具有提高的机械加工性的研磨压实体的制作方法
【专利说明】具有提高的机械加工性的研磨压实体
[0001]本申请是申请号为200780046099.7、申请日为2007年12月13日的名称为“具有提高的机械加工性的研磨压实体”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利申请要求2006年12月13日提交的，发明名称为“Abrasive Compacts withImproved Machinability”的共同待审的US临时专利申请n0.60/869, 804的优先权，通过参照将该申请的公开完全合并于此。
[0004]关于联邦赞助研宄的声明
[0005]不适用。
[0006]加入研宄协议的党派的名称
[0007]不适用。
[0008]序列表
[0009]不适用。
技术领域
[0010]本公开总体涉及更容易形成例如可用几何形状的研磨压实体。
【背景技术】
[0011]研磨压实体在钻削、钻孔、切削、铣削、磨削和其它材料去除操作中使用。研磨压实体由烧结、粘结或以其它方式结合到固体中的超硬颗粒构成。超硬颗粒可以是金刚石、立方氮化硼、碳氮(CN)化合物、硼碳氮氧(BCNO)化合物或任何具有比碳化硼硬度更高的材料。超硬颗粒可以例如是单晶或多晶聚合体。
[0012]在商业中，研磨压实体在基于金刚石的情况下可被称为金刚石或聚晶金刚石(PCD)压实体，或者在基于立方氮化硼(cBN)的情况下被称为聚晶立方氮化硼(PCBN)压实体。可将剩余烧结催化剂已被从中去除的研磨压实体称为沥滤或热稳压实体。将与硬质合金衬底结合的研磨压实体称为支承压实体。支承研磨压实体包括硬质合金衬底，以提高抗冲击性、强度并且简化研磨压实体与工程结构的附接性。
[0013]研磨压实体在称为“坯料”或“刀具坯料”的大圆盘中制造，使用许多不同的方法从所述圆盘中切出个体的切削刀片。
[0014]本质上基于单一超硬相(例如金刚石或立方氮化硼)的研磨压实体是众所周知的。然而这些研磨压实体是非常硬的，因此难以磨成或以其它方式制造成具有光滑或无缺陷表面的受控尺寸的可用部件。研磨加工、激光切削或等离子加工的费用是惊人的并且限制了研磨压实体的商业应用。一个解决方案是利用超硬颗粒和较小硬度的相来生产研磨压实体。然而，由于较小硬度的相的存在破坏了烧结催化剂的功能，所以这些压实体不能提供更好的商业属性，并且通常是有缺陷的。
[0015]研磨压实体中的缺陷指的是变化比例和程度的裂缝、碎肩、凹陷、分层内部或表面、斑点和研磨层、或整个刀具坯料的变形。缺陷是不合需要的，这是因为它们将削弱刀具强度和刀具寿命或减少由坯料生产的可用刀具的产量。
[0016]US专利N0.4，016, 736描述了一种金刚石和立方氮化硼压实体，其中利用了立方氮化硼的热阻。US专利N0.4，797，241描述了一种研磨压实体，该研磨压实体包括各自独立烧结的P⑶和PCBN的混合物。US专利N0.6，759，128描述了 B-C-N新的固相的烧结混合物。US专利N0.6，772，849、4，734，339、5，755，299均描述了用于钻头的涂有硼化物的PCD。US专利N0.5，697，994描述了包括金刚石和立方氮化硼的用于增强的抗腐蚀性的压实体。然而，这些参考文献中没有描述压实体的硬度控制或改进制造。
[0017]US专利公布N0.2003/0019106和US专利N0.6，596，225描述了六角氮化硼作为化学上惰性的铸型涂料的使用。氮化硼不是研磨压实体的一部分。
[0018]研磨压实体与通常为熔融Fe、N1、Al、Co、Mn、W以及其合金或混合物的催化液相的高压烧结也是众所周知的。通常，通过将金属颗粒与超硬颗粒混合或通过与外部含金属源接触来提供催化剂。将催化剂金属熔融并使之渗入压实的超硬研磨粉末中。熔融金属在超硬颗粒接触点处的共形接触(conformal contact)允许出现晶粒间的结合。当恪融金属接触足够持久且在空间上均匀时，超硬颗粒溶解并且可再析出或再结晶，以在超硬颗粒之间提供高质量结合的连续基体。在压实体烧结期间形成的高质量结合产生具有接近单晶超硬相的值的高硬度的压实体。除了高硬度之外，形成在超硬颗粒之间的强力结合与低程度的微观结构缺陷相联合给予了压实体高强度、高耐磨性、高耐热性和可用的断裂韧性。迄今，属性的这种联合还使压实体非常难以磨成或以其它方式形成可用的形状。需要研磨加工、激光切削和高能等离子加工作为后续的加工步骤来生产商业可用的刀具坯料。
[0019]此外已知催化熔融金属与超硬颗粒的不完全和/或非均匀接触或不稳定反应产生具有低质量晶粒间结合和增加缺陷的压实体。此缺陷压实体可能降低加工难度，但它将不提供实用所需的研磨性能。在使用时完全有可能出现裂缝或分层。因而具有一致可控的硬度、可用的韧性、强度和改进的生产简易性的研磨压实体仍是未知的。
[0020]因此，需要一种产品或压实体，其中在通过成本有效的过程保持高硬度、强度和韧性等级的同时独立地提高机械加工性。
[0021]此处所含的公开描述解决上述问题中的一个或多个的尝试。
【发明内容】
[0022]一种研磨压实体(abrasive compact)可包括:超硬相，该超硬相可包括具有5000KHN或更大的努普硬度的超硬颗粒；烧结催化剂；以及反应相，该反应相可包括催化剂-陶瓷化合物，该催化剂-陶瓷化合物具有比超硬相的努普硬度低的努普硬度。
[0023]在一实施例中，该反应相可包括结合到超硬相颗粒的颗粒。在另一实施例中，反应相可具有3000KHN或更小的努普硬度。
[0024]在一实施例中，超硬颗粒可包括金刚石；烧结催化剂可包括Fe、Co、Al、Mn、W或Ni中的一个或多个；而反应相包括催化剂和诸如六角氮化硼、石墨、任何金属硫化物或磷化物或金属间硫化物或磷化物的反应物的化合物。在又一实施例中，超硬颗粒可包括立方氮化硼；烧结催化剂可包括Fe、Co、Al、Mn、W或Ni中的一个或多个；而反应相可包括碳或硼或氮。
[0025]一实施例可包括反应相，该反应相可组成压实体的大约0.5到大约20的重量百分比。在一些实施例中，反应相的平均颗粒尺寸可为大约0.5微米到大约25微米。在一些实施例中，超硬颗粒的平均颗粒尺寸可为大约0.5微米到大约100微米。优选地，反应相的平均颗粒尺寸小于超硬颗粒的平均颗粒尺寸。反应相的颗粒尺寸可根据反应的细节而改变。
[0026]一实施例可包括一种生产研磨压实体的方法。在一实施例中，一种方法可包括将具有5000KHN或更大的努普硬度的超硬颗粒、烧结催化剂、以及具有比超硬颗粒的努普硬度低的努普硬度的反应物颗粒混合，以形成混合物。一实施例可包括烧结该混合物，使得反应物颗粒与烧结催化剂反应，从而在烧结的压实体内形成含碳化合物或含硼化合物(诸如Co6W6B6或 W 2Co21B6)的反应相。
[0027]在一种方法的一实施例中，反应物颗粒可包括六角氮化硼、石墨、硫化钼、硫化钨或磷化物中的一个或多个。在一个实施例中，烧结步骤可包括向混合物应用从大约1000°c到大约2200°C的温度，和大约40kbar到大约200kbar的压力，持续大约5分钟到大约300分钟的烧结时间。在又一实施例中，一种方法可进一步包括在混合步骤之前利用烧结催化剂预涂覆反应物颗粒。另一方法实施例可进一步包括成形该烧结的压实体。
[0028]一种研磨压实体的实施例可包括超硬相，该超硬相可包括具有5000KHN或更大的努普硬度的超硬颗粒；烧结催化剂；以及所述烧结催化剂和六角氮化硼、石墨、金属硫化物、金属间硫化物、金属磷化物或金属间磷化物中的一个或多个的反应产品。另一实施例可进一步包括六角氮化硼、石墨、金属硫化物、金属间硫化物、金属磷化物或金属间磷化物中的一个或多个的未反应相。一种研磨压实体的实施例可包括具有3000KNH或更小的努普硬度的反应产品。
[0029]在一实施例中，超硬颗粒可包括金刚石或立方氮化硼