In DE A 19839091 (entspricht der US Anmeldung mit der Serial Number 09/332722) wird ein Nickel-Diamant beschichteter Säge- draht, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwen- dung beschrieben. Ein solcher Draht kann zum Sägen sprödharter Materialien wie Silizium eingesetzt werden. Die Herstellung des Sägedrahtes erfolgt dadurch, daß ein Draht nach einer che- mischen Vorbehandlung in ein Chemisch-Nickel-Bad eingebracht wird, das Diamantpartikel, vorzugsweise eines mittleren Durch- messers von 5 bis 30 ßm, enthält. Die sich auf der Drahtober- fläche ablagernden Diamantpartikel werden zunächst von schwa- chen chemischen und/oder physikalischen Bindungskräften fi- xiert. Im Verlaufe des Beschichtungsprozesses werden die an- haftenden Diamantpartikel von der aufwachsenden Nickelschicht fest umschlossen und somit sicher verankert. Die Dicke der me- tallischen Bindephase beträgt vorzugsweise 5-20 um. Durch eine anschließende thermische Aushärtung werden die Eigen- schaften der metallischen Bindephase erheblich verbessert. So ist ein Abbau der Zugeigenspannungen in der metallischen Bin- dephase zu beobachten, die Haftfestigkeit wird erhöht und die Schichthärte deutlich gesteigert. Ein solcher Draht zeigt beim Sägen von Silizium sehr gute Sägeresultate, wie aus der o. g.

Anmeldung ersichtlich.

Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften erscheint der Nickel- Diamant beschichtete Sägedraht auch für das Sägen von kerami- schen Hartstoffen wie Siliziumkarbid geeignet. In Versuchen zeigte sich zwar, das keramische Hartstoffe grundsätzlich mit einem solchen Sägedraht getrennt werden können, die hohe Härte der keramischen Hartstoffe führt jedoch dazu, daß die erreich-

baren Sägeraten und auch die Lebensdauer des beschichteten Sä- gedrahtes für eine industrielle Nutzung nicht ausreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen diamantbelegten Sägedraht zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Verschleißfestig- keit beim Sägen von harten Materialien wie z. B. keramischen Hartstoffen besitzt.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Sägedraht, bestehend aus einem Stahldraht, einer Zwischenschicht und einer metallischen Bindephase, in die Diamantkörner mit einem mittleren Durchmes- ser von 10 bis 50 ßm eingelagert sind, wobei die Zwischen- schicht unversehrt und frei von Diamantkörnern ist und sowohl eine Wasserstoffversprödung des Drahtes verhindert, als auch eine ausreichende Haftfestigkeit der metallischen Bindephase sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bin- dephase eine Härte zwischen 600 und 1100 HV 0,1 besitzt und aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht besteht, welche konzentrisch um den mit der Zwischenschicht versehenen Stahldraht angeordnet sind, wobei die innere Schicht eine Stärke von etwa 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn- Durchmessers hat und die äußere Schicht eine solche Stärke hat, daß die Gesamtstärke der metallischen Bindephase 45-55% des mittleren Diamantkorn-Durchmessers beträgt und die Dia- mantkörner einen mittleren Abstand von nicht mehr als dem 5- fachen ihres mittleren Durchmessers haben und sich zwischen den Diamantkörnern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 50 m weitere feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 um befinden.

Die auf dem Sägedraht fixierten Diamantkörner sind somit bis etwa zu ihrem Äquator in der metallischen Bindephase veran- kert.

Die auf dem Draht fixierten Diamantkörner haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 25 bis 45 ßm. Die genannten Diamantkörner befinden sich vorzugsweise in einer derartigen

Menge auf dem Draht, daß ihr mittlerer Abstand nicht mehr als das 0,5-bis 3-fache ihres mittleren Durchmessers beträgt.

Zwischen den Diamantkörnern des mittleren Durchmessers von 10 bis 50 um befinden sich weitere feine Partikel. Bei diesen feinen Partikeln handelt es sich vorzugsweise um Hartstoffpar- tikel. Sie haben einen mittleren Durchmesser von 1 bis 6 Fm, vorzugsweise 2 bis 4 Fm. Diese feinen Partikel sind vorzugs- weise nur in der oberen der beiden Schichten der metallischen Bindephase vorhanden.

Bei diesen kleineren Hartstoffpartikeln handelt es sich vor- zugsweise ebenfalls um Diamantkörner. Der mittlere Durchmesser dieser feinen Diamantkörner wird bei der Festlegung der Schichtdicke der Bindephase (erfindungsgemäß 45-55 % des mitt- leren Diamantkorn-Durchmessers) nicht berücksichtigt. Für die Festlegung der Schichtdicke der Bindephase dient nur der mitt- lere Durchmesser der gröberen Diamantkörner.

Der erfindungsgemäße Sägedraht hat einschließlich Schleifkorn- belag vorzugsweise einen Durchmesser von bis zu max. 0,35 mm.

Als Stahldraht wird vorzugsweise nichtrostender Federstahl- draht aus Chrom-Nickel-Stahl verwendet. Geeignet sind z. B. die Werkstofftypen 1.4310,1.4401,1.4539,1.4568 und 1.4571 (Bezeichnung nach DIN 17224).

Der Stahldraht hat vorzugsweise einen Durchmesser von 0,15 bis 0,30 mm.

Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus einem Metall, ei- ner Metallegierung oder einer Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und einer Metallegierung.

Vorzugsweise handelt es sich um ein Metall, eine Metallegie- rung oder eine Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und einer Metallegierung, die mit guter Haftfestigkeit galva-

notechnisch beschichtbar ist und gleichzeitig als Wasserstoff- barriere wirkt.

Geeignete Metalle sind z. B. Kupfer und Nickel und als Metall- legierung z. B. Messing.

Die Zwischenschicht hat vorzugsweise eine Stärke von 1 bis 10 ßm.

Die metallische Bindephase besteht vorzugsweise aus Nickel bzw. Nickellegierungen. Besonders bevorzugt besteht sie aus außenstromlos abgeschiedenem Nickel (Chemisch Nickel).

Die metallische Bindephase hat vorzugsweise eine Härte HV 0,1 von 800 bis 1100, besonders bevorzugt 1000 bis 1100.

Vorzugsweise variiert die Dicke der Zwischenschicht um den Draht um nicht mehr als 5 %.

Vorzugsweise variiert die Dicke der metallischen Bindephase um den Draht um nicht mehr als 5 %, besonders bevorzugt um nicht mehr als 2,5%.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der metallischen Bindephase 12 bis 15 Fm und die Dicke der metallischen Bindephase um den Draht variiert um ma- ximal 0,4 Fm.

Der erfindungsgemäße Sägedraht kann wie folgt hergestellt wer- den : Wie bereits aus DE A 19839091 bekannt, erfährt ein mit einer Zwischenschicht versehener Draht eine auf das Grundmaterial abgestimmte, chemische Vorbehandlung. Sie ist im Stand der Technik bekannt und besteht üblicherweise aus bekannten Ent- fettungs-, Beiz-und Aktivierungsbehandlungen. Anschließend erfolgt die Beschichtung in einem sogenannten Chemisch-Nickel-

Diamantbad (Bad zur außenstromlosen Nickel-Diamant- Abscheidung). Solche Bäder sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Wie aus dem Stand der Technik ferner bekannt, kann es nützlich sein, das Anspringen der Metallisierung durch einen kurzen Stromstoß einzuleiten. Durch eine geeignete Bewegung von Draht und Elektrolyt wird eine gleichmäßige Diamanteinla- gerung auf dem gesamten Umfang des Drahtes erreicht. Erfin- dungswesentlich ist beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Beschichtung in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe Diamantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10-50 Mm auf dem Draht abgelagert werden und in der zweiten Stufe feine Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 6 Fm auf dem Draht abgelagert werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich innerhalb einer Stunde um den Faktor 10'mehr beschichteter Draht her- stellen, als mittels elektrochemischer Abscheidung in kontinu- ierlichen Durchlaufanlagen bei vergleichbarer Anlagengröße.

Vorzugsweise wird im Anschluß an die Beschichtung eine mindes- tens einstündige Wärmebehandlung durchgeführt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die zweistufige Be- schichtung des Drahtes nach der chemischen Vorbehandlung vor- zugsweise wie folgt : In der ersten Beschichtungsstufe wird der Draht in ein Che- misch-Nickel Bad eingebracht, das Diamantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10-50 Fm,-vorzugsweise 25-45 m-, enthält. Der Beschichtungsprozeß wird so gesteuert, daß sich im Idealfall eine Monolage von Diamantkörnern auf die Drahtoberfläche ablagert, die im Verlaufe des Prozeßes von der aufwachsenden Nickelschicht fixiert werden. Die erste Be- schichtungsstufe ist abgeschlossen, sobald die Nickelschicht eine Dicke von 10 bis 25 % des mittleren Diamantkorn-Durch- messers erreicht hat.

In der zweiten Beschichtungsstufe erfolgt die Abscheidung ei- ner weiteren Chemisch-Nickel-Schicht, die deutlich feinere Partikel enthält als die erste Chemisch-Nickel-Schicht.

Die Dicke der in dieser 2. Verfahrensstufe abgeschiedenen Che- misch-Nickel-Schicht mit darin eingebetteten, feinen Partikeln wird so gewählt, daß die Gesamtschichtdicke einschließlich der im ersten Beschichtungsschritt abgeschiedenen Schicht vorzugs- weise 45-55 % des mittleren Diamantkorn-Durchmessers der Di- amantkörner, die im ersten Verfahrensschritt verwendet wurden, beträgt. Bei der näherungsweise äquiaxialen Gestalt des Dia- mantkorns wird somit eine gute Verankerung bis etwa zum Äqua- tor der Diamantkörner in der metallischen Bindephase erreicht.

Die feinen Partikel haben in diesem Bad einen mittleren Korn- durchmesser von 1 bis 6 um, bevorzugt von 2 bis 4 ßm.

Bevorzugt handelt es sich um Hartstoffpartikel, wobei von die- sen wiederum Diamantpartikel bevorzugt sind.

In dieser zweiten Beschichtungsstufe erfolgt somit die Veran- kerung der groben Diamantkörner mit einer weiteren Chemisch- Nickel-Dispersionsschicht.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die gesamte zur Fixierung der groben Diamantkörner auf dem Draht erforderliche metalli- sche Bindephase als eine Dispersionsschicht mit eingelagerten groben Diamanten und feinen Hartstoffpartikeln auszubilden.

Das Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines solchen Drah- tes wird dann, wie in DE 19839091 beschrieben, durchgeführt, wobei dem Beschichtungsbad sowohl grobe als auch feine Körner gleichzeitig zugesetzt werden. Ein solches Herstellungsverfah- ren ist zwar einfacher durchzuführen, als das erfindungsgemä- ße, allerdings hat der so erhaltene Draht den gravierenden Nachteil, daß er seine Schneidefähigkeit, insbesondere beim Sägen harter Materialien, aus folgendem Grund frühzeitig ver- liert :

Die gegen Ende der Verweilzeit des Drahtes im Beschichtungsbad eingebundenen groben Diamantkörner sind wegen ihrer schwachen Verankerung in der Bindephase nur leicht fixiert. Sie werden beim Sägen rasch herausgerissen. Das führt zum umgehenden Ver- lust der Schneidfähigkeit des Drahtes.

Wie bereits in DE-A-19839091 beschrieben, wird der Sägedraht nach der Beschichtung üblicherweise einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei 350 °C unterzogen, um in der Schicht vorhan- dene Zugeigenspannungen abzubauen und die Schichthärte und da- mit den Verschleißwiderstand der metallischen Bindephase zu erhöhen.

Da bei der Verankerung der groben Diamantpartikel in einer weiteren Dispersionsschicht bereits eine unter Druckeigenspan- nungen stehende Schicht mit hohem Verschleißwiderstand vor- liegt, ist es bevorzugt, eine Wärmebehandlung ausschließlich unter dem Gesichtspunkt einer Steigerung der Schichthaftfes- tigkeit durchzuführen. Dazu ist eine Wärmebehandlungstempera- tur von 150-200 °C ausreichend.

Diese niedrige Wärmebehandlungstemperatur hat nun den Vorteil, daß auch geeignete unlegierte hochfeste Drähte nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren beschichtet und ohne kritischen Abfall von Zugfestigkeit und Elastizität bei 150-200 °C thermisch behandelt werden können.

Elektrolytische Abscheideverfahren sind zur Herstellung des erfindungsgemäßen Drahtes nicht geeignet, da mit ihnen die er- findungsgemäße Härte der metallischen Bindephase und die vor- zugsweise vorhandene geringe Dickenschwankung der metallischen Bindephase nicht erreichbar sind.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) Herstellung eines Vergleichsdrahtes analog J-OS 09-001455 : Es wurden 60 m eines hochlegierten Stahldrahtes, käuflich er- hältlich unter der Bezeichnung 12 R 10 Nicoat bei der Firma Sandvik, mit einem Durchmesser von 0,18 mm auf einen für die stromlose Nickelabscheidung üblichen Warenträger aufgenommen.

Der Draht wurde der bei einer stromlosen Nickelabscheidung üb- lichen Entfettungs-, Beiz-und Aktivierungsbehandlung unterzo- gen. Anschließend erfolgt die Beschichtung in einem käuflich erhältlichen Chemisch-Nickel-Diamantbad (erhältlich unter der Bezeichnung Niposit 65 bei der Firma Shipley in Esslingen).

Dem Bad werden Diamantpartikel mit einem mittleren Korndurch- messer von 25 ßm (käuflich erhältliches genormtes Standardpro- dukt) zugesetzt. Durch eine Bewegung von Draht und Elektrolyt wurde eine gleichmäßige Diamanteinlagerung auf dem gesamten Umfang des Drahtes in die aus Chemisch-Nickel bestehende Bin- dephase erreicht. Nach Erreichen einer Chemisch-Nickel- Schichtdicke von 3 um wurde der Warenträger aus dem Diamantbad entnommen und nach einem Spülschritt in ein weiteres, jedoch feststofffreies Chemisch-Nickel-Bad umgesetzt. Die Expositi- onszeit in diesem Bad wurde so gewählt, daß die Dicke der feststofffreien Schicht 8 um betrug und somit eine Gesamt- schichtdicke von 11 ßm vorlag. Nachfolgend wird dieser Draht als Sägedraht b) bezeichnet.

Beispiel 2 Herstellung eines erfindungsgemäßen Sägedrahts Bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren erfolgte das Aufbringen der groben Diamantpartikel auf der Drahtoberfläche analog Beispiel 1. Auch hier betrug die Dicke der Chemisch- Nickel-Schicht 3 Mm. Anschließend wurde der Warenträger dem Bad entnommen und nach einem Spülschritt in ein weiteres Che- misch-Nickel-Diamantbad umgesetzt. In diesem Bad lagen Dia-

mantpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 2 Fm vor. Die Expositionszeit in dem Bad wurde so gewählt, daß die Dicke der Dispersionsschicht 8 ßm betrug und somit ebenfalls eine Ge- samtschichtdicke von 11 ßm vorlag. Nachfolgend wird dieser Draht als Sägedraht c) bezeichnet.

Beide Sägedrahtvarianten wurden abschließend zum Zwecke der Aushärtung bei 350°C für eine Stunde wärmebehandelt.

Beispiel 3 Ermittlung der Verschleißfestigkeit eines erfindungsgemäßen Sägedrahtes und zweier Sägedrähte des Stands der Technik Zur Beurteilung der Drähte wurden vergleichende Sägeversuche an Silizium-und Siliziumkarbidproben auf einer Well- Labordrahtsäge (Typ 6234) mit dem in DE A 19839091 beschriebe- nen Meßsystem durchgeführt.

Die Funktionsweise dieser Säge mit Vor-und Rückspulen des Sä- gedrahts hat zur Folge, daß der Draht pro Minute bis zu 10 mal seine Arbeitsrichtung ändert. Im Laufe längerer Sägezeiten finden also mehrere hundert Drahtüberläufe im Sägespalt statt, so daß die Standfestigkeit des Drahtes deutlich zum Ausdruck kommt.

Es wurden folgende Sägedrähte eingesetzt : a) ein bekannter Sägedraht gemäß DE A 19839091 (dort erfin- dungsgemäßes Beispiel) b) ein Sägedraht mit einer Verankerung der Diamantpartikel mit einer feststofffreien Nickelschicht, wie er beispielsweise in J-OS 09-001455 beschrieben ist (Draht aus Beispiel 1). c) ein erfindungsgemäßer Sägedraht mit einer Verankerung der Diamantpartikel mit einer Nickel-Diamant-Schicht, in die Diamantpartikel des Korndurchmessers 2 m eingelagert wur- den (Draht aus Beispiel 2).

Die Diamantbelegungsdichte war bei allen Sägedrähten iden- tisch. Der Kornüberstand der groben Diamantpartikel war in den Fällen b) und c) identisch. Beim Sägedraht a) waren aufgrund der zum Teil nur wenig eingebetteten Diamanten lokal deutlich höhere Kornüberstände vorhanden.

Die Ergebnisse der Sägeversuche lassen sich wie folgt zusam- menfassen : Beim Sägen eines Siliziumquaders (50 x 22.5 mm) wurden die besten Ergebnisse mit dem Sägedraht c) erreicht. Die zum Tren- nen der Probe erforderliche Zeit liegt um etwa 10 % niedriger als beim Draht a) und noch um 5 % niedriger als beim Draht b).

Besonders augenfällig sind die Vorteile des Sägedrahts c) beim Trennen von Siliziumkarbid : Bei diesen Versuchen fand als Probekörper ein SiC-Zylinder mit einem Durchmesser von 65 mm Verwendung. Als Maß für die Schnittleistung der Drähte wurde die gesagte Fläche pro Zeit- einheit herangezogen. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 wiederge- geben : Tab. 1 Gesägte Siliziumcarbid-Fläche in Abhängigkeit von der Sägedauer Gesägte Fläche Sägedauer in Minuten (mm2) Sägedraht a) Sägedraht b) Sägedraht c) 500 8, 0 5, 5 5, 0 1000 16, 5 13, 0 10, 5 1500 27, 5 21, 0 17, 5 2000 40, 5 31, 5 26, 5 2500 56, 5 44, 0 36, 0 3000 76, 0 59, 5 48, 5

Die in Tab. 1 wiedergegebenen Ergebnisse zeigen, daß bei Ver- wendung des Sägedrahts c) die zum Trennen der Siliziumkarbid- probe erforderliche Zeit um etwa 35 % niedriger liegt als beim Draht a) und noch um über 20 % niedriger als beim Draht b).

Weiterhin ist ersichtlich, daß der Sägedraht c) mit zunehmen- der Schnittfläche weitaus weniger an Sägeleistung verliert als die Drähte a) und b) und daher besonders für das Trennen von harten Materialien geeignet ist.