專利名稱：具有改進的抗熱開裂性的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對包含燒結(jié)碳化物(cemented carbide)的制品例如切削工具、切削嵌件(insert)、密封圈、棍軋機棍、用于地下鉆探鉆頭(earth boring bits)的切削元件以及經(jīng)歷加熱和/或熱循環(huán)的其它制品的改進。本發(fā)明還涉及制造這種制品的方法。更具體地說，本發(fā)明的某些實施方式涉及具有改進的抗熱開裂性的燒結(jié)碳化物制品。
背景技術(shù)：
包含燒結(jié)碳化物的制品通常用于涉及高應(yīng)カ和磨擦的應(yīng)用，例如用于車削、銑肖IJ、和鉆孔的切削工具或切削嵌件；用于攪拌器和泵的密封圈；和用于軋鋼的輥。包含燒結(jié)碳化物的制品傾向于由于熱開裂而失效。如果將這種制品加熱到高于閾值則可引發(fā)該制品中的裂紋，并且如果該制品經(jīng)歷熱循環(huán)則裂紋可進一歩擴展。例如，地下鉆探(或鉆進，drilling)鉆頭通常用于石油和天然氣勘探、采礦、和挖掘。這種地下鉆探鉆頭可具有固定或可旋轉(zhuǎn)的切削元件。圖I說明具有可旋轉(zhuǎn)切削元件11的典型旋轉(zhuǎn)錐體地下鉆探鉆頭10。將通常由燒結(jié)碳化物制成的切削嵌件12置于在所述切削元件11的外表面上制造的槽(pocket)中?？蓪⑷舾汕邢髑都?2固定到所述可旋轉(zhuǎn)切削元件11的預(yù)定位置中以優(yōu)化切削。地下鉆探鉆頭的使用壽命通常是燒結(jié)碳化物嵌件的磨損性質(zhì)的函數(shù)。提高地下鉆探鉆頭使用壽命的ー種方法是采用由具有強度、韌性、和耐磨損性/耐腐蝕性的改進組合的材料制成的切削嵌件。如上所述，切削嵌件包含燒結(jié)碳化物(一種燒結(jié)的硬顆粒)。用于這種應(yīng)用的燒結(jié)碳化物的選擇基于這些材料提供強度、斷裂韌性、和耐磨性(即對鉆探鉆頭或鉆進鉆頭的有效運行非常重要的性質(zhì))的非常有吸引力的組合的事實。燒結(jié)碳化物是包含如下的復(fù)合材料分散的不連續(xù)相，其包括屬于周期表第IVB族、VB族和VIB族的一種或多種過渡金屬(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、和W)的碳化物顆粒；和連續(xù)的粘合劑相(通常包括鈷、鎳、或鐵)，其使硬顆粒粘合在一起。在不同的可能的硬顆粒-粘合劑組合中，基于作為硬顆粒的碳化鎢(WC)和作為粘合劑相的鈷的燒結(jié)碳化物是最常用的燒結(jié)硬顆粒。燒結(jié)碳化物的各種性質(zhì)取決于兩種微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，即平均硬顆粒粒度(grainsize)以及硬顆粒和/或粘合劑的重量或體積分數(shù)。通常，隨著粒度減小和/或粘合劑含量減少，硬度和耐磨性提高。另ー方面，隨著粒度增大和/或粘合劑含量増加，斷裂韌性提高。因此，對于任何應(yīng)用，當選擇燒結(jié)碳化物級別時，在耐磨性和斷裂韌性之間存在折衷。當耐磨性提高吋，斷裂韌性通常降低，并且反之亦然。圖2A-2E說明在旋轉(zhuǎn)錐體地下鉆探鉆頭中通常采用的燒結(jié)碳化物嵌件的ー些不同形狀和設(shè)計。用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件通常特征在于穹形部分的形狀，例如卵形(圖2A)、弾道形(圖2B)、鑿子形(圖2C)、多穹形(圖2D)、和圓錐形(圖2E)。所采用的形狀和燒結(jié)碳化物級別的選擇取決于待鉆進巖石的類型。不論形狀和尺寸，所有嵌件均具有主體部分和切削部分形式的工作部分。例如，圖2A中的切削嵌件20包括主體部分24和穹形形狀的切削部分22。而且，例如圖2B中的切削嵌件30包括主體部分34和弾道形狀的切削部分32。切削作用通過切削部分執(zhí)行，而主體部分為所述切削部分提供支撐。將主體部分的大部分或全部嵌入在鉆頭體或切削元件內(nèi)，且通常通過將切削嵌件壓入配合到槽中而使主體部分嵌入到鉆頭體中。如前所述，切削作用主要由刀具的切削部分提供。切削部分首先開始磨損的部分是頂部，并且更具體地是切削部分的最尖端。在地下鉆探鉆頭的情況下，隨著切削部分的頂部開始變平，切削的效率急劇下降，這是因為土更多地是通過與更有效的切削作用相反的磨擦(rubbing)作用被移除。隨著磨擦作用的繼續(xù)，通過巖石和切削嵌件之間摩擦的増加 可產(chǎn)生相當多的熱量，從而導(dǎo)致嵌件某些部分的加熱。如果制品的任意部分的溫度超過閾值，則將在硬顆粒和粘合劑的界面處引發(fā)裂紋。制品的熱循環(huán)導(dǎo)致裂紋的擴展。因此，需要用于地下鉆探鉆頭的改進的燒結(jié)碳化物切削嵌件具有提高的耐熱疲勞性和熱開裂性。更概括地說，需要對包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分的并且可能經(jīng)歷由熱循環(huán)導(dǎo)致的開裂的制品進行改迸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及對包含燒結(jié)碳化物的制品的改進，其中在所述燒結(jié)碳化物內(nèi)的硬顆粒包括選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物。這種制品包括切削工具、切削嵌件、密封圈、輥軋機輥、用于地下鉆探鉆頭的切削元件、以及包括燒結(jié)碳化物的經(jīng)歷加熱和/或熱循環(huán)的其它制品。本發(fā)明還涉及制造這種制品的方法。根據(jù)本發(fā)明的制品的某些實施方式可包括包含燒結(jié)碳化物的部分，所述燒結(jié)碳化物包括粘合劑和選自鈦、鉻、鑰;、錯、鉿、鉭、鑰、銀、和鶴中的至少ー種過渡金屬的碳化物；和吸熱(heat sink)部分，其包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的材料。所述吸熱部分可從工作部分(其可例如為接觸部分或切削部分)帶走熱量，從而提供對某些模式的熱失效的改進的耐受性。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和與所述工作部分熱連通的吸熱部分的制品。所述工作部分的燒結(jié)碳化物包括粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒，且所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料。根據(jù)某些非限制性實施方式，所述吸熱部分與制品的主體部分接觸,其中所述主體部分支撐所述工作部分。而且,根據(jù)某些非限制性實施方式，所述工作部分為切削部分和接觸部分的至少ー種。在所述工作部分為接觸部分的某些非限制性實施方式中，所述制品為輥軋機輥和密封圈之一。在所述工作部分為切削部分的某些非限制性實施方式中，所述制品為地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具(rotary tool)、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀(knife)、和縱切機(slitter)中的ー種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括如下的制品包含燒結(jié)碳化物的切削部分；主體部分；和與所述主體部分接觸的吸熱部分。所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的材料，且所述吸熱部分與所述切削部分熱連通。在某些非限制性實施方式中，所述制品為地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機中的ー種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，輥軋機輥包括包含燒結(jié)碳化物的接觸部分，所述燒結(jié)碳化物包括粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒；主體部分；和吸熱部分。所述接觸部分包括第一末端、相対的第二末端、以及在所述第一末端和所述第二末端之間延伸并且包括接觸表面的環(huán)形外壁。所述主體部分支撐所述接觸部分并且包括對縱向延伸穿過所述輥軋機輥的孔(bore)進行限定的環(huán)形內(nèi)壁。所述內(nèi)壁在其中包括凹槽。所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的材料且與所述接觸部分熱連通。所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽內(nèi)并與所述主體部分接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，密封圈包括包含燒結(jié)碳化物的接觸部分，所述燒結(jié)碳化 物包括粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒；主體部分；和吸熱部分。所述接觸部分包括包含接觸表面的第一面。所述主體部分支撐所述接觸部分并且包括對所述主體部分中的凹槽進行限定的第二面。環(huán)形內(nèi)壁在所述第一面和第二面之間延伸并且對在所述第一面和第二面之間延伸且在所述第一面和第二面上開放的孔(bore)進行限定。所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的材料且與所述接觸部分熱連通。所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽內(nèi)并與所述主體部分接觸。而且根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，制造制品的方法包括提供包含燒結(jié)碳化物的工作部分，所述燒結(jié)碳化物包括粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒；提供主體部分；和提供與所述主體部分接觸并且包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料的吸熱部分。所述工作部分與所述吸熱部分熱連通。根據(jù)該方法的某些非限制性實施方式，所述吸熱部分與所述主體部分接觸。而且，根據(jù)某些非限制性實施方式，所述工作部分是切削部分和接觸部分中的至少ー種。在該方法的其中所述工作部分為接觸部分的某些非限制性實施方式中，所述接觸部分可包括接觸表面且所述制品為輥軋機輥和密封圈之一。在該方法的其中所述工作部分為切削部分的某些非限制性實施方式中，所述切削部分可包括切削表面并且所述制品為地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機中的ー種。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，制造包括工作部分和與所述工作部分熱連通的吸熱部分的制品的方法包括用燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔(void)，所述燒結(jié)碳化物粉末包括粉末狀粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢的至少ー種過渡金屬的硬顆粒碳化物；將固體吸熱材料布置于所述空腔中；和燒結(jié)所述燒結(jié)碳化物粉末。該方法提供包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和與所述工作部分熱連通的實心吸熱部分的燒結(jié)制品。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供制造包括工作部分、支撐所述工作部分的主體部分、和與所述工作部分熱連通的吸熱部分的制品的方法。制備包含燒結(jié)碳化物的燒結(jié)體。將吸熱材料加入到所述燒結(jié)體中。所述吸熱材料的導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。在某些實施方式中，所述工作部分是包含燒結(jié)碳化物和接觸表面的接觸部分。在某些其它實施方式中，所述工作部分是包含燒結(jié)碳化物的切削部分并且包括切削表面。所述吸熱部分與所述主體部分接觸并且從所述工作部分傳導(dǎo)熱量。本發(fā)明的進ー步方面涉及制造至少包括工作部分和與該工作部分熱連通的吸熱部分的制品的方法。該方法包括用第一燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔；和用第ニ燒結(jié)碳化物粉末至少部分地填充所述空腔的剰余部分，所述第二燒結(jié)碳化物粉末包含熔融溫度低于所述第二燒結(jié)碳化物粉末燒結(jié)溫度的易逝性(fugitive)材料。使所述第一燒結(jié)碳化物粉末和所述第二燒結(jié)碳化物粉末固結(jié)以形成生還(green compact),并且燒結(jié)所述生坯以除去所述易逝性材料和形成包括第一燒結(jié)碳化物區(qū)和包含互聯(lián)孔的第二燒結(jié)碳化物區(qū)的燒結(jié)制品。吸熱材料滲透到所述第二燒結(jié)碳化物的互聯(lián)孔中，其中所述吸熱材料具有大于所述第一燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。具體而言，本發(fā)明包括如下方面。
I 制品，其包括包括燒結(jié)碳化物的工作部分，所述燒結(jié)碳化物包含粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒；和吸熱部分，其包括導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并且所述吸熱部分從所述工作部分傳導(dǎo)熱量。2.根據(jù)I的制品，其進ー步包括支撐所述工作部分的主體部分，并且其中所述吸熱部分與所述主體部分接觸。3.根據(jù)I的制品，其進ー步包括支撐所述工作部分的主體部分，并且其中所述吸熱部分包括所述主體部分的至少一部分。4.根據(jù)2的制品，其中所述工作部分為接觸部分和切削部分中的ー種。5.根據(jù)2的制品，其中所述工作部分為接觸部分且所述制品選自輥軋機輥和密封圈。6.根據(jù)2的制品，其中所述工作部分為切削部分且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。7.根據(jù)I的制品，其中所述工作部分為外部部分且所述吸熱部分為以下中的至少ー種內(nèi)部部分、中心部分、和至少一部分主體部分。8.根據(jù)2的制品，其中所述吸熱部分通過壓入配合、收縮配合、緊固件、軟釬焊、硬釬焊、粘著剤、和夾緊中的至少ー種以機械方式附著到所述主體部分上。9.根據(jù)2的制品，其中所述粘合劑包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種。10.根據(jù)2的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包含碳化鎢的硬顆粒，和包括鈷的粘合齊U。11.根據(jù)2的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包含2 40重量％的所述粘合劑和60 98重量％的所述顆粒。12.根據(jù)2的制品，其中所述硬顆粒包括平均粒度為0. 3 10 y m的碳化鎢顆粒。13.根據(jù)2的制品，其中所述吸熱材料具有大于150W/mK的導(dǎo)熱率。14.根據(jù)2的制品，其中所述吸熱材料包括選自如下的材料銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、石墨、及它們中的兩種或更多種的組合。15.根據(jù)2的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包括雜混型燒結(jié)碳化物。16.根據(jù)15的制品，其中所述雜混型燒結(jié)碳化物包括燒結(jié)碳化物分散相；和燒結(jié)碳化物連續(xù)相，其中所述分散相的鄰接比小于或等于0. 48。17.根據(jù)2的制品，其中所述主體部分包括凹槽，其中所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽內(nèi)。18.根據(jù)17的制品，其中所述吸熱部分包括固體物和粉末中的至少ー種。 19.根據(jù)18的制品，其中所述吸熱部分包括在所述凹槽內(nèi)形成機械密封并且限定所述主體部分內(nèi)的空腔的固體栓，并且其中所述吸熱部分進ー步包括在所述空腔內(nèi)的粉末。20.根據(jù)2的制品，其中所述吸熱部分包括包含硬顆粒的第一分散相；包含粘合劑的第一連續(xù)相，其中所述硬顆粒分散在所述第一連續(xù)相中；和包含所述吸熱材料的第二連續(xù)相。21.根據(jù)3的制品，其中所述制品為輥軋機輥，所述輥軋機輥包括接觸部分，其包括第一末端和相対的第二末端、以及在所述第一末端和所述第二末端之間延伸并且包括接觸表面的環(huán)形外壁；和主體部分，其支撐所述接觸部分并且包括限定縱向延伸穿過所述輥軋機輥的孔的環(huán)形內(nèi)壁，所述內(nèi)壁在其中包括凹槽；且其中所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽中。22.根據(jù)3的制品,其中所述制品為惡'封圈,所述惡'封圈包括接觸部分，其包括包含接觸表面的第一面；和主體部分，其支撐所述接觸部分并且包括對其中凹槽進行限定的第二面，其中環(huán)形外壁在所述第一面和所述第二面之間延伸，和環(huán)形內(nèi)壁在所述第一面和所述第二面之間延伸并對在所述第一面和所述第二面之間延伸且在所述第一面和所述第二面上開放的孔進行限定；且其中所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽中。23.選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機的制品，其中所述制品包括切削部分，其包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合齊U，所述切削部分包括切削表面；主體部分，其支撐所述切削部分；和吸熱部分，其與所述主體部分接觸并包含這樣的材料，所述材料包括銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種并且所述材料具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量。
24.輥軋機輥，其包括接觸部分，其包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合劑，所述接觸部分進ー步包括第一末端和相対的第二末端，和在所述第一末端和所述第二末端之間延伸并且包括接觸表面的環(huán)形外壁；主體部分，其支撐所述接觸部分并且包括對縱向延伸穿過所述輥軋機輥的孔進行限定的環(huán)形內(nèi)壁，所述內(nèi)壁在其中包括凹槽；和吸熱部分，其與所述主體部分接觸并包含這樣的材料，所述材料包括銅、鋁、銀、 金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種并且所述材料具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，其中所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽內(nèi)，并且其中所述吸熱部分與所述エ作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量。25.密封圈，其包括接觸部分，其包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合齊IJ，所述接觸部分進ー步包括包含接觸表面的第一面；主體部分，其支撐所述接觸部分并包括對其中凹槽進行限定的第二面，其中環(huán)形內(nèi)壁在所述第一面和所述第二面之間延伸并對在所述第一面和所述第二面之間延伸且在所述第一面和所述第二面上開放的孔進行限定；和吸熱部分，其包含這樣的材料，所述材料包括銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種并且所述材料具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，其中所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽內(nèi)，而且其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量。26 制造制品的方法，其包括提供包含燒結(jié)碳化物的工作部分，所述燒結(jié)碳化物包含粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒；和提供與所述工作部分熱連通并且包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料的吸熱部分。27.根據(jù)26的方法，其進ー步包括提供主體部分，其中所述吸熱部分與所述主體部分接觸。28.根據(jù)27的方法，其中所述工作部分為切削部分和接觸部分的至少ー種。29.根據(jù)27的方法，其中所述工作部分為接觸部分且所述制品選自輥軋機輥和密封圈。30.根據(jù)27的方法，其中所述工作部分為切削部分且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。31.根據(jù)27的方法，其中提供工作部分和提供主體部分中的至少之ー包括提供包含燒結(jié)碳化物的燒結(jié)體。32.根據(jù)27的方法，其進ー步包括通過壓入配合、收縮配合、用緊固件附著、軟釬焊、硬釬焊、用粘著劑附著、和夾緊的至少ー種將所述吸熱部分以機械方式附著到所述制品上。33.根據(jù)31的方法，其中所述燒結(jié)體包括凹槽；和提供吸熱部分包括將所述吸熱材料設(shè)置于所述凹槽中。
34.根據(jù)27的方法，其中所述吸熱材料選自固體物、熔融材料、粉末、及它們中的 兩種或更多種的組合。
35.根據(jù)34的方法，其中所述吸熱材料包括固體物；和提供吸熱部分包括將所述固體物用收縮配合和壓入配合中的至少ー種配合到所述凹槽中。36.根據(jù)35的方法，其中所述吸熱材料包括粉末狀吸熱材料；和提供吸熱部分包括將所述粉末設(shè)置于所述凹槽中和將固體栓設(shè)置于所述凹槽中以使所述粉末以機械方式附著在所述凹槽中。37.根據(jù)34的方法，其中提供工作部分和提供主體部分包括用燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔；和提供吸熱部分包括將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中，其中所述吸熱材料為固體物并且具有大于所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度的熔點，且其中所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料在所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度下加熱，其中所述燒結(jié)溫度小于所述吸熱材料的熔融溫度。38.根據(jù)37的方法，其進ー步包括在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之前使所述燒結(jié)碳化物粉末在所述空腔中固結(jié)。39.根據(jù)37的方法，其進ー步包括在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之后和在將所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料在所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度下加熱之前，使所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料固結(jié)；和其中所述燒結(jié)溫度小于所述吸熱材料的熔融溫度。40.根據(jù)37的方法，其進ー步包括在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之前，使所述燒結(jié)碳化物粉末固結(jié)以提供第一生 ;在燒結(jié)溫度下加熱之前，使所述第一生坯和所述吸熱材料固結(jié)以提供第二生坯。41.根據(jù)27的方法，其中所述吸熱材料包括選自如下的材料銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、石墨、及它們中的兩種或更多種的組合。42.根據(jù)27的方法，其中所述粘合劑包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種。43.根據(jù)27的方法，其中所述燒結(jié)碳化物包括雜混型燒結(jié)碳化物。
44.根據(jù)27的方法，其中所述燒結(jié)碳化物包括平均粒度為0. 3 10 ii m的碳化鎢顆粒。45.根據(jù)27的方法，其中所述吸熱材料具有大于150W/mK的導(dǎo)熱率。46.根據(jù)27的方法，其包括用第一燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔；用第二燒結(jié)碳化物粉末至少部分地填充所述空腔的剰余部分，所述第二燒結(jié)碳化物粉末包含熔融溫度低于所述第二燒結(jié)碳化物粉末燒結(jié)溫度的易逝性材料；使所述第一燒結(jié)碳化物粉末和所述第二燒結(jié)碳化物粉末固結(jié)以形成生坯； 燒結(jié)所述生坯以除去所述易逝性材料和形成包括第一燒結(jié)碳化物區(qū)和包含互聯(lián)孔的第二燒結(jié)碳化物區(qū)的燒結(jié)制品，和將吸熱材料設(shè)置于所述第ニ燒結(jié)碳化物的互聯(lián)孔中，其中所述吸熱材料的導(dǎo)熱率大于所述第一燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。47.根據(jù)46的方法，其中所述吸熱材料包括銅、鋁、銀、和金中的至少ー種。48.制造包括工作部分和支撐所述工作部分的主體部分的制品的方法，所述方法包括制備包括所述工作部分的燒結(jié)體，所述燒結(jié)體包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合劑；和將吸熱材料加入所述燒結(jié)體中，所述吸熱材料包括銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種，所述吸熱材料與所述燒結(jié)體接觸并具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，且其中所述吸熱材料與所述工作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量。49.根據(jù)48的方法，其中所述工作部分為包括接觸表面的接觸部分，且所述制品選自棍軋機親和密封圈。50.根據(jù)49的方法，其中所述工作部分為包括切削表面的切削部分，且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。在考慮本發(fā)明實施方式的下列具體描述后，讀者將理解本發(fā)明的上述細節(jié)和優(yōu)點等。讀者也可在實施和/或使用本發(fā)明中的實施方式時理解本發(fā)明的這樣的補充細節(jié)和優(yōu)點。


通過參照附圖，可更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，其中圖I說明包括鉆頭體、輥錐體、和切削嵌件的典型旋轉(zhuǎn)錐體地下鉆探鉆頭；圖2A-2E說明在旋轉(zhuǎn)錐體地下鉆探鉆頭中通常采用的切削嵌件的不同形狀和尺寸，例如卵形(圖2A)、弾道形(圖2B)、鑿子形(圖2C)、多穹形(圖2D)、和圓錐形(圖2E);圖3是燒結(jié)碳化物材料中由熱疲勞導(dǎo)致的裂紋的顯微照片；圖4顯示具有連續(xù)的粘合劑相和不連續(xù)的硬顆粒相的燒結(jié)硬顆粒材料的典型微觀結(jié)構(gòu)；圖5A-5J是包含燒結(jié)碳化物和吸熱器的制品的示意圖6是本發(fā)明的包含滲入有傳導(dǎo)性材料的燒結(jié)碳化物的切削嵌件的示意圖；圖7為用于地下鉆探鉆頭的兩種燒結(jié)碳化物切削嵌件的照片，其中在燒結(jié)碳化物工作部分內(nèi)可見吸熱材料栓(Plug)。圖8A和SB是根據(jù)本發(fā)明的包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和與所述工作部分熱連通的吸熱部分的密封圈的實施方式的示意圖；和圖9A-9C是根據(jù)本發(fā)明的包括包含燒結(jié)碳化物的環(huán)形工作部分和與所述工作部分熱連通的吸熱部分的輥軋機輥的實施方式的示意圖。
具體實施例方式除非另有說明，本說明書和權(quán)利要求書中所用的表示成分量、時間、溫度等的所有數(shù)值應(yīng)理解為在所有情況下均由術(shù)語“約”所修飾。因此，除非指向相反的情況，在以下說明書和權(quán)利要求書中所列舉的數(shù)值參數(shù)為可根據(jù)尋求通過本發(fā)明獲得的所需性質(zhì)而改變的近似值。無論如何，并且不作為限制權(quán)利要求范圍的等價物原則的應(yīng)用的嘗試，至少應(yīng)該 按照所報道的有效數(shù)字的個數(shù)并通過應(yīng)用常規(guī)的舍入法解釋各數(shù)字參數(shù)。盡管闡述本發(fā)明寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)為近似值，但盡可能精確地報道在具體實施例中所列舉的數(shù)值。然而，任意數(shù)值可固有地含有由在它們各自的試驗測量中存在的標準偏差所必然導(dǎo)致的一定的誤差。本發(fā)明的實施方式包括包含燒結(jié)碳化物和吸熱材料的制品。本文中所用的術(shù)語“燒結(jié)碳化物”指包括包含硬顆粒的不連續(xù)相和使所述硬顆粒粘合在一起的連續(xù)的粘合劑相的復(fù)合材料。所述硬顆粒包括選自周期表的第IVB族、VB族、和VIB族的至少ー種過渡金屬(鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢)的碳化物。在本文中將其中硬顆粒由過渡金屬碳化物組成的燒結(jié)碳化物稱為“燒結(jié)的過渡金屬碳化物”。根據(jù)本發(fā)明的制品的實施方式可包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和包含吸熱材料的吸熱部分。所述制品還可包括支撐所述エ作部分的主體部分。本發(fā)明實施方式的實例包括，但不限于，輥軋機輥、密封圈、地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。本文中所用的術(shù)語“工作部分”指制品在執(zhí)行該制品的預(yù)定作用中所涉及的部分。例如，地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機起到除去和/或分離目標材料的作用，且這種制品的工作部分是適合于除去和/或分離所述材料的切削部分。切削部分可包括切削表面，其為切削部分中起到除去或分離目標材料作用的表面。根據(jù)另ー實例，輥軋機輥起到與エ件接觸從而將機械カ施加在所述エ件上并改變所述エ件形狀的作用。輥軋機輥的工作部分是接觸部分，其為輥與エ件接觸并執(zhí)行輥的預(yù)定作用部分。所述接觸部分還可包括接觸表面，其為所述接觸部分與エ件接觸的表面。根據(jù)又ー實施例，密封圈(也稱作墊圈)起到在兩個或更多個零件之間的界面處產(chǎn)生機械密封的作用，并且密封圈的工作部分也是接觸部分，所述接觸部分可包括與一個或多個零件接觸的接觸表面。而且，本文中所用的“主體部分”指制品支撐工作部分的部分。主體部分和工作部分可為，但不必為整體制品的區(qū)域。因此，應(yīng)理解在根據(jù)本發(fā)明制品的某些實施方式中，在工作部分和主體部分之間可能不存在清晰的劃分線。然而，在這種實施方式中，普通技術(shù)人員將認識到部分之間的差別在于工作部分適合于執(zhí)行制品的預(yù)定作用，而主體部分適合于支撐所述工作部分?；蛘?，工作部分和主體部分可由不同的材料形成，并且以其它方式牢固地附著或結(jié)合在一起使得當使用制品時主體部分為工作部分提供必需的支撐。本發(fā)明的實施方式包括包含工作部分和吸熱部分的制品，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通。所述吸熱部分的吸熱材料具有比工作部分的燒結(jié)碳化物高的導(dǎo)熱率。本文中所用的術(shù)語“熱連通”指熱量可從工作部分傳導(dǎo)到吸熱部分。吸熱部分可與工作部分接觸，其中熱量從工作部分直接傳導(dǎo)到吸熱部分?；蛘?，吸熱部分可與主體部分接觸且不與工作部分接觸。在這種情況下，熱量從工作部分經(jīng)由主體部分傳導(dǎo)到吸熱部分。本發(fā)明的實施方式包括包含工作部分和吸熱部分的制品。另外，所述制品可包括主體部分或其它部分。為保持與工作部分的熱連通，所述吸熱部分必須與所述制品的ー個部分即所述制品的工作部分、主體部分、或另一部分以使得熱量可從所述工作部分傳導(dǎo)到所述吸熱部分這樣的方式接觸。為實現(xiàn)熱連通，所述吸熱部分可以機械方式附著到所述制品的ー個部分即所述制品的工作部分、主體部分、或其它部分上。本文中所用的術(shù)語“以機械方式附著”指以機械方式將吸熱部分附著到另一部分的任意方式，包括但不限于粘著劑的應(yīng)用、用緊固件(例如螺桿、螺栓、銷釘)連接、軟釬焊(soldering)、硬釬焊、夾緊 (clamping)、壓入配合、和收縮配合。另外可通過以物理方式將所有或某一區(qū)域的吸熱部分限制在制品或其一部分內(nèi)而使吸熱部分以機械方式附著到制品或其一部分上。以機械方式附著吸熱部分的其它可行方式包括，例如螺紋(thread)、插槽(slot)、和鍵槽(keyway)的使用。在考慮本發(fā)明現(xiàn)有的說明書吋，將吸熱部分以機械方式附著到制品或其部分上的其它方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。而且，顯然的是，粘著剤、軟釬焊、硬釬焊等的使用必須以保證吸熱部分和工作部分之間必需的熱連通這樣的方式完成。這可例如通過確保以提供用于將熱量從工作部分傳導(dǎo)到吸熱部分的路徑的方式在吸熱部分和制品即工作部分、主體部分、或其它部分之間進行至少某種程度的直接接觸而實現(xiàn)。而且，根據(jù)某些實施方式，用于以機械方式附著工作部分的粘著剤、軟釬焊料、或硬釬焊材料可具有比工作部分或該工作部分的燒結(jié)碳化物之一的導(dǎo)熱率高的導(dǎo)熱率。本發(fā)明的實施方式包括包含燒結(jié)碳化物硬顆粒的具有增強的抗熱開裂性的制品，包括地下鉆探鉆頭、鉆頭、切削工具、切削嵌件、密封圈、和輥軋機輥、以及經(jīng)歷加熱和/或熱循環(huán)的其它制品。本發(fā)明的制品的某些實施方式包括切削部分和吸熱部分。所述切削部分包含燒結(jié)碳化物。所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的材料。當然，本發(fā)明的實施方式包括各種形狀和尺寸的切削部分和吸熱部分且不受本文中所述的實施方式限制。例如，所述制品可為用于地下鉆探鉆頭的具有圖2A-2E中所示形狀的切削嵌件，如上所述，圖2A-2E中的形狀為卵形(圖2A)、弾道形(圖2B)、鑿子形(圖2C)、多穹形(圖2D)、和圓錐形(圖2E)。吸熱部分可為切削嵌件主體部分的中心(core)區(qū)域，或者可為主體區(qū)。例如參見圖5A，其圖示根據(jù)本發(fā)明的用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件50的橫截面，該切削嵌件50包括切削部分51形式的工作部分；以及主體部分52，所述主體部分52包括嵌入其中的吸熱部分53。吸熱部分53與切削部分51熱連通并從該切削部分51傳導(dǎo)熱量。圖7是用于地下鉆探探頭的具有圖5A中所示結(jié)構(gòu)的切削嵌件60的真實實例的照片。在圖7中，嵌件60包括燒結(jié)碳化物切削部分61、支撐所述切削部分61的燒結(jié)碳化物主體部分62、和嵌入在主體部分62中與切削部分61熱連通的銅吸熱部分63。在根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件內(nèi)的其它部分可包括中心軸支撐部分、底部分、過渡部分、或可增強用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件的熱性質(zhì)的其它部分。本發(fā)明的制品的實施方式包括工作部分(例如切削部分或接觸部分)和主體部分，其中所述工作部分包含燒結(jié)碳化物且所述主體部分包括與所述主體部分接觸的吸熱部分。所述工作部分的燒結(jié)碳化物包括硬顆粒和粘合剤。所述硬顆粒包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物。所述燒結(jié)碳化物的粘合劑通常包括如下中的至少ー種鈷、鎳、鐵、或這些金屬的合金，但所述粘合劑也可為能夠?qū)⑺鲇差w粒粘合在一起的任意金屬或合金。所述粘合劑可進一歩包括選自鎢、鈦、鉭、鈮、鉻、鑰、硼、碳、硅、釕、錸、錳、鋁、和銅的合金添加剤。在一個實施方式中，所述燒結(jié)碳化物的硬顆粒包括平均粒度為0.3 10 的碳化鎢，且所述燒結(jié)碳化物的粘合劑包括鈷。為提供用于某些應(yīng)用的期望性質(zhì)，燒結(jié)碳化物可包括2 40重量％的粘合劑和60 98重量％的過渡金屬碳化物。在某些實施方式中,燒結(jié)碳化物可包括平均粒度為0. 5 10 ii m的碳化鎢顆粒。吸熱部分與工作部分熱連通并且從工作部分導(dǎo)走熱量以減少工作部分中累積的熱量。如上所述，吸熱部分與工作部分“熱連通”意味著熱量可從工作部分流向吸熱部分。因此，盡管在本發(fā)明制品的某些實施方式中吸熱部分與工作部分接觸，但吸熱部分和工作 部分不是必須接觸的。相反，可將合適的導(dǎo)熱材料置于工作部分和吸熱部分之間使得熱量從工作部分流向吸熱部分。例如，在某些實施方式中可將制品主體部分的某一區(qū)域置于エ作部分和吸熱部分之間。普通技術(shù)人員將容易理解用于根據(jù)本發(fā)明制品的允許在工作部分和吸熱部分之間必需的熱連通的其它設(shè)計，且所有這樣的實施方式在本發(fā)明的范圍內(nèi)。吸熱部分包含可為導(dǎo)熱率比工作部分的燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率大的任意材料的吸熱材料。優(yōu)選地，吸熱材料的導(dǎo)熱率大于工作部分的燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率的兩倍。例如，吸熱材料可具有大于150W/mK、乃至大于250W/mK的導(dǎo)熱率。在某些高摩擦應(yīng)用中，吸熱材料可具有大于350W/mK的導(dǎo)熱率。吸熱材料的實例包括，但不限于銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、及它們的組合。此外，吸熱材料可包括石墨和其它形式的碳。優(yōu)選地，吸熱部分足夠大以便以足以防止工作部分達到裂紋引發(fā)的閾值溫度的速率從工作部分傳導(dǎo)熱量。圖5A-5J說明本發(fā)明制品的實施方式。應(yīng)理解這些圖僅必要地說明旨在說明本文中所公開的各種構(gòu)思的有限數(shù)量的可行實施方式。如上所述，圖5A說明本發(fā)明的用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件50的實施方式的橫截面。圖5A的切削嵌件50的橫截面顯示出切削部分51和主體部分52。切削嵌件50的切削部分51包含燒結(jié)的碳化鎢材料并且適合于在鉆探作業(yè)期間切穿巖石和土。主體部分52包括形成中心區(qū)域的吸熱部分53。吸熱部分53與切削部分51熱連通并且從切削部分51傳導(dǎo)熱量以使切削部分51中累積的溫度降低，從而減少熱裂紋引發(fā)和擴展的發(fā)生率。在某些實施方式中，吸熱部分可包括整個主體部分。在其它實施方式中，吸熱部分可與制品接觸但構(gòu)成該制品的単獨部分。例如，如圖5A和7所示，可將吸熱部分設(shè)置于主體部分中的凹槽中。圖5B是用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件150的另ー實施方式的橫截面，其中吸熱部分設(shè)置于制品的主體部分中的凹槽中。具體地說，切削嵌件150包括主體部分152和切削部分151形式的工作部分。主體部分152包括其中設(shè)置多個吸熱部分153的多個凹槽。主體部分的區(qū)域154介于吸熱的吸熱部分153和切削部分151之間并提供切削部分151和吸熱部分153之間的熱連通。吸熱部分153可以能夠提高制品的整體導(dǎo)熱率的任意方式設(shè)計。
在某些實施方式中，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件可包括延伸到鉆頭體中的吸熱部分。例如，圖5C和顯示用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件的實施方式的橫截面，其中切削嵌件250、350包括主體部分252、352和切削部分251、351形式的工作部分。各主體部分252、352中包括用于接受吸熱部分254、354的凹槽。切削嵌件250的凹槽延伸穿過主體部分252并且進入工作部分251中。主體部分252、352可壓入配合到鉆頭體或輥錐體253、353中的凹槽中。吸熱部分254、354可壓入配合到切削嵌件250、350的主體部分252、353中的凹槽中以及鉆頭體或輥錐體253、353中的凹槽中。這樣，吸熱部分254、354將熱量直接從所述制品傳導(dǎo)至所述鉆頭體。圖5E是根據(jù)本發(fā)明的用于金屬加工的切削嵌件450的實施方式。所述切削嵌件450包括以燒結(jié)的過渡金屬碳化物切削部分451形式的用于將材料從エ件除去的工作部分；以及用于將熱量從切削部分導(dǎo)走并提高制品的整體導(dǎo)熱率的吸熱部分452。因此，嵌件450的吸熱部分452還起到支撐所述切削部分452的主體部分的作用，并且吸熱部分452與切削部分451直接接觸。切削嵌件450中通常但不總是包括中心孔453以允許通過螺絲附著到刀夾(tool holder)上?？蓮谋景l(fā)明獲益的嵌件的某些實施方式可通過夾具(clamp)附著到刀夾上。所述切削嵌件450可適合于銑削、車削、鉆孔、或其它切削操作。圖5F包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的鉆石形(diamond-shaped)切削嵌件550的實施方式的平面圖和橫截面圖(沿A-A截取)。所述切削嵌件550具有四個切削刃并且可轉(zhuǎn)位。切削嵌件550包括切削部分551形式的工作部分和包含吸熱材料的主體部分552。因此，所述主體部分552還構(gòu)成從切削部分551傳導(dǎo)熱量的吸熱部分。在切削嵌件550的實施方式中，切削部分551僅由燒結(jié)的過渡金屬碳化物材料構(gòu)成，且吸熱材料的導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物材料的導(dǎo)熱率。圖5G包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的鉆石形切削嵌件650的另ー實施方式的平面圖和橫截面圖(沿B-B截取)。所示的切削嵌件650與切削嵌件550的相似之處在于兩種切削嵌件都是用于金屬加工的可轉(zhuǎn)位的鉆石形切削嵌件。嵌件650包括切削部分651形式的工作部分和主體部分652。通過對比圖5F的截面A-A和圖5G的截面B-B可以看出嵌件550和650之間的差異。從截面B-B中可以看出，切削部分651包括燒結(jié)的過渡金屬碳化物653的區(qū)域。吸熱材料的區(qū)域654支承嵌件650的各末端上的燒結(jié)碳化物區(qū)域653。在該實施方式中，可將區(qū)域654視為吸熱部分，或者可將區(qū)域654視為主體部分652的區(qū)域。在任一種情況下，吸熱材料區(qū)域654從切削部分653傳導(dǎo)熱量。該實施方式在切削嵌件中提供顯著量的吸熱材料。根據(jù)本發(fā)明的制品的實施方式還包括切削工具。切削工具750的實施方式顯示于圖5H中。切削工具包括主體部分752和切削部分751形式的工作部分。切削部分751包括兩個燒結(jié)的過渡金屬碳化物區(qū)域753。吸熱材料區(qū)域754置于所述切削區(qū)域753之間并且從所述切削部分753傳導(dǎo)熱量。吸熱材料的導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。在一個實施方式中，吸熱區(qū)域754與主體部分752接觸，所述吸熱區(qū)域也可由具有比區(qū)域753的 燒結(jié)碳化物材料大的導(dǎo)熱率的吸熱材料形成?；蛘撸鼰釁^(qū)域754與由單ー吸熱材料形成的主體部分752集成并且形成該主體部分752的一部分。在圖51和5J的橫截面中顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的制品的進ー步實施方式。在圖51的縱剖面中所示的實施方式為包括外部或接觸部分851形式的工作部分并且包括內(nèi)部或中心區(qū)域852的桿850。該實施方式可用作旋轉(zhuǎn)刀具的坯料，例如鉆進鉆頭和立銑刀的坯料。所述內(nèi)部或中心區(qū)域可包括吸熱部分。該吸熱部分可僅為該中心區(qū)域的一部分，或者整個中心區(qū)域可為吸熱部分。接觸部分851包含燒結(jié)碳化物，且吸熱部分可包含導(dǎo)熱率大于燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料?？稍谕獠炕蚪佑|部分上形成切削特征。另外，可在桿的一端上形成切削特征。在使用時，接觸區(qū)域851變熱，且來自接觸區(qū)域851的熱量通過吸熱部分852傳導(dǎo)。圖5J還顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的桿實施方式。圖5J中所示的橫截面是通過桿950的縱軸以直角取得的。桿950包括外部或接觸區(qū)域951形式的工作部分并且包括內(nèi)部或中心區(qū)域952。如在圖51的實施方式中那樣，所有或部分的中心區(qū)域952為包含吸熱材料的吸熱部分。然而，桿950還包括縱向延伸的冷卻劑通道953，在所述冷卻劑通道中可循環(huán)冷卻劑以進ー步從接觸部分851和中心區(qū)域952傳導(dǎo)熱量。該實施方式可用于鉆進鉆頭、銑刀鉆頭、或其它旋轉(zhuǎn)刀具。應(yīng)理解雖然圖51和5J圖示了桿，但相同的構(gòu)建原理可應(yīng)用于可 使用桿作為坯料構(gòu)建的成品刀具。如本文所提出的，這種刀具包括例如鉆探鉆頭和某些旋轉(zhuǎn)刀具。本發(fā)明的實施方式還包括包含鉆頭體或輥錐體、吸熱器、和與所述吸熱器接觸的切削嵌件的地下鉆探鉆頭，其中將所述切削嵌件固定于鉆頭體或輥錐體上。所述吸熱器也可與所述鉆頭體接觸。優(yōu)選地，將所述吸熱器嵌入、集成、或設(shè)置于所述切削嵌件或所述鉆頭體或輥錐體的至少ー種中的凹槽中。而且，可通過硬釬焊、粘著劑粘結(jié)、摩擦配合、或其它機械聯(lián)結(jié)(affixation)、以及其它方式將所述切削嵌件固定在所述鉆頭體或棍的槽中。根據(jù)本發(fā)明的制品的某些附加實施方式包括密封圈，例如在透視圖8A中和沿線B-B的在圖8B中的橫截面中顯示的密封圈1000。密封圈通常用在例如泵和壓縮機的設(shè)備中并提供軸或其它活動部件周圍的機械密封。密封圈1000包括環(huán)形接觸部分1010形式的工作部分、吸熱部分1020、和至少部分地介于接觸部分1010和吸熱部分1020之間的主體部分1015。該接觸部分可包含燒結(jié)碳化物，并且可包括與裝置的ー個或多個部分接觸井向其施加カ以提供機械密封的接觸表面1012。由于在接觸表面1012處進行接觸，因此在接觸表面1012處摩擦生熱。吸熱部分1020將熱量從接觸部分1010導(dǎo)走以減少在接觸表面1012處累積的熱量。吸熱部分1020包含導(dǎo)熱率大于所述接觸部分1010的燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料，并且與所述接觸部分熱連通。根據(jù)本發(fā)明的制品的某些其它實施方式包括輥軋機輥例如在圖9A中所顯示的輥2000。圖9A是以虛線顯示某些內(nèi)部特征的示意性透視圖。圖9B是通過輥2000的中間(midway)點對輥的縱軸成直角所取的橫截面。圖9C是通過輥2000的縱軸所取的橫截面圖。輥軋機輥通常用于加工金屬和金屬合金工件并且可適合于減小這種エ件的厚度或者以其它方式改變這種エ件的形狀。輥2000包括接觸部分2010、至少ー個吸熱部分2020、和介于接觸部分2010與吸熱部分2020之間的主體部分。接觸部分2010以及主體部分2015可包含本文中其它部分所述的燒結(jié)碳化物。接觸部分2010還可包括接觸表面2012。當輥軋機輥2000旋轉(zhuǎn)吋，與エ件的接觸導(dǎo)致加熱接觸表面2012的摩擦。另外，エ件本身可在被輥2000加工之前已經(jīng)被加熱到高溫。吸熱部分2020包含吸熱材料，該吸熱材料可為導(dǎo)熱率大于所述接觸部分2010的燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的任意合適材料。該吸熱部分2020從接觸部分2010傳導(dǎo)熱量以減少在接觸表面2012處累積的熱量，并且與所述接觸部分熱連通。
燒結(jié)碳化物提供強度、耐磨損性和耐腐蝕性、以及斷裂韌性的非常有吸引カ的組合。然而，燒結(jié)碳化物的確具有有限的耐熱疲勞性和抗沖擊性。當經(jīng)歷熱疲勞和沖擊(高溫并且反復(fù)加熱和淬火)吋，燒結(jié)碳化物通常呈現(xiàn)出表面裂紋。圖3顯示具有由熱疲勞導(dǎo)致的表面裂紋的典型燒結(jié)碳化物。一旦在燒結(jié)碳化物中弓I發(fā)裂紋，則隨著嵌件經(jīng)歷連續(xù)的熱循環(huán)該裂紋繼續(xù)生長。最終，無數(shù)裂紋將交叉且燒結(jié)碳化物嵌件的片可從整塊材料脫離(通常稱為剝落)。例如，在地下鉆探作業(yè)期間用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件經(jīng)歷大量的與被切削巖石的磨擦作用。由磨擦作用導(dǎo)致的摩擦導(dǎo)致在嵌件的切削表面處溫度顯著升高。而且，在鉆探作業(yè)期間切削嵌件還經(jīng)歷由冷卻劑(泥)造成的淬火。因此它們經(jīng)歷由經(jīng)常的加熱和冷卻造成的強烈的熱循環(huán)。在許多情況下，由熱疲勞造成的過早的熱開裂是限制地下鉆探鉆頭中所用燒結(jié)碳化物嵌件的壽命的主要因素。經(jīng)歷熱循環(huán)和熱疲勞的制品的其它實施例包括用于銑削、鉆孔、或鏜削的切削嵌件，密封圈，和輥軋機輥。燒結(jié)碳化物相對有限的耐熱開裂性可能與如下事實相關(guān)該材料是包含具有不同 熱膨脹性質(zhì)的兩相的復(fù)合材料。圖4說明燒結(jié)碳化物的典型微觀結(jié)構(gòu)。在圖4中可以看 見，該微觀結(jié)構(gòu)由分散在粘合劑相42的連續(xù)基質(zhì)中的硬的不連續(xù)相41的顆粒組成。所述硬的不連續(xù)相41的熱膨脹系數(shù)(CTE)與粘合劑相42的CTE非常不同。例如，鈷(燒結(jié)碳化物的典型粘合劑)的CTE約為碳化鎢(WC)(燒結(jié)碳化物中的典型硬顆粒)的CTE的3倍(鈷的12X 10_6cm/cm/°C對WC的4X 10_6cm/cm/°C )。隨著燒結(jié)碳化物的溫度升高，鈷以比WC快得多的速率膨脹。結(jié)果，在兩相之間的界面出出現(xiàn)大的應(yīng)力。應(yīng)カ的大小與溫度升高的程度直接相關(guān)。而且，由于燒結(jié)碳化物經(jīng)歷熱循環(huán)(反復(fù)加熱和淬火)，因此界面弱化到足以允許引發(fā)裂紋。隨著熱循環(huán)的繼續(xù)，裂紋可生長直到出現(xiàn)剝落。因此，強烈需要改善燒結(jié)碳化物和其它燒結(jié)硬顆粒材料的抗熱開裂性但不犧牲它們固有的強度、耐磨損性、耐腐蝕性、和斷裂韌性的方法。通常，任意燒結(jié)碳化物的抗熱開裂性與其導(dǎo)熱率(TC)以及斷裂韌性(Klc)成正比，并且與其熱膨脹系數(shù)(CTE)和楊氏模量(E)成反比。因此，可通過提高整體導(dǎo)熱率和/或斷裂韌性、以及通過降低整體熱膨脹和/或剛度(楊氏模量)來改善抗熱開裂性。提高的TC防止局部的過熱部位(hot spot)，而降低的導(dǎo)熱率使相界面處的應(yīng)カ減小。可預(yù)期具有改進抗熱開裂性的燒結(jié)碳化物材料在熱裂紋引發(fā)和生長之前在較高的溫度下工作并且工作較多次的熱循環(huán)?？赏ㄟ^改變化學(xué)組成和/或微觀結(jié)構(gòu)來改變燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率、斷裂韌性、熱膨脹和楊氏模量。例如，可通過改變硬顆粒的粒度和/或粘合劑含量來改變整體或局部斷裂韌性。不幸的是，從性能觀點看來，斷裂韌性的升高(從抗熱開裂性觀點看來是理想的)可能是有害的，因為硬顆粒的粒度和/或粘合劑含量的升高總是導(dǎo)致耐磨損性和耐腐蝕性的下降。類似地，可通過提高燒結(jié)碳化物材料的硬顆粒含量來提高導(dǎo)熱率。然而，硬顆粒含量的提高總是導(dǎo)致斷裂韌性的降低。而且，可通過改變粘合劑的組成或減少粘合劑含量來降低熱膨脹系數(shù)。在任何一種情況下，斷裂韌性均降低。最終，通過減少硬顆粒含量可使楊氏模量降低。然而，減少硬顆粒含量將導(dǎo)致耐磨損性和耐腐蝕性的降低。因此，通過使用常規(guī)方法來改變導(dǎo)熱率、斷裂韌性、熱膨脹、和楊氏模量而改善抗熱開裂性的嘗試也可通過斷裂韌性或耐磨損性和耐腐蝕性的降低而導(dǎo)致性能的下降。本發(fā)明的某些實施方式涉及不改變嵌件切削(工作)部分的化學(xué)組成或微觀結(jié)構(gòu)而改進燒結(jié)碳化物地下鉆探鉆頭嵌件的有效導(dǎo)熱率的新方法。如此，嵌件的固有斷裂韌性、強度、和耐磨損性/耐腐蝕性不改變，而整體導(dǎo)熱率(并且因此抗熱開裂性)得到顯著改
茲在一個實施方式中，切削嵌件由如下組成切削部分形式的工作部分，該切削部分具有為預(yù)定應(yīng)用(例如，被切削巖石的類型，所需的切削速度)而優(yōu)化的燒結(jié)的過渡金屬碳化物化學(xué)組成(例如，粘合劑和/或硬顆粒一致性和/或含量)和微觀結(jié)構(gòu)(例如，硬顆粒的粒度)；以及與所述切削部分相比具有顯著較高的導(dǎo)熱率的吸熱部分。在切削操作期間，吸熱部分將在切削部分的切削表面處產(chǎn)生的熱量從切削表面?zhèn)鲗?dǎo)走。如此，切削部分處的溫度増加相對于常規(guī)設(shè)計的制品降低，并且熱裂紋引發(fā)的傾向降低。圖5A說明包括吸熱器的切削嵌件50的一個實施方式。嵌件50包括主體部分52 和具有切削表面55的穹形切削部分51。切削部分51和主體部分52均包含燒結(jié)的過渡金屬碳化物。吸熱部分53設(shè)置于主體區(qū)域52內(nèi)并且包含吸熱材料?？尚械奈鼰岵牧习ǜ叨葘?dǎo)熱的金屬例如Cu、Al、Ag、或Au。在某些實施方式中，燒結(jié)碳化物可為導(dǎo)熱率(TC)在90W/mK到105W/mK范圍內(nèi)的級別。在這種實施方式中，吸熱材料的TC將更大。例如，Cu具有約401W/mK的TC，Al具有約373W/mK的TC，Ag具有約429W/mK的TC，且Au具有約317W/mK的TC?；蛘撸缛Q于級別，吸熱部分可包含具有最高達450W/mK導(dǎo)熱率的石墨。明顯地，燒結(jié)的過渡金屬碳化物嵌件50的整體導(dǎo)熱率可通過引入如圖5A中所示的高導(dǎo)熱中心區(qū)域而大大提高?？梢灶A(yù)期導(dǎo)熱中心(吸熱部分53)的存在快速傳導(dǎo)來自切削表面55的熱量，從而抑制熱量的累積和熱裂紋的引發(fā)。可獲得導(dǎo)熱率的改善而不犧牲切削部分51中的斷裂韌性或耐磨損性/耐腐蝕性。根據(jù)本發(fā)明的制品的其它實施方式例如其它切削嵌件、刀具、輥軋機輥、和密封圈可以類似的方式得益于本文中所述的設(shè)計原理。根據(jù)第一實例的切削嵌件可如下制造首先制造在嵌件的主體部分中具有中央盲孔或凹槽的嵌件，并將導(dǎo)熱金屬或金屬合金吸熱材料置于所述凹槽中以提供吸熱部分。在某些實施方式中，可通過如下方式將導(dǎo)熱吸熱材料設(shè)置于主體部分中的凹槽中加熱所述材料以使其熔融，然后將該熔融的材料倒入凹槽中，并且讓該材料冷卻至固體形式?；蛘?，吸熱材料可作為固體栓設(shè)置于凹槽中，或者可作為粉末設(shè)置于凹槽中?？赏ㄟ^收縮配合和/或壓入配合而將固體吸熱材料固定(即以機械方式附著)在凹槽中。另外，可將粉末形式的導(dǎo)熱金屬或?qū)岷辖鹬糜诎疾壑?，然后原地搗實以將該吸熱材料致密地填充在凹槽中并且因此使其以機械方式附著在凹槽中。上述圖5A示意性地圖示了可通過將熔融或粉末狀的吸熱材料設(shè)置于嵌件基礎(chǔ)部分的凹槽中而進行的實施方式。而且，在將粉末狀的吸熱材料加入到凹槽中之后，可將固體栓壓入配合或者以其它方式機械附著到凹槽中，使得粉末狀的吸熱材料以機械方式附著在主體部分中的空腔內(nèi)。該固體栓還可包含吸熱材料使得固體栓和被該固體栓固定在主體部分中的空腔內(nèi)的粉末構(gòu)成吸熱部分。將固體栓固定在凹槽中還可起到進ー步搗實或壓實凹槽中的粉末狀吸熱材料的作用，這可改善粉末的導(dǎo)熱率并且更概括地說，改善吸熱部分的導(dǎo)熱率。在圖5B中顯示的可選設(shè)計中，根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件可包括設(shè)置于嵌件主體部分中的超過ー個的吸熱部分。圖6說明根據(jù)本發(fā)明的用于地下鉆探鉆頭的切削嵌件的另ー實施方式。切削嵌件60包括穹形切削部分61和基礎(chǔ)或主體部分62。雖然切削部分61由常規(guī)的完全致密的燒結(jié)碳化物材料組成，但是基礎(chǔ)部分62由具有互聯(lián)孔的燒結(jié)碳化物組成。基礎(chǔ)部分中的孔滲入有可為高導(dǎo)熱金屬或金屬合金的吸熱材料。如本文中所述，合適的導(dǎo)熱金屬或金屬合金可為導(dǎo)熱率大于燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的任意這種材料。合適吸熱材料的實例包括，但不限于銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、及它們的組合。可預(yù)期基礎(chǔ)部分62具有比切削部分61顯著較高的導(dǎo)熱率，并且因此將起到與在圖5A中圖示的實施方式中位于中央的吸熱部分類似的吸熱作用。在這種實施方式的主體部分中，燒結(jié)碳化物的硬顆粒形成分散的第一相。燒結(jié)碳化物的粘合劑形成第一連續(xù)相，其中所述硬顆粒分散在所述第一連續(xù)相中。吸熱部分形成第二連續(xù)相。本文中描述制造具有滲入的吸熱部分的制品的方法?？捎冒资判圆牧系臒Y(jié)碳化物粉末共混物填充模具的一部分。易逝性材料是包含于粉末金屬共混物中的相對低熔點材料，并且其通過加熱從粉末壓實物除去，從而在壓實物或燒結(jié)材料中提供互聯(lián)孔。易逝性材料在粉末金屬領(lǐng)域中是已知的并且包括但不限于蠟顆粒和顆粒聚合物例如聚こ烯和聚丙烯?？墒狗勰┕不煳锕探Y(jié)，形成生坯，并且隨后燒結(jié)該生坯。在燒結(jié)過程期間(或者在燒結(jié)前的某些其它加熱過程期間)，通過熔融、燃燒、和蒸發(fā)之ー除去易逝性材料，從而提供 一系列連通的空腔。通過本領(lǐng)域中已知的任意滲透技術(shù)使互聯(lián)孔滲透有吸熱材料。例如，可將制品浸沒在吸熱材料的熔融浴中?；蛘撸墒怪破放c大量的吸熱材料接觸并將其加熱到高于吸熱材料熔融溫度的溫度。包含滲入到互聯(lián)孔中的吸熱材料的制品的替換實施方式可通過首先用第一燒結(jié)碳化物粉末填充模具的一部分而形成。至少部分的剰余空腔用包含易逝性材料的第二燒結(jié)碳化物粉末填充。使粉末在模具中固結(jié)以形成具有兩個區(qū)域的單塊生坯。燒結(jié)該生坯，從而除去所述易逝性材料和得到具有基本上完全致密的燒結(jié)碳化物的第一區(qū)域和包括互聯(lián)孔的燒結(jié)碳化物的第二區(qū)域的燒結(jié)碳化物制品。所述第ニ區(qū)域滲入有吸熱材料。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的任意制品可在例如工作部分和/或主體部分中包含雜混型(hybrid)燒結(jié)碳化物。例如，根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件和其它制品的實施方式可包含雜混型燒結(jié)碳化物，例如但不限于在共同未決的美國專利申請No. 10/735，379中描述的雜混型燒結(jié)碳化物，因此將該申請引入本文作為參考。更概括地說，雜混型燒結(jié)碳化物是包含分散在整個第二燒結(jié)碳化物連續(xù)相中的至少ー種燒結(jié)碳化物級別的顆粒，從而形成燒結(jié)碳化物復(fù)合材料的材料。例如，美國專利申請No. 10/735，379的雜混型燒結(jié)碳化物相對于其它雜混型燒結(jié)碳化物具有低的鄰接比和改善的性質(zhì)。優(yōu)選地，雜混型燒結(jié)碳化物的分散相的鄰接比可小于或等于0. 48。而且，本發(fā)明的雜混型燒結(jié)碳化物復(fù)合材料優(yōu)選地具有硬度大于連續(xù)相硬度的分散相。例如，在根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件和其它制品的ー種或多種部分中所用的雜混型燒結(jié)碳化物的某些實施方式中，分散相的硬度優(yōu)選地大于或等于88HRA且小于或等于95HRA，并且連續(xù)相的硬度大于或等于78HRA且小于或等于91HRA。根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件和其它制品的附加實施方式可包括包含第一燒結(jié)碳化物分散相和第二燒結(jié)碳化物連續(xù)相的雜混型燒結(jié)碳化物復(fù)合材料，其中所述第一燒結(jié)碳化物分散相的體積分數(shù)小于50體積％且該分散相的鄰接比小于或等于復(fù)合材料中分散相體積分數(shù)的I. 5倍。
燒結(jié)碳化物制品的制造方法通常包括將包含硬過渡金屬碳化物顆粒的粉末狀金屬和包含粘合劑的粉末狀金屬共混或混合以形成粉末共混物?？晒探Y(jié)或壓縮該粉末共混物以形成生坯。然后燒結(jié)該生坯以形成具有實心的整體結(jié)構(gòu)的制品或制品的一部分。如果本文中所用的制品或制品的區(qū)域由在所述制品或區(qū)域內(nèi)任意工作容積下具有基本上相同特性材料例如燒結(jié)碳化物材料構(gòu)成，則該制品或制品的區(qū)域具有整體結(jié)構(gòu)。燒結(jié)之后，可適當加工該制品以形成制品的特殊幾何結(jié)構(gòu)的期望形狀或其它特征。例如，可通過機械壓縮或等壓壓縮該粉末共混物以形成生坯而使該粉末共混物固結(jié)。隨后燒結(jié)該生坯以使該壓實物進ー步致密化和在制品的區(qū)域或部分之間形成自發(fā)結(jié)合(autogenous bond)。優(yōu)選地,該壓實物在300-2000psi的壓カ和1350-1500°C的溫度下過壓燒結(jié)。本發(fā)明的實施方式包括制造用于鉆進鉆頭或地下鉆探鉆頭的切削嵌件的方法。然而，這種方法還可適合于形成根據(jù)本發(fā)明的任意制品，包括例如切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、縱切機、輥軋機輥、和密封圏。一種這樣的方法包括將燒結(jié)碳化物粉末共混物置于模具空腔的第一區(qū)域中。可將固體吸熱材料例如一種或多種吸熱材料的固體片置于所述模具空腔的第二區(qū)域中。根據(jù)待與吸熱材料一起包括在切削嵌件中的燒結(jié)碳化物區(qū)域的數(shù)目，可將模具分成其中可放置額外粉末的額外區(qū)域。例如，可通過將ー個或 多個物理隔離物置于模具的空腔中以限定多個區(qū)域或者僅通過填充模具的各部分而不提供隔離物而將模具隔離成區(qū)域。如本文中所述，對粉末進行選擇以實現(xiàn)切削嵌件相應(yīng)部分的期望性質(zhì)。然后同時機械壓縮或等壓壓縮模具內(nèi)的粉末和固體吸熱材料以使該粉末和吸熱材料固體物一起致密化以形成固結(jié)粉末和吸熱材料的生坯。然后可燒結(jié)該生坯以使最初加入到模具中的該固結(jié)粉末致密化。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，其中燒結(jié)碳化物粉末和吸熱材料在彼此接觸的同時加熱以燒結(jié)該燒結(jié)碳化物粉末，然而，該吸熱材料必須具有高于該燒結(jié)溫度的熔融溫度。具體地說，對于本文中所述的熔融溫度低于常規(guī)燒結(jié)碳化物粉末燒結(jié)溫度的吸熱材料(例如銅、鋁、銀、和金)，這些吸熱材料將不會潤濕并且其與燒結(jié)碳化物形成通過共燒結(jié)與粉末狀吸熱材料接觸的燒結(jié)碳化物粉末而形成的冶金結(jié)合(metallurgical bond)。吸熱材料形成或構(gòu)成與嵌件的工作部分接觸或者以其它方式熱連通的吸熱部分。上述制備包括吸熱部分的燒結(jié)壓實物的方法提供可為任意形狀并且具有任意其它物理幾何特征的切削嵌件。對于制造切削嵌件的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，在根據(jù)本發(fā)明的方法中形成的特別有利的切削嵌件形狀和特征是已知的。在根據(jù)本發(fā)明的某些方法中，使燒結(jié)碳化物粉末在模具中固結(jié)以形成生坯，并且在將吸熱材料加入到制品中之前燒結(jié)該生坯。在其它實施方式中，將燒結(jié)碳化物粉末加入模具中并使其固結(jié)以形成第一生坯。隨后將吸熱材料加入該第一生坯中，并且使該組合材料固結(jié)。隨后燒結(jié)該第二生坯以形成制品。該制品包括包含在燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)期間形成的燒結(jié)碳化物的工作部分和包含吸熱材料的吸熱部分。然而，考慮到本文中吸熱材料的性質(zhì)，加熱期間在工作部分和吸熱部分之間將不會形成冶金結(jié)合。本發(fā)明方法的進ー步實施方式包括使燒結(jié)碳化物在模具中固結(jié)以形成包括凹槽的第一生坯。然后可用吸熱金屬填充該凹槽。該第一生坯可在加入吸熱材料之前燒結(jié)。如果吸熱材料以固體物形式加入并且具有大于燒結(jié)溫度的熔融溫度，則也可在加入吸熱材料之后燒結(jié)第一生坯。如果需要，可在加入吸熱材料之前預(yù)燒結(jié)所述第一生坯直至約1200°C的溫度以為所述生坯提供強度。在其中吸熱材料為固體物的某些實施方式中，可通過將固體物收縮配合或壓入配合在凹槽上而使所述固體物固定在凹槽中。在根據(jù)本發(fā)明制造制品的方法的某些實施方式中，制備包含燒結(jié)碳化物的燒結(jié)體，并且將吸熱材料設(shè)置于燒結(jié)體中并使其以機械方式附著到燒結(jié)體。該吸熱材料的導(dǎo)熱率大于燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。該燒結(jié)體可包括凹槽，且添加吸熱材料可包括將吸熱材料設(shè)置于凹槽中。該吸熱材料可為固體物、粉末、液體，或者其任意組合?？赏ㄟ^例如壓入配合或收縮配合將固體物加入到凹槽中，從而在固體吸熱材料和凹槽之間形成機械結(jié)合。在其它實施方式中，將粉末狀吸熱材料設(shè)置于凹槽中。該粉末可在凹槽中壓實。而且，在某些實施方式中，在添加粉末狀吸熱材料之后通過將固體栓設(shè)置于凹槽中以在凹槽中形成機械密封而將粉末壓實和固定。在設(shè)計用于特定應(yīng)用的各部分的不同形狀方面，本發(fā)明方法的這種實施方式為切削嵌件設(shè)計者提供了提高的靈活性?？蓮娜我馑锜Y(jié)碳化物以任意所需形狀設(shè)計生坯。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解固結(jié)和燒結(jié)以形成燒結(jié)碳化物切削嵌件和其它制品所需的エ藝參數(shù)。這些參數(shù)可用于本發(fā)明的方法中。例如，用于形成根據(jù)本發(fā)明的切削嵌件和其它制品的燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)可在適合于使制品致密化的溫度例如最高達1500°C的溫度下進行。應(yīng)該理解，本說明書說明本發(fā)明的與本發(fā)明的清晰理解相關(guān)的那些方面。為了簡化本說明書，未呈現(xiàn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見且因此不會有助于更好理解本發(fā)明的本發(fā)明的某些方面。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在考慮上述說明書后應(yīng)認識到可采用本發(fā)明的許多修改和變化。意圖是本發(fā)明的所有這樣的變化和修改為上述說明書和所附權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.制品，其包括 包括燒結(jié)碳化物的工作部分，所述燒結(jié)碳化物包含粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒； 支撐所述工作部分且包括凹槽的主體部分； 吸熱部分，其包括導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率的吸熱材料，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并且所述吸熱部分從所述工作部分傳導(dǎo)熱量； 其中所述吸熱部分的至少一部分在所述凹槽中。
2.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱部分與所述主體部分接觸。
3.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱部分包括所述主體部分的至少一部分。
4.權(quán)利要求I的制品，其中所述工作部分為切削部分且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。
5.權(quán)利要求I的制品，其中所述工作部分為外部部分且所述吸熱部分為以下中的至少ー種內(nèi)部部分、中心部分、和至少一部分主體部分。
6.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱部分通過壓入配合、收縮配合、緊固件、軟釬焊、硬釬焊、粘著剤、和夾緊中的至少ー種以機械方式附著到所述主體部分上。
7.權(quán)利要求I的制品，其中所述粘合劑包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種。
8.權(quán)利要求I的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包含碳化鎢的硬顆粒，和包括鈷的粘合齊U。
9.權(quán)利要求I的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包含2 40重量％的所述粘合劑和60 98重量％的所述顆粒。
10.權(quán)利要求I的制品，其中所述硬顆粒包括平均粒度為0.3 IOym的碳化鎢顆粒。
11.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱材料具有大于150W/mK的導(dǎo)熱率。
12.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱材料包括選自如下的材料銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、石墨、及它們中的兩種或更多種的組合。
13.權(quán)利要求I的制品，其中所述燒結(jié)碳化物包括雜混型燒結(jié)碳化物。
14.權(quán)利要求13的制品，其中所述雜混型燒結(jié)碳化物包括 燒結(jié)碳化物分散相；和 燒結(jié)碳化物連續(xù)相， 其中所述分散相的鄰接比小于或等于0. 48。
15.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱部分包括固體物和粉末中的至少ー種。
16.權(quán)利要求15的制品，其中所述吸熱部分包括在所述凹槽內(nèi)形成機械密封并且限定所述主體部分內(nèi)的空腔的固體栓，并且其中所述吸熱部分進ー步包括在所述空腔內(nèi)的粉末。
17.權(quán)利要求I的制品，其中所述吸熱部分包括 包含硬顆粒的第一分散相； 包含粘合劑的第一連續(xù)相，其中所述硬顆粒分散在所述第一連續(xù)相中；和 包含所述吸熱材料的第二連續(xù)相。
18.選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機的制品，其中所述制品包括 切削部分，其包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合剤，所述切削部分包括切削表面； 主體部分，其支撐所述切削部分且包括凹槽；和 吸熱部分，其與所述主體部分接觸并包含這樣的材料，所述材料包括銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種并且所述材料具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量，并且所述吸熱部分的至少一部分在所述凹槽中。
19.制造制品的方法，其包括 提供包含燒結(jié)碳化物的工作部分，所述燒結(jié)碳化物包含粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒； 提供包括凹槽的主體部分；和 提供吸熱部分，所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并且所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料； 其中提供吸熱部分包括將所述吸熱材料設(shè)置于所述凹槽中。
20.權(quán)利要求19的方法，其進ー步包括 提供主體部分，其中所述吸熱部分與所述主體部分接觸。
21.權(quán)利要求19的方法，其中所述工作部分為切削部分且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。
22.權(quán)利要求19的方法，其中提供工作部分和提供主體部分中的至少之ー包括提供包含燒結(jié)碳化物的燒結(jié)體。
23.權(quán)利要求19的方法，其進ー步包括通過壓入配合、收縮配合、用緊固件附著、軟釬焊、硬釬焊、用粘著劑附著、和夾緊的至少ー種將所述吸熱部分以機械方式附著到所述制品上。
24.權(quán)利要求22的方法，其中 所述燒結(jié)體包括凹槽；和 提供吸熱部分包括將所述吸熱材料設(shè)置于所述凹槽中。
25.權(quán)利要求19的方法，其中所述吸熱材料選自固體物、熔融材料、粉末、及它們中的兩種或更多種的組合。
26.權(quán)利要求25的方法，其中 所述吸熱材料包括固體物；和 提供吸熱部分包括將所述固體物用收縮配合和壓入配合中的至少ー種配合到所述凹槽中。
27.權(quán)利要求26的方法，其中 所述吸熱材料包括粉末狀吸熱材料；和 提供吸熱部分包括將所述粉末設(shè)置于所述凹槽中和將固體栓設(shè)置于所述凹槽中以使所述粉末以機械方式附著在所述凹槽中。
28.權(quán)利要求25的方法，其中 提供工作部分和提供主體部分包括用燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔；和 提供吸熱部分包括將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中，其中所述吸熱材料為固體物并且具有大于所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度的熔點，且 其中所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料在所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度下加熱，并且所述燒結(jié)溫度小于所述吸熱材料的熔融溫度。
29.權(quán)利要求28的方法，其進ー步包括在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之前，使所述燒結(jié)碳化物粉末在所述空腔中固結(jié)。
30.權(quán)利要求28的方法，其進ー步包括 在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之后和在將所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料在所述燒結(jié)碳化物粉末的燒結(jié)溫度下加熱之前，使所述燒結(jié)碳化物粉末和所述吸熱材料固結(jié)；和 其中所述燒結(jié)溫度小于所述吸熱材料的熔融溫度。
31.權(quán)利要求19的方法，其進ー步包括 在將所述吸熱材料設(shè)置于所述空腔中之前，使所述燒結(jié)碳化物粉末固結(jié)以提供第一生坯； 在燒結(jié)溫度下加熱之前，使所述第一生坯和所述吸熱材料固結(jié)以提供第二生坯。
32.權(quán)利要求19的方法，其中所述吸熱材料包括選自如下的材料銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、石墨、及它們中的兩種或更多種的組合。
33.權(quán)利要求19的方法，其中所述粘合劑包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種。
34.權(quán)利要求19的方法，其中所述燒結(jié)碳化物包括平均粒度為0.3 10 ii m的碳化鎢顆粒。
35.權(quán)利要求19的方法，其中所述吸熱材料具有大于150W/mK的導(dǎo)熱率。
36.權(quán)利要求19的方法，其包括 用第一燒結(jié)碳化物粉末部分地填充模具的空腔； 用第二燒結(jié)碳化物粉末至少部分地填充所述空腔的剰余部分，所述第二燒結(jié)碳化物粉末包含熔融溫度低于所述第二燒結(jié)碳化物粉末燒結(jié)溫度的易逝性材料； 使所述第一燒結(jié)碳化物粉末和所述第二燒結(jié)碳化物粉末固結(jié)以形成生坯； 燒結(jié)所述生坯以除去所述易逝性材料和形成包括第一燒結(jié)碳化物區(qū)和包含互聯(lián)孔的第ニ燒結(jié)碳化物區(qū)的燒結(jié)制品，和 將吸熱材料設(shè)置于所述第二燒結(jié)碳化物的互聯(lián)孔中，其中所述吸熱材料的導(dǎo)熱率大于所述第一燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率。
37.權(quán)利要求36的方法，其中所述吸熱材料包括銅、鋁、銀、和金中的至少ー種。
38.制造包括工作部分和支撐所述工作部分且包括凹槽的主體部分的制品的方法，所述方法包括 制備包括所述工作部分的燒結(jié)體，所述燒結(jié)體包含燒結(jié)碳化物，所述燒結(jié)碳化物包含選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒和包括鈷、鎳、和鐵中的至少ー種的粘合劑；和將吸熱材料加入所述燒結(jié)體中，所述吸熱材料包括銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅鋁、氧化鈹、硅-碳化硅、碳化硅鋁、銅鎢合金、銅鑰碳化物、碳、金剛石、和石墨中的至少ー種，所述吸熱材料與所述燒結(jié)體接觸并具有大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱率，且其中所述吸熱材料與所述工作部分熱連通并從所述工作部分導(dǎo)走熱量，并且所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽中。
39.權(quán)利要求38的方法，其中所述工作部分為包括切削表面的切削部分，且所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。
40.制品，包括 包含燒結(jié)碳化物的切削部分，所述燒結(jié)碳化物包含粘合劑和選自鈦、鉻、釩、鋯、鉿、鉭、鑰、鈮、和鎢中的至少ー種過渡金屬的碳化物的硬顆粒； 中心軸；和 與所述中心軸對齊的吸熱部分，其中所述吸熱部分包括導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率的吸熱材料，其中所述吸熱部分與所述工作部分熱連通并且所述吸熱部分從所述エ作部分傳導(dǎo)熱量。
41.權(quán)利要求40的制品，其中所述吸熱部分與所述切削部分接觸。
42.權(quán)利要求40的制品，其中所述切削部分為外部部分且所述吸熱部分為以下中的至少ー種內(nèi)部部分、中心部分、和至少一部分主體部分。
43.權(quán)利要求40的制品，其包含支撐所述切削部分且包括凹槽的主體部分，并且所述吸熱部分的至少一部分設(shè)置于所述凹槽中。
44.權(quán)利要求43的制品，其中所述凹槽與所述中心軸對齊。
45.權(quán)利要求40的制品，其中所述吸熱材料具有大于150W/mK的導(dǎo)熱率。
46.權(quán)利要求40的制品，其中所述吸熱材料具有至多450W/mK的導(dǎo)熱率。
47.權(quán)利要求40的制品，其中所述制品選自地下鉆探鉆頭、切削嵌件、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀具、旋轉(zhuǎn)刀具嵌件、鉆頭、刀、和縱切機。
全文摘要
包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和與所述工作部分熱連通的吸熱部分。所述吸熱部分包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物導(dǎo)熱率的吸熱材料。還公開了制造包括包含燒結(jié)碳化物的工作部分和與所述工作部分熱連通并且包含導(dǎo)熱率大于所述燒結(jié)碳化物的導(dǎo)熱率的吸熱材料的吸熱部分的制品的方法。所述吸熱部分從所述工作部分傳導(dǎo)熱量。
文檔編號B22F7/06GK102764893SQ201210168378
公開日2012年11月7日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者史蒂文.G.考德威爾, 埃里克.W.奧爾森, 普拉卡什.K.米爾錢達尼, 艾爾弗雷德.J.莫斯科 申請人:Tdy工業(yè)公司