等级钻削刀具的制作方法

专利名称：：等级钻削刀具的制作方法
技术领域：
：本申请涉及具有各种物理特征的磨料复合片(abrasivecompact)，比如具有连续梯度、多轴向梯度、或多个独立梯度的复合片。
背景技术：
：磨料复合片广泛地应用于钻孔、打眼、切削、铣削、研磨或其他材料去除操作。磨料复合片包括烧结、结合、或以其它方式合并成固体的超硬颗粒。超硬颗粒可包括天然金刚石或合成金刚石、立方氮化硼(CBN)、碳氮(CN)化合物、硼碳氮氧(BCNO)化合物、或硬度比碳化硼硬度高的任何材料。超硬颗粒可以是单晶、多晶聚合体，或为单晶和多晶的聚合体。在商业上，磨料复合片有时称为多晶金刚石(PCD),或者当基于金刚石时称为金刚石复合片。基于CBN的磨料复合片通常称为多晶立方氮化硼(PCBN)或CBN复合片。已经部分或全部去除残余的烧结催化剂的磨料复合片有时被称为沥滤过的或热稳定的复合片。与硬质合金或其它基底相结合的磨料复合片有时被称为支撑复合片。磨料复合片对于要求抗磨、抗腐蚀、抗热应力、抗冲击阻力和强度的高要求应用是有用的。对这些磨料复合片的设计折衷在将磨料复合片附接到支撑基底、烧结工艺限制或平衡逆向变换性能比如对烧结添加物的需要及它们对抗腐蚀性能的影响方面出现困难。现有技术的磨料复合片使用分层微观结构来克服这些设计折衷中的一些。现有技术的具有不同超硬颗粒尺寸的层之间的转变在图l示出，其中具有细颗粒114的均匀的细颗粒区111和具有相应的粗颗粒113的均匀的粗颗粒区112是可见的。图2示出图1的复合片的颗粒尺寸在距刀具的作用切削表面550微米处出现的突然变化。现有技术的复合片还使用了突然的化学转变。图3的电子显微照片示出现有技术的支撑磨料复合片中的催化剂浓度变化213、214。催化剂金属衰竭区211靠近作用切削表面217。催化剂金属在富金属区212作为浅灰色线的细网络是可见的。也可通过沿着从一个表面215到另一表面216的线行进的电子束微探针分析显示该转变。图4以曲线图表示出了沿表面215和216之间的线的图3刀具的催化剂浓度降低5倍。两个转变都发生在约一个粗晶粒直径范围内。现有技术的磨料复合片的物理性能或结构的突然转变也由例如美国专利No.5,135,061、美国专利No.6，187,068和美国专利No.4,604,106的专利附图支持，这些专利的公开内容的全部在此通过引用并入。前述磨料复合片全都包含具有基本均匀的物理特征区之间的突然转变的分离层。物理、化学或结构特征的突然转变能降低磨料复合片的性能。
发明内容在实施方式中，磨料复合片(abrasivecompact)包括合并成固体块的多个超磨料颗粒(superabrasiveparticle)。颗粒具有连续、单调和单轴向的特征梯度。可选地，所述特征梯度是颗粒尺寸梯度。另外，颗粒尺寸沿轴线的最大变化率可以是每l微米直径转变小于l微米。可选地，所述特征梯度可以是孔尺寸梯度。另外，孔尺寸沿轴线的最大变化率可以是每1微米直径转变小于1微米。作为另一选择，所述特征梯度可以是颗粒形状梯度。另外，颗粒纵横比沿轴线的最大变化率可以是每l微米转变小于O.l。在又一选择中，所述特征梯度可以是超磨料颗粒浓度。在另一实施方式中，一种磨料复合片包括合并成固体块的超磨料材料。该固定块具有至少两个特征梯度，所述至少两个特征梯度中的每一个都是连续的。梯度可以是(i)单调和单轴向的或者(ii)振荡的。在实施方式中，一种产生磨料复合片的方法包括以下步骤从一组超硬颗粒开始，比如从所准备的具有一定范围的颗粒尺寸的合成金刚石开始。将颗粒与乙醇或另外的流体组合并混合，以产生混合浆液。允许浆液沉淀或以其它方式分离。混合浆液沉淀成大致固体的等级层，可选地是其中较多的粗颗粒首先沉淀，而较多的最细颗粒最后沉淀。通过千燥、离心法或另外的方法，如果不是去除所有剩余液体，去除大部分剩余液体。然后，去除并通过通常在HPHT条件下的烧结来处理等级层的一部分，以产生磨料复合片。等级层的一部分可选地可放置在基底上。超硬颗粒层可被定向以便将具有较多粗金刚石颗粒的表面靠近基底放置，以产生初始组件，通过通常在HPHT条件下的烧结来处理该初始组件，以形成处理过的组件。从该处理过的组件生成并重新得到被支撑在钴钨硬质合金基底上的烧结金刚石磨料复合片。可将所得到的被支撑烧结复合片加工成磨料工具。可选地，允许混合浆液在非平面固定物中分离。另外，基底可具有与等级层相匹配的交界面表而，该交界面表面可放置在复合片具有较多细颗粒的部分上。图1是现有技术的PCD复合片结构的电子显微照片，示出了突然转变和颗粒尺寸。图2是示出作为距切削表面的距离的函数的颗粒尺寸转变的曲线图，其与图l的刀具有关。图3是示出现有技术的热稳定支撑磨料复合材料中的催化剂浓度突然转变的电子显微照片。图4是作为距刀具交界面的距离的函数的钴催化剂浓度的曲线图，其与图3的刀具有关。图3是示出超磨料刀具的各个层的现有技术的简图。图4是具有布置在周围区域内的不同尺寸的颗粒的现有技术刀具的图。图5是示出示例性柱状支撑磨料复合物的横截面的图。图6是示出比如图5的实施方式的示例性微观结构的电子显微照片。图7是对比图3和图5的实施方式的作为距切削表面的距离的函数的品粒尺寸的曲线图。图8包括具有多个独立的梯度的示例性刀具的电子显微照片，且包括高放大倍插图。图9是示出作为距有效切肖ij表面的距离的函数的晶粒尺寸的曲线图，其基于图8实施方式。图10是示出示例性刀具中钨含量、催化剂金属浓度和颗粒尺寸梯度的曲线图。阁ll是具有存在于多个轴上的多重梯度的支撑磨料复合片的示意性截面图。图12是图11的刀具的区域的梯度的显微照片。图13是颗粒尺寸梯度的曲线图，而图14示出图12的示例性刀具的在一个方向上的催化剂金属浓度。图15和图16示出在与图13和图14所示的方向不同的方向上的图12的示例性刀具的催化剂金属浓度和颗粒尺寸梯度。图17是示出本文提供的示例3的示例性刀具的颗粒尺寸分布的曲线图。图18是示出示例4中使用的金刚石粉末的颗粒尺寸分布的曲线图。图19是示出示例5中使用的钨粉末的颗粒尺寸分布的曲线图。图20示出复合片和示例性的沉淀固定物。且汰st施卡^fZ门—/V。yv在描述本方法、系统和材料之前，应当理解，本公开内容不限于所描述的具体方法、系统和材料，因为这些可改变。还应当理解，描述中使用的术语仅用于描述具体方案或实施方式的目的，且不是用来限制范围。例如，如此处所使用的，单数形式"一"、"一个"和"所述"包括复数引用，除非上下文有另外明确表示。此外，此处使用的词汇"包括"用来表示"包括但不限于"。除非另外限定，此处使用的所有技术和科学术语与本领域普通技术人员通常理解的意义相同。本公开内容涉及固体材料，其中至少一种特征比如结构或另外的物理特征随在材料中的位置而变化。当在本文中使用时，以下术语具有以下定义区域平均一一复合片相对于梯度轴线定向的部分中评估出来的测量特征的平均。垂直于梯度轴线的尺寸大到足以给出良好的特征评估，至少是30个粗颗粒直径，且在一些情况下是100个或更多个粗颗粒直径。平行于梯度的尺寸应小到不足以掩盖不连续性的存在，比如在所关心的这个部分中是最粗颗粒的直径的至少1到3倍。粗晶粒一一具有在复合片样品区域存在的那些晶粒的直径的第99(最大)百分位数的多晶复合片的晶粒。伴随梯度一一作为位置的函数同时变化的多个结构或物理特征，或者沿对象的一个或多个轴线同时变化的结构或物理特征。在梯度之间存在因果关系。连续梯度一一在复合片的微观结构尺度下没有突然转变的平滑梯度。数学上描述的连续梯度可具有有穷的一阶位置导数。连续特征梯度一一复合片的微观结构尺度附近或以下、作为位置的函数变化的特征。连续特征呈现了沿梯度轴线的特征的至少30个任意选择的不同的线截距评估的平均的平滑位置相关性。可选地，当评估区域的较小尺寸平行于梯度轴线定位时，连续特征梯度呈现了特征的区域平均的平滑位置相关性。连续变量一一变化以小增量发生、使得相对较小部分的变化中不发生大的振荡的变量。梯度一一基于在固体形体内的位置的结构或物理性质的变化。这个定义包括结构和/或物理特征变化。梯度在本文中有时称为"特征梯度"，其中特征是变化的结构或物理性质。线性梯度一一其中颗粒尺寸、化学组分或两者作为位置的线性函数而变化的梯度。单调梯度一一其中特征随位置连续增加或减小并且没有振荡的梯度。多轴向梯度一一沿多于一个的轴线变化的梯度。多重梯度(MultimodalGradient)——多于一个的独立结构或物理特征梯度。梯度彼此之间可以具有或可以不具有因果关系。作为非限制性不例，其中超硬颗粒尺寸和组分同时变化的复合片具有多重梯度。振荡梯度一一其中特征在极限值之间作为位置的函数重复变化的连续梯度。超硬材料一一金刚石、立方氮化硼或具有大于约3000kg/mn^且可选地大于约3200kg/mn^的维氏硬度的另外的材料。超硬材料在本文中有时称为超磨料材料。单轴向梯度一一沿单方向轴线的梯度。单重梯度(UnimodalGradient)——单个结构或物理特征的梯度。作为非限制性实施例，沿磨料复合片中的一方向增加的超硬颗粒直径提供单重梯度。沿一对象的多个轴线的伴随梯度可能与单重梯度有关。根据在此公开的实施方式，磨料复合片包括合并成固体块的金刚石、立方氮化硼(CBN)或其它超硬材料的颗粒。任何目前或以后所知的合并方法可用于产生块，比如在称为高压/高温(HPHT)条件的高温和高压下烧结。对于多晶金刚石(PCD)或多晶CBN(PCBN)，这些条件通常超过4吉帕(Gpa)和超过120(TC的温度。磨料复合片可以是被独立连接到基底形成支撑磨料复合片，和/或被处理以形成热稳定的或沥滤过的磨料复合片。在一种形式中，磨料复合片可具有连续分布的结构或物理特征的至少一个连续单轴向的特征梯度。图5是比如可用作地面钻孔钻头中的钻肖U刀具类型的柱状支撑磨料复合物的示意性横截面。所示截面平行于钻削刀具的柱轴线850。这样的刀具包括由支撑材料比如碳化钨硬质合金制成的基底820，其中烧结的超硬颗粒的复合片810被同轴连接到基底的至少一端。磨料复合片的自由平面端830和柱状磨料复合片侧表面831的一部分是作用切削表面。在此处所描述的实施方式中，磨料复合片的微观结构具有通常为颗粒的形式的超硬材料的连续尺寸梯度。图5示出的梯度基本平行于刀具的柱轴线850。但是，其它的位置梯度是可能的，比如从复合片的角部816沿以期望的角度偏离顶表面830和侧表面831的线向内延伸的梯度。所示的超硬颗粒尺寸的单重、单轴向梯度是独立的连续特征梯度。相对高浓度的细超硬颗粒813在切削表面附近提供了高磨料磨损性和断裂阻力，而相对高浓度的较粗颗粒814将存在于碳化钨基底820附近。细颗粒811的区域可朝基底820延伸一定的轴向距离，以包含整个作用切削表面830和831。按如上所述测量的线性颗粒尺寸或区域平均颗粒尺寸朝基底820沿轴向平滑且连续地增加。图6的显微照片示出比如图5示意性示出的实施方式的一种微观结构。超硬颗粒尺寸910被测量并记录在显微照片上。在该实施例中，作用切削表面930和931包括超硬颗粒，所述超硬颗粒具有用于高抗磨损性的约6微米和8微米之间的尺寸。也可使用其它尺寸的颗粒。在朝基底交界面940的方向，超硬颗粒尺寸连续增加到约40微米。超硬颗粒尺寸特征按连续梯度变化，因此明显不同于现有技术的分层和不连续的混合物梯度。在一些实施方式中，颗粒尺寸梯度的最大变化率可以是沿梯度轴线每l微米颗粒尺寸转变(即物理距离)不超过1微米。可选的梯度可以是孔尺寸，且具有类似的最大变化率。图7对比(比如图3所示的)现有技术的复合片1001与图5和图6的实施方式1002的超硬颗粒尺寸转变的曲线图表示。沿平行于钻削刀具的柱轴线(图5中的轴线850)的方向测量超硬颗粒尺寸。图7示出图5实施方式的超硬颗粒尺寸的连续梯度1002，与图3的现有技术的颗粒尺寸的突然转变1001形成鲜明对比。尽管图5的实施方式的颗粒尺寸具有名义上的线性梯度1002，但是不要求是线性梯度，也不应限制本发明的范围。该复合片还可具有几个伴随梯度(i)伴随的耐磨性上的连续、单轴向梯度，连续变量；(ii)伴随的连续、单轴向组分梯度，不连续变量；以及(iii)其它的，比如催化剂金属熔池尺寸、导热性、和/或热膨胀。此处描述的梯度可包含所示的磨料复合片体积的一部分或整个体积。此处描述的磨料复合片可实现现有技术的目的，而没有分层结构的分离交界面的应力集中或杂质。此处描述的磨料复合片是连续分布的复合片变量的连续、单轴向梯度的实践的第一变形。另一实施方式是具有多重梯度的磨料复合片。这些独立的梯度可以是连续的或不连续的，且它们可以包括连续或不连续分布的结构或物理特征。梯度可以是单调的或振荡的。举例来说，磨料复合片可包含超硬颗粒和添加物颗粒的连续分布尺寸和不连续分布组分特征的独立梯度。在这种实施方式中，图8示出其示例，部分的钻削刀具的显微照片示出具有多个独立的同轴梯度的磨料复合片，包括碳化钨基底1120和/或具有金刚石和碳化钨的磨料复合片1110的其它材料和/或同轴地连接到基底的其它材料。磨料复合片的自由平面端1130和柱状磨料复合片表面的近端部分1135是作用切削表面。如高倍放大插图1115所示，细超硬颗粒1113在该示例中具有小于约3微米的颗粒尺寸，包括作用切削表面，从而提供高的磨料磨损和断裂阻力，而在高倍放大插图1116中示山的较粗颗粒，在该示例中具有超过约20微米的颗粒尺寸1114，改进碳化钨基底1120附近的HPHT烧结。细超硬颗粒区域朝碳化钨基底1120延伸一定的轴向距离，以包含作用切削表面1135的延伸部分。特征颗粒尺寸梯度以约3微米平均颗粒尺寸开始，并从自由平面端1130朝基底1120的方向沿轴向连续地增加，获得最终约20微米的颗粒直径。图9表示了示出作为距自由平面端和/或作用切削表面的距离的函数的金刚石尺寸梯度1220的曲线图。独立于前述超硬颗粒尺寸梯度并与前述超硬颗粒尺寸梯度同轴的该实施方式的第二梯度组包括添加物碳化鸨的特征的梯度。碳化钨添加物具有颗粒尺寸梯度和混合物组分梯度。如图8的插图A和B以及图9的曲线图所示，平均碳化钨颗粒尺寸梯度1210从碳化钨基底1120附近的约15微米1114连续地降低到几乎0微米1113，这意味着在作用切削表面1130处存在非常少的碳化钨。连续的碳化钨组分梯度与超硬颗粒尺寸梯度同轴，从碳化钨基底1120附近的约50城％降低到平面端和/或作用切削表面1130处的几乎0wt。/。。图10为元素浓度微观分析，示出了任意组分单元中这些梯度的独立性质。按元素钨测量，磨料复合片的碳化钨含量1310沿移动远离碳化钨基底的轴向方向降低。独立的超硬颗粒尺寸梯度1330也可显示随距基底距离的降低，而钴催化剂金属浓度1320可沿相同方向增加。如在已有实施方式中的那样，可能存在其它的伴随梯度，比如钴颗粒尺寸或金刚石浓度。独立的梯度可包括磨料复合片的一部分或全部体积。多重梯度可提供额外的复合片设计灵活性，同时减少现有技术的杂质和应力集中。又一实施方式包括磨料复合片内多个轴上的独立的连续梯度。这些梯度可以是前面提到的任意类型。图ll是具有存在于多个轴上的多重梯度的支撑磨料复合片1400的示意性截面图。示意性截面与复合片的柱轴线1450相交。还示出了径向方向1460。磨料复合片的外部包括平面的作用切削表面1410和周围表面1411，周围表面1411的一部分可以是作用切削表面。在实施方式中从细颗粒1431变化到粗颗粒1432的超硬颗粒存在于磨料复合片中。磨料复合片存在第二梯度，比如组分梯度、性能或其它梯度1440。该第二梯度特征通过变化的阴影示出。非平面特征1470可存在于支撑基底1420和磨料复合片1400的交界面处。在本非限制性示例中，可以看到基本上一个尺寸的颗粒存在于磨料复合片的外表面处。注意，颗粒不必完全是同一尺寸，而是只需要尺寸相似，比如变化10%或更少、变化5%或更少、或者变化1%或者更少。不同尺寸的颗粒可存在于内部。颗粒的平均或中间尺寸可在超过一个轴线上变化，且颗粒尺寸变化率在比如轴线1450、径向1460或其它方向的不同轴线上可以不同。其它特征梯度可包括催化剂金属浓度伴随梯度、催化剂金属分布伴随梯度、超硬颗粒浓度伴随梯度、称为孔隙度的复合片的孔的量或分数伴随梯度、称为孔尺寸的复合片中存在的孔的尺寸伴随梯度、和形状分布伴随梯度以及其它物理特征的派生梯度。第二梯度1440可以是上述任意类型的梯度，例如附加相的浓度或颗粒尺寸梯度。上述多个梯度可以是振荡的、单调的、线性的或是其它类型的。图12是图11的区域1470的实际多轴、多重梯度的显微照片。表示了平行于刀具柱轴线1550的方向和径向方向1560。示出了支撑基底1520、粗超硬磨料晶粒1532和细超硬磨料晶粒1531。存在径向和轴向超硬颗粒尺寸梯度。颗粒尺寸的变化率也随所选的轴线变化。图13示出从靠近复合片外部的约5微米到靠近碳化物基底1520的约35微米的超硬颗粒尺寸的平滑的轴向梯度1570。图14示出当通过单线扫描评估时的在相同方向上的催化剂金属浓度梯度1580。由于磨料颗粒中存在较低水平的催化剂，催化剂浓度的可变性没有掩盖梯度的存在。可通过对于平行于梯度扫描的令人满意的有效数量的线的求平均数或前面描述的区域评估来降低可变性。图15和图16示出在径向方向上的相同的物理特征梯度。径向方向存在较低的变化率。多轴梯度进--歩提高设计灵活性。可在整个表面或体积例如整个外表面具有至少一个大致均匀的物理特征而在其它区域具有梯度的磨料复合片中发现一种形式的多轴梯度。作为示例，该实施方式可包括用于地面钻孔钻头刀具的支撑磨料复合片，该支撑磨料复合片在全部外表面上均具有均匀的超硬颗粒尺寸且具有内部梯度，以改善烧结或处理应力。在这种实施方式中，可存在伴随梯度。该实施方式可进一步改进设计灵活性，同时消除刀具维护过程中不期望的优先磨损。在另一实施方式中，几个结构或物理特征可在一些方向但不是所有方向上变化。例如，连续轴向组分梯度可与径向超硬颗粒尺寸梯度同时存在。在这种实施方式中，可存在伴随梯度。在又一形式中，此处描述的复合片可呈现与超硬颗粒混合的其它相的不连续梯度。在一个示例中，用于加工活性金属的切削刀具需要具有对工件不起反应同时对基底高度反应的作用切削表面的支撑磨料复合片。在磨料复合片中添加氧化铝能有利地降低切削表面的反应性，但也可不利地降低磨料复合片和碳化钨基底之间的交界面结合强度。各种实施方式的磨料复合片可具有连续变化成在基底交界面处的较低的氧化铝浓度组分的富氧化铝的作用切削表面。这样，切削刀具可具有提高的寿命、很少或没有不期望的突然转变和对碳化钨基底的强附着性。一个其它的实施方式包括颗粒形状梯度。磨料复合片的颗粒可具有各种形状。纵横比为颗粒的长轴和短轴或直径之间的数值比，它可用于确定颗粒形状。具有颗粒形状梯度的磨料复合片可具有包括具有在另一体积或区域变成更扁平的、平坦的、须状形状的球形或块状形状的颗粒的复合片体积或区域。磨料复合片可具有小纵横比颗粒的区域，该区域通过连续梯度变成比如板状或须状的具有大纵横比颗粒的区域。较大纵横比的区域可提供不同的断裂、强度或摩擦、化学或电气特征。在一些实施方式中，纵横比的最大变化率可以是沿轴线每l微米转变(即距离)不超过O.l。在另一实施方式中，导电率和耐磨性梯度提供用于加工制造的木材制品的超硬颗粒磨料复合片。对于这些应用，期望具有高水平的整体导电率的基于金刚石的磨料复合片有利于金刚石刀具的电火花加工。同样对于该应用，高的耐磨性源于具有最大含量的粗金刚石颗粒的结构。当这种粗金刚石颗粒结合到单调均质的磨料复合片中时，电火花加工变得更困难。利用具有到较细的超硬颗粒的梯度的在作用切削表面处的粗超硬颗粒和伴随的较高的导电率，该实施方式解决了该问题。颗粒尺寸的连续均匀的梯度可提供具有高的抗磨损耐磨表面的高的整体导电率。另一实施方式将本发明的连续梯度应用到其它形状。环形磨料复合片几何形状适合于拉丝模。在这些磨料复合片中，结构或物理特征将被改变以产生具有期望性能的环形表面。在环形形状中，一些梯度近似垂直(径向)于锥形柱状或环形磨损表面。尽管已经描述了组分和超硬颗粒尺寸梯度，但是其它梯度具有效用。可能使用的单重、多重、单轴向和/或多轴向梯度是相组成、颗粒形状、导电率、导热率或膨胀、声学和弹性性质、除超硬颗粒材料外的结合、密度、孔尺寸和形状、强度、断裂韧性、光学性质。在实施方式中，一种产生磨料复合片的方法包括从一组超硬颗粒开始，比如从所准备的具有一定范围的颗粒尺寸的合成金刚石开始。将颗粒与乙醇或另外的流体组合和混合，以产生混合浆液。允许混合浆液因重力、离心力、电场、磁场或另外的方法的影响而分离。混合浆液沉淀成大致固体的等级层，可选地其中较多的粗颗粒首先沉淀，而较多的最细颗粒最后沉淀。通过干燥、离心法或另外的方法，如果不是去除所有剩余液体，去除一些剩余液体。等级层的-部分然后被去除并任选地被放置在基底上。超硬颗粒层可被定向，以便将具有较多粗金刚石颗粒的表面靠近基底放置，以产生初始组件，通过通常在HPHT条下的烧结来处理该初始组件，以形成处理过的组件。从该处理过的组件生成并重新得到被支撑在钴钨硬质合金基底上的烧结金刚石磨料复合片。可将所得到的支撑烧结复合片加工成磨料工具。可选地，允许混合浆液在非平面固定物中分离。图20示出了固定物2000的非平面元件的示例。如图20所示，固定物2000可包括平面部分2010和非平面部分2020。非平面部分可以是任何非平面形状，比如在峰点相遇的两个斜坡形状、锥形形状、半球形形状、金字塔形状或另外的非平面形状。较大浓度的粗颗粒2030将沉淀在非平面结构附近，而较大浓度的细颗粒2040将沉淀在远离非平面结构的较高位置处。还可选地，碳化物或其它基底可具有与沉淀的金刚石层的尺寸和形状匹配的交界面表面尺寸和形状，其中所述基底放置在所述金刚石层上。示例示例1—现有技术。根据美国专利申请No.3,831,428、No.3,745,623和No.4,311,490的程序。将DiamondInnovations公司的MBM⑧等级的3微米直径的合成金刚石放置在16毫米(mm)直径的高纯钽箔杯中，达到约1.5mm的均匀深度。在该细层的顶部添加第二个1.5mm的均匀厚度层的40微米MPM粉末。将16mm柱状的13重量百分比(wt%)的钴钨硬质合金基底也放置到钽箔杯内。根据所引用的专利的单元结构和教导，该组件在55-65Kbar的压力下、在约150(TC下处理约15-45分钟。重新得到的支撑磨料复合片具有被支撑在硬质合金基底上的烧结金刚石层结构。图1和图2示出了该刀具的结构。示例2—现有技术。使用比如美国专利No.4，224，380中描述的那些方法，在3HC1:1HN03酸中煮沸具有由保护层覆盖的碳化物基底的钻削刀具，以产生钴衰竭区。图2和图3示出这种刀具的结构。示例3。45克具有图17所示的颗粒尺寸分布的合成金刚石可被准备并与450cc的99.9%的纯异丙醇相组合。可将这些材料在TURBULA混合器中混合2分钟。可将混合浆液注入到100mm直径的塑料容器内并允许沉淀8小时。可通过滗析和蒸发，小心地去除剩余液体。一旦沉淀的金刚石层为固体，可从沉淀层切出16mm的盘。可将金刚石层定向在钽(Ta)箔杯中，以靠近碳化钨基底放置粗颗粒。可将柱状钨硬质合金基底放置在粗金刚石颗粒顶部。该组件可以使用HPHT处理在55Kbar至65Kbar的压力下、在约1500°C下处理15-45分钟。确切的条件取决于许多变量，这些作为指导方针被提供。重新得到的组件将产生被支撑在钨硬质合金基底上的烧结金刚石磨料复合片，其可被加工成磨料工具。这种结构的样品被轴向切割成两半并被抛光，用于结构评估，图6示出了该示例的结构。为了证明该示例的单轴向连续等级结构的效用，准备了几个刀具，并对所述刀具进行冲击和抗磨损性测试。将这些结果与DiamondInnovations公司的TITAN商业钻削刀具进行对比。在INSTRON9250冲跌落试验机上进行冲击试验。通过用尖的无倒角的刀具车削花岗石圆柱测量抗磨损性(容积效率或G率)。该示例的刀具的冲击性能胜过商业磨料刀具超过100%，且磨损性胜过商业磨料刀具500%。详细试验结果在表1示出。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>示例4。45克具有图19所示的颗粒尺寸分布的合成金刚石粉末与12克具有示例3中图19所示的颗粒尺寸分布的钨粉末(99%纯度和源)相组合。根据示例3的方法进行制备和烧结处理。重新得到的复合的复合片具有被支撑在硬质合金基底上的烧结金刚石层结构，并可被加工成磨料工具。一个烧结结构被切割并抛光，用于结构评估。图8示出了该示例的微观结构。示例5。除了允许浆液在如图20所示的—1N平面固定物中分离8小时之外，复制示例3的沉淀金刚石层过程。如图20所示，粗颗粒2030主要沉淀在非平面结构附近，而细颗粒2040主要在非平面结构之上分离。除了将具有与沉淀的金刚石层的交界面表面尺寸和形状匹配的交界面表面的柱状钴钨硬质合金基底2050放置在金刚石颗粒顶部之外，进行示例3的干燥和组装过程。复制示例3的烧结。重新得到的复合的复合片具有被支撑在硬质合金基底上的烧结金刚石层结构，其可被加工成磨料工具。一个烧结工具被切割并抛光，用于结构评估。图12示出了该示例的微观结构。上述示例不是限制性的。尽管描述了沉淀，但是可使用其它方法，比如离心、渗透、振动、磁、静电、电泳、真空和其它方法。应理解，各种上面公开的以及其它的特征和功能或者其替换选择可理想地结合到许多其它不同的系统或应用中。同样，以后可由本领域的技术人员在其中进行各种目前未预见或未预期的替换选择、更改、变化或改进，这些也预期由以下权利要求包含。权利要求1.一种磨料复合片，包括合并成固体块的多个超磨料颗粒，所述颗粒具有连续、单调和单轴向的特征梯度。2.根据权利要求l所述的磨料复合片，其中所述特征梯度包括颗粒尺寸梯度。3.根据权利要求2所述的磨料复合片，其中颗粒尺寸的最大变化率是每l微米颗粒尺寸转变小于l微米。4.根据权利要求l所述的磨料复合片，其中所述特征梯度包括孔尺寸梯度。5.根据权利要求4所述的磨料复合片，其中孔尺寸的最大变化率是每1微米直径转变小于l微米。6.根据权利要求l所述的磨料复合片，其中所述特征梯度包括颗粒形状梯度。7.根据权利要求6所述的磨料复合片，其中颗粒纵横比的最大变化率是每l微米转变小于O.l。8.根据权利要求l所述的磨料复合片，其中所述特征梯度包括所述超磨料颗粒的浓度。9.一种磨料复合片，包括合并成固体块的多个超磨料颗粒，所述固体块具有沿所述固体块的第一轴线的第一连续梯度和沿所述固体块的第二轴线的第二连续梯度。10.根据权利要求9所述的磨料复合片，其中所述梯度的每一个包括颗粒尺寸梯度。11.根据权利要求9所述的磨料复合片，其中所述第一连续梯度包括颗粒尺寸梯度，所述第二连续梯度包括孔尺寸梯度、颗粒形状梯度或超磨料颗粒浓度梯度中的一个。12.根据权利要求ll所述的磨料复合片，其中所述第一连续梯度是单调和单轴向的。13.根据权利要求ll所述的磨料复合片，其中所述第一连续梯度是振荡的。14.一种产生磨料复合片的方法，包括以下歩骤将超硬颗粒与流体组合，以产生混合浆液；允许所述混合浆液分离并形成等级层；从所述等级层中去除剩余的液体；选择所述等级层的一部分；将基底放置在所述等级层的所选择的部分上，以产生初始组件；处理所述初始组件，以生成被支撑在所述基底上的烧结磨料复合片，从而形成重新得到的组件；以及将所述被支撑烧结复合片精加工成磨料工具。15.根据权利要求14所述的方法其中所述允许步骤包括允许所述混合浆液在一非平面固定物内沉淀；以及其中所述放置步骤包括放置所述基底的交界面表面，使得所述交界面表面与所述等级层的表面相匹配。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述放置步骤包括定向所述等级层和所述基底，使得所述基底具有较多粗颗粒的表面靠近所述基底。全文摘要在实施方式中，磨料复合片包括烧结、结合或以其它方式合并成固体形体的超硬颗粒。所述复合片还包括具有连续梯度、多轴向梯度或多个独立梯度的各种物理特征。文档编号B24D3/06GK101646527SQ200880003089公开日2010年2月10日申请日期2008年1月25日优先权日2007年1月26日发明者山万申请人:戴蒙得创新股份有限公司