在实施方式中，磨料复合片包括烧结、结合或以其它方式合并成固体形体的超硬颗粒。所述复合片还包括具有连续梯度、多轴向梯度或多个独立梯度的各种物理特征。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及具有各种物理特征的磨料复合片(abrasive compact)，比如具有连续梯度、多轴向梯度、或多个独立梯度的复合片。
技术介绍
磨料复合片广泛地应用于钻孔、打眼、切削、铣削、研磨或其他材料去除操作。磨料复合片包括烧结、结合、或以其它方式合并成固体的超硬颗粒。超硬颗粒可包括天然金刚石或合成金刚石、立方氮化硼(CBN)、碳氮(CN)化合物、硼碳氮氧(BCNO)化合物、或硬度比碳化硼硬度高的任何材料。超硬颗粒可以是单晶、多晶聚合体，或为单晶和多晶的聚合体。在商业上，磨料复合片有时称为多晶金刚石(PCD),或者当基于金刚石时称为金刚石复合片。基于CBN的磨料复合片通常称为多晶立方氮化硼(PCBN)或CBN复合片。已经部分或全部去除残余的烧结催化剂的磨料复合片有时被称为沥滤过的或热稳定的复合片。与硬质合金或其它基底相结合的磨料复合片有时被称为支撑复合片。磨料复合片对于要求抗磨、抗腐蚀、抗热应力、抗冲击阻力和强度的高要求应用是有用的。对这些磨料复合片的设计折衷在将磨料复合片附接到支撑基底、烧结工艺限制或平衡逆向变换性能比如对烧结添加物的需要及它们对抗腐蚀性能的影响方面出现困难。现有技术的磨料复合片使用分层微观结构来克服这些设计折衷中的一些。现有技术的具有不同超硬颗粒尺寸的层之间的转变在图l示出，其中具有细颗粒114的均匀的细颗粒区111和具有相应的粗颗粒113的均匀的粗颗粒区112是可见的。图2示出图1的复合片的颗粒尺寸在距刀具的作用切削表面550微米处出现的突然变化。现有技术的复合片还使用了突然的化学转变。图3的电子显微照片示出现有技术的支撑磨料复合片中的催化剂浓度变化213、 214。催化剂金属衰竭区211靠近作用切削表面217。催化剂金属在富金属区212作为浅灰色线的细网络是可见的。也可通过沿着从一个表面215到另一表面216的线行进的电子束微探针分析显示该转变。图4以曲线图表示出了沿表面215和216之间的线的图3刀具的催化剂浓度降低5倍。两个转变都发生在约一个粗晶粒直径范围内。现有技术的磨料复合片的物理性能或结构的突然转变也由例如美国专利No.5,135,061、美国专利No.6，187,068和美国专利No.4,604,106的专利附图支持，这些专利的公开内容的全部在此通过引用并入。前述磨料复合片全都包含具有基本均匀的物理特征区之间的突然转变的分离层。物理、化学或结构特征的突然转变能降低磨料复合片的性能。
技术实现思路
在实施方式中，磨料复合片(abrasive compact)包括合并成固体块的多个超磨料颗粒(superabrasive particle)。颗粒具有连续、单调和单轴向的特征梯度。可选地，所述特征梯度是颗粒尺寸梯度。另外，颗粒尺寸沿轴线的最大变化率可以是每l微米直径转变小于l微米。可选地，所述特征梯度可以是孔尺寸梯度。另外，孔尺寸沿轴线的最大变化率可以是每1微米直径转变小于1微米。作为另一选择，所述特征梯度可以是颗粒形状梯度。另外，颗粒纵横比沿轴线的最大变化率可以是每l微米转变小于O.l。在又一选择中，所述特征梯度可以是超磨料颗粒浓度。在另一实施方式中， 一种磨料复合片包括合并成固体块的超磨料材料。该固定块具有至少两个特征梯度，所述至少两个特征梯度中的每一个都是连续的。梯度可以是(i)单调和单轴向的或者(ii)振荡的。在实施方式中， 一种产生磨料复合片的方法包括以下步骤从一组超硬颗粒开始，比如从所准备的具有一定范围的颗粒尺寸的合成金刚石开始。将颗粒与乙醇或另外的流体组合并混合，以产生混合浆液。允许浆液沉淀或以其它方式分离。混合浆液沉淀成大致固体的等级层，可选地是其中较多的粗颗粒首先沉淀，而较多的最细颗粒最后沉淀。通过千燥、离心法或另外的方法，如果不是去除所有剩余液体，去除大部分剩余液体。然后，去除并通过通常在HPHT条件下的烧结来处理等级层的一部分，以产生磨料复合片。等级层的一部分可选地可放置在基底上。超硬颗粒层可被定向以便将具有较多粗金刚石颗粒的表面靠近基底放置，以产生初始组件，通过通常在HPHT条件下的烧结来处理该初始组件，以形成处理过的组件。从该处理过的组件生成并重新得到被支撑在钴钨硬质合金基底上的烧结金刚石磨料复合片。可将所得到的被支撑烧结复合片加工成磨料工具。可选地，允许混合浆液在非平面固定物中分离。另外，基底可具有与等级层相匹配的交界面表而，该交界面表面可放置在复合片具有较多细颗粒的部分上。附图说明图1是现有技术的PCD复合片结构的电子显微照片，示出了突然转变和颗粒尺寸。图2是示出作为距切削表面的距离的函数的颗粒尺寸转变的曲线图，其与图l的刀具有关。图3是示出现有技术的热稳定支撑磨料复合材料中的催化剂浓度突然转变的电子显微照片。图4是作为距刀具交界面的距离的函数的钴催化剂浓度的曲线图，其与图3的刀具有关。图3是示出超磨料刀具的各个层的现有技术的简图。图4是具有布置在周围区域内的不同尺寸的颗粒的现有技术刀具的图。图5是示出示例性柱状支撑磨料复合物的横截面的图。图6是示出比如图5的实施方式的示例性微观结构的电子显微照片。图7是对比图3和图5的实施方式的作为距切削表面的距离的函数的品粒尺寸的曲线图。图8包括具有多个独立的梯度的示例性刀具的电子显微照片，且包括高放大倍插图。图9是示出作为距有效切肖ij表面的距离的函数的晶粒尺寸的曲线图，其基于图8实施方式。图10是示出示例性刀具中钨含量、催化剂金属浓度和颗粒尺寸梯度的曲线图。阁ll是具有存在于多个轴上的多重梯度的支撑磨料复合片的示意性截面图。图12是图11的刀具的区域的梯度的显微照片。图13是颗粒尺寸梯度的曲线图，而图14示出图12的示例性刀具的在 一 个方向上的催化剂金属浓度。图15和图16示出在与图13和图14所示的方向不同的方向上的图12的示例性刀具的催化剂金属浓度和颗粒尺寸梯度。图17是示出本文提供的示例3的示例性刀具的颗粒尺寸分布的曲线图。图18是示出示例4中使用的金刚石粉末的颗粒尺寸分布的曲线图。图19是示出示例5中使用的钨粉末的颗粒尺寸分布的曲线图。 图2 0示出复合片和示例性的沉淀固定物。且汰st施卡^fZ 门—/V。 yv在描述本方法、系统和材料之前，应当理解，本公开内容不限于 所描述的具体方法、系统和材料，因为这些可改变。还应当理解，描 述中使用的术语仅用于描述具体方案或实施方式的目的，且不是用来 限制范围。例如，如此处所使用的，单数形式"一"、"一个"和"所 述"包括复数引用，除非上下文有另外明确表示。此外，此处使用的 词汇"包括"用来表示"包括但不限于"。除非另外限定，此处使用 的所有技术和科学术语与本领域普通技术人员通常理解的意义相同。本公开内容涉及固体材料，其中至少一种特征比如结构或另外的 物理特征随在材料中的位置而变化。当在本文中使用时，以下术语具 有以下定义区域平均 一一复合片相对于梯度轴线定向的部分中评估出来的测 量特征的平均。垂直于梯度轴线的尺寸大到足以给出良好的特征评估， 至少是30个粗颗粒直径，且在一些情况下是100个或更多个粗颗粒直径。平行于梯度的尺寸应小到不足以掩盖不连续性的存在，比如在所关心的这个部分中是最粗颗粒的直径的至少1到3倍。粗晶粒一 一具有在复合片样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磨料复合片，包括： 合并成固体块的多个超磨料颗粒，所述颗粒具有连续、单调和单轴向的特征梯度。
【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：万山，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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