallunterlage haftende Masse bestand aus feinen kubischen Bornitridkristallen, die in einer metallischen Matrix eingebettet sind.3.05 mm) made of hard metal (Carboloy 883). Prior to introduction of the powder mixture in the molybdenum cup, this was pressed in a cold state to a pill and was fired for one hour in hydrogen at 800 ⁰ C. The arrangement was subjected to a pressure of 55 kb and a temperature of 1500 ° C. simultaneously for 70 minutes. A layered body was formed with a mass firmly adhering to the hard metal base. The polishing ability of the laminated body was good. The mass adhering to the hard metal base consisted of fine cubic boron nitride crystals embedded in a metallic matrix.

Beispiel 15Example 15

Ein Behälter aus einem Molybdän-Zylinder (Dicke 0,025 mm, Durchmesser 6,35 mm) und eine Molybdäiischeibe (Dicke 0,05 mm) wurde mit einer Nickelscheibe (0,034 g), einer an der Nickelscheibe anliegenden Aluminiumscheibe (0,004 g), einer Hartmetallscheibe (Dicke 1,25 mm, Carboloy 883) und einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid (0,025 g) und kubischen Bornitridkristallen (1 bis 10 μ, 0,025 g) beschickt. Das Pulvergemisch wurde zwischen der Hartmetallscheibe und den beiden anderen Metallscheiben angeordnet. Der Behälter wurde 60 Minuten lang gleichzeitig einem Druck von 55 kb und einer Temperatur von 1550⁰C unterworfen. Es wurde ein Schichtkörper gebildet, der aus einer Hartmetallunterlage besteht, auf dem eine harte Masse fest haftet. Die harte Masse besteht aus im wesentlichen säulenförmigen kubischen Bornitridkristallen, die in einer metallischen Matrix eingebettet sind. Bei der Verschleißprüfung wurde eine Verschleißnarbentiefe von 30,5 μ gemessen.A container made of a molybdenum cylinder (thickness 0.025 mm, diameter 6.35 mm) and a molybdenum disk (thickness 0.05 mm) was fitted with a nickel disk (0.034 g), an aluminum disk (0.004 g) resting against the nickel disk, and a hard metal disk (Thickness 1.25 mm, Carboloy 883) and a powder mixture of hexagonal boron nitride (0.025 g) and cubic boron nitride crystals (1 to 10 μ, 0.025 g). The powder mixture was placed between the hard metal disk and the other two metal disks. The container was simultaneously subjected to a pressure of 55 kb and a temperature of 1550 ^{° C. for 60 minutes.} A layered body was formed which consists of a hard metal base to which a hard mass adheres firmly. The hard mass consists of essentially columnar cubic boron nitride crystals which are embedded in a metallic matrix. During the wear test, a wear scar depth of 30.5 μ was measured.

Zur Herstellung der in den F i g. 4, 6 und 7 dargestellten Schichtkörper, die als Werkzeugeinsätze verwendet werden, ist eine modifizierte Ausführungsform des Salzfutters 21 und der Stopfen 22 und 22' erforderlich, da die Werkzeugeinsätze eine nicht scheibenförmige, sondern eine viereckige Form aufweisen. Zur Herstellung von viereckigen Schichtkörpern kann die innerhalb des Heizrohres 20 vorgesehene Anordnung entsprechend Fig.8 ausgestaltet werden, wobei eine Reihe von zylindrischen Blöcken vorgesehen sind, um Formen zu bilden, die mit einem vorgeformten Sinterhartmetailkörper 52 (oder mit einem zur Herstellung eines Sinterhartmetallkörpers geeigneten Pulvergemisch), einer Masse 53 aus hexagonalem Bornitrid (oder hexagonalem Bornitrid und einem Zusatz von feinen kubischen Bornitridteilchen) oder einem Pulvergemisch aus hexagonalem Bornitrid und Karoid und mit dem Legierungskatalysator gefüllt werden. Beispielsweise weist der in F i g. 8 dargestellte Salzblock 21a eine Aussparung 54 auf, die eine dem gewünschten Werkzeugeinsatz entsprechende Form aufweist Die Aussparung 54 wird mit Abschirmmetall 56 ausgekleidet und dann mit den Massen 52 und 53 beschickt Der Legierungskatalysator für die Masse 53 kann in Form eines Pulvergemisches aus Aluminium und der Legierungskomponente (Kobalt, Nickel und Mangan) vorgesehen werden, das mit dem hexagonalen Bornitrid vermischt ist, oder in Form von Scheiben (nicht gezeigt), die an einer Außenfläche der Masse 53 vorgesehen werden. Der zur Abdeckung vorgesehene Salzblock 2ib weist ebenfalls eine Aussparung auf, die zur Aufnahme eines Abdeckbleches zur Vervollständigung der Metallabschirmung der Pulvermasse und vorzugsweise zur Aufnahme eines Hartmetallblockes SC dient, der das Abdeckblech 57 vor Zerstörung schützt. Es kann eine Reihe von übereinandergestapelten Salzblöcken 21 a und 21 b in die Vorrichtung zur Erzeugung von hohen Drücken und hohen Temperaturen eingesetzt werden.To produce the in FIGS. 4, 6 and 7, which are used as tool inserts, a modified embodiment of the salt liner 21 and the stoppers 22 and 22 'is required, since the tool inserts have a rectangular shape rather than a disk. For the production of square laminated bodies, the arrangement provided within the heating tube 20 can be configured as shown in FIG ), a mass 53 of hexagonal boron nitride (or hexagonal boron nitride and an addition of fine cubic boron nitride particles) or a powder mixture of hexagonal boron nitride and diamond and filled with the alloy catalyst. For example, in FIG. 8 has a recess 54, which has a shape corresponding to the desired tool insert. The recess 54 is lined with shielding metal 56 and then charged with the masses 52 and 53. The alloy catalyst for the mass 53 can be in the form of a powder mixture of aluminum and the alloy component (Cobalt, nickel and manganese) mixed with the hexagonal boron nitride, or in the form of disks (not shown) provided on an outer surface of the mass 53. The salt block 2ib provided for covering also has a recess which serves to receive a cover sheet to complete the metal shielding of the powder mass and preferably to hold a hard metal block SC which protects the cover sheet 57 from destruction. A number of stacked salt blocks 21 a and 21 b can be used in the device for generating high pressures and high temperatures.

Bei dem Werkzeugeinsatz 60 nach Fig.4 sind die Stirnflächen 61 und 62 des Hartmetallblockes 63 und der Einlage 64 aus kubischem Bornitrid in der aus F i g. 5 ersichtlichen Weise geneigt, damit die Schneidkanten der Einlage 64 aus kubischem Bornitrid ohne Schwierigkeiten an ein Werkstück herangebracht werden können.In the case of the tool insert 60 according to FIG End faces 61 and 62 of the hard metal block 63 and the Insert 64 made of cubic boron nitride in the form shown in FIG. 5 inclined way apparent to allow the cutting edges the insert 64 made of cubic boron nitride can be brought up to a workpiece without difficulty.

Die in den F i g. 6 und 7 dargestellten Werkzeugeinsätze 72 und 82 weisen dünne Schichten 71 und 81 aus kubischem Bornitrid auf, die fest mit den Hartmetallkörpern 73 und 83 verbunden sind. Die Dicke der Schichten beträgt mindestens ungefähr 0,025 mm und höchstens 1,5 mm, obwohl auch Schichtdicken in der Größenordnung bis ungefähr 2 mm realisiert werden können. Die Schichten 71 und 81 werden absichtlich so dünn ausgeführt, damit a) die aus kubischem Bornitrid bestehenden Schichten 71 und 81 als Spanbrechflächen wirken können und b) die Werkzeugeinsätze 72 und 82 leichter geschärft werden können. Im Idealfall sind die Eigenschaften der Schicht aus kubischem Bornitrid und der Unterlage aus Hartmetall so aufeinander abgestimmt, daß die aus kubischem Bornitrid bestehende Schneidkante etwas weniger schnell verschleißt als das Hartmetall; in diesem Fall steht ein kleiner Anteil der Schicht aus kubischem Bornitrid immer etwas über den Hartmetallkörper vor und bildet eine Schneidkante, wodurch die vorhandene Menge an kubischem Bornitrid im richtigen Verhältnis zur Lebensdauer des Werkzeugs steht.The in the F i g. Tool inserts 72 and 82 shown in FIGS. 6 and 7 have thin layers 71 and 81 cubic boron nitride, which are firmly connected to the hard metal bodies 73 and 83. The thickness of the layers is at least about 0.025 mm and at most 1.5 mm, although layer thicknesses of the order of magnitude up to about 2 mm can be realized. Layers 71 and 81 become so thin on purpose executed so that a) the layers 71 and 81 consisting of cubic boron nitride as chip breaking surfaces can act and b) the tool inserts 72 and 82 can be sharpened more easily. Ideally, they are Properties of the layer made of cubic boron nitride and the base made of hard metal are matched to one another, that the cutting edge made of cubic boron nitride wears a little less quickly than that Hard metal; in this case a small portion of the cubic boron nitride layer is always slightly above the Carbide body in front and forms a cutting edge, reducing the existing amount of cubic boron nitride is in the right proportion to the service life of the tool.

Nach Anwendung des hohen Druckes und der hohen Temperatur wird zunächst die Temperatur und dann der Druck verringert. Das fest an den Außenflächen des gebildeten Werkzeugeinsatzes haftende Abschirmmetall läßt sich an den gewünschten Stellen leicht abschleifen.After applying the high pressure and the high temperature, first the temperature and then the Pressure decreased. The shielding metal firmly adhering to the outer surfaces of the tool insert formed can be easily sanded at the desired points.

Die Eigenschaften der kubisches Bornitrid enthaltenden Schicht können durch Einführen von Wolfram verändert werden. Zu diesem Zweck kann Wolfram absichtlich in metallischer Form oder in Form von Wolframkarbid dem hexagonalen Bornitrid zugesetzt werden.The properties of the cubic boron nitride-containing layer can be improved by introducing tungsten to be changed. To this end, tungsten can intentionally be in metallic form or in the form of Tungsten carbide can be added to the hexagonal boron nitride.

Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Schichtkörper werden gewöhnlich an einem größeren Körper, beispielsweise an einem Werkzeugschaft oder an einer Bohrspitze, befestigt, wo sie dann zur Bearbeitung eines Werkstücks dienen.Laminates made by the process of the invention are usually made on a larger size Body, for example on a tool shank or on a drill bit, attached where it is then used Serve machining a workpiece.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method of converting hexagonal boron nitride to cubic boron nitride, the hexagonal one Boron nitride in the presence of a catalyst simultaneously exposed to pressures and temperatures which lie in the area of the state diagram of boron nitride, in the cubic boron nitride the stable phase is characterized in that at least one alloy is used as a catalyst Aluminum with at least one of the metals cobalt, nickel or manganese is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the catalyst is formed in situ.

3. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst is in preformed form is applied.

4. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst is used in powder form mixed with the hexagonal boron nitride.

5. The method according to claim 1, characterized in that a pressure of at least about 50 Kilobars and a temperature of at least about 1400 ° C is applied.