本公開內(nèi)容涉及涂覆的超硬磨料粒子及其制造方法，更具體地，涉及玻璃涂覆的立方氮化硼(cBN)粒子及其制造方法。用立方氮化硼(cBN)超硬磨料材料制成的玻璃質(zhì)粘結(jié)(vitreousbond)(玻粘(vit-bond))的磨削砂輪(grindingwheel)通常用于磨削應(yīng)用。由于CBN的具有僅次于金剛石的硬度的性質(zhì)，用CBN磨料制成的磨削砂輪可用于磨削含鐵和不含鐵的鋼制品和超合金，并且具有低的砂輪磨耗、高的磨削比和良好的表面光潔度。CBN磨料使得可以在磨削工業(yè)中縮短磨削周期時間和通過加速的磨削而提高生產(chǎn)力。但是，如果在可能使CBN磨料脫出的加速的磨削條件下對工件進行磨削，可能會造成被磨削的工件的表面較高的粗糙度。因此，提高磨削砂輪粘結(jié)劑中的晶體保留對于性能是至關(guān)重要的。因此，可以看出，對于要用于要求苛刻的操作如加速的磨削條件中的由超硬磨料復(fù)合材料制成的磨削工具存在需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：在一個實施方式中，制備涂覆的超硬磨料材料的方法可包括以下步驟：將超硬磨料粒子與粘結(jié)劑相共混；在第一預(yù)定溫度下向共混的混合物中混入玻璃料(glassfrit)；篩分出用玻璃料包覆的超硬磨料粒子；以及將填料(spacer)與包覆的超硬磨料粒子混合并將填料與包覆的超硬磨料粒子加熱至第二預(yù)定溫度。在另一個實施方式中，涂覆的超硬磨料材料可包含含有超硬磨料晶體的核；和在核的外表面均勻覆蓋的玻璃涂層，其中玻璃涂層的范圍為超硬磨料晶體的約1wt％至約15wt％，并且玻璃涂層具有約1微米至約2微米的厚度。在又一個實施方式中，一種制備涂覆的超硬磨料材料的方法可包括以下步驟：將玻璃料與多個潤濕的超硬磨料粒子共混；將共混的混合物加熱至第一預(yù)定溫度；以及將填料與包覆的超硬磨料粒子混合并將填料與包覆的超硬磨料粒子加熱至第二預(yù)定溫度。附圖說明當結(jié)合附圖解讀時，將更好地理解前面的
發(fā)明內(nèi)容以及下面的具體實施方式。應(yīng)理解，描述的實施方式并不限于所示的確切配置與手段。圖1是根據(jù)一個實施方式的具有涂層的核結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是根據(jù)一個實施方式的玻璃涂覆的超硬磨料材料的光學(xué)圖像透視圖；圖3是說明根據(jù)一個實施方式的制造涂覆的超硬磨料材料的方法的流程圖；圖4是說明根據(jù)一個實施方式的由標準cBNVBR和玻璃涂覆的cBNVBR制成的砂輪在5150鋼應(yīng)用中的磨削比的示意圖；以及圖5是說明根據(jù)一個實施方式的由標準cBNVBR和玻璃涂覆的cBNVBR制成的砂輪在M2鋼應(yīng)用中的磨削比的示意圖。具體實施方式一種實施方式可提供在超硬磨料粒子外面具有涂層的超硬磨料粒子。該涂覆的結(jié)構(gòu)可具有高的磨削比，同時在玻璃質(zhì)粘結(jié)的鋼磨削期間維持具有競爭力的磨削功耗。該涂覆的超硬磨料粒子如cBN或金剛石粒子例如可具有核和核外面的涂層。該超硬磨料粒子可在高壓和高溫下生長。已知立方氮化硼(cBN)粒子可由六角氮化硼催化劑體系例如堿金屬和堿土金屬氮化物在高壓和高溫下持續(xù)足以形成立方結(jié)構(gòu)的時間段而生成。將反應(yīng)物質(zhì)維持在熱力學(xué)有利于立方氮化硼晶體形成的壓力和溫度條件下。然后使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的回收方法，使用水、酸性溶液或苛性化學(xué)品的組合，從反應(yīng)物質(zhì)中回收立方氮化硼。應(yīng)注意，其它生產(chǎn)立方氮化硼的方法是已知的，即通過溫度梯度法或沖擊波法制備立方氮化硼，并且可以使用本申請中教導(dǎo)的方法的變體來生產(chǎn)具有獨特特征的磨料晶粒。可以使用提供六角氮化硼和催化劑兩者的起始成分的任意組合。起始反應(yīng)混合物的一個實施方式可包含硼源、氮源和催化劑金屬源。硼源可為單質(zhì)硼、六角氮化硼或諸如在反應(yīng)條件下可分解成單質(zhì)硼的硼氫化物之一的材料。氮源可為六角氮化硼，或催化劑金屬的可在反應(yīng)條件下提供氮源的含氮化合物。催化劑金屬可作為單質(zhì)金屬或在反應(yīng)條件下可分解成催化劑金屬或分解成催化劑金屬氮化物的催化劑化合物使用?？稍谀軌虍a(chǎn)生用于制造超硬磨料的壓力和溫度的任意類型的設(shè)備中實施所述方法?？捎玫脑O(shè)備描述于美國專利No.2941241和No.2941248中。其它設(shè)備的實例包括帶式壓機、立方壓機和分球式壓機(split-spherepress)。所述設(shè)備包括其中提供有可控的溫度和壓力并維持期望時間的反應(yīng)體積。前述專利中公開的設(shè)備是用于插入水壓機的臺板(platen)之間的高壓裝置。高壓裝置由如下組成：一個限定基本圓柱形的反應(yīng)區(qū)域的環(huán)形構(gòu)件，和兩個被設(shè)計為適配到所述基本圓柱形的反應(yīng)區(qū)域中的圓錐形活塞型構(gòu)件或沖頭(punch)，和兩個被設(shè)計為從環(huán)形構(gòu)件的任一側(cè)適配到環(huán)形構(gòu)件的基本圓柱形部分中的圓錐形活塞型構(gòu)件或沖頭。適配到環(huán)形構(gòu)件中的反應(yīng)容器可通過兩個活塞構(gòu)件或六個活塞構(gòu)件壓縮以達到制造具有獨特特征的晶粒的期望壓力。通過合適的手段，例如通過感應(yīng)加熱、直接或間接電阻加熱或其它方法，而獲得必要的溫度。如圖1中所示，涂覆的超硬磨料材料10可包含核12和玻璃涂層14。核12可具有超硬磨料晶體結(jié)構(gòu)。超硬磨料晶體可選自立方氮化硼、金剛石和金剛石復(fù)合材料。超硬磨料晶體可以是單晶或多晶超硬磨料。例如，超硬磨料晶體可具有約100微米至約200微米的大小。玻璃涂層14可均勻覆蓋在核12的外面。玻璃涂層14的范圍可為超硬磨料晶體的約1wt％至約15wt％。另外，例如，玻璃涂層14可具有約1微米至約2微米的范圍內(nèi)的厚度。在一個實施方式中，超硬磨料晶體可具有光滑表面。在另一個實施方式中，超硬磨料晶體可具有不均勻的表面16。不均勻的表面16可在表面上具有突起19或凹坑16。超硬磨料晶體可具有超過85的韌性指數(shù)。超硬磨料材料如立方氮化硼(cBN)由于cBN與含鐵工件的相對惰性而常被用于磨削硬質(zhì)的含鐵合金工件。因此，cBN材料經(jīng)常被成型為磨削和機械加工工具。如通過標準脆性試驗測量的cBN晶體的韌性可以是磨削性能中的一個因素。脆性試驗包括在控制條件下對一定量的產(chǎn)品進行球磨和篩分出殘渣以測量產(chǎn)品的破損。在室溫下測量韌性指數(shù)(TI)。在高溫下燒制產(chǎn)品后測量熱沖擊韌性指數(shù)(thermaltoughnessindex，TTI)。在許多情況下，晶體韌性越高，晶體在磨削或機械加工工具中的壽命越長，因此工具的壽命越長。圖2示出玻璃涂覆的超硬磨料材料的光學(xué)圖像透視圖。可以容易地看到立方氮化硼外面的閃閃發(fā)光的光亮玻璃涂層。熱膨脹系數(shù)(CTE)與cBN的熱膨脹系數(shù)接近，這使得玻璃是cBN的理想涂層候選物。與單獨的cBN相比，玻璃對玻璃質(zhì)粘結(jié)的磨削砂輪具有更好的粘接。因此，通過用玻璃涂覆，cBN在玻粘砂輪中具有更好的保留。在此用于涂層的玻璃可以是任一種玻璃，包括低溫軟化玻璃或高溫軟化玻璃。玻璃還可包括特種玻璃，例如硼玻璃、鉛玻璃。如在本文中使用的術(shù)語“超硬磨料”指的是Knoop硬度大于約4000的材料。在一個實施方式中，核12可具有單晶結(jié)構(gòu)。在另一個實施方式中，核12可具有多晶結(jié)構(gòu)。核12的單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)可基本上是有小面的(faceted)。如在本文中使用的術(shù)語“小面”(facet)指的是在幾何形狀上的平面。如圖3所示，根據(jù)一個實施方式的制備涂覆的超硬磨料材料的方法30包括以下步驟：在步驟32中，將超硬磨料粒子與粘結(jié)劑相如水、乙二醇、糖、聚乙二醇、膠(glue)共混；在步驟34中，在約55℃至90℃的第一預(yù)定溫度向共混的混合物中混入玻璃料；在步驟36中，篩分出用玻璃料包覆的超硬磨料粒子；在步驟38中，向混合的玻璃料中混入可選自金屬、金屬合金或金屬氧化物中的填料，并加熱至約600℃至約1100℃的第二預(yù)定溫度。實施方式可還包括在加熱至第二預(yù)定溫度期間對填料、玻璃料和cBN的混合物進行真空處理的步驟。因為負壓可幫助從涂層中驅(qū)除氣體，所以對混合物進行真空處理可幫助除去包含的氣泡。cBN的量相對于填料如Al2O3的量可以是約1∶3～5，使得在cBN晶體周圍有足夠的填料。多種涂覆的方法，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，溶膠-凝膠或噴霧干燥涂覆，或固相反應(yīng)涂覆，可以用于玻璃涂覆。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可在前述步驟32-38中的每個之間插入一個或多個步驟或前述步驟32-38中的每個可用一個或多個步驟替代。根據(jù)另一個實施方式，制備涂覆的超硬磨料材料的方法可包括以下步驟：將玻璃料與多個潤濕的超硬磨料粒子共混；將共混的混合物加熱至例如約55℃至約90℃的范圍內(nèi)的第一預(yù)定溫度，篩分出用玻璃料包覆的超硬磨料粒子；以及向混合的玻璃料中混入填料并加熱至例如約600℃至約1100℃的范圍內(nèi)的第二預(yù)定溫度。該方法可還包括從填料中篩分出玻璃涂覆的超硬磨料粒子，因為填料可具有小于超硬磨料粒子的粒度。填料可以選自金屬、金屬合金或金屬氧化物。在一個實施方式中，填料可以是氧化鋁。超硬磨料粒子可以選自立方氮化硼、金剛石和金剛石復(fù)合材料。超硬磨料粒子可與粘結(jié)劑相如水、乙二醇、糖、聚乙二醇、膠混合，從而形成潤濕的超硬磨料粒子。超硬磨料粒子與粘結(jié)劑相的混合物可在與填料混合前干燥。實施例1稱量約10g的CBN100080/100目磨料并倒入準備有約5ml二醇溶液的100ml燒杯中。對混合物超聲約2分鐘，隨后用棒充分攪拌以確保CBN被二醇完全潤濕。傾斜燒杯并且從燒杯中倒出二醇溶液直到?jīng)]有明顯的二醇留下。稱量10g的含鐵玻璃料(620℃的90741F-軟化溫度和約10-20微米的粒度范圍)并且分為兩等份。將第一部分(5g)倒入塑料瓶(約200ml大小的瓶)中以覆蓋瓶的整個底部。隨后，將二醇潤濕的CBN晶體均勻鋪散到瓶中。輕輕攪拌混合物3秒。用剩下的5克玻璃料覆蓋混合物。將約5克塑料球放于瓶中。以使得大球(1/4”直徑)的數(shù)量與小球(1/8”直徑)的數(shù)量的比為3∶2的方式制備球。將瓶設(shè)置在Turbula攪拌機中并且例如在72rpm下將混合物共混5分鐘。使用約1000微米的篩網(wǎng)人工篩分出球。使用金屬盤收集共混的混合物并且放置在加熱燈下以全功率干燥一定時間(見表1，約9或10分鐘是最好的條件)。當加熱干燥時，將混合物每隔一分鐘進行攪拌以確保整個混合物均勻地暴露于熱。然后將分離和團聚的玻璃料篩分10分鐘。在該實驗中使用的篩堆棧(sievestack)為255μm/151μm/盤。若混合物粘連在255微米篩上，這意味著其并沒有被充分干燥。在此情況下，將混合物再次共混并在加熱燈下干燥。在篩分后，在151微米篩上收集晶體并且裝瓶以用于下一步處理——真空燒制。通過使用光學(xué)顯微鏡在CBN晶體上檢驗玻璃料的覆蓋率。每個CBN晶體被白色玻璃料完全地包覆。在以上處理步驟期間除去二醇的替代方法是首先將晶體倒入過濾燒杯中，然后使用真空泵將液體二醇真空處理1或2秒。表1實施例2在不銹鋼分離器中將600克Al2O3粒子(140/170目)與100克玻璃料/CBN粒子混合。通常將Al2O3與cBN粒子的比維持在6∶1。使用陶瓷坩堝容納混合物并且隨后轉(zhuǎn)移至真空設(shè)置為至少1×10-5托的真空爐。一旦爐真空達到1×10-5托，開始加熱并且設(shè)置為350℃下30分鐘。然后升溫至900℃并且將停留時間設(shè)置為60分鐘。在完成加熱周期后，溫度每分鐘降低5度以確保CBN晶體上的玻璃涂層的品質(zhì)。當溫度降低至50℃時從真空爐中取出坩堝。使用127微米篩網(wǎng)仔細篩分混合物以除去Al2O3粒子。使用107微米篩以保留(hold)其它的剩余粒子。將粒子摩擦通過篩網(wǎng)以讓大部分Al2O3粒子與CBN晶體分離并且經(jīng)篩落下。在107微米篩上收集其它部分并且放置在255/181/151/盤的篩堆棧上以篩分約15分鐘。在151目篩上收集那些晶體并且保存在鋼容器中。將在255微米和181微米篩上的那些混合并置于塑料球磨罐中。向罐中添加陶瓷球并且將250克的球與50克的CBN/Al2O3的比維持在5∶1。在72rpm下使用turbula研磨10分鐘。最后使用700微米(除去陶瓷球)/255μm/181μm/151μm/盤的篩堆棧從混合物中篩分出Al2O3粒子。在181微米和151微米下收集那些晶體并且置于鋼容器中。實驗3向鋼容器中加入醇并且傾析出任何殘留的Al2O3殘渣。這可以進行3或5次以便確保在玻璃涂覆的cBN粒子中觀察不到白色殘渣。在加熱燈下將玻璃涂覆的cBN粒子加熱10分鐘。這是最終的玻璃涂覆的cBN產(chǎn)品。實驗4磨削性能為了測定本發(fā)明的玻璃涂覆的CBN晶粒在玻璃質(zhì)粘結(jié)磨削體系中的性能，進行實驗。在該實驗中，由WendtDunnington使用CBNVBR產(chǎn)品(在DiamondInnovation，華盛頓，俄亥俄生產(chǎn))以及本發(fā)明中描述的玻璃涂覆的CBNVBR產(chǎn)品制得兩套磨削砂輪。兩種類型CBN晶粒的砂輪的條件是相同的(見表2)。用于磨削測試的工件分別為M2鋼和51510鋼。磨削條件示于表3中。在AADC(美國應(yīng)用發(fā)展中心)相繼對這兩套砂輪進行磨削測試。使用緩進給(creepfeed)磨削程序以監(jiān)測徑向砂輪磨損、磨削功率和表面光潔度。磨削比被測定為在所需表面光潔度的閾值下打磨的工件材料的體積除以磨損的砂輪的體積，并且示于圖4中。為了清楚，CBNVBR的磨削比在圖4和圖5中歸一化至100％。觀察到，由玻璃涂覆的CBNVBR晶粒制成的砂輪的磨削比在5150鋼應(yīng)用中比標準CBNVBR砂輪的磨削比高71％，并且在M2鋼應(yīng)用中比標準CBNVBR砂輪的磨削比高33％，表明玻璃涂覆的CBNVBR表現(xiàn)出改進的磨削性能。當磨削功率對于所有測試的砂輪相當時，與標準CBNVBR晶粒相比，玻璃涂覆的CBNVBR的表面光潔度明顯較低。較低的光潔度也表明在粘結(jié)體系中存在較好的晶體保留。磨削砂輪規(guī)格砂輪類型IA1(陶瓷核)砂輪直徑7.00”(178mm)砂輪寬度0.250”(6.3mm)磨邊(abrasiverim)深度0.120”(3.0mm)目大小120/140(B126)濃度150砂輪制造商WendtDunnington粘結(jié)類型玻璃質(zhì)/M250-V250表2測試條件-5150軟鋼表3測試條件-M2硬鋼表4雖然參照了具體實施方式，但顯而易見的是，在不背離其主旨和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計出其它的實施方式和變體。所附權(quán)利要求書旨在被解釋為包括所有的這種實施方式和等效變體。當前第1頁1 2 3