专利名称：生产金刚石元件的方法
技术领域：
本发明涉及金刚石工具，尤其涉及·大理石和花岗岩采石场切割石块用的、及生产板用的和在保护建筑物工程部门介入中切割混凝土用的金属线的金刚石插入物；和·金刚石段和更一般地任何烧结的金刚石研磨成分，特别地如果它是一种复杂形状。
现有技术状况通常，生产构成金刚石金属线的金刚石插入物的技术由在钢或硬金属制成的模具中干压金属粉-一般是Co、Fe、WC、W、Cu、Sn-和金刚石颗粒的混合物，然后烧结而组成。另一方面，使用烧结机器的热压系统正在被废弃，因为它们在经济上远远不可行。
起始组合物由具有可变配方的混合物组成，该混合物由下述成分构成1)细金属粉，通常直径为1μm～10μm，其中，例如但不限于Ni、Cu、Fe、Sn和Zn；2)一种金属粘合剂，通常为钴；3)工业合成金刚石的粗粒；和4)研磨或加强材料的颗粒(例如，但不限于，SiO2、WC、WC/W2C、B4C、SiC、TiC、Mo2C、CrC、Al2O3，颗粒尺寸高达250μm)。
在粉形成期间达到的，与在粉混合物和模具部分之间，以及模具本身的不同部分之间的摩擦力有关的高压，一般由于混合物的不均匀性和因此在模具中应力分布的不均匀性而导致缺陷的开始。这是事实，特别是在压缩之后的抽出步骤中(形成裂缝和碎片)。而且在模具中压力的分布是不均匀的，因为在混合物和凸模(即，施加压缩压力的模具部分)之间的接触点附近压力是相当高的。用冷模具压缩的常规技术限制了生产相当简单形状的金刚石工具的可能性。与所述常规技术有关的另一个缺点和金刚石的存在有关，所述金刚石向模具施加一个相当大的研磨作用，导致其快速磨损。
美国专利申请No.US-2002/0178862公开了应用如金属注模(MIM)的技术来生产钨-钴碳化物合金模具，展望了制备钨-钴碳化物合金的连续步骤，其中可能加入其它化合物或元素，与塑性添加剂混合，用MIM技术注模，去除塑性添加剂，最后烧结。在现有文献No.US2002/0178862中特别指出的烧结温度(高达1370℃)在具有颗粒形式金刚石的插入物的生产中是不适合的。
发明概述本发明的目的是提供一种生产金刚石元件和插入物的方法，它可以克服上述缺点，即可以减小工具成型压力和由此对模具的磨损，并利用了已知技术如MIM的优点。
本发明的另一个目的是很大程度上减少在模塑步骤中的缺陷。然而本发明的另一个目的在于保证压制成分内的压力分布的高均匀性。本发明的又一个目的是保证有可能获得更复杂的形状。
上述目的通过应用于金属粉和金刚石颗粒的混合物的方法来实现，包括下面连续的步骤1)制备金属粉的起始混合物；2)通过加入专用于金属粉注模(MIM法)的塑性添加剂来塑化金属粉的起始混合物；3)通过热塑、均化、冷却和造粒加入颗粒尺寸为10μm～300μm的金刚石颗粒；4)所述混合物在高压和低压下注模(MIM)以获得所需形状的金刚石元件；5)去除塑性添加剂；6)烧结金刚石元件；并7)用低共熔合金渗入烧结的插入物以消除任何残余孔隙。
金刚石元件的烧结可以在900℃～1100℃的温度进行。还可能用热等静压(HIP)或热压技术来进行烧结操作。同样地可以展望一个可能更进一步的最终HIP步骤。
粉的起始混合物的优选配方列在下表中
Co、Fe、WC、W、Cu和Sn粉的颗粒尺寸适宜地为0.01μm～100μm。金刚石砂的颗粒尺寸一般为10～200筛目(筛目根据B.S.I.1943，Tyler 1910和美国标准1940定义)。
所使用的塑性添加剂可以选自，例如1)基于聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、醋酸乙基乙烯基酯、蜡、硬脂酸的热塑性混合物；2)基于聚乙烯醇、纤维素化合物和多糖的水溶性热塑性混合物；3)聚缩醛类热塑性混合物；和4)热固性混合物。
塑性添加剂与金属粉的混合是在例如双螺丝挤压机型或双辊混合器型的设备中进行的热混合过程。
随后通过热塑、均化、冷却和造粒加入金刚石砂。这一步可以使用，例如具有Z-形叶片或∑-形叶片的行星式混合器。
由此获得的混合物再使用具有以下关键参数的MIM(金属注模)技术进行注模压力为1巴～1000巴，并且温度为50℃～300℃。
由此获得金刚石模制体，其再进行脱蜡，即去除塑化添加剂。
脱蜡可以，例如，以不同的可选方法进行1)使用热，通过在受控气氛或空气下在烘箱中的热处理；2)使用有机溶剂，如醇、苯、cylene等，或其它含水溶剂；和3)通过在用硝酸饱和的烘箱中的催化作用。
然后将由此获得的模制及脱蜡体进行烧结。
烧结一般在工业氢气炉中进行，特征温度为900℃～1100℃。还可能用HIP或其它热压法进行烧结。压制形成并烧结的混合物可能再用Cu/Ag低共熔合金或另一种渗透合金来渗入以填充插入物中任何可能存在的残余孔隙。
由此获得的元件或插入物(通常每种具有中心金属载体)最终安装在金属缆绳上以获得可用于大理石和花岗岩采石场切割石块及生产板和在保护建筑物工程部门介入中切割混凝土的金属线。
由于所述的方法，可能减小工具成型的压力-和由此减少模具的磨损-同样地在通过压制形成的压坯的密度上获得更好的均匀性，并因此在最终产品的物理-机械特性上获得更好的均匀性。此外还可能获得甚至复杂形状的的产品和适宜地使用MIM技术来生产金刚石插入物，并在生产成本上显著节约。
本发明提供的所述优点是由于所请求保护的方法中的组合步骤的特性，所述组合提供了克服直到今天的技术偏见的新途径，所述偏见与宣称涉及借助MIM技术形成金刚石元件的不可克服的操作困难相关。
当然，方法的形式和步骤可以关于本文中仅作为例子所描述的内容，在不违背所附权利要求书界定的本发明的范围内广泛地变化。因此，本发明在切割用的金刚石金属线的金刚石插入物中的应用仅作为例子提供。事实上对于金刚石段的生产可以展望同样有利的应用，它在将来会是主要的应用，并且到目前为止还没有生产出的新形状将由于适当的MIM法的多功能性而成为可能。
权利要求
1.生产金刚石元件，如用于切割等用途的金属线的金刚石插入物的方法，其特征在于它包括如下连续步骤—制备金属粉的起始混合物；—通过加入专用于金属粉的注模的塑性添加剂来塑化金属粉起始混合物；—加入颗粒尺寸为10μm～300μm的金刚石颗粒；—通过MIM(金属注模)技术将由此获得的混合物注模以获得所需形状的金刚石元件；—去除塑性添加剂；—烧结由此获得的金刚石元件；并—用低共熔合金渗入烧结的插入物以消除任何残余的孔隙。
2.根据权利要求1的方法，其中所述金属粉起始混合物表现为一种下面的配方
3.根据权利要求1或2的方法，其中起始金属粉的颗粒尺寸为0.01μm～100μm。
4.根据权利要求1的方法，其中加入的金刚石颗粒占混合物的重量百分比为0.5wt％～5wt％。
5.根据权利要求1的方法，其中塑性添加剂选自下面一种类型a.基于聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、醋酸乙基乙烯基酯、蜡、硬脂酸的热塑性混合物；b.基于聚乙烯醇、纤维素化合物和多糖的水溶性热塑性混合物；c.聚缩醛类热塑性混合物；和d.热固性混合物。
6.根据权利要求1的方法，其中在双螺丝挤压机中于热条件下向粉混合物中加入塑性添加剂。
7.根据权利要求1的方法，其中在双辊混合器中于热条件下向粉混合物中加入塑性添加剂。
8.根据权利要求1的方法，其中通过具有Z-形叶片的行星式混合器添加金刚石颗粒。
9.根据权利要求1的方法，其中通过具有∑-形叶片的行星式混合器添加金刚石颗粒。
10.根据权利要求1的方法，其中在受控的气氛或空气中通过加热去除塑性添加剂。
11.根据权利要求1的方法，其中使用有机溶剂去除塑性添加剂。
12.根据权利要求1的方法，其中通过含水溶剂去除塑性添加剂。
13.根据权利要求1的方法，其中在用硝酸或草酸饱和的烘箱中通过催化作用去除塑性添加剂。
14.根据权利要求1的方法，其中根据MIM技术在1巴～1000巴的压力下注模。
15.根据权利要求1的方法，其中根据MIM技术在50℃～300℃的温度下注模。
16.根据权利要求1的方法，其中在900℃～1000℃的温度下进行烧结。
17.根据权利要求1的方法，其中通过HIP或热压法进行烧结。
18.根据权利要求1的方法，其中渗入的低共熔合金是Cu/Ag合金。
全文摘要
一种金刚石元件，例如线锯的插入物，通过含有以下步骤的方法制备制备金属粉的起始混合物；通过特定的塑性添加剂塑化起始混合物；添加金刚石颗粒；通过MIM技术注模；去除塑性添加剂；烧结；并渗入Cu/Ag低共熔合金或另一种渗透合金。
文档编号B22F3/22GK1714990SQ20051007627
公开日2006年1月4日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者L·里索 申请人:米米塔利亚有限责任公司