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DE2845834C2 - - Google Patents

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Publication number
DE2845834C2
DE2845834C2 DE2845834A DE2845834A DE2845834C2 DE 2845834 C2 DE2845834 C2 DE 2845834C2 DE 2845834 A DE2845834 A DE 2845834A DE 2845834 A DE2845834 A DE 2845834A DE 2845834 C2 DE2845834 C2 DE 2845834C2
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DE
Germany
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diamond
silicon
alloy
composite material
substrate
Prior art date
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Expired
Application number
DE2845834A
Other languages
German (de)
Other versions
DE2845834A1 (en
Inventor
Minyoung Schenectady N.Y. Us Lee
Lawrence Edward Scotia N.Y. Us Szala
Robert Charles Burnt Hills N.Y. Us Devries
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2845834A1 publication Critical patent/DE2845834A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2845834C2 publication Critical patent/DE2845834C2/de
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial mit Diamantkristallen und einem Silicium enthaltenden Bindemittel sowie ein Verfahren zum Herstellen.The invention relates to a composite material with diamond crystals and a silicon-containing binder as well as a manufacturing method.

Aus der US-PS 32 39 321 ist ein Verbundmaterial auf der Basis von Diamantkristallen bekannt, die mittels eines Bindemittels zu einem homogenen Körper verbunden sind. Als Bindemittel werden u. a. Titan-Silicium-Legierungen eingesetzt, bei denen der Siliciumanteil um den Faktor 10 geringer ist als der Titananteil. Bei der Herstellung dieses homogenen Verbundkörpers werden Drücke und Temperaturen eingesetzt, die innerhalb oder nahe des diamantstabilen Bereichs im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff liegen. Es sind also aufwendige Hochdruckapparaturen erforderlich, mit denen nur Körper verhältnismäßig geringer Abmessungen wirtschaftlich hergestellt werden können.From US-PS 32 39 321 is a composite material on the Base of diamond crystals known by means of a Binder are connected to a homogeneous body. As binders u. a. Titanium-silicon alloys used, in which the silicon content by the factor 10 is less than the titanium content. In the preparation of of this homogeneous composite body are pressures and Temperatures used within or near the diamond stable region in the state diagram of Carbon. So they are complex high pressure devices required with which only bodies are proportionate small dimensions can be produced economically can.

Aus der US-PS 39 82 911 ist ein Verbundmaterial bekannt, das einen Substratkörper und einen damit unter Bildung eines Schichtkörpers verbundenen Körper aus kubischen Bornitridkristallen aufweist. Der Substratkörper besteht aus Wolframcarbid, Titancarbid und/oder Tantalcarbid. Als Bindemittelkomponente werden Legierungen von Aluminium mit Nickel, Kobalt oder Eisen oder eine Legierung von Nickel und Chrom eingesetzt. Der Schichtkörper wird durch Heißpressen hergestellt. Kubisches Bornitrid besitzt eine geringere Härte als Diamant, so daß der bekannte Schichtkörper nur bedingt dort eingesetzt werden kann, wo es auf möglichst große Härte ankommt.A composite material is known from US Pat. No. 3,982,911, the one substrate body and thus with formation a laminated body made of cubic Has boron nitride crystals. The substrate body exists made of tungsten carbide, titanium carbide and / or tantalum carbide. Alloys of Aluminum with nickel, cobalt or iron or one Alloy of nickel and chrome used. The laminate  is made by hot pressing. Cubic boron nitride has a lower hardness than diamond, so that the known laminate is used there only to a limited extent can be where the greatest possible hardness is important.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial mit Diamantkristallen und einem Silicium enthaltenden Bindemittel zu schaffen, der sich durch hohe Festigkeit auszeichnet und ohne Verwendung aufwendiger Hochdruckapparaturen in größeren Abmessungen hergestellt werden kann. Weiterhin soll ein verhältnismäßig einfach durchzuführendes Herstellungsverfahren geschaffen werden.The invention has for its object a composite material with diamond crystals and a silicon to contain containing binders characterized by high strength and without use elaborate high-pressure equipment in larger dimensions can be manufactured. Furthermore, a proportionate easy to perform manufacturing process be created.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verbundmaterial mit Diamantkristallen und einem Silicium enthaltenden Bindemittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verbundmaterial einen polykristallinen Substratkörper und einen damit unter Bildung eines Schichtkörpers verbundenen, polykristallinen, im wesentlichen porenfreien Diamantkörper aufweist, daß der Substratkörper aus Siliciumcarbid einer Dichte von 85 bis 100% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids, enthaltend mindestens 90 Gew.-% Siliciumcarbid, oder aus Siliciumnitrid einer Dichte von 80 bis 100% der theoretischen Dichte des Siliciumnitrids, enthaltend mindestens 90 Gew.-% Siliciumnitrid, besteht, daß der Diamantkörper Diamantkristalle einer Größe von 1 bis 1000 Mikrometer enthält, die 70 bis unter 90 Vol.-% des Diamantkörpers ausmachen und durch ein gleichförmig verteiltes Bindemittel aneinander gebunden sind, das bis zu 30 Vol.-% des Diamantkörpers ausmacht und Siliciumcarbid und ein Silicid und/oder Carbid eines Silicid bildenden Metalls enthält, wobei der mit den Diamantoberflächen in Berührung stehende Teil des Bindemittels zumindest größtenteils aus Siliciumcarbid besteht, und daß die Grenzfläche zwischen Substrat- und Diamantkörper durch das Bindemittel im wesentlichen porenfrei ausgefüllt ist.The object on which the invention is based is achieved through a composite material with diamond crystals and a silicon-containing binder is characterized in that the composite material is a polycrystalline Substrate body and thus with formation a laminate, polycrystalline, in essential pore-free diamond body that the Silicon carbide substrate body with a density of 85 to 100% of the theoretical density of silicon carbide, containing at least 90 wt .-% silicon carbide, or Silicon nitride with a density of 80 to 100% of theoretical Density of silicon nitride containing at least 90% by weight Silicon nitride, the diamond body is made up of diamond crystals contains a size of 1 to 1000 micrometers, which make up 70 to less than 90% by volume of the diamond body and to each other by a uniformly distributed binder are bound up to 30 vol .-% of the diamond body constitutes and silicon carbide and a silicide and / or Contains carbide of a silicide-forming metal, the part of the surface in contact with the diamond surfaces Binder at least largely from silicon carbide  and that the interface between substrate and Diamond body through the binder essentially is filled without pores.

Das Verbundmaterial nach der Erfindung zeichnet sich durch hohe Festigkeit aus, da das eingesetzte Bindemittel eine ausgezeichnete Bindung zwischen den einzelnen Diamantkristallen sowie zwischen dem Diamantkörper und dem Substratkörper bedingt.The composite material according to the invention stands out high strength, because the binder used an excellent bond between each Diamond crystals and between the diamond body and conditional on the substrate body.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Herstellungsverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daßThe invention further relates to a production method, which is characterized in that

  • a) in einen als Abschirmung dienenden Behälter oder in eine Aussparung, die in ein einwirkenden Druck unvermindert übertragendes und bei einem Heißpreßvorgang nicht sinterndes Pulvermedium eingepreßt ist, eine Feststoffmasse aus einer siliciumreichen Legierung, die aus Silicium und einem mit Silicium ein Silicid bildenden Metall besteht, sowie eutektisches Gefüge enthält, oder Feststoffkomponenten zur Bildung dieser siliciumreichen Legierung sowie eine Diamantkristallmasse und ein polykristallines Siliciumcarbid- oder Siliciumnitridsubstrat eingebracht werden, wobei die Diamantkristallmasse zwischen und in Berührung mit dem Substrat und der Feststoffmasse oder mindestens einer Feststoffkomponente der Legierung angeordnet wird,a) in a container serving as a shield or in a recess in an applied pressure undiminished transmission and during a hot pressing process is not sintered powder medium, a Solid mass made of a silicon-rich alloy, that of silicon and one with silicon a silicide forming metal, as well as eutectic structure contains, or solid components to form these silicon-rich alloy and a diamond crystal mass and a polycrystalline silicon carbide or Silicon nitride substrate are introduced, the Diamond crystal mass between and in contact with the Substrate and the solid mass or at least one Solid component of the alloy is arranged
  • b) der Behälter samt Inhalt in einem einwirkenden Druck unvermindert übertragenden und bei einem Heißpreßvorgang nicht sinternden Pulvermedium angeordnet und im Falle der Aussparung der Inhalt mit dem Pulvermedium abgedeckt wird,b) the container and its contents in an acting pressure undiminished transmission and during a hot pressing process arranged non-sintering powder medium and in the case of recessing the contents with the powder medium is covered
  • c) über das Pulvermedium auf Behälter oder Aussparung und Inhalt isostatischer Druck ausgeübt und dadurch die Diamantkristallmasse auf einen Diamantgehalt von über 70 Vol.-% verdichtet sowie ein formstabiles von Pulvermedium umschlossenes isostatisches System gebildet wird,c) over the powder medium on container or recess and content exerted isostatic pressure and thereby the Diamond crystal mass to a diamond content of over  70 vol .-% compressed and a dimensionally stable powder medium enclosed isostatic system is formed,
  • d) das isostatische System einem Heißpreßvorgang bei einer Temperatur von unter 1600°C unterworfen wird, bei dem eine flüssige siliciumreiche Tränklegierung erschmolzen und unter dem einwirkenden Druck in die Diamantkristallmasse eingeschwemmt und in Berührung mit dem Substrat gebracht wird sowie weniger als 5 Vol.-% der Diamantkristallmasse in Kohlenstoff anderer Modifikation umgewandelt werden, und die Durchführung des Heißpreßvorgangs in einer Atmosphäre erfolgt, die keinen schädlichen Einfluß auf die Diamantkristallmasse, die Tränklegierung und das Substrat hat,d) the isostatic system during a hot pressing process Is subjected to temperature below 1600 ° C at which a liquid silicon-rich impregnating alloy melted and under the applied pressure in the diamond crystal mass washed in and in contact with the substrate is brought as well as less than 5 vol .-% of the diamond crystal mass converted to carbon of another modification be, and the implementation of the hot pressing process takes place in an atmosphere that is not harmful Influence on the diamond crystal mass, the Impregnation alloy and the substrate has
  • e) das heißgepreßte isostatische System zur Aufrechterhaltung der Abmessungen unter Druck abgekühlt wird, unde) the hot pressed isostatic system for maintenance the dimensions are cooled under pressure, and
  • f) das gebildete Verbundmaterial entnommen wird.f) the composite material formed is removed.

Das Verfahren nach der Erfindung kann ohne großen apparativen Aufwand durchgeführt werden, da verhältnismäßig leicht beherrschbare Drücke zur Anwendung gelangen. The method according to the invention can be done without great equipment costs are carried out, because proportionately easily manageable pressures are used.  

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is described below with reference to drawings explained in more detail. In the drawings shows

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Zustandsdiagramm einer Silicium-Zirkonium-Legierung mit dem Gleichgewichtsdiagramm für eine ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Zirkonium- Legierung, die für die Erfindung geeignet ist, Fig. 1 a section of a state diagram of a silicon-zirconium alloy with the equilibrium diagram for eutectic containing silicon-rich zirconium alloy useful in the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine aus Behälter und Inhalt bestehende Zelle, die zum Einschwemmen der siliciumreichen Legierung gemäß der Erfindung verwendet wird, Fig. 2 shows a cross section through an existing container and contents cell that is used to Einschwemmen the silicon-rich alloy in accordance with the invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausüben eines leichten Drucks auf die in Fig. 2 gezeigte Zelle, wobei die Zelle zur Erhöhung der Packungsdichte der Diamantkristalle in Schwingungen versetzt wird, Fig. 3 is a schematic representation of an apparatus for applying a slight pressure to the one shown in Fig. 2 cell, wherein the cell is vibrated to increase the packing density of the diamond crystals,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Ausüben eines zumindest im wesentlichen isostatischen Drucks auf die Zelle mit Hilfe eines druckübertragenden Pulvermediums, um die Abmessungen der Zelle zu stabilisieren und ein im wesentlichen isostatisches System zu schaffen, Fig 4 to provide. A cross section through an apparatus for applying at least substantially isostatic pressure to the cell by means of a pressure-transmitting medium powder to the dimensions of the cell to stabilize and a substantially isostatic system,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Graphitform zum gleichzeitigen Anwenden von Wärme und Druck, d. h. zum Heißpressen des im wesentlichen isostatischen Systems mit der eingeschlossenen Zelle, Fig. 5 is a cross sectional view through a graphite mold for the simultaneous application of heat and pressure, ie for hot pressing of the substantially isostatic system with the enclosed cell,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten Verbundmaterials aus polykristallinem Diamantkörper und Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat, und Fig. 6 is a side view of a composite material according to the invention made of polycrystalline diamond body and Siliciumkarbid- or silicon nitride substrate, and

Fig. 7 eine Mikrophotographie (690fache Vergrößerung) einer polierten Querschnittsfläche eines gemäß der Erfindung hergestellten Verbundmaterials. Fig. 7 is a photomicrograph (magnification 690fache) of a polished cross-sectional area of a composite material of the invention prepared in accordance with.

Gemäß der Erfindung wird ein Schichtaufbau gebildet, bei welchem die Diamantkristallmasse zwischen einem Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat und einer Feststoffmasse aus einer Eutektikum enthaltenden, siliciumreichen Legierung liegt und mit dem Substrat und der Legierung in Berührung steht. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schichtaufbau einem Kaltpreßvorgang bei Umgebungs- oder Zimmertemperatur unterworfen, um die Abmessungen des Schichtaufbaus im wesentlichen gleichförmig zu stabilisieren. Der Schichtaufbau wird anschließend einem Heißpreßvorgang unterworfen, bei welchem aus der Siliciumlegierung eine flüssige, siliciumreiche Legierung entsteht, welche in die Masse der zusammengepreßten Diamantkristalle eingeschwemmt und mit dem Siliciumkarbidsubstrat in Berührung gebracht wird.According to the invention, a layer structure is formed, in which the diamond crystal mass between a silicon carbide or silicon nitride substrate and a solid mass made of a silicon-rich alloy containing eutectic lies and in contact with the substrate and the alloy stands. When performing the invention The process of building up the layer is a cold pressing process at ambient or room temperature to the Dimensions of the layer structure are essentially uniform to stabilize. The layer structure is then one Subject to hot pressing process, in which the silicon alloy a liquid, silicon-rich alloy is created, which in the bulk of the compressed diamond crystals washed in and in contact with the silicon carbide substrate brought.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Diamant­ kristallmasse mit mindestens einer der Komponenten in Berührung stehen, die zur Bildung der Eutektikum enthaltenden, siliciumreichen Legierung in situ verwendet wird. Das heißt, die Diamantkristallmasse kann auch mit Silicium oder Legierungsmetall in Berührung stehen. Das Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat, die Diamantkristallmasse sowie die Komponenten zur Bildung der siliciumreichen Legierung werden zunächst bei Umgebungs- oder Zimmertemperatur kalt gepreßt, um im wesentlichen ihre Abmessungen zu stabilisieren, und dann heiß gepreßt, wobei eine flüssige, ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Legierung gebildet und in die Masse der zusammengepreßten Diamantkristalle eingeschwemmt und mit dem Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat in Berührung gebracht wird. Die Komponenten zur Bildung der Siliciumlegierung werden so angeordnet, daß die Bildung der Siliciumlegierung vor dem Heißpressen einsetzt, d. h. bevor die Heißpreßtemperatur erreicht wird.In another embodiment, the diamond  crystal mass in contact with at least one of the components are available to form the eutectic-containing, silicon-rich Alloy is used in situ. This means, the diamond crystal mass can also with silicon or alloy metal to be in contact. The silicon carbide or silicon nitride substrate, the diamond crystal mass and the components for the formation of the silicon-rich alloy are first cold pressed at ambient or room temperature, to essentially stabilize their dimensions, and then hot pressed, being a liquid, a eutectic containing silicon-rich alloy formed and in the mass of the compressed diamond crystals washed in and with the silicon carbide or silicon nitride substrate is brought into contact. The components for Formation of the silicon alloy are arranged so that the formation of the silicon alloy begins before hot pressing, d. H. before the hot press temperature is reached.

Die Masse der Diamantkristalle, die Masse der in fester Phase vorliegenden, siliciumreichen Ausgangslegierung oder die Feststoffkomponenten zur Bildung der siliciumreichen Legierung und das Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat können eine Reihe von Formen haben. Beispielsweise kann jede Masse in Form einer Schicht vorliegen, wobei die Schicht der Diamantkristalle zwischen den anderen Schichten liegt. Die siliciumreiche Ausgangslegierung kann aber auch die Form eines Rohrs oder eines Zylinders mit einem durchgehenden Kern haben. Das Legierungsrohr ist so gegossen, daß es eng an der Innenwand des Behälters sitzt. Das Substrat kann die Form einer Stange aufweisen, die in der Mitte des Kerns des aus der Siliciumlegierung bestehenden Rohrs angeordnet ist, wobei im ringförmigen Zwischenraum zwischen dem aus der Siliciumlegierung bestehenden Rohr und der Substratstange Diamantkristalle gepackt sind. The mass of diamond crystals, the mass of those in solid Phase present, silicon-rich starting alloy or the solid components to form the silicon-rich alloy and the silicon carbide or silicon nitride substrate can have a number of shapes. For example, each Mass in the form of a layer, the layer the diamond crystals lie between the other layers. The silicon-rich starting alloy can also Shape of a tube or a cylinder with a continuous Have core. The alloy tube is cast in such a way that it sits snugly against the inside wall of the container. The substrate can have the shape of a rod, which in the middle of the Core of the tube made of silicon alloy arranged is, in the annular space between the tube made of silicon alloy and the substrate rod Diamond crystals are packed.  

Beim Verfahren gemäß der Erfindung können sowohl natürliche als auch synthetische, d. h. künstliche Diamantkristalle verwendet werden. Die Diamantkristalle haben in der Richtung ihrer größten Ausdehnung eine Größe im Bereich von etwa 1 bis etwa 1000 Mikrometer, wobei die Korngröße oder die Korngrößen weitgehend von der gewünschten Packungsdichte der Diamantkristalle und auch vom Verwendungszweck des sich ergebenden Diamantkörpers abhängen. Wenn der Diamantkörper beispielsweise für Schleifzwecke eingesetzt werden soll, bevorzugt man Diamantkristalle, die nicht größer als etwa 60 Mikrometer sind. Zur Erzielung einer optimalen Packung der Diamantkristalle beim Verfahren gemäß der Erfindung sollten die Kristalle in der Größe abgestuft sein und einen Bereich von Korngrößen umfassen, in welchem kleine, mittlere und große Kristalle enthalten sind. Die in der Größe abgestuften Kristalle reichen von etwa 1 bis etwa 60 Mikrometer, wobei vorzugsweise innerhalb dieses Größenbereichs etwa 60 bis etwa 80 Volumenprozent der gesamten Kristallmasse dem oberen Teil des Teilchengrößenbereichs, etwa 5 bis 10 Volumenprozent dem mittleren Teil des Teilchengrößenbereichs und der Rest dem unteren Teil des Teilchengrößenbereichs angehören.In the method according to the invention, both natural as well as synthetic, d. H. artificial diamond crystals be used. The diamond crystals have in the direction of their greatest extent a size in the range from about 1 to about 1000 microns, the grain size or the grain sizes largely from the desired Packing density of the diamond crystals and also of the intended use depend on the resulting diamond body. If the Diamond bodies can be used, for example, for grinding purposes diamond crystals that are not larger should be preferred than about 60 microns. To achieve an optimal Packing of diamond crystals in the process according to the invention the crystals should be graded in size and include a range of grain sizes in which small, medium and large crystals are included. In the size graded crystals range from about 1 to about 60 microns, preferably within this size range about 60 to about 80 percent by volume of the total Crystal mass the upper part of the particle size range, about 5 to 10 volume percent of the middle part of the Particle size range and the rest the lower part of the Particle size range belong.

Die Größenbestimmung der Diamantkristalle wird durch Mahlen der größeren Diamantkristalle in einer Strahlmühle erleichtert. Die Diamantkristalle werden vorzugsweise chemisch gereinigt, um evt. Oxide oder andere Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen, bevor die Diamantkristalle beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Diamantkristalle in Wasserstoff bei etwa 900°C etwa eine Stunde lang erhitzt werden.The size of the diamond crystals is determined by Grinding the larger diamond crystals in a jet mill facilitated. The diamond crystals are preferred dry cleaned to possibly oxides or other impurities to remove from the surface before the diamond crystals used in the method according to the invention will. This can be done in that the diamond crystals heated in hydrogen at about 900 ° C for about an hour will.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete, in fester Phase vorliegende, ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Ausgangslegierung, das heißt eine Legierung, die auch eine intermetallische Verbindung umfaßt, besteht aus Silicium und einem Metall, das heißt einem Legierungsmetall, das mit dem Silicium ein Silicid bildet. Die ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Legierung besteht vorzugsweise aus Silicium und einem Metall aus der Gruppe, die Kobalt (Co), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Nickel (Ni), Paladium (Pd), Platin (Pt), Rhenium (Re), Rohdium (Rh), Ruthenium (Ru), Tantal (Ta), Thorium (Th), Titan (Ti), Uran (U), Vanadium (V), Wolfram (W), Yttrium (Y), Zirkon (Zr), und Mischungen hieraus umfaßt.The used in the inventive method in  solid phase, containing a eutectic, silicon-rich Starting alloy, that is an alloy that also an intermetallic compound consists of silicon and a metal, i.e. an alloy metal, that forms a silicide with the silicon. It's a eutectic containing silicon-rich alloy is preferably made of silicon and a metal from the group that Cobalt (Co), Chromium (Cr), Iron (Fe), Hafnium (Hf), Manganese (Mn), Molybdenum (Mo), Niobium (Nb), Nickel (Ni), Paladium (Pd), Platinum (Pt), Rhenium (Re), Rohdium (Rh), Ruthenium (Ru), Tantalum (Ta), thorium (Th), titanium (Ti), uranium (U), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zircon (Zr), and mixtures includes from this.

Die ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Ausgangslegierung ist bei Raumtemperatur fest und enthält mehr als 50 Atomprozent, jedoch weniger als 100 Atomprozent Silicium. Die Ausgangslegierung enthält gewöhnlich maximal etwa 99,5 Atomprozent Silicium, wobei der Siliciumgehalt weitgehend von der spezifischen Wirkung abhängt, die das Legierungsmetall auf die sich ergebende siliciumreiche Legierung hat. Die in fester Phase vorliegende siliciumreiche Legierung enthält ein Eutektikum und kann von untereutektischer, übereutektischer oder von eutektischer Zusammensetzung sein. Anhand von Fig. 1 läßt sich beispielsweise ersehen, daß das Eutektikum 2 eine Legierung mit spezieller Zusammensetzung ist, die unter Gleichgewichtsbedingungen beim Abkühlen bei konstanter Temperatur zu einem Feststoff mit mindestens zwei Phasen erstarrt und beim Erwärmen bei der gleichen konstanten Temperatur vollständig schmilzt. Diese konstante Temperatur wird als eutektische Temperatur bezeichnet, die ebenfalls durch das Bezugszeichen 2 wiedergegeben ist. Das Eutektikum 2 ist die Zusammensetzung, bei welcher zwei abfallende Liquiduskurven 3 und 4 am eutektischen Punkt 2 zusammentreffen. Das Eutektikum 2 hat daher einen niedrigeren Schmelzpunkt als die benachbarten untereutektischen oder übereutektischen Zusammensetzungen. Die Liquiduskurve oder Liquiduslinie in einem Zustandsdiagramm stellt unter Gleichgewichtsbedingungen die Temperaturen dar, bei welchen die Siliciumlegierung beim Erwärmen zu schmelzen aufhört und beim Abkühlen zu erstarren beginnt. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete, in fester Phase vorliegende, ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Legierung ist eine Legierung aus einer Reihe von Legierungen auf einer eutektischen Horizontalen 1, das heißt einer durch den eutektischen Punkt 2 hindurchgehenden Horizontalen, die von irgendeiner Legierung ausgeht, deren Zusammensetzung links vom eutektischen Punkt 2 in einem Gleichgewichtsdiagramm liegt und etwas eutektisches Gefüge enthält, das heißt untereutektisch ist, und bis zu irgendeiner Legierung reicht, deren Zusammensetzung rechts vom eutektischen Punkt 2 im Gleichgewichtsdiagramm liegt und etwas eutektisches Gefüge enthält, das heißt übereutektisch ist. The silicon-rich starting alloy containing a eutectic is solid at room temperature and contains more than 50 atomic percent but less than 100 atomic percent silicon. The starting alloy usually contains a maximum of about 99.5 atomic percent silicon, the silicon content largely depending on the specific effect that the alloy metal has on the resulting silicon-rich alloy. The solid phase silicon-rich alloy contains a eutectic and can be of hypoeutectic, hypereutectic or of eutectic composition. Referring to Fig. 1 it may be seen for example, that the eutectic 2 is an alloy having a specific composition which solidifies under equilibrium conditions when cooled at constant temperature to give a solid comprising at least two phases and melts completely on heating at the same constant temperature. This constant temperature is referred to as the eutectic temperature, which is also represented by reference number 2 . Eutectic 2 is the composition in which two falling liquidus curves 3 and 4 meet at eutectic point 2 . The eutectic 2 therefore has a lower melting point than the neighboring hypoeutectic or hypereutectic compositions. Under equilibrium conditions, the liquidus curve or liquidus line in a state diagram represents the temperatures at which the silicon alloy stops melting when heated and begins to solidify on cooling. The solid phase, eutectic-containing, silicon-rich alloy used in the process according to the invention is an alloy of a series of alloys on a eutectic horizontal 1 , i.e. a horizontal passing through the eutectic point 2 and starting from any alloy, the composition of which is to the left of eutectic point 2 in an equilibrium diagram and contains some eutectic structure, that is to say is undereutectic, and extends to any alloy whose composition is to the right of eutectic point 2 in the equilibrium diagram and contains something eutectic structure, that is to say is overeutectic.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Zusammensetzung der gemäß der Erfindung verwendeten, eine Eutektikum enthaltenden, siliciumreichen Tränklegierung und deren Schmelztemperatur auf den Liquiduskurven 3 und 4 liegt und den eutektischen Punkt 2 umfaßt. Der durch 1, 2 und 4 begrenzte Bereich 5 umfaßt eine feste Phase (Si) und eine flüssige Phase, d. h. eine flüssige Tränklegierung, wobei die Menge der festen Phase zunimmt und die Menge der flüssigen Phase entsprechend abnimmt, wenn der Abstand vom eutektischen Punkt 2 nach rechts längs der Horizontalen 1 zunimmt, d. h. wenn die Menge an Silicium in der Legierung über die eutektische Menge steigt. Der durch 1, 2 und 3 begrenzte Bereich 6, umfaßt in ähnlicherweise eine feste Phase ZrSi₂ und eine flüssige Phase, d. h. eine flüssige Tränklegierung, wobei die Menge der festen Phase zunimmt und die Menge der flüssigen Phase entsprechend abnimmt, wenn der Abstand vom eutektischen Punkt 2 nach links längs der Horizontalen 1 zunimmt, d. h. wenn die Menge an Silicium in der Legierung unter die eutektische Menge sinkt.From Fig. 1 it is apparent that the composition of which is according to the invention used, a eutectic containing, silicon-rich Tränklegierung and their melting temperature to the liquidus curves 3 and 4 and comprises the eutectic point. 2 The area 5 delimited by 1, 2 and 4 comprises a solid phase (Si) and a liquid phase, ie a liquid impregnation alloy, the amount of the solid phase increasing and the amount of the liquid phase correspondingly decreasing as the distance from the eutectic point 2 increases to the right along the horizontal 1 , ie when the amount of silicon in the alloy rises above the eutectic amount. The area 6 delimited by 1, 2 and 3 similarly comprises a solid phase ZrSi₂ and a liquid phase, ie a liquid impregnation alloy, the amount of the solid phase increasing and the amount of the liquid phase decreasing accordingly when the distance from the eutectic point 2 increases to the left along the horizontal 1 , ie when the amount of silicon in the alloy drops below the eutectic amount.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung liegen die gewünschte Zusammensetzung der ein Eutektikum enthaltenden, siliciumreichen Tränklegierung und deren Schmelztemperatur in einem Punkt auf den den eutektischen Punkt enthaltenden Liquiduskurven des Phasendiagramms für die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte siliciumreiche Legierung. Die Heißpreßtemperatur ist die Temperatur, bei welcher die gewünschte Zusammensetzung der siliciumreichen Tränklegierung flüssig ist, d. h. in einem ausreichenden fließfähigen Zustand vorliegt, um in die zusammengepreßte Diamantmasse eindringen zu können. Wenn als festes Ausgangsmaterial eine siliciumreiche Legierung ver­ wendet wird, welche die gleiche Zusammensetzung wie die gewünschte Tränklegierung hat, ist die Heißpreßtemperatur die Temperatur, bei welcher die Legierung flüssig ist. Die Heißpreßtemperatur liegt in einem Bereich von etwa 10°C bis vorzugsweise maximal etwa 100°C über dem Schmelzpunkt der Legierung. Je nach der gerade eingesetzten Legierung können jedoch auch Heißpreßtemperaturen verwendet werden, die über diesem bevorzugten Maximum liegen. Heißpreßtemperaturen über 1600°C sind jedoch nicht geeignet, da in diesem Fall eine Neigung zu einer übermäßigen Graphitisierung der Diamanten besteht.In the method according to the invention, the desired ones Composition of the eutectic containing silicon-rich impregnating alloy and its melting temperature in one point to the one containing the eutectic point Liquidus curves of the phase diagram for the in the invention Process used silicon-rich Alloy. The hot press temperature is the temperature in which the desired composition of the silicon-rich Impregnating alloy is liquid, d. H. in a sufficient flowable state exists to be compressed into the To be able to penetrate diamond mass. If as solid starting material a silicon-rich alloy ver  which has the same composition as that has the desired impregnation alloy, is the hot pressing temperature the temperature at which the alloy is liquid. The hot press temperature is in a range of about 10 ° C to preferably a maximum of about 100 ° C above the melting point the alloy. Depending on the alloy currently used however, hot pressing temperatures can also be used, which are above this preferred maximum. Hot press temperatures However, above 1600 ° C are not suitable because in this case a tendency to excessive graphitization the diamond is made.

Wenn jedoch die Ausgangslegierung nicht die gleiche Zusammensetzung wie die gewünschte Tränklegierung hat, jedoch auf den Schmelzpunkt der gewünschten Tränklegierung erhitzt wird, entsteht eine Tränklegierung als flüssige Phase. Die Heißpreßtemperatur ist dann eine Temperatur, bei welcher die eindringende Legierungsphase in flüssiger Form gebildet wird, was bei etwa 10°C über dem Schmelzpunkt der eindringenden Legierungsphase der Fall ist.However, if the starting alloy is not the same composition like the desired impregnation alloy, however heated to the melting point of the desired impregnating alloy an impregnation alloy is formed as a liquid phase. The Hot press temperature is then a temperature at which the penetrating alloy phase is formed in liquid form becomes what's penetrating at about 10 ° C above the melting point Alloy phase is the case.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt der Schmelzpunkt einer bestimmten Tränklegierung mit einer übereutektischen Zusammensetzung auf der Liquiduslinie 4. Wenn beispielsweise die gewünschte übereutektische Tränklegierung 95 Atomprozent Si enthält, liegt der Schmelzpunkt auf der Liquiduslinie 4 bei etwa 1400°C, wie dies durch die Linie 7 gezeigt ist. Wenn die siliciumreiche Ausgangslegierung die gleiche Zusammensetzung wie die gewünschte eindringende Tränklegierung hat, die durch die Linie 7 dargestellt ist, würde die gesamte Ausgangslegierung bei der Schmelztemperatur von 1400°C schmelzen und die Verflüssigung- oder Heißpreßtemperatur würde von etwa 1410°C bis vorzugsweise etwa 1510°C oder gegebenenfalls bis zu unterhalb 1600°C reichen. As can be seen from FIG. 1, the melting point of a certain impregnating alloy with a hypereutectic composition lies on the liquidus line 4 . For example, if the desired hypereutectic impregnating alloy contains 95 atomic percent Si, the melting point on the liquidus line 4 is about 1400 ° C., as shown by line 7 . If the starting silicon rich alloy had the same composition as the desired penetrating impregnating alloy represented by line 7 , all of the starting alloy would melt at the melting temperature of 1400 ° C and the liquefaction or hot pressing temperature would range from about 1410 ° C to preferably about 1510 ° C or, if necessary, reach below 1600 ° C.

Wenn jedoch die siliciumreiche Ausgangslegierung irgendeine übereutektische Legierung ist, die im Gleichgewichtsdiagramm nach Fig. 1 auf der Horizontalen 1 rechts von der Linie 7 liegt, ist die Heißpreßtemperatur die Temperatur, bei welcher die gewünschte eindringende Tränklegierung aus 95 Atomprozent Si und 5 Atomprozent Zr in flüssige Form gebracht wird, was bei etwa 1410°C der Fall wäre.However, if the source silicon-rich alloy is any hypereutectic alloy that lies on the horizontal 1 to the right of line 7 in the equilibrium diagram of Figure 1, the hot press temperature is the temperature at which the desired penetrating impregnating alloy of 95 atomic percent Si and 5 atomic percent Zr in liquid is Form, which would be the case at about 1410 ° C.

Bei der Heißpreßtemperatur sollte auch aus der Ausgangslegierung die gewünschte eindringende Tränklegierung in flüssiger Form in einer Menge erzeugt werden, die ausreicht, um die Hohlräume der zusammengepreßten Diamantmasse auszufüllen, deren Kristalldichte über 70 Volumenprozent liegt, und um die Tränkflüssigkeit mit der Berührungsfläche des Siliciumkarbidsubstrats in Berührung zu bringen, so daß die Poren oder Hohlräume an der Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Körper und dem mit dem polykristallinen Körper in Berührung stehenden Substrat ausgefüllt werden und das sich ergebende Verbundmaterial eine porenfreie oder zumindest im wesentlichen porenfreie Grenzfläche hat. Die flüssige Tränklegierung sollte bei der Heißpreßtemperatur praktisch in einer Menge von mindestens etwa 1 Volumenprozent der siliciumreichen Ausgangslegierung erzeugt werden.At the hot press temperature should also be from the base alloy the desired penetrating impregnation alloy be produced in liquid form in an amount sufficient around the cavities of the compressed diamond mass fill out, their crystal density over 70 percent by volume lies, and around the impregnating liquid with the contact surface of the silicon carbide substrate, so that the pores or voids at the interface between the polycrystalline body and the one with the polycrystalline Body in contact with the substrate and the resulting composite material is a non-porous or at least substantially pore-free interface. The liquid impregnating alloy should be at the hot press temperature practically in an amount of at least about 1 percent by volume of the silicon-rich starting alloy.

Der Heißpreßvorgang wird bei einer Temperatur, bei welcher die siliciumreiche Tränklegierung flüssig ist, unter einem Druck ausgeführt, der lediglich auszureichen braucht, um bei der Heißpreßtemperatur in der Diamantmasse zwischen gegenüberliegenden Diamantflächen vorhandene Zwischenschichten aufzureißen, die das Eindringen der flüssigen Legierung in die Zwischenräume der Diamantmasse verhindern. Hierzu ist gewöhnlich ein Mindestdruck von etwa 3,5 MPa erforderlich. Der Heißpreßdruck kann insbesondere von etwa 3,5 bis etwa 141 MPa reichen. Der Heißpreßdruck liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von etwa 7 bis etwa 70 MPa. Heißpreßdrücke über 141 MPa bringen bei dem Verfahren gemäß der Erfindung keine merklichen Vorteile.The hot pressing process is at a temperature at which is the silicon-rich impregnating liquid, below a pressure that only needs to suffice, to between at the hot pressing temperature in the diamond mass intermediate layers present on opposite diamond surfaces to tear open the penetration of the liquid Prevent alloy in the spaces between the diamond mass. This usually requires a minimum pressure of around 3.5 MPa. The hot press pressure can in particular be about 3.5 to about 141 MPa range. The hot press pressure is however usually in the range of about 7 to about 70 MPa.  Hot pressing pressures above 141 MPa bring in the process no noticeable advantages according to the invention.

Die siliciumreiche Legierung mit eutektischer Zusammensetzung schmilzt bei einer Temperatur unter etwa 1430°C. Für die hier bevorzugte Gruppe von siliciumreichen Legierungen reicht der eutektische Schmelzpunkt von 870°C für eine eutektische SiPd-Legierung mit etwa 56 Atomprozent Si bis zu 1410°C für eine eutektische SiMo-Legierung mit etwa 97 Atomprozent Si. Aus Fig. 1 geht hervor, daß die mit der Bezugszahl 2 bezeichnete eutektische SiZr-Legierung 90,4 Atomprozent Si enthält und eine eutektische Schmelztemperatur von 1360°C hat. Die überwiegende Phase der in fester Form vorliegenden siliciumreichen, eutektischen Legierung ist nahezu reines Silicium.The silicon-rich alloy with eutectic composition melts at a temperature below about 1430 ° C. For the group of silicon-rich alloys preferred here, the eutectic melting point ranges from 870 ° C. for a eutectic SiPd alloy with approximately 56 atomic percent Si to 1410 ° C. for a eutectic SiMo alloy with approximately 97 atom percent Si. From Fig. 1 it is apparent that the designated with the reference numeral 2 SiZr eutectic alloy containing 90.4 atomic percent Si and has a eutectic melting temperature of 1360 ° C. The predominant phase of the solid, silicon-rich, eutectic alloy is almost pure silicon.

Die eindringende, ein Eutektikum enthaltende, siliciumreiche Tränklegierung hat einen Schmelzpunkt unter etwa 1500°C, gewöhnlich von etwa 850°C bis etwa 1450°C. Die Temperatur, bei welcher die Tränklegierung flüssig wird, liegt mindestens etwa 10°C über dem Schmelzpunkt.The penetrating, eutectic-containing, silicon-rich Impregnation alloy has a melting point below about 1500 ° C, usually from about 850 ° C to about 1450 ° C. The Temperature at which the impregnating alloy becomes liquid, is at least about 10 ° C above the melting point.

Die feste, siliciumreiche Ausgangslegierung oder die Feststoffkomponenten zur Bildung der siliciumreichen Legierung können in massiver oder in pulverförmiger Form vorliegen. Die jeweils zur Anwendung gelangende Menge der festen, siliciumreichen Ausgangslegierung kann in Abhängigkeit von der erzielbaren Menge der flüssigen, siliciumreichen Tränklegierung und von der Kapazität der Vorrichtung schwanken. Im allgemeinen liegt die Menge der siliciumreichen Tränklegierung im Bereich von etwa 25 Volumenprozent bis etwa 80 Volumenprozent, jedoch zur Erzielung optimaler Ergebnisse vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 60 Volumenprozent der zusammengepreßten Diamantkristallmasse, deren Kristalldichte über 70 Volumenprozent liegt.The solid, silicon-rich starting alloy or Solid components to form the silicon-rich alloy can be in solid or powder form. The amount of solid, Silicon-rich parent alloy can vary depending on the achievable amount of the liquid, silicon-rich impregnation alloy and fluctuate from the capacity of the device. In general, the amount of the silicon-rich impregnation alloy is in the range of about 25 volume percent to about 80 percent by volume, but to achieve optimal results preferably in the range of about 30 to about 60 volume percent the compressed diamond crystal mass, the Crystal density is over 70 percent by volume.

Der Heißpreßvorgang wird in einer Atmosphäre durchgeführt, die keinen merklichen schädlichen Einfluß auf die Diamantkristalle oder die siliciumreiche Tränklegierung oder das Siliciumkarbidsubstrat hat. Der Heißpreßvorgang kann unter Vakuum oder in einem inerten Gas, wie Argon oder Helium oder aber auch in Stickstoff oder Wasserstoff durchgeführt werden. Der Heißpreßvorgang wird genügend rasch durchgeführt, so daß keine merkliche Reaktion zwischen der siliciumreichen Tränklegierung und dem Stickstoff oder Wasserstoff stattfindet. Der Heißpreßvorgang kann nicht in Luft ausgeführt werden, da der Diamant bei einer Temperatur über 800°C in Luft leicht graphitisiert und die flüssige, siliciumreiche Tränklegierung oxidieren und festes Siliciumdioxid bilden würde, bevor eine merkliche Menge an flüssiger Legierung in die Diamantmasse eingedrungen wäre.The hot pressing process is carried out in an atmosphere which have no noticeable harmful influence on the Diamond crystals or the silicon-rich impregnation alloy or has the silicon carbide substrate. The hot pressing process can be under vacuum or in an inert gas such as argon or Helium or carried out in nitrogen or hydrogen will. The hot pressing process is quick enough performed so that no noticeable reaction between the  silicon-rich impregnation alloy and the nitrogen or hydrogen takes place. The hot pressing process cannot Air run because the diamond is at a temperature slightly graphitized in air above 800 ° C and the liquid, Silicon-rich impregnating alloy oxidize and solid Silicon dioxide would form before a significant amount of liquid alloy would have penetrated into the diamond mass.

Das Siliciumkarbidsubstrat ist ein polykristalliner Körper mit einer Dichte von etwa 85 bis etwa 100 Prozent der theoretischen Dichte von Siliciumkarbid. Die hier angegebene Dichte von Siliciumkarbid ist die Teildichte bezogen auf die theoretische Dichte für Siliciumkarbid von 3,21 g/cm³. Ein aus Siliciumkarbid bestehender, polykristalliner Körper mit einer Dichte unter etwa 85% ist nicht geeignet, da er nicht die erforderliche mechanische Festigkeit für die meisten Anwendungszwecke, beispielsweise für einen Werkzeugeinsatz hätte. Je höher die Dichte des Siliciumkarbidkörpers ist, desto höher ist gewöhnlich auch seine mechanische Festigkeit.The silicon carbide substrate is a polycrystalline Bodies with a density of about 85 to about 100 percent the theoretical density of silicon carbide. The one specified here Density of silicon carbide is related to the partial density to the theoretical density for silicon carbide 3.21 g / cm³. A polycrystalline made of silicon carbide Body with a density below about 85% is not suitable since it does not have the required mechanical strength for most applications, for example for would have a tool insert. The higher the density of the silicon carbide body is, the higher is usually its mechanical strength.

Das Siliciumnitridsubstrat ist ein polykristalliner Körper mit einer Dichte im Bereich von etwa 80% bis etwa 100% der theoretischen Dichte von Siliciumnitrid. Die hier angegebene Siliciumnitriddichte ist ein Bruchteil der Dichte bezogen auf die theoretische Dichte für Siliciumnitrid von 3,18 g/cm³. Ein polykristalliner Körper aus Siliciumnitrid mit einer Dichte unter 80% ist nicht geeignet, da ein derartiger polykristalliner Körper für die meisten Anwendungszwecke, beispielsweise für die Verwendung als Werkzeugeinsatz nicht die erforderliche mechanische Festigkeit haben würde. Je höher die Dichte des Siliciumnitridkörpers desto höher ist gewöhnlich auch seine mechanische Festigkeit. The silicon nitride substrate is a polycrystalline Bodies with a density ranging from about 80% to about 100% of the theoretical density of silicon nitride. The Silicon nitride density given here is a fraction of the Density based on the theoretical density for silicon nitride of 3.18 g / cm³. A polycrystalline body made of silicon nitride with a density below 80% is not suitable such a polycrystalline body for most Applications, for example for use as Tool insert does not have the required mechanical strength would have. The higher the density of the silicon nitride body the higher is usually its mechanical Strength.  

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung besteht die Zelle 10 aus einem Napf 11, der eine senkrechte kreiszylindrische Wand mit einem Boden aufweist. Innerhalb des Napfes 11 ist eine Scheibe 12 aus einer ein Eutektikum enthaltenden siliciumreichen Legierung, eine mit der siliciumreichen Legierung 12 in Berührung stehende Diamantkristallmasse 13 und ein dicker Stopfen 14 angeordnet. Der dicke Stopfen 14 ist ein genau in den Napf 11 passender und als Verschluß dienender Zylinder aus polykristallinem Siliciumnitridsubstrat.In the arrangement shown in FIG. 2, the cell 10 consists of a bowl 11 which has a vertical circular-cylindrical wall with a bottom. Arranged within the bowl 11 is a disk 12 made of a silicon-rich alloy containing a eutectic, a diamond crystal mass 13 in contact with the silicon-rich alloy 12 and a thick plug 14 . The thick plug 14 is a cylinder made of polycrystalline silicon nitride substrate which fits exactly into the bowl 11 and serves as a closure.

Der Napf 11 besteht aus einem Werkstoff, der beim Heißpressen im wesentlichen inert ist, d. h. keinen merklichen nachteiligen Einfluß auf die Eigenschaften des Diamantkörpers hat. Ein derartiger Werkstoff kann ein Nichtmetall, wie beispielsweise zusammengepreßtes, hexagonales Bornitrid sein. Der Werkstoff ist jedoch vorzugsweise ein Metall und insbesondere ein Metall aus der Gruppe, die Wolfram, Yttrium, Vanadium, Tantal und Molybdän umfaßt.The cup 11 is made of a material which is essentially inert during hot pressing, ie has no noticeable adverse effect on the properties of the diamond body. Such a material can be a non-metal such as, for example, compressed hexagonal boron nitride. However, the material is preferably a metal and in particular a metal from the group comprising tungsten, yttrium, vanadium, tantalum and molybdenum.

Innerhalb des mit dem Stopfen verschlossenen Napfes sollte kein freier Raum verbleiben, der ein Vermischen oder eine freie Bewegung des Inhalts gestattet, so daß der Inhalt zumindest im wesentlichen in der ursprünglichen Lage dem im wesentlichen isostatischen Druck beim Kaltpreßvorgang unterworfen wird.Inside the bowl closed with the stopper there should be no free space left to mix or allows free movement of the content so that the content at least essentially in the original location the essentially isostatic pressure during the cold pressing process is subjected.

Die Verwendung der in der Größe abgestufen Diamantkristalle hat den Zweck, eine maximale Packungsdichte der Diamantkristalle zu erzielen. Als Alternative oder zusätzliche Maßnahme kann auch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung zweckmäßig sein, um die Packungsdichte der Diamantkristalle zu erhöhen. Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird die Zelle 10 auf einen Schwingtisch 16 gestellt und dort während der Schwingbewegung unter einem leichten Druck P 1 von etwa 0,35 MPa gehalten, so daß sich die Diamantkristalle zum Ausfüllen der Hohlräume entsprechend umordnen können, wodurch der An­ teil der Hohlräume verringert und damit die Dichte der Diamantmasse auf über 70 Volumenprozent bezogen auf das Volumen der Diamantmasse erhöht wird. Die erforderliche Verdichtung kann durch Versuche festgestellt werden, die mit Diamanten der gleichen Korngröße in einer feste Abmessungen aufweisenden Form durchgeführt werden.The use of the diamond crystals graded in size has the purpose of achieving a maximum packing density of the diamond crystals. As an alternative or additional measure, the arrangement shown in FIG. 3 can also be expedient in order to increase the packing density of the diamond crystals. In the arrangement according to FIG. 3, the cell 10 is placed on an oscillating table 16 and held there during the oscillating movement under a slight pressure P 1 of approximately 0.35 MPa, so that the diamond crystals can rearrange accordingly to fill in the cavities, as a result of which Part of the voids reduced and thus the density of the diamond mass is increased to over 70 percent by volume based on the volume of the diamond mass. The required densification can be determined by tests which are carried out with diamonds of the same grain size in a form having fixed dimensions.

Die Zelle 10 wird dann in der in Fig. 4 gezeigten Weise bei Raum- oder Umgebungstemperatur kalt gepreßt, wobei nur ein Druck angewandt zu werden braucht, der zur Erzielung eines dimensionsstabilen, im wesentlichen isostatischen Systems ausreicht. Die Zelle 10 wird innerhalb des zylindrischen Kerns einer Preßform 20 angeordnet. Die Zelle 10 ist von einer Masse 19 aus einem druckübertragenden Pulvermedium umschlossen. Das Pulvermedium besteht aus sehr feinen Teilchen mit einer Teilchengrö0e von unter 98 Mikrometer, wobei wiederum Teilchen mit einer Teilchengröße von etwa 2 bis etwa 20 Mikrometer bevorzugt werden. Das druckübertragende Pulvermedium bleibt unter den hier angewandten Druck- und Temperaturbedingungen im wesentlichen ungesintert. Das druckübertragende Pulvermedium ist beispielsweise hexagonales Bornitrid und Siliciumnitrid. Das druckübertragende Pulvermedium sorgt dafür, daß ein annähernd oder im wesentlichen isostatischer Druck auf die Zelle 10 ausgeübt wird, wodurch die Zelle 10 und ihr Inhalt hinsichtlich ihrer Abmessungen im wesentlichen gleichmäßig stabilisiert, d. h. verdichtet werden, und ein im wesentlichen isostatisches System entsprechender Form entsteht, welches die vom Pulver umschlossene Zelle enthält, wobei die Dichte der zusammengepreßten Diamantkristallschicht über 70 Volumenprozent des Volumens der zusammengepreßten Diamantkristalle beträgt. Die Preßform 20 mit einem Ring 22 und einem Preßstempel 23 und 23 a kann aus Werkzeugstahl bestehen. Der Ring 22 kann gegebenenfalls innen mit einer gesinterten Kar­ bidbuchse 22 a versehen sein, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, um die Anwendung von Drücken bis zu 1400 MPa zu ermöglichen. Drücke über 1400 MPa bringen keinen merklichen Vorteil. Innerhalb des vom Preßstempel 23, der Buchse 22 a und dem Preßstempel 23 a umgrenzten Raumes wird vorzugsweise ein Druck im Bereich von etwa 140 bis 700 MPa und gewöhnlich bis zu 350 MPa auf das druckübertragende Pulvermedium ausgeübt, wenn die Preßstempel in herkömmlicherweise tätig werden, bis sich der angelegte Druck stabilisiert hat, wie dies beim herkömmlichen Verdichten von Pulver bekannt ist.The cell 10 is then cold pressed as shown in Fig. 4 at room or ambient temperature using only a pressure sufficient to achieve a dimensionally stable, substantially isostatic system. The cell 10 is placed within the cylindrical core of a die 20 . The cell 10 is enclosed by a mass 19 made of a pressure-transmitting powder medium. The powder medium consists of very fine particles with a particle size of less than 98 microns, again particles with a particle size of about 2 to about 20 microns being preferred. The pressure-transmitting powder medium remains essentially unsintered under the pressure and temperature conditions used here. The pressure-transmitting powder medium is, for example, hexagonal boron nitride and silicon nitride. The pressure-transmitting powder medium ensures that approximately or essentially isostatic pressure is exerted on the cell 10 , as a result of which the cell 10 and its contents are substantially uniformly stabilized, ie compacted, in terms of their dimensions, and an essentially isostatic system of corresponding shape is produced, which contains the cell enclosed by the powder, the density of the compressed diamond crystal layer being over 70 volume percent of the volume of the compressed diamond crystals. The mold 20 with a ring 22 and a press ram 23 and 23 a can consist of tool steel. The ring 22 may optionally be provided with a sintered Kar bidbuchse 22 a inside, as shown in Fig. 4, to allow the application of pressures up to 1400 MPa. Pressures above 1400 MPa bring no noticeable advantage. Within the space delimited by the press ram 23 , the bushing 22 a and the press ram 23 a , a pressure in the range of approximately 140 to 700 MPa and usually up to 350 MPa is preferably exerted on the pressure-transmitting powder medium if the press rams operate in a conventional manner until the applied pressure has stabilized, as is known in conventional powder compaction.

Das druckübertragende Pulvermedium, wie beispielsweise das hexagonale Bornitrid oder Siliciumnitrid, führt annähernd zu einer hydrostatischen Druckwirkung, wenn der Druck in einer Achsenrichtung auf das Pulvermedium ausgeübt wird. Aufgrund der hydrostatischen Druckwirkung wird ein im wesentlichen isostatischer Druck über die gesamte Fläche der Zelle 10 ausgeübt. Es wird angenommen, daß der angelegte Druck im wesentlichen unvermindert auf die Zelle 10 übertragen wird. Der Kaltpreßvorgang verringert die Größe der Hohlräume, so daß es zur optimalen Ausbildung vom kapillarartigen Hohlräumen in der Diamantmasse kommt. Die Diamantkristallmasse wird durch den Kaltpreßvorgang auch auf die erforderliche Packungsdichte von über 70 Volumenprozent gebracht. Diese Verringerung des Hohlraumvolumens hat auch eine Verringerung des schließlich im Diamantkörper vorhandenen Gehalts an nicht diamantförmigem Material zur Folge und ergibt mehr dicht einander gegenüberliegende Kristallflächen, die wirksam miteinander verbunden werden können.The pressure-transmitting powder medium, such as hexagonal boron nitride or silicon nitride, approximately leads to a hydrostatic pressure effect when the pressure is exerted on the powder medium in an axial direction. Due to the hydrostatic pressure effect, an essentially isostatic pressure is exerted over the entire area of the cell 10 . The applied pressure is believed to be transmitted to the cell 10 substantially unabated. The cold pressing process reduces the size of the cavities, so that the capillary-like cavities are optimally formed in the diamond compound. The cold-pressing process also brings the diamond crystal mass to the required packing density of over 70 percent by volume. This reduction in void volume also results in a reduction in the level of non-diamond material ultimately present in the diamond body and results in more closely opposed crystal faces that can be effectively bonded together.

Nach der Beendigung des Kaltpreßvorgangs sollte die Dichte der zusammengepreßten Diamantkristalle in der Zelle 10 über 70 Volumenprozent des Volumens der Kristalle betragen. Die Dichte der zusammengepreßten Schicht der Diamantkristallmasse liegt im Bereich von 71 bis etwa unter 95 Volumenprozent und häufig im Bereich von etwa 75 bis etwa 90 Volumenprozent des Volumens der Diamantkristalle. Je höher die Dichte der Kristalle ist, desto geringer ist der Anteil des nicht diamantförmigen Materials zwischen den Kristallen, so daß auch ein dementsprechend härterer Diamantkörper entsteht.After completion of the cold pressing process, the density of the compressed diamond crystals in cell 10 should be over 70 volume percent of the volume of the crystals. The density of the compressed layer of the diamond crystal mass is in the range of 71 to about 95 percent by volume and often in the range of about 75 to about 90 percent by volume of the volume of the diamond crystals. The higher the density of the crystals, the lower the proportion of the non-diamond-shaped material between the crystals, so that a correspondingly harder diamond body is also produced.

Nach dem Kaltpreßvorgang wird einer der beiden Preßstempel 23 oder 23 a zurückgezogen. Das nunmehr in Form eines verfestigten Formkörpers vorliegende, im wesentlichen isostatische System 21 wird aus der Buchse 22 a entfernt und in die in Fig. 5 gezeigte Graphitform 30 gegeben, die ein Loch mit dem gleichen Durchmesser wie die Buchse 22 a aufweist. Das überführte System 21 ist dann von der Wand des Lochs 31 und den beiden Graphitstempeln 32 und 32 a umschlossen. Die Graphitform 30 ist mit einem Thermoelement 33 versehen, welches die Temperatur anzeigt, die an das dimensionsstabilisierte, im wesentlichen isostatische System 21 angelegt wird. Die Graphitform 30 mit dem im wesentlichen isostatischen System 21 wird dann in einen herkömmlichen, nicht dargestellten Heißpreßofen gegeben. Die Ofenkammer wird zumindest im wesentlichen evakuiert, wodurch auch eine Evakuierung des Systems 21 mit der Zelle 10 bewirkt wird, so daß sich das System 21 und die Zelle 10 im wesentlichen unter einem Vakuum befinden, bei welchem der Heißpreßvorgang durchgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann auch noch Stickstoff oder Wasserstoff oder ein Inertgas, wie Argon, in die Ofenkammer eingeleitet werden, um das in der Ofenkammer befindliche System mit dem Inhalt der Zelle 10 einer für das Heißpressen geeigneten Atmosphäre auszusetzen. Während die Stempel 32 und 32 a einen in axialer Richtung wirkenden Druck, das heißt den Heißpreßdruck auf das System 21 ausüben, wird die Temperatur auf eine Temperatur erhöht, bei welcher aus der siliciumreichen Legierungsscheibe 12 eine flüssige, siliciumreiche Legierung entsteht, welche in die Diamantmasse eindringt.After the cold pressing process, one of the two rams 23 or 23 a is withdrawn. The essentially isostatic system 21 , which is now in the form of a solidified molded body, is removed from the bush 22 a and placed in the graphite mold 30 shown in FIG. 5, which has a hole with the same diameter as the bush 22 a . The transferred system 21 is then enclosed by the wall of the hole 31 and the two graphite stamps 32 and 32 a . The graphite mold 30 is provided with a thermocouple 33 which indicates the temperature which is applied to the dimensionally stabilized, essentially isostatic system 21 . The graphite mold 30 with the substantially isostatic system 21 is then placed in a conventional hot press furnace, not shown. The furnace chamber is at least substantially evacuated, which also causes evacuation of the system 21 with the cell 10 so that the system 21 and the cell 10 are substantially under a vacuum in which the hot pressing process can be carried out. Optionally, nitrogen or hydrogen or an inert gas such as argon can also be introduced into the furnace chamber in order to expose the system in the furnace chamber with the contents of the cell 10 to an atmosphere suitable for hot pressing. While the punches 32 and 32 a exert a pressure acting in the axial direction, that is to say the hot-pressing pressure on the system 21 , the temperature is raised to a temperature at which the silicon-rich alloy disc 12 forms a liquid, silicon-rich alloy which is incorporated into the diamond mass penetrates.

Beim Heißpressen sollte die Heißpreßtemperatur rasch erreicht werden. Die Heißpreßtemperatur wird dann unter dem Heißpreßdruck gewöhnlich mindestens eine Minute lang aufrecht erhalten, um eine ausreichend Durchtränkung der Diamantkristallmasse zu gewährleisten. Gewöhnlich ist eine Heißpreßzeit von etwa 1 bis etwa 5 Minuten ausreichend. Da die Umwandlung von Diamant in nicht diamantförmigen, elementaren Kohlenstoff weitgehend von der Zeit und der Temperatur abhängig und die Wahrscheinlichkeit der Umwandlung in nicht diamantförmigen, elementaren Kohlenstoff um so größer ist, je höher die Temperatur und je länger die Zeit bei dieser Temperatur ist, muß der Heißpreßvorgang durchgeführt sein, bevor 5 Volumenprozent des Diamants in nicht diamantförmigen, elementaren Kohlenstoff umgewandelt sind. Das Ausmaß der Umwandlung kann empirisch bestimmt werden. Bei einer Umwandlung von 5 oder mehr Volumenprozent Diamant in nicht diamantförmigen, elementaren Kohlenstoff kann gegebenenfalls eine Phase aus nicht diamantförmigem, elementa­ rem Kohlenstoff im Endprodukt verbleiben. Diese Phase aus nicht diamantförmigem, elementarem Kohlenstoff hätte einen beachtlichen, nachteiligen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes.When hot pressing, the hot press temperature should be quick can be achieved. The hot press temperature is then below the hot pressure usually for at least one minute maintained in order to adequately soak the Ensure diamond crystal mass. Usually one is Hot pressing time of about 1 to about 5 minutes is sufficient. Because the conversion of diamond to non-diamond, elemental carbon largely by time and temperature dependent and the likelihood of conversion in non-diamond-shaped, elemental carbon, the greater the higher the temperature and the longer the time is this temperature, the hot pressing process must be carried out be in before 5 volume percent of the diamond diamond-shaped elemental carbon are converted. The extent of the conversion can be determined empirically. When converting 5 or more volume percent diamond in non-diamond, elemental carbon can optionally a phase of non-diamond, elementa  Rem carbon remain in the end product. This phase out non-diamond, elemental carbon would have one considerable, adverse influence on the mechanical Properties of the end product.

Der auf die flüssige, siliciumreiche Tränklegierung einwirkende Heißpreßdruck bewirkt ein Aufbrechen der schwer schmelzbaren Schicht oder Schlacke, größtenteils Oxid wie auch Karbid, die gewöhnlich zwischen der flüssigen, siliciumreichen Legierung und den Diamantflächen gebildet wird, wodurch das kapillarartige Hohlraumsystem geöffnet und für die siliciumreiche Legierung zugänglich gemacht wird, die dann aufgrund der Kapillarwirkung in die Hohlräume eindringt. Versuche haben gezeigt, daß die Legierung nicht in die Diamantmasse eindringt, falls während des Heißpreßvorgangs und bei einer im flüssigen Zustand vorliegenden Legierung auf das System 21 ein Druck ausgeübt und aufrecht erhalten wird, der zum Aufbrechen der Schlacke nicht ausreicht.The hot pressing pressure acting on the liquid, silicon-rich impregnating alloy causes the difficult-to-melt layer or slag, mostly oxide as well as carbide, to break up, which is usually formed between the liquid, silicon-rich alloy and the diamond surfaces, thereby opening the capillary-like cavity system and making it accessible to the silicon-rich alloy is made, which then penetrates into the cavities due to the capillary action. Experiments have shown that the alloy does not penetrate into the diamond mass if, during the hot pressing process and with an alloy in the liquid state, a pressure is exerted and maintained on the system 21 which is insufficient to break up the slag.

Wenn beim Heißpressen die flüssige, siliciumreiche Legierung in die Diamantmasse eindringt und diese durchsetzt und mit dem Substrat in Berührung gelangt, umhüllt die flüssige Legierung die Oberflächen der zusammengepreßten Diamantkristalle, wobei die flüssige Legierung mit den Diamantoberflächen oder gegebenenfalls mit entstehendem, nicht diamantförmigem, elementarem Kohlenstoff unter der Bildung von Karbid reagiert, bei dem es sich zumindest überwiegend und gewöhnlich im wesentlichen um Siliciumkarbid handelt. Während des Heißpreßvorgangs füllt die Tränklegierung auch die Grenzfläche zwischen den Berührungsflächen des polykristallinen Diamantkörpers und des Substrats, wodurch sich eine festhaftende Verbindung in situ ergibt. Das entstandene Produkt ist ein aus einem Stück bestehendes, gut gebundenes Verbundmaterial. Die Tränklegierung kann auch in das Sub­ strat eindringen oder hineindiffundieren.If the liquid, silicon-rich alloy during hot pressing penetrates into the diamond mass and penetrates it and comes into contact with the substrate, envelops the liquid Alloy the surfaces of the compressed diamond crystals, being the liquid alloy with the diamond surfaces or possibly with emerging, not diamond shaped elemental carbon under formation reacted by carbide, which is at least predominantly and usually is essentially silicon carbide. The impregnation alloy also fills during the hot pressing process the interface between the contact surfaces of the polycrystalline Diamond body and the substrate, whereby results in a tight bond in situ. The resulting Product is a one-piece, well bound product Composite material. The impregnating alloy can also be in the sub  penetrate or diffuse into strat.

Es ist besonders wichtig, daß während des Heißpreßvorgangs im wesentlich isostatische Bedingungen aufrechterhalten werden, so daß beim Flüssigwerden der siliciumreichen Legierung die flüssige Legierung nicht zwischen die Diamantmasse 13 und den Napf 11 eindringen und in merklichem Maße entweichen kann, sondern vielmehr in die Diamantkristallmasse 13 hineingezwungen wird.It is particularly important that essentially isostatic conditions are maintained during the hot pressing process so that when the silicon-rich alloy becomes liquid, the liquid alloy cannot penetrate between the diamond mass 13 and the bowl 11 and escape to a significant degree, but rather is forced into the diamond crystal mass 13 becomes.

Nach der Beendigung des Heißpreßvorgangs wird während der Abkühlung des heißgepreßten Systems 21 zumindest ein ausreichender Druck aufrecht erhalten, so daß die heißgepreßte Zelle 10 einem im wesentlichen isostatischen Druck ausgesetzt ist, der zur Aufrechterhaltung der Formstabilität des Systems 21 ausreicht. Das heißgepreßte System 21 läßt man vorzugsweise auf Raumtemperatur abkühlen. Die heißgepreßte Zelle 10 wird dann aus dem System entfernt, worauf man ein Verbundmaterial 36 erhält, bei welchem der polykristalline Diamantkörper 13 a in situ direkt mit dem Substrat 14 a verbunden ist. Evt. am Behälter haftendes Metall oder an den Außenflächen des Verbundmaterials überschüssige, herausgequetschte Siliciumlegierung kann in herkömmlicher Weise, beispielsweise durch Abschleifen entfernt werden.After the end of the hot pressing process, at least sufficient pressure is maintained during the cooling of the hot pressed system 21 so that the hot pressed cell 10 is subjected to a substantially isostatic pressure sufficient to maintain the dimensional stability of the system 21 . The hot pressed system 21 is preferably allowed to cool to room temperature. The hot-pressed cell 10 is then removed from the system, whereupon a composite material 36 is obtained in which the polycrystalline diamond body 13 a is directly connected in situ to the substrate 14 a . Possibly. Metal adhering to the container or excess squeezed silicon alloy on the outer surfaces of the composite material can be removed in a conventional manner, for example by grinding.

Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren die Komponenten in Form von gemeinsam miteinander verlaufenden Schichten verwendet werden, kann das sich ergebende Verbundmaterial eine Reihe von Formen, wie beispielsweise die Form einer Scheibe, eines Quadrats oder Rechtecks, einer Stange oder eines Barren haben und eine flache Oberfläche aus gebundenen Diamanten besitzen.If the components in the inventive method in the form of layers running together the resulting composite can be used a number of shapes, such as the shape of a Disc, square or rectangle, rod or of an ingot and have a flat surface made of bound Own diamonds.

Wenn die siliciumreiche Legierung die Form eines Rohrs oder eines Zylinders mit einem hindurchgehenden Kern oder Loch hat und das Substrat in Form einer zentrisch im Kern des Rohrs angeordneten Stange vorliegt, und der Ringraum zwischen dem Siliciumlegierungsrohr und der Substratstange mit Diamantkristallen vollgepackt wird, hat das sich ergebende Verbundmaterial die Form einer kreisrunden Stange.If the silicon-rich alloy takes the form of a tube  or a cylinder with a core therethrough or Has hole and the substrate in the form of a center in the core of the tube arranged rod is present, and the annulus between the silicon alloy tube and the substrate rod packed with diamond crystals has the result Composite material in the form of a circular rod.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundmaterial weist einen polykristallinen Diamantkörper auf, der wie aus einem Stück mittels einer in situ gebildeten Verbindung mit einem polykristallinen Substrat aus einem Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridkörper verbunden ist.The manufactured with the inventive method Composite material has a polycrystalline diamond body on, as if made from one piece by means of an in situ Compound with a polycrystalline substrate connected to a silicon carbide or silicon nitride body is.

Der Diamantkörper des erfindungsgemäßen Verbundmaterials weist Diamantkristalle auf, die durch ein Siliciumatome enthaltendes Bindemittel fest miteinander verbunden sind. Die Diamantkristalle haben eine Größe von etwa 1 bis etwa 1000 Mikrometer. Die Dichte der Diamantkristalle reicht von mindestens etwa 70 bis etwa unter 90 Volumenprozent und häufig bis etwa 89 Volumenprozent des Volumens des polykristallinen Diamantkörpers. Der Diamantkörper enthält bis zu etwa 30 Volumenprozent eines Siliciumatome enthaltenden Bindemittels, das zumindest im wesentlichen gleichmäßig im polykristallinen Diamantkörper verteilt ist. Der mit den Oberflächen der Diamantkristalle in Berührung stehende Teil des Bindemittels besteht zumindest überwiegend aus Siliciumkarbid, d. h. mehr als 50 Volumenprozent, vorzugsweise mindestens etwa 85 bis 100 Volumenprozent, des in direkter Berührung mit den Oberflächen der Diamantkristalle stehenden Teils des Bindemittels ist Siliciumkarbid. Der Diamantkörper des erfindungsgemäßen Verbundmaterials ist porenfrei oder zumindest im wesentlichen porenfrei.The diamond body of the invention Composite material has diamond crystals by a binder containing silicon atoms are firmly connected. The diamond crystals have about 1 to about 1000 microns in size. The concentration the diamond crystals range from at least about 70 to about below 90 percent by volume and often up to about 89 percent by volume of the volume of the polycrystalline diamond body. The diamond body contains up to about 30 percent by volume Binder containing silicon atoms, at least in the essentially uniform in the polycrystalline diamond body is distributed. The one with the surfaces of the diamond crystals there is at least part of the binder in contact predominantly made of silicon carbide, d. H. more than 50 percent by volume, preferably at least about 85 to 100 percent by volume of the in direct contact with the surfaces of the diamond crystals  Standing part of the binder is silicon carbide. The Diamond body of the composite material according to the invention non-porous or at least essentially non-porous.

An der Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Diamantkörper und dem Siliciumkarbid- oder Siliciumnitridsubstrat reicht das Bindemittel vom polykristallinen Diamantkörper bis zum Substrat, wobei die an der Grenzfläche vorhandenen Poren ausgefüllt sind, so daß die Grenzfläche porenfrei oder zumindest im wesentlichen porenfrei ist, das heißt, daß die Grenzfläche Hohlräume oder Poren in einer Menge von unter 1 Volumenprozent des gesamten Volumens der Grenzfläche unter der Voraussetzung enthalten kann, daß die Poren oder Hohlräume klein sind und unter 0,5 Mikrometer liegen und ausreichend gleichmäßig in der Grenzfläche verteilt sind, so daß die Poren keinen merklich nachteiligen Einfluß auf die Haftungsbindung in der Grenzfläche haben. Der Anteil an Poren in der Grenzfläche wird durch herkömmliche metallographische Maßnahmen bestimmt, indem beispielsweise ein Querschnitt des Verbundmaterials optisch untersucht wird. Die Verteilung und die Dicke des Bindemittels an der Grenzfläche entspricht im wesentlichen der Verteilung und Dicke des Bindemittels im polykristallinen Diamantkörper des Verbundmaterials. Wenn man von einem polierten Querschnitt des Verbundmaterials ausgeht, würde die durchschnittliche Dicke des Bindemittels an der Grenzfläche im wesentlichen der durchschnittlichen Dicke des Bindemittels zwischen den miteinander in Berührung stehenden Diamantkristallen des polykristallinen Diamantkörpers des Verbundmaterials entsprechen. Die maximale Dicke des Bindemittels an der Grenzfläche beträgt etwa 50 Prozent der größten Abmessung der Diamantkristalle im polykristallinen Diamantkörper, wenn man die Diamantkristalle längs ihrer längsten Ausdehnung mißt. Das Siliciumkarbidsubstrat kann ebenfalls Bindemittel enthalten, das in Form der Tränklegierung vorliegt, die während des Heißpreßvorgangs in das Substrat eingedrungen und hineindiffundiert ist.At the interface between the polycrystalline diamond body and the silicon carbide or silicon nitride substrate the binder extends from the polycrystalline diamond body down to the substrate, the at the interface existing pores are filled so that the interface is pore-free or at least essentially is pore-free, that is, the interface voids or pores in an amount less than 1 volume percent of the total Provided the volume of the interface under the condition can that the pores or voids are small and are less than 0.5 micrometers and sufficiently uniform are distributed in the interface so that the pores do not noticeably adverse influence on liability in  the interface. The proportion of pores in the interface is achieved through conventional metallographic measures determined by, for example, a cross section of the composite material is examined optically. The distribution and the The thickness of the binder at the interface essentially corresponds the distribution and thickness of the binder in the polycrystalline diamond body of the composite material. If one from a polished cross section of the composite material would average the thickness of the binder at the interface essentially the average Thickness of the binder between those in contact standing diamond crystals of the polycrystalline diamond body of the composite material. The maximum thickness of the binder at the interface is about 50 percent of the largest Dimension of diamond crystals in polycrystalline Diamond body if you look at the diamond crystals along their longest dimension. The silicon carbide substrate can also contain binders in the form of the impregnation alloy is present, which during the hot pressing process in the substrate has penetrated and diffused into it.

Das Siliciumatome enthaltende Bindemittel enthält stets Siliciumkarbid. Daneben enthält das Bindemittel auch noch Metallsilicid, Metallkarbid und/oder elementares Silicium. Bei den Metallkomponenten des Metallsilicids und Metallkarbids im Bindemittel handelt es sich um das Legierungsmetall oder um Metalle, die in der Tränklegierung vorliegen.The binder containing silicon atoms always contains Silicon carbide. It also contains Binder too  Metal silicide, metal carbide and / or elemental silicon. For the metal components of metal silicide and metal carbide it is in the binder the alloy metal or metals that are in the impregnation alloy are available.

Die Metallkomponente des Metallsilicids im Bindemittel wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die Kobalt, Chrom, Eisen, Hafnium, Mangan, Rhenium, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Thorium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, Yttrium, Zirconium und Legierungen dieser Metalle umfaßt.The metal component of the metal silicide in the binder is preferably selected from the group consisting of cobalt, Chromium, iron, hafnium, manganese, rhenium, rhodium, ruthenium, Tantalum, thorium, titanium, uranium, vanadium, tungsten, yttrium, Zirconium and alloys of these metals.

Bei der Metallkomponente des im Bindemittel vorhandenen Metallkarbids handelt es sich um einen starken Karbidbildner, der ein stabiles Karbid ergibt, und vorzugsweise um ein Metall aus der Gruppe, die Chrom, Hafnium, Titan, Zirkonium, Tantal, Vanadium, Wolfram, Molybdän und Legierungen dieser Metalle umfaßt. For the metal component of the one present in the binder Metal carbide is a strong carbide former, which gives a stable carbide, and preferably by one Metal from the group consisting of chrome, hafnium, titanium, zirconium, Tantalum, vanadium, tungsten, molybdenum and alloys of these Metals includes.  

Das Bindemittel im Diamantkörper enthält im allgemeinen Siliciumkarbid in einer Menge von etwa 1 bis etwa 25 Volumenprozent bezogen auf das Volumen des polykristallinen Diamantkörpers und Metallsilicid in einer mindestens nachweisbaren Menge und häufig eine minimale Menge von etwa 0,1 Volumenprozent des polykristallinen Diamantkörpers. Die Metallsilicide sind hart und haben häufig niedrigere, lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten als die Metalle oder in einigen Fällen als Diamant, wie beispielsweise Rheniumsilicid, wobei eine derartige Eigenschaft für eine Phase in einem Diamantkörper erwünscht ist. The binder in the diamond body contains general silicon carbide in an amount of about 1 to about 25 volume percent based on the volume of the polycrystalline Diamond body and metal silicide in an at least detectable amount and often one minimal amount of about 0.1 volume percent of the polycrystalline Diamond body. The metal silicides are hard and have often lower, linear coefficients of thermal expansion than the metals or in some cases as a diamond, such as rhenium silicide, such property for a phase in a diamond body.  

Der Diamantkörper enthält keine nicht diamantförmige, elementare Kohlenstoffphase in einer Menge, die durch eine Röntgenstrahlenbeugungsanalyse nachweisbar ist.The diamond body contains no non-diamond, elementary carbon phase in an amount by X-ray diffraction analysis is detectable.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der polykristalline Diamantkörper des Verbundmaterials in einer Vielzahl von Größen und Formen hergestellt werden kann. Der Diamantkörper kann beispielsweise eine Breite oder Länge von bis zu 25 mm oder darüber besitzen. Polykristalline Diamantkörper, die länger als 25 mm sind und eine Diamantdichte gemäß der Erfindung haben, können praktisch nicht mit Verfahren hergestellt werden, bei welchen ultrahohe Drücke und Temperaturen des diamantstabilen Bereichs im Zustandsdiagramm von Kohlenstoff zur Anwendung gelangen, da die zur Erzielung und Aufrechterhaltung derartiger, hoher Druck- und Temperaturbedingungen notwendigen Apparaturen einen außerordentlich aufwendigen Aufbau erfordern und daher nur eine beschränkte Kapazität besitzen. Andererseits kann der polykristalline Diamantkörper so klein oder dünn wie gewünscht sein. Der Diamantkörper wird jedoch stets eine Dicke haben, die größer als eine einzige Diamantkristallschicht ist.A particular advantage of the invention is that the polycrystalline diamond body of the composite material in a variety of sizes and shapes can be made. The diamond body can be, for example, a width or length  of up to 25 mm or more. Polycrystalline Diamond bodies that are longer than 25 mm and a diamond density according to the invention can practically not are manufactured using processes in which ultra-high Pressures and temperatures of the diamond stable area in the State diagram of carbon are used because which are necessary to achieve and maintain such high pressure and temperature conditions necessary equipment require complex construction and therefore only have a limited capacity. On the other hand, the polycrystalline diamond body so small or be thin as desired. The diamond body, however always have a thickness that is greater than a single diamond crystal layer is.

Das Verbundmaterial eignet sich hervorragend als Schleifmittel, Schneidwerkzeug, Düse oder als irgendein anderes, verschleißbeständiges Bauteil.The composite material is ideal as Abrasive, cutting tool, nozzle or as any other, wear-resistant component.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Beispielen erläutert, bei denen in folgender Weise, falls nichts anderes angegeben ist, vorgegangen wurde:The invention will now be described in more detail by means of examples explained in the following way, unless otherwise the following was specified:

SiliciumkarbidsubstratSilicon carbide substrate

Als druckübertragendes Medium wurde ein Pulver aus hexagonalem Bornitrid mit einer feinen Teilchengröße von etwa 2 bis etwa 20 Mikrometer verwendet.A powder made of hexagonal was used as the pressure-transmitting medium Boron nitride with a fine particle size of about 2 to about 20 microns are used.

Das polykristalline Siliciumkarbidsubstrat hatte die Form einer Scheibe mit einer Dicke von etwa 3,05 mm.The polycrystalline silicon carbide substrate had the Form a disc with a thickness of approximately 3.05 mm.

Es wurde mit einer Vorrichtung gearbeitet, die im wesentlichen der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Vorrichtung ent­ sprach. It was worked with a device that spoke essentially of the device shown in FIGS. 4 and 5 ent.

Das in die Vorrichtung gemäß Fig. 4 eingesetzte Füllgut wurde bei Raumtemperatur bis zu einem Druck von 560 MPa kalt gepreßt.The filling material used in the device according to FIG. 4 was cold pressed at room temperature up to a pressure of 560 MPa.

Die zur Verfügung stehende Menge an Tränklegierung reichte aus, um die zusammengepreßte Diamantmasse vollständig zu durchtränken und die Berührungsfläche des Substrats zu benetzen und die Poren der Grenzfläche zu füllen.The amount of impregnation alloy available was enough to fully compress the diamond mass to soak and the contact surface of the substrate to wet and fill the pores of the interface.

Die Dichte des als Substrat verwendeten, polykristallinen Siliciumkarbidkörpers ist in Prozent der theoretischen Dichte des Siliciumkarbids von 3,21 g/cm³ angegeben.The density of the substrate polycrystalline silicon carbide body is in percent the theoretical density of silicon carbide of 3.21 g / cm³ specified.

Sämtliche als Substrat verwendete, gesinterte und heißgepreßte, polykristalline Siliciumkarbidkörper hatten im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung. Die Siliciumkarbidkörper enthielten Siliciumkarbid, etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent Bor bezogen auf das Siliciumkarbid und weniger als etwa 1 Gewichtsprozent an elementarem, im Submikronbereich liegenden Kohlenstoff bezogen auf Siliciumkarbid. Der Kohlenstoff lag in Form von kleinen Teilchen vor, deren Größe im Submikronbereich lag. Das verwendete Diamantpulver hatte eine Teilchengröße von 1 bis etwa 60 Mikrometer, wobei mindestens 40 Gewichtsprozent des Diamantpulvers eine Teilchengröße unter 10 Mikrometer hat­ ten.All sintered and hot-pressed polycrystalline silicon carbide bodies had in essentially the same composition. The silicon carbide body contained silicon carbide, about 1 to 2 weight percent Boron based on silicon carbide and less than about 1 percent by weight of elemental, in the submicron range lying carbon based on silicon carbide. The carbon was in the form of small particles whose size was in the submicron range. The used Diamond powder had a particle size of 1 to about 60 microns, with at least 40 percent by weight of Diamond powder has a particle size below 10 microns ten.

Eine jeweils in Volumenprozent des Diamantkörpers angegebene Diamantdichte wurde nach der normierten Punktzähltechnik ermitteln, wobei eine Mikroaufnahme einer polierten Fläche in 690facher Vergrößerung verwendet wurde und der analysierte Oberflächenbereich eine Größe hatte, die ausreichte, um das Mikrogefüge des gesamten Körpers zu re­ präsentieren.One specified in volume percent of the diamond body Diamond density was determined using the standardized point counting technique determine, using a micrograph of a polished Area in 690x magnification was used and  the surface area analyzed had a size that was sufficient to re-examine the microstructure of the entire body present.

Die Angaben über Diamantdichte, die im Bereich von über 70 Volumenprozent, jedoch unter 90 Volumenprozent bezogen auf das Volumen des polykristallinen Diamantkörpers liegen, beruhen auf Erfahrung und Ergebnissen mit ähnlichen Versuchen und insbesondere auf Versuche, bei welchen der polykristalline Diamantkörper alleine hergestellt wurde. Die Angaben über das Aussehen des ganzen polykristallinen Körpers und auch die Angaben des Volumens des gebildeten, gereinigten polykristallinen Diamantkörpers des Verbundmaterials im Vergleich zum Volumen des ursprünglich eingesetzten Diamantpulvers beruhen auf der Annahme, daß weniger als 5 Volumenprozent des Diamantpulvers in nicht diamantförmigen, elementaren Kohlenstoff umgewandelt worden sind.The information about diamond density, which is in the range of over 70 percent by volume, but less than 90 percent by volume lie on the volume of the polycrystalline diamond body, are based on experience and results with similar experiments and particularly in experiments in which the polycrystalline Diamond body was made alone. The details about the appearance of the whole polycrystalline Body and also the details of the volume of the formed, cleaned polycrystalline diamond body of the composite material compared to the volume of the originally used Diamond powder is based on the assumption that less as 5 volume percent of the diamond powder in non-diamond-shaped, elemental carbon have been converted.

Beispiele 1 bis 5Examples 1 to 5

Bei den in der Tabelle I zusammengestellten Beispielen 1 bis 5 wurde ein Molybdännapf verwendet, der mit einer Zirkoniumhülse ausgekleidet war. Eine aus einer Gußlegierung bestehende Scheibe mit der angegebenen Zusammensetzung und Dicke und mit einem der Zirkoniumhülse im wesentlichen entsprechenden Durchmesser wurde innerhalb der Zirkoniumhülse auf dem Boden des Napfs angeordnet. Das Diamantpulver wurde mit der angegebenen Menge über die Scheibe gepackt. Schließlich wurde die angegebene, polykristalline Siliciumkarbidscheibe oben auf das Diamantpulver aufgelegt, so daß der Napf oben mit einem Stopfen 14 verschlossen war, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.In Examples 1 to 5 compiled in Table I, a molybdenum bowl was used, which was lined with a zirconium sleeve. A disc made of a cast alloy with the specified composition and thickness and with a diameter substantially corresponding to the zirconium sleeve was placed inside the zirconium sleeve on the bottom of the cup. The diamond powder was packed over the disc with the specified amount. Finally, the specified polycrystalline silicon carbide disk was placed on top of the diamond powder, so that the cup was closed at the top with a stopper 14 , as shown in FIG. 2.

Der mit dem Stopfen versehene Napf wurde dann in der in Fig. 4 gezeigten Weise in ein Pulver aus hexagonalem Bornitrid eingepackt. Die gesamte Beschickung wurde bei Raumtemperatur in einer Stahlform bis auf einen Druck von etwa 560 MPa kalt gepreßt, wobei auf den Napf mit Inhalt ein im wesentlichen isostatischer Druck ausgeübt wurde. Der Preßdruck wurde so lange aufrecht erhalten, bis sich der Druck unter Bildung eines dimensionstabilen Formkörpers, d. h. eines im wesentlichen isostatischen Systems des mit Pulver umschlossen Behälters, stabilisiert hatte. Aus früheren Versuchen war es bekannt, daß die Dichte der Diamantkristalle in der zusammengepreßten Anordnung, d. h. in dem als Formkörper vorliegenden, im wesentlichen isostatischen System des von Pulver umschlossenen, mit einem Stopfen verschlossenen Napfs mehr als 75 Volumenprozent der zusammengepreßten Diamantmasse betrug.The stoppered cup was then packaged in a hexagonal boron nitride powder as shown in FIG . The entire feed was cold pressed at room temperature in a steel mold to a pressure of about 560 MPa, applying essentially isostatic pressure to the contents of the well. The pressing pressure was maintained until the pressure had stabilized with the formation of a dimensionally stable molded body, ie an essentially isostatic system of the container enclosed with powder. From previous experiments it was known that the density of the diamond crystals in the compressed arrangement, that is to say in the essentially isostatic system in the form of a shaped body, of the powder-enclosed bowl sealed with a stopper was more than 75% by volume of the compressed diamond mass.

Die zusammengepreßte Anordnung 21 des von Pulver umschlossenen und mit einem Stopfen verschlossenen Napfs wurde dann heiß gepreßt. Die Anordnung 21 wurde in eine Graphitform eingesetzt, welche den gleichen Durchmesser wie die Stahlmatrize hatte, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die Graphitform wurde in einen Induktionsofen gegeben. Der Innenraum des durch den Stopfen verschlossenen Napfs wurde zunächst evakuiert, und anschließend mit einer Stickstoffatmosphäre gefüllt, indem der Induktionsofen auf einen Druck von ungefähr 1330 Pa evakuiert und dann mit Stickstoff gefüllt wurde. Auf die in der Graphitform befindliche Anordnung 21 wurde dann ein Druck von etwa 35 MPa ausgeübt und aufrecht erhalten. Die Graphitform mit der Anordnung 21 wurde dann in etwa 5 bis 7 Minuten auf die angegebene, maximale Heißpreßtemperatur vom Induktionsofen erhitzt. Beim Aufheizen der Anordnung stieg der Druck aufgrund der Wärmedehnung des Systems auf den in der Tabelle I angegebenen, maximalen Heißpreßdruck. The compressed assembly 21 of the powder enclosed and stoppered cup was then hot pressed. The arrangement 21 was inserted into a graphite mold which had the same diameter as the steel die, as shown in FIG. 5. The graphite mold was placed in an induction furnace. The interior of the cup sealed by the stopper was first evacuated and then filled with a nitrogen atmosphere by evacuating the induction furnace to a pressure of approximately 1330 Pa and then filling with nitrogen. A pressure of about 35 MPa was then applied and maintained on the located in the graphite mold assembly 21st The graphite mold with the assembly 21 was then heated to the specified maximum hot pressing temperature by the induction furnace in about 5 to 7 minutes. When the assembly was heated, the pressure rose due to the thermal expansion of the system to the maximum hot pressing pressure given in Table I.

Bei der angegebenen Temperatur, bei welcher das Eindringen beginnt oder weiter fortschreitet, fällt der Druck auf etwa 35 MPa ab. Dieser Druckabfall deutet darauf hin, daß die Legierung flüssig geworden war und begonnen hatt, in die zusammengepreßte Diamantmasse einzudringen. Der Druck wurde dann wieder auf den angegebenen, maximalen Heißpreßdruck erhöht und eine Minute lang bei der angegebenen maximalen Heißpreßtemperatur auf diesem maximalen Heißpreßdruck gehalten, um ein vollständiges Eindringen der Legierung in die kleinen Kapillaren der zusammengepreßten Diamantmasse zu gewährleisten. Die Heizung wurde dann abgestellt, jedoch kein zusätzlicher Druck angelegt. Dies sorgte für einen hohen Druck bei einer hohen Temperatur, aber für einen verringerten Druck bei niedriger Temperatur, so daß eine ausreichende geometrische Stabilität erzielt wurde und die heißgepreßte Anordnung ihre Abmessungen beibehielt, bis sie auf eine zur Handhabung ausreichende Temperatur abgekühlt war.At the specified temperature at which the penetration begins or progresses, the pressure drops to about 35 MPa. This drop in pressure indicates this indicates that the alloy had become liquid and started had to penetrate the compressed diamond mass. The pressure was then returned to the specified maximum Hot press pressure increased and for one minute at the specified maximum hot pressing temperature at this maximum Hot press pressure held to complete penetration the alloy into the small capillaries of the compressed Ensure diamond mass. The heater was on then turned off, but no additional pressure applied. This created a high pressure at a high temperature, but for a reduced pressure at low temperature, so that adequate geometric stability was achieved and the hot-pressed arrangement its dimensions maintained until it is sufficient for handling Temperature had cooled.

Das Verbundmaterial wurde schließlich dadurch gewonnen, daß das umhüllende Metall, d. h. der Molybdännapf und die Zirkoniumbuchse sowie die überschüssige Legierung an den Außenflächen des Verbundmaterial durch Abschleifen und Sandstrahlen entfernt wurden.The composite material was ultimately obtained that the enveloping metal, i.e. H. the molybdenum bowl and the Zirconium bushing and the excess alloy on the External surfaces of the composite material by grinding and Sandblasting has been removed.

Die sich ergebenden, einstückigen, gereinigten Verbundkörper hatten die Form einer im wesentlichen gleichförmigen Scheibe, welche bei den Beispielen 1 bis 3 eine Dicke von annähernd 5 mm und beim Beispiel 4 eine Dicke von annähernd 4 mm hatte. The resulting one-piece, cleaned composite body had the shape of a substantially uniform Disc, which in Examples 1 to 3 has a thickness of approximately 5 mm and in Example 4 a thickness of approximately 4 mm.  

In Tabelle I ist die Heißpreßtemperatur, bei welcher die Tränkung beginnt, diejenige Temperatur, bei welcher die Legierung flüssig ist und in die zusammengepreßte Diamantmasse einzudringen beginnt. Die angegebene, maximale Heiß­ preßtemperatur und der angegebenen maximale Heißpreßdruck wurden gleichzeitig eine Minute lang aufrecht erhalten, um ein vollständiges Ausfüllen der kleineren Kapillaren der zusammengepreßten Diamantkristallmasse sicher­ zustellen. In Table I, the hot press temperature at which the impregnation begins is the temperature at which the alloy is liquid and begins to penetrate into the compressed diamond mass. The specified maximum hot pressing temperature and the specified maximum hot pressing pressure were simultaneously maintained for one minute to ensure that the smaller capillaries of the compressed diamond crystal mass were completely filled.

Die Erfindung wird nun anhand der Tabelle I näher erläutert. Bei keiner einzigen Verbundscheibe nach den Beispielen 1 bis 5 konnte die Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Diamantkörper und dem Siliciumkarbidsubstrat festgestellt werden. Jeder Verbundkörper hatte über seine Dicke ein kontinuierliches Gefüge und der Diamantteil unterschied sich durch die Korngröße vom Substrat. Die Außenfläche eines jeden polykristallinen Diamantkörpers war vom Bindemittel gut durchgetränkt. Das Bindemittel war gleichförmig verteilt. Die einzelnen Diamantkörper waren gut miteinander verbunden.The invention will now be explained in more detail with reference to Table I. With no single composite pane according to Examples 1 to 5 the interface between the polycrystalline Diamond body and the silicon carbide substrate be determined. Every composite body had its own Thickness of a continuous structure and the diamond part differed by the grain size of the substrate. The outside surface of each polycrystalline diamond body was from Binder well soaked. The binder was uniform distributed. The individual diamond bodies were good with each other connected.

Die polykristallinen Diamantkörper der Verbundmaterialien nach den Beispielen 1 bis 4 hatten eine Diamantdichte, die über 70 Volumenprozent, jedoch unter 90 Volumenprozent des Volumens des polykristallinen Körpers lag.The polycrystalline diamond bodies of the composite materials according to Examples 1 to 4 had a diamond density that over 70 volume percent, but less than 90 volume percent of Volume of the polycrystalline body was.

Die Diamantfläche des Verbundkörpers nach Beispiel 5 wurde auf einem Gußeisenblock poliert. Eine Untersuchung der polierten Fläche brachte keine auf ausgebrochene Diamantteilchen zurückzuführende Löcher zutage. Dies deutet darauf hin, daß eine sehr feste Bindung vorliegt. Die Dichte der Diamantkristalle betrug etwa 73 Volumenprozent bezogen auf das Volumen des polykristallinen Diamant­ körpers. The diamond area of the composite body according to Example 5 was polished on a cast iron block. An investigation the polished surface showed no broken diamond particles holes to be returned. This indicates indicates that there is a very strong bond. The The density of the diamond crystals was about 73 percent by volume based on the volume of the polycrystalline diamond body.  

Beispiel 6Example 6

Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Verbundmaterial wurde als Schneidwerkzeug eingesetzt. Die freie Fläche des polykristallinen Diamantkörpers des Verbundmaterials wurde mit einer Diamantschleifscheibe glatt geschliffen und mit einer scharfen Schneidkante versehen. Das Substrat des Verbundmaterials wurde dann in einem Werkzeughalter fesgeklemmt.The composite material produced according to Example 1 was used as a cutting tool. The free area of the polycrystalline Diamond body of the composite material was with a diamond grinding wheel, ground smooth and with one sharp cutting edge. The substrate of the composite material was then clamped in a tool holder.

Ein Teil der Schneidkante wurde auf einer Drehbank untersucht, mit welcher ein Sandstein mit einem Vorschub von 0,13 mm pro Umdrehung und einer Schnittiefe von 0,5 mm abgedreht wurde.Part of the cutting edge was examined on a lathe, with which a sandstone with a feed of 0.13 mm per revolution and a cutting depth of Was turned 0.5 mm.

Bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von etwa 30 m pro Minute lag der Verschleiß bei 1,26×10-6 cm³ pro Minute. Ein anderer Teil der Schneidkante wurde bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 84 m pro Minute untersucht. Die Abnutzung lag bei 8,6×10-6 cm³ pro Minute. Ein weiterer Teil der Schneidkante wurde bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 88,4 m pro Minute untersucht. Die Abnutzung betrug in diesem Fall 24 cm³×10-6 pro Minute.With a cutting speed measured on the surface of about 30 m per minute, the wear was 1.26 × 10 -6 cm³ per minute. Another part of the cutting edge was examined at a cutting speed of 84 m per minute measured on the surface. The wear was 8.6 × 10 -6 cm³ per minute. Another part of the cutting edge was examined at a cutting speed of 88.4 m per minute measured on the surface. The wear in this case was 24 cm³ × 10 -6 per minute.

Der Verbundkörper wurde vom Werkzeughalter entfernt. Eine Untersuchung der Grenzfläche zwischen dem Diamantkörper und dem Substrat zeigte, daß diese Bearbeitungsversuche keinen Einfluß auf die Grenzfläche hatten.The composite body was removed from the tool holder. An investigation of the interface between the diamond body and the substrate showed that these machining trials had no influence on the interface.

Beispiel 7Example 7

Es wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 mit der Ausnahme vorgegangen, daß der Verbundkörper gemäß Beispiel 2 verwendet wurde.It was used in the same manner as in Example 6 proceeded with the exception that the composite body according to Example 2 was used.

Ein Teil der Schneidkante hatte bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 33,5 m pro Minute einen Verschleiß von 3,32×10-6 cm³ pro Minute. Ein anderer Teil der Schneidkante hatte bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 97,5 m pro Minute eine Abnutzung von 24,3×10-6 cm³ pro Minute.Part of the cutting edge had a wear rate of 3.32 × 10 -6 cm³ per minute at a cutting speed measured on the surface of 33.5 m per minute. Another part of the cutting edge had a wear rate of 24.3 × 10 -6 cm³ per minute at a cutting speed of 97.5 m per minute measured on the surface.

Eine Untersuchung des Verbundkörpers nach der maschinellen Bearbeitung zeigte, daß diese Bearbeitungsversuche keinen Einfluß auf die Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Diamantkörper und dem Siliciumkarbidsubstrat hatten.An examination of the composite body after the mechanical Machining showed that these machining attempts failed Influence on the interface between the polycrystalline Diamond body and the silicon carbide substrate.

Beispiel 8Example 8

Es wurde wie in Beispiel 6 mit der Ausnahme vorgegangen, daß das Verbundmaterial gemäß Beispiel 3 verwendet wurde.The procedure was as in Example 6, with the exception that  that the composite material according to Example 3 was used.

Ein Teil einer Schneidkante hatte bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 33,5 m pro Minute einen Verschleiß von 3,8×10-6 cm³ pro Minute. Ein anderer Teil der Schneidkante hatte bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 97,5 m pro Minute eine Abnutzung von 30,3×10-6 cm³ pro Minute.Part of a cutting edge had a wear rate of 3.8 × 10 -6 cm³ per minute at a cutting speed of 33.5 m per minute measured on the surface. Another part of the cutting edge had a wear rate of 30.3 × 10 -6 cm³ per minute at a cutting speed measured on the surface of 97.5 m per minute.

Eine Untersuchung des Verbundmaterials nach der maschinellen Bearbeitung zeigte, daß diese Bearbeitungsversuche keinen Einfluß auf die Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Diamantkörper und dem Siliciumkarbidsubstrat hatten.An examination of the composite material after the machining showed that these machining attempts does not affect the interface between the polycrystalline diamond body and the silicon carbide substrate had.

Beispiel 9Example 9

Es wurde wie in Beispiel 6 mit der Ausnahme vorgegangen, daß das Verbundmaterial gemäß Beispiel 4 verwendet wurde.The procedure was as in Example 6, with the exception that that the composite material according to Example 4 was used.

Nach 4 Minuten erfolgreichen Schneidens mit einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 30 m pro Minute brachen kleine Stücke aus der Schneidkante aus. Bei einem anderen Teil der Schneidkante brachen nach 6 Minuten erfolgreichen Schneidens mit einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 85 m pro Minute kleine Stücke aus der Schneidkante aus. Es wird angenommen, daß das Ausbrechen der Schneidkante auf Heißpreßtemperaturen zurückzuführen ist, die nicht hoch genug waren, um die flüssige, siliciumreiche Legierung in die kleinen Kapillaren der polykristallinen Diamantmasse während des Heißpreßvorgangs einzuschwemmen. After 4 minutes of successful cutting with one cutting speed of 30 m measured on the surface small pieces broke out of the cutting edge every minute. Another part of the cutting edge broke after 6 minutes successful cutting with one on the surface measured cutting speed of 85 m per minute small Pieces from the cutting edge. It is believed that breaking out of the cutting edge at hot press temperatures that were not high enough to support the liquid, silicon-rich alloy in the small capillaries the polycrystalline diamond mass during the hot pressing process wash in.  

Beispiel 10Example 10

Bei der Herstellung des Verbundmaterials wurde im wesentlichen wie in Beispiel 2 mit der Ausnahme vorgegangen, daß 260 mg der Siliciumchromlegierung verwendet wurden und die Legierungsscheibe 1,3 mm dick war.In the manufacture of the composite material was essentially proceeded as in Example 2 with the exception that 260 mg of the silicon chrome alloy were used and the Alloy was 1.3 mm thick.

Es wurden auch 250 mg des Diamantpulvers verwendet, wobei 60 Gew.% eine Korngröße von 53 bis 62 Mikrometer, 30 Gew.% eine Korngröße von 8 bis 22 Mikrometer und 10 Gew.% eine Korngröße von 1 bis etwa 5 Mikrometer hatten. Das Diamantpulver wurde bis zu einer Dicke von etwa 1,4 mm gepackt. Es wurde auch ein Zirkoniumnapf mit einer Zirkoniumauskleidung verwendet.250 mg of the diamond powder was also used, 60% by weight having a grain size of 53 to 62 micrometers, 30% by weight a grain size of 8 to 22 micrometers and 10% by weight had a grain size of 1 to about 5 microns. The diamond powder was to a thickness of about 1.4 mm packed. It also became a zirconium bowl with a zirconium lining used.

Der maximale Heißpreßdruck betrug etwa 91 MPa und die Heißpreßtemperatur reichte von etwa 1250°C bei Beginn des Eindringens der flüssigen, siliciumreichen Legierung in die gepreßte Diamantkristallmasse bis zu einer maximalen Heißpreßtemperatur von etwa 1500°C. Das Verbundmaterial wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 gewonnen. Das Verbundmaterial hatte die Form einer im wesentlichen gleichförmigen Scheibe mit einer Dicke von etwa 1,5 mm.The maximum hot press pressure was about 91 MPa and the hot press temperature ranged from about 1250 ° C at the beginning penetration of the liquid, silicon-rich alloy into the pressed diamond crystal mass up to one maximum hot pressing temperature of about 1500 ° C. The composite material was in the same manner as in Example 2 won. The composite material was essentially in the form of a uniform disc with a thickness of about 1.5 mm.

Das Siliciumkarbidsubstrat wurde vom Verbundmaterial weggeschliffen und der polykristalline Diamantkörper wurde einer thermischen Stabilitätsprüfung unterworfen. Das Substrat wurde in Luft auf eine Temperatur von 900°C erhitzt, welche die Grenztemperatur des Ofens darstellte. Während des Erhitzens wurde der lineare Wärmedehnungskoeffizient für die Temperaturen von 100°C bis 900°C bestimmt. Bei 900°C wurde der Ofen abgeschaltet.The silicon carbide substrate was ground away from the composite material and the polycrystalline diamond body became one subjected to thermal stability testing. The substrate was heated in air to a temperature of 900 ° C, which was the limit temperature of the furnace. While heating was the linear coefficient of thermal expansion for the Temperatures from 100 ° C to 900 ° C determined. Was at 900 ° C the oven turned off.

Die Versuchsdaten und die Untersuchung der Probe, d. h. des polykristallinen Diamantkörpers nach dem Versuch zeigten, daß es keine plötzliche Längenänderung in der Probe während des gesamten Heizvorgangs gab. Es gab keine Anzeichen für einen bleibenden, durch den Heizvorgang hervorgerufenen Schaden der Probe.The experimental data and the examination of the sample, i. H.  of the polycrystalline diamond body after the experiment showed that there is no sudden change in length in the sample during of the entire heating process. There was no sign of a permanent one, caused by the heating process Damage to the sample.

Beispiel 11Example 11

Es wurde im wesentlichen wie im Beispiel 2 mit der Ausnahme vorgegangen, daß eine Siliciumscheibe in einem Zirkoniumnapf mit einer Zirkoniumauskleidung verwendet wurde, um eine siliciumreiche Zirkoniumlegierung in situ zu bilden.It was essentially the same as in Example 2 with the exception proceeded that a silicon wafer in one Zirconium bowl with a zirconium lining was used to a silicon-rich zirconium alloy in situ form.

Es wurden 6 Verbundmaterialien hergestellt. Zur Herstellung von 3 Verbundmaterialien wurde ein Diamantpulver verwendet, bei welchem 60 Gew.% eine Korngröße von 53 bis 62 Mikrometer, 30 Gew.% eine Korngröße von 8 bis 22 Mikrometer und 10 Gew.% eine Korngröße von 1 bis etwa 5 Mikrometer hatten. Die drei anderen Verbundmaterialien wurden unter Verwendung eines Diamantpulvers hergestellt, das eine Korngröße von 1 bis 60 Mikron hatte, wobei mindestens 40 Gew.% eine unter 10 Mikrometer liegende Korngröße hatten.6 composite materials were produced. For the production a diamond powder was used from 3 composite materials, at which 60% by weight a grain size of 53 to 62 microns, 30% by weight, a grain size of 8 to 22 microns and 10% by weight of a grain size of 1 to about 5 microns had. The three other composite materials were made using a diamond powder that has a Grain size from 1 to 60 microns, with at least 40 wt.% had a grain size below 10 micrometers.

Der maximale Heißpreßdruck betrug etwa 91 MPa und die Heißpreßtemperatur reichte von etwa 1340°C bis zu einer maximalen Heißpreßtemperatur von etwa 1500°C. Die am unteren Ende des angegebenen Temperaturbereichs liegende Temperatur von etwa 1340°C ist diejenige Temperatur, bei welcher der Tränkvorgang beginnt und deutlich wird, daß die siliciumreiche Zirkoniumlegierung in situ gebildet wurde und flüssig geworden ist.The maximum hot press pressure was about 91 MPa and the hot pressing temperature ranged from about 1340 ° C up to a maximum hot pressing temperature of about 1500 ° C. The at the lower end of the specified temperature range Temperature of about 1340 ° C is the temperature at which the watering process begins and it becomes clear that the silicon-rich zirconium alloy was formed in situ and has become fluid.

Jedes Verbundmaterial wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 gewonnen. Jedes Verbund­ material hatte die Form einer Scheibe.Each composite material was essentially in the obtained in the same way as in Example 2. Every association  material was in the form of a disc.

Die Oberfläche an den Stirn- und Zylinderflächen des polykristallinen Diamantkörpers aller 6 Verbundmaterialien wurde geschliffen. Die Schwierigkeit, diese Verbundmaterialien mit einer Diamantschleifscheibe zu schleifen, zeigte, daß die Abriebbeständigkeit dieser Diamantkörper mit den im Handel erhältlichen, polykristallinen Diamantprodukten vergleichbar war.The surface on the face and cylinder surfaces of the polycrystalline diamond body of all 6 composite materials was sanded. The difficulty with these composite materials grinding with a diamond grinding wheel showed that the abrasion resistance of this diamond body with the commercially available polycrystalline diamond products was comparable.

Die 3 Verbundmaterialien, die aus dem Diamantpulver mit einer Korngröße von 1 bis 60 Mikrometer hergestellt worden waren, hatten unzureichend gemischte Aggregate aus Diamantpulver mit einer Korngröße von weniger als 2 Mikrometer. Eine Untersuchung der geschliffenen Kanten des polykristallinen Körpers zeigte, daß diese Aggregate unvollständig mit der Legierung getränkt waren. Der Rest des geschliffenen Diamantbereichs war jedoch gut gebunden.The 3 composite materials made from the diamond powder a grain size of 1 to 60 microns had insufficiently mixed aggregates of diamond powder with a grain size of less than 2 microns. An examination of the ground edges of the polycrystalline Body showed that these aggregates were incomplete were soaked with the alloy. The rest of the sanded However, the diamond area was well bound.

Eine optische Untersuchung der Verbundmaterialien ließ keine feststellbaren Fehler oder gegeneinander abgesetzte, verschiedene Zwischenschichten zwischen dem Siliciumkarbidsubstrat und der Diamantschicht erkennen. Vier Verbundmaterialien wurden zerbrochen, um das innere Gefüge zu betrachten. Bei der optischen Untersuchung der Bruchflächen wurden keine sichtbaren Zwischenschichten oder Fehler an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumkarbidsubstrat und der polykristallinen Diamantschicht festgestellt.An optical examination of the composite materials left no detectable errors or contrasted, different intermediate layers between the silicon carbide substrate and recognize the diamond layer. Four composite materials were broken to look at the inner fabric. During the optical examination of the fracture surfaces no visible intermediate layers or defects on the Interface between the silicon carbide substrate and the polycrystalline Diamond layer found.

Die Kontinuität des Gefüges an der Grenzfläche zwischen Substrat und Diamantschicht war hervorragend und nur die unterschiedliche Korngröße der Diamanten und des Siliciumkarbids ließ die Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Diamantschicht feststellen. The continuity of the structure at the interface between The substrate and diamond layer was excellent and only that different grain size of diamonds and silicon carbide left the interface between the substrate and the Determine the diamond layer.  

Zwei der Verbundmaterialien wurden als Schneidwerkzeuge auf einer Drehbank getestet, mit welcher ein stangenförmiger, eine starke Schleifwirkung aufweisender, sandgeglätteter Schleifstein abgedreht wurde. Es wurde mit einer Schnittiefe von 0,76 mm, einem Vorschub von 0,13 mm pro Umdrehung und einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 183 m pro Minute gearbeitet. Nach einer Schneiddauer von 16 Minuten und 22 Sekunden zeigte die vordere Schneidflanke der beiden Werkzeuge einen gleichmäßigen Abrieb von etwa 0,13 mm. Dies zeigt, daß die Schneidkante eine hervorragende Abriebfestigkeit hatte.Two of the composite materials were used as cutting tools tested on a lathe with which a rod-shaped, sand-smoothed with a strong grinding effect Grindstone was turned off. It was made with a depth of cut of 0.76 mm, a feed of 0.13 mm per revolution and a cutting speed measured on the surface worked at 183 m per minute. After a cutting time of The front cutting edge showed 16 minutes and 22 seconds of the two tools a uniform abrasion of about 0.13 mm. This shows that the cutting edge is excellent Had abrasion resistance.

Beispiel 12Example 12

Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Verbundmaterial wurde mit einem Hammer und einem Keil im wesentlichen in zwei Hälften auseinandergebrochen. Die Bruchflächen wurden unter einem Mikroskop mit einer 100fachen Vergrößerung optisch untersucht. Die Untersuchung der Bruchflächen ergab, daß sowohl der polykristalline Diamantkörper, als auch die Grenzfläche des Verbundmaterials porenfrei waren, das Bindemittel gleichmäßig im Diamantkörper verteilt und der Bruch transgranular und nicht intergranular war, d. h. daß der Bruch quer durch die Kristalle und nicht entlang den Kristallflächen verlief. Dies deutet darauf hin, daß die durch das Bindemittel bewirkte Bindung sehr gut und ebenso fest wie die Diamantkristalle selbst ist. Es waren auch keine sichtbaren Zwischenschichten oder Fehler an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumkarbidsubstrat und der angehefteten polykristallinen Diamantschicht festzustellen. Die Bruchfläche des Verbundmaterials hatte ein kontinuierliches Gefüge und nur die unterschiedliche Korngröße zwischen dem Diamant und dem fest haftenden Substrat ließ die Grenze zwischen dem Substrat und dem angehefteten polykristallinen Diamantkörper erkennen. The composite material produced according to Example 1 was with a hammer and a wedge essentially in two Halves broken apart. The fracture areas were under a microscope with a 100x magnification optically examined. Examination of the fracture areas revealed that both the polycrystalline diamond body and the Interface of the composite material was pore-free, the binder evenly distributed in the diamond body and the break was transgranular and not intergranular, i.e. H. that the Break across the crystals and not along the crystal faces went. This indicates that through the Binder caused binding very well and as firm as is the diamond crystals themselves. They weren't visible either Interlayers or defects at the interface between the silicon carbide substrate and the attached polycrystalline Determine the diamond layer. The fracture surface of the composite material had a continuous structure and only the different ones Grain size between the diamond and the solid adhering substrate left the boundary between the substrate and recognize the attached polycrystalline diamond body.  

SiliciumnitridsubstratSilicon nitride substrate

Als druckübertragendes Medium wurde ein feinkörniges Pulver aus hexagonalem Bornitrid mit einer Korngröße von etwa 2 bis etwa 20 Mikrometer verwendet.A fine-grained medium was used as the pressure-transmitting medium Hexagonal boron nitride powder with a grain size of about 2 to about 20 microns are used.

Das polykristalline Siliciumnitridsubstrat hatte die Form einer Scheibe, die bei den Beispielen 13 und 14 eine Dicke von etwa 3,18 mm und bei den Beispielen 15 und 16 eine Dicke von etwa 2,5 mm besaß. Das polykristalline Siliciumnitridsubstrat war ein im Handel erhältliches heißgepreßtes Material, das ein Dichte von über 99%, d. h. nahezu eine Dichte von 100% hatte. Das Material enthielt, auf das Gewicht des heißgepreßten Siliciumnitridkörpers bezogen, ½% MgO, etwa ½% Fe, etwa ½₀₀% metallische Verunreinigungen, wie Ca, Al und Cr, 2% freies Si, 1% SiC und Siliciumnitrid als Rest.The polycrystalline silicon nitride substrate was in the form a disc which in Examples 13 and 14 has a thickness of about 3.18 mm and a thickness in Examples 15 and 16 of about 2.5 mm. The polycrystalline silicon nitride substrate was a commercially available hot pressed material, that has a density of over 99%, d. H. almost a density of 100%. The material contained, based on the weight of the hot pressed silicon nitride body, ½% MgO, about ½% Fe, about ½₀₀% metallic impurities, such as Ca, Al and Cr, 2% free Si, 1% SiC and silicon nitride as the rest.

Die verwendete Vorrichtung entsprach im wesentlichen der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung. The device used essentially corresponded to the device shown in FIGS. 4 and 5.

Die Beschickung wurde gemäß Fig. 4 bei Raumtemperatur bis zu etwa 560 MPa kalt gepreßt. Die Dichte der Diamantkristalle in der zusammengepreßten Anordnung war über 75 Volumenprozent der zusammengepreßten Diamantmasse.The feed was cold pressed as shown in FIG. 4 at room temperature up to about 560 MPa. The density of the diamond crystals in the compressed assembly was over 75 percent by volume of the compressed diamond mass.

Die Menge der Tränklegierung reichte aus, die zusammengepreßte Diamantmasse vollständig zu durchtränken und die Berührungsfläche des Substrats zu benetzen und die Poren der Grenzfläche auszufüllen.The amount of the impregnating alloy was sufficient, the one pressed together Soak the diamond mass completely and the To touch the substrate and the pores of the substrate To fill in the interface.

Die Dichte des als Substrat verwendeten, polykristallinen Siliciumnitridkörpers ist in Prozent der theoretischen Dichte des Siliciumnitrids von 3,18 g/cm³ angegeben.The density of the substrate polycrystalline silicon nitride body is in percent the theoretical density of silicon nitride from 3.18 g / cm³.

Das Verbundmaterial oder der polykristalline Diamantkörper wurden mit Hilfe eines Hammers und eines Keils aus­ einandergebrochen.The composite material or the polycrystalline diamond body were made with the help of a hammer and a wedge broken each other.

Die optische Untersuchung der Bruchstellen wurde unter einem Mikroskop bei etwa 100facher Vergrößerung vorgenommen.The optical examination of the break points was under a microscope at about 100x magnification.

Die Bruchfläche des polykristallinen Körpers wurde auf einem Gußeisenblock poliert. The fracture surface of the polycrystalline body was opened polished a cast iron block.  

Beispiel 13Example 13

Bei diesem Beispiel wurde das Verbundmaterial unter Verwendung eines heißgepreßten, polykristallinen Siliciumnitrids als Substrat hergestellt. In this example, the composite material was used a hot pressed, polycrystalline silicon nitride produced as a substrate.  

Eine gegossene Siliciumscheibe mit einem Gewicht von 142 mg wurde innerhalb einer Zirkoniumhülse in einem Zirkoniumnapf angeordnet. Auf die Siliciumscheibe wurden 270 mg Diamantpulver mit einer Schichtdicke von etwa 1,5 mm aufgebracht. Das Diamantpulver enthielt 85 Gew.% Diamantteilchen, mit einer Korngröße von 53 bis 62 Mikrometer und 15 Gew.% Diamantteilchen mit einer Korngröße von etwa 5 Mikrometer. Anstelle des in Beispiel 1 verwendeten Metalldeckels wurde ein in Fig. 2 gezeigter Stopfen 14 aus heißgepreßtem, polykristallinem Siliciumnitrid verwendet.A cast silicon wafer weighing 142 mg was placed within a zirconium sleeve in a zirconium cup. 270 mg of diamond powder with a layer thickness of approximately 1.5 mm were applied to the silicon wafer. The diamond powder contained 85% by weight of diamond particles with a grain size of 53 to 62 micrometers and 15% by weight of diamond particles with a grain size of about 5 micrometers. Instead of the metal lid used in Example 1, a plug 14 made of hot-pressed, polycrystalline silicon nitride, shown in FIG. 2, was used.

Der verschlossene Napf wurde dann gemäß Fig. 4 in ein Pulver aus hexagonalem Bornitrid verpackt. Die gesamte Beschickung wurde bei Raumtemperatur in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise kalt gepreßt, wobei der verschlossene Napf und sein Inhalt einem im wesentlichen isostatischen Druck ausgesetzt wurden. Der Preßdruck wurde so lange aufrecht erhalten, bis sich der Druck unter Bildung eines dimensionsstabilen Formkörpers, d. h. eines im wesentlichen isostatischen Systems des mit Pulver umschlossenen Napfs stabilisiert hatte. Die Dichte der Diamantkristalle lag über 75 Volumenprozent der zusammengepreßten Diamantmasse. Die entstandene, zusammengepreßte Anordnung 21 des von Pulver umhüllten, verschlossenen Napfs wurde dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 15 mit Ausnahme der in Tabelle II enthaltenen Angaben heißgepreßt.The sealed cup was then packaged in a powder of hexagonal boron nitride as shown in FIG. 4. The entire feed was cold pressed at room temperature in the manner described in Example 1, the sealed well and its contents being subjected to a substantially isostatic pressure. The pressing pressure was maintained until the pressure had stabilized with the formation of a dimensionally stable shaped body, ie an essentially isostatic system of the bowl enclosed with powder. The density of the diamond crystals was over 75 percent by volume of the compressed diamond mass. The resulting compressed assembly 21 of the powder-covered sealed cup was then hot pressed in the same manner as in Example 15 except for the information contained in Table II.

Das entstandene Verbundmaterial wurde dadurch gewonnen, daß das Umhüllungsmetall und überschüssiges Silicium an den Außenflächen des Verbundmaterials durch Abschleifen und Sandstrahlen entfernt wurde.The resulting composite material was obtained that the clad metal and excess silicon to the External surfaces of the composite material by grinding and sandblasting was removed.

Das Beispiel 13 ist in Tabelle II zusammengestellt. Auch bei den in Tabelle II aufgeführten Beispielen 14-16 wurde eine Gußlegierung in Form einer Scheibe mit der angegebenen Zusammensetzung und Dicke sowie mit einem dem Durchmesser der angegebenen Auskleidung entsprechenden Durchmesser innerhalb der hülsenartigen Auskleidung auf dem Boden des angegebenen Napfs angeordnet. Das Diamantpulver wurde in der angegebenen Menge oben auf die Scheibe gepackt. Schließlich wurde das angegebene, polykristalline Siliciumnitridsubstrat oben auf das Diamantpulver aufgebracht. Das Siliciumnitridsubstrat bildete einen den Napf verschließenden Stopfen, der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 14 versehen ist. Der verschlossene Napf wurde dann in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise mit Ausnahme der in Tabelle II enthaltenen Angaben kalt und heiß gepreßt. Das entstandene Verbundmaterial wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 15 gewonnen.Example 13 is summarized in Table II. In Examples 14-16 listed in Table II, too, a casting alloy in the form of a disk with the specified composition and thickness and with a diameter corresponding to the diameter of the specified lining was arranged on the bottom of the indicated cup within the sleeve-like lining. The diamond powder was packed on top of the disc in the amount indicated. Finally, the specified polycrystalline silicon nitride substrate was applied on top of the diamond powder. The silicon nitride substrate formed a plug closing the cup, which is identified in FIG. 2 by reference numeral 14 . The sealed well was then cold and hot pressed in the manner described in Example 2 with the exception of the information contained in Table II. The resulting composite material was obtained in substantially the same manner as in Example 15.

Das entstandene, gereinigte, einstückige Verbundmaterial der Beispiele 14-16 hatte die Form einer im wesentlichen gleichförmigen Scheibe, die bei dem Beispiel 14 eine Dicke von etwa 4,7 mm und bei den Beispielen 15 und 16 eine Dicke von etwa 3,8 mm hatte. The resulting, cleaned, one-piece composite material Examples 14-16 were essentially in the form of uniform disc, which in Example 14 a thickness of about 4.7 mm and in Examples 15 and 16 had a thickness of about 3.8 mm.  

Die in der Tabelle II angegebene Heißpreßtemperatur, bei welcher der Tränkvorgang beginnt, ist diejenige Temperatur, bei welcher die Legierung flüssig ist und in die zusammengepreßte Diamantmasse einzudringen beginnt. Die angegebene, maximale Heißpreßtemperatur und der angegebene, maximale Heißpreßdruck wurden gleichzeitig eine Minute lang aufrecht erhalten, um ein vollständiges Ausfüllen der kleineren Kapillaren der zusammengepreßten Diamantkristallmasse zu gewährleisten. The hot pressing temperature given in Table II, at which the soaking process starts is the temperature in which the alloy is liquid and in the compressed diamond mass begins to penetrate. The specified, maximum hot pressing temperature and the specified, maximum hot pressures were simultaneously for one minute maintained to complete the smaller Capillaries of the compressed diamond crystal mass to guarantee.  

Tabelle II Table II

Die Beispiele 13-16 zeigen die Herstellung des Verbundmaterials gemäß der Erfindung. Nach einer optischen Untersuchung stellte sich heraus, daß jedes Verbundmaterial dieser Beispiele ein kontinuierliches Gefüge hatte, aber die Grenzfläche zwischen dem Diamantkörper und dem Substrat aufgrund der unterschiedlichen Korngröße und aufgrund von Farbunterschieden zwischen dem Diamantkörper und dem Substrat festgestellt werden konnte. Das Siliciumnitridsubstrat war dunkler als der graue Diamantkörper. Die Außenfläche eines jeden polykristallinen Dimantkörpers war gut durchtränkt, wobei das Bindemittel gleichmäßig verteilt war. Die Diamanten waren gut miteinander verbunden.Examples 13-16 show the preparation of the composite material according to the invention. After an optical Investigation revealed that every composite material of these examples had a continuous structure, but the Interface between the diamond body and the substrate due to the different grain size and due to Color differences between the diamond body and the substrate could be determined. The silicon nitride substrate was darker than the gray diamond body. The outer surface of a every polycrystalline dimant body was well soaked, the binder was evenly distributed. The diamonds were well connected.

Die polykristallinen Diamantkörper des Verbundmaterials nach Beispiel 14 hatte eine Diamantdichte, die über 70 Volumenprozent, jedoch unter 90 Volumenprozent des Volumens des polykristallinen Körpers betrug.The polycrystalline diamond body of the composite material Example 14 had a diamond density that over 70 volume percent, but less than 90 volume percent of Volume of the polycrystalline body was.

Die Diamantfläche des Verbundmaterials nach Beispiel 13 wurde poliert. Bei der optischen Untersuchung der polierten Fläche stellte sich heraus, daß die polierte Fläche keine auf ausgebrochene Diamantteilchen zurückzuführende Löcher besaß, was darauf hindeutete, daß eine feste Bindung vorliegt. Die Dichte der Diamantkristalle betrug etwa 71 Volumenprozent des polykristallinen Diamantkörpers. The diamond area of the composite material according to Example 13 has been polished. When examining the polished It turned out that the polished surface was none holes due to broken diamond particles had, which indicated that there was a firm bond. The density of the diamond crystals was about 71 percent by volume of the polycrystalline diamond body.  

Beispiel 17Example 17

Das Verbundmaterial nach Beispiel 14 wurde als Schneidwerkzeug eingesetzt. Die freie Fläche des polykristallinen Diamantkörpers des Verbundmaterials wurde mit einer Diamantschleifscheibe geschliffen, um die freie Fläche des Diamantkörpers zu glätten und mit einer scharfen Schneidkante zu versehen. Das Substrat des Verbundmaterials wurde dann in einem Werkzeughalter eingespannt.The composite material according to Example 14 was used as a cutting tool used. The free area of the polycrystalline Diamond body of the composite material was made with a diamond grinding wheel honed to the free area of the diamond body smooth and with a sharp cutting edge Mistake. The substrate of the composite material was then in clamped in a tool holder.

Ein Teil der Schneidkante wurde auf einer Drehbank untersucht, mit welcher ein Sandstein mit einem Vorschub von 0,13 mm pro Umdrehung und einer Schnittiefe von 0,5 mm abgedreht wurde.Part of the cutting edge was examined on a lathe, with which a sandstone with a feed of 0.13 mm per revolution and a depth of cut of 0.5 mm was turned off.

Bei einer auf der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von etwa 28,5 m pro Minute betrug der Abrieb 3,6×10-6 cm³ pro Minute. Ein anderer Teil der Schneidkante wurde bei einer an der Oberfläche gemessenen Schnittgeschwindigkeit von 79,3 m pro Minute untersucht. Die Abnutzung betrug in diesem Fall 8,2×10-6 cm³ pro Minute.With a cutting speed measured on the surface of about 28.5 m per minute, the abrasion was 3.6 × 10 -6 cm³ per minute. Another part of the cutting edge was examined at a cutting speed measured on the surface of 79.3 m per minute. The wear in this case was 8.2 × 10 -6 cm³ per minute.

Der Verbundmaterial wurde vom Werkzeughalter entfernt, worauf die Grenzfläche zwischen dem Diamantkörper und dem Substrat untersucht wurde. Es stellte sich heraus, daß die vorgenommenen Bearbeitungen keinen Einfluß auf das Verbundmaterial hatten.The composite material was removed from the tool holder, whereupon the interface between the diamond body and the  Substrate was examined. It turned out that the Edits made have no influence on the composite material had.

Beispiel 18Example 18

Es wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 17 mit der Ausnahme vorgegangen, daß das gemäß Beispiel 15 hergestellte Verbundmaterial verwendet wurde.It was used in the same manner as in Example 17 proceeded with the exception that that prepared according to Example 15 Composite material was used.

Ein Teil der Schneidkante wurde bei einer auf die Oberfläche bezogene Schnittgeschwindigkeit von 30,5 m pro Minute untersucht. Nach einer Schneiddauer von 2 Minuten brachte die Schneidkante eine sehr kleine Verschleißnarbe hervor, was auf eine hervorragende Verschleißfähigkeit hinwies. Der Sandstein hatte jedoch eine tiefe Furche. Da das Verbundmaterial spröde war, brach ein kleines Stück der Schneidkante aus.Part of the cutting edge was on the surface related cutting speed of 30.5 m per minute examined. After a cutting time of 2 minutes brought the cutting edge a very small wear scar out, which indicated excellent wear resistance. However, the sandstone had a deep furrow. Since the composite material was brittle, a small piece broke the cutting edge.

Eine Untersuchung des Verbundmaterials nach dem Schneidvorgang zeigte, daß die Schneidversuche keinen Einfluß auf die Grenzfläche zwischen dem polykristallinen Diamantkörper und dem Siliciumnitridsubstrat hatten.An examination of the composite material after the cutting process showed that the cutting tests had no effect the interface between the polycrystalline diamond body and the silicon nitride substrate.

Beispiel 19Example 19

Das gemäß Beispiel 16 hergestellte Verbundmaterial wurde im wesentlichen in zwei Hälften auseinandergebrochen. Die Bruchflächen wurden optisch untersucht. Bei der Untersuchung der Bruchflächen stellte sich heraus, daß sowohl der polykristalline Diamantkörper als auch die Grenzfläche des Verbundmaterials porenfrei waren, das Bindemittel gleichmäßig im Diamantkörper verteilt und der Bruch transgranular und nicht intergranular war, d. h. daß der Bruch quer durch die Kristalle und nicht entlang der Kristallgrenzen verlief. Dies deutet darauf hin, daß die durch das Bindemittel hervorgerufene Bindung sehr gut und ebenso fest wie die Diamantkristalle selbst ist. Es konnten auch keine sichtbaren Zwischenschichten oder Fehler an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumnitridsubstrat und der polykristallinen Diamantschicht festgestellt werden. Die Bruchfläche des Verbundmaterials hatte ein kontinuierliches Gefüge. Lediglich die unterschiedliche Korngröße zwischen den Diamanten und dem fest haftenden Substrat sowie die dunklere Farbe des Substrats ließen die Grenze zwischen dem Substrat und dem polykristallinen Diamantkörper erkennen.The composite material produced according to Example 16 was essentially broken apart in half. The fracture areas were examined optically. When examining the Fractures turned out to be both polycrystalline Diamond body as well as the interface of the composite material were pore-free, the binder evenly in the diamond body distributed and the fraction transgranular and not intergranular was, d. H. that the break across the crystals  and did not run along the crystal boundaries. This indicates indicates that the one caused by the binder Binding very good and just as firm as the diamond crystals itself is. There were no visible intermediate layers either or failure at the interface between the silicon nitride substrate and the polycrystalline diamond layer will. The fracture surface of the composite material had a continuous structure. Only the different ones Grain size between the diamond and the firmly adhering The substrate as well as the darker color of the substrate left the Border between the substrate and the polycrystalline diamond body detect.

Die Bruchflächen des Verbundmaterials wurden poliert. Bei der optischen Untersuchung der in Fig. 7 gezeigten, polierten Bruchfläche wurde festgestellt, daß die polierte Fläche keine auf ausgebrochene Diamantteilchen zurückzuführende Löcher besaß. Dies ist ein Hinweis dafür, daß eine feste Bindung vorliegt. Die Fig. 7 zeigt in ihrem oberen Teil den polykristallinen Diamantkörper und in ihrem unteren Teil das Substrat. Die dazwischenliegende Grenzfläche kann durch das unterschiedliche Kristallgefüge und durch die unterschiedliche Farbe zwischen dem Diamantkörper und dem Substrat ausgemacht werden. Die Dichte der Diamantkristalle betrug etwa 75 Volumenprozent des in Fig. 7 gezeigten, polykristallinen Diamantkörpers.The fracture surfaces of the composite material have been polished. Upon optical inspection of the polished fracture surface shown in Fig. 7, it was found that the polished surface had no holes due to broken diamond particles. This is an indication that there is a firm bond. Fig. 7 shows in its upper part the polycrystalline diamond body and in its lower part the substrate. The interface between them can be identified by the different crystal structure and the different color between the diamond body and the substrate. The density of the diamond crystals was about 75 volume percent of the polycrystalline diamond body shown in FIG. 7.

Beispiel 20Example 20

Die nach den Beispielen 13, 14 und 15 hergestellten Verbundmaterialien wurden im wesentlichen in zwei Hälften auseinandergebrochen. Die Bruchflächen wurden optisch untersucht. Bei der Untersuchung der Bruchflächen wurde festgestellt, daß sowohl der polykristalline Diamantkörper als auch die Grenzfläche des Verbundmaterials porenfrei waren, das Bindemittel gleichmäßig im Diamantkörper verteilt und der Bruch transgranular und nicht intergranular war, d. h. daß der Bruch quer durch die Kristalle und nicht entlang den Kristallgrenzen verlief. Dies deutet darauf hin, daß die durch das Bindemittel bewirkte Bindung sehr gut und ebenso fest wie die Diamantkristalle selbst ist. Es konnte auch keine sichtbaren Zwischenschichten oder Fehler an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumnitridsubstrat und der anhaftenden, polykristallinen Diamantschicht festgestellt werden. Die Bruchfläche eines jeden Verbundmaterials hatte ein kontinuierliches Gefüge. Lediglich die unterschiedliche Korngröße zwischen den Diamanten und dem fest haftenden Substrat, sowie die dunklere Farbe des Substrats ließen die Grenze zwischen dem Substrat und dem polykristallinen Diamantkörper erkennen.The composite materials produced according to Examples 13, 14 and 15 were essentially broken apart in half. The fracture surfaces were examined optically. When examining the fracture surfaces, it was found that both the polycrystalline diamond body and the interface of the composite material was pore-free,  the binder is evenly distributed in the diamond body and the fracture was transgranular and not intergranular, i.e. H. that the break across the crystals and not along the Crystal borders ran. This indicates that the binding caused by the binder is very good and likewise as solid as the diamond crystals themselves. It could too no visible intermediate layers or defects at the interface between the silicon nitride substrate and the adherent, polycrystalline diamond layer can be found. The Fracture area of each composite material was continuous Structure. Only the different grain size between the diamond and the firmly adhering substrate, as well the darker color of the substrate left the line between recognize the substrate and the polycrystalline diamond body.

Die Bruchfläche des Verbundmaterials gemäß Beispiel 15 wurde poliert. Bei der Untersuchung der polierten Bruchfläche stellte sich heraus, daß die polierte Fläche keine auf ausgebrochene Diamantteilchen zurückzuführende Löcher aufwies, was darauf hindeutet, daß eine feste Bindung vorliegt. Eine Mikroaufnahme der polierten Oberfläche mit einer 690fachen Vergrößerung zeigte eine Zwischenschicht des Bindemittels an der Grenzfläche. Bei einer Auswertung einer elektronischen Mikroaufnahme der polierten Fläche mit einer 1000fachen Vergrößerung wurde an der Grenzfläche eine Zwischenschicht aus Bindemittel festgestellt, die maximal eine Dicke von etwa 3 Mikrometer.The fracture surface of the composite material according to example 15 has been polished. When examining the polished fracture surface it turned out that the polished surface was not broken out Holes to be returned from diamond particles, which indicates that there is a tight bond. A 690x micrograph of the polished surface Magnification showed an intermediate layer of the binder at the interface. When evaluating an electronic Micrograph of the polished surface with a 1000x magnification an intermediate layer was formed at the interface Binder found a maximum thickness of about 3 microns.

Eine Röntgenstrahlenspektralanalyse des Bindemittels in der Zwischenschicht und im polykristallinen Diamantkörper zeigte, daß die Komponenten in beiden Fällen die gleichen waren.An X-ray spectral analysis of the binder in the intermediate layer and in the polycrystalline diamond body showed that the components in both cases same goods.

Claims (10)

1. Verbundmaterial mit Diamantkristallen und einem Siicium enthaltenden Bindemittel, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbundmaterial einen polykristallinen Substratkörper und einen damit unter Bildung eines Schichtkörpers verbundenen, polykristallinen, im wesentlichen porenfreien Diamantkörper aufweist,
daß der Substratkörper aus Siliciumcarbid eine Dichte von 85 bis 100% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids, enthaltend mindestens 90 Gew.-% Sliciumcarbid, oder aus Siliciumnitrid einer Dichte von 80 bis 100% der theoretischen Dichte des Siliciumnitrids, enthaltend mindestens 90 Gew.-% Siliciumnitrid, besteht,
daß der Diamantkörper Diamantkristalle einer Größe von 1 bis 1000 Mikrometer enthält, die 70 bis unter 90 Vol.-% des Diamantkörpers ausmachen und durch ein gleichförmig verteiltes Bindemittel aneinander gebunden sind, das bis zu 30 Vol.-% des Diamantkörpers ausmacht und Siliciumcarbid und ein Silizid und/oder Carbid eines silicidbildenden Metalls enthält, wobei der mit den Diamantoberflächen in Berührung stehende Teil des Bindemittels zumindest größtenteils aus Siliziumcarbid besteht, und
daß die Grenzfläche zwischen Substrat- und Diamantkörper durch das Bindemittel im wesentlichen porenfrei ausgefüllt ist.
1. Composite material with diamond crystals and a binder containing silicon, characterized in that
that the composite material has a polycrystalline substrate body and a polycrystalline, substantially pore-free diamond body connected to form a laminated body,
that the substrate body made of silicon carbide has a density of 85 to 100% of the theoretical density of silicon carbide containing at least 90% by weight of silicon carbide, or of silicon nitride has a density of 80 to 100% of the theoretical density of silicon nitride containing at least 90% by weight Silicon nitride,
that the diamond body contains diamond crystals of a size of 1 to 1000 micrometers, which make up 70 to less than 90% by volume of the diamond body and are bonded to one another by a uniformly distributed binder which makes up to 30% by volume of the diamond body and silicon carbide and a Contains silicide and / or carbide of a silicide-forming metal, the part of the binder which is in contact with the diamond surfaces at least largely consisting of silicon carbide, and
that the interface between the substrate and the diamond body is filled essentially without pores by the binder.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auch elementares Silicium enthält. 2. Composite material according to claim 1, characterized in that the binder also contains elemental silicon.   3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristalle 70 bis 89 Vol.-% des Diamantkörpers ausmachen.3. Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the diamond crystals 70 to 89 vol .-% of the diamond body. 4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristalle unterschiedliche Größe im Bereich von 1 bis 60 Mikrometer besitzen.4. Composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the diamond crystals of different size in the area from 1 to 60 microns. 5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkomponente des Metallsilicids Kobalt, Chrom, Eisen, Hafnium, Mangan, Molybdän, Niob, Nickel, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Thorium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, Yttrium und/oder Zirkonium ist und die Metallkomponente des Metallcarbids Chrom, Hafnium, Titan, Zirkonium, Tantal, Vanadium, Wolfram und/ oder Molybdän ist.5. Composite material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal component of the metal silicide cobalt, chromium, Iron, hafnium, manganese, molybdenum, niobium, nickel, palladium, Platinum, rhenium, rhodium, ruthenium, tantalum, thorium, Titanium, uranium, vanadium, tungsten, yttrium and / or zirconium and the metal component of the metal carbide is chromium, Hafnium, titanium, zirconium, tantalum, vanadium, tungsten and / or is molybdenum. 6. Verfahren zum Herstellen von Verbundmaterial nach Ansruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) in einen als Abschirmung dienenden Behälter oder in eine Aussparung, die in ein einwirkenden Druck unvermindert übertragendes und bei einem Heißpreßvorgang nicht sinterndes Pulvermedium eingepreßt ist, eine Feststoffmasse aus einer siliciumreichen Legierung, die aus Silicium und einem mit Silicium ein Silicid bildenden Metall besteht, sowie eutektisches Gefüge enthält, oder Feststoffkomponenten zur Bildung dieser siliciumreichen Legierung sowie eine Diamantkristallmasse und ein polykristallines Siliciumcarbid- oder Siliciumnitridsubstrat eingebracht werden, wobei die Diamantkristallmasse zwischen und in Berührung mit dem Substrat und der Feststoffmasse oder mindestens einer Feststoffkomponente der Legierung angeordnet wird,
  • b) der Behälter samt Inhalt in einem einwirkenden Druck unvermindert übertragenden und bei einem Heißpreßvorgang nicht sinternden Pulvermedium angeordnet und im Falle der Aussparung der Inhalt mit dem Pulvermedium abgedeckt wird,
  • c) über das Pulvermedium auf Behälter oder Aussparung und Inhalt isostatischer Druck ausgeübt und dadurch die Diamantkristallmasse auf einen Diamantgehalt von über 70 Vol.-% verdichtet sowie ein formstabiles von Pulvermedium umschlossenes isostatisches System gebildet wird,
  • d) das isostatische System einem Heißpreßvorgang bei einer Temperatur von unter 1600°C unterworfen wird, bei dem eine flüssige siliziumreiche Tränklegierung erschmolzen und unter dem einwirkenden Druck in die Diamantkristallmasse eingeschwemmt und in Berührung mit dem Substrat gebracht wird sowie weniger als 5 Vol.-% der Diamantkristallmasse in Kohlenstoff anderer Modifikation umgewandelt werden, und die Durchführung desHeißpreßvorganges in einer Atmosphäre erfolgt, die keinen schädlichen Einfluß aufdie Diamantkristallmasse, die Tränklegierung und das Substrat hat,
  • e) das heißgepreßt isostatische System zur Aufrechterhaltung der Abmessungen unter Druck abgekühlt und
  • f) das gebildete Verbundmaterial entnommen wird.
6. A method for producing composite material according to claim 1, characterized in that
  • a) a solid mass made of a silicon-rich alloy consisting of silicon and a metal forming silicon with silicon, is pressed into a container serving as a shield or into a recess which is uninterruptedly transmitted into a pressure medium which transmits an active pressure and does not sinter during a hot pressing process, and contains eutectic structure, or solid components for forming this silicon-rich alloy and a diamond crystal mass and a polycrystalline silicon carbide or silicon nitride substrate are introduced, the diamond crystal mass being arranged between and in contact with the substrate and the solid mass or at least one solid component of the alloy,
  • b) the container and its contents are arranged in a powder medium which transmits the pressure unabated and does not sinter during a hot-pressing process and, in the case of a recess, the contents are covered with the powder medium,
  • c) isostatic pressure is exerted on the container or recess and contents of the powder medium, thereby compacting the diamond crystal mass to a diamond content of more than 70% by volume and forming a stable isostatic system enclosed by the powder medium,
  • d) the isostatic system is subjected to a hot pressing process at a temperature of below 1600 ° C., in which a liquid silicon-rich impregnating alloy is melted and, under the pressure acting on it, washed into the diamond crystal mass and brought into contact with the substrate, and less than 5% by volume the diamond crystal mass is converted into carbon of another modification, and the hot pressing process is carried out in an atmosphere which has no detrimental effect on the diamond crystal mass, the impregnating alloy and the substrate,
  • e) the hot pressed isostatic system to maintain the dimensions cooled under pressure and
  • f) the composite material formed is removed.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Diamantkristalle unterschiedlicher Größe im Bereich von 1 bis 60 Mikrometer verwendet werden.7. The method according to claim 6, characterized in that Diamond crystals of different sizes in the range of 1 to 60 microns can be used. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränklegierung in einer auf das Volumen der zusammengepreßten Diamantkristallmasse bezogenen Menge von 25 bis 80% angewendet wird. 8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the impregnating alloy in a volume equal to the volume of the compressed diamond crystal mass related amount of 25 to 80% is applied.   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkristallmasse auf ein Volumen verdichtet wird, bei dem die Diamantkristalle 71 bis unter 95 Vol.-% ausmachen.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the diamond crystal mass is compressed to a volume, in which the diamond crystals make up 71 to less than 95% by volume. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmasse der siliciumreichen Legierung in Form von Körnern verwendet wird.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the solid mass of the silicon-rich alloy in the form of grains is used.
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