[发明专利]制备金属粘结和玻璃状粘结磨料制品以及磨料制品前体的方法

说明书

本公开提供了制备玻璃状粘结磨料制品和金属粘结磨料制品的方法。该方法依次包括以下的步骤。步骤a)包括子过程，该子过程依次包括：i)在限定区中沉积散粉颗粒层；以及ii)经由传导或照射选择性地施加热量，以热处理散粉颗粒层的区域。散粉颗粒包含磨料颗粒和有机化合物颗粒，以及玻璃状粘结前体颗粒或金属颗粒。散粉颗粒层具有基本上均匀的厚度。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次以生成包含粘结粉末颗粒和剩余散粉颗粒的磨料制品预成型件。步骤c)包括从磨料制品预成型件分离剩余的散粉颗粒。步骤d)包括加热所述磨料制品预成型件，以提供包含被保留在玻璃状粘结材料中的所述磨料颗粒的所述玻璃状粘结磨料制品，或提供金属粘结磨料制品。制备金属粘结磨料的方法任选地包括使用熔融的较低熔点金属注入磨料制品预成型件，并使熔融的较低熔点金属固化以提供金属粘结磨料制品。本公开还提供了玻璃状粘结磨料制品前体和金属粘结磨料制品前体。

技术领域

本公开广义地涉及制备在金属粘结基质或玻璃状粘结基质中具有磨料颗粒的磨料制品的方法。

背景技术

传统上，通过压缩磨料颗粒(例如，金刚石、立方氮化硼、氧化铝、或SiC)、玻璃状粘结前体(例如，玻璃料、陶瓷前体)、任选的孔隙诱导剂(例如，玻璃泡、萘、压碎的椰子或核桃壳、或丙烯酸玻璃、或PMMA)和液体载体中的临时有机粘结剂(例如，酚醛树脂、聚乙烯醇、脲醛树脂或糊精的水溶液)的共混物来制备玻璃状粘结磨料制品(例如，砂轮、砂瓦和磨石)。该磨料颗粒、玻璃状粘结前体和常见的孔隙诱导剂通常干混在一起。然后添加临时有机粘结剂溶液，以润湿磨粒混合物。然后将共混的混合物置于用脱模剂处理的硬化钢模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中顶出，并且随后加热直至临时有机粘结剂被烧尽，并且将玻璃状粘结前体转化为玻璃状粘结基质(在本领域中也称为“玻璃状粘结”和“玻璃状粘结剂”)。

传统上，金属粘结磨料制品通过混合磨料诸如金刚石、氧化铝、立方氮化硼(cBN)或其它磨粒与非熔融金属粉末(例如，钨、不锈钢或其它)、熔融金属粉末(例如，青铜或铜)或它们的组合而制成。可添加孔隙诱导剂、临时粘结剂和其它添加剂。然后将混合物引入已涂覆有脱模剂的模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中顶出，随后在加热炉中于高温下加热以熔化金属组合物的一部分，或者向生坯中注入熔融金属。加热通常在惰性或还原气体(例如，氮气、氩气、氢气)的合适受控气氛下或在真空中完成。

这些制造方法存在许多缺点：每个磨料制品形状需要特殊的模具；模具通常是昂贵的，并且具有长的生产周期以制备；任何设计变化都需要制造新模具；存在可模制的形状的限制，具有底切或内部结构诸如冷却通道的复杂形状通常是不可能的；模具磨损并且具有有限数量的可每个模具制造的单元；虽然模具填充有磨料混合物，但可发生组分的分离，从而导致不均匀的磨料组分和密度变化，这易于看见并且可导致性能变化。此外，该过程通常为手动的和劳动密集的。

在选择性激光烧结中，包含金属粉末和磨粒的粉末层在惰性气氛封装件中以均匀的层铺展。在预定区域中，通过激光束将粉末加热，以将金属粉末加热至其烧结温度。传统激光烧结的缺点是需要高功率激光器(例如，在30瓦至150瓦的范围内)，并且惰性气氛需要在整个印刷过程中保持。

发明内容

在第一方面中，本公开提供了一种制备玻璃状粘结磨料制品的方法，该方法依次包括以下的步骤。步骤a)包括子过程，子过程依次包括：i)在限定区中沉积散粉颗粒层；以及ii)经由传导或照射选择性地施加热量，以热处理散粉颗粒层的区域。散粉颗粒包括玻璃状粘结前体颗粒、磨料颗粒和有机化合物颗粒。散粉颗粒层具有基本上均匀的厚度。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次以生成包含粘结粉末颗粒和剩余散粉颗粒的磨料制品预成型件。在每个步骤a)中，独立地选择散粉颗粒。步骤c)包括从所述磨料制品预成型件分离基本上所有的剩余散粉颗粒；以及步骤d)包括加热所述磨料制品预成型件，以提供包含被保留在玻璃状粘结材料中的所述磨料颗粒的所述玻璃状粘结磨料制品。