用于具有平坦的尖端区域的挖掘工具的冲击尖端的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总体涉及用于挖掘工具的超硬冲击尖端，含有超硬冲击尖端的挖掘工具组件，特别地但不仅限于道路铣削或采矿，以及制作和使用超硬冲击尖端的方法。
【背景技术】
[0002]公开号为W0/2008/105915的国际专利申请公开了高抗冲击工具具有在非平面界面结合至烧结金属碳化物衬底的超硬材料。在该界面，该衬底具有开始于衬底的圆柱形边缘并且终止于形成在衬底的高架平台式中心区域的锥形表面。超硬材料有具有半径为1.27-3.17mm的锋利尖端的尖的几何结构。从衬底的尖端到平台式中心区域的超硬材料的厚度是2.54-12.7_。在其它实施方案中，衬底可以具有非平面界面。
[0003]编号为8061457的美国专利公开了高抗冲击工具含有在非平面界面结合至碳化物衬底的超硬材料。超硬材料包含具有基本上圆维形的部分的基本上尖的几何结构，该基本上圆锥形的部分包含具有形成大于135度的角度的至少两个不同的连续的斜坡的锥形侧壁。从超硬材料的尖端到非平面界面的厚度大于碳化物衬底的厚度。超硬材料的量可以是碳化物衬底的量的75% -150%。从超硬材料的尖端到非平面界面的厚度可以大于碳化物衬底的厚度的两倍。超硬材料的尖端的半径可包含在1.27-3.17_之间。
[0004]申请公开号为2010/0263939的美国专利申请公开高抗冲击工具含有在界面结合至烧结的金属碳化物衬底的烧结多晶金刚石(PCD)主体。该主体包含具有尖端的基本上尖的几何结构，并且该尖端包含分别在第一过渡和第二过渡连接主侧面和后侧面的弯曲表面。在第一过渡和第二过渡之间的尖端宽度小于衬底宽度的三分之一，并且该主体也包含大于衬底宽度的三分之一的从尖端至界面的主体厚度。
[0005]有对包含具有尚的材料去除效率和尚耐磨和尚耐断裂的超硬尖端的挖掘工具的需要。
【发明内容】
[0006]从第一方面看，提供用于挖掘工具的冲击尖端，其包含在接合边界连接至衬底的冲击结构，冲击结构包含超硬材料或由超硬材料组成并且衬底包含碳化物材料或由碳化物材料组成；冲击尖端具有与超硬材料相连的近端的冲击端和由衬底限定的远端，侧面连接冲击端和远端；冲击端包括平坦的(换句话说，基本上平面的)尖端区域和从尖端区域延伸至侧面的外部区域；尖端区域基本上小于外部区域，尖端区域为至少约Imm2并且至多约25mm2ο
[0007]冲击端可以包括由超硬材料限定的冲击表面，该冲击表面包括平坦的尖端区域和外部区域。
[0008]侧面可以限定中心纵轴。换句话说，侧面将具有对于纵轴旋转对称(中心纵轴在圆柱坐标体系中可以被称为圆柱轴)的形状。侧面将一直沿纵轴延伸并且在一些示例中在外形上可以是圆柱形的。在其它示例中，当在侧向横截面看时，侧面在外形上可以出现椭圆的，或者侧面可以有一些其它的具有中心的形状，中心纵轴穿过该中心。
[0009]外部区域将从尖端区域横向和纵向延伸，以便尖端区域纵向投射基本上超过冲击尖端的侧面。
[0010]尖端区域将包括在冲击表面上的至少一个尖端，该尖端被纵向隔开比在冲击表面上的任何其它尖端进一步远离接合边界和/或冲击尖端的远端。在一些示例中，在尖端区域上的所有尖端可以是距远端基底大致上等距的。
[0011]本发明设想了冲击尖端和挖掘工具的各种组合和设置，其中以下为非限制性和非穷举的不例。
[0012]在一些示例性的设置中，尖端区域可以为至少约2_2或至少约3_2。在一些示例中，尖端区域可以为至多约20mm2或至多约9mm2。
[0013]在一些示例性的设置中，外部区域可以为至少约50mm2或至少约100mm2。在一些示例中，外部区域可以为至多约500mm2或至多约200mm2。
[0014]在一些示例性的设置中，平坦的尖端区域可以为外部区域的至少约0.5%或至少约1%。在一些示例中，平坦的尖端区域可以为外部区域的至多约30%或至多约3%。
[0015]在一些示例性的设置中，尖端区域的最小直径尺寸可以是至少约Imm或至少约2_;并且尖端区域的最大直径尺寸可以是至多约5_或至多约3mm。如在这里使用的，直径尺寸是在被尖端区域限定的形状的一对对映点之间的距离。在尖端区域基本上是圆形的示例中，直径尺寸是圆的直径。
[0016]在一些示例性的设置中，尖端区域可以位于中心，以便冲击尖端的中心纵轴穿过它。
[0017]在一些示例性的设置中，尖端区域可以基本上是圆形的、椭圆形的、正方形的、长方形的或多边形的。
[0018]在一些示例性的设置中，冲击结构可以包括从尖端区域下垂并围绕尖端区域的裙部结构。
[0019]在一些示例性的设置中，尖端区域可以平行于冲击尖端的远端；并且在其它示例中，尖端区域可以基本上不平行于冲击尖端的远端。在一些示例中，尖端区域可以以相对于纵轴和/或相对于冲击尖端的远端的一个角度设置。在一些示例中，该角度可以为至少约5°或至少约10° ;并且在一些示例中，该角度可以为至多约80°或至多约60°。
[0020]在一些示例性的设置中，冲击端(并且因此，冲击表面)可以包含至少一个与纵轴(并且因此与侧面)同中心地设置的圆锥表面。圆锥表面可以围绕尖端区域一直延伸。圆锥表面可以限定圆锥角，其为限定在至少约70°或至少约80°和至多约120°或至多约110°的圆锥表面的直径上对置的侧面之间的夹角(换句话说，该角度在交叉相反的圆锥表面的切线之间，两切线位于与纵轴平行的纵向平面上)。
[0021]在一些示例中，冲击端可以限定多个圆锥表面，每个都是与尖端区域同中心的且具有各自不同的圆锥角。
[0022]在一些示例中，包括尖端区域的冲击端(和冲击表面)的至少一部分可以具有大致截头圆锥体的形状。
[0023]在一些示例性的设置中，冲击端可以包括内圆锥表面和外圆锥表面，设置内圆锥表面和外圆锥表面以便外圆锥表面比内圆锥表面相对更加远离尖端区域。内圆锥表面和外圆锥表面可以被中间表面隔开。在一些示例中，中间表面在纵向平面中可以是弧形的。
[0024]在一些示例性的设置中，尖端区域可以至少部分的以在尖端区域和外部区域之间形成的边缘为界限。尖端区域可以完全被边缘包围或边缘可以围绕尖端区域的相邻部分，但是没有必要完全围绕者它。边缘可以为切削刃用于切割主体以将其分解(换句话说，拆分或解体)。边缘可以是辐射式的(其中它是圆的)，或倒棱的。
[0025]在一些示例性的设置中，远端的直径可以是10_20mm ;侧面在外形上可以是圆柱形的；冲击端可以包括围着中心平坦尖端区域的圆锥表面。冲击尖端在外形上可以是大致截头圆锥形的。
[0026]在一些示例性的设置中，超硬材料可以包含多晶金刚石(PCD)材料或由多晶金刚石(P⑶)材料组成。在一些示例中，临近尖端区域的冲击结构的至少一部分可以由在金刚石颗粒之间的间隙内含有填充材料的PCD材料组成，在该区域中填充材料的含量大于PCD材料的重量的5%。例如，填充材料可以包括用于金刚石的催化剂材料，如钴。在一些示例中，临近尖端区域的冲击结构的至少一部分可以由包含在金刚石颗粒之间的孔洞的PCD材料组成(例如，填充材料可以已经被去除)。在一些示例中，冲击结构可以由在金刚石颗粒之间的间隙里含有填充材料的PCD材料组成，填充材料的含量在整个冲击结构中是一致的。冲击结构可以由单一等级的PCD材料组成。
[0027]在一些示例性的设置中，冲击结构可以包含多个等级的P⑶材料。等级可以按照分层配置设置为层，相邻的层通过金刚石颗粒的共生直接相互结合，或者等级可以按照一些其它配置设置。
[0028]在一些示例性的设置中，衬底可以包含中间区域和末端区域，中间区域设置在冲击结构和末端区域之间并且中间区域的体积大于冲击结构的体积并包含中间材料，该中间材料的平均杨氏模量为超硬材料的杨氏模量的至少60 %。中间材料的平均杨氏模量可以至多约是超硬材料的杨氏模量的至多约90%。
[0029]在一些示例中，超硬材料可以包含超硬颗粒或由超硬颗粒组成，如金刚石或立方氮化硼(cBN)颗粒，嵌入基质中，该基质包括硬