[发明专利]用于研磨或切割工具生产的聚集磨料

说明书

技术领域

本发明总体涉及形成用于生产研磨或切割工具（abrading or cutting tool）的聚集磨料粒（聚集磨料颗粒，aggregate abrasive grain）的方法。在下文中，“聚集磨料粒”或“聚集颗粒”等是指磨料或超硬磨料颗粒（超磨料颗粒，superabrasive particle）（“核心颗粒”），其通过化学键或机械方式附着于另外的磨料或超硬磨料颗粒（“外围颗粒”）。这样的聚集颗粒尤其可用于促进生产研磨或切割工具，例如钻头（drill bits）、插入件（插入物，insert）或用于钻头的切割元件等，以及用于改善上述工具的质量。

背景技术

用于切割和/或研磨的工具常规由适宜的基体材料（matrix material）制造，该基体材料具有埋置在基体材料内的微小磨料粒，如金刚石。基本上，通过常规粉末冶金技术来形成上述工具，其中磨料粒最初与以粉末形式的基体材料（例如，金属、合金、金属碳化物等、以及它们的混合物）和一些粘合剂混合，其后，压模混合物以粘结并使混合物成为所期望的工具形状。在所谓的热压法中，将混合物放入到具有待形成的研磨工具形状的模具中，并在较高压力和温度下压制以引起可烧结材料的烧结。根据“冷压和烧结”技术，首先在高压下将混合物压制成所期望的工具形状，其后在炉中在高温下烧制以烧结工具。作为这些压实技术的一种可替换方式，例如根据文献EP 0754106B1已知，以淤浆或糊的形式提供软且易变形的预制件，该淤浆或糊包含以粉末形式的基体材料、磨料粒和一些液体粘合剂相。随后烧结和/或渗透软且易变形的预制件。以这些或类似方式制造的工具通常被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取决于在工具的表面或容积上磨料粒分布的均匀度以及取决于在包围基体材料内的磨料粒的保持强度。在按照任何上述技术制造的工具中，磨料粒是随机分布的，这意味着它们的一些可以彼此邻近，可能彼此接触，而工具的一些区域可以仅具有很小的磨料粒密度。事实上，这会负面影响工具的切割或研磨性能。

在整个基体材料中朝向磨料颗粒均匀分布的一个重要步骤是在美国专利3,779,726中教导的方法。此文献提出在有可烧结材料和粘合剂的粉末存在的条件下辗转磨料粒，同时在其上喷洒受控量的水。这样，每个磨料颗粒以这样的方式特殊地涂布有可烧结颗粒体（particulate mass）使得形成颗粒，所谓的“粒料”。随后在高压下（35吨/平方英寸，即大约500MPa），可能在与粒状金属粉末混合之后，将这些粒料压制成所期望的形状。本领域技术人员明了，将粒料与金属粉末混合可以引起在金属粉末和粒料之间的分离问题。用于单独涂布磨料粒的另一种方法披露于美国专利4,770,907中。此方法开始于制备以预定相对浓度溶解在有机溶剂中的所选金属粉末和粘合剂的淤浆。然后在工作容器中流化磨料粒核心并在流化期间将淤浆喷射在磨料粒核心上，从而在每个磨料粒上构建和干燥淤浆的通常均匀涂层。就颗粒分布而言，借助于WO 2008/025838A1的方法已实现进一步的改善，按照上述方法，形成了柔软、易变形糊，其具有分散在其中的超硬磨料颗粒，每个这些颗粒被单独结壳（包壳，镶嵌，encrust）在预烧结材料的涂层内。预烧结涂层保持超硬磨料颗粒彼此至少相距涂层厚度的两倍。这些涂层还防止在超硬磨料与挤出/注射模塑系统的模具或壁之间的直接接触。

美国专利申请2008/0017421A1披露了包裹颗粒，其封装（“壳层（shell）”）包含可烧结基体材料和磨料颗粒。基质的组成以及磨料颗粒在壳层中的类型、大小和密度可以取决于用于研磨或切割工具的规格而选择。为了产生具有类似量的壳层材料和大致相同尺寸的单独包裹颗粒，US2008/0017421A1表明在常规混合机中混合待包裹的颗粒、基质粉末和用于壳层的磨料颗粒，并用造粒机处理获得的混合物，其中混合物被挤压成短“香肠”形状，然后将其辊压成球（颗粒）并干燥。作为一种可替换方式，上述文献提出使用所谓的Fuji-Paudal造粒机，其披露于例如US4,770,907中。关于“香肠”方法，形成的颗粒并不是均匀的，以致需要选择大致相同尺寸的颗粒的步骤。这种方法具有另外的缺点：形成的每个颗粒不一定包含一个（以及仅一个）核心颗粒并且核心颗粒并不一定中心地位于其壳层内。因而，2008/0017421A1并不能生产在中心具有单个磨料颗粒的粒料。