高密度研磨压块制造技术

本发明专利技术提供了一种制备高密度研磨压块材料的方法，该方法包括以下步骤：提供粘结粉末材料和磨粒或粗砂的导电混合物；压制该导电混合物；和使压制的导电混合物经受一个或多个高电流脉冲，由此形成研磨压块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及一种制备高密度研磨压块、特别是高密度金刚石浸渍的压块的方法。在制造金刚石浸渍的压块中通常采用的典型制作方法利用了粉末冶金(PM)技术，由此将金刚石粗砂和粘结粉末的混合物(其中该粘结粉末主要为金属性的)固结形成切削工具。虽然热压成网状已变得普遍，但是也可以采用其它PM方法例如无压烧结或热等静压或二者的组合，挤出，激光熔融，热压与激光切割的组合，和其它类似技术来致密化粉末。热压方法由同时施用热量和压力组成，由此获得几乎无内部孔隙的产品。相对于传统冷压/高温烧结PM路线来说，热压需要在较低的温度下、但是在压力下保持粉末更短的时间(通常2-6分钟)，由此达到更高密度水平。通常采用电阻加热设备和石墨模具来实现热压。石墨模具在片段制造中提供了更高的效率，并且在高温下保护了金属粉末和金刚石粗砂二者免受氧化。虽然使用涂覆的金刚石也可以提供一定程度的保护，但是一些粉末混合物可能需要在烧结期间将相当大地破坏金刚石的温度。适当致密化的金属基质金刚石混合物获得很大程度上受基质组成影响的窄硬度范围。但是，如果片段的结构在任意方面充分异化，或者如果致密化不彻底，硬度将不会落在规定范围内。不彻底致密化的材料通常具有极低的韧性，其可能导致差的耐磨性和差的金刚石保持力。专利技术概述依据本专利技术，制备高密度研磨压块材料的方法包括步骤a)提供粘结粉末材料和磨粒或粗砂、特别是金刚石磨粒或粗砂的导电混合物；b)压制该导电混合物；和c)使该压制的导电混合物经受一个或多个高电流脉冲，由此形成研磨压块。该粘结粉末材料可以为金属粉末材料，或者其可以包括半导体粉末材料，或者单独地或与金属粉末材料相组合。该半导体粉末材料可以选自硅(Si)、锗(Ge)和镓(Ga)中的任一种或多种。该磨粒优选地为金刚石磨粒，但是也可以选自立方氮化硼(cBN)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3Ni4)、金刚砂、石榴石、WC和氧化锆。术语“粗砂(grit)”旨在包含尺寸比颗粒更小的、特别是小于50/60目(#)尺寸的磨粒。该金刚石颗粒和/或粗砂优选地用粉末材料包裹和/或造粒。在本专利技术的优选方面，通过粉末材料包裹磨粒和/或用粉末材料造粒研磨粗砂。通过使用本领域公知的常规包裹和/或造粒技术，能够制得均质粘结粉末材料/研磨混合物。在本专利技术方面，术语“包裹”旨在包含通过粉末材料以使得周围的粉末材料基本上保留在颗粒周围的位置的方式包围该颗粒和/或粗砂。优选地，通过另外的可以随后除去的适宜粘合剂来实现包裹，例如在预热或预烧结期间。适宜粘合剂的实例包括但并非限定于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、硬脂酸酯、蜡和石蜡。除了上述内容之外，该磨粒可以用金属涂层预先涂覆。适宜的涂层包括但并非限定于碳化钛、碳化铬、钛金属和钨金属。金刚石颗粒和/或粗砂优选地在被压制之前被部分烧结。该导电混合物优选地在被烧结之前被预压制为接近网状。该导电材料优选地在压制步骤(b)期间，或者在预压制步骤期间，或者在两个步骤期间被置于真空下。该压制的导电混合物或预压制的压块优选地在经受高电流脉冲之前被预热。术语“高电流脉冲”旨在包括大于1kA/cm2的脉冲。可以在惰性气氛或真空中实现预热，由此阻止粉末材料的氧化。也可以通过将直流电流穿过冲孔和由此穿过同时在冲模中的样品来实现预热。粘结金属粉末材料包括但并非限定于铁、钴、铜、青铜、黄铜和Ni或其混合物，或基于这些金属的预合金材料。金属粉末材料中也可以包括不导电的添加剂如金属碳化物、氮化物或氧化物以及金属陶瓷。认为也可以使用其它材料如Mo、W、Nb、Al、Ti、V、Cr、Zr、Ag、Sn、Ta、Pt和Au。优选实施方式的详细说明本专利技术涉及一种由干燥、导电、优选地金属/金属陶瓷粉末材料混合物制备高密度压块的方法，该混合物用磨粒、优选金刚石颗粒和/或粗砂浸渍，由此实现了大于99％的密度。金刚石颗粒和/或粗砂可以是自然形成的，但是其优选地为合成的。可以预涂覆该金刚石粗砂。出于所述目的，通过将电流施加到压力机的冲孔中来叠加粉末/金刚石混合物的静压。本方法特别适用于，但并非限定于用于工具如分段锯条和线状锯的烧结金刚石磨损部件/切削元件的大规模生产。由此，本专利技术扩展到包括磨料如金刚石颗粒或粗砂的研磨压块，该压块的密度大于99％。该压块的密度优选地大于99.1％，更优选地大于99.2％，更优选地大于99.3％，更优选地大于99.4％，更优选地大于99.5％，更优选地大于99.6％，更优选地大于99.7％，更优选地大于99.8％，更优选地大于99.9％。本方法在具有由适宜材料如铜或铜/银渗透的钨、铜/钨合金或粉末冶金钼制成的导电冲孔和该冲孔适配的绝缘冲模的压力机中进行。优选地，铜/钨混合物为10/90-50/50，例如30/70。如上所述，银渗透的材料也是适用的。该压力机优选地为水压机，但是认为也可以使用其它类型的压力机，例如气动压力机或螺纹压力机。穿过冲孔的高电流脉冲有时可以导致粉末材料与磨粒的混合物粘结或焊接于冲孔。由此，期望在该冲孔和混合物之间包括另一导电层，例如厚度为几微米的涂层。可以利用Cu渗透的W作为置于将Cu基冲孔与待烧结的材料分开的圆盘，这样降低了焊接的风险。该涂层可以是充分纯的钨金属或其它高熔点金属和/或耐氧化的金属，例如Mo、Nb、Pt、Pd和Ta等。在本专利技术的一种实施方式中，在冲孔之间包括牺牲性铜垫片，其可以与压块粘结但不与冲孔粘结。将意识到的是，在使用时，该铜将不会负面干扰所制造的压块的形状或功能。上述压力机布置通常在美国专利5529746中列出，其引入本文作为参考，但是用于依据本专利技术的冲孔的材料稍微不同且将不会导致依据上述美国专利的教导的有用的产品。将导电粉末材料/金刚石混合物置于冲孔之间的冲模中。用于烧结的能量通过一组电容器来提供，该电容器通过高电流变压器放电穿过冲孔(和由此穿过粉末材料/金刚石混合物)。将认识到的是，使用这种方法，可以在显著低于本领域中教导的温度的温度下实现包括研磨颗粒和/或粗砂的高密度研磨压块。这种能量释放是以短持续时间的极高电流脉冲的形式。电流脉冲的范围可以为1kA/cm2-20000kA/cm2，优选数值在50kA/cm2-500kA/cm2之间。电流脉冲可以大于1kA/cm2，优选地大于50kA/cm2，更优选地大于100kA/cm2，更优选地大于200kA/cm2，更优选地大于300kA/cm2，且最优选地大于400kA/cm2。电流脉冲可以小于10000kA/cm2，优选地小于5000kA/cm2，更优选地小于2000kA/cm2，更优选地小于1000kA/cm2，且最优选地小于750kA/cm2。所使用的电压优选地不大于24V。脉冲持续时间通常在0.1至50毫秒之间，优选数值在1至10毫秒之间。脉冲持续时间可以大于0.1毫秒，大于0.5毫秒，大于1.0毫秒，大于2.5毫秒，且最优选地大于10毫秒。脉冲持续时间可以小于50毫秒，小于45毫秒，小于40毫秒，小于30毫秒，小于20毫秒，小于10毫秒，且最优选地小于5毫秒。这种组分的烧结是局部的，且是高效的，不必过量加热。这样导致在通常低于300℃的温度下由冲模-冲孔组件中形成的组分。本专利技术的方法能够制备完全的成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高密度研磨压块材料的方法，其包括步骤：　　　　ａ）提供粘结粉末材料和磨粒或粗砂的导电混合物；　　　　ｂ）压制该导电混合物；和　　　　ｃ）使该压制的导电混合物经受一个或多个高电流脉冲，由此形成研磨压块。

【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：D伊根，GF福林，
申请(专利权)人：六号元素有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]