[发明专利]等级钻削刀具

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年1月26日提交的美国临时专利申请 No.60/886,711的优先权。

技术领域

本申请涉及具有各种物理特征的磨料复合片(abrasive compact)， 比如具有连续梯度、多轴向梯度、或多个独立梯度的复合片。

背景技术

磨料复合片广泛地应用于钻孔、打眼、切削、铣削、研磨或其他 材料去除操作。磨料复合片包括烧结、结合、或以其它方式合并成固 体的超硬颗粒。超硬颗粒可包括天然金刚石或合成金刚石、立方氮化 硼(CBN)、碳氮(CN)化合物、硼碳氮氧(BCNO)化合物、或硬 度比碳化硼硬度高的任何材料。超硬颗粒可以是单晶、多晶聚合体， 或为单晶和多晶的聚合体。

在商业上，磨料复合片有时称为多晶金刚石(PCD)，或者当基 于金刚石时称为金刚石复合片。基于CBN的磨料复合片通常称为多晶 立方氮化硼(PCBN)或CBN复合片。已经部分或全部去除残余的烧结 催化剂的磨料复合片有时被称为沥滤过的或热稳定的复合片。与硬质 合金或其它基底相结合的磨料复合片有时被称为支撑复合片。

磨料复合片对于要求抗磨、抗腐蚀、抗热应力、抗冲击阻力和强 度的高要求应用是有用的。对这些磨料复合片的设计折衷在将磨料复 合片附接到支撑基底、烧结工艺限制或平衡逆向变换性能比如对烧结 添加物的需要及它们对抗腐蚀性能的影响方面出现困难。现有技术的 磨料复合片使用分层微观结构来克服这些设计折衷中的一些。现有技 术的具有不同超硬颗粒尺寸的层之间的转变在图1示出，其中具有细颗 粒114的均匀的细颗粒区111和具有相应的粗颗粒113的均匀的粗颗粒 区112是可见的。图2示出图1的复合片的颗粒尺寸在距刀具的作用切削 表面550微米处出现的突然变化。

现有技术的复合片还使用了突然的化学转变。图3的电子显微照片 示出现有技术的支撑磨料复合片中的催化剂浓度变化213、214。催化 剂金属衰竭区211靠近作用切削表面217。催化剂金属在富金属区212作 为浅灰色线的细网络是可见的。也可通过沿着从一个表面215到另一表 面216的线行进的电子束微探针分析显示该转变。图4以曲线图表示出 了沿表面215和216之间的线的图3刀具的催化剂浓度降低5倍。两个转 变都发生在约一个粗晶粒直径范围内。

现有技术的磨料复合片的物理性能或结构的突然转变也由例如美 国专利No.5,135,061、美国专利No.6,187,068和美国专利No.4,604,106的 专利附图支持，这些专利的公开内容的全部在此通过引用并入。前述 磨料复合片全都包含具有基本均匀的物理特征区之间的突然转变的分 离层。物理、化学或结构特征的突然转变能降低磨料复合片的性能。

发明内容

在实施方式中，磨料复合片(abrasive compact)包括合并成固体 块的多个超磨料颗粒(superabrasive particle)。颗粒具有连续、单调和 单轴向的特征梯度。

可选地，所述特征梯度是颗粒尺寸梯度。另外，颗粒尺寸沿轴线 的最大变化率可以是每1微米直径转变小于1微米。

可选地，所述特征梯度可以是孔尺寸梯度。另外，孔尺寸沿轴线 的最大变化率可以是每1微米直径转变小于1微米。

作为另一选择，所述特征梯度可以是颗粒形状梯度。另外，颗粒 纵横比沿轴线的最大变化率可以是每1微米转变小于0.1。

在又一选择中，所述特征梯度可以是超磨料颗粒浓度。

在另一实施方式中，一种磨料复合片包括合并成固体块的超磨料 材料。该固定块具有至少两个特征梯度，所述至少两个特征梯度中的 每一个都是连续的。梯度可以是(i)单调和单轴向的或者(ii)振荡的。