CN102918130A

CN102918130A - 用于研磨或切割工具生产的聚集磨料

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Publication number: CN102918130A
Application number: CN2011800255039A
Authority: CN
Inventors: 塞德里克·谢里登
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: EP2368959A1; WO2011117244A1; CN102918130B; AU2011231729B2; AU2011231729A1; US20130008092A1; US9321150B2; EP2550340B1; EP2550340A1

Abstract

形成了用于生产研磨或切割工具的聚集磨料粒（10）。每个聚集磨料粒包括磨料核心颗粒和设置在核心颗粒周围的多个磨料外围颗粒。用作核心颗粒（12）的磨料颗粒被提供有包含粘合剂的涂层。然后用那些用于变成聚集颗粒的外围颗粒（28）的颗粒来包围这些粘合剂涂布的核心颗粒（26）。将用外围颗粒包围的粘合剂涂布的核心颗粒加热至粘合剂发生软化的温度，使得引起外围颗粒附着于核心颗粒。

Description

用于研磨或切割工具生产的聚集磨料

技术领域

本发明总体涉及形成用于生产研磨或切割工具（abrading or cuttingtool）的聚集磨料粒（聚集磨料颗粒，aggregate abrasive grain）的方法。在下文中，“聚集磨料粒”或“聚集颗粒”等是指磨料或超硬磨料颗粒（超磨料颗粒，superabrasive particle）（“核心颗粒”），其通过化学键或机械方式附着于另外的磨料或超硬磨料颗粒（“外围颗粒”）。这样的聚集颗粒尤其可用于促进生产研磨或切割工具，例如钻头（drill bits）、插入件（插入物，insert）或用于钻头的切割元件等，以及用于改善上述工具的质量。

背景技术

用于切割和/或研磨的工具常规由适宜的基体材料（matrix material）制造，该基体材料具有埋置在基体材料内的微小磨料粒，如金刚石。基本上，通过常规粉末冶金技术来形成上述工具，其中磨料粒最初与以粉末形式的基体材料（例如，金属、合金、金属碳化物等、以及它们的混合物）和一些粘合剂混合，其后，压模混合物以粘结并使混合物成为所期望的工具形状。在所谓的热压法中，将混合物放入到具有待形成的研磨工具形状的模具中，并在较高压力和温度下压制以引起可烧结材料的烧结。根据“冷压和烧结”技术，首先在高压下将混合物压制成所期望的工具形状，其后在炉中在高温下烧制以烧结工具。作为这些压实技术的一种可替换方式，例如根据文献EP 0754106B1已知，以淤浆或糊的形式提供软且易变形的预制件，该淤浆或糊包含以粉末形式的基体材料、磨料粒和一些液体粘合剂相。随后烧结和/或渗透软且易变形的预制件。以这些或类似方式制造的工具通常被称为金属粘结的研磨或切割工具。

研磨或切割工具的效率和寿命尤其取决于在工具的表面或容积上磨料粒分布的均匀度以及取决于在包围基体材料内的磨料粒的保持强度。在按照任何上述技术制造的工具中，磨料粒是随机分布的，这意味着它们的一些可以彼此邻近，可能彼此接触，而工具的一些区域可以仅具有很小的磨料粒密度。事实上，这会负面影响工具的切割或研磨性能。

在整个基体材料中朝向磨料颗粒均匀分布的一个重要步骤是在美国专利3,779,726中教导的方法。此文献提出在有可烧结材料和粘合剂的粉末存在的条件下辗转磨料粒，同时在其上喷洒受控量的水。这样，每个磨料颗粒以这样的方式特殊地涂布有可烧结颗粒体（particulate mass）使得形成颗粒，所谓的“粒料”。随后在高压下（35吨/平方英寸，即大约500MPa），可能在与粒状金属粉末混合之后，将这些粒料压制成所期望的形状。本领域技术人员明了，将粒料与金属粉末混合可以引起在金属粉末和粒料之间的分离问题。用于单独涂布磨料粒的另一种方法披露于美国专利4,770,907中。此方法开始于制备以预定相对浓度溶解在有机溶剂中的所选金属粉末和粘合剂的淤浆。然后在工作容器中流化磨料粒核心并在流化期间将淤浆喷射在磨料粒核心上，从而在每个磨料粒上构建和干燥淤浆的通常均匀涂层。就颗粒分布而言，借助于WO 2008/025838A1的方法已实现进一步的改善，按照上述方法，形成了柔软、易变形糊，其具有分散在其中的超硬磨料颗粒，每个这些颗粒被单独结壳（包壳，镶嵌，encrust）在预烧结材料的涂层内。预烧结涂层保持超硬磨料颗粒彼此至少相距涂层厚度的两倍。这些涂层还防止在超硬磨料与挤出/注射模塑系统的模具或壁之间的直接接触。

美国专利申请2008/0017421A1披露了包裹颗粒，其封装（“壳层（shell）”）包含可烧结基体材料和磨料颗粒。基质的组成以及磨料颗粒在壳层中的类型、大小和密度可以取决于用于研磨或切割工具的规格而选择。为了产生具有类似量的壳层材料和大致相同尺寸的单独包裹颗粒，US2008/0017421A1表明在常规混合机中混合待包裹的颗粒、基质粉末和用于壳层的磨料颗粒，并用造粒机处理获得的混合物，其中混合物被挤压成短“香肠”形状，然后将其辊压成球（颗粒）并干燥。作为一种可替换方式，上述文献提出使用所谓的Fuji-Paudal造粒机，其披露于例如US4,770,907中。关于“香肠”方法，形成的颗粒并不是均匀的，以致需要选择大致相同尺寸的颗粒的步骤。这种方法具有另外的缺点：形成的每个颗粒不一定包含一个（以及仅一个）核心颗粒并且核心颗粒并不一定中心地位于其壳层内。因而，2008/0017421A1并不能生产在中心具有单个磨料颗粒的粒料。

US 4,770,907和US 3,779,726均没有披露可以用壳层颗粒来涂布核心颗粒的方法，其中上述壳层颗粒的大小接近核心颗粒的大小：壳层颗粒的平均直径与核心颗粒的平均直径的比率不应超过1/7。然而，当比率超过1/11时，利用上述方法已经遇到严重问题。如果待涂布的磨料颗粒和用作包围材料的颗粒呈现非常不同的密度（例如，金刚石：3.5g/cm³，粗WC：15.8g/cm³，熔融WC：16.4g/cm³），则产生另一个问题，因为颗粒倾向于分离。在Fuji-Paudal方法中，由密度差异引起的困难是尤为突出的。所获得的结果的质量另外取决于所涉及的颗粒的形状。

国际专利申请WO 2009/118381提出了用于产生聚集磨料粒的方法和装置，其中外围颗粒的直径可以接近核心颗粒的直径。按照此文献，用粘合剂涂布磨料核心颗粒，因此，上述粘合剂包含粘结剂和溶剂。将涂布有粘合剂的核心颗粒降落到磨料颗粒（其将变成聚集磨料粒的外围颗粒）的层上并用进一步的外围颗粒覆盖。然后通过引起溶剂蒸发，即通过让粘合剂凝固，来固化如此获得的聚集体。WO 2009/118381进一步披露了具有被多个较小外围金刚石包围的中心金刚石的聚集颗粒，其中较小外围金刚石借助于金刚石-金刚石键来附着于核心金刚石。

技术问题

本发明的一个目的是改善聚集磨料粒的生产。

应该指出的是，无论何时在本文中提及颗粒的大小或直径，这应当被理解为例如通过筛分确定的“平均大小”或“平均直径”。作为在磨料颗粒领域中的公知常识，我们将颗粒大小或直径表示为筛目大小的范围（利用ASTM标准），例如-20/+30筛目（其对应于约600至约850μm的颗粒直径）。还应指出的是，术语直径的使用并不用于暗示任何特定的颗粒形状（除非另有规定）。

发明内容

本发明提供了一种形成聚集磨料粒的方法，上述聚集磨料粒适用于生产研磨或切割工具，如例如切割片、钻头、钻头插入件、PCD片（tablet）等。每个聚集磨料粒包含（单个）磨料核心颗粒（abrasive core particle）和设置在核心颗粒周围的多个磨料外围颗粒（abrasive peripheral particle）。按照此方法，用作核心颗粒的磨料颗粒提供有包含粘合剂的涂层（优选具有低于下述温度的熔化温度，所述温度可达到可以加热核心颗粒而没有发生其恶化的温度）。然后利用用于变成聚集颗粒的外围颗粒的那些颗粒来包围如此获得的粘合剂涂布的核心颗粒。将用外围颗粒包围的粘合剂涂布的核心颗粒加热到粘合剂发生软化的温度，使得引起外围颗粒附着于核心颗粒。在冷却以后，可以使如此获得的“生”聚集颗粒进一步例如经受用颗粒体（particulate mass）进行的涂布、或经受烧结或硬焊（钎焊，brazing）。

优选地，在使得温度高于粘合剂的熔化温度以后，通过将核心颗粒降落（drop）到以粉末形式的粘合剂上，向核心颗粒提供包含它们的粘合剂的涂层。核心颗粒的加热导致与核心颗粒接触的粘合剂熔化并形成围绕核心颗粒的涂层。在这种情况下，施加于核心颗粒的包含粘合剂的涂层基本上由粘合剂组成。

可替换地，可以将包含粘合剂的涂层施加于核心颗粒上，作为包含粘合剂作为若干成分之一的可烧结颗粒体的壳层。除了粘合剂之外，可烧结的颗粒体还可以进一步包含例如准金属或金属颗粒（例如Cu、Co、青铜或其它合金颗粒）、碳化物颗粒（例如碳化钨或碳化硅颗粒）等。可以通过如在WO 2008/025838A1或WO 2008/025836A1中披露的方法，将可烧结颗粒体的上述壳层例如施加于核心颗粒上。

优选地，当用外围颗粒包围粘合剂涂布的核心颗粒时，包含粘合剂的涂层不含或至少基本上不含用于粘合剂的溶剂。如果用于粘合剂的溶剂用来形成围绕核心颗粒的可烧结颗粒壳层，则因此在用外围颗粒包围粘合剂涂布的核心颗粒以前，优选使用于粘合剂的溶剂蒸发（例如通过加热）。

为了外围颗粒的附着，本方法并不需要混合或流化步骤，在其期间，聚集颗粒将经受相对强大的机械力，从而在外围颗粒充分良好地附着于核心颗粒以前，最终导致聚集颗粒的分解。与此相反，在上述方法的实施期间，优选尽可能地避免在核心颗粒和外围颗粒之间的任何剪切力。

原则上，核心颗粒可以具有可达几毫米的直径（并且这不是恰好严格的限制）。优选地，核心颗粒的大小范围为14筛目（目，mesh）至60筛目（总是按照ASTM标准）。外围颗粒的大小范围优选为16筛目至400筛目（更优选25筛目至400筛目）。有利地，外围颗粒的大小小于核心颗粒。然而，外围颗粒的大小还可以可达核心颗粒的大小。上述方法还对颗粒形状基本上不敏感。

核心颗粒优选具有基本均匀的大小。类似地，外围颗粒具有基本均匀的大小。在本发明的范围内，当提及基本均匀的大小的颗粒时，这是指按照FEPA标准这些颗粒属于相同（单或双）类。“窄”或“单”类对应于-14/+16筛目、-16/+18筛目、-18/+20筛目、-20/+25筛目、-25/+30筛目、-30/+35筛目、-35/+40筛目、-40/+50筛目、-50/+60筛目、-60/+70筛目、-70/+80筛目、-80/+100筛目、-100/+120筛目、-120/+140筛目、-140/+170筛目、-170/+200筛目、-200/+230筛目、-230/+270筛目、-270/+325筛目和-325/+400筛目。“宽”或“双”类对应于-16/+20筛目、-20/+30筛目、-30/+40筛目、-40/+50筛目等。核心金刚石可以例如属于一个单或双类，而外围金刚石属于一个单类。

优选地，在加热期间或在加热以后，当粘合剂仍然较软时，使用外围颗粒包围的粘合剂涂布的核心颗粒经受（中等）压力。因而将外围颗粒推入包围核心颗粒的粘合剂中，其改善了外围颗粒与核心颗粒的附着。

粘合剂优选为有机（即碳化合物）粘合剂。它优选包含热塑性塑料（如例如聚乙烯醇缩丁醛或聚碳酸酯）、合成树脂和/或石蜡。优选选择粘合剂使得它的熔化温度远低于在没有恶化的情况下可以加热核心颗粒所达到的温度。优选地，粘合剂的熔化温度高于室温（约20°C）但低于200°C，更优选低于150°C以及还更优选低于100°C。

各种磨料颗粒可以用作核心颗粒，例如超硬磨料颗粒如天然或合成金刚石、CVD涂布的金刚石、多晶金刚石、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒等，或“常规”磨料颗粒如碳化钨（WC）颗粒、钨（W）颗粒、烧结碳化钨/钴（WC-Co）颗粒、铸造碳化钨颗粒（cast tungsten carbide particle）等，或包含上述材料的任何组合的磨料颗粒。核心颗粒还可以是聚集颗粒，例如用可烧结颗粒体的涂层单独包围或被结壳（包壳，镶嵌，encrust）在预烧结材料的涂层内的超硬磨料（超硬磨料，superabrasive），如那些披露于WO 2008/025838A1或WO 2008/025836A1中那些超硬磨料。使用具有包含可烧结或预烧结材料的涂层的磨料颗粒作为核心颗粒具有以下优点：最内部的磨料颗粒并没有与外围颗粒直接接触。

可用于核心颗粒的颗粒种类还可以用于外围颗粒，其中核心颗粒和外围颗粒可以具有相同或不同种类。如果外围颗粒包括对于预期应用不应彼此接触的每个磨料颗粒，则可以单独使用被结壳的或聚集颗粒作为外围颗粒。于是，上述外围颗粒的涂层可以防止它们的磨料核心彼此接触。

用外围颗粒包围粘合剂涂布的核心颗粒的步骤优选包括在外围颗粒的层上放置或降落粘合剂涂布的核心颗粒并用进一步（另外，further）的外围颗粒覆盖所放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒。最优选地，在用进一步的外围颗粒覆盖放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒以前，将放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒用液体浸润（例如通过喷射（喷涂））。上述液体可以是水或用于粘合剂的溶剂（例如甲醇、乙醇、丙酮等，其取决于所使用的粘合剂）。上述液体还可以是胶体。润湿粘合剂涂布的核心颗粒的主要好处在于，相对于包围外围颗粒，它们成为固定的，其可以显著降低通常较大核心颗粒与外围颗粒的分离（其可以起因于振动或起因于在核心颗粒和外围颗粒之间的密度的可能差异而发生）。

取决于粘合剂粉末的类型、粘合剂粉末的层的高度、当落入粘合剂粉末中时核心颗粒的动量等，降落的核心颗粒被粘合剂粉末完全淹没或它们保持在其表面。在后者的情况下，优选在降落以后立即用粘合剂粉末覆盖核心颗粒，以便确定核心颗粒被粘合剂完全涂布。

按照上述方法的优选实施方式，核心颗粒和外围颗粒是金刚石颗粒（天然或合成金刚石颗粒，可能CVD涂布的单晶或多晶）并且使用可烧结颗粒体（优选单独地）包围生聚集颗粒，上述可烧结颗粒体包含碳质颗粒，如例如纳米金刚石（可能具有爆轰（detonation）来源）、石墨、煤炭、焦炭、木炭颗粒、富勒烯等。如本文中所使用的，术语“纳米金刚石”是指尺寸小于100nm，优选小于50nm并且还更优选小于10nm的金刚石。优选按照在WO 2008/025836中披露的方法实现用可烧结颗粒体包围聚集颗粒。可烧结颗粒体可以包含金属或准金属颗粒，优选对碳具有化学亲和力的准金属或金属，如例如Si、Ti、Cr、V、Mn、Co等。在生聚集颗粒已被可烧结颗粒体包围以后，可以对它们进行高温处理。优选地，对它们进行高压高温处理（HPHT处理）。通常，在这样的HPHT过程中，压力范围为约4至约10GPa并且温度为约1000至约2000°C。

可以用金刚石（具有不同尺寸）作为核心颗粒和作为外围颗粒来实施上述方法。用包含碳质颗粒和Si颗粒的可烧结颗粒体来单独包围这些聚集颗粒。然后对用可烧结颗粒体包围的聚集颗粒进行HPHT处理，使得Si颗粒熔化并形成SiC和Si基质，其中通过SiC键来锚固（anchor）核心和外围金刚石。由此形成的颗粒在可达1200°C的温度下变成稳定的并极其抵抗侵蚀。

因此，本发明的一个令人感兴趣的方面涉及一种聚集磨料颗粒，该聚集磨料颗粒包含被多个外围金刚石包围的核心金刚石，所述外围金刚石通过基体材料的壳层附着于核心金刚石，其中所述基体材料包含SiC和/或Si颗粒，并且其中所述核心金刚石和所述外围金刚石通过SiC键被锚固在基体材料中。这样的聚集磨料颗粒可以例如用于研磨或切割元件，如例如研磨或切割插入件、钻头、切割片（cutting segment）等中。

附图说明

参照附图根据以下非限制性实施方式的详细描述，本发明的另外的细节和优点将是显而易见的，其中：

图1示意性地说明利用粘合剂涂布核心颗粒；

图2示意性地说明如何引起外围颗粒附着于粘合剂涂布的核心颗粒；

图3示意性地说明按照图1和图2的方法可获得的聚集颗粒；

图4示出如何可以进一步涂布聚集颗粒。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明方法的一个优选实施方式的聚集磨料粒10的形成。首先，提供用于变为聚集磨料粒10的核心颗粒12的颗粒。这些核心颗粒12优选为超硬磨料颗粒，如天然的或合成的金刚石、CVD涂布的金刚石、多晶金刚石、氮化硼颗粒等。可替换地，作为核心颗粒，可以选择磨料颗粒如碳化钨（WC）颗粒、钨（W）颗粒、烧结碳化钨/钴（WC-Co）颗粒、铸造碳化钨颗粒、以及类似颗粒。核心颗粒还可以是被结壳在预烧结材料的涂层内或被可烧结颗粒体的壳层包围的超硬磨料颗粒。为了产生上述颗粒，可以参见WO 2008/025836A1和WO 2008/025838A1。核心颗粒12（包括它们的可能的涂层）优选具有在14筛目和60筛目之间的基本均匀的大小，例如，-20/+30筛目、-20/+25筛目、-25/+35筛目、-30/+40筛目、-40/+50筛目等。

图1示出如何用粘合剂14来涂布核心颗粒12。为了实现这一点，在烘炉（烘箱，oven）16中（或通过任何其它适宜方式，例如，在红外光下，或通过用微波照射），将核心颗粒12加热到高于粘合剂14的熔化温度的温度（例如，100至250°C）。然后将热核心颗粒12（例如，从也加热的振动台）分开降落到粘合剂粉末14的层18中，其在传送带20上被向前移动。如果，如附图所示，降落的核心颗粒12没有被粘合剂粉末14完全淹没，则在降落以后，立即用粘合剂粉末覆盖它们，以便确定核心颗粒完全被粘合剂包围。这通过使粘合剂粉末18的层和降落的核心颗粒移动穿过粘合剂粉末14的幕22来实现。

核心颗粒12的热量引起与核心颗粒12接触的粘合剂颗粒14（至少部分）熔化并附着于其上，从而形成覆盖核心颗粒12的表面的粘合剂涂层。选择粘合剂颗粒，以便在室温（20°C）下为固体但具有相对较低的熔点。适宜的粘合剂粉末是热塑性聚合物的粉末，例如聚乙烯醇缩丁醛（例如Mowital^TM B16H或B30H）、聚碳酸酯、共聚碳酸酯（co-polycarbonate）（例如聚(碳酸亚烷基酯)共聚物，例如可获得为QPAC^TM）、合成树脂、和石蜡。

然后利用筛来将粘合剂涂布的核心颗粒26与多余的粘合剂分离，上述筛的筛目大小选择为在粘合剂颗粒12的直径至核心颗粒14的直径之间。因此，粘合剂粉末的颗粒尺寸优选选择为显著低于核心颗粒12的颗粒尺寸，以便能够简单地通过筛分来除去多余的粘合剂粉末。除去的多余粘合剂粉末被进料回到上述过程。

图2示出如何组装粘合剂涂布的核心颗粒26和用于变为外围颗粒28的颗粒。首先，用外围磨料颗粒包围粘合剂涂布的核心颗粒26。为此，从传送带30（或从振动台）将粘合剂涂布的核心颗粒26分开降落到外围颗粒28的层中。在传送带32上，外围颗粒28的层本身向前移动。降落的粘合剂涂布的核心颗粒26穿过外围颗粒28的幕34，以便完全包围粘合剂涂布的核心颗粒26。

为了避免粘合剂涂布的核心颗粒26和外围颗粒28的分离，在粘合剂涂布的核心颗粒26已降落到外围颗粒28的层上以后，喷嘴33在粘合剂涂布的核心颗粒26上喷射液体40。喷射的液体40可以例如是水。它还可以是或包含用于包围核心颗粒的粘合剂的溶剂（通常为醇如甲醇或乙醇、或丙酮等，其取决于粘合剂）。润湿粘合剂涂布的核心颗粒26和外围颗粒28使它们彼此足够地附着以防止（由传送带32的振动引起的）分离，同时它们并没有以更永久的方式彼此附着。

然后将粘合剂涂布的核心颗粒26和包围的外围颗粒28加热到粘合剂软化的温度。可以通过使传送带32穿过隧道式烘炉（隧道式烘箱，tunneloven）36来实施该步骤。可替换地，可以将粘合剂涂布的核心颗粒26和包围的外围颗粒28收集在接受器（容器）中并放入单独的烘炉中。在加热以后不久，使颗粒经受中等压力（例如，约50-300kg/cm²），以便将外围颗粒推入包围核心颗粒的仍然较软的粘合剂层中。在图2中，这示意性地说明在压机38处。应该指出的是，必须小心控制烘炉36中的温度，以便避免粘合剂液化并且通过毛细管作用将其扩散到包围的外围颗粒之间的间隙中。

然后冷却颗粒，使得已被推入核心颗粒的粘合剂涂层中的外围颗粒被截留并仍然附着于核心颗粒。利用筛42，将如此获得的聚集颗粒10（“生”聚集颗粒，由于仍然未烧制）与多余的外围颗粒分离。将多余的外围颗粒重复用于此过程。

图3是从图1和图2的过程获得的大钉似的（spiky）聚集颗粒10的示意图。

优选地，外围颗粒28具有在30筛目至400筛目之间的基本均匀的大小，例如，-60/+80筛目、-80/+120筛目、-100/+170筛目、-120/+200筛目、-140/+230筛目、-170/+325筛目、-230/+400筛目、-325/+400筛目等。为了尽可能均匀地用外围颗粒包围核心颗粒，与核心颗粒的直径相比，外围颗粒应具有较小的（inferior）直径。外围颗粒可以是超硬磨料颗粒，如天然的或合成的金刚石、CVD涂布的金刚石、多晶金刚石、氮化硼颗粒等。可替换地，作为外围颗粒，可以选择磨料颗粒如碳化钨（WC）颗粒、钨（W）颗粒、烧结的碳化钨/钴（WC-Co）颗粒、铸造碳化钨颗粒、以及类似颗粒。外围颗粒还可以是被结壳在预烧结材料的涂层内或覆盖有可烧结颗粒物质的壳层的超硬磨料颗粒。为了生产这样的颗粒，可以再次参见WO 2008/025836A1和WO 2008/025838A1。

可以与基体材料（如例如，WC、W₂C、黄铜、青铜、Ni、Fe、Co、Cu、CuMn、CuTi、或这些材料的混合物的颗粒）一起，将如此获得的“生”聚集颗粒10压制成所期望的工具形状，其后在炉中在高温下烧制以烧结该工具。可替换地，将聚集颗粒10和基体材料的混合物放入具有待形成的研磨工具的形状的模具中并在高压和高温下压制以引起可烧结材料的烧结。如果外围颗粒具有可烧结材料，例如钴、镍或青铜，其强烈键合于包围的基体材料，则认为这种选择是特别有用的。

可替换地，可以用包含可烧结材料的颗粒的可烧结颗粒体来包围“生”聚集颗粒10。图4示出聚集颗粒10'，其核心颗粒由被结壳在预烧结材料的涂层12b内的超硬磨料颗粒12a构成。优选按照在WO 2008/025836或WO 2008/025838A1中披露的方法，实现用可烧结颗粒体来包围聚集颗粒10或10'。外壳层44优选包含这样的颗粒，其化学/冶金键合于预烧结涂层12b和/或外围颗粒28（例如，在金刚石颗粒的情况下，CuMn和CuTi）。

实施例1：

按照上述方法利用金刚石颗粒（300ct的MBS 960，-40/+50筛目）作为核心颗粒和直径为75至106μm的碳化硅颗粒作为外围颗粒，来形成聚集磨料粒。在7分钟期间，在标准烘炉中将金刚石加热至100°C，然后使金刚石降落到精细石蜡粉末（<180μm）中。将石蜡粉末层保持在15°C以便避免粉末的任何附聚。利用300网筛来回收石蜡涂布的金刚石。然后从（未加热）振动台，使石蜡涂布的金刚石降落到碳化硅颗粒层中并在添加进一步的碳化硅颗粒以前用甲醇喷射，以完全覆盖石蜡涂布的金刚石。其后将所有颗粒收集在石墨模具中并在设定为45°C的标准烘炉中加热10分钟期间。在加热以后，立即使颗粒经受50kg/cm²的压力。在使批料冷却至10°C以后，非常轻地筛分颗粒并回收聚集颗粒。

实施例2

在此实施例中，将300ct的MBS 970-30/+40筛目金刚石加热7分钟期间至200°C，然后从加热振动台分开降落到精细QPAC^TM（颗粒尺寸小于250μm）的层上，将其保持在10°C。通过筛分来回收粘合剂涂布的金刚石并将其放置在10°C的振动台上，从所述振动台上使它们降落到熔融碳化钨颗粒（颗粒尺寸为45至150μm）的层中，并在它们被覆盖有熔融碳化钨颗粒的第二层以前用甲醇喷射。然后在隧道式烘炉中将颗粒加热至100°C，时间为10分钟，并在其后立即使其经受100kg/cm²的压力。在使颗粒已冷却至10°C以后，利用355筛目大小的筛来回收聚集颗粒。

将聚集颗粒放入转鼓中并利用包含38μm大小的CuTiSn预合金粉末（78.5%Cu、8%Ti和13.5%Sn）的颗粒体涂布。选择预合金粉末的量以对应于按体积计50%的聚集颗粒的碳化钨含量。然后用精细Keen^TM 10粉末（Cu-Fe-Co的共沉淀物，可获自Eurotungstene）涂布所涂覆的聚集颗粒以达到按体积计9%的金刚石浓度。

将颗粒冷压成用于切割轮的金刚石片（diamond segment）的形状并在900°C和250kg/cm²压力下在石墨模具中烧结。金刚石片的分析揭示了，在指定温度和压力条件下，CuTiSn的液相已渗入聚集颗粒（核心金刚石和包围的熔融WC颗粒）中，因而，通过金属-碳键，锚固核心金刚石和熔融WC颗粒。

实施例3

将300ct的MBS 970-25/+35筛目金刚石加热7分钟期间至250°C并在大气中在200°C下分散在振动台上。将金刚石分开降落到聚乙烯醇缩丁醛（Mowital^TM B16H）（颗粒尺寸小于250μm）的层上。通过筛分来回收粘合剂涂布的金刚石并在环境温度下（约20°C）将其放置在振动台上，从所述振动台上，将它们降落到MBS 960-40/+50筛目金刚石的层中，并在它们覆盖有MBS 960-40/+50筛目金刚石的第二层以前用甲醇喷射。然后在钢模具中将颗粒在10分钟期间加热至150°C，并使其经受100kg/cm²的压力。在颗粒已冷却至环境温度以后，利用850μm筛目大小的筛来回收聚集颗粒。然后，首先用爆轰来源的纳米金刚石的薄层，接着用3μm大小的Si颗粒，来涂布聚集颗粒，其中利用常规粘合剂（例如，甘油、甘油缩甲醛、纤维素、methocel^MT等）。计算Si颗粒的质量以达到按重量计10至12%之间的包含在聚集体中的金刚石。将如此获得的颗粒放置在胶囊（capsule）中用于HPHT压制并被纯石墨粉末包围。在45分钟期间，在氩气氛下，将颗粒加热至700°C，以几乎完全消除粘合剂。

然后将胶囊小心地引入到HPHT压机中并在1400°C下使其经受5.5GPa的压力5分钟。在此步骤期间，Si颗粒液化，渗透由核心金刚石和较小的外围金刚石构成的聚集颗粒，并与包围的金刚石形成SiC键。如此获得的复合颗粒在可达到约1200°C的温度下是稳定的并极其抵抗侵蚀。

利用在WO 2008/025836A1中披露的方法，用包含可烧结粉末的混合物（60%Co和40%WC）的颗粒体来涂布复合颗粒以产生按体积计浓度为25%的金刚石。然后在350kg/cm²和1000°C下以插入件的形状热压颗粒。然后将这些插入件焊接到用于石油钻井操作的钻头上。

为了读者的方便起见，下表可以将ASTM筛目大小转换成近似的颗粒直径：

虽然已详细描述了具体实施方式和实施例，但本领域普通技术人员将明了，根据披露内容的整体教导，可以对那些细节进行各种改进和替换。因此，所披露的特定安排仅指说明性的而不是用来限制本发明的范围，其给出了所附权利要求及其任何和所有等价物的全部范围。

图例：

10 聚集磨料粒

12 核心颗粒

12a 超硬磨料颗粒12a

12b 预烧结材料的涂层

14 粘合剂

16 烘炉

18 粘合剂粉末的层

20 传送带

22 粘合剂粉末的幕

24 筛

26 粘合剂涂布的核心颗粒

28 外围颗粒

30,32 传送带

33 喷嘴

34 外围颗粒的幕

36 隧道式烘炉

38 压机

40 喷射的液体

42 筛

44 外壳层

Claims

1.一种形成用于生产研磨或切割工具的聚集磨料粒（10）的方法，每个所述聚集磨料粒包括磨料核心颗粒（12）和设置在所述核心颗粒周围的多个磨料外围颗粒（28），所述方法的特征在于：

向所述核心颗粒（12）提供包含粘合剂的涂层以形成粘合剂涂布的核心颗粒（26）；

用所述外围颗粒（28）包围所述粘合剂涂布的核心颗粒（26）；

加热用所述外围颗粒（28）包围的所述粘合剂涂布的核心颗粒（26）以软化所述粘合剂并且以引起外围颗粒附着于所述核心颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使所述核心颗粒降落到以粉末形式的粘合剂（14）上，向所述核心颗粒（12）提供包含所述粘合剂的涂层，当被降落时，所述核心颗粒具有高于所述粘合剂的所述熔化温度的温度，以引起粘合剂与所述核心颗粒接触从而熔化并涂布所述核心颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述涂层基本上不含用于所述粘合剂的溶剂。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述涂层是包含所述粘合剂的可烧结颗粒体的壳层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述加热期间或在所述加热以后，当粘合剂（14）仍然为软的时候，将压力施加于用所述外围颗粒（28）包围的所述粘合剂涂布的核心颗粒（26）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述粘合剂（14）包含热塑性塑料和/或合成树脂和/或石蜡。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述核心颗粒（12）和外围颗粒（28）中的至少一种包含碳化钨颗粒或超硬磨料颗粒（12a），例如天然的或合成的，可能CVD涂布的金刚石、或氮化硼颗粒、或碳化硼颗粒。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，提供有包含所述粘合剂的涂层的每个所述核心颗粒（12）包括超硬磨料颗粒（12a），所述超硬磨料颗粒（12a）被单独结壳在预烧结材料（12b）的涂层内或被单独涂布有可烧结颗粒体的壳层。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，用所述外围颗粒包围所述粘合剂涂布的核心颗粒（26）包括将所述粘合剂涂布的核心颗粒放置或降落在所述外围颗粒（28）的层上并用进一步的外围颗粒覆盖所放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒。

10.根据权利要求9所述的方法，包括，在用进一步的外围颗粒覆盖所述放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒（26）以前，可能通过在所述粘合剂涂布的核心颗粒（26）上喷射液体，例如水或用于所述粘合剂的溶剂，来润湿所述放置或降落的粘合剂涂布的核心颗粒（26）。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，如果从属于权利要求2，其中，在所述降落以后，降落到所述粘合剂（14）中的所述核心颗粒（12）立即用许多所述粘合剂覆盖。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括用可烧结颗粒体涂布所述聚集磨料粒（10）。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述核心颗粒（12）和所述外围颗粒（28）是金刚石颗粒，可能是CVD涂布的金刚石颗粒，并且其中所述可烧结颗粒体包含碳质颗粒，如例如爆轰纳米金刚石和/或石墨颗粒和/或富勒烯等，所述可烧结颗粒体可选地进一步包括金属或准金属颗粒，如例如Si、Ti、Cr、V、Mn、和/或Co颗粒。

14.聚集磨料颗粒，包含：

被多个外围金刚石包围的核心金刚石，所述外围金刚石通过基体材料的壳层附着于所述核心金刚石，

其特征在于，所述基体材料包含SiC和/或Si颗粒，并且其中所述核心金刚石和所述外围金刚石通过SiC键被锚固在所述基体材料中。

15.研磨或切割元件，如例如研磨或切割插入件、钻头、切割片等，包含根据权利要求14所述的聚集磨料颗粒。