專利名稱：制造工具零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及制造工具零件的方法。
使用金剛石壓型(diamond compact)也稱PCD及立方-氮化硼(cubic boron nitride)也稱PCBN的工具零件廣泛地應(yīng)用在鉆削、銑削、切削和其它這種研磨應(yīng)用場合中。這種工具零件一般包括一層粘合在一支承件、一般是硬質(zhì)合金支承件上的PCD或PCBN。PCD或PCBN層可以具有尖利的切削刃或尖，或切削或研磨表面。
美國專利第6,063,502號描述了一種用于生產(chǎn)工具零件研磨層的材料。這種材料包括一個第一結(jié)構(gòu)相和一個第二結(jié)構(gòu)相，第一結(jié)構(gòu)相包括從由硬質(zhì)合金材料、PCD、PCBN及其混合物構(gòu)成的組中選擇的一種硬材料，第二結(jié)構(gòu)相包括與用來形成第一結(jié)構(gòu)相的材料不同的材料，第二結(jié)構(gòu)相與第一結(jié)構(gòu)相的至少一部分接觸。材料包括橫過材料工作表面的重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元，每個結(jié)構(gòu)單元包括第一和第二結(jié)構(gòu)相的有序微結(jié)構(gòu)。在使用中，這種材料被施加在基底的表面上，然后粘結(jié)在該基底上。
該美國專利描述了生產(chǎn)這種材料的各種方法。一種這樣的方法包括生產(chǎn)多根具有第一結(jié)構(gòu)相的芯部和第二結(jié)構(gòu)相的涂層的纖維，使這些纖維的取向平行于一公共軸線，然后將其擠壓成一根棒。被擠壓成的棒可以切成工具零件需要的幾何形狀或被切片以形成布置在基底上的切削表面。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種用于生產(chǎn)工具零件的方法，包括以下步驟(1)提供多根纖維，每根纖維具有一芯部和一涂層，所述芯部包括超硬磨粒的團(tuán)塊或所述超硬磨粒的前體，以及一個可選擇采用的第二相，所述涂層包括碳化物顆粒和細(xì)粒粘合金屬，(2)生產(chǎn)一纖維束，(3)與束的長度成橫向地切斷束以形成一個層，(4)將所述層放置在一基底的表面上，以及(5)使所述層和基底承受高溫高壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下使超硬磨粒結(jié)晶穩(wěn)定。
在上述方法中，芯部和涂層的組成可以互換。這樣的方法構(gòu)成本發(fā)明的另一方面。


圖1至6示意地表示本發(fā)明的一個實施例的步驟。
具體實施例方式
按照本發(fā)明的生產(chǎn)工具零件的方法，提供多根纖維，每根纖維具有一被涂覆的芯部。為了方便起見，本發(fā)明將針對由超硬顆粒的團(tuán)塊或所述超硬磨粒的前體構(gòu)成的芯部和由碳化物顆粒和細(xì)粒粘合金屬構(gòu)成的涂層進(jìn)行描述。
芯部和涂層的成分顯然可以互換。
由纖維形成一束，該束被與其長度成橫向地切斷以形成一層。然后將該層施加在基底的表面上，其后，該層和基底承受高溫、高壓條件，使超硬磨粒結(jié)晶穩(wěn)定。
所生產(chǎn)的產(chǎn)品是工具零件，包括具有工作部分的基底，工作部分是由所述層粘合在基底表面上形成的。工作部分包括復(fù)合材料，復(fù)合材料基本具有硬質(zhì)合金的蜂窩結(jié)構(gòu)和在蜂窩結(jié)構(gòu)的孔中并粘合在蜂窩結(jié)構(gòu)上的磨料壓實材料(abrasive compact material)。蜂窩結(jié)構(gòu)的孔可以是有序的或無規(guī)則的。
超硬磨粒一般是金剛石或立方-氮化硼。因此，在蜂窩結(jié)構(gòu)的孔中形成磨料壓型(abrasive compact)最好是PCD或PCBN。所述PCD或PCBN最好含有第二相，所述第二相一般是超硬磨粒的溶劑/催化劑。
芯部的細(xì)粒成分和纖維的涂層最好是粘合形式的，采用粘合劑如有機粘合劑。具體的適用粘合劑的一個實例是甲基纖維素。這種粘合劑一般是在基底和層承受高溫、高壓條件前通過加熱除去的。
涂層的碳化物顆粒一般是碳化鎢顆粒、碳化鉭顆?；蛱蓟f顆粒。金屬粘合劑可以是本專業(yè)公知的任何金屬粘合劑，如鐵、鎳、鈷或含有這些金屬中的一種或多種的合金。
涂層可以包含一層或多層。在包含多于一層涂層的情形中，每個涂層與相鄰的一個或兩個涂層的物理和/或化學(xué)性質(zhì)不同。例如，一個具體的一層涂層可以含有比相鄰的一個或兩個涂層更粗或更細(xì)的碳化物顆粒。作為替換或補充，一個具體的層可以含有與其相鄰的一個或兩個層不同的金屬粘合劑。
施加在基底表面的層處于生坯狀態(tài)的形式。因此，它具有撓性，可施加在平的或成形的表面如彎曲表面上。該層被模制成與準(zhǔn)備粘合的基底互補的形狀。
基底一般是硬質(zhì)合金基底。
下面對照附圖描述本發(fā)明的實施例。首先參閱圖1，圖中所示纖維具有芯部10和涂層12。芯部10包括細(xì)粒形式的金剛石顆粒和金剛石溶劑/催化劑的混合物，借助有機粘合劑粘合成緊湊的形式。涂層12包括細(xì)粒形式的碳化物顆粒和金屬粘合劑的混合物，也借助有機粘合劑粘合成緊湊形式。
圖1的纖維通過噴嘴14(見圖2)擠壓而橫截面減小。通過噴嘴14擠壓的多根纖維16形成一束18。束18然后進(jìn)一步通過噴嘴14擠壓，如圖4所示。被擠壓成的產(chǎn)品是一根包含彼此壓緊的纖維16的棒20，如圖5所示。然后，棒20可在與其長度成橫向的方向上切斷，如虛線22所示。切下的片或?qū)?4可被移出，因此具有撓性的層24可被放置在基底28的彎曲表面26上，如圖6的剖面圖所示。
圖6的生坯狀態(tài)的產(chǎn)品被放入適當(dāng)?shù)娜萜髦?，以便插入傳統(tǒng)的高溫/高壓設(shè)備的反應(yīng)區(qū)中。有機粘合劑首先通過加熱容器而被從粘結(jié)劑餾出而被除去。然后，容器被放入反應(yīng)區(qū)，容器的內(nèi)容物承受金剛石合成條件。一般來說，所施加的壓力在4至8GPa的數(shù)量級，而溫度在1300℃至1700℃的數(shù)量級。這具有由芯部10的材料產(chǎn)生PCD及從涂層12產(chǎn)生硬質(zhì)合金的效果。層24將被粘合在基底28的表面26上，形成工具零件的工作部分。該工作部分具有類似于圖6所示的硬質(zhì)合金的蜂窩結(jié)構(gòu)，在蜂窩結(jié)構(gòu)的孔中有PCD。
雖然在這個實施例中并未設(shè)置，但是，如果需要，一個中間層可設(shè)在層24和基底28的表面26之間。這種中間層可被選擇，以便提供在層24和基底表面26的界面上的應(yīng)力調(diào)控的中間性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)工具零件的方法，包括以下步驟(1)提供多根纖維，每根纖維具有一芯部和一涂層，所述芯部包括超硬磨粒的團(tuán)塊或所述超硬磨粒的前體，以及一個可選擇采用的第二相，所述涂層包括碳化物顆粒和細(xì)粒粘合金屬，(2)生產(chǎn)一纖維束，(3)與束的長度成橫向地切斷束以形成一個層，(4)將所述層放置在一基底的表面上，以及(5)使所述層和基底承受高溫高壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下使超硬磨粒結(jié)晶穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述纖維束在被切斷以形成層之前被擠壓。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述芯部包括細(xì)粒形式的金剛石或立方-氮化硼顆粒和適當(dāng)溶劑/催化劑的混合物，借助有機粘合劑粘合成緊湊形式。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述涂層借助有機粘合劑粘合成緊湊形式。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述碳化物顆粒是碳化鎢顆粒、碳化鉭顆?；蛱蓟f顆粒。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述基底是硬質(zhì)合金基底。
7.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述涂層包括一層或多層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述涂層包括多于一層，每層與相鄰層的物理和/或化學(xué)性質(zhì)不同。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于一個層具有比相鄰層粗或細(xì)的碳化物顆粒，或含有與相鄰層中不同的金屬粘合劑。
10.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述工具零件包括的基底具有一個工作部分，該工作部分是由粘合在基底表面上的所述層形成的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述工作部分包括的組成材料基本包括硬質(zhì)合金的蜂窩結(jié)構(gòu)，磨粒壓型材料在蜂窩結(jié)構(gòu)的孔中并粘合在蜂窩結(jié)構(gòu)上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于蜂窩結(jié)構(gòu)的孔是有序的或無規(guī)則的。
13.一種用于生產(chǎn)工具零件的方法，包括以下步驟(1)提供多根纖維，每根纖維具有一個芯部和一個涂層，所述芯部包括碳化物顆粒和細(xì)粒粘合金屬的混合物，所述涂層包括超硬磨?；蛩龀材チ５那绑w的團(tuán)塊，以及可選擇采用的第二相，(2)生產(chǎn)一纖維束，(3)與所述纖維束的長度成橫向地切斷纖維束以形成一個層，(4)將所述層放在一個基底的表面上，以及(5)使所述層和基底承受高溫高壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下使超硬磨粒結(jié)晶穩(wěn)定。
全文摘要
在一種用于生產(chǎn)工具零件的方法中，使多根纖維形成一纖維束。每根纖維具有一芯部和一涂層，芯部包括超硬磨?；虺材チＧ绑w的團(tuán)塊，以及一可選擇采用的第二相，所述涂層包括碳化物顆粒和細(xì)粒粘合金屬的混合物。在擠壓纖維束后，纖維束在與其長度成橫向的方向上被切斷以形成一個層(24)。該層(24)被放在一基底(28)的表面上，使層(24)和基底(28)承受高溫高壓狀態(tài)，在該狀態(tài)下使超硬磨粒結(jié)晶穩(wěn)定。在該方法中，芯部和涂層的組成可以互換。
文檔編號C22C47/06GK1615373SQ03802087
公開日2005年5月11日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者克勞斯·湯克 申請人:六號元素(控股)公司