具有獨(dú)特形態(tài)的立方氮化硼粒子的制作方法
【專利說(shuō)明】具有獨(dú)特形態(tài)的立方氮化棚粒子
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年10月3日提交的名稱為"QibicBoronNitrideParticles 化vinga化iqueMo巧hology"(具有獨(dú)特形態(tài)的立方氮化棚粒子）的臨時(shí)申請(qǐng)61/709250 的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域 [0003] 和工業(yè)實(shí)用性
[0004] 本發(fā)明設(shè)及用于磨料磨削（grinding)、巧磨化oning)、精整（finishing)、拋光和 其它應(yīng)用的硬質(zhì)粒子。更具體地，本發(fā)明設(shè)及具有獨(dú)特形態(tài)的立方氮化棚粒子。本發(fā)明的 立方氮化棚（CBN)粒子具有用于增強(qiáng)在工業(yè)應(yīng)用中的性能的粗趟表面紋理。
[000引發(fā)明背景
[0006] 磨料粒子被用于許多應(yīng)用例如磨削、巧磨、精整、拋光和其它表面精整應(yīng)用中。常 見(jiàn)的磨料粒子包括氧化侶、碳化娃、碳化棚和碳化鶴。該些粒子可被稱為常規(guī)磨料并具有小 于9. 0的莫氏硬度。金剛石和立方氮化棚被稱為超硬磨料粒子并具有9. 5-10的莫氏硬度。 當(dāng)超硬磨料粒子如金剛石或立方氮化棚用于磨削和精整應(yīng)用中時(shí)，工具比常規(guī)磨料持續(xù)更 長(zhǎng)時(shí)間，并且由于低磨損率，在所述工具需要被更換之前，工件公差維持較長(zhǎng)的時(shí)段。當(dāng)磨 削或精整鐵質(zhì)材料時(shí)，立方氮化棚磨料是特別有利的。該是因?yàn)?，盡管金剛石比立方氮化棚 更堅(jiān)硬，但在高溫下金剛石與鐵和鑲不利地反應(yīng)，造成性能顯著降低。然而，立方氮化棚不 與鐵或鑲反應(yīng)，并且即使在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫下，仍維持磨料性能。
[0007] 雖然超硬磨料工具比使用常規(guī)磨料的那些表現(xiàn)更好，但優(yōu)化的性能取決于工具將 磨料粒子保持得怎樣W及粒子與工件材料相互作用得怎樣。工具性能的一個(gè)重要部分取決 于磨料粒子與工具粘結(jié)得怎樣。許多類型的粘結(jié)劑可用于制造超硬磨料工具。該些包括金 屬、玻璃態(tài)（玻璃）和樹脂型粘結(jié)劑。磨料在工具中的粘結(jié)或固定化olding)可通過(guò)與粘結(jié) 材料的物理和/或化學(xué)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。物理連接程度可受到磨料粒子的粗趟度的影響。具有 光滑表面并且無(wú)化學(xué)粘結(jié)的粒子必須依賴于被大量包封在粘結(jié)材料中W充分保持在工具 中。在該種情況下，隨著周圍的粘結(jié)材料磨掉W及磨料粒子變得更加暴露，該粘結(jié)將最終不 能固定磨料并且它將從工具中脫出。在達(dá)到磨料的使用壽命之前，經(jīng)常發(fā)生脫出現(xiàn)象。該 一影響限制了工具在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)其全部?jī)r(jià)值。具有更粗趟形態(tài)的類似粒子將在工具中保持 得較久并且將延長(zhǎng)工具的使用壽命。該會(huì)降低加工成本并提高所加工部件的質(zhì)量。使用表 面粗趟化的CBN晶體的另一個(gè)益處將是，暴露的粗趟度將提高工具的自由切削能力，從而 允許所述工具W較少的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)相同工作量。此外，通過(guò)磨料上的粗趟度建立的微特征 (micro-fea化re)可導(dǎo)致工件上的表面粗趟度低于用標(biāo)準(zhǔn)磨料所實(shí)現(xiàn)的表面粗趟度。
[0008] 網(wǎng)目尺寸（mesh-size)CBN粒子傾向于具有光滑的多面的（faceted)面，并且甚至 更精細(xì)的微米尺寸CBN粒子顯示光滑表面。因此，當(dāng)在金屬粘結(jié)和樹脂粘結(jié)工具中使用CBN 磨料時(shí)，脫出是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。提高CBN在磨料工具中的保持的常見(jiàn)方法是通過(guò)向磨料 施加金屬涂層。所述涂層表面本身則可W提供較粗趟的表面W實(shí)現(xiàn)更好的機(jī)械保持，或者 該涂層可允許與粘結(jié)劑材料的更好的化學(xué)連接。提供粗趟度的涂層的一個(gè)實(shí)例是無(wú)電鍛的 鑲涂層。該種類型的鑲涂層通常施加至磨料粒子W使得鑲占涂布磨料的50重量％ -70重 量％。雖然鑲涂層較粗趟并且提供改進(jìn)的機(jī)械保持，但鑲本身并未化學(xué)鍵合至磨料，而只是 圍繞粒子的殼。因此，在達(dá)到磨料的完全使用之前的位置處，磨料仍有可能從粘結(jié)的鑲中脫 出。鑲涂布的磨料通常用于樹脂粘結(jié)的工具中。
[0009] 用于提高保持的涂層的另一個(gè)實(shí)例是鐵涂層。不同于無(wú)電鍛鑲涂層，使用化學(xué)氣 相沉積方法將鐵涂層施加至磨料。在該種情況下，鐵化學(xué)鍵合至粒子。然而，即使涂層化學(xué) 鍵合至粒子，薄的鐵涂層也不會(huì)賦予磨料表面任何另外的粗趟度。當(dāng)磨料用于金屬粘結(jié)中 時(shí)，鐵涂層改進(jìn)化學(xué)鍵合。如果該種化學(xué)鍵合不充分，則仍然可能發(fā)生脫出。
[0010] 迄今為止，用于增加CBN粒子的粗趟度的方法局限于金屬涂層和用腐蝕性或堿性 化學(xué)品蝕刻表面。已經(jīng)開發(fā)了利用特定金屬的一種新方法，所述金屬與CBN強(qiáng)烈反應(yīng)W在 粒子表面上形成深的凹坑（pit)和尖峰（spike)。該些特征不同于由腐蝕性化學(xué)蝕刻形成 的特征并提供新型的CBN磨料，其相比于現(xiàn)有CBN能夠增加性能改進(jìn)。
[0011] 可W看出，需要超硬磨料和制造超硬磨料的方法，W實(shí)現(xiàn)粗趟表面紋理來(lái)增強(qiáng)在 工業(yè)應(yīng)用中的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，立方氮化棚粒子具有不規(guī)則表面，其中所述粒子的表面粗 趟度小于約0.95。
[0013] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于制造可具有獨(dú)特表面形態(tài)的磨料粒子的方法包括如 下步驟；提供多個(gè)研磨粒子；將反應(yīng)性金屬粉末與所述磨料粒子共混化lending);將共混 的組分壓縮成球粒；加熱所述球粒；和回收改性的磨料粒子。
[0014] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，多個(gè)立方氮化棚粒子可具有不規(guī)則表面，其中所述粒子 的平均表面粗趟度小于約0. 95。
[0015] 在本發(fā)明的又一個(gè)方面，多個(gè)磨料粒子可具有不規(guī)則表面，其中所述粒子的平均 球度（S地ericity)小于約0. 70。
[0016] 將從W下公開內(nèi)容理解本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中在附圖、說(shuō)明 書和權(quán)利要求書中描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式。要考慮到，在不偏離本發(fā)明的范圍 或犧牲本發(fā)明的任何優(yōu)點(diǎn)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可看到步驟中的變體。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的與侶粉末一起在1400°C下加熱1小時(shí)的CBN 粉末的X射線衍射分析結(jié)果。所述分析顯示氮化侶峰，其表明已發(fā)生固態(tài)反應(yīng)。
[001引圖2a示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的常規(guī)8-15ymCBN的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像；
[0019] 圖化示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用侶粉末工藝改性的8-15ymCBN的 掃描電子顯微鏡（SEM)圖像。
[0020] 圖3a示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的常規(guī)2-4ymCBN的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖像；
[0021] 圖3b示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用侶粉末工藝改性的2-4ymCBN的掃 描電子顯微鏡（SEM)圖像；和
[0022] 圖4示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式制造改性的立方氮化棚粒子的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在描述本發(fā)明的方法、體系和材料之前，要理解，本公開不限于所描述的特定方 法、體系和材料，因?yàn)樵撔┛筛淖儭＿€要理解，在描述中使用的術(shù)語(yǔ)是僅出于描