專(zhuān)利名稱(chēng)：制造包封的超硬材料的方法
制造包封的超硬材料的方法引言本發(fā)明涉及制造包封的超硬(超級(jí)硬)(研磨)材料的方法。特別地，本發(fā)明涉及 制造選自金剛石和cBN的超硬材料的方法，該方法包括與第二技術(shù)相結(jié)合的采用帶鏟轉(zhuǎn)筒 (shovel rotor)的步驟。
背景技術(shù)：
US4770907(Kimura, Fuji Paudal,1988), US5143523(Matarrese, GE,1992)和 US5405573 (Clark等人，GE，1995)均描述了流化床涂覆顆粒的用途。在該方法中，在腔室內(nèi) 的氣流中懸浮超硬芯材例如金剛石籽晶，向該腔室內(nèi)噴涂粘結(jié)劑、溶劑和粒狀材料(例如 金屬粉末，包封材料)的細(xì)懸浮體。作為替代，可用單獨(dú)的粉末添加物噴涂粘結(jié)劑-溶劑。 出現(xiàn)的丸粒的體積增加與在腔室內(nèi)的駐留時(shí)間成比例(非線(xiàn)性)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是流化床 允許芯材籽晶的良好分離，從而確保在每個(gè)丸粒中含有單個(gè)芯材(金剛石籽晶)，同時(shí)以合 理的速率沉積涂覆材料。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是最大沉積速率相對(duì)慢，且當(dāng)采用高密度粒狀涂 覆材料如Mb、W和WC時(shí)，就裝置維持懸浮的能力而言，丸粒質(zhì)量難以增加。這可通過(guò)增加裝 置容量解決，但這是昂貴的，并且影響生產(chǎn)大量材料的商業(yè)可行性。另外，當(dāng)用不同密度、顆 粒形狀和尺寸的粉末混合物進(jìn)行涂覆時(shí)，流化床型涂覆是不理想的，因?yàn)樵摬牧显诹骰?中趨于分層，從而不能均勻地獲得期望的組合物。GB1014295 (Norton, 1965)和 EP0012631 (Tomlinson，DeBeers，1983)中描述的“轉(zhuǎn) 盤(pán)”法涉及在旋轉(zhuǎn)的傾斜盤(pán)、滾筒或任何其它旋轉(zhuǎn)容器中引入超硬芯材例如金剛石籽晶，在 該方法中能通過(guò)如下方式形成丸粒1)在旋轉(zhuǎn)的金剛石籽晶上方噴涂包含金屬粉末、粘結(jié) 劑和溶劑(包封材料)的漿料和/或2)在旋轉(zhuǎn)的金剛石籽晶上方單獨(dú)噴涂粘結(jié)劑和溶劑， 然后“噴撒”金屬粉末。盤(pán)的旋轉(zhuǎn)將涂覆的金剛石籽晶(出現(xiàn)的丸粒)分離并且留有時(shí)間 從噴涂的材料中去除溶劑以形成包封材料的同心外殼，該同心外殼隨著過(guò)程進(jìn)行而體積增 加。就沉積包封材料從而快速增加丸粒質(zhì)量方面而言，該技術(shù)是有效的。然而，該方法的困 難在于，在方法的初始階段芯材和/或早期丸粒易于團(tuán)聚。沉積速率必須很慢以避免團(tuán)聚， 而這增加總處理時(shí)間并降低了該方法的生產(chǎn)量。在出現(xiàn)的丸粒達(dá)到臨界尺寸后，團(tuán)聚顯著 降低。團(tuán)聚的結(jié)果是最終的丸?？赡芫哂写蟮某叽绶植迹⑶颐總€(gè)丸?？赡芎卸嘤谝粋€(gè) 芯材。這增加了處理時(shí)間和成本。ZA2006/06674(Flynn等人，E6，2006)通過(guò)采用兩階段方法快速形成丸粒部分地 克服了該問(wèn)題。本質(zhì)上，上述問(wèn)題的解決方案是將兩種本領(lǐng)域已知的技術(shù)結(jié)合為單個(gè)工藝 設(shè)計(jì)。因此，該方法的初始階段包括流化床方法以使只包含一個(gè)芯材顆粒如金剛石籽晶的 丸粒的產(chǎn)率最大化。丸粒在保持于流體懸浮物中時(shí)可以增大到臨界尺寸體積(V 11&胃)。當(dāng) 丸粒達(dá)到該臨界尺寸時(shí)，將丸粒轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)盤(pán)中，在轉(zhuǎn)盤(pán)中這些丸粒形成了最終丸粒過(guò)程的 (子)芯材。如此生產(chǎn)的丸粒具有顯著大于引入狀態(tài)的丸粒的體積，而且由于在表面上的層 更快地吸收噴涂液，團(tuán)聚的風(fēng)險(xiǎn)大為降低，從而可增加沉積速率。另外，由于噴涂液的表面 張力，較重的顆粒不易保持在一起。然而，結(jié)合兩種技術(shù)需要兩套基本的設(shè)備，并且就從一 個(gè)機(jī)器向另一機(jī)器轉(zhuǎn)移材料而言需要停機(jī)期。
因此，需要開(kāi)發(fā)能克服上述技術(shù)困難的技術(shù)，并提供一種生產(chǎn)包封的磨料的更成 本有效的解決方法。優(yōu)選地，當(dāng)與“盤(pán)旋轉(zhuǎn)”或“流化”方法一起組合使用時(shí)，這樣的技術(shù)提 供優(yōu)勢(shì)。通過(guò)引用將申請(qǐng)人的南非專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2007/06077 (于2007年7月23日提交) 和要求其優(yōu)先權(quán)的所有申請(qǐng)的內(nèi)容并入本文。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種形成包含超硬(超級(jí)硬)芯材的丸粒的方法，該芯材涂覆 有包封材料，所述方法包括與轉(zhuǎn)盤(pán)和/或流化床設(shè)備依次結(jié)合的利用帶鏟轉(zhuǎn)筒的步驟。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，該方法包括-提供超硬材料源，-提供包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂覆或包封層的混合物，-在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，該帶鏟轉(zhuǎn)筒包含包括轉(zhuǎn)子的容器，該容器 適于接收氣體流，-以使得超硬材料被混合物包封的適當(dāng)速率旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)子以便形成丸粒，-將所述丸粒引入到旋轉(zhuǎn)容器中，-使丸粒與包封材料接觸以便形成比弓丨入到旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)的丸粒質(zhì)量更大的丸粒。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)容器是盤(pán)或滾筒。DE19750042、US6449869和US6354728中描述了帶鏟轉(zhuǎn)筒設(shè)備，通過(guò)引用其內(nèi)容而 并入本文。超硬材料可以選自金剛石、立方氮化硼、纖鋅礦型氮化硼、碳化物、氧化物或硅化 物、Si3N4、SiC、Al203、AlC、Si02和/或上述材料的任意組合(cluster)。最優(yōu)選的超硬材料 是金剛石。金剛石可以是天然的或合成的。合成金剛石可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積或高壓高溫 (HPHT)技術(shù)合成。超硬材料優(yōu)選以顆粒形式存在。超硬顆粒的直徑優(yōu)選至少約0.01 μ m，優(yōu)選至少約 0. Iym,更優(yōu)選至少約1 μ m。超硬顆粒的直徑優(yōu)選不大于約5mm，優(yōu)選不大于約4mm，更優(yōu)選 不大于約3mm。顆粒優(yōu)選具有從約Iym至約1.5mm的尺寸，跨顆粒的最大尺度測(cè)得。在該 尺寸范圍，顆粒被稱(chēng)為微米磨粒(grit)或單晶。顆?？梢允穷A(yù)涂覆的或包覆的顆粒和/或顆?？梢詾閬?lái)自采用相同或不同處理 技術(shù)的較早處理步驟的部分包封的顆粒。顆粒(未涂覆的、涂覆的、包覆的或包封的)可以 稱(chēng)為籽晶顆粒。定義包封的顆粒包封的顆粒例如研磨磨粒，是已經(jīng)被包封在殼層內(nèi)的顆粒，該殼層包含大量粒狀 材料例如金屬、金屬合金、陶瓷和/或金屬陶瓷粉末或其組合，通過(guò)包括使用不同粘結(jié)劑將 粒狀材料保持在一起的任何方法進(jìn)行。典型的粘結(jié)劑是有機(jī)材料。粘結(jié)劑隨后可被去除， 并且粒狀材料可部分或完全燒結(jié)。涂覆的/包覆的顆粒涂覆的顆粒可被描述為具有芯材，該芯材包含至少一個(gè)所述的顆粒，該顆粒被物 理或化學(xué)地結(jié)合到顆粒表面的一層或多層材料所全部或部分包圍。在本發(fā)明中，涂層不同于包覆層之處在于，生產(chǎn)涂層的方法不依賴(lài)于在沉積后立刻將粒狀材料保持在一起的粘結(jié) 劑材料。涂層可以完全或部分覆蓋(一個(gè)或多個(gè))芯材顆粒的表面。生產(chǎn)涂層的方法包括 化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、其它等效的熱的或冷的方法、鍍覆、溶膠-凝膠 或使用聚合物前體生產(chǎn)的陶瓷涂層。涂層厚度可以是從單原子層一直到幾百微米的任意厚 度，但是典型地為0. 1μπι-5μπι。在涂層厚度相對(duì)于研磨顆粒的尺寸為大的情況下(例如， 當(dāng)涂層的厚度比芯材顆粒的直徑大約5%時(shí))，則該涂層可進(jìn)一步歸類(lèi)為包覆層。對(duì)于包覆 層的情況，優(yōu)選的沉積方法包括無(wú)電沉積和電解沉積。實(shí)質(zhì)上，本發(fā)明的該方面是將帶鏟轉(zhuǎn)筒涂覆、制粒或包封顆粒與轉(zhuǎn)盤(pán)法兩種技術(shù) 結(jié)合為單個(gè)方法設(shè)計(jì)。照此，該方法的初始階段包括帶鏟轉(zhuǎn)筒方法以使包含僅一個(gè)芯材顆 粒如金剛石籽晶的丸粒的產(chǎn)率最大化。丸粒在保持于懸浮物中的同時(shí)可以增大到臨界尺寸 體積(V 11&胃)。當(dāng)丸粒達(dá)到該臨界尺寸時(shí)，將丸粒從帶鏟轉(zhuǎn)筒取出并轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)盤(pán)中，在該轉(zhuǎn)盤(pán) 中這些丸粒形成最終丸粒過(guò)程的(子)芯材。如此生產(chǎn)的丸粒具有顯著大于剛引入丸粒的 體積，并且團(tuán)聚的風(fēng)險(xiǎn)大為降低。在本方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)帶鏟轉(zhuǎn)筒法進(jìn)行的材料涂覆持續(xù)足夠的時(shí)間以 使每個(gè)芯材上構(gòu)建涂層從而達(dá)到預(yù)定臨界尺寸(VI1S。。每個(gè)丸粒的平均直徑尺寸可以為超 硬芯材直徑尺寸的高達(dá)但不大于約4倍，優(yōu)選不大于3倍，更優(yōu)選不大于2倍。帶鏟轉(zhuǎn)筒的優(yōu)點(diǎn)是可產(chǎn)生不同特性的丸粒，例如較弱的丸粒和不太壓實(shí)的丸粒。然后將制得狀態(tài)的丸粒引入轉(zhuǎn)盤(pán)(優(yōu)選傾斜盤(pán))內(nèi)，在其中通過(guò)如下方式進(jìn)一步 構(gòu)建丸粒1)將含有金屬粉末、粘結(jié)劑和溶劑(涂覆組合物)的漿料噴涂在旋轉(zhuǎn)的金剛石 籽晶上方和/或2)在旋轉(zhuǎn)的金剛石籽晶上方單獨(dú)噴涂粘結(jié)劑和溶劑，然后“噴撒”金屬粉 末。盤(pán)的旋轉(zhuǎn)留有時(shí)間從噴涂的材料中去除溶劑以形成涂覆材料的同心外殼，該同心外殼 隨著過(guò)程進(jìn)行而體積增加。相比于單獨(dú)使用盤(pán)方法，根據(jù)本發(fā)明的方法導(dǎo)致盤(pán)方法的增長(zhǎng)速率顯著提高。根據(jù)本發(fā)明，丸粒的直徑可按高達(dá)50微米/小時(shí)、優(yōu)選100微米/小時(shí)、更優(yōu)選 150微米/小時(shí)、更優(yōu)選200微米/小時(shí)、更優(yōu)選250微米/小時(shí)、更優(yōu)選300微米/小時(shí)、 更優(yōu)選350微米/小時(shí)、更優(yōu)選400微米/小時(shí)、最優(yōu)選450微米/小時(shí)增加。這導(dǎo)致盤(pán)式 涂覆器中的處理時(shí)間降低很多和隨之處理成本降低。該優(yōu)點(diǎn)通過(guò)如下方式得以實(shí)現(xiàn)確保來(lái)自帶鏟轉(zhuǎn)筒造粒機(jī)的丸粒具有足夠體積 (V )以保證在初始階段中轉(zhuǎn)盤(pán)式涂覆器中最小程度的團(tuán)聚，從而允許較快的增加速率。制粒材料具有寬范圍的適用性，包括200-1500微米的金剛石籽晶與粒狀金屬(包 括但不限于Co、Fe、Ni、W、Mn、Cu和Sn)，陶瓷，碳化鎢粉末和/或它們的團(tuán)聚體的制粒。根據(jù)本發(fā)明的方法就丸粒的生產(chǎn)成本而言提供了顯著優(yōu)點(diǎn)并且使得能夠以商業(yè) 上可行的生產(chǎn)方法使用致密的金屬粉末。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，提供了形成包含涂覆有包封材料的超硬(超級(jí)硬) 芯材的丸粒的方法，該方法包括_將超硬芯材懸浮在氣流中；-使該超硬芯材與包封材料接觸以形成丸粒，-提供包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂覆或包封層的混合物，-在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，該帶鏟轉(zhuǎn)筒包含包括轉(zhuǎn)子的容器，該容器適于接收氣體流以形成包封的丸粒，_以適當(dāng)速度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子使得丸粒被混合物所包封。超硬材料可以選自立方氮化硼和金剛石(包括天然或合成金剛石，合成金剛石包 括高壓高溫(HPHT)和化學(xué)氣相沉積(CVD)合成的金剛石，以及涂覆或包覆的金剛石)。優(yōu)選將超硬芯材懸浮在腔室或加工容器中，該腔室或加工容器可以是流化床造粒 /包封設(shè)備。優(yōu)選地，所述加工容器是這樣類(lèi)型的流化床造粒/包封設(shè)備，該類(lèi)型設(shè)備具有 材料加工區(qū)域、位于該加工區(qū)域正下方的可旋轉(zhuǎn)穿孔板和用于將氣態(tài)流體輸送通過(guò)所述加 工區(qū)域使其中的裝料流化循環(huán)的裝置，其中對(duì)造粒設(shè)備進(jìn)行操作以整體地使加工區(qū)域內(nèi)的 超硬芯材單獨(dú)流化。涂覆材料可以包含金屬粉末、粘結(jié)劑和溶劑。所述金屬粉末可以是鈷、銅、鐵、青 銅、碳化鎢、鎳、鎢金屬、鉬、鋅、黃銅、銀或者它們中兩種或更多種的混合物，而顆粒尺寸優(yōu) 選大于約0. 1微米且小于約300微米。優(yōu)選聚乙二醇、液體石蠟、甘油、蟲(chóng)膠、聚乙烯醇 (PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、纖維素或硬脂酸作為粘結(jié)劑，溶劑可以是水或有機(jī)溶劑，優(yōu) 選乙醇或三氯乙烯或IPA。金屬粉末應(yīng)占金屬粉末、粘結(jié)劑和溶劑混合物(漿料)的不大于 約80重量％、優(yōu)選不大于約70重量％、優(yōu)選不大于約60重量％、優(yōu)選不大于約50重量％， 粘結(jié)劑應(yīng)占金屬粉末重量的不大于約30%、優(yōu)選不大于約25%、優(yōu)選不大于約20%、優(yōu)選 不大于約15%、優(yōu)選不大于約10%、優(yōu)選不大于約5%。此外，可以將硬質(zhì)相加入到金屬粉末中以改善涂覆材料自身的抗磨損性。這種硬 質(zhì)相可以是金剛石、cBN、碳化鎢(WC)、WC-鈷金屬陶瓷顆?；蛉魏纬Ｒ?guī)的陶瓷硬質(zhì)相例如 碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化鋁(Al2O3)等，或者這些中任一些的混合物。這些硬質(zhì)相 的尺寸可為0. 1微米-300微米。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，將涂覆材料的噴涂持續(xù)足夠時(shí)間以在每個(gè)芯材上構(gòu) 建涂層從而獲得預(yù)定臨界尺寸(VI1S。。每個(gè)丸粒的平均直徑尺度可以為超硬芯材平均直徑 尺度的高達(dá)但不大于約4倍，優(yōu)選不大于3倍，更優(yōu)選不大于2倍。在造粒操作的整個(gè)過(guò)程 中優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)流化床造粒設(shè)備的穿孔板以在芯材流化期間使材料加工區(qū)域內(nèi)的超硬材料 循環(huán)流動(dòng)。在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，該帶鏟轉(zhuǎn)筒包含包括轉(zhuǎn)子的容器，該容器 適于接收氣體流以形成丸粒，所述混合物包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂 覆或包封層?，F(xiàn)將參照下面非限制性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。實(shí)施例1下面給出了金剛石芯材和結(jié)合劑類(lèi)型的細(xì)節(jié)金剛石芯材SDB1125尺寸25/35美制篩目，標(biāo)稱(chēng)662微米，其預(yù)涂覆有碳化鈦層。結(jié)合劑材料WC/Co/Cu =65/25/10,以重量計(jì)。結(jié)合劑密度12.7g/cc。漿料組成在乙醇溶劑中50重量％的結(jié)合劑粉末，其中加入以金屬結(jié)合劑粉末3 重量％水平的粘結(jié)劑材料(在該情形中為聚乙二醇)。在兩種方法中使用該漿料配制劑。階段1使用來(lái)自Dr. Fritsch 的 V17—785 結(jié)合劑(約 65% WC,5% Cu,30% Co)在具有標(biāo)稱(chēng)360mm直徑的腔室的帶鏟轉(zhuǎn)筒上進(jìn)行試驗(yàn)。所用的金剛石是預(yù)涂覆有厚約0. 5-1. 0 μ m 的碳化鎢層(Element Six的SDB1100+TC，25/35美制篩目)的粗的、高品級(jí)金剛石。該雙處理包括在帶鏟轉(zhuǎn)筒設(shè)備中以上述粘結(jié)劑和溶劑的配制劑開(kāi)始制粒處理，其 中碳化鈦涂覆有美制篩目尺寸為2535的高品質(zhì)金剛石磨粒，該磨粒的直徑為標(biāo)稱(chēng)662微 米。允許該處理進(jìn)行至芯材晶體的直徑增加到約772微米的直徑，其由結(jié)合劑材料的“殼 層”構(gòu)成。選取材料樣品并且對(duì)顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)以確立團(tuán)聚(2個(gè)或更多個(gè)顆粒接合在一起) 的水平。此外，取樣100個(gè)顆粒并且將其壓碎以確定含有僅單個(gè)芯材的丸粒的百分?jǐn)?shù)。階段2然后將來(lái)自初始帶鏟轉(zhuǎn)筒階段的全部批料轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)備并且重新開(kāi)始處理。因 為目前丸粒在被引入到轉(zhuǎn)盤(pán)之前已獲得臨界尺寸，團(tuán)聚傾向得到顯著降低。此外，丸粒表面 目前更加易于提高結(jié)合劑沉積的速率。丸粒直徑的增加速率與表面積成比例且因此增長(zhǎng)速 率隨顆粒半徑的增加以第2粉末關(guān)系即(r~2)增加，因而含有懸浮結(jié)合材料的漿料的沉積 速率可得到提高而團(tuán)聚水平無(wú)顯著提高。再次地，停止該處理并且對(duì)丸粒進(jìn)行取樣以確定 團(tuán)聚水平和確保每個(gè)丸粒存在一個(gè)金剛石芯材。在下表1和2中給出了該分析的結(jié)果。此 外，結(jié)合不同團(tuán)聚水平和“單個(gè)芯材”的評(píng)價(jià)就各種技術(shù)給出了平均沉積速率。雙處理技術(shù)的益處是階段1)帶鏟轉(zhuǎn)筒法確保每個(gè)丸粒一個(gè)芯材并且在丸粒增加的早期階段中允許 低水平的團(tuán)聚，從而允許以高水平的單個(gè)芯材的丸粒和低水平的團(tuán)聚獲得起始丸粒尺寸。階段2)轉(zhuǎn)盤(pán)法允許丸?？焖僭黾又磷罱K尺寸并同時(shí)保持每個(gè)丸粒單個(gè)芯材和 可獲得大的丸粒尺寸，這是因?yàn)閷?duì)于在丸粒尺寸/質(zhì)量增加時(shí)變得困難的氣態(tài)/流體懸浮 液維持不存在依賴(lài)。相比于孤立使用的其它方法，該雙處理產(chǎn)生最小水平的團(tuán)聚且兼具有含單個(gè)芯材 的丸粒的顯著改善并同時(shí)允許最大增長(zhǎng)速率。表 1 (*從帶鏟轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)移到滾盤(pán))實(shí)施例2在雙階段法中使用兩種制造丸粒的方法1)流化床；禾口2)帶鏟轉(zhuǎn)筒。下面給出了金剛石芯材和結(jié)合劑類(lèi)型的細(xì)節(jié)金剛石芯材SDB1125尺寸2535#標(biāo)稱(chēng)662微米，其預(yù)涂覆有碳化鈦層。結(jié)合劑材料WC/Co/Cu =65/25/10,以重量計(jì)。結(jié)合劑密度12.7g/CC。漿料組成在乙醇溶劑中50重量％的結(jié)合劑粉末，其中加入以金屬結(jié)合劑粉末3 重量％水平的粘結(jié)劑材料(在該情形中為聚乙二醇)。在兩種方法中使用該漿料配制劑。階段1使流化床設(shè)備裝填有3000 crt的金剛石粉末(尺寸為2535#)。對(duì)該粉末已進(jìn)行 了預(yù)處理以確保在每個(gè)晶體周?chē)嬖阝佂繉印Ｋ霰碇甘玖嗣糠N處理單獨(dú)產(chǎn)生包封金剛石 的能力以及與通過(guò)每種所述方法的關(guān)于丸粒生產(chǎn)的特性。重要因數(shù)是i)團(tuán)聚水平，和 )含有單個(gè)芯材顆粒的丸粒的百分?jǐn)?shù)。該雙處理使含有單個(gè)芯材的丸粒的總數(shù)最大化，并同時(shí)使團(tuán)聚丸粒(即接合在一 起的兩個(gè)或更多個(gè)丸粒)的發(fā)生率最小化。于是能夠?qū)崿F(xiàn)丸粒的快速增加而不傷及團(tuán)聚和 單個(gè)芯材總數(shù)。該雙處理包括在流化床設(shè)備中以上述粘結(jié)劑和溶劑的配制劑開(kāi)始制粒過(guò)程，其中 碳化鈦涂覆有美制篩目尺寸為2535的高品質(zhì)金剛石磨粒，該磨粒的直徑為標(biāo)稱(chēng)662微米。 允許將該處理進(jìn)行至芯材晶體的直徑增加到約772微米的直徑，其由結(jié)合劑材料的“殼層” 構(gòu)成。選取材料樣品并且對(duì)顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)以確立團(tuán)聚(2個(gè)或更多個(gè)顆粒接合在一起)的 水平。此外，取樣100個(gè)顆粒并且將其壓碎以確定含有僅單個(gè)芯材的丸粒的百分?jǐn)?shù)。階段2然后，將來(lái)自初始流化床的全部批料轉(zhuǎn)移到帶鏟轉(zhuǎn)筒并且重新開(kāi)始處理。因?yàn)槟?前丸粒在被引入到帶鏟轉(zhuǎn)筒之前已獲得臨界尺寸，所以團(tuán)聚的傾向顯著降低。此外，丸粒表 面目前更加易于提高結(jié)合劑沉積速率。再次地，停止該處理并且對(duì)丸粒進(jìn)行取樣以確定團(tuán) 聚水平和確保每個(gè)丸粒存在一個(gè)金剛石芯材。該雙處理技術(shù)的益處是，在階段1 (流化床方法)中確保了每個(gè)丸粒一個(gè)芯材并且 允許在丸粒增加的早期階段中的低水平團(tuán)聚，從而允許以高水平的單個(gè)芯材的丸粒和低水 平的團(tuán)聚獲得起始丸粒尺寸。相比于孤立使用的其它方法，該雙處理產(chǎn)生了最小水平的團(tuán)聚且兼具有含單個(gè)芯材丸粒的顯著改善并同時(shí)允許最大增長(zhǎng)速率。
權(quán)利要求
一種形成包含涂覆有包封材料的超硬(超級(jí)硬)芯材的丸粒的方法，該方法包括與轉(zhuǎn)盤(pán)和/或流化床設(shè)備依次結(jié)合的利用帶鏟轉(zhuǎn)筒的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法包括步驟i.提供超硬材料源， .提供包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂覆或包封層的混合物，iii.在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，該帶鏟轉(zhuǎn)筒包含包括轉(zhuǎn)子的容器，該容器 適于接收氣體流，iv.以使得超硬材料被混合物包封的適當(dāng)速率旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)子從而形成丸粒，v.將所述丸粒引入到旋轉(zhuǎn)容器中，V i.使丸粒與包封材料接觸以形成比引入到旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)的丸粒質(zhì)量更大的丸粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)容器是盤(pán)或滾筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其中所述超硬材料選自金剛石、立方氮化硼、 纖鋅礦型氮化硼、碳化物、氧化物或硅化物、Si3N4, SiC、A1203、A1C、SiO2和/或上述材料的 任意組合。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其中所述超硬材料以顆粒形式存在。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其中在帶鏟轉(zhuǎn)筒中將材料的涂覆持續(xù)足夠時(shí)間以便 使在每個(gè)芯材上構(gòu)建涂層從而獲得預(yù)定臨界尺寸(V臨界)。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法，其中將帶鏟轉(zhuǎn)筒中產(chǎn)生的丸粒引入到傾斜轉(zhuǎn)盤(pán)中， 其中通過(guò)如下方式使丸粒進(jìn)一步增加a)在旋轉(zhuǎn)的金剛石籽晶上方噴涂包含金屬粉末、粘結(jié)劑和溶劑(涂覆組合物)的漿料 和/或b)在旋轉(zhuǎn)的金剛石籽晶上單獨(dú)噴涂粘結(jié)劑和溶劑，然后“噴撒”金屬粉末。
8.一種形成包含涂覆有包封材料的超硬(超級(jí)硬)芯材的丸粒的方法，該方法包括i.將超硬芯材懸浮在氣流中； .使該超硬芯材與包封材料接觸以形成丸粒，iii.提供包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂覆或包封層的混合物，iv.在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，該帶鏟轉(zhuǎn)筒包含包括轉(zhuǎn)子的容器，該容器適 于接收氣體流以形成包封的丸粒，v.以使得所述丸粒被混合物包封的適當(dāng)速度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述超硬材料選自立方氮化硼和金剛石(包括天然或 合成金剛石，合成金剛石包括高壓高溫(HPHT)和化學(xué)氣相沉積(CVD)合成的金剛石，以及 涂覆或包覆的金剛石)。
10.如權(quán)利要求8或9中所述的方法，其中將超硬芯材懸浮在腔室或加工容器中，所述 腔室或加工容器是流化床造粒/包封設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的方法，其中所述涂覆材料包含金屬粉末、粘結(jié)劑和 溶劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述金屬粉末是鈷、銅、鐵、青銅、碳化鎢、鎳、鎢金 屬、鉬、鋅、黃銅、銀或者它們中的兩種或更多種的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中所述粘結(jié)劑是聚乙二醇、液體石蠟、甘油、蟲(chóng)膠、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、纖維素、硬脂酸或它們的混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)的方法，其中所述溶劑是水或者選自乙醇、三氯乙 烯和/或IPA的有機(jī)溶劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)的方法，其中所述金屬粉末約占金屬粉末、粘結(jié)劑 和溶劑混合物重量的不大于80%。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)的方法，其中將硬質(zhì)相加入到金屬粉末中以改善 涂覆材料自身的抗磨損性，所述硬質(zhì)相選自金剛石、cBN、碳化鎢(WC)、WC-鈷金屬陶瓷顆粒 或任何常規(guī)的陶瓷硬質(zhì)相，該常規(guī)的陶瓷硬質(zhì)相包括碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化鋁 (Al2O3)或這些中任何的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成包含涂覆有包封材料的超硬(超級(jí)硬)芯材的丸粒的方法，該方法包括與轉(zhuǎn)盤(pán)和/或流化床設(shè)備依次結(jié)合的利用帶鏟轉(zhuǎn)筒的步驟。本發(fā)明教導(dǎo)了以下步驟提供超硬材料源，提供包含合適的粘結(jié)劑、溶劑或流體介質(zhì)及期望的涂覆或包封層的混合物，在帶鏟轉(zhuǎn)筒中組合超硬材料和混合物，以使得超硬材料被混合物包封的適當(dāng)速率旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)子以便形成丸粒，將所述丸粒引入到旋轉(zhuǎn)容器或流化床造粒設(shè)備中，以及使丸粒與包封材料接觸以形成比引入到容器內(nèi)的丸粒質(zhì)量更大的丸粒。
文檔編號(hào)B01J2/00GK101910354SQ200980101486
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者K·古什, M·G·蒙達(dá)伊, P·什莫克, S·凱利 申請(qǐng)人:六號(hào)元素有限公司