CN103038446A - 金属基质复合材料截齿及制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种采矿截齿（10）。该截齿（10）具有：本体（12），该本体（12）的至少一部分由包含分散在金属中的颗粒的金属基质复合材料形成；安装到所述本体（12）的切割元件（14）；从所述本体（12）延伸的柄部（16），该本体（12）的由金属基质复合材料形成的所述至少一部分被构造用以在挖掘操作期间提供屏障（20）。
Description
技术领域
本发明涉及用于采矿和挖掘目的的采矿截齿，并且具体地但不排外地涉及在使用时具有相对低的引燃其附近的可燃物质的倾向的采矿截齿。
背景技术
多种不同形式的设备和机器能够被采用以用于采矿和挖掘操作，诸如长壁采矿机。本发明的主要关注地下煤矿采矿，且该采矿类型中的一个主要的安全困难涉及矿中的燃烧或爆炸。这些能够由于采掘过程中产生的甲烷气体和煤灰（通常称为矿尘）而发生，甲烷气体和煤灰能够被困在矿中并且是易燃的。不利地是，煤矿采矿中使用的设备能够产生热和/或可能引起火的火花，这可能引起燃烧或爆炸，尤其与含有岩性（lithologies）的粗颗粒石英摩擦接触时。因此，重要的是，采取所有适当的步骤来最小化或消除引燃的风险。
用于在硬地中采矿或挖掘的设备能够包括旋转切割机，其中载有多个突出的切割刨刀或截齿的旋转滚筒与土壤表面接合。当截齿随滚筒旋转时，其咬入土壤表面中，以撞击该表面并从该表面脱落碎片土壤。截齿与土壤表面之间的高度剧烈接合能够产生热和/或火花。
被采用用于以上目的现有技术截齿一般具有通常通过硬焊（brazing）而固定到钢制柄部的硬质烧结的碳化钨头。碳化钨头与土壤表面之间以及钢制柄部与土壤表面之间能够产生火花，虽然通常来说在钢制柄部和土壤表面之间更可能产生火花。
发明内容
本发明的一些实施例可用于地下煤矿开采。因此，虽然容易理解的是，本发明可被采用用于其功能是合适的任何采矿或挖掘操作，但是关于该使用来描述本发明是便利的。
根据本发明的第一方面，提供了一种采矿截齿，该截齿包括：
本体；
本体的由金属基质复合材料形成的至少一部分，该金属基质复合材料包括分散在金属中的颗粒；
切割元件，该切割元件安装到本体；
柄部，该柄部从本体延伸；
本体的由所述金属基质复合材料形成的至少一部分被构造用以在挖掘操作期间提供屏障。
在一个实施例中，本体的由金属基质复合材料形成的至少一部分被构造用以提供邻近本体的远端设置的屏障，该屏障保护采矿截齿的设置在所述屏障和柄部的近端之间的至少一部分。该屏障可以保护柄部。
在一个实施例中，本体的由金属基质复合材料形成的至少一部分被构造用以在切割元件失效之后提供屏障。
在一个实施例中，本体的由金属基质复合材料形成的至少一部分形成邻近切割元件的本体的外部表面。该外部表面可以环绕切割元件。
在一个实施例中，与柄部的材料相比，所述金属基质复合材料具有更低的在挖掘期间导致邻近本体的可燃物质引燃的倾向。柄部的材料可以包括钢，或任何其它合适的材料。
在一个实施例中，与切割元件的材料相比，所述金属基质复合材料具有更低的在挖掘期间导致邻近本体的可燃物质引燃的倾向。
在一实施例中，与硬质合金相比，所述金属基质复合材料具有更低的在挖掘期间导致邻近本体的可燃物质引燃的倾向。
在一个实施例中，所述颗粒具有大于1000维氏硬度的硬度和大于约200G帕斯卡的模量。所述颗粒可以具有低于约100W/米/℃的热传导率。
在一个实施例中，所述金属具有与所述颗粒相比更小的硬度和模量。所述金属可具有大于约100W/米/℃的热传导率。
在一个实施例中，所述颗粒构成所述金属基质复合材料的20%和90%之间的体积。
在一个实施例中，所述金属构成所述金属基质复合材料的10%和80%之间的体积。
在一个实施例中，所述金属基质复合材料中的颗粒是碳化钨。该碳化钨颗粒可构成所述金属基质复合材料的约60%的体积。
在一个实施例中，所述颗粒包括钢。
在一个实施例中，所述金属包括铜、银和锌。所述金属可以包含65%至75%体积的铜、5%至15%体积的银和15%至25%体积的锌。
在一个实施例中，所述金属是铜。
在一个实施例中，所述金属基质复合材料包括碳化钨、钒、铬、硅、硼、碳化物形成元素、金属碳化物、铜、锌、锰、锡、铁和银中的至少一个。
在一个实施例中，所述金属基质复合材料构成本体。柄部可以具有嵌入在所述金属基质复合材料中的端部。可替代地，所述金属基质复合材料构成本体和柄部这两者。柄部可以与本体成一体。
在一个实施例中，切割元件被机械地附接到所述金属基质复合材料。切割元件中的至少一些的至少一个横向尺寸可以在朝本体内部的方向上增加。切割元件中的所述至少一些可以嵌入在所述金属基质复合材料中。
在一个实施例中，切割元件被以冶金方式附接到所述金属基质复合材料。切割元件可以由冶金高温硬焊而附接到所述金属基质复合材料。
在一个实施例中，切割元件由烧结粘结剂附接到所述金属基质复合材料。
在一个实施例中，切割元件的一部分被嵌入在所述金属基质复合材料中。
在一个实施例中，切割元件包括热稳定碳化硅金刚石复合材料（SCDC）。切割元件可以具有粘结到金属与所述SCDC反应的产物的表面。该产物可以被粘结到所述金属基质复合材料。
在一个实施例中，本体包括多个单块。所述单块可以包括金刚石、金属陶瓷、陶瓷和硬质合金中的至少一种。所述多个单块可以被嵌入在多个含碳化物的小球中，所述多个含碳化物的小球被嵌入在所述金属基质复合材料中。所述多个单块可以邻近本体的外部表面、靠近切割元件设置。
在一个实施例中，本体包括至少两个部分，每个部分均具有相应的金属基质复合材料，所述金属基质复合材料中的一个的成分不同于另一个金属基质复合材料的成分。所述部分中的一个部分可以设置在本体的远端处。所述至少两个部分中的另一个部分可以设置在本体的近端处。所述部分中的一个部分可以被设置在形成于该至少两个部分中的另一个部分中的凹口中。该凹口可以在其中设置切割元件。
在一个实施例中，本体包括环绕切割元件的材料环，该环的硬度等于或小于切割元件的硬度并且大于所述金属基质复合材料的硬度。
在一个实施例中，本体具有：设置在远端处的、包含金属基质复合材料的部分；和设置在近端处的、包含钢的另一部分。包括钢的所述部分可以与柄部成一体。
在一个实施例中，该采矿截齿被构造成镐形截齿。
在一个实施例中，该采矿截齿被构造成径向截齿（radial attackpick）。
在一个实施例中，该采矿截齿被构造为由一对配合元件而联接到采矿设备，该对配合元件在采矿截齿和采矿设备联接时接合，且该对元件中的每一个分别设置在柄部和设备中的一个上。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造采矿截齿的方法，该方法包括以下步骤：
将用于制造金属基质复合材料的粉末设置在模具中，所述模具具有与采矿截齿的本体的至少一部分互补的形状；
将所述粉末加热到一定的温度持续一段时间，以形成金属基质复合材料，所述金属基质复合材料具有所述本体的所述至少一部分的形状。
附图说明
参考附图，从以下本发明的仅作为示例的实施例的说明中，本发明的特征和优点将变得明显，其中：
图1示出根据本发明的一个方面的采矿截齿的实施例的侧视立面图；
图2示出根据本发明的一个方面的实施例的经由反应产物而粘接到金属基质复合材料体的切割元件的横截面图；
图3示出根据本发明的一个方面的实施例的被机械地附接到相应的本体的切割元件的示例的横截面图；
图4示出根据本发明的一个方面的实施例的切割元件和相应的本体的横截面图，其中，该本体包括多个非常硬的单块；
图5示出根据本发明的一个方面的实施例的切割元件和具有诸如硬质合金的非常硬的材料的环绕切割元件的连续环的相应的本体的横截面图；
图6示出根据本发明的一方面的实施例的具有包括第一部分和第二部分的本体的采矿截齿的实施例的侧视立面图，每个部分均具有相应的金属基质复合材料；
图7示出根据本发明的一方面的实施例的具有包括第一部分和第二部分的本体的采矿截齿的另一实施例的侧视立面图，每个部分均具有相应的金属基质复合材料；
图8示出根据本发明的一方面的具有包括钢和金属基质复合材料的本体的采矿截齿的另一实施例的侧视立面图；以及
图9是示出在截齿的相应的寿命方面，具有相应的金属基质本体部分的采矿截齿的两个实施例与现有技术采矿截齿相比导致引燃的概率曲线的视图。
具体实施方式
图1示出总体以附图标记10标示的采矿截齿的实施例的侧视立面图。该实施例是关于中心轴线对称的。该截齿具有本体12。在该实施例中，本体12由包含分散在金属中的颗粒的金属基质复合材料形成。但是，在一些其它实施例中，仅本体的一部分是由金属基质复合材料形成的。
该实施例的截齿10在其远端22处具有切割元件14，该切割元件14被构造用以在使用中切割、破碎、磨损、刨采或以其它方式将材料从岩层移除。岩层的示例包括诸如煤矿体的地质岩层和人造结构。切割元件14呈具有弹道形状（ballistic shape）的刀片或刀头形式。应理解，可使用任何合适的切割元件。该实施例中，刀片的一部分被设置在形成于截齿本体12的远端15处的凹口22中。该凹口由虚线示出。刀片14被附接到该凹口的侧壁和/或底壁。
截齿在其近端13处具有柄部16，该柄部16从本体12的近端26延伸。柄部是在截齿和采矿机器的旋转滚筒联接时接合的一对配合元件中的一个元件。该对元件中的另一个元件被设置在旋转滚筒上。柄部包括凹槽18。夹子接合该凹槽的肩部，以将截齿保持在滚筒处。柄部的一部分被嵌入金属基质复合材料本体中，且该部分由虚线示出。在该实施例中，柄部包括空气硬化钢，并且由高温硬焊连接到金属基质复合材料，但是柄部可由任何合适的材料形成。在另一实施例中，金属基质复合材料构成本体和柄部，并且柄部与本体成一体（如图1中在图中的具有圆化顶点的虚三角形被删除时所示）。与具有分开地形成并且随后联接的本体和柄部的截齿实施例相比，具有由不间断的金属基质复合材料制成的本体和柄部的截齿实施例在其制造过程中可以具有较少的步骤。
采矿截齿10被构造成镐型采矿截齿，然而，应理解，替代实施例可被构造为径向采矿截齿（radial attack mining pick）。
在图1的实施例中，切割元件14由硬质合金形成，所述硬质合金包括分散在金属钴（可替代地是，例如金属镍或金属铁）中的碳化钨颗粒，并且本体12由金属基质复合材料形成，所述金属基质复合材料包括分散在金属中的约60%体积的碳化钨颗粒。该实施例的金属包括约70%体积的铜、10%体积的银和20%体积的锌。在表1中列出用于在形成基质复合材料中使用的金属组分的五个其它示例，但应理解，存在很多在表中没有列出的其它成分。
表1一些替代性的金属成分的体积百分比。
| Cu | Zn | Mn | Ni | Ag | Sn | Pb | |
| 1 | 60-95 | 40-5 | (<10) | (<10) | |||
| 2 | 60-95 | 40-5 | (<10) | (<10) | |||
| 3 | 60-95 | 30-5 | 10-0 | (<10) | (<10) | ||
| 4 | 60-95 | 20-5 | 10-0 | 10-0 | (<10) | (<10) | |
| 5 | 60-95 | 35-5 | (<10) | (<10) |
申请人已经意外地发现，包括金属基质复合材料的本体12在与以高速度旋转的车间磨轮接触时不产生火花。该轮包括树脂粘结陶瓷。该轮模拟比截齿10在挖掘期间通常经历的环境更恶劣的环境。然而，在硬质合金切削刀头14与轮之间的接触产生火花。钢制柄部16与轮之间的接触产生火花的扩散。申请人还已经发现，包含分散在铜中的钢颗粒的金属基质复合材料本体还具有低的产生火花的倾向。这是非常出乎意料的，尤其是根据钢通常具有产生火花的倾向的事实。
申请人不确定金属基质复合材料本体产生火花的特别低的倾向的原因，然而，申请人具有这样的观点，即：金属基质复合材料内的金属可用作用于热量从接触点流动离开的连续路径，并且因此防止热的积聚和发生火花。
在使用中，刀头14接合岩层。从岩层切削下来的碎片可能接触邻近切割元件14地设置在本体的远端15处的金属基质复合材料外部表面20。外部表面20环绕切割元件14。金属基质复合材料表面20用作抵抗碎片的屏障，从而保护采矿截齿的设置在屏障20和柄部16的近端17之间的至少一部分。即使表面20的一些被磨损，暴露出来的金属基质复合材料仍提供屏障。如果切割元件深深地穿透岩层，并且本体跨越岩层被拖拽，则表面20将提供抵靠岩层的屏障。
如所述，金属基质复合材料屏障具有相对低的产生火花的倾向，并且碎片与外部表面20的接触不倾向于产生火花。通常，屏障20大大地降低了碎片撞击柄部16或例如截齿的可能存在引燃危险的任何其它部件的几率。
本体的远端26比柄部16宽，并且因此屏障提供了不仅包围柄部的防护碎片的区域。在图1的实施例中，受保护的区域约为柄部的宽度的1.3倍。其它实施例具有是柄部的宽度的3倍大的保护区域宽度。
相反地，在现有技术采矿截齿中，特别是那些具有由钢形成的本体的截齿中，可能在挖掘过程中发热和/或起火花。已经知道，热和/或起火花的截齿引燃矿中的甲烷和/或煤尘。因此，替代现有技术截齿地使用图1的截齿实施例可以例如大大地降低在挖掘期间摩擦引起的引燃的发生，而引燃在矿中是非常危险的。
切割元件在挖掘期间失效是常见的。例如，元件14可能在相邻于表面20处折断或从凹口22脱开。在该情形中，现在可以延伸以包括凹口22的表面的所述表面20提供了具有低的引燃可燃材料的倾向的耐磨屏障。即使本体随后被拖拽跨越岩层，这也不倾向于导致引燃。
在现有技术装置中，碎片可能磨损本体或柄部，使得截齿在刀头磨损之前变得不可使用。远硬于钢的屏障例如可以将柄部和/或截齿10的其它部分从碎片保护开，否则其将导致截齿过早地达到其工作寿命的尽头。相反地，在金属基质本体内使用超硬或特硬刀片提供了延长的刀具寿命和生产率。
将理解，在一实施例中，柄部和本体均可以由金属基质复合材料形成。
现将描述可以形成具有低的致使引燃的倾向的截齿的至少一部分的金属基质复合材料的一些特性。颗粒可以具有大于1000维氏硬度的硬度和大于约200G帕斯卡的模量。颗粒的热传导率可小于100W/米/℃。与颗粒相比，金属可具有更小的硬度和模量。在一些但不是所有的实施例中，金属的热传导率可以大于100W/米/℃，虽然在一些情形中，尤其是如果因为剧烈的挖掘，所以热需要快速地离开接触点的情形，则诸如铜的具有更高的热传导率（约400W/米/℃）的金属是优选的。金属基质复合材料可包括碳化钨、钒、铬、硅、硼、碳化物形成元素、金属碳化物、铜、锌、锰、锡、铁和银中的至少一个。颗粒可以构成金属基质复合材料的体积的20%至90%之间，而金属构成金属基质复合材料的体积的10%至80%之间。
可采用各种技术来将诸如14的切割元件安装到诸如20的本体。在图1的实施例中，硬质合金切割元件14由冶金高温硬焊而附接到金属基质复合材料12。在制造截齿10时，将含有将被包括在金属基质复合材料中的颗粒的粉末设置在模具中，所述模具具有与本体的至少一部分互补的形状，并且将切割部件设置在模具中并且与粉末接触。通常是小球形式的金属诸如铜被设置在粉末上。随后在熔炉中加热模具一段时间，导致金属熔化并且被渗透，并且粘合粉末以形成金属基质复合材料，该金属基质复合材料在冷却时永久地呈现出本体的形状，并且同时形成硬焊（braze）。熔炉的温度通常在900至1200摄氏度范围内，并且模具通常在熔炉内待5至90分钟之间。在制造使用银-锌-铜金属与碳化钨粉末一起制成的金属基质复合材料的情形中，熔炉温度约为1050摄氏度，而模具通常在熔炉中待45分钟。
可替代的，可通过烧结粘结剂而将切割元件附接到金属基质复合材料。在制作本实施例的截齿时，粉末和切割元件被设置在模具中，并且在熔炉中和低压大气下加热粉末的同时对粉末施加机械压力。所述粉末可包括钴、铁和碳化物中的至少一个。在加热期间，可以可选地将金属设置在模具中，以形成金属粘合剂。
在实施例中，切割元件包括在高于约750摄氏度的温度下在空气中分解的多晶金刚石复合片（PDC）。在该情形中，在截齿的制作期间，可以在模具中设置至少一个凹口形成元件，并且围绕该至少一个元件设置粉末。可以在使粉末呈现出本体的至少一部分的形状之后将该至少一个元件移除，从而在本体中提供凹口，而PDC切割元件可以被设置到该凹口中。然后，可以使用例如常规的银焊接技术来硬焊PDC切割元件。所述凹口形成元件可以包括例如石墨或砂。
采矿截齿的一个实施例具有包括热稳定碳化硅金刚石复合材料（SCDC）的切割元件。该切割元件具有涂敷有金属与SCDC反应的产物的表面，并且该产物被粘结到金属基质复合材料和切割元件。该情形中，在制作截齿期间，可以将形成碳化物和/或将碳溶入溶液的元素设置在模具中。SCDC切割元件使用例如采用化学或物理气相沉积工艺的沉积而事先涂敷有诸如钛、硅和钨的金属。在加热期间，形成了SCDC、金属涂层和金属基质复合材料之间的化学键合。在一些情况中，可对金属涂层施加镀层（另一涂层），诸如镍、铁或铜镀层。附加的镀层可以防止在加工期间氧化。图2示出经由在该情形中是金属碳化物34的反应产物而粘结到金属基质复合材料本体32的SCDC切割元件30的示例的横截面图。SCDC刀片的化学方式保持的其它方法包括碳化物和/或金刚石/碳的溶液形成元素的添加。这样的元素包括但不限于铬、钛和钨。在制作截齿期间，这些元素可被分散在粉末中，或更理想地局部地围绕SCDC刀片。在液态金属渗入期间，这些元素的输送通过碳化物的形成和/或通过将金刚石表面带入溶液中而粘结到金刚石。其它方法包括使用锰含量高的粘结剂或在渗入之前在SCDC处或周围局部地插入活性硬焊金属。
图3示出被机械地附接到相应的本体42的切割元件40的示例的截面图。嵌入在金属基质复合材料中的至少一些部分的至少一个横向尺寸在朝本体42内部的方向44上增加。嵌入在金属基质复合材料中的那一部分机械地与互补成形的凹口干涉，从而提供了切割元件40从本体42分离的阻力。通常，可以使用任何锥形、帽形或燕尾形几何形状。被嵌入在金属基质复合材料中的切割元件40的底部缓和地过渡到侧面，而不是具有例如由角部标示出的突然过渡。避免角部降低了应力集中，这有助于在挖掘期间降低金属基质复合材料破碎的可能性，尤其在切割元件的端部被嵌入到金属基质复合材料中的情形中，与诸如钢的其它材料相比，其可具有相对低的断裂韧性。
图4示出切割元件50和相应的本体52的示例的剖视图，其中，该本体包括多个非常硬的单块，诸如54。这可以改善本体的耐磨性。每个单块可以包括例如金刚石56、金属陶瓷58、陶瓷60和硬质合金62。在该实施例但不必在所有实施例中，多个单块54至62被嵌入在多个含碳化物的小球中，所述小球则被嵌入在金属基质复合材料52中。所述多个单块被邻近本体的表面设置。所述单块可以绕切割元件以环形布置。
在另一实施例中，金刚石或其它陶瓷颗粒能够被分散遍及整个金属基质复合材料或被添加到图4所示的由各个单块占据的表面位置。这些金刚石和/或陶瓷颗粒还能够被结合在含碳化物的小球中。
图5示具有切割元件70和相应的本体72的示例的横截面图，所述本体72具有包围切割元件的、诸如硬质合金的非常硬的材料的连续环。该环74可以由高温硬焊而被粘结到金属基质复合材料。该环74的硬度通常等于或小于切割元件的硬度并且大于金属基质复合材料76的硬度。环的益处包括与无添加物的金属基质复合材料相比，直接且改善的耐磨性。切割部件的最大宽度D1大于环74的内周D2。虽然整个截齿由硬质合金来形成对于耐磨性是有利的，但是这通常是造价惊人的。然而，图5的截齿实施例比图1的截齿实施例提供了更佳的耐磨性，并且可以仍旧是经济的。当使用SCDC切割元件时，可以不存在切割元件与金属基质复合材料之间的粘结。因此，由环74帮助机械保持，该环74具有小于切割元件的最大外周D1的内周D2。
图6示出具有本体82的采矿截齿80的实施例的侧视立面图，该本体82包括第一部分84和第二部分86，每个部分均具有相应的金属基质复合材料。第一部分84邻近本体的近端，并且可以包括比第二部分86的材料更软、更便宜和/或更容易制造的材料。第二部分86被设置邻近本体的远端并且邻近刀头88，并且因此比第一部分84更耐磨损。与具有包括硬金属基质复合材料的整个本体的截齿相比，该方法可以降低截齿80的成本。
图7示出具有包括第一部分94和第二部分96的本体92的采矿截齿90的另一实施例的侧视图，每个部分均具有相应的金属基质复合材料。金属基质96比金属基质94更易延展，从而增加切割元件98附近的韧性和抗断裂性，这可以降低邻近切割元件的金属基质复合材料的破裂和失效的可能性。这可以通过例如在部分96中含有铁、钢、铜、钨，或钼来实现。金属基质复合材料94可以比金属基质复合材料96硬，从而提供改进的耐磨性和金属基质复合材料96的保护。
图8示出采矿截齿100的另一实施例的侧视立面图。该实施例中，本体的近端101具有包含例如钢的部分102和在远端106处的、包含金属基质复合材料104的另一部分104。金属基质复合材料部分104可以是足够保护的并且可以降低截齿在使用时导致引燃的倾向。可以例如通过一对配合元件诸如在部分102和部分104中的每一个上的螺纹、收缩配合、化学或冶金粘结等来连接钢制部分102和金属基质复合材料部分104。可替代地，柄部和本体的钢制部分可以由单块钢来形成。在该实施例中，相对昂贵的金属基质复合材料中的一些已经被相对便宜的钢取代，从而降低成本。此外，截齿的远端106的构造可以在一系列实施例的范围内保持恒定，而近端108适于接合具有各种截齿联接构造的机器。
图9是示出在截齿的相应的寿命方面，与现有技术采矿截齿110相比，具有相应的金属基质本体部分的采矿截齿的两个实施例120、130致使引燃的概率的视图。一个实施例120具有硬质合金切割元件，并且另一实施例130具有碳化硅金刚石（SCDC）切割元件。该两个实施例120、130均在远端处具有本体的包含金属基质复合材料的至少一部分。当使用实施例120、130时，引燃的概率小于当使用现有技术截齿110时的概率。
现有技术截齿110具有仅包括钢的本体和硬质合金切割元件（刀片）。区域A对应于其中切割元件没有被显著地磨损的使用时段。区域B对应于其中切割元件呈现显著磨损的使用时段。在切割期间，随着硬质合金变钝并且产生更精细的颗粒，引燃的概率增加。区域C对应于在切割元件失效之后的时段。切割元件例如可能丢失或损坏，或被磨损到或接近本体和钢制本体暴露的程度。很可能发生起火花并且摩擦引燃的风险非常高。
虽然在图9中，区域B被示出为对应于现有技术设备110和实施例120的情形中相同长度的时段，但是在一些实施例中，耐磨金属基质复合材料事实上可以延长区域B，使得其比现有技术设备110的相应的区域B长。
诸如实施例130中的SCDC切割元件的SCDC切割元件与等同的硬质合金切割元件相比在显著更长的时段中保持锋利，并且没有呈现起火花的显著倾向。在截齿实施例130情形中，区域A比现有技术截齿的区域A长约10至100倍。区域A中的引燃的概率是低的。如果，万一SCDC刀片丢失（区域C）并且基质直接接触岩层，则引燃的概率显著低于现有技术截齿或具有金属基质本体部分并且硬质合金切割元件在适当位置（in place）的实施例的截齿的引燃概率。因此，考虑到延长的刀具寿命和生产率以及较低的引燃的概率，理想的是在一些情形中，使用具有SCDC切割元件和带有包括金属基质复合材料的至少一部分的本体的截齿实施例。
应理解的是，如果任何现有技术公开在此被引用，则这种引用不构成承认该公开形成本领域中在澳大利亚或任何其它国家的公知常识的一部分。
在所附的权利要求书中和本发明的上述说明书中，除了上下文由于表达语言或必要的含义而要求的，术语“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体在包括的意思下使用，即，在本发明的各实施例中，具体地列出特征的存在，但不排除其它特征的存在或增加。
应理解，对于本领域的技术人员来说，可以再不脱离本发明的精神和范围的情况下做出许多变型。例如，切割元件可以包括旋转切割刀具。
Claims (32)
1.一种采矿截齿，所述截齿包括：
本体；
本体的由金属基质复合材料形成的至少一部分，所述金属基质复合材料包含分散在金属中的颗粒；
切割元件，所述切割元件被安装到所述本体；
柄部，所述柄部从所述本体延伸；
所述本体的由所述金属基质复合材料形成的所述至少一部分被构造用以在挖掘操作期间提供屏障。
2.根据权利要求1所述的采矿截齿，其中，所述本体的由所述金属基质复合材料形成的所述至少一部分被构造用以提供邻近所述本体的远端设置的屏障，所述屏障保护所述采矿截齿的设置在所述屏障和所述柄部的近端之间的至少一部分。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体的由所述金属基质复合材料形成的所述至少一部分形成邻近所述切割元件的所述本体的外部表面。
4.根据权利要求3所述的采矿截齿，其中，所述外部表面环绕所述切割元件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，与硬质合金、所述柄部的材料和所述切割元件的材料中至少一种材料相比，所述金属基质复合材料具有更低的在挖掘操作期间导致邻近所述本体的可燃物质引燃的倾向。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体的由所述金属基质复合材料形成的所述至少一部分被构造用以在所述切割元件失效之后提供屏障。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述颗粒具有大于1000维氏硬度的硬度和大于约200G帕斯卡的模量。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述金属与所述颗粒相比具有更小的硬度和模量，并且所述金属具有大于约100W/米/℃的热传导率。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述颗粒构成所述金属基质复合材料的20%和90%之间的体积。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述金属构成所述金属基质复合材料的10%和80%之间的体积。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述颗粒是碳化钨，并且所述颗粒构成所述金属基质复合材料的约60%的体积。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述颗粒包括钢。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述金属包括65%至75%体积的铜、5%至15%体积的银以及15%至25%体积的锌。
14.根据权利要求1和12中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述金属是铜。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述金属基质复合材料构成所述本体，并且所述柄部具有嵌入在所述金属基质复合材料中的端部。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述切割元件被机械地附接到所述金属基质复合材料。
17.根据前一权利要求所述的采矿截齿，其中，嵌入在所述金属基质复合材料中的部分中的至少一些的至少一个横向尺寸在朝所述本体内部的方向上增加。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述切割元件被以冶金方式附接到所述金属基质复合材料。
19.根据前一权利要求所述的采矿截齿，其中，所述切割元件由冶金高温硬焊而附接到所述金属基质复合材料。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述切割元件由烧结粘结剂附接到所述金属基质复合材料。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述切割元件的一部分被嵌入在所述金属基质复合材料中。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述切割元件包括热稳定碳化硅金刚石复合材料（SCDC），且所述切割元件具有粘结到金属与所述SCDC反应的产物的表面，并且所述产物被粘结到所述金属基质复合材料。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体包括多个单块。
24.根据前一权利要求所述的采矿截齿，其中，所述单块包括金刚石、金属陶瓷、陶瓷和硬质合金中的至少一个。
25.根据权利要求23所述的采矿截齿，其中，所述多个单块被嵌入在多个含碳化物的小球中，所述多个含碳化物的小球被嵌入在所述金属基质复合材料中。
26.根据权利要求23所述的采矿截齿，其中，所述多个单块邻近所述本体的表面设置。
27.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体包括至少两个部分，每个部分均具有相应的金属基质复合材料，所述金属基质复合材料中的一个的成分不同于另一个金属基质复合材料的成分。
28.根据权利要求27所述的采矿截齿，其中，所述部分中的一个部分被设置在所述本体的远端处，并且所述部分中的另一个部分被设置在所述本体的近端处。
29.根据权利要求27所述的采矿截齿，其中，所述部分中的一个部分被设置在形成于所述部分中的另一个部分中的凹口中。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体包括围绕所述切割元件的材料环，所述环的硬度等于或小于所述切割元件的硬度并且大于所述金属基质复合材料的硬度。
31.根据前述权利要求中的任一项所述的采矿截齿，其中，所述本体具有：设置在远端处的、包含金属基质复合材料的一部分；和设置在近端处的、包含钢的另一部分。
32.一种制造采矿截齿的方法，所述方法包括以下步骤：
将用于制造金属基质复合材料的粉末设置在模具中，所述模具具有与采矿截齿的本体的至少一部分互补的形状；
将所述粉末加热到一定的温度持续一段时间，以形成所述金属基质复合材料，所述金属基质复合材料具有所述本体的所述至少一部分的形状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130410 |