專利名稱：生產金剛石元件的方法
技術領域：
本發明涉及金剛石工具，尤其涉及·大理石和花崗巖采石場切割石塊用的、及生產板用的和在保護建筑物工程部門介入中切割混凝土用的金屬線的金剛石插入物；和·金剛石段和更一般地任何燒結的金剛石研磨成分，特別地如果它是一種復雜形狀。
現有技術狀況通常，生產構成金剛石金屬線的金剛石插入物的技術由在鋼或硬金屬制成的模具中干壓金屬粉-一般是Co、Fe、WC、W、Cu、Sn-和金剛石顆粒的混合物，然后燒結而組成。另一方面，使用燒結機器的熱壓系統正在被廢棄，因為它們在經濟上遠遠不可行。
起始組合物由具有可變配方的混合物組成，該混合物由下述成分構成1)細金屬粉，通常直徑為1μm～10μm，其中，例如但不限于Ni、Cu、Fe、Sn和Zn；2)一種金屬粘合劑，通常為鈷；3)工業合成金剛石的粗粒；和4)研磨或加強材料的顆粒(例如，但不限于，SiO2、WC、WC/W2C、B4C、SiC、TiC、Mo2C、CrC、Al2O3，顆粒尺寸高達250μm)。
在粉形成期間達到的，與在粉混合物和模具部分之間，以及模具本身的不同部分之間的摩擦力有關的高壓，一般由于混合物的不均勻性和因此在模具中應力分布的不均勻性而導致缺陷的開始。這是事實，特別是在壓縮之后的抽出步驟中(形成裂縫和碎片)。而且在模具中壓力的分布是不均勻的，因為在混合物和凸模(即，施加壓縮壓力的模具部分)之間的接觸點附近壓力是相當高的。用冷模具壓縮的常規技術限制了生產相當簡單形狀的金剛石工具的可能性。與所述常規技術有關的另一個缺點和金剛石的存在有關，所述金剛石向模具施加一個相當大的研磨作用，導致其快速磨損。
美國專利申請No.US-2002/0178862公開了應用如金屬注模(MIM)的技術來生產鎢-鈷碳化物合金模具，展望了制備鎢-鈷碳化物合金的連續步驟，其中可能加入其它化合物或元素，與塑性添加劑混合，用MIM技術注模，去除塑性添加劑，最后燒結。在現有文獻No.US2002/0178862中特別指出的燒結溫度(高達1370℃)在具有顆粒形式金剛石的插入物的生產中是不適合的。
發明概述本發明的目的是提供一種生產金剛石元件和插入物的方法，它可以克服上述缺點，即可以減小工具成型壓力和由此對模具的磨損，并利用了已知技術如MIM的優點。
本發明的另一個目的是很大程度上減少在模塑步驟中的缺陷。然而本發明的另一個目的在于保證壓制成分內的壓力分布的高均勻性。本發明的又一個目的是保證有可能獲得更復雜的形狀。
上述目的通過應用于金屬粉和金剛石顆粒的混合物的方法來實現，包括下面連續的步驟1)制備金屬粉的起始混合物；2)通過加入專用于金屬粉注模(MIM法)的塑性添加劑來塑化金屬粉的起始混合物；3)通過熱塑、均化、冷卻和造粒加入顆粒尺寸為10μm～300μm的金剛石顆粒；4)所述混合物在高壓和低壓下注模(MIM)以獲得所需形狀的金剛石元件；5)去除塑性添加劑；6)燒結金剛石元件；并7)用低共熔合金滲入燒結的插入物以消除任何殘余孔隙。
金剛石元件的燒結可以在900℃～1100℃的溫度進行。還可能用熱等靜壓(HIP)或熱壓技術來進行燒結操作。同樣地可以展望一個可能更進一步的最終HIP步驟。
粉的起始混合物的優選配方列在下表中
Co、Fe、WC、W、Cu和Sn粉的顆粒尺寸適宜地為0.01μm～100μm。金剛石砂的顆粒尺寸一般為10～200篩目(篩目根據B.S.I.1943，Tyler 1910和美國標準1940定義)。
所使用的塑性添加劑可以選自，例如1)基于聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、醋酸乙基乙烯基酯、蠟、硬脂酸的熱塑性混合物；2)基于聚乙烯醇、纖維素化合物和多糖的水溶性熱塑性混合物；3)聚縮醛類熱塑性混合物；和4)熱固性混合物。
塑性添加劑與金屬粉的混合是在例如雙螺絲擠壓機型或雙輥混合器型的設備中進行的熱混合過程。
隨后通過熱塑、均化、冷卻和造粒加入金剛石砂。這一步可以使用，例如具有Z-形葉片或∑-形葉片的行星式混合器。
由此獲得的混合物再使用具有以下關鍵參數的MIM(金屬注模)技術進行注模壓力為1巴～1000巴，并且溫度為50℃～300℃。
由此獲得金剛石模制體，其再進行脫蠟，即去除塑化添加劑。
脫蠟可以，例如，以不同的可選方法進行1)使用熱，通過在受控氣氛或空氣下在烘箱中的熱處理；2)使用有機溶劑，如醇、苯、cylene等，或其它含水溶劑；和3)通過在用硝酸飽和的烘箱中的催化作用。
然后將由此獲得的模制及脫蠟體進行燒結。
燒結一般在工業氫氣爐中進行，特征溫度為900℃～1100℃。還可能用HIP或其它熱壓法進行燒結。壓制形成并燒結的混合物可能再用Cu/Ag低共熔合金或另一種滲透合金來滲入以填充插入物中任何可能存在的殘余孔隙。
由此獲得的元件或插入物(通常每種具有中心金屬載體)最終安裝在金屬纜繩上以獲得可用于大理石和花崗巖采石場切割石塊及生產板和在保護建筑物工程部門介入中切割混凝土的金屬線。
由于所述的方法，可能減小工具成型的壓力-和由此減少模具的磨損-同樣地在通過壓制形成的壓坯的密度上獲得更好的均勻性，并因此在最終產品的物理-機械特性上獲得更好的均勻性。此外還可能獲得甚至復雜形狀的的產品和適宜地使用MIM技術來生產金剛石插入物，并在生產成本上顯著節約。
本發明提供的所述優點是由于所請求保護的方法中的組合步驟的特性，所述組合提供了克服直到今天的技術偏見的新途徑，所述偏見與宣稱涉及借助MIM技術形成金剛石元件的不可克服的操作困難相關。
當然，方法的形式和步驟可以關于本文中僅作為例子所描述的內容，在不違背所附權利要求書界定的本發明的范圍內廣泛地變化。因此，本發明在切割用的金剛石金屬線的金剛石插入物中的應用僅作為例子提供。事實上對于金剛石段的生產可以展望同樣有利的應用，它在將來會是主要的應用，并且到目前為止還沒有生產出的新形狀將由于適當的MIM法的多功能性而成為可能。
權利要求
1.生產金剛石元件，如用于切割等用途的金屬線的金剛石插入物的方法，其特征在于它包括如下連續步驟—制備金屬粉的起始混合物；—通過加入專用于金屬粉的注模的塑性添加劑來塑化金屬粉起始混合物；—加入顆粒尺寸為10μm～300μm的金剛石顆粒；—通過MIM(金屬注模)技術將由此獲得的混合物注模以獲得所需形狀的金剛石元件；—去除塑性添加劑；—燒結由此獲得的金剛石元件；并—用低共熔合金滲入燒結的插入物以消除任何殘余的孔隙。
2.根據權利要求1的方法，其中所述金屬粉起始混合物表現為一種下面的配方
3.根據權利要求1或2的方法，其中起始金屬粉的顆粒尺寸為0.01μm～100μm。
4.根據權利要求1的方法，其中加入的金剛石顆粒占混合物的重量百分比為0.5wt％～5wt％。
5.根據權利要求1的方法，其中塑性添加劑選自下面一種類型a.基于聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、醋酸乙基乙烯基酯、蠟、硬脂酸的熱塑性混合物；b.基于聚乙烯醇、纖維素化合物和多糖的水溶性熱塑性混合物；c.聚縮醛類熱塑性混合物；和d.熱固性混合物。
6.根據權利要求1的方法，其中在雙螺絲擠壓機中于熱條件下向粉混合物中加入塑性添加劑。
7.根據權利要求1的方法，其中在雙輥混合器中于熱條件下向粉混合物中加入塑性添加劑。
8.根據權利要求1的方法，其中通過具有Z-形葉片的行星式混合器添加金剛石顆粒。
9.根據權利要求1的方法，其中通過具有∑-形葉片的行星式混合器添加金剛石顆粒。
10.根據權利要求1的方法，其中在受控的氣氛或空氣中通過加熱去除塑性添加劑。
11.根據權利要求1的方法，其中使用有機溶劑去除塑性添加劑。
12.根據權利要求1的方法，其中通過含水溶劑去除塑性添加劑。
13.根據權利要求1的方法，其中在用硝酸或草酸飽和的烘箱中通過催化作用去除塑性添加劑。
14.根據權利要求1的方法，其中根據MIM技術在1巴～1000巴的壓力下注模。
15.根據權利要求1的方法，其中根據MIM技術在50℃～300℃的溫度下注模。
16.根據權利要求1的方法，其中在900℃～1000℃的溫度下進行燒結。
17.根據權利要求1的方法，其中通過HIP或熱壓法進行燒結。
18.根據權利要求1的方法，其中滲入的低共熔合金是Cu/Ag合金。
全文摘要
一種金剛石元件，例如線鋸的插入物，通過含有以下步驟的方法制備制備金屬粉的起始混合物；通過特定的塑性添加劑塑化起始混合物；添加金剛石顆粒；通過MIM技術注模；去除塑性添加劑；燒結；并滲入Cu/Ag低共熔合金或另一種滲透合金。
文檔編號B22F3/22GK1714990SQ20051007627
公開日2006年1月4日 申請日期2005年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者L·里索 申請人:米米塔利亞有限責任公司