轴承、座圈及其具有金刚石和其他超硬表面的部件制造技术

本申请披露了金刚石轴承和轴承部件。轴承和轴承部件的一些实施例包括在高温、高压下烧结的多晶金刚石结合体以产生一个金刚石层，该金刚石层通过化学和机械的方式粘合到一个基底上，所述金刚石层体现为耐久性和热稳定性的负荷支承和活动活动结合表面。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】1、专利技术背景A.专利
本专利技术的多个实施例主要涉及非平面轴承、轴承部件、座圈、座圈部件及制造这些部件的方法。更具体地说，本专利技术的一些实施例包括轴承和/或座圈，这些轴承和/座圈具有由金刚石、立方氮化硼和其他超硬材料全部或部分制作的接触表面、滚动表面或滑动表面(或这几种表面的组合)。所述实施例可利用多种类型的金刚石，包括自然金刚石、单晶金刚石、多晶金刚石结合体及通过化学蒸发沉积工艺和物理蒸发沉积工艺所制作的金刚石。本专利技术的实施例包括对轴承或座圈的金刚石部分进行处理、定形和抛光的方法，包括对金刚石表面进行处理、定形和抛光。就如在本申请中通常应用的那样，术语“轴承单元”可包括轴承、座圈、滚珠、滚柱、轴承杯、轴承罩、衬套、轴、轴颈和/或与其他部件滚动或滑动结合(或二者的组合)的任何相关部件。B.对相关技术的描述该部分将对与非平面轴承、轴承部件、座圈、座圈部件相关的技术进行描述。本专利技术的不同实施例涉及将金刚石和其他超硬表面应用到轴承和轴承元件上。这些轴承和轴承元件包括滑动及滚动轴承元件和轴承座圈。轴承是机械装置大量部件中的必需部分。在这些不同的应用中，轴承承受较高的向心力、直接的冲击载荷且在机械装置中必需减小摩擦和能量损失。此外，它们必须保持部件的机械对准并保持机械装置的精密度和精度。任何轴承的应用，不管是承受磨损、高负荷、较高的维护要求和/或复杂润滑需要的滑动轴承还是滚动轴承(亦或是滑动和滚动的组合)均可从本专利技术的实施例中受益。本专利技术的实施例也具有其他用途。典型的轴承类型可包括具有座圈的滚珠轴承、具有座圈或导槽的滚柱轴承及滑动元件轴承。所有这些轴承均可包括保持轴的对准所需的径向或套式轴承以及进行轴向力传输所需的推力轴承。滚柱轴承可执行与上述功能相同类型的功能，所述滚柱包括柱式滚柱、锥形滚柱、针式滚柱、鼓形滚柱(对称式及不对称式)。滑动元件轴承可包括一些装置例如衬套、轴颈、滚珠轴承部件及被限定在机械装置中的结合轴承部件。制作轴承部件所用的材料是根据特定应用的机械要求来确定的。人们希望这些材料具备的性能包括耐久性、抗破碎和磨损、耐热、特别是与轴承中常用的金属相比具有较低热膨胀系数、较低的摩擦系数以与非润滑剂进行滑动接触以及对任何润滑剂具有亲和性以提高轴承的机械操作性能。多种类型的润滑剂和润滑系统均可被用来提高轴承的操作性能且可增大其耐久性和功能的持久性。由于润滑剂增大了轴承系统的复杂程度，因此，使用很少润滑剂或不用润滑剂的这种能力是人们所希望的。可使用的润滑剂包括固体介质如石墨、钼、PTFE、具有相同成分的粉末状介质、流体介质，所述流体介质包括水、碳氢化合物、碳氟化合物、碳氢化合物的卤化物、复杂的碳氢化合物如脂肪和脂肪酸、含有硅树脂的润滑剂及其他任何液体。在一些应用中，用于润滑的液体可产生磨损和/或腐蚀，例如在油井钻孔装置中，或在流体泵系统中可产生腐蚀。在转动、结合或滑动的动态机械装置或静止机械装置中，轴承可实现多种功能。这些功能包括但不限于承受较高的负载、保持对准精度、保持机械运动的较低摩擦系数及承受较高的冲击载荷。此外，所述轴承经常在恶劣的环境中需执行不同的功能，例如在高温和/或存在腐蚀性化学物质的环境下、侵蚀性环境下或其他任何不利的环境下。适于轴承用途的理想材料应具有较高的硬度、较高的抗磨损强度、较低的机械摩擦系数、化学性能稳定、具有热稳定性和较高的热传导性能。当前用于制作轴承和座圈所用的材料包括较硬的非铁合金、硬化处理的钢、陶瓷、塑料(包括聚乙烯)、晶体材料如碳化硅、氮化钛和氧化铝。所有这些材料由于易于磨损、在负荷下易产生变形、易于破损、在侵蚀环境下易产生退化及热裂解而受限于上述环境中的应用。轴承的磨损和退化会使机械部件丧失对准而进一步加速其他金属部件的磨损和/或破坏、产生更多的热量，从而进一步加速轴承的磨损而最终使其报废。金刚石的抗磨损能力超过上述任一种材料。此外，金刚石具有所需的热稳定性、热传导性能、化学稳定性及抗破坏硬度以提高轴承的性能。在下表中将多晶金刚石的性能与制作轴承面所用的其他材料的性能进行了比较。表1金刚石和其他材料的比较 现有轴承具有的一个特殊问题是在将具有足够硬度的一种第三基体磨损微粒引入轴承环境中时会产生急剧加速磨损的趋势。现有技术中的缺陷和广泛的限制清楚显示出这样一种需要，即需要改进的轴承、轴承部件、座圈、座圈部件及这些部件的制作方法。III.
技术实现思路
在许多方式中，多晶金刚石结合体是用于轴承的一种理想材料。目前，多晶金刚石结合体大部分被应用于机械用途的需求如钻孔和岩石的切割。不幸地是，没有人将本专利技术的多晶金刚石结合体用于制造典型的非平面轴承。本专利技术一些实施例的目的是为非平面滚动或滑动(或滚动和滑动的组合)轴承提供部件，与现有技术中的轴承相比，这种轴承具有增强的抗磨损性、减小的摩擦系数、对不利的环境具有增强的抵抗性能、且在不损坏的情况下具有增大的承受较高负荷和较高冲击力的能力。本专利技术的一个特征在于轴承和/或座圈的活动结合表面上/内布置有金刚石和其他超硬材料。本专利技术一些优选实施例的目的是提供轴承和座圈，与类似用途中所用的现有轴承相比，这些轴承和座圈在没有润滑或润滑显著减少的情况下仍可很好地工作。金刚石即使在通常的状态下仍具有良好的传热性能是众所周知的，烧结多晶金刚石显示了极好的热稳定性。在将处于多晶金刚石结合体内晶隙内的金属除去的情况下，则提高了部件的耐热能力。在本专利技术的一些实施例中，利用美国专利No.5,127,923；No.4,163,769；No.4,104,344所披露的工艺可制作出具有很高热稳定性的金刚石，上述这些专利文献在本申请中均作为参考而被结合使用。本专利技术一些实施例的另一个目的是提供具有较高化学稳定性和热稳定性的轴承和轴承元件，与现有技术中的轴承及类似的应用相比，它们可以更好的方式运行。因此，本专利技术的轴承和座圈不仅由于具有较低的摩擦系数和较高的热传导性而避免了热量的积聚，而且由于其具有良好的热稳定性而可阻止热量所造成的损坏。本专利技术一些实施例的再一个目的是提供利用金刚石和其他超硬材料所制作的轴承。本专利技术的金刚石和其他超硬材料可实现本申请中所陈述的不同目的。本专利技术一些实施例的再一个目的是提供对平面类型和非平面类型轴承和座圈的润滑剂具有较高亲和性的轴承和座圈，与现有的轴承和座圈相比，这种类型的轴承和座圈具有较低的摩擦损失。金刚石具有非常高的表面能量是公知的技术，这是使其非常湿润而易于润滑。与现有技术相比，该特征在本专利技术的装置中提供了改进的效用、耐久性和功能。本专利技术的另一个目的是提供具有较高热量传输性能的轴承、轴承元件和座圈，这样就可将热量更有效地从接触表面上传输出去而提高了轴承的耐久性、效用和较长的使用寿命。因此，就增大了轴承的使用寿命且可保持任何润滑剂的完整性。本专利技术一些实施例的目的是提供精密轴承以适用于需要高精度和高精确性的用途中。与现有的轴承相比，本专利技术的轴承和座圈由于非常低的磨损和较高的硬度和强度而可在更长的时间内保持精度和精确性。本专利技术一些实施例的目的是提供球型、筒型、轴型、套型及针型的转动或滚动轴承而抵靠结合在座圈或其他相接触的轴承面上，其中，至少一些接触表面为金刚石或另一种超硬材料。金刚石或超硬材料可布置在整个接触表面上或只布置在一部分表面上，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于非平面轴承单元的一种部件，包括：　　　　一基底，该基底包括一溶剂－催化剂金属，　　　　烧结到所述基底上的一金刚石层，　　　　处于基底和金刚石层之间的一个区域，该区域具有一横跨该区域而减小溶剂－催化剂金属的含量的复合梯度，　　　　处于所述区域中的化学键，所述化学键包括金刚石层中的金刚石－金刚石键、处于梯度过渡区域中的金刚石－金属键以及所述溶剂－催化剂金属中的金属－金属键，　　　　金刚石层和基底之间的机械卡持，这种卡持用于将金刚石层固定到基底上，　　　　处于所述金刚石层中的胞间隙，　　　　处于所述胞间隙中的溶剂－催化剂金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：BJ泊普，JK泰勒，RH迪克森，CF加迪尼尔，LM泊普二世，DC布兰克本恩，MA瓦尔，
申请(专利权)人：得敏康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]