[发明专利]制备磨料制品的方法

说明书

本发明涉及一种制备磨料制品的方法。

磨料制品广泛地用于切削，研磨，磨削，钻削及其他研磨操作。磨料制品由大量的金刚石或立方体形的一氮化硼颗粒结合成粘附的多晶凝聚体而组成。组成磨料制品的磨料颗粒含量高，而且，一般，大量的是颗粒与颗粒的直接的结合。磨料制品一般在升高温度和压力的条件下来制备，其中，作为磨料颗粒的是金刚石或立方体形的一氮化硼，它们结晶学上是稳定的。

磨料制品有变脆的趋向，因此在使用时经常通过将其结合到烧结的碳化物基质物或者载体上而被支承。这种经过支承的磨料制品，在本技术领域中作为复合磨料制品是众所周知的了。复合磨料制品可以用作例如磨削工具的工作表面。

复合磨料制品的实例已被公开于美国专利说明书3745623，3767371及3743489中。

复合磨料制品一般是通过将颗粒形式的、形成磨料制品所必须的一些组分置于烧结的碳化物基质物上而制备的。将该尚未结合的组合放在反应器中，然后，将此反应器放在通常的高温/高压设备的反应区中。反应器中的组份经受适当的较高压力和温度的处理。

美国专利4861350公开了一种工具元件，它包括一种结合于烧结的碳化物载体上的磨料制品，其中，该磨料制品具有二个区域，该二区域通常通过联结的共同边界而连接。一个区域提供作为工具元件的切削边缘或凿头，而另一区域则连结在烧结的碳化物载体上。在工具元件的一种实施方案中，提供切削边缘或凿头的区域含有超硬度的磨料颗粒，该颗粒比在另一区域中的超硬度的磨料颗粒细。该专利没有公开使用不同颗粒尺寸的超硬度磨料颗粒的混合物。

美国专利4311490公开了某种磨料制品，其中，该结合的磨料颗粒包括了一种粗的层和一种细的层。该专利也没有公开使用不同颗粒大小的磨料颗粒的混合物。

美国专利4064106公开了某种复合金刚石磨料制品，它包括至少一层金刚石结晶和预先烧结的碳化物部分，它们在加热与压力下被加压而生成一种复合多晶材料，其中，多晶金刚石和预先烧结的碳化物部分相互之间进行分散。在一种实施方案中，使用混合的金刚石颗粒，颗粒大小为4至8微米的占颗粒的65%，而在0.5至1微米的占颗粒的35%。

美国专利5011514公开了一种热稳定性的金刚石制品，它包括了许多独立的金属涂敷的金刚石颗粒，其中，在相邻颗粒之间的金属涂层相互连结而生成一种烧结的基体。金属涂层的实例是例如钨、钽、钼的碳化物形式。该独立的金属涂敷的金刚石颗粒在金刚石的合成温度和压力条件下而连结。该专利还公开了混合的金属涂敷的金刚石颗粒与未涂敷的较小尺寸的金属涂敷的金刚石颗粒，后者位于涂敷颗粒之间的空隙中。据称，该较小的颗粒会降低孔隙率并提高制品的金刚石含量。该专利还公开了双模式（即二种不同颗粒大小）制品的实例，和三模式（即三种不同颗粒大小）制品的实例。

根据本发明，提供了一种制备磨料制品的方法，该方法包括将大量超硬度的磨料颗粒置于适于产生磨料制品的升高温度和压力的条件下的步骤，其特征在于大部分超硬度磨料颗粒具有的平均颗粒大小小于20，优选小于15微米，并且由具有至少三种平均颗粒大小不同的颗粒所组成。

本发明进一步包括利用该方法而制备的磨料制品，并使用这种制品作为工具而嵌入用于钻削，车削或切削的基质物中。

图1和图2说明利用本发明的制品和现有技术的制品所进行的比较试验的图。

超硬度磨料颗粒可以是金刚石或立方体形的一氮化硼，但优选的是金刚石颗粒。

超硬度磨料颗粒混合物也可以在已知的所必需的温度和压力条件下制备，以生产磨料制品。这些条件一般是磨料颗粒自身所需要的合成条件。通常，所使用的压力在40至70千巴范围，及所使用的温度在1300℃至1600℃的范围。

用本发明的方法所制备的磨料制品一般并优选含有某种粘结剂组分。对于所使用的超硬度磨料颗料来说，该粘结剂优选的是一种催化剂/溶剂。对于金刚石和立方体形一氮化硼来说，该催化剂/溶剂是本技术领域中已知的了。在金刚石的情况下，粘结剂优选的是钴、镍、铁或含有一种或多种这些金属的合金。

当使用粘结剂时，特别是在金刚石制品的情况下，当制备制品时，该粘结剂会渗入到大部分磨料颗粒中，为了这一目的，可以使用粘结剂的垫片或粘结剂层。另外，优选的是，该粘结剂是以颗粒的形式并与大部分磨料颗粒相混合。一般该粘结剂将以占该制备的磨料制品的10%至25%质量的含量来存在。