[发明专利]易碎的陶瓷结合的金刚石复合粒子以及其制造方法

说明书

陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅，所述金刚石复合粒子具有如下组成：60‑90重量％金刚石、10‑40重量％碳化硅、≤2重量％硅。粒子通过如下工艺形成：在预固结工艺中形成团粒，在固结工艺中形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块或直接形成陶瓷结合的金刚石复合材料，以及后固结工艺，其中致密压块或陶瓷结合的金刚石复合材料被机械破碎而形成多个粒子。可以将惰性或活性材料并入致密压块中或涂布在团粒上来降低固结工艺中发生的金刚石与碳化硅结合的数量和程度，并且使陶瓷结合的金刚石复合材料更易碎并且容易破碎成复合粒子。

技术领域

本公开涉及一种陶瓷结合的金刚石复合物。更具体来说，本公开涉及制造由金刚石、碳化硅和硅组成的陶瓷结合的金刚石复合物的方法，所述复合物易碎以形成金刚石复合粒子；以及涉及金刚石粒子本身。此类金刚石复合粒子的用途包括磨损应用，如研磨、切削和切割。

背景技术

在下述讨论中，提及某些结构和/或方法。然而，以下提及不应理解为承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确地保留显示此类结构和/或方法不作为本发明的现有技术的权利。

举例来说，从美国专利第4,874,398号；第4,948,388号；第4,985,051号；第5,010,043号；第5,106,393号；和WO 99/12867已知包含难熔碳化物或金属相(如碳化硅(SiC))结合的金刚石晶体的固体压块，这些专利各自以全文引用的方式并入本文中。一般来说，将此类材料成型为致密压块(或坯料)。然而，致密压块(或坯料)难以进行机械加工，包括机械破碎成微粒形式，并且致密压块通常被成型为接近网状(参见美国专利申请公开案2013/0167447，其以全文引用的方式并入本文中)，或必要时，通过例如切削工艺(如电子放电加工(EDM))使致密压块进一步成型为产品形状。

这些常规压块的典型用途和产品包括修整和整修磨轮；模具坯料，例如用于绞线、群聚(bunching)和压缩应用；磨损部件和喷嘴；以及高压研究压砧和背板。一般来说以及在以上应用中，将陶瓷结合的金刚石复合物成型为致密压块，其特征固有地限制其应用并且最小化或阻碍了以微粒形式使用的陶瓷结合的金刚石复合物的磨损和磨耗特性。

发明内容

需要一种改善的复合金刚石材料，其易碎成微粒形式且在引入磨损和磨耗应用中时具有高性能。如果陶瓷结合的金刚石复合物可以成型为微粒形式而非致密压块形式，那么可以实现大量用途，包括例如作为嵌入基质中或在表面上的粒子以向例如切削装置、切割刀具、磨轮、锯条等赋予磨耗和磨损相关特性。

制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性方法包括形成包含多个金刚石颗粒和硅粒子的金刚石原料；和对金刚石原料进行至少一个预固结工艺来形成团粒。所述方法还包括使用团粒在固结工艺中形成致密压块，其中所述致密压块包含陶瓷结合的金刚石复合材料，和在后固结工艺中机械加工所述致密压块，在所述后固结工艺中形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。

制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一个示例性方法包括形成包含多个金刚石粒子和硅粒子的金刚石原料，将金刚石原料与粘结剂和溶剂混合，以形成浆料，将浆料喷洒到液氮中，以形成多个冷冻的团粒，然后将所述冷冻的团粒冷冻干燥以从团粒去除溶剂，或将浆料喷洒到加热的腔室中以去除挥发性组分，以及在惰性或还原性气氛中加热团粒以从团粒去除粘结剂。所述方法还包括在惰性或还原性气氛中烧结多孔团粒来形成陶瓷结合的金刚石复合材料的砂粒，和机械加工所述砂粒来形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石粒子和反应结合到金刚石粒子的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。