[发明专利]用于拉丝模的带支承的多晶坯块的制造方法及制成的复合多晶坯块

说明书

本发明涉及带支承的多晶金刚石或立方氮化硼坯块的制备，尤其是涉及用于拉丝模成形坯块的制备。

多晶坯块是一种烧结多晶块，这种多晶块是磨料金刚石和/或立方氮化硼粉粒结合在一起而形成的定形、坚韧、具有粘着性和高强度的块状物。关于这种金刚石坯块的制备已经公开（例如在美国专利3，141，746号中）;在美国专利3，136，615号和3，233，988号中，介绍了立方氮化硼坯块。带支承的多晶坯块是连接于诸如烧结金属碳化物增强材料或衬底材料的坯块。在一种称之为带支承的拉丝模结构中，多晶金刚石或立方氮化硼的芯子被一个诸如硬质合金或不锈钢的环状支承物套住。

在已有工艺中，带支承的坯块通常是通过一种单一步骤成形，如美国专利3，745，623号、3，831，428号、3，767，371号、3，743，489号中所述。在这种工艺中，用作烧结碳化物支承物的粘结剂的金属（例如钴），在高温和高压下，进入多晶块，充当催化剂，促成晶体间的结合。在这种单一步骤的工艺中，特别是在制造一种具有环状支承物的拉丝模坯块的过程中，可能会产生多晶金刚石或立方氮方硼/支承物界面粘结剂/催化剂耗减的问题。因此，就带支承的结合钴的碳化钨拉丝模坯块而言，若有过量的钴从碳化物支承环流入多晶块，那么碳化物中的耗尽区或环就可能扩大，并伴随着微小裂缝扩展到支承材料。另外，单一步骤的工艺没有机会个别地检查未带支承的多晶块。因此，如果在坯块或支承材料中产生缺陷，那么整批组合件都必须报废，而不是仅仅废弃有缺陷的部分。同样，在已有工艺中，需要将系统参数调整至使整体的合成物达到最佳，而不能调整至使个别组件达到最佳。最后，这种单一步骤的工艺，要求开始的结晶材料和支承材料经受足以形成多晶块的高温和高压处理。结果，同仅压制结晶材料的操作相比，其压制生产率显著下降。

两步法（其中先成形坯块，然后再将其连接于支承物上），尽管不常采用，也属已知的。例如，上述美国专利3，141，746号中介绍了将钎焊材料作为连接用。同样，已成功地使用了带支承的拉丝模坯块。它是由同坯块热压配合的金属支承材料（例如不锈钢）的环形套、环绕预成形的圆柱型多晶芯子组成。然而，现有的两步法存在一定困难。钎焊方法的一个难题是要充分地湿润与支承物连接的晶体表面。在美国专利第4，224，380号和4，288，248号中所公开的一种更新的、称之为热稳定坯块的多晶金刚石坯块中，上述困难就显得更为突出，因为热稳定坯块可含有多孔的、几乎纯的金刚石材料。即使在上述成功的热压配合两步法拉丝模工艺中，提高坯块和周围金属支承物的连接强度，仍然是有益的。此外，就热压配合本身而言，它要求相连接的部分之间保持相当小的允许偏差。这种限制显然增加了制造的困难和成本。

于是，本发明的目的在于，提供一种制造带外套（支承体）和内芯（多晶坯块）的用于拉丝模的复合多晶坯块的方法及由该方法制成的复合多晶坯块。包括带支承的热稳定多晶金刚石坯块。

上述方法包括：

（a）成形具有表面的烧结多晶金刚石或立方氮化硼坯块，

（b）独立地成形具有支承面的可塑性变形的烧结金属碳化物的支承物，

（c）将所述的金刚石或立方氮化硼坯块与所述的支承物在其各自的表面配接，

（d）将所述的配接的金刚石或立方氮化硼坯块和所述的支承物置于足以使所述的支承物表面塑性地变形的约1000℃至2000℃之间的高温和至少大于5千巴的高压条件下，而与所述的坯块表面连接，所述的温度、压力以及时间的配合，不足以引起所述金刚石或立方氮化硼坯块显著软化，

（e）回复合成的带支承的坯块。

上述方法中所采用的材料的不同，可以改变和优选工艺条件，但如果所采用的温度足以使支承材料呈塑性状态，所用的压力足以使塑性材料变形而与坯块表面紧密接触，并且温度、压力和时间的配合不足以导致多晶金刚石或立方氮化硼坯块产生显著或重大的软化，那么上述接合的条件就是充分的。正如所能理解的，所要求的工艺条件较已有工艺所需要的条件少，这样就比较有利。产生显著的或重大的软化意味着减弱了坯块的操作性能，这样就使其不能发挥应有的效用。

支承物对多晶块的连接显然涉及到物理因素，它是由各材料间的热膨胀（收缩）的差异引起的，特别是膨胀系数比较低的多晶材料所引起的。当所得到的产品因恢复到环境条件，而恢复到常态时，支承材料一般要对被支承的多晶坯块施加径向压力。在拉丝模构型中，环状支承物同时对中部多晶芯子施加径向压力和轴向压力，这是比较有益的。如果配接面的材料是互相作用的话，那么支承物和多晶块之间的连接还可能涉及到化学因素。