刀具結(jié)構(gòu)體、包含其的鑲件及其制造方法
【專利摘要】提供了一種制造刀具結(jié)構(gòu)體的方法，該刀具結(jié)構(gòu)體包含限定前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超硬材料，該方法包括：提供包含基底本體的預(yù)燒結(jié)組件，所述基底本體具有限定出與所述前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互補的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造表面，以及包含多個超硬晶粒的聚集體，該聚集體布置在構(gòu)造表面的附近，其中該基底本體包含能夠促進(jìn)超硬晶粒在超硬材料為熱力學(xué)穩(wěn)定的壓力和溫度下的燒結(jié)的催化劑或粘合劑材料的源；使預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受該壓力和溫度以提供包含燒結(jié)聚晶超硬材料的超硬結(jié)構(gòu)，該燒結(jié)聚晶超硬材料在超硬結(jié)構(gòu)的第一主邊界處連接至構(gòu)造表面，該超硬結(jié)構(gòu)具有與第一主邊界相對的第二主邊界；去除基底本體以便暴露所述超硬結(jié)構(gòu)的限定所述前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一主邊界。還提供了刀具鑲件和機床。
【專利說明】刀具結(jié)構(gòu)體、包含其的鑲件及其制造方法
[0001]本公開總體上涉及包含超硬材料的刀具結(jié)構(gòu)體(cutter structure)、包含所述刀具結(jié)構(gòu)體的機床鑲件以及制造所述刀具結(jié)構(gòu)體的方法。
[0002]美國專利第6，106，585號公開了一種制造切削元件的方法，包括通過將大量磨料晶體(金剛石或CBN)以及與該磨料晶體接觸的大量催化劑金屬放置到單元或罐中而形成復(fù)合物質(zhì)，所述單元或罐是保護(hù)性金屬外殼，其中罐內(nèi)部的上表面預(yù)形成有淺凹(dimple)。該淺凹表面提供了用于在該層的上表面上形成特征的圖案，其起到斷屑槽特征的作用。
[0003]英國專利GB 2 366 804公開了利用化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石的成核側(cè)面用于工具表面，該成核側(cè)面含有在沉積基底上形成的金剛石微晶。該專利說明了使用所公開的方法制造的CVD金剛石工具優(yōu)于整體含超過10%鈷的聚晶金剛石(P⑶)工具。當(dāng)然，作為用以制造PCD材料的超高壓、高溫方法的結(jié)果，PCD材料可以包含鈷，其中認(rèn)為在金剛石比石墨更加熱力學(xué)穩(wěn)定的壓力和溫度條件下鈷(或其它的鐵族金屬)促進(jìn)多個金剛石晶粒的交互生長。由于鈷還能在環(huán)境壓力下促進(jìn)金剛石向無定形碳或石墨的再轉(zhuǎn)變，因此必須保持PCD低于約700攝氏度的溫度。不同于PCD，CVD金剛石完全由金剛石制成并且因此具有更長的磨損壽命。
[0004]需要提供用于機床的具有高效性能、良好工具壽命的超硬鑲件，以及需要提供制造所述鑲件的更有效的方法。
[0005]從第一個方面的視角看，提供了一種制造刀具結(jié)構(gòu)體的方法，該刀具結(jié)構(gòu)體包含限定前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超硬材料，該方法包括:提供包含基底本體的預(yù)燒結(jié)組件，所述基底本體具有限定出與所述前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互補的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造表面(formationsurface)，以及包含多個超硬晶粒的聚集體，該聚集體布置在所述構(gòu)造表面的附近，其中該基底本體包含能夠促進(jìn)超硬晶粒在超硬材料為熱力學(xué)穩(wěn)定的壓力和溫度下的燒結(jié)的催化劑或粘合劑材料的源；使預(yù)燒結(jié)組件經(jīng)受該壓力和溫度以提供包含燒結(jié)聚晶超硬材料的超硬結(jié)構(gòu)，所述燒結(jié)聚晶超硬材料在超硬結(jié)構(gòu)的第一主邊界處連接至所述構(gòu)造表面，該超硬結(jié)構(gòu)具有與第一主邊界相對的第二主`邊界；去除基底本體以便暴露所述超硬結(jié)構(gòu)的限定所述前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一主邊界。
[0006]配置所述構(gòu)造表面以包括作為前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的補充的至少一個區(qū)域。因此，例如，對于可存在于所述前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的至少一個凹陷和/或凸起特征，在構(gòu)造表面上將存在對應(yīng)的各自凸起或凹陷。換而言之，所述構(gòu)造表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可類似于前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的負(fù)像(negative)。
[0007]本公開設(shè)想了刀具結(jié)構(gòu)體和鑲件的特征的各種設(shè)置和組合，以及方法的變體，下面描述其非限制性和非窮盡的實例。
[0008]在各種實例中，刀具結(jié)構(gòu)體可以是用于機床的鑲件，和或所述超硬材料可以限定出包括斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要前刀面，和或所述刀具結(jié)構(gòu)體可以連接至鑲件基部。
[0009]在各種實例中，前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在使用中能夠起斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的作用，其包含至少一個斷屑槽特征，并且在各種實例設(shè)置中，斷屑槽特征的尺寸可以是至少約100微米且至多約幾毫米；該刀具結(jié)構(gòu)體可以具有至少約100微米或至少約500微米的平均厚度(在第一和第二主邊界之間)；和或該刀具結(jié)構(gòu)體可以具有至多約2000微米、至多約1000微米或至多約500微米的平均厚度；并且該刀具結(jié)構(gòu)體可以包含天然或合成的金剛石材料，或CBN材料。
[0010]聚晶超硬材料的實例包括聚晶金剛石(P⑶)材料、熱穩(wěn)定P⑶材料、碳化硅粘合的金剛石(S⑶)或聚晶立方氮化硼(PCBN)。所述刀具結(jié)構(gòu)體可以包含通過化學(xué)氣相沉積(CVD)方法制造的金剛石材料，但是將不基本上由通過CVD法制造的金剛石材料組成。在一些設(shè)置中，所述刀具結(jié)構(gòu)體可以不含通過CVD法制造的金剛石材料。
[0011]在一些實例中，在鄰近于第一主邊界或限定出第一主邊界的至少一定區(qū)域的第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料的硬度和或耐磨性可以低于顯著遠(yuǎn)離第一主邊界的第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料，例如鄰近第二主邊界。第一區(qū)域可以與第一主邊界的至少一定區(qū)域基本上共形(conformal)。第一區(qū)域可以從第一主邊界延伸到一定深度，其中該深度可以是至少約50微米或至少約100微米。第二區(qū)域可以鄰近于第一區(qū)域并且從與第一區(qū)域的邊界延伸到約100微米、200微米或500微米的深度。以體積百分比和或重量百分比計，第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料可以比第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料具有更低的超硬晶粒(它們顯著分散或者彼此顯著交互生長)的平均含量。第一區(qū)域內(nèi)的催化劑或粘合劑材料的含量可以顯著大于第二區(qū)域內(nèi)的含量，或者其可以小于第二區(qū)域內(nèi)的含量，第一區(qū)域內(nèi)的催化劑或粘合劑材料中的至少一些在燒結(jié)所述聚晶超硬材料之后可能已經(jīng)被除去。在一些實例中，第一區(qū)域中的聚晶超硬材料包含的催化劑或粘合劑材料可以比第二區(qū)域中的材料多至少約10%或至少約20%(以重量和或體積計)。因此，例如，如果第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料包含約10重量％的催化劑或粘合劑材料，則第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料可包含至少約11重量％或至少約12重量％的催化劑或粘合劑材料以及相應(yīng)較少的超硬晶粒形式的材料。
[0012]在一些實例中 ，該方法可以包括處理所述超硬結(jié)構(gòu)以便從所述刀具結(jié)構(gòu)體中包含的相互結(jié)合(inter-bonded)的金剛石晶粒之間的空隙去除催化劑或粘合劑材料。在具體實例中，超硬結(jié)構(gòu)可以包含PCD材料并且該方法可以包括處理該超硬結(jié)構(gòu)以從相互結(jié)合的金剛石晶粒之間的空隙去除催化劑材料(例如Co)，這可能具有改善PCD材料的熱穩(wěn)定性和回彈性的效果。這有可能降低或防止PCD材料的劣化，該PCD材料應(yīng)通過涉及加熱超硬結(jié)構(gòu)方法(例如釬焊)連接至鑲件基部。
[0013]在一些實例中，基底本體可以包含燒結(jié)碳化物材料并且粘結(jié)材料可以包含用于燒結(jié)所述超硬材料的催化劑或粘合劑材料的源。例如該粘結(jié)材料可以包含鈷(Co)。
[0014]在一些實例中，所述聚集體可以含有用于燒結(jié)所述超硬材料的催化劑或粘合劑材料的源(例如鈷)或所述催化劑或粘合劑材料的前體材料。
[0015]該方法可以包括使刀具結(jié)構(gòu)體在第二主邊界處連接至鑲件基部的界面表面。在一些實例中，該方法可以包括使超硬結(jié)構(gòu)的第二主邊界連接至鑲件基部并且然后去除基底本體以暴露該超硬結(jié)構(gòu)的第一主邊界。在一些實例中，可以在一側(cè)上的基底與相對側(cè)的基部本體之間(即超硬層可被夾在這些主體之間并且與它們結(jié)合)整體地形成超硬結(jié)構(gòu)，并且可以例如通過磨削去除基底以便暴露出第一主邊界上的斷屑槽特征。
[0016]在一些實例中，基底本體和鑲件基部都可以包含燒結(jié)碳化物材料。基底本體可以包含第一燒結(jié)碳化物材料并且鑲件基部可以包含第二燒結(jié)碳化物材料，第一和第二燒結(jié)碳化物材料在組成和或物理或化學(xué)性能中的至少一方面顯著不同。例如，第二燒結(jié)碳化物材料可以比第一燒結(jié)碳化物材料包含更高含量的碳化物材料和更低含量的粘結(jié)材料。第二燒結(jié)碳化物材料可以比第一燒結(jié)碳化物材料顯著更硬和或具有顯著更大的彈性模量。這可以具有如下方面:基底本體的燒結(jié)碳化物材料適合于提供用于燒結(jié)聚晶超硬材料的催化劑材料的源并且鑲件基部的燒結(jié)碳化物材料可以更加適合于工具。
[0017]可以使用多種方法在基底本體的構(gòu)造表面上形成構(gòu)造表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如放電加工(EDM)、激光加工、通過機床或通過蝕刻，這在一定程度上取決于包含在基底本體中的材料的類型。作為替代，基底本體可以形成有構(gòu)造表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征。例如，該方法可以包括向包含基底本體的前體材料的生坯的表面上形成構(gòu)造表面的特征并且燒結(jié)該生坯以形成基底本體。
[0018]在各種實例中，壓力可以是至少約4GPa，至少5GPa或至少7GPa，并且在各種實例中，溫度可以是至少1200攝氏度或至少1400攝氏度。在一些實例中，超高壓力可以是至少約5.5GPa、至少約6GPa、至少約7GPa或至少約8GPa，并且催化劑材料可以包含鈷(Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)和或錳(Mn)，或者催化劑材料可以是實質(zhì)上是非金屬的，例如鹽。
[0019]在一些實例中，該方法可以包括加工所述聚晶超硬材料以便在超硬結(jié)構(gòu)上形成切削刃，包含前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前刀面將位于所述切削刃附近。加工該超硬材料的方法可以包括例如磨削、放電加工(EDG)和或激光切割。
[0020]可以通過例如磨削和或酸處理或腐蝕去除基底本體以提供自支持的超硬結(jié)構(gòu)。
[0021]刀具結(jié)構(gòu)體可以具有至少約100微米或至少約500微米的平均厚度，和或至多約2000微米、至多約1000微米或至多約500微米的平均厚度。
[0022]公開的實例方法與某些其它方法相比可以具有相對較不復(fù)雜和或更加有效的特征。
[0023]從第二方面來看，`提供了一種包含聚晶超硬材料的刀具結(jié)構(gòu)體，所述聚晶超硬材料限定出包括前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前刀面，其中鄰近于前刀面的第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料與顯著遠(yuǎn)離前刀面的第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料相比具有更低的硬度或耐磨性。
[0024]本公開設(shè)想了特征的各種設(shè)置和組合，例如刀具結(jié)構(gòu)體(包括但不限于上文關(guān)于第一方面所述的實例)明確地和或隱含地例如刀具結(jié)構(gòu)體，以及下面所述的實例。
[0025]第一區(qū)域可以與第一主邊界的至少一定區(qū)域基本上共形(conformal)。第一區(qū)域可以從第一主邊界延伸到一定深度，其中該深度可以是至少約50微米或至少約100微米。第二區(qū)域可以鄰近于第一區(qū)域并且從與第一區(qū)域的邊界延伸到約100微米、200微米或500微米的深度。以體積百分比和或重量百分比計，第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料可以比第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料具有更低的超硬晶粒(它們顯著分散或者彼此顯著交互生長)的平均含量。第一區(qū)域內(nèi)的催化劑或粘合劑材料的含量可以顯著大于第二區(qū)域內(nèi)的含量，或者其可以小于第二區(qū)域內(nèi)的含量，第一區(qū)域內(nèi)的催化劑或粘合劑材料中的至少一些在燒結(jié)所述聚晶超硬材料之后可能已經(jīng)被除去。在一些實例中，第一區(qū)域中的聚晶超硬材料包含的催化劑或粘合劑材料可以比第二區(qū)域中的材料多至少約10%或至少約20% (以重量和或體積計)。因此，例如，如果第二區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料包含約10重量％的催化劑或粘合劑材料，則第一區(qū)域內(nèi)的聚晶超硬材料可包含至少約11重量％或至少約12重量％的催化劑或粘合劑材料以及相應(yīng)較少的超硬晶粒形式的材料。
[0026]雖然不希望受特定理論的約束，但是使用本公開的方法制造并且具有鄰近或限定前刀面或切削刃的聚晶超硬材料的相對較軟區(qū)域的刀具結(jié)構(gòu)體的實例設(shè)置可以具有增強工具壽命的特征。這可以因為以下所引起:雖然超硬材料具有優(yōu)秀的耐磨損性，但其與某些其它工業(yè)切削材料例如燒結(jié)碳化物材料相對較脆。可以預(yù)期鄰近工作表面的稍微較軟的區(qū)域具有降低刀具結(jié)構(gòu)體的剝落、斷裂或開裂的風(fēng)險。鄰近刀具結(jié)構(gòu)體的第一主邊界的較軟區(qū)域的形成可以由以下引起:在燒結(jié)步驟期間熔融催化劑材料從基底本體向聚集體中的滲透以及作為結(jié)果在超硬結(jié)構(gòu)和基底本體之間形成中間層，其中該中間層具有相對較高含量的催化劑材料。
[0027]根據(jù)本公開制造的刀具結(jié)構(gòu)體可以直接由燒結(jié)步驟而提供以期望的前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且其有可能具有如下特征:鄰近或限定前刀面的聚晶材料可以比該聚晶超硬材料的基本上剩余部分更軟。不同于在其它方法中，包括期望的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(其在燒結(jié)步驟中形成)的前刀面的主要區(qū)域不太可能需要隨后的通過磨削等的進(jìn)一步加工，因為其很可能已經(jīng)具有期望的尺寸規(guī)格。實際上，可能相當(dāng)難于在前刀面上實施這樣的燒結(jié)后加工而不冒損傷期望的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險。根據(jù)本公開制造的刀具鑲件有可能具有如下特征:充分良好的前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)尺寸精確度以及鄰近于或限定前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的聚晶超硬材料的稍微較軟的層，因此可能在使用中對刀具結(jié)構(gòu)體具有保護(hù)作用。
[0028]從第三方面來看，根據(jù)本公開提供了包含刀具結(jié)構(gòu)體的用于機床的鑲件。
[0029]在一些實例中，該鑲件可以包含連接至鑲件基部的刀具結(jié)構(gòu)體，例如通過連接材料如釬焊合金的層，包含超硬材料并且具有包括凹陷和或凸起的主要前刀面的該刀具結(jié)構(gòu)體在使用中能夠起斷屑槽的作用；即，該主要前刀面包括斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0030]下面參照附圖描述非限制性的實例設(shè)置，其中
[0031]圖1A顯示了用于機床的示例可轉(zhuǎn)位鑲件的透視圖；并且
[0032]圖1B顯示了圖1A中所示的可轉(zhuǎn)位鑲件的平面圖和截面圖，該截面對應(yīng)于A-A面。
[0033]參照圖1A和圖1B，用于機`床(未示出)的實例可轉(zhuǎn)位鑲件10包含釬焊至鑲件基部30的切割層20，該切割層20限定出具有斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前刀面12。鑲件10具有用于將鑲件10固定至機床的三個拐角14和中心銷孔13，在每個拐角14處形成的切削刃15。斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括布置在前刀面12的外刃周圍的脊線16，布置在脊線16附近的溝槽17以及在溝槽17中貼近每個拐角14的多個大致徑向布置的在凸起物18。
[0034]現(xiàn)在將描述制造實例PCBN和P⑶結(jié)構(gòu)的實例方法。
[0035]在一些實例中，超硬晶粒的聚集體可以包含基本上松散的超硬晶粒或者與用于將晶粒粘合在一起的粘合劑材料合并的超硬晶粒。聚集體可以包含金剛石或CBN晶粒并且可以按如下形式提供:多個片材、顆粒、薄片或粉末，其包含通過有機粘合劑保持在一起的平均尺寸為至少約0.1微米且至多約30微米的金剛石或CBN晶粒。包含在聚集體中的至少一些片材、顆粒、薄片或粉末也可以包括碳化鎢晶粒和或用于燒結(jié)金剛石或CBN的催化劑或粘合劑材料，或者催化劑或粘合劑材料的前體材料。該方法可以包括粉碎或以其它方式破碎片材以提供多個板狀顆?；虮∑?，它們可以被壓在一起抵靠著基底本體的構(gòu)造表面。在一些實例中，聚集體可以包括含超硬晶粒的擠壓體。在一些實例中，該方法可以包括提供包含超硬晶粒的漿料或糊料以及通過噴射模塑或澆鑄所述漿料或糊料來制造聚集體。
[0036]可以通過本領(lǐng)域中已知的方法來制造片材形式的聚集體，例如擠壓或流延成型方法，其中將包含金剛石晶粒和粘合劑材料的漿料置于一定表面上并且使其干燥。也可以使用制造含金剛石的片材的其它方法，例如美國專利號5，766，394和6，446，740中所述的方法。用于沉積含金剛石的層的替代方法包括噴涂法例如熱噴涂。在一些實例中，聚集體可以包含金剛石晶粒和用于金剛石的催化劑材料(如Co、N1、Fe、Mn)的混合物，可以將其通過磨削(例如球磨)將它們合并在一起，并且使用塑化劑粘合劑材料例如PMMA、DBP等澆鑄成片材。在一些實例中超硬晶粒是CBN晶粒并且超硬結(jié)構(gòu)可以包含PCBN材料。在此類實例中，聚集體可以包含氮化硼粉末與粘合劑材料(含T1、Al、W或Co)的混合物并且使用塑化劑材料將該混合物澆鑄成片材。
[0037]在制造P⑶刀具結(jié)構(gòu)體的實例方法中，可以提供包含通過有機粘合劑材料保持在一起的多個金剛石晶粒的聚集體。金剛石晶粒的平均尺寸可以是至少約I微米和或至多約20微米。該聚集體可以與基底本體的構(gòu)造表面接觸并且可以將該組合體包封在重疊的雙杯設(shè)置內(nèi)以形成預(yù)燒結(jié)組件。將該預(yù)燒結(jié)組件組裝到超高壓力爐(其也可以被稱為超高壓力壓機)的包殼(capsule)內(nèi)，在爐內(nèi)加熱以去除揮發(fā)性的氣體和或燃燒有機粘合劑材料，并且經(jīng)受至少約5.5GPa的壓力和至少約1300攝氏度的溫度，從而將金剛石晶粒一起燒結(jié)從而形成包含連接至基底本體的P⑶結(jié)構(gòu)的燒結(jié)構(gòu)造物(construction)。促進(jìn)金剛石燒結(jié)的至少一些鈷可以源自于燒結(jié)碳化物基底，因為存在于基底中的鈷粘結(jié)材料將在這些條件下熔化并且其中一些將滲入金剛石晶粒的聚集體中并且促進(jìn)它們的交互生長。在超高壓力下的燒結(jié)過程之后，可以從超高壓力設(shè)備回收連接至基底本體的構(gòu)造物表面的含PCD材料的燒結(jié)構(gòu)造物，并且從其去除包殼材料。
[0038]在一些實例中，該超硬結(jié)構(gòu)可以包含如國際申請?zhí)朩02007049140中所述的PCBN材料，并且可以通過包括如下步驟的方法制造:提供適合于制造PCBN的粉末狀組合物，該粉末包含至少80體積％的CBN顆粒和粉末狀的粘合劑材料，以及使該粉末組合物經(jīng)受碾磨。該組合物可以包含多于一種平均顆粒尺寸的CBN顆粒。在一個實例中，該CBN顆粒的平均尺寸可以是至多約12微米或至多2微米。粘合劑材料可以包括含有鋁、硅、鈷、鑰、鉭、鈮、鎳、鈦、鉻、鎢、釔、碳和鐵的一個或多個相。該粘合劑材料可以包括具有鋁、硅、鈷、鎳、鈦、鉻、鎢、釔、鑰、鈮、鉭、碳和鐵中的多于一種的均勻固溶體的粉末。然后可以通過在升高的溫度和壓力下壓制粉末而將研磨的粉末組合成形為預(yù)燒結(jié)體，并且可以使預(yù)燒結(jié)體經(jīng)受至少約5GPa的超高壓力和至少約1200攝氏度的溫度以燒結(jié)該粉末組合并且產(chǎn)生PCBN主體。
[0039]下面更詳細(xì)地描述非限制性的實施例以說明該方法。
[0040]實施例1
[0041]可根據(jù)給定機械應(yīng)用的要求以及考慮機床鑲件的預(yù)期形狀來設(shè)計斷屑槽表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造?？梢蕴峁┾捊Y(jié)燒結(jié)碳化物基底本體，其具有包含表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表面，所述表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互補(即相反)。可以通過加工基底的生坯而向所述表面上形成特征，即在將基底燒結(jié)以形成燒結(jié)碳化物主體之前?？梢酝ㄟ^將多個金剛石晶粒形成為抵靠基底表面的聚集體來制備預(yù)壓坯組件，并且將該組件包封在金屬夾套內(nèi)。所述金剛石晶?？梢跃哂兄辽偌sI微米且至多約20微米的平均尺寸并且聚集體對于所要產(chǎn)生的厚度至少為約I毫米的PCD層可以是充分厚的(即包含充分大數(shù)目的金剛石晶粒)?？梢允诡A(yù)壓坯組件經(jīng)受至少約5.5GPa的超高壓力和至少約1250攝氏度的溫度以熔化包含在基底本體中的鈷并且使金剛石晶粒彼此 燒結(jié)從而形成復(fù)合坯塊，該復(fù)合坯塊包含連接至基底所形成的PCD結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^將基底磨掉而將其基本上去除，并且可以在酸中處理該PCD結(jié)構(gòu)以便去除與其結(jié)合的殘余燒結(jié)碳化物材料和或以便將介于交互生長的金剛石晶粒之間的空隙區(qū)域內(nèi)的鈷浸出。從PCD結(jié)構(gòu)去除大量鈷很可能顯著增加該PCD結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性并且將很可能在使PCD材料釬焊至鑲件基部時降低該PCD材料劣化的風(fēng)險。可以在真空中通過有效的釬焊合金例如TiCuSil釬焊合金將該PCD刀具結(jié)構(gòu)體釬焊到燒結(jié)碳化物鑲件基部(即另一個燒結(jié)碳化物主體)的界面表面上，使第二主要表面鄰近于該界面表面附近布置并且使第一主要表面在該界面的對面暴露?？梢岳缤ㄟ^磨削來加工由此形成的復(fù)合坯塊以提供機床鑲件，該機床鑲件包含具有輪廓分明的斷屑槽特征的PCD刀具結(jié)構(gòu)體。
[0042]實施例2
[0043]可根據(jù)給定機械應(yīng)用的要求以及考慮機床鑲件的預(yù)期形狀來設(shè)計斷屑槽表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造?？梢蕴峁┾捊Y(jié)燒結(jié)碳化物基底本體，其具有包含表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表面，所述表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與斷屑槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互補(即相反)?？梢酝ㄟ^加工基底的生坯而向所述表面上形成特征，即在將基底燒結(jié)以形成燒結(jié)碳化物主體之前?？梢酝ㄟ^將多個金剛石晶粒形成為抵靠基底表面的聚集體來制備預(yù)壓坯組件，并且將該組件包封在金屬夾套內(nèi)。該聚集體也可以包括粉末的共混物，該共混物包含86重量％的CBN晶粒和粘合劑材料，所述粘合劑材料包含70.0重量％的Al、11.7重量％的Co和18.3重量％的W。所述CBN晶?？梢跃哂屑s12微米至約17微米范圍內(nèi)的平均尺寸并且該聚集體對于所要產(chǎn)生的厚度至少約I毫米的PCBN層可以是充分厚的?？梢允诡A(yù)壓坯組件經(jīng)受至少約5GPa的超高壓力和至少約1300攝氏度的溫度以燒結(jié)該聚集體從而形成復(fù)合坯塊，該復(fù)合坯塊包含連接至基底所形成的PCBN結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^將基底磨掉而將其基本上去除并且可以在酸中處理該PCBN結(jié)構(gòu)以去除與其結(jié)合的殘余燒結(jié)碳化物材料?？梢栽谡婵罩型ㄟ^有效的釬焊合金例如TiCuSil釬焊合金將該PCBN刀具結(jié)構(gòu)體釬焊到燒結(jié)碳化物鑲件基部(即另一個燒結(jié)碳化物主體)的界面表面上，使第二主要表面鄰近于該界面表面附近布置并且使第一主要表面在該界面的對面暴露?？梢岳缤ㄟ^磨削來加工由此形成的復(fù)合坯塊以提供機床鑲件，該機床鑲件包含具有輪廓分明的斷屑槽特征的PCBN刀具結(jié)構(gòu)體。
`[0044]將簡要說明本文中使用的某些術(shù)語和概念。
[0045]機床(machine tool)是電動的機械裝置,該機械裝置可用于通過機械加工來制造包含材料例如金屬、復(fù)合材料、木材或聚合體的部件，該機械加工是選擇性地從稱為工件的主體上去除材料。機床可以包含刀具鑲件(或簡稱為“鑲件”)，該刀具鑲件包含刀具結(jié)構(gòu)體，并且鑲件可以是可轉(zhuǎn)位的和或可替換的。
[0046]當(dāng)機床用于對工件進(jìn)行機械加工時，工件的碎片將可能被去除并且這些碎片被稱為“切屑”(chip)。切屑是被所用機床從主體的加工表面除去的主體的碎片?？刂魄行夹纬珊鸵龑?dǎo)切屑流是用于如下機加工的工具的重要特征:高生產(chǎn)率機加工，和或鋁、鈦和鎳的先進(jìn)合金的高表面光潔度機加工?？梢愿鶕?jù)各種機加工因素例如工件材料、切削速度、切削操作和所需的表面光潔度來選擇斷屑槽特征的幾何結(jié)構(gòu)。
[0047]刀具鑲件的前刀面是當(dāng)使用工具從主體上去除材料時切屑在其上流動的一個表面或多個表面，前刀面引導(dǎo)新形成的切屑的流動。前刀面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是前刀面的期望構(gòu)造，例如用于更有效的打斷和或去除切屑的構(gòu)造。
[0048]本文中使用的斷屑槽表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指工具(例如機床或其它工具)的鑲件的表面的構(gòu)造，當(dāng)使用工具來切割、鉆穿或機加工工件或其它主體時該構(gòu)造適合于控制形成的切屑的尺寸和形狀的特征。這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以包括在鑲件的前表面上形成的凹陷和或凸起特征，例如徑向或周向的脊線和溝槽。
[0049]本文中使用的超硬或特硬材料具有至少約25GPa的維氏硬度。合成和天然的金剛石、聚晶金剛石(P⑶)、立方氮化硼(CBN)和聚晶CBN (PCBN)材料是超硬材料的實例。合成金剛石(其也可被稱為人造金剛石)是已經(jīng)制造的金剛石材料。PCD結(jié)構(gòu)包含PCD材料或基本上由其組成，并且PCBN結(jié)構(gòu)包含PCBN材料或基本上由其組成。超硬材料的其它實例包括某些復(fù)合材料，其包含通過包含陶瓷材料例如碳化硅(SiC)的基質(zhì)或通過燒結(jié)碳化物材料例如Co結(jié)合的WC材料(例如，如美國專利號5，453，105或6，919，040中所述)結(jié)合在一起的金剛石或CBN晶粒。例如，某些SiC-結(jié)合的金剛石材料可以包含至少約30體積％的分散在SiC基質(zhì)(其可以含有SiC以外形式的少量Si)中的金剛石晶粒。SiC-結(jié)合的金剛石材料的實例記載于美國專利號7, 008，672; 6，709，747; 6，179，886; 6，447，852;以及國際申請
【發(fā)明者】J·J·巴里, T·P·莫拉特, R·W·N·尼倫 申請人:六號元素磨料股份有限公司, 六號元素有限公司