磨料金刚石复合材料及其制造方法技术

一种由涂敷的金刚石颗粒（１０）和基质材料（２２）形成的磨料金刚石复合材料（６０）。金刚石（１２）具有由组成为ＭＣ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］的耐火材料形成的保护涂层（１４），其防止基质材料（２２）产生的对金刚石的腐蚀性化学侵蚀。磨料金刚石复合材料（６０）还可以包含一种渗透剂如铜焊料材料（４０）。另外，磨料金刚石复合材料（６０）可以包括许多涂敷的金刚石颗粒（１０）和铜焊料材料（４０），铜焊料材料（４０）填充涂敷的金刚石颗粒（１０）之间的间隙。还公开了制备这样的磨料金刚石复合材料（６０）的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种磨料复合材料。更具体地，本专利技术涉及由涂敷的金刚石颗粒和一种基质材料构成的磨料组合物以及制造这种磨料复合材料的方法。仍然更具体地，本专利技术涉及由涂敷的金刚石颗粒和一种基质材料构成的磨料复合材料，其中，所述基质材料用强化材料渗透。甚至更具体地，本专利技术涉及用于这种磨料复合材料的具有耐化学性涂层的金刚石颗粒。传统的金刚石锯条段通过首先混合金刚石晶体与一种金属粉末，一般为钴，然后热压该混合物获得希望的形式来制造。由于成本问题，由其它金属代替基质中的钴存在相当大的兴趣。金刚石对基质的良好附着以及金刚石在其中的保持是必要的，以生产具有足够使用寿命的切削工具。如果金刚石晶体对基质的附着不是足够强，所述金刚石晶体在使用过程中过早地脱离基质。因此，希望的是改善金刚石-基质结合的耐久性和获得金刚石晶体在基质中的较好的保持。一种改善这些性质的可能手段是用熔化的铜焊合金渗透金刚石-金属基质。一些金属，例如铁或镍与金刚石反应。因此这些材料在基质中和在液体-渗透的金属结合剂中的使用可以使得金刚石晶体暴露到极端腐蚀性的条件。在这样的条件下化学腐蚀可能产生金刚石表面的点蚀，因此降低金刚石的机械强度和耐磨性。具有各种各样外层涂层的金刚石在本领域技术中是已知的并且可以购得。大多数现有技术涂层意欲改善附着力。这些涂层具有一定程度的耐化学腐蚀性，但是小于约1μm。由于这种涂层的有限厚度，仍然可以生金刚石的显著腐蚀。当耐热层涂敷到锯级金刚石中时，它们不与金属基的液体-渗透结合的金刚石复合材料一道使用。另外，现有技术未能解决基本无另外坚硬组分的金属基基质。具有液体-渗透的金属粘合剂的金刚石复合材料与含有传统热压粘合剂的类似材料相比更致密并且更耐久。然而，现有技术中的液体-渗透的复合材料，具有有限的用途，因为由于液体渗透剂的腐蚀，金刚石经历显著的退化。因此，所必须的是其中金刚石能够抵抗基质材料或渗透材料腐蚀的金刚石复合材料。而且，所需要的是能提供金刚石在基质中优异的保持性的金刚石复合材料。进一步所必须的是制造这种金刚石复合材料的方法。最后，所必须的是抵抗基质或渗透材料腐蚀的用于磨料金刚石复合材料的涂敷的金刚石颗粒。专利技术简述本专利技术通过提供由基质材料和含有耐腐蚀涂层的金刚石组成的磨料复合材料满足这些需求和其它需求。另外，本专利技术的耐磨复合材料可以包括铜焊材料，它作为一种液体渗透到基质中，由此形成比含有传统热压粘合剂的类似材料更致密和更耐久的复合材料。制造这些复合材料以及制造用于磨料复合材料并具有耐腐蚀涂层的金刚石颗粒的方法也在本专利技术的范围内。因此，本专利技术的一个方面是提供磨料金刚石复合材料。磨料金刚石复合材料包含许多涂敷的金刚石颗粒和基质材料，所述涂敷的金刚石颗粒的每一个包含具有一个外表面和分布在外表面上的一个保护涂层的金刚石，并且所述基质材料分布在每一个涂敷的金刚石颗粒上并且相互连接涂敷的金刚石颗粒。所述基质材料包括金属碳化物和金属的至少一种，所述保护涂层保护金刚石免受基质材料的化学腐蚀。本专利技术的第二方面是提供用于形成磨料金刚石复合材料的涂敷的金刚石颗粒，磨料金刚石复合材料包括基质材料和许多涂敷的金刚石颗粒。涂敷的金刚石颗粒包含具有外表面和分布在外表面上的保护涂层的金刚石。保护涂层包含耐火材料并保护金刚石颗粒免于受到基质材料的化学腐蚀。本专利技术的第三方面是提供一种磨料金刚石复合材料。该磨料金刚石复合材料包含许多涂敷的金刚石颗粒基质材料以及铜焊材料，每个涂敷的金刚石颗粒包含具有外表面的金刚石和分布在该外表面上的保护涂层，该保护涂层包含分子式为MCxYy的耐火材料，其中，M是金属，C是具有第一化学计量系数x的碳，N是具有第二化学计量系数y的氮，其中0≤x，y≤2；基质材料包含金属碳化物和金属的至少一种，基质材料分布在每个涂敷的金刚石颗粒上并且相互连接涂敷的金刚石颗粒且形成含有许多孔隙和开口气孔的骨架结构，保护涂层保护金刚石免受基质材料的腐蚀性化学侵蚀；铜焊材料通过基质材料渗透并占据孔隙和开口气孔。本专利技术的第四个方面是提供磨料金刚石复合材料，其包含许多涂敷的金刚石颗粒，每个涂敷的金刚石颗粒包含具有外表面的金刚石和分布在外表面上的保护涂层，保护涂层包含分子式为MCxYy的耐火材料，其中，M是金属，C是具有第一化学计量系数x的碳，N是具有第二化学计量系数y的氮，其中0≤x，y≤2；和通过基质材料渗透并占据涂敷的金刚石颗粒之间的间隙的铜焊，从而使涂敷的金刚石颗粒相互结合。本专利技术的第五个方面是提供一种制造用于研磨工具的磨料金刚石复合材料的方法。该方法包括以下步骤提供许多金刚石；对每个金刚石外表面上施加保护涂层，从而形成许多涂敷的金刚石颗粒；使基质材料与所述许多金刚石颗粒组合形成预成型体；加热预成型体到预定温度，从而形成磨料金刚石复合材料。最后，本专利技术的第六个方面是提供一种制备液体渗透的磨料金刚石复合材料，用在研磨工具中。该方法包括以下步骤提供许多金刚石；对每个金刚石外表面上施加保护涂层，从而形成许多涂敷的金刚石颗粒；使基质材料与所述许多金刚石颗粒组合形成预成型体，其中基质材料形成含有许多孔隙和开口气孔的骨架结构；使铜焊合金与预成型体接触；加热铜焊合金和预成型体到高于铜焊合金熔化温度的预定温度，从而产生熔化的铜焊合金；使熔化的铜焊渗透通过基质材料并用熔化的铜焊合金占据大多数孔隙和开口气孔，从而形成液体渗透的磨料金刚石复合材料。液体渗透的磨料金刚石复合材料可以用作锯片部分、冠状钻头或其它研磨工具。由以下的详细描述、附图和所附权利要求，本专利技术的这些和其它方面、优点和显著的特征将变得更清楚。 附图说明图1是根据本专利技术的具有保护涂层的金刚石颗粒的示意截面图；图2是根据本专利技术的涂敷金刚石颗粒和基质预成形体的截面示意图； 图3是渗透前的预成形体和渗透的铜焊的截面示意图；图4是本专利技术的液体渗透的磨料金刚石复合材料；图5是在与羰基铁粉末混合并在氢气中在850℃自由烧结1小时后回收的未涂敷金刚石的光学照片；图6是在与铁粉末混合并在氢气中在850℃自由烧结1小时后回收的具有约1.3μm厚的WC涂层的金刚石的光学照片；图7是在与铁粉末混合并在氢气中在850℃自由烧结1小时后回收的具有约5μm厚的SiC涂层的金刚石的光学照片。图8是在与铁粉末混合并用60Cu-40Ag在1100℃渗透5分钟后的未涂敷金刚石的扫描电子显微镜(SEM)照片；图9是在与铁粉末混合并用60Cu-40Ag在1100℃渗透5分钟后，具有约9μm厚的WC涂层的金刚石的SEM照片；图10是在与钨粉末混合并用53Cu-24Mn-15Ni-8Co在1100℃渗透10分钟后的未涂敷金刚石的SEM照片；图11是在与钨粉末混合并用53Cu-24Mn-15Ni-8Co在1100℃渗透10分钟后的具有约9μm厚的WC涂层的金刚石的SEM照片；和图12是在与铁粉末混合并用60Cu-40Ag在1100℃渗透5分钟后的具有约5μm厚的SiC涂层的金刚石的SEM照片；和图13是在与铁粉末混合并用60Cu-40Ag在1100℃渗透5分钟后的具有约5℃厚的TiN涂层的金刚石的SEM照片。专利技术详述在以下描述中，在附图中所示的若干图中，相同的附图标记表示相同或相应的部件。还应当理解，诸如“顶部”、“底部”、“向外”、“向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磨料金刚石复合材料（６０），所述磨料金刚石复合材料包含：ａ）许多涂敷的金刚石颗粒（１０），每个所述涂敷的金刚石颗粒包含具有外表面的金刚石（１２）和分布在所述外表面上的保护涂层（１４）；和ｂ）分布在每个所述涂敷的金刚石颗粒 （１０）上并且互连所述涂敷的金刚石颗粒（１０）的基质材料（２２），所述基质材料（２２）包含金属碳化物和金属的至少一种，所述保护涂层（１４）保护所述金刚石（１２）免受所述基质材料（２２）的腐蚀性化学侵蚀。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MP德埃弗林，KJ纳朗，JM小麦克哈勒，MH罗，AW萨尔克，SW韦布，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]