DE60000382T2 - Für die Herstellung von Schneidwerkzeugen geeignetes Pulver aus kubischem Bornitrid und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulver von kubischem Bornitrid, das für anschließende Herstellung von Schneidwerkzeugen geeignet ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
• Schneidwerkzeuge mit Schneidkanten, die aus einem superharten abreibenden Material bestehen, wie einem Material auf der Basis von kubischem Bornitrid (cBN) werden mit pulvermetallurgischen Techniken hergestellt und werden hauptsächlich für die maschinelle Bearbeitung von Gußeisen und gehärtetem Stahl eingesetzt. Für Gußeisen wird ein zähes Material mit 80-100 Gew.-% cBN verwendet, während für gehärteten Stahl 10-50 Gew.-% TiC, TiN oder Ti (C, N) gewöhnlich verwendet werden. Diese abnehmende Zähigkeit verbessert jedoch stark die chemische Beständigkeit des Materials. Am häufigsten enthält das PCBN-Material auch kleinere Mengen (typischerweise < 10 Gew.-%, insgesamt < 25 Gew.-%) anderer Komponenten, zum Beispiel Co, Ni, WC, Al, AlN und Al&sub2;O&sub3;. Diese werden entweder zu dem Rohmaterialpulver zugegeben oder während des Verfahrens erhalten.
• PCBN-Schneidwerkzeuge werden hauptsächlich auf zwei unterschiedlichen Wegen produziert:
• i) durch Sintern eines PCBN-Pulvergemisches bei hohem Druck/hoher Temperatur (HP/HAT) zu einem kompakten Körper, der zu einem nachbehandelten Schneidwerkzeugeinsatz zerschnitten und poliert wird.
• ii) durch HP/HT-Sintern einer dünnen Schicht von PCBN-Pulver, welches gleichzeitig an ein Substrat (gewöhnlich eine Hartmetallscheibe) gebunden wird, von welcher kleinere Stücke (Späne) geschnitten werden. Diese Späne werden auf reguläres Hartmetallwerkzeug (zum Beispiel einen Einsatz, einen Stirnfräser, einen Bohrer) gelötet und zu dem fertigen Zustand geschliffen. Die Werkzeuge sind relativ teuer herzustellen infolge der vielen Stufen, denen sie unterzogen werden müssen, bevor sie fertig sind. Auch sind gewöhnlich nur eine oder zwei Schneidkanten je Werkzeug verfügbar.
• Durch die US-5,676,496 ist eine Technik zur Herstellung von PCBN-Schneidwerkzeugeinsätzen auf eine kostspieligere und wirksamere Weise bekannt. Diese erreicht man, indem man ein Hartmetall oder Cermetsubstrat in einen Behälter gibt und dann PCBN-Pulver in geeignet plazierte Nuten in dem Substrat packt. Der Behälter wird dann HP/HT-gesintert, so daß das PCBN-Pulver zu einem vollständig dichten Körper verdichtet wird, welcher gleichzeitig an das Substrat gebunden ist. Der Substrat-/PCBN-Verbund kann direkt zu einem Schneidwerkzeugeinsatz geschliffen werden.
• Obwohl die beschriebene Methode zu umfangreichen Kostenreduzierungen je Schneidkante führt, hat sie einen Hauptnachteil dergestalt, daß das Packen eines Pulvergemisches, welches PCBN enthält, in die Nuten im Prinzip manuell getan werden muß. Die armseligen Fließeigenschaften von PCBN-Pulver in Kombination mit der notwendigen Nutengeometrie macht ein automatisiertes Verfahren unzuverlässig. Abgesehen von den offensichtlichen Gesundheitsgefahren kann manuelles Packen zu ungleichmäßiger Packungsdichte und zu übermäßig sauerstoffverbrauchtern PCBN- .Pulver führen. Die ungleichmäßige Packungsdichte macht es erforderlich, eine größere Nutenabmessung als erwünscht zu wählen, um zu gewährleisten, daß die PCBN-Menge ausreicht, die man immer erhält. Sorgfältige Steuerung des Sauerstoffgehaltes in dem PCBN-Pulver ist kritisch für das HP/HT-Sintern, da übermäßiger Sauerstoff das Verfestigungsverfahren negativ beeinflußt. Im Prinzip hätte man gerne hohe und gut reproduzierbare Packungsdichte und eine Minimierung der Sauerstoffaufnahme durch die Handhabung und Lagerung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung bekommt man ein PCBN-haltiges Pulver mit guten Fließeigenschaften. Das Pulver ist besonders geeignet zur Herstellung von Körpern mit komplizierten Formen und mit engen Toleranzen und gut reproduzierbarer Rohlingkörperdichte.
• Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung umfaßt die Herstellung eines zur Erzeugung des oben beschriebenen Material geeigneten Pulvers die folgenden Stufen:
• 1- Mischen von Rohmaterialpulvern, d. h. cBN und eines oder mehrerer von hBN (hexagonales Bornitrid), TiC, TiN, Ti (C, N), WC, W, C, Co, Co&sub2;AL&sub9;, Al, AlN, Al&sub2;O&sub3;, mit einer geeigneten Flüssigkeit (zum Beispiel Ethanol) und einem geeigneten Mittel (zum Beispiel Polyethylenglycol, PEG) zur Bildung eines homogenen Schlammes gewünschter Zusammensetzung. Die Menge von TiC + TiN + Ti (C, N) liegt bei < 50 Gew.-% und die Menge an anderen Zusätzen bei < 25 Gew.-%.
• 2. Bildung kugeliger Pulveragglomerate mit einem typischen Durchmesser von 100 um mit guten Fließeigenschaften unter Verwendung der Sprühtrocknungstechnik.
• 3. Füllen des PCBN-Pulvers in Vertiefungen, Taschen, Nuten usw. eines Metall- oder Cermetsubstrats.
• 4. Entfernung des Mittels aus dem Pulver bei einer geeigneten Temperatur und Atmosphäre (vorzugsweise 200-400ºC in strömendem Wasserstoff für PEG).
• 5. Sinterung des PCBN-Pulvers zusammen und gleichzeitig gebunden an die Substratinnenseite des Behälters unter HP/HT-Bedingungen, um einen zusammengesetzten Körper, zum Beispiel einen Schneidwerkzeugeinsatz, zu bilden.
• Das Verfahren wurde unter Bezugnahme auf PCBN beschrieben, doch liegt auf der Hand, daß es auch zur Verwendung von Diamant als Schleifmaterial oder Gemischen hiervon verwendet werden kann.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines PCBN-Schneidwerkzeugeinsatzes, dadurch gekennzeichnet, daß man

- Rohmaterialpulver, d. h. cBN und eines oder mehrere von hBN, TiC, TiN, Ti (C, N), WC, W, C, Co, Co&sub2;Al&sub9;, Al, AlN, Al&sub2;O&sub3; mit einer geeigneten Flüssigkeit (zum Beispiel Ethanol) und einem geeigneten Mittel (zum Beispiel Polyethylenglycol, PEG) unter Bildung eines homogenen Schlammes mit der gewünschten Zusammensetzung vermischt,

- kugelige Pulveragglomerate, typischerweise mit einem Durchmesser von 100 um, vorzugsweise durch Sprühtrocknung, bildet,

- das PCBN-Pulver in Vertiefungen, Taschen, Nuten usw. eines Hartmetall- oder Cermetsubstrats füllt,

- das Mittel aus dem Pulver bei einer geeigneten Temperatur und Atmosphäre entfernt und

- das PCBN-Pulver dazu bringt, zusammen mit und gleichzeitig an das Substrat im Inneren eines Behälters gebunden, gesintert zu werden, um einen zusammengesetzten Körper zu bilden.

2. PCBN umfassendes Pulver, gekennzeichnet durch kugelige Pulveragglomerate, typischerweise mit einem Durchmesser von 100 um.