[发明专利]制备磨粒的方法以及采用该方法制备的磨粒

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备磨粒的方法以及采用该方法制备的磨粒。

发明背景

许多不同的应用领域普遍需要超硬材料。所述材料可以对钢、有色金属、纸、聚合物、混凝土、石料、大理石、土壤、硬质合金以及由氧化铝、碳化硅、金刚石或者立方氮化硼等制造的磨轮进行加工或者与上述物质相接触。

通常生产的合成金刚石粉末的尺寸小于600μm。对于几种应用领域，例如，皮革、橡胶、木材的钻削，磨削、机加工而言，需要较大的磨粒。包括金刚石的磨粒可以由包含金刚石骨架(具有少量或者无粘结材料的自粘结金刚石)或者包含由含有陶瓷相的基体粘结起来的金刚石粒子的金刚石复合材料制备而成，所述基体通过在存在上述陶瓷相时烧结金刚石粒子来获得。

大的磨粒由具有细小金刚石粒子的金刚石复合材料如Ballas，Carbonado等制备而成。这些材料的生产过程例如为：在高压室中烧结，随后将所述复合材料压碎，并且对所获磨粒进行分级。

由于金刚石不稳定并且存在石墨化倾向，因此，热处理须在1300-1600℃的高温，30,000-60,000个大气压的高压室中(HP/HT)，金刚石保持稳定的条件下进行。

采用高压和高温的方法的缺点是只能制备出尺寸较小的金刚石。此外，所用制造技术相当复杂，而且需要专用设备。从所制备的产物的量考虑，生产效率低且相对成本高。

一些专利对磨料的生产进行了介绍。

在专利EPO 0,435,501中公开了一种制备含有金刚石的磨粒的方法。该方法包括将由体积分数为70-90％的金刚石骨架以及硅、碳化硅和/或金属硅化物组成的金刚石压坯优选压碎成约1.5mm的小尺寸碎块。优选在高压室中通过烧结金刚石、硅、碳化硅和/或金属硅化物的混合物来制备所述金刚石压坯。在将所述金刚石压坯压碎后，可以在HP/HT条件下对所获碎块进行烧结，以获得硬质产物。另外，金属或者第二相可以包括在所述碎块中，以便在烧结和压实期间，对所述碎块进行渗透。

采用上述方法制备的磨粒由于在压碎后的压坯中的金刚石含量高，故其强度不足。所述压坯中的初始金刚石已被烧结成一个连续骨架。该骨架脆(与金刚石的脆性相当)，因此，所获磨粒也应该很脆。硅和/或碳化硅的量相对较少，故不能阻止裂纹在整个骨架范围扩展。所有这一切都会使金刚石磨粒的强度，特别是动载下的强度下降。另外，所述压坯须采用高压/高温的方法获得。

美国专利4,224,380介绍了由自粘结的磨料粒子(金刚石和/或CBN)构成的压坯的制备，所述压坯中存在到处分布的呈互连的网状的孔隙。通过在高压和高温(HP/HT)下，使用烧结辅助材料将大量的磨料粒子粘合成自粘结体来制备所述压坯。所述自粘结体包括以自粘结形式存在的所述粒子和渗透到所述整个自粘结体中的所述辅助材料。然后，对所述自粘结体进行处理，以便将所述渗透的材料去除，从而制备出由所述自粘结的磨料粒子构成的压坯。

该方法的缺点是使用了高压和高温。

一些专利公开了不使用高压和高温来制备金刚石磨粒的技术。

美国专利3,520,667中介绍了涂覆有碳化硅的金刚石磨粒的生产，所述生产过程包括：在含有挥发性硅化合物的气态环境中悬浮所述金刚石粒子，并且通过所述硅的化合物的热分解在所述粒子上形成一个碳化硅层。优选通过形成具有悬浮在一种气体混合物中的金刚石的流态床来实现所述分解过程，所述气体混合物包括氢和所述挥发后的硅的化合物。将所述流态床加热至1300-1500℃，以便使所述硅的化合物分解并且形成涂覆在分散的且悬浮的金刚石粒子上的碳化硅。

所述制备磨粒的方法的缺点在于涂覆有碳化硅的金刚石是各自独立的粒子，未相互粘合成烧结块，从而减小了磨粒尺寸，并使应用领域受到限制。

美国专利4,606,738和EPO 0,061,605介绍了包含核心磨料晶体(金刚石或CBN)和涂覆在所述核心晶体上的碳化硅的复合磨料粒子。优选通过用液态硅对涂覆有非金刚石的碳类材料的核心晶体进行渗透来制备所述磨料粒子。之后，从所制备的由核心晶体和碳化硅与硅的基体构成的块体中沥出硅。将所获得的沥出后的块体进一步细分并且回收所述磨料粒子。另一个公开的实施例是通过碳化硅基体进行互连的复合磨料粒子的聚集体，所述聚集体具有敞开式结构。