专利名称：研磨衬片的利记博彩app
研磨衬片
背景技术：
本发明涉及研磨衬片(abrasive insert)以及特别涉及用于采矿镐中的牙轮钻头型钻头和冲击型钻头的研磨衬片。牙轮钻头广泛地用于油，气以及地热钻探操作。通常，牙轮钻头包括连接到钻柱的本体，和典型地每个安装在钻头本体轴颈上的三个中空锥体切刀，以绕垂直于钻头轴的轴旋转。使用时，随着锥体接触被钻的钻进孔洞的底部，钻柱和钻头本体在钻进孔洞内旋转并且使每个锥体在各自的轴颈上旋转。一种冲击锤钻通过使用设置在钻机本体内的活塞撞击钻头穿入岩石。这些钻机可使用空气，水或油进行操作，但是最常用介质是空气。与岩石的接触是通过按钮钻头 (button bit)进行的，其中一般为在形状上半球形或弹道式柱形按钮衬片压入钻头面。冲击型钻头是旋转-冲击工具，它们的功能是冲击-破碎被钻物质。用于牙轮钻头和冲击钻头的研磨衬片通常由烧结碳化物制成，特别是烧结碳化钨或多晶金刚石(PCD)。多晶金刚石研磨衬片通常接合到烧结碳化物支撑体或基材上。PCD 研磨衬片比烧结碳化物研磨衬片具有更大抗磨性的优点。镐在用于例如煤炭开采，贯穿岩石开通隧道以及地表开路这类应用中的设备中用作切削工具。术语“镐”一般地意指突出或凿尖形状的岩石切削工具，其通过刺穿并刮削岩石表面而切削岩石。镐一般由带有形成切削刀片的碳化钨-钴或PCD材料的钢柄组成。P⑶，亦称为金刚石研磨压块，趋于是脆性的，并且在使用这种材料时经常接合到烧结碳化物基材以提供支撑。这种支撑的研磨压块在本领域称为复合金刚石研磨压块。复合金刚石研磨压块可用作研磨工具的工作表面。多晶立方氮化硼(PCBN)，亦称为立方氮化硼研磨压块，是另一种超硬研磨材料，其在使用时可以与基材如烧结碳化物基材接合。使在HPHT条件下接合于烧结碳化物基材的研磨压块在那些条件下达到或接近平衡状态。由于该研磨层与基材不同的热和机械/弹性性质，使压块处于正常温度和正常压力条件下在研磨压块中引起大的应力。综合影响是使研磨层处于高应力状态。有限元分析表明研磨层可能在一些区域处于张力下，同时在别处处于压缩下。应力的本质是生产条件、 研磨层和基材的材料性质，以及研磨层和基材之间界面性质等复杂的相互作用。在使用中， 通过破碎、分层及其它机制预先使这种受应力的研磨压块过早失效。即，研磨压块由于全部或部分研磨层从研磨压块切削表面分离和损失而过早地损坏，并且残余应力越高，过早失效的概率越大。该问题已在行业公认并且已有若干技术用以解决问题。已提出各种研磨压块结构，其中在研磨层和支撑基材之间的界面包含若干脊、槽、 凹痕或者一种或另一种旨在降低界面对机械和热应力的敏感性的粗糙度。在美国专利 4，784，203,5, 011，515,5, 486，137,5, 564，511,5, 906，246 和 6，148，937 中教导了这种结构。实际上，这些专利集中关注于最大可能面积上的残余应力分布。美国专利6，189，634教导在基材表面上正常的多晶层外还提供围绕研磨压块外围的多晶金刚石环，这降低了压块中的残余应力。美国专利6，149，695教导了多晶金刚石圆周环和非平面轮廓的界面组合。在这种情况下，要求向基材内以及多晶金刚石层内突出，以平衡并改变残余应力，从而允许研磨压块承受更大的施加载荷和切割力。美国专利 6，189，634在它的众多实施方案中教导了类似的应力减少方法。美国专利5，370，717,5, 875，862和6，189，634提供另一个解决问题的方案从基材延伸一个或多个突起穿过研磨层，从而在复合研磨压块工作表面上呈现基材区域。可发现记载于美国专禾Ij5, 154, 245,5, 248, 006,5, 743, 346,5, 758, 733, 5，848，657,5, 871，060,5, 890，552,6, 098，730,6, 102，143 和 6，105，694 中的具有非平面界
面的复合研磨压块的进一步实施例。尽管非平面界面与标准平界面相比可以改善衬片对于分层的阻力，但它们具有若干固有的限制 基材和P⑶层之间的峰值残余界面应力仍然存在，且仅局部性地降低。 不管界面几何形状导致固有的弱键，但钴池仍存在于PCD碳化物界面处。当使用中间层时，其基本上不存在。 非平面界面引入不希望的复杂性到基材生产和随后通过非线性收缩的高压烧结中以及在外形控制中的相关难度。另一个试图解决高度受应力的复合研磨压块的问题的方法是，提供一个或多个不同性质的材料中间层，特别是在基材和研磨层性能之间的热和机械/弹性性质。这种中间层的目的在于调节中间层中的一些应力并由此降低研磨层中的残余应力。美国专利5，510，193例证了该方法，其提供一种烧结的多晶立方氮化硼的中间层。另一个例子是美国专利5，037，704，其允许中间层包含带有铝或硅以及至少一种其它组分的立方氮化硼，所述其它组分选自元素周期表4A、5A和6A族元素的碳化物、氮化物以及碳氨化合物。作为另一个例子，美国专利4，959，929教导中间层可以包含40%到60体积％ 的立方氮化硼连同碳化钨以及钴。在另一方法中，美国专利5，469，927教导可以采用非平面界面和过渡层的组合。 特别的，该专利描述了使用一种带有碳化钨的碾压多晶金刚石过渡层，以仅碳化钨颗粒和预烧结碳化钨颗粒的形式。此外，提供钨金属以混入过渡层使得过量金属反应以原位形成碳化钨。在美国专利3，745，623、4，403，015、4，604，106、4，694，918、4，729，440、 4，807，402、5，370，195、5，469，927、6，258，139 和 6，315，065 以及美国专利公开 2006/0166615 Al中描述了具有一个或多个中间层的复合金刚石研磨压块的其它例子。这些中间层具有局限性，特别是 它们降低P⑶和基材之间的峰值应力但是本质上微弱； 通常金刚石作为瑕疵，降低强度； 不良的金刚石与烧结碳化物基材接合，在磨损情况下导致颗粒挤出。
发明内容
根据本发明，研磨衬片包含· PCD 或 PCBN 层；以及
烧结碳化物基材，P⑶或PCBN层通过中间层接合于该烧结碳化物基材； 包含超硬磨粒与耐火颗粒的接合体的中间层，其中超硬磨粒的平均尺寸等于或小于耐火颗粒的平均尺寸。
具体实施方案本发明涉及研磨衬片，其包含复合研磨压块。该研磨衬片的特征在于PCD或PCBN 层与烧结碳化物基材之间的中间层。该中间层包含超研磨粒与耐火颗粒的接合体，其中超硬磨粒的尺寸等于或小于耐火颗粒的尺寸。在该中间层中，超硬磨粒与耐火颗粒通常以不连续的实体存在，带有很少或没有或基本没有共生或直接的颗粒-颗粒接合。还将存在接合相。该接合相通常将会与P⑶或PCBN层相同或相似。中间层中的超硬磨粒的量通常在10到90范围内，以体积百分数为基础计。超硬磨料将为金刚石或立方氮化硼。通常，对于具有PCD层的研磨衬片，超硬磨粒将为金刚石，并且当该层为PCBN层时，超硬磨料将为立方氮化硼。超硬磨粒的混合物可存在于中间层中。耐火颗粒可以是碳化物、氮化物、硼化物或类似耐火颗粒。优选碳化物颗粒。超硬磨粒的尺寸等于或小于耐火颗粒的尺寸。当超硬磨粒的尺寸小于耐火颗粒的尺寸时，它们通常将具有10微米，优选地5微米或小于耐火颗粒的尺寸的尺寸。中间层厚度将根据研磨衬片性质与目标应用而变化。通常，中间层厚度将会在100 到2000，典型200到500微米范围内。本发明的研磨衬片具有如上限定的在PCD或PCBN层和烧结碳化物基材之间的中间层。中间层通常具有与PCD或PCBN层接触并接合的区域，以及与烧结碳化物基材表面接触并且接合的区域。一个或多个附加的中间层也可提供在超级磨料/碳化物中间层和PCD 或PCBN层之间，和/或在超级磨料/碳化物中间层和烧结碳化物基材之间。PCD或PCBN层可以为细晶粒或粗晶粒型。厚度将根据层的性质和颗粒尺寸变化。 通常，该超级磨料层的厚度将在0. 1到4毫米范围内。烧结碳化物基材可以是任何本领域已知的，如烧结碳化钨、烧结碳化钽、烧结碳化钼或烧结碳化钛。如本领域已知，这种烧结碳化物具有接合相，例如镍、钴、铁或包含一种或多种这些金属的合金。典型地，接合相的存在量以质量计为6到20%。当PCD或PCBN层是厚层时，即具有至少2. 5毫米的厚度，优选的是，烧结碳化物的接合相小于9-10%，优选小于8%，例如6%，以质量计。研磨衬片可以具有任何适当的形状，取决于它的应用。例如，研磨衬片可以为带有上部平的工作表面的盘状形状，从而绕它的外围限定出切削刃。本发明对于成形的研磨衬片具有特别的应用，例如当超级磨料层呈现提供用于衬片的工作面的子弹或圆顶形状时。本发明的研磨衬片可以由包括如下步骤的方法制备(1)提供烧结碳化物基材；(2)在基材表面上以层的形式放置超硬磨粒和耐火颗粒的混合物，其中超硬磨粒的平均尺寸等于或小于耐火颗粒的平均尺寸；(3)在超硬磨粒和耐火颗粒层上放置金刚石或立方硼或其混合物以及任选接合相的层；和
(4)使该未接合的组合体(assembly)经受压块合成条件。将未接合的组合体置于适当的反应容器中，然后将其放入已知的高压/高温装置的反应区中。使反应容器的内含物经受压块合成条件，如本领域已知。这些条件一般为压力5到SGI^a和温度1300到1600摄氏度。再一次利用本领域已知方法，从反应容器中回收接合研磨衬片。现在将参考以下非限制的实施例描述本发明。实施例1一种研磨衬片，其包含如下生产的根据本发明的复合研磨压块。在中间层中的超硬金刚石磨粒的量以体积百分数计是50。超硬磨料是金刚石。耐火颗粒是碳化物耐火颗粒。超硬金刚石磨粒尺寸是5微米或小于耐火颗粒的尺寸。中间层的厚度是300微米。研磨衬片具有在PCD层和烧结碳化物基材之间的中间层。该中间层具有与PCD层接触并接合的区域以及与烧结碳化物基材表面接触并接合的区域。P⑶为粗晶粒型。该超级磨料P⑶层的厚度是1. Om0。基材的烧结碳化物是烧结碳化钨。这种烧结碳化物具有含镍合金的接合相。接合相存在量以质量计为10%。研磨衬片具有带有上部平的工作表面的盘状形状，绕它的外围限定出切削刃。本发明的研磨衬片由包括如下步骤的方法制备(1)提供烧结碳化物基材；(2)在基材表面上以层的形式放置金刚石颗粒和碳化物耐火颗粒的混合物；(3)在金刚石颗粒和碳化物耐火颗粒层上放置金刚石磨粒层；和(4)使该未接合的组合体经受压块合成条件。将未接合的组合体置于适当的反应容器中，然后将其放入已知的高压/高温装置的反应区中。使反应容器的内含物经受压力和1450摄氏度的温度压块合成条件控制。 再一次利用本领域已知方法从反应容器中回收接合的研磨衬片。
权利要求
1.一种研磨衬片，包含 PCD或PCBN层；以及 烧结碳化物基材，PCD或PCBN层通过中间层接合于该烧结碳化物基材上； 包含超硬磨粒和耐火颗粒的接合体的中间层，其中超硬磨粒的平均尺寸等于或小于耐火颗粒的平均尺寸。
2.根据权利要求1的研磨衬片，其中超硬磨粒和耐火颗粒以不连续的实体存在，没有或基本上没有共生或直接的颗粒-颗粒接合。
3.根据权利要求1或2的研磨衬片，其中中间层还包含接合相。
4.根据权利要求3的研磨衬片，其中接合相与PCD或PCBN层相同或相似。
5.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中中间层中的超硬磨粒的量以体积百分数为基础计在10到90范围内。
6.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中超硬磨粒是金刚石或立方氮化硼或其混合物。
7.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中耐火颗粒是碳化物，氮化物，硼化物或类似的耐火颗粒。
8.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中超硬磨粒具有10微米或小于耐火颗粒尺寸的尺寸。
9.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中中间层厚度在100到2000微米范围内。
10.根据前述任一权利要求的研磨衬片，包括提供在超级磨料/碳化物中间层和PCD或 PCBN层之间，和/或在超级磨料/碳化物中间层和烧结碳化物基材之间的一个或多个附加的中间层。
11.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中PCD或PCBN层为细晶粒或粗晶粒型。
12.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中超级磨料层的厚度在0.1到4毫米范围内。
13.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中基材的烧结碳化物选自烧结碳化钨、烧结碳化钽、烧结碳化钼和烧结碳化钛。
14.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中接合相的存在量以质量计为6到20%。
15.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其中当PCD或PCBN层具有至少2.5毫米厚度时，烧结碳化物的接合相以质量计小于9-10 %。
16.根据前述任一权利要求的研磨衬片，其形状是子弹或圆顶形。
17.用于生产根据权利要求1的研磨衬片的方法，该方法包括步骤 提供烧结碳化物基材； 在基材表面上以层的形式放置超硬磨粒和耐火颗粒的混合物，其中超硬磨粒的平均尺寸等于或小于耐火颗粒的平均尺寸； 在超硬磨粒和耐火颗粒层上放置金刚石或立方硼或其混合物以及任选接合相的层；禾口眷使该未接合的组合体经受压块合成条件。
18.根据权利要求17的方法，其中将来接合的组合体置于适当的反应容器中，然后将其放入已知的高压/高温装置的反应区中。
19.根据权利要求17或18的方法，其中使反应容器的内含物承受5到SGPa的压力和 1300到1600摄氏度的温度。
全文摘要
发明涉及一种研磨衬片，其包含PCD或PCBN层；以及烧结碳化物基材，PCD或PCBN层通过中间层接合于此；中间层包含超硬磨粒和耐火颗粒接合体，其中超硬磨粒的平均尺寸等于或小于耐火颗粒的平均尺寸，以及衬片的生产方法。
文档编号B24D3/06GK102307688SQ201080005355
公开日2012年1月4日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者C·R·琼克, R·弗雷斯 申请人:六号元素磨料股份有限公司