包含超硬平面的冲击表面的挖掘工具的制作方法_3

文档序号:8476044阅读:来源:国知局
,结合到硬质合金基底113上的示例的冲击构件110包含由P⑶材料组成的冲击结构111,该PCD冲击结构限定了平面的冲击表面112,其与具有基底113的PCD冲击结构111的边界104相对。在这个特定的示例中,该基底113包含中间基底体积113-1以及远端体积113-R,该中间基底体积113-1设置在P⑶冲击结构111和远端基底体积113-R之间。在一些示例中,该中间基底体积113-1可以大于P⑶冲击结构111的体积,或该中间基底体积113-1可以小于P⑶冲击结构111的体积。该中间基底体积113-1包含在超硬基底ill中具有平均杨氏模量为至少百分之六十的中间材料。该中间基底体积113-1具有PCD冲击结构111以及该基底113的远端基底体积113-R的中间的硬度,该中间基底体积113-1可以包含具有至少大约650GPa和至多大约900GPa的杨氏模量的材料。在特定的示例中,该中间基底体积113-1包含碳颗粒和金刚石颗粒以及冲击结构111的杨氏模量至少为大约lOOOGPa。其从冲击表面112到具有中间基底体积113-1的冲击结构111的相对边界104测量的P⑶冲击结构111的厚度T为大约2_。在这个示例中,处于具有基底113的界面上的该冲击结构111的边界104为基本平面并平行于冲击表面112以及冲击结构111的厚度T在冲击结构111上是基本一致的。该尖端115和切割边缘114还在附图中示出。
[0051]图9在示意平面图(上图)以及与A-A相应的截面图(下图)示出了冲击构件110。该冲击结构111由P⑶材料组成并在冲击结构111的边界104上被粘接到基底103。该切割尖端115在冲击表面112的平面上为弯曲的,在切割边缘114的一对基本直的和分叉的部分116A、116B之间形成弓形过渡。在这个示例中,该K?冲击结构111的边界104在其延伸范围内不是平面的并且包含深入到切割边缘114的与基底113相邻的的突起(在基底113中存在对应的凹部)。冲击结构111的近端体积107因此接近切割边缘114,近端体积107的厚度T大约为3mm。远离切割边缘114的远端体积106具有大约2mm的厚度。该近端体积107自切割边缘114平行于冲击表面112延伸大约3mm的距离L。
[0052]图10和11不出了分别与切割边缘114相邻的冲击构件的部分。在每个附图中,该冲击结构111由PCD材料组成并在冲击结构111的边界104上被粘接到硬质合金基底113。与切割边缘114相邻的冲击结构111的厚度T为大约2.5mm,该切割边缘114通过冲击表面112限定。在图10所示的示例中,该切割边缘114被磨光(圆形的)并在图11所示的示例中,该切割边缘114为倒棱形式的。
[0053]—种制造冲击构件的方法将参考图12A、12B和12C进行描述。该示例的方法包括从盘面200上切割多个节段310并且加工每个节段以分别提供成品的冲击构件。在这个示例中,该盘面200为具有大约70_直径的圆形并包含所形成的结合到硬质合金213上的PCD材料的层211 (如此处所使用的,该短语“形成的结合”意为该PCD材料以相同的步骤粘接到基底上,其中该PCD材料通过将金刚石颗粒烧结在一起而形成,其过程的示例将在以下描述)。在特定的示例中,该PCD层211可以为大约2到大约2.5mm厚。在其他示例中,其基本上可以更厚,相对更厚的PCD层211预期将更具抗裂性,所有其他则相同。该盘面200具有一对平面的相对的主端表面,其通过外围侧218连接,主表面212中的一个可以通过P⑶材料限定。
[0054]参考图12A,多个节段310可以从盘面200上切割,留下碎片结构220。为了减少碎片结构250的体积,预设的切割设置可以被配置以使得可以从盘面200上切割尽可能多的节段310。
[0055]示例的切割节段310在图12C中示出。该切割节段310可以被配置成基本上想要的冲击构件。举例来说,至少一些节段310可以可选择地设置以使每个尖端315处于其每侧的节段的尖端之间。该节段310可以通过电火花加工(EDM)的方式切割,其包含穿过盘面移动导电电线(该电线垂直于盘面延伸)。其他用于切割PCD材料的方法也可以被使用。举例来说,每个切割节段310可以接着通过研磨被加工到最终尺寸、容差和表面最终形成各自成品的冲击构件。包含每个节段310的尖端315的边缘314可以为倒棱形式的或辐射形式的以形成各个冲击构件的各个切割边缘。
[0056]制造多个冲击结构的示例方法将参考图13进行描述。包含由在层211的边界204上粘接的PCD材料组成的层211的盘面结构200可以被提供到包含钨硬质合金材料的基底213。该PCD层211限定了与非平面边界204相对的盘面200的基本平面的表面212。该层211包括第一区域207,其中从平面表面212到层211的相对边界204的层211的厚度T为大约3_。在这个示例中,该层211包括第二区域206,其中该层211的厚度为大约2_。该方法包括从盘面300上切割一个节段310 (或多个节段310),该节段310具有由超硬材料限定的基本平面的节段表面312,该节段表面312限定了包括在节段表面312的平面上的尖端315的边缘314。该节段310从盘面200上切割以使该尖端315从第一区域207上切害J,该尖端315与穿过盘面200的线A对应以及与尖端315相对的节段310的端部与穿过盘面200的第二区域206的平面B对应。
[0057]总之,P⑶盘面可以由在硬质合金盘面上放置包含多个金刚石颗粒的聚合体并在用于金刚石的催化剂材料存在的前提下经受超高压和高温造成预烧结组件来制造,其中金刚石在热力学上比石墨更稳定,其将金刚石颗粒烧结在一起并形成粘接到基底盘面上的PCD层。硬质合金基底中的粘接剂材料可以提供催化剂材料源,诸如钴、铁或镍、或其混合物或包含它们中的一些的合金。举例来说,催化剂材料源可以在金刚石颗粒的聚合体中以混合的粉末或金刚石颗粒上的沉积的形式提供。催化剂材料源可以接近聚合体的边界而不是在聚合体和基底主体的边界之间被提供,举例来说,相邻与烧结的PCD冲击结构的冲击端对应的聚合体的边界。一种用于金刚石的催化剂材料被包含在聚合体中的方法,其用于(以及或用于催化剂材料的前体材料)可能具有这样的方面:可以制造相对较厚的PCD层。在示例中,催化剂材料源被包含在基底中而非聚合体中,PCD层在实践中可达到的厚度可能由通过聚合体的熔融的催化剂材料的渗透来限定,由于该催化剂材料可能不会通过聚合体均匀地渗透。
[0058]在一些方法中,金刚石颗粒的聚合体可以包括用于催化剂材料的前体材料。举例来说,该聚合体可以包括金属碳酸盐前体材料,特别是金属碳酸盐晶体,以及该方法可以包括将粘接剂前体材料转化为相应的金属氧化物(举例来说,通过热解或分解),将具有大量金刚石颗粒的金属氧化物基的粘接剂前体材料混合,以及研磨该混合物以产生在金刚石粒子的表面分散的金属氧化物前体材料。该金属碳酸盐晶体可以选自钴碳酸盐、镍碳酸盐、铜碳酸盐等,特别是钴碳酸盐。该催化剂前体材料可以被研磨,直到金属氧化物的平均粒子尺寸为大约5nm到大约200nm的范围内。该金属氧化物可以还原至金属分散物(dispers1n),举例来说在碳存在的真空中和/或通过氢的还原。金属碳酸盐的受控的热解,诸如钴碳酸盐晶体提供一种制造相应的金属氧化物的方法,举例来说钴氧化物(Co304),其可以被还原以形成钴金属分散物。氧化物的还原可以在碳存在的真空中和/或通过氢还原来实现。
[0059]盘面构造200可以通过提供聚合体来提供,该聚合体包含多个金刚石颗粒和钴源,以及与具有硬质合金基底的表面的聚合体接触以提供预烧结组件。基底的表面可以包括多个凹部以与烧结的PCD层的第一区域207对应。该预烧结组件经受了适于将金刚石颗粒直接烧结到一起的压力和温度以提供粘接到基底的PCD层。
[0060]在一些示例的方法中,该聚合体可以基本上包含松散的金刚石颗粒,或通过粘接材料粘接在一起的金刚石颗粒。该聚合体可以为斑粒、盘面、晶片或片状的形式,并可以包括用于金刚石的催化剂材料,举例来说,诸如钴和或降低异常的金刚石颗粒生长的
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