專利名稱：披覆焊料的鉆石或立方氮化硼及其集結(jié)體及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種披覆焊料的鉆石或立方氮化硼及其集結(jié)體及其制法，其是以焊料粉末附于鉆石或鍍有鈦的立方氮化硼表面，然后再加溫熔化焊料，令鉆石或立方氮化硼被焊料合金包裹于其中。
背景技術(shù)：
鉆石的惰性極大。也就是因為它不易與其它材料反應(yīng)，它才能用來切磨工件。例如鉆石鋸齒已大量用來鋸切石材。鉆石磨輪則常用于加工包括陶瓷、玻璃等的非鐵材料。但在高溫下，鉆石會和鐵族金屬(鐵、鈷、鎳或其合金)反應(yīng)，所以不適合用來加工這類材料。
在制成鉆石工具時，鉆石磨料必須混在結(jié)合劑(Bond)(如金屬、陶瓷或樹脂)內(nèi)。結(jié)合劑可將鉆石磨粒隔開并將的個別握持用以鋸磨工件。但因鉆石惰性很大，各種結(jié)合劑都無法有效握持鉆石以致大部份的鉆石都在鋸磨工件時被撞掉落。也因此鉆石的使用率甚低(約10％)，所以鉆石工具的壽命就偏短。
一般的結(jié)合劑乃機械式的將鉆石卡住。大部份的金屬結(jié)合劑(如鐵、鈷、鎳、銅或其合金)乃以粉末燒結(jié)成形將混在其間的鉆石夾住。有些鉆石工具乃以水溶液(電解質(zhì))內(nèi)沉積的鎳將鉆石包圍固定。玻璃或陶瓷(Verified)的結(jié)合劑也是以粉末燒結(jié)成形包圍內(nèi)部的鉆石。樹脂結(jié)合劑則把樹脂燒結(jié)或熔鑄成一體將鉆石埋在其中。這些方法都不能使結(jié)合劑有效的握持鉆石。
為了加強鉆石的握持力，傳統(tǒng)的方法乃在鉆石外部鍍上一層金屬。例如以化學(xué)鍍(Electroless Coating)在溶液里把鎳(內(nèi)含磷)沉積在鉆石的表面。也有以熔鹽法(如以CaCl2-NaCl-KCl的共晶成份)將金屬粉末(如Ti、Cr、Si)擴散再沉積在鉆石表面。再如以化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposition或CVD)的方法把金屬化合物的氣體(如TiCl4、SiCl4、CrCl3、WCl3)還原出金屬再沉積在鉆石的表面上。
上述的鍍膜方法如果不是以溶液沉積就是以氣相沉積。這類的方法在鉆石表面沉積的金屬都是固體的原子或原子團。這些固體顆粒不能有效的「潤濕」(Wetting)鉆石的表面，因此鍍膜之內(nèi)仍含諸多孔隙，所以它們的組織并不致密。更有甚者，除化學(xué)鍍的鎳層外，其它的鍍膜都非常薄，常不及1微米(Micro Meter)。而化學(xué)鍍的鎳也只能包裹鉆石，并不能抓著鉆石。除了上述問題之外，傳統(tǒng)鍍膜的成份通常十分均一，既使披覆多層也不能使其合金化。加上鍍膜實在太薄，因此不僅結(jié)合劑難以附著，它們也容易被結(jié)合劑溶解。其結(jié)果會使鉆石鍍膜的功效完全消除。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有鉆石披覆方法成效不佳，本發(fā)明人乃針對現(xiàn)有的方法進行檢討與研究，經(jīng)不斷嘗試與實驗后終于發(fā)展出了確具產(chǎn)業(yè)上利用價值的本發(fā)明產(chǎn)品及其制造方法。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，該焊料在披覆時為熔融狀態(tài)的液體，且厚度在2微米以上；本發(fā)明的目的之二在于提供一種制造披覆焊料的鉆石或立方氮化硼的方法，其是以液狀黏結(jié)劑潤濕鉆石表面，再把表面有黏結(jié)劑的鉆石混入焊料及添加物粉末中，使其表面黏滿粉末，然后置入真空爐內(nèi)加溫將焊料熔化，使鉆石被焊料合金包裹而形成被覆有焊料合金的鉆石；本發(fā)明的目的之三在于提供一種制造披覆焊料的鉆石或立方氮化硼的方法，其鉆石或立方氮化硼乃與焊料合在一起但各顆粒之間乃以陶瓷材料隔開；本發(fā)明的目的之四在于提供一種披覆焊料的鉆石或立方氮化硼集結(jié)體，該集結(jié)體乃以熔融的焊料將之黏結(jié)在一起并凝固冷卻成形。
本發(fā)明也可將鉆石與焊料粉末直接混合再加熱，這時可以不需使用有機黏結(jié)劑。
另依本發(fā)明的制法亦可適用于鍍上一層鈦的立方氮化硼。
為使貴審查委員進一步了解前述目的及本發(fā)明的特征，茲附以圖式詳細說明如后


圖1為本發(fā)明的方法制成刺猬鉆石的外形示意圖。
附圖中10--鉆石12--焊料14--填加物具體實施方式
本發(fā)明乃一改傳統(tǒng)以溶液(水或熔鹽)或氣體來披覆鉆石的方法，而改用熔融的金屬焊料直接黏附鉆石。由于合金焊料是可以自由流動的液體，因此它可以完全「潤濕」鉆石并緊密的貼附其上，且其厚度在2微米以上。尤有進者，焊料內(nèi)含有可以與鉆石反應(yīng)而形成碳化物的「活化金屬」(ReactiveMetal)，如Ti、Cr、Vi、Mn、V……等，因此焊料也可以化學(xué)鍵將鉆石牢牢抓住。除此之外，熔融的焊料合金可以披覆較厚(如10微米)，因此不虞被結(jié)合劑溶解或侵蝕。
以熔融的焊料來披覆鉆石還有一個甚大的好處，即焊料的主要成分(如鎳或銅)與金屬結(jié)合劑的主要成份(鐵、鈷、鎳、銅或其合金)會互相溶合而形成強固的冶金鍵結(jié)(Metallurgical Bond)。因此使用焊料披覆的鉆石從鉆石到結(jié)合劑之間沒有明顯的弱面。也因此這種鉆石工具在使用時鉆石不會脫落而可以充分使用。這樣鉆石工具的壽命就可以大幅延長。
披覆鉆石的焊料其磨損速率必須介于鉆石與結(jié)合劑的磨損速率之間，這樣鉆石才能突出得恰到好處，既可以高速鋸磨，也不虞被撞斷裂。由于合金鍍膜不僅夠厚，其內(nèi)也可滲入其它材質(zhì)以調(diào)節(jié)其耐磨性。例如鍍膜內(nèi)滲入軟質(zhì)的銅粉會使其硬度降低而加速磨耗，使鉆石更為突出。相反的，若在鍍膜內(nèi)滲入硬質(zhì)的碳化鎢(WC)或碳化硅(SiC)粉末可使其變硬而不易磨損。這樣就可以避免鉆石過份暴露而掉落。因此合金鍍膜的硬度可以自由調(diào)整使其磨耗速率可以和鉆石同步。
另外，如圖1所示，由于鉆石10焊料12的合金鍍膜可以較厚，而且它在披覆時乃為熔融狀態(tài)，因此焊料12也可以同時黏附其它的填加物顆粒14，其包括小粒的鉆石、碳化硅、碳化鎢乃至各種金屬(如鐵、鎳、鈷、不銹鋼、銅)等。這樣制成的鉆石″外殼″具有許多突出的尖刺或踵瘤，有如″刺猬″。這種「刺猬」鍍膜不僅可牢牢抓住鉆石10，也可以突刺卡住結(jié)合劑，使其不致脫落。此外，「刺猬」鍍膜可以形成在鉆石與結(jié)合劑之間的緩沖區(qū)，使鉆石在撞擊工件時可以獲得更強的支撐，這樣它才不易碎裂或斷落。
本發(fā)明所采的鉆石粒度通常在18至60篩目之間，但也可用于更大或更小的粒度。焊料12通?？蔀殒嚮蜚~基。其「活化金屬」可為至少2％的鈦、鉻、錳、硅……等。一種常用的焊料為美國Wall Comonoy公司所制以Nichrobraz為商標的LM(含鎳、鉻、硼、硅)。
在涂布合金鍍膜時為免鉆石之間被焊料黏在一起，可先以液狀黏結(jié)劑(如壓克力膠)潤濕鉆石的表面，再把表面有黏膠的鉆石混入焊料及填加物(如WC)使鉆石表面黏滿粉末。如果重復(fù)黏黏粉末數(shù)次，鉆石外部的合金膜就會較厚。黏滿粉末的鉆石可以填入一種和焊料不起反應(yīng)的粉末〔如氧化鋁(Al2O3)、SiO2或ZrO2〕堆里，然后置入真空爐內(nèi)加溫(如1000℃)將焊料熔化。這樣每顆鉆石會被焊料合金包裹。但因彼此之間被氧化物或氮化物隔開，所以不會黏在一塊難以分離。如果焊料表面要黏上突出的顆粒(如SiC)，則可將表面黏上焊料的鉆石埋入這種顆粒堆里即可。當焊料熔化時就會自動黏上突出的顆粒。
如果不用有機黏結(jié)劑，鉆石也可個別置入一種和焊料不起作用的陶瓷材料上的鉆孔內(nèi)。這時適量的焊料可用以填塞在鉆石的周圍。在加溫使焊料熔化后，焊料就可將鉆石包裹成有設(shè)定厚度的鍍膜。
以這種方法不僅可制成披覆合金的鉆石，還可以合金將鉆石連成一體，制成「鉆石針」或「鉆石板」的集結(jié)體。例如將鉆石排成一列，或鋪成一片，再在其接縫處灑滿焊料，當焊料熔化時就可將鉆石黏成一排或一片。以此方法制造鉆石集結(jié)體時，焊料內(nèi)也可加入其它粉末(如WC)以調(diào)節(jié)其硬度。
另外，依本發(fā)明的方法，亦可用以披覆非鉆石的立方氮化硼(Cubic BoronNitride)，但在披覆時立方氮化硼的表面要先以傳統(tǒng)方法鍍上一層鈦(約1μm厚)，再以焊料如前述的方法如法泡制，即可制成披覆焊料的立方氮化硼及立方氮化硼集結(jié)體。
權(quán)利要求
1.一種披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，該焊料在披覆時為熔融狀態(tài)的液體，且厚度在2微米以上。
2.如權(quán)利要求第1項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該焊料主要成份為鎳、鈷、鐵或銅。
3.如權(quán)利要求第1項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該焊料含至少2％的鈦、鉻、釩、硅或錳。
4.如權(quán)利要求第1項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該鉆石或立方氮化硼的粒度在18至60篩目之間。。
5.如權(quán)利要求第1項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該披覆層黏附著比披覆鉆石或立方氮化硼更小的顆粒。
6.如權(quán)利要求第5項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該顆粒的成份含SiC、WC或金屬。
7.如權(quán)利要求第1項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼，其特征在于，其中該鉆石或立方氮化硼乃用于鋸切石材、水泥或磚瓦。
8.一種制造如權(quán)利要求第1項所述披覆焊料的鉆石或立方氮化硼的方法，其特征在于，，其是于鉆石或立方氮化硼表面先以黏膠沾上焊料粉末，再將之分開并置入真空爐內(nèi)將焊料熔化使之包覆在鉆石或立方氮化硼表面。
9.如權(quán)利要求第8項所述的制造方法，其特征在于，其中在立方氮化硼表面先鍍上一層鈦再進行披覆。
10.如權(quán)利要求第8項所述的制造方法，其特征在于，其是以氧化物或氮化物粉末將沾上焊料粉末的鉆石或立方氮化硼分開。
11.如權(quán)利要求第10項所述的制造方法，其特征在于，其中該氧化物的主要成份為Al2O3、SiO2或ZrO2。
12.如權(quán)利要求第8項所述的制造方法，其特征在于，其中隔開沾上焊料粉末的鉆石或立方氮化硼的材質(zhì)為所欲黏附在焊料膜表面的顆粒。
13.如權(quán)利要求第12項所述的制造方法，其特征在于，其中該顆粒的主要成份為鉆石、立方氮化硼、SiC、WC或金屬。
14.一種造如權(quán)利要求第1項所述披覆焊料的鉆石或立方氮化硼的方法，其特征在于，其鉆石或立方氮化硼乃與焊料合在一起但各顆粒之間乃以陶瓷材料隔開。
15.如權(quán)利要求第14項所述的制造方法，其特征在于，其中以陶瓷材料隔開鉆石或立方氮化硼及焊料的方法乃是將鉆石或立方氮化硼及焊料置入該材料預(yù)先鉆好的孔洞內(nèi)。
16.一種披覆如權(quán)利要求第1項所述的焊料的鉆石或立方氮化硼集結(jié)體，其特征在于，該集結(jié)體乃以熔融的焊料將之黏結(jié)在一起并凝固冷卻成形。
17.如權(quán)利要求第16項所述的披覆焊料的鉆石或立方氮化硼集結(jié)體，其特征在于，其形狀為條狀或片狀。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種披覆焊料的鉆石或立方氮化硼及其集結(jié)體及其制法，其是以液狀黏結(jié)劑潤濕鉆石表面，再把表面有黏結(jié)劑的鉆石混入焊料及添加物粉末中，使其表面黏滿粉末，然后置入真空爐內(nèi)加溫將焊料熔化，使鉆石被焊料合金包裹而形成被覆有焊料合金的鉆石。此鉆石的表面亦可以披覆的焊料黏附其它磨粒或金屬粉末，也可將許多披覆焊料的鉆石黏結(jié)成針狀、片狀或其它形狀的工具；另立方氮化硼則在鍍上一層鈦之后，可適用相同的制法來制成相應(yīng)的成品。
文檔編號B23P5/00GK1548267SQ03130998
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者宋健民 申請人:宋健民