專利名稱：多晶超硬材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造多晶超硬材料的方法，具體但不唯一地涉及制造多晶金剛石(PCD)材料的方法，并涉及制造包括PCD材料的組件的方法。
背景技術(shù)：
用于機(jī)器和其他工具的刀具嵌件可以包括一層結(jié)合到硬質(zhì)合金基材的多晶金剛石(P⑶)或多晶立方氮化硼(PCBN)。P⑶和PCBN是超硬材料的例子，也稱為超硬磨料，它具有基本上大于燒結(jié)碳化鎢的硬度值。包含P⑶的組件可以被用于多種工具，例如切割、機(jī)加工、鉆孔或降解硬的或磨蝕性的材料例如巖石、金屬、陶瓷、復(fù)合和含木的材料。PCD包含大量基本上共生的金剛石晶粒，該金剛石晶粒形成骨架體，其限定金剛石晶粒之間的間隙。PCD材料包含至少約80%體積比的金剛石，并且可在燒結(jié)助劑，也稱為金剛石催化劑材料存在的情況下，通過使金剛石晶粒聚集體經(jīng)受高于約5GPa的超高壓力和至少約1200° C的溫度而制備。金剛石催化劑材料被理解為在金剛石比石墨熱力學(xué)更穩(wěn)定的壓力和溫度下能夠促進(jìn)金剛石晶粒直接共生的材料。一些金剛石催化劑材料可在環(huán)境壓力下，特別是在升高的溫度下促進(jìn)金剛石向石墨的轉(zhuǎn)化。金剛石催化劑材料的實(shí)例為鈷、鐵、鎳和包括這些中任意幾種的特定合金。PCD可以形成在燒結(jié)鈷碳化鎢基材上，該基材可提供用于PCD的鈷催化劑材料源。PCD材料中的間隙可以至少部分用催化劑材料進(jìn)行填充。組件包括PCBN 主要用于加工金屬。PCBN材料包含立方氮化硼(cBN)晶粒的燒結(jié)體。PCBN材料的cBN含量可以是至少約40%體積比。在PCBN的cBN含量是至少約70%體積比時，cBN晶粒間可以有大量的直接接觸。當(dāng)cBN含量在構(gòu)件的從約40%體積比至約60%體積比的范圍里，那么在cBN晶粒之間的直接接觸的程度是有限的。PCBN可以通過使cBN晶粒體與粉末狀的基質(zhì)相一起經(jīng)受在其中cBN是比六方晶形式的硼氮化物hBN熱力學(xué)上更穩(wěn)定的溫度和壓力而制備。PCBN比P⑶更不耐磨損，這可能會限制其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
從第一個方面來看，提供制造多晶超硬材料的方法，所述方法包括提供限定至少一個沉積表面的導(dǎo)電性基材，帶電荷的超硬顆粒或晶粒電泳沉積在所述基材的(多個)沉積表面上以形成預(yù)燒結(jié)體，并對所述預(yù)燒結(jié)體施加溫度和壓力，在其中超硬材料是熱力學(xué)穩(wěn)定的，以燒結(jié)并形成多晶超硬材料。在一些實(shí)施例中，基材形成電泳的電池裝置的陰極，超硬顆?；蚓Я腋≡谝后w中與(多個)沉積表面和陽極接觸，在陰極基材和陽極之間施加電位的情況下，帶正電的超硬顆?；蚓ЯＲ虼丝沙练e在基材的(多個)沉積表面。在一些實(shí)施例中，陽極定義一個或多個相對陰極基材的(多個)沉積表面的互補(bǔ)表面。在一些實(shí)施例中，帶電荷的超硬顆?；蚓Я３练e在一系列的層或階層的基材上。
在一些實(shí)施例中，基材的(多個)沉積表面被屏蔽在某些地區(qū)或區(qū)域，超硬顆?；蚓Я３练e在(多個)沉積表面的暴露部分上，以形成離散的三維多晶超硬結(jié)構(gòu)。多晶超硬材料的三維結(jié)構(gòu)的各個層，在一些實(shí)施例中，至少有一個不同的結(jié)構(gòu)特征。在非限制性實(shí)施例中可以包括平均超硬晶粒尺寸，超硬晶粒含量和金剛石催化劑含量。在一些實(shí)施例中，多晶超硬材料為P⑶和包括金剛石的超硬顆粒或晶粒。在一些實(shí)施例中，金剛石顆?；蚓Я＞哂袕募s5納米至約50微米的平均顆?；蚓Я３叽?。在一些實(shí)施例中，變化的平均顆?；蚓Я３叽绲慕饎偸w?；蚓Я５亩喾寤旌衔锍练e在基材上。在一些實(shí)施例中，金剛石顆?；蚓ЯｎA(yù)先用氫或氫離子源處理，以使它們帶正電荷。在一些實(shí)施例中，額外的顆粒材料被添加到分散的金剛石顆?；蚓Я?，以便與金剛石顆粒或晶粒沉積在基材上。示例性的顆粒材料包括任何含有IA-VIIIA組和IB-VIIIB組的元素的化合物，例如堿金屬或堿土金屬，金屬或非金屬碳化物，氮化物，氧化物，碳氮化物，鹵化物，硼化物，硫酸鹽，磷酸鹽，鎢酸鹽和之類的，或者未發(fā)生反應(yīng)的元素，例如金屬粉末。在一些實(shí)施例中，多晶超硬材料是PCBN和包括CBN的超硬顆?；蚓Я?。在一些實(shí)施例中，多晶超硬材料的超硬晶粒含量是至少約80%，至少約88%，至少約90 %，至少約92 %或甚至至少約96 %的多晶超硬材料的體積。在一個實(shí)施例中，多晶超硬材料的超硬晶粒含量是最多約98%的多晶超硬材料的體積。

在一些實(shí)施例中，多晶超硬材料是包括金剛石催化劑材料的P⑶材料，催化劑材料是P⑶材料的至多約10%體積含量比，至多約8%體積含量比，或甚至至多約4%體積含量比。在一個實(shí)施例中，P⑶材料包括至少一個基本上是不含金剛石催化劑材料的區(qū)域。在一個實(shí)施例中，預(yù)燒結(jié)體包括沉積的金剛石顆?；蚓Я?，該方法包括在金剛石催化劑材料的存在下，使預(yù)燒結(jié)體經(jīng)受在其中金剛石比石墨更加熱穩(wěn)定的壓力和溫度。在一個實(shí)施例中，所述壓力是至少約5.5Gpa和所述溫度為至少約1，250攝氏度。在一個實(shí)施例中，前驅(qū)體包含沉積的cBN顆?；蚓Я＃摲椒òㄊ诡A(yù)燒結(jié)體經(jīng)受在其中cBN比六方氮化硼(hBN)更熱穩(wěn)定的壓力和溫度。在一個實(shí)施例中，所述壓力為至少約2GPa和所述溫度為至少為約900攝氏度。從第二方面來看，提供了一種超硬磨損組件，所述組件包括由上述方法制造的多晶超硬材料的一個實(shí)施例。在一個實(shí)施例中，超硬磨損組件包括多個區(qū)域，每個區(qū)域包括具有至少一個不同結(jié)構(gòu)特征的多晶超硬材料，其中的非限制性實(shí)施例可包括平均超硬晶粒尺寸，超硬晶粒含量，和金剛石催化劑含量。在一些實(shí)施例中，至少一些區(qū)域是層或階層的形式。在一個實(shí)施例中，至少一個區(qū)域是少或基本上不含金屬的金剛石催化劑材料。在其它實(shí)施例中，至少一些區(qū)域是離散的三維多晶超硬結(jié)構(gòu)的形式。在一個實(shí)施例中，超硬磨損組件包括一個結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)包括接合到包括硬質(zhì)合金材料的基材的多晶超硬材料。


現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述非限制性實(shí)施方式。附圖中:圖1是用于一個實(shí)施例中的電泳的電池裝置的示意性側(cè)視圖；圖2A是一個包含由一個實(shí)施例中制造的多晶超硬材料的組件的微觀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2B是一個包含由另一個實(shí)施例中制造的多晶超硬材料的組件的微觀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2C是一個包含由另外一個實(shí)施例中制造的多晶超硬材料的組件的微觀結(jié)構(gòu)的示意圖；并且圖3是燒結(jié)組件的橫截面的SEM顯微照片，所述組件包含由一個實(shí)施例中制造的多晶超硬材料。
具體實(shí)施例方式如本文所用，超 硬材料是具有的維氏硬度至少約為28GPa的材料。金剛石，立方氮化硼(cBN)，多晶金剛石(P⑶)和多晶立方氮化硼(PCBN)材料是超硬材料的例子。如本文所用，多晶金剛石(PCD)材料包括大量的金剛石晶粒，其中主要部分是彼此直接結(jié)合，并在其中的金剛石是材料的至少約80%體積含量比。在PCD材料的一個實(shí)施例中，金剛石晶粒之間的間隙可以用一種粘合劑材料至少部分地填充，所述粘合劑材料包含金剛石催化劑。如本文所用，“間隙”或“間隙性區(qū)域”是PCD材料的金剛石晶粒之間的區(qū)域。PCD材料的實(shí)施例，間隙或間隙性區(qū)域可以基本上或部分地用一種金剛石以外的材料填充，或者它們可以基本上是空的。PCD材料的實(shí)施例可以包括至少一個區(qū)域，其中催化劑材料已經(jīng)從空隙中除去，留下金剛石晶粒之間的間隙性空隙。如本文所用，多晶立方氮化硼(PCBN)材料是指一種包括立方氮化硼(cBN)的晶粒的超硬材料，所述晶粒分散在包括金屬或陶瓷的基質(zhì)。PCBN是超硬材料一個例子。如本文所用，超硬磨損組件是包括超硬材料的組件，用于磨損的應(yīng)用，例如降解，鉆孔，切割或機(jī)械加工包括硬或研磨材料的工件或體。如本文所用，大量的晶粒的多峰尺寸分布包括一個以上的峰，或可被分解成一個以上的尺寸分布的疊加,每一個尺寸分布具有一個單峰,每一個峰對應(yīng)于一個相應(yīng)的“模式”。多模態(tài)的多晶體通常通過提供一個以上的多個晶粒的源，每個源包括具有基本上不同的平均尺寸的晶粒，并與晶粒混合在一起。電泳沉積(Ero)是形成沉積顆粒的層的方法，借此通過在兩個電極之間施加電位，液體中分散的帶電粒子遷移到一個或另一個電極。控制施加的電位的幅度和持續(xù)時間，懸浮的顆粒的尺寸和濃度，并兩個電極的相對取向，可以控制層的性能。參照圖1，制作多晶超硬材料的示例性實(shí)施例的方法的實(shí)施例在電泳的電池裝置10中進(jìn)行。該方法包括放置一個基材12，形成電泳的電池10的陰極，與沉積表面14朝向陽極16。可以使用陰極基材12的非常不同的配置和電泳的電池的陽極16。例如，它們可以布置成一個平鋪在另一個之上，或者它們可以是圓筒狀共軸。在本實(shí)施例中，陰極基材12部分裝在橡膠套筒18使得僅沉積表面14是暴露的。此外，一個以上的表面，或替代的表面，可以暴露以提供一些不同的沉積表面。暴露的沉積表面14并至少一部分的陽極16浸潰在含有超硬顆?；蛄Ｗ?2的穩(wěn)定的水懸浮液20，所述顆?；蛄Ｗ右杨A(yù)先在氫氣中處理，使它們帶正電荷的。一種磁性攪拌器24是用來保持超硬顆粒或粒子22懸浮。在一個示例性實(shí)施例中，可施加約3V的DC電位約2分鐘，從而使陰極12和陽極16之間產(chǎn)生電場，從而沉積超硬顆?；蚓Я５疥帢O基材12的沉積表面14上，以形成沉積的超硬顆?；蚓Я５膶?6。過程條件如懸浮液的酸度，分散劑的類型和數(shù)量并超硬顆?；蚓Я１砻婊瘜W(xué)可以優(yōu)化。將得到的沉積在基材12上的包括超硬層26的預(yù)燒結(jié)體從電池10中除去，干燥和燒結(jié)。參照圖2A至2C所示的超硬組件的各種配置。在其最簡單的形式中，圖2A示出的超硬組件30包括一個單一的多晶超硬材料層32，在這種情況下，多晶金剛石結(jié)合到基材34上，在這種情況下是Co-WC基材。圖2B示出了包括多個多晶超硬材料層42的超硬組件40，在這種情況下，多晶金剛石具有不同的特征，結(jié)合到基材44上，在這種情況下是Co-WC基材。圖2C示出了類似于圖2A中的超硬組件30，不同的是在這種情況下的非平面的接口36在多晶金剛石層32和Co-WC基材34之間限定的。在包括金剛石晶粒的前驅(qū)體的實(shí)施例中，在金剛石催化劑材料的存在下，通過使預(yù)燒結(jié)體經(jīng)受溫度為約1，350攝氏度和壓力為約5.5GPa，可以燒結(jié)預(yù)燒結(jié)體以形成一個P⑶材料的實(shí)施例。離子可滲透膜可以放置在電泳的電池中的陽極和陰極基材之間。這可以允許離子在陽極和陰極基材之間穿過所述膜，而屏蔽基材防止從陽極表面上可能放出的氣體，所述氣體可能干擾電泳的沉積的過程和減少超硬顆?；蚓Яｋ娪境练e到基材上的效率。用于分散粉末的液體可以由有機(jī)或無機(jī)組分，或所述兩者的混合物組成，例如水，醇，或水-醇混合物。在液體中的分散的顆?；蚓Я５臐舛瓤赡苡袕?.1%至60%，但優(yōu)選為10-20%的重量變化。通過于沉積期間由逐步或定期加入額外的顆?；蚓Я５揭后w，使所述濃度可以保持在一個恒定的值。另外 ，所述濃度可以通過在沉積過程中不補(bǔ)充顆?；蚓Я６淖?，使分散的顆?；蚓Я５臐舛戎饾u降低，或通過添加比已由于沉積而被去除的顆?；蚓Я８嗟念w?；蚓Я＃顾鰸舛仍黾?。各種組合和顆粒尺寸的顆?；蚓Я？梢栽诓煌臅r間加入，從而得到不同組合和顆粒尺寸的層。另外，所述電極組件可以浸潰在一個懸浮液一定量的時間來實(shí)現(xiàn)沉積，然后抬起并浸在不同的懸浮液，以達(dá)到不同的組合的沉積。這個順序可以重復(fù)多次，并在不同的懸浮液從而建立所需的生坯沉積。作為金剛石顆?；蚓Я；蚱渌膊牧铣练e在其上的電極的基材，可以是任何材料，只要它是導(dǎo)電的，例如導(dǎo)電聚合物如聚吡咯，或?qū)щ娦缘膹?fù)合體，例如石墨顆?；蚓酆衔锏睦w維，或Co-WC。在一個實(shí)施例中，基材包括Co-WC和多晶超硬材料層的復(fù)合體，所述超硬材料層限定(多個)沉積表面?；?電極表面可以是平面的，非平面(形)，也可以是規(guī)則或不規(guī)則形狀，對稱的或是非對稱的?；牡暮穸瓤梢跃哂袕?.1毫米至10厘米的變化，并直徑可以具有從0.1毫米至10厘米的變化。反電極或陽極可以由任何導(dǎo)電材料組成，例如金屬，石墨或涂裝的金屬或石墨。它可能有一個平坦的表面，或非平面形狀的表面，其可以是相對陰極基材的(多個)沉積表面的互補(bǔ)形狀。這樣做的原因是，在電極上的任何區(qū)域的電流密度，因此沉積在該區(qū)域的顆粒或晶粒的量，是在這一點(diǎn)上，兩個電極之間的距離的函數(shù)。接近陽極/反電極的基材/電極的區(qū)域?qū)⒔?jīng)歷更快的沉積速度，并遠(yuǎn)離陽極/反電極的地區(qū)將經(jīng)歷一個較慢的沉積速率。通過控制基材/電極和陽極/反電極的形狀，所沉積層的表面的形狀，即在特定的位置的層的厚度可以被控制。在沉積過程的各個階段中，也可以改變反電極或陽極以定制沉積層。例如，反電極在中心的凹坑或凹槽形狀將導(dǎo)致在基材/電極的外周上更多電沉積，或者在中心有突起的反電極將導(dǎo)致在基材/電極中心更多電沉積。也可以使用掩蔽劑封閉基材/電極在某些地方，以形成圍繞這些封閉的地方的電鍍層。如此，在EPD的過程的某些階段中，通過使用改造的反電極或基材/電極，沉積層可以度身訂造或根據(jù)要求功能地分級?！銇碚f，電沉積層的厚度可以有從50納米至5毫米的變化。雖然EPD的使用在金剛石合成可以在以金剛石作為單獨(dú)的顆粒的物體的涂層應(yīng)用，作為離散的成核位點(diǎn)通過化學(xué)蒸氣沉積使金剛石進(jìn)一步生長，或者作為包括在金屬層的顆粒，它并沒有被用于制備高壓高溫生產(chǎn)的燒結(jié)的多晶金剛石(PCD)的生坯。因此，專利號為2，011，966的德國專利公開了通過ETO的涂層具有非金屬顆粒如碳化物，氮化物，硼化物，硅化物和氧化物的金屬如鎢，鑰，鉭，鈮，鈦，鋯，碳化物和硅的氧化物和硼，金剛石粉和Al2O3的導(dǎo)電性載體。通過第一電沉積金屬層到載體上，然后電泳沉積非金屬粉末，使粉末顆粒埋入金屬層的細(xì)孔中，克服了粘合到載體的問題。造成的產(chǎn)物是含有離散的，非共生硬和耐磨顆粒的金屬層涂覆的載體。在硅上的金剛石薄膜層可以在半導(dǎo)體工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。然而，這樣的金剛石薄膜，通過化學(xué)蒸氣沉積生長，在硅基材上生長時缺少附著力和均勻性。專利號為5，128, 006的美國專利公開了使用EPD以獲得在氧化硅基材上離散的和粘附的金剛石顆粒。粘附金剛石薄膜到WC-Co基材的問題在專利號為2，002，338，386的日本專利上提出，其公開了一種在WC-Co基材上獲得金剛石涂層的方法，所述方法通過對WC-Co基材進(jìn)行第一酸處理，然后通過Ero沉積離散的金剛石顆粒，其在經(jīng)過酸處理的WC-Co表面上作為種子，熱處理種子的基材并最后 通過化學(xué)蒸氣沉積在金剛石種子上生長金剛石薄膜。專利號為6，258，237的美國專利公開了一種在基材的表面上沉積金剛石顆粒的方法，所述方法包括的步驟為(a)由一個正電荷使金剛石顆粒充電，以獲得帶正電荷的在金剛石顆粒，并(b)在基材的表面上電泳沉積帶正電荷的金剛石顆粒，用于獲得涂層在基材表面上的一個生的金剛石顆粒。當(dāng)生產(chǎn)多晶金剛石(P⑶)刀具時,一組不同的問題出現(xiàn),所述刀具主要用于石油和天然氣鉆探應(yīng)用。在PCD的合成過程中，金剛石粉末被放置到WC-Co基材的頂部上，該組件被放置在膠囊中，并在高壓高溫受壓。在壓制過程中，在WC-Co的基材的鈷成為熔融并滲入金剛石粉末，有效地溶解金剛石顆粒的部分的外表面和沉淀新的金剛石，使金剛石顆粒由金剛石共生強(qiáng)烈彼此連接并由凝固的金屬浸潤劑強(qiáng)烈的連接到WC-Co基材。粘附共生的P⑶層到基材，因此不構(gòu)成問題。然而，P⑶的性能和壽命非常地依賴于管理P⑶層的應(yīng)力，確保熱穩(wěn)定性并獲得所需的微觀結(jié)構(gòu)。這些理想的性能可以通過在坯體制備在高壓高溫?zé)Y(jié)之前，選擇各種起始原料的結(jié)合的適當(dāng)?shù)难b置實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)已驚奇地發(fā)現(xiàn)，Ero可能被用來生產(chǎn)沉積在基材上含金剛石或cBN的預(yù)燒結(jié)體，所述基材是適合用于制造多晶超硬材料和包括多晶超硬材料的組件。金剛石晶粒通常具有負(fù)電荷并傾向于移向帶正電荷的電極，陽極。在該方法的實(shí)施例中，可以提供帶正電荷的金剛石顆?；蚓Я?，可以采用基材作為陰極，以提供陰極保護(hù)到基材上，以協(xié)助抑制基材經(jīng)歷陽極腐蝕，其中可能會損壞基材，并且可能使它不適合作為用多晶金剛石組件的基材。因此，在金剛石顆粒或晶?？梢越佑|氫氣或氫離子源，以使它們帶正電荷。金剛石顆?；蚓Я５碾娪境练e，有或沒有添加劑，提供了一種簡單的，快速的和可控的方法，用于獲得在平面或非平面的表面上的均勻的厚度和均勻的組合的薄膜層，根據(jù)材料特性要求改變層的序列用于管理在PCD的應(yīng)力是簡單的。實(shí)施例參考下面非限制性實(shí)施例，對實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的描述。實(shí)施例1平均尺寸2.5微米的金剛石粉末在800度攝氏氫氣環(huán)境中進(jìn)行處理I小時，以氫終止金剛石的表面，從而正電充電金剛石顆粒。電泳的電池，與圖1中所示的相似，是組裝的，由鉬涂覆的鈦板陽極組成，和由一個標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形鈷粘結(jié)的碳化鎢基材組成的陰極，所述陰極通常被用在高壓高溫多晶金剛石(PCD)的合成。基材為約25毫米高，并有約20毫米的直徑。將基材配有緊密配合的非導(dǎo)電性橡膠套筒封閉基板的側(cè)面和背面，以防止任何金剛石顆粒在圓柱形的兩側(cè)沉積。電接觸是通過橡膠套筒到達(dá)基材的背面。將電極插入到含有200毫升的去離子水的玻璃燒杯中，基材暴露的區(qū)域朝向Pt/Ti陽極，所述電極電連接到一個直流電源。將燒杯放在磁力攪拌板上和通過磁力攪拌棒劇烈地攪拌所述水。 將約40g的氫處理過的金剛石加入到去離子水中，導(dǎo)致在初始分散的金剛石濃度為約20%。用15%的小等分的硝酸，或10%的水溶液的氫氧化銨調(diào)節(jié)去離子水的pH值，以維持pH值在2-4的范圍內(nèi)。電源被接通和施加約3V的恒定電位約2分鐘。小于約0.3毫米厚的金剛石顆粒的層沉積在Co-WC基材表面上。該層出乎意料地良好地粘附基材表面。有金剛石層的基材放置在膠囊中，在標(biāo)準(zhǔn)的高壓高溫條件下燒結(jié)。在燒結(jié)的rcD的橫截面的SEM分析的結(jié)果顯示厚度約100微米的良好的燒結(jié)層，具有在C0-WC基材上強(qiáng)的粘附力。實(shí)施例2再次遵循實(shí)施例1中使用的過程，除了在電位施加到電極上的2分鐘的期間，逐漸加入額外的40克的平均顆粒尺寸為12微米的氫終止的金剛石粉末。小于約0.7毫米厚的金剛石顆粒的層沉積在Co-WC基材表面上。有金剛石層的基材放置在膠囊中，在標(biāo)準(zhǔn)的高壓高溫條件下燒結(jié)。在燒結(jié)的rcD的橫截面的SEM的分析中，如圖3中所示，顯示了厚度為約400微米的良好的燒結(jié)層，具有在Co-WC基材上強(qiáng)力的粘附。燒結(jié)的PCD的金剛石晶粒的平均顆粒尺寸在范圍從在金剛石基材界面的約2.5微米到在PCD的頂表面的平均顆粒尺寸為約8微米。實(shí)施例3再次遵循實(shí)施例1中使用的過程，不同的是所施加的電位的總持續(xù)時間持續(xù)了約10分鐘。在這段時間內(nèi)，該電極組件每2分鐘被提出，并放到到一個不同的溶液。使用兩種溶液:溶液I含有40克的平均顆粒尺寸為2.5微米的氫處理過的金剛石粉末，和溶液2含有30克的平均顆粒尺寸為12微米的有氫處理過的金剛石粉末和10克的平均顆粒尺寸為
2.5微米的氫處理過的金剛石粉末。在這個實(shí)驗(yàn)中，通過也插入超聲波探頭進(jìn)行超聲波分散金剛石粉末來實(shí)現(xiàn)分散。在這種方式中，沉積了 5層交替的平均金剛石顆粒尺寸，每一層小于約0.3毫米厚。有金剛石層的基材被放置在膠囊中，在標(biāo)準(zhǔn)的高壓高溫條件下燒結(jié)。在燒結(jié)的rcD的橫截面的SEM分析顯示厚度約I毫米的良好的燒結(jié)層，具有在C0-WC基材上強(qiáng)力的粘附。實(shí)施例4再次遵循實(shí)施例1中使用的過程，除了陰極是頂部上由12微米的平均金剛石顆粒尺寸組成的PCD燒結(jié)層的Co-WC基材。電泳沉積導(dǎo)致在燒結(jié)的PCD層之上的一層平均顆粒尺寸為2.5微米和厚度少于約0.3毫米的金剛石。有金剛石層沉積在頂部的基材-P⑶刀具被放置在膠囊中，在標(biāo)準(zhǔn)的高壓高溫條件下燒結(jié)。在燒結(jié)的PCD的橫截面的SEM分析顯示厚度為約100微米具有平均金剛石晶粒尺寸為約2.5微米的良好燒結(jié)層，對由12微米平均金剛石晶粒尺寸組成的PCD層具有強(qiáng)力的粘附。實(shí)施例5再次遵循實(shí)施例1中使用的過程，除了電池的配置被修改。陽極由水平放置在燒杯底部的鉬網(wǎng)組成，具有電絕緣的橡膠套筒覆蓋電連接和鉛。在水性分散體中，Co-WC陰極在其橡膠套筒內(nèi)被朝下放置，使被涂敷的所述基材的表面朝面向陽極。要注意當(dāng)朝下放置時，確保對CO-WC陰極沒有氣泡被困，因?yàn)闅馀輹柚钩练e，使沉積層中有針孔。在分散中的任何附聚物傾向向燒 杯底部沉積，穿過網(wǎng)狀陽極，并形成在C0-WC陰極的所得的沉積有更均勻的顆粒尺寸分布，沉積層沒有包括附聚物。在含有不同的金剛石粉末的量的不同的溶液重復(fù)浸潰和涂層，每一個不同的顆粒尺寸范圍，使積聚的金剛石層的厚度和晶粒尺寸不同。
權(quán)利要求
1.一種制造多晶超硬材料的方法，所述方法包括提供限定至少一個沉積表面的導(dǎo)電性基材，帶電荷的超硬顆?；蚓Яｋ娪境练e在所述基材的沉積表面上以形成預(yù)燒結(jié)體，并對所述預(yù)燒結(jié)體施加溫度和壓力，在其中超硬材料是熱力學(xué)穩(wěn)定的，以燒結(jié)并形成多晶超硬材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基材形成電泳的電池裝置的陰極，超硬顆?；蚓Я腋≡谝后w中與(多個)沉積表面和陽極接觸，方法進(jìn)一步包括在所述基材和所述陽極之間施加電位，在沉積表面沉積所述超硬顆粒或晶粒，使帶正電的超硬顆?；蚓Я＿@樣如此沉積。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括定位陽極，以定義一個或多個相對基材的(多個)沉積表面的互補(bǔ)表面。
4.如前述任意一項權(quán)利要求的方法，其中電泳沉積帶電荷的超硬顆?；蚓Я５牟襟E包括在基材上的一系列的層或階層沉積超硬顆?；蚓Я?。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其中所述基材的(多個)沉積表面被屏蔽在某些地區(qū)或區(qū)域，沉積超硬顆?；蚓Я５牟襟E包括在(多個)沉積表面的暴露的部分沉積超硬顆粒或晶粒，以形成離散的三維多晶超硬結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4至5中任意一項所述的方法，電泳沉積帶電荷的超硬顆粒或晶粒的步驟包括形成各種層或三維結(jié)構(gòu)的多晶超硬材料，包括形成層或三維結(jié)構(gòu)，以彼此具有不同的結(jié)構(gòu)特征。
7.如前述任意一項權(quán)利要求的方法,包括形成具有至少80%和至多98%的體積比的多晶超硬材料的超硬晶粒含量的多晶超硬材料。
8.如前 述任意一項權(quán)利要求的方法，所述方法包括形成多晶金剛石材料，包含金剛石的超硬顆粒或晶粒。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述方法包括形成多晶金剛石材料，所述材料包含至多10%的體積比的金剛石催化劑材料。
10.如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的方法，其中包括形成PCBN材料，包括CBN的超硬顆?；蚓Я?。
11.超硬磨損組件包括如前述任意一項權(quán)利要求的方法中產(chǎn)生的多晶超硬材料。
12.如權(quán)利要求11所述的超硬磨損組件，包括多個區(qū)域，每個區(qū)域包括具有至少一個不同的結(jié)構(gòu)特征的多晶超硬材料。
13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的超硬磨損組件，其中超硬磨損組件是用于切削加工，鉆孔或切割包括金屬的工件。
全文摘要
一種制造多晶超硬材料的方法，所述方法包括提供限定至少一個沉積表面的導(dǎo)電性基材，帶電荷的超硬顆?；蚓Яｋ娪境练e在所述基材的沉積表面上以形成預(yù)燒結(jié)體，并對所述預(yù)燒結(jié)體施加溫度和壓力，在其中超硬材料是熱力學(xué)穩(wěn)定的，以燒結(jié)并形成多晶超硬材料。并公開了一種超硬磨損組件，所述超硬磨損組件包括通過這樣的方法生產(chǎn)的一種多晶超硬材料。
文檔編號C25D13/02GK103228821SQ201180044899
公開日2013年7月31日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者查爾斯·斯蒂芬·蒙特羅斯 申請人:第六元素研磨劑股份有限公司