[发明专利]用于生产研磨或切割工具的聚集体研磨颗粒

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种形成用于生产研磨或切割工具的聚集体研磨颗粒(aggregate abrasive grain)的方法。在下面，“聚集体研磨颗粒”或“聚集体颗粒”是指研磨或超研磨颗粒(“核心颗粒(coreparticle)”)，其上通过化学键或机械地附着有另外的研磨或超研磨颗粒(“外围颗粒(peripheral particle)”)。这样的聚集体颗粒是有用的，特别是用于促进研磨或切割工具如钻头、用于钻头的插件或切割元件等的生产，以及用于改进这种工具的质量。

背景技术

用于切割和/或研磨的工具通常由合适的基体材料和埋置在基体材料内的微小研磨颗粒如金刚石制造。基本上，这种工具通过传统的粉末冶金技术形成，其中研磨颗粒最初与以粉末形式的基体材料(如，金属、合金、金属碳化物等，以及它们的混合物)和粘结剂混合，此后，将混合物压制成型以粘结并使混合物成形为所需工具。在所谓的热压方法中，将混合物放置在具有待形成研磨工具形状的模具中并在高压和高温下压制以引起可烧结材料的烧结。根据“冷压和烧结”技术，将混合物首先在高压下压制成所需工具形状，其后在炉子中在高温下烧制以烧结成工具。作为这些压制技术的替换，例如从文献EP 0 754 106 B1已知，提供软的且易于变形的以浆料或糊剂形式的预制品(preform)，该浆料或糊剂包含以粉末形式的基体材料、研磨颗粒和某些液体粘结剂相。随后将软的且易于变形的预制品烧结和/或渗透。以这些或类似方式制造的工具通常称为金属粘结的研磨或切割工具。

研磨或切割工具的效率和寿命尤其由工具表面或体内研磨颗粒分布的均匀性程度和在周围基体材料内研磨颗粒的保持强度确定。在根据任何上述技术制造的工具中，研磨颗粒是随机分布的，这意味着其中某些研磨颗粒可以彼此靠近，可能彼此接触，而工具的某些区域可能仅具有小密度的研磨颗粒。实际上，这消极地影响工具的切割或研磨性能。

在基体材料内均匀分布研磨颗粒的重要步骤是美国专利3,779,726中教导的方法。该文献提出了在有可烧结材料粉末和粘结剂存在的情况下翻滚研磨颗粒，同时其上喷射有控制量的水。以这种方式，使每个研磨颗粒单独地涂覆有可烧结微粒体，以这样的方式形成了颗粒，即所谓的“球粒”。随后将这些颗粒可能在与微粒状金属粉末混合之后在高压(每平方英寸35吨，即，约500MPa)下压制成所需形状。本领域技术人员意识到将颗粒与金属粉末混合可以引起金属粉末与微球之间的偏析(segregation)的问题。另一种用于单独涂覆研磨颗粒的方法在美国专利4,770,907中公开。这种方法开始于制备所选金属粉末和以预定的相对浓度溶解在有机溶剂中的粘结剂的浆料。然后将研磨颗粒核心在工作容器中流化，且将浆料在流化过程中喷涂到研磨颗粒核心上，从而在每个研磨颗粒上形成通常均匀的浆料涂层并干燥。在颗粒分布方面的进一步改进已经用WO 2008/025838 A1的方法实现，根据该方法形成了软的、易于变形的糊剂，该糊剂具有分散在其中的超研磨颗粒，这些颗粒中的每一个都被单独地包壳在预烧结材料的涂层内。预烧结的涂层使超研磨颗粒彼此保持至少为涂层厚度两倍的距离。这些涂层也防止超研磨颗粒和模具或挤出/注射成型系统的壁之间的直接接触。

美国专利申请2008/0017421 A1公开了包封的颗粒，其包封(“壳体”)包括可烧结基体材料和研磨颗粒。基体的成分以及壳体中研磨颗粒的类型、尺寸和密度可以根据研磨或切割工具的规范进行选择。为了单独生产具有类似量的壳体材料和近似相同尺寸的包封颗粒，US 2008/0017421 A1建议在传统的混合机器中混合待包封的颗粒、用于壳体的基体粉末和研磨颗粒，并使用制粒机处理最终混合物，其中将混合物挤出成短“腊肠”形状，然后将其辊压成球(颗粒)并干燥。作为替换，该文献提出了使用所谓的Fuji-Paudal造粒机，如US 4,770,907中公开的。关于“腊肠”方法，所形成的颗粒是不均匀的，因此，需要选择基本上相同尺寸的颗粒的步骤。该方法具有进一步的缺点，即，所形成的每个颗粒不是必需地包含一个(且仅一个)核心颗粒，且该核心颗粒不是必需地定位在壳体内的中心。因此，2008/0017421 A1不能生产在中心具有单个研磨颗粒的粒料。