CN107405756A - 易碎的陶瓷结合的金刚石复合粒子以及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅，所述金刚石复合粒子具有如下组成：60‑90重量％金刚石、10‑40重量％碳化硅、≤2重量％硅。粒子通过如下工艺形成：在预固结工艺中形成团粒，在固结工艺中形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块或直接形成陶瓷结合的金刚石复合材料，以及后固结工艺，其中致密压块或陶瓷结合的金刚石复合材料被机械破碎而形成多个粒子。可以将惰性或活性材料并入致密压块中或涂布在团粒上来降低固结工艺中发生的金刚石与碳化硅结合的数量和程度，并且使陶瓷结合的金刚石复合材料更易碎并且容易破碎成复合粒子。
Description
技术领域
本公开涉及一种陶瓷结合的金刚石复合物。更具体来说，本公开涉及制造由金刚石、碳化硅和硅组成的陶瓷结合的金刚石复合物的方法，所述复合物易碎以形成金刚石复合粒子；以及涉及金刚石粒子本身。此类金刚石复合粒子的用途包括磨损应用，如研磨、切削和切割。
背景技术
在下述讨论中，提及某些结构和/或方法。然而，以下提及不应理解为承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确地保留显示此类结构和/或方法不作为本发明的现有技术的权利。
举例来说，从美国专利第4,874,398号；第4,948,388号；第4,985,051号；第5,010,043号；第5,106,393号；和WO 99/12867已知包含难熔碳化物或金属相(如碳化硅(SiC))结合的金刚石晶体的固体压块，这些专利各自以全文引用的方式并入本文中。一般来说，将此类材料成型为致密压块(或坯料)。然而，致密压块(或坯料)难以进行机械加工，包括机械破碎成微粒形式，并且致密压块通常被成型为接近网状(参见美国专利申请公开案2013/0167447，其以全文引用的方式并入本文中)，或必要时，通过例如切削工艺(如电子放电加工(EDM))使致密压块进一步成型为产品形状。
这些常规压块的典型用途和产品包括修整和整修磨轮；模具坯料，例如用于绞线、群聚(bunching)和压缩应用；磨损部件和喷嘴；以及高压研究压砧和背板。一般来说以及在以上应用中，将陶瓷结合的金刚石复合物成型为致密压块，其特征固有地限制其应用并且最小化或阻碍了以微粒形式使用的陶瓷结合的金刚石复合物的磨损和磨耗特性。
发明内容
需要一种改善的复合金刚石材料，其易碎成微粒形式且在引入磨损和磨耗应用中时具有高性能。如果陶瓷结合的金刚石复合物可以成型为微粒形式而非致密压块形式，那么可以实现大量用途，包括例如作为嵌入基质中或在表面上的粒子以向例如切削装置、切割刀具、磨轮、锯条等赋予磨耗和磨损相关特性。
制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性方法包括形成包含多个金刚石颗粒和硅粒子的金刚石原料；和对金刚石原料进行至少一个预固结工艺来形成团粒。所述方法还包括使用团粒在固结工艺中形成致密压块，其中所述致密压块包含陶瓷结合的金刚石复合材料，和在后固结工艺中机械加工所述致密压块，在所述后固结工艺中形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。
制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一个示例性方法包括形成包含多个金刚石粒子和硅粒子的金刚石原料，将金刚石原料与粘结剂和溶剂混合，以形成浆料，将浆料喷洒到液氮中，以形成多个冷冻的团粒，然后将所述冷冻的团粒冷冻干燥以从团粒去除溶剂，或将浆料喷洒到加热的腔室中以去除挥发性组分，以及在惰性或还原性气氛中加热团粒以从团粒去除粘结剂。所述方法还包括在惰性或还原性气氛中烧结多孔团粒来形成陶瓷结合的金刚石复合材料的砂粒，和机械加工所述砂粒来形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石粒子和反应结合到金刚石粒子的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。
制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一示例性方法包括形成包含多个金刚石颗粒、硅粒子和惰性材料粒子的金刚石原料，对金刚石原料进行固结工艺，所述固结工艺从金刚石原料形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，对致密压块进行后固结工艺，在后固结工艺中机械加工致密压块来形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子，以及使惰性材料粒子与多个陶瓷结合的金刚石复合粒子分离。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅，并且陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的目粒度是40/50至400/500并且韧度指数是40至100。
陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性实施方式包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含70-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-30重量％碳化硅、≤2重量％硅。
陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一个示例性实施方式包含多个陶瓷结合的金刚石粒子和惰性材料。陶瓷结合的金刚石复合物包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合物的组成为70-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-30重量％碳化硅、≤2重量％硅。
附图说明
优选实施方式的以下详述可以结合附图阅读，其中相同的数字表示相同的要素并且其中：
图1A和1B是陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性实施方式的SEM显微照片。
图1C是陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性实施方式的SEM显微照片，其中使用EDX进行组成分析。
图2是根据第一方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法的图示。
图3是根据第二方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一种方法的图示。
图4A和4B是根据第三和第四方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一方法的图示，并且所述方法包括附加工艺A至E。
图5是工艺A的图示。
图6是工艺B的图示。
图7是工艺C的图示。
图8是工艺D的图示。
图9是工艺E的图示。
图10是根据第五方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一方法的图示，所述方法中包括任选的表面改性工艺作为附加或进一步的工艺。
图11A和11B是放大5000倍的SEM显微照片，其示出了表面氧化之前(图11B)和之后(图11A)的金刚石粒子。
图12是根据第六方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的又一方法的图示，所述方法中包括涂布工艺作为额外工艺。
具体实施方式
本公开的制品和方法涉及呈现期望特性的陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子可以呈现相对较高水平的金刚石含量，这可能改善复合粒子的特性。根据本公开制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法包括形成具有多个金刚石颗粒和硅粒子的金刚石原料，和对金刚石原料进行至少一个预固结工艺来形成团粒。对团粒进行固结工艺来形成致密压块。在一个实施方式中，固结工艺包括高压高温工艺。所得的致密压块形成陶瓷结合的金刚石复合材料。所述方法还包括在后固结工艺中机械加工致密压块，在该后固结工艺中形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到金刚石颗粒的碳化硅。陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。
图1A至1B是陶瓷结合的金刚石复合粒子10的示例性实施方式的显微照片。图1C是陶瓷结合的金刚石复合粒子的示例性实施方式的SEM显微照片，其中使用EDX进行组成分析。图1A至1C中的显微照片通过扫描电子显微术(SEM)在各种放大率(图1A 100倍；图1B500倍；并且图1C 1000倍)下获得。SEM设备是Hitachi 2600，其中电压和工作距离分别设定在25kV和13mm。
陶瓷结合的金刚石复合粒子10包含通过碳化硅结合在一起的多个金刚石粒子。图1C中示出用能量分散X射线光谱术(EDX)绘制的复合粒子的图像，其中区分了Si的区域20(指示SiC的区域)与碳的区域30(指示金刚石的区域)。EDX绘制出碳的区域30通过连续的SiC基质20结合在一起，指示金刚石粒子通过碳化硅粘结剂烧结在一起。
在示例性实施方式中，陶瓷结合的金刚石复合粒子10的组成是80重量％(wt.％)金刚石、19重量％碳化硅和1wt％硅。碳化硅外的硅以从制造工艺剩余的残余量存在。陶瓷结合的金刚石复合粒子10的组分可以以如下范围内的其它适合的量存在：60-90重量％、或者70-90重量％、或者75-90重量％、或者79-81重量％或80重量％金刚石；10-40重量％碳化硅、或者≥12重量％或≥15wt％至≤20重量％或≤25重量％碳化硅；以及≤3重量％硅、或者>0重量％或≥1重量％至≤1重量％或≤2重量％硅。示例性组成具有85-90重量％金刚石；10-15重量％碳化硅；以及≤2重量％硅。陶瓷结合的金刚石复合物的组成可以通过任何适合的方法测定。然而，在本公开中，陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成通过X射线衍射技术使用Brucker AXS D8聚焦衍射仪使用Cu k-α辐射并且运行Jade v.9.3.2软件“EasyQuantitative”分析法来测定。陶瓷结合的金刚石复合粒子10的粒度(基于D50)是40微米至1000微米。
金刚石粒子可以是如下任何适合的金刚石粒子，其尺寸足够小使得可将其与其它组成原材料混合，随后形成陶瓷结合的金刚石复合粒子。金刚石尺寸使用Microtrac S3500粒度分析仪运行软件版本10.6.2测量并且使用体积平均值报道。金刚石粒子的典型尺寸在200微米以下至1微米以下范围内(基于D50)。在可选实施方式中，金刚石粒子可以具有双峰尺寸分布。举例来说，金刚石粒子可以具有如下双峰尺寸分布，其中第一部分的D50是5微米，并且第二部分的D50是20微米。还可以使用其它尺寸分布，如三峰尺寸分布。陶瓷结合的金刚石复合粒子成型后，原材料中存在的金刚石粒子的尺寸和任何尺寸分布一般保留在成型的陶瓷结合的金刚石复合粒子中，但因为制造工艺中发生的金刚石消耗和压碎，可能会发生尺寸的略微减小并且转换为较小的尺寸分布。
适合的金刚石颗粒的一个实例是单晶或多晶金刚石，即D50为100微米以下的金刚石颗粒。适合的金刚石的另一个实例是纹孔金刚石(pitted diamond)，即D50为100微米以下并且含有比典型单晶微米金刚石和多晶金刚石多的表面切削点的金刚石颗粒。与未处理的单晶或多晶金刚石相比，纹孔金刚石中的表面处理使表面积增加。纹孔金刚石具有增加的切削点，其改善主动切削特性(aggressive cutting properties)。此外，纹孔金刚石的较大的表面积如果通过后续制造(例如HPHT工艺)保留，则可以有助于提高陶瓷结合的金刚石复合粒子中金刚石与碳化硅之间的结合。US 8,182,562中公开适合的纹孔金刚石的一个实例，其全部内容以引用的方式并入本文中，并且纹孔金刚石可以以商标名HYPERIONTM从Diamond Innovations购得。
本文中所公开的陶瓷结合的金刚石复合粒子可以通过各种方法制造。一般来说，陶瓷结合的金刚石复合粒子通过如下方法形成：形成金刚石原料，在固结工艺和任选地一个或多个预固结工艺或后固结工艺中加工金刚石原料。
形成金刚石原料包括制备陶瓷结合的金刚石复合粒子的原材料的混合物。一般来说，金刚石原料包含金刚石粒子、硅粒子以及任选的惰性材料。
上述金刚石原料可以直接使用或可以在引入固结工艺前进一步加工。
固结工艺的一个实例是高压高温(HPHT)工艺，其中维持约2000-7500MPa的压力和约800-1600℃的温度通常不超过30分钟的时间段。在此期间发生反应结合过程，在该过程中，硅与金刚石反应形成金刚石粒子之间的碳化硅。碳化硅用作反应性结合剂并且是将陶瓷结合的金刚石复合粒子保持在一起的结构。HPHT工艺产生密度大于95％并且通常接近100％的致密压块。美国专利第3,141,746号；第3,745,623号；第3,609,818号；第3,850,591号；第4,394,170号；第4,403,015号；第4,797,326号和第4,954,139号中公开了其它详情和适合的HPHT工艺，所述专利各自的全部内容以引用的方式并入本文中。
固结工艺的另一个实例是在1300-1600℃、或者约1500℃下在受控的气氛中烧结。用于在这些固结工艺中烧结的受控的气氛通常是惰性或还原性气氛，如氩气、氢气、氮气或氩气、氢气和/或氮气的混合物或真空。在烧结期间，来自原料的金刚石粒子和硅粒子进行反应结合，在金刚石粒子之间形成碳化硅。碳化硅用作反应性结合剂并且是将陶瓷结合的金刚石复合粒子保持在一起的结构。因为烧结通常在比HPHT工艺中低得多的压力下进行，所以烧结不会引起如HPHT工艺中观察到的相同致密化程度，烧结材料的典型致密化为约50-75％，或者约65％。
固结工艺可以伴有一个或多个预固结工艺或后固结工艺。举例来说，预固结工艺可以引入压制(如冷等静压制)，以形成初始致密化的生坯，然后进行固结工艺。在示例性实施方式中，冷等静压制实现约50-75％、或者至少65％的初始致密化。在另一个实施例中，可以包括脱粘工艺以及固结工艺或可以作为单独的预固结工艺包括脱粘工艺。预固结工艺和后固结工艺的非限制性实例包括用惰性材料、金属合金或化合物涂布；第二加热工艺来对生坯进行预致密化和/或改善其强度；将粒子冷冻；以及例如在冻干工艺或喷雾干燥工艺中从粒子去除水或挥发性组分。
同样地，一般来说，陶瓷结合的金刚石复合粒子通过如下方法形成，其可以任选地包括减少固结工艺中发生的金刚石与碳化硅结合的数量和程度的附加或加工步骤。举例来说，在固结之前，原料(即金刚石粒子与硅粒子的混合物)中可以包含惰性材料来通过用惰性材料代替反应材料而降低固结工艺中发生反应结合的程度。在另一个实施例中，可以在固结工艺之前，将惰性或活性材料部分地涂布在原料的团粒上来抑制或阻止反应结合，否则该反应结合将在固结工艺中发生。在另一实施例中，粘结剂(如聚乙二醇(PEG))可以被引入工艺中并且可以辅助形成通过压制技术形成的生坯。
在公开的方法中，可以单独或组合使用的惰性材料的实例包括氧化物、碳化物、氮化物、铝酸盐、硅酸盐、硝酸盐、碳酸盐、二氧化硅(石英)砂以及立方氮化硼(cBN)。惰性材料的具体实例包括Al2O3、SiO2和SiC。在使用惰性材料时，惰性材料的D50为约1至50微米，并且以高达10重量百分数(重量％)、或者5至10重量％的量存在。目前相信惰性材料降低了致密压块中反应结合的数量和程度。预期减少的反应结合网络产生如下致密压块，该致密压块易碎成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子，并且相对于在无惰性材料或低于阈值量的惰性材料的情况下制造的致密压块具有降低的横向断裂强度。
作为SiC结合的材料，除陶瓷结合的金刚石复合物中的硅以外，还可以使用形成碳化物的其它活性材料，或用形成碳化物的其它活性材料来替换陶瓷结合的金刚石复合物中的硅。活性材料的实例包括碳化物形成金属，如Ti、Zr和Cr。添加这些活性材料可以形成除SiC以外的活性金属碳化物。这些其它碳化物(TiC、ZrC、Cr2C3)可以提供某种粘结作用，但可能形成强度低于SiC的结合，因此降低了致密压块的强度。可以添加优选0至25重量％的量的活性材料。可以使用这些活性材料中的一种或多种。
图2说明根据第一方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法。在所说明的示例性方法100中，形成金刚石原料110，在HPHT条件下加工来形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块120，以及机械加工到期望的粒度(基于D50)130。
金刚石原料的原材料可以包含：本文所公开的任何金刚石材料，包括单晶金刚石、多晶金刚石、纹孔金刚石和其组合；硅粒子；以及任选的氮化硅、氮化铝、六方氮化硼(hBN)和惰性材料。原材料组分的比例可以随着本文中不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。
因为步骤120中制造的致密压块无惰性填充材料，其具有接近100％的密度和超过900MPa的横向断裂强度，所以最先进行机械加工(例如通过机械破碎)是不期望的。而是在机械加工之前，例如通过EDM将致密压块首先切削成较小的碎片。另外地或可选地，可以包括从致密压块制造产品期间形成的过量材料作为机械加工步骤130中加工的包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块的来源，或该过量材料可以是机械加工步骤130中加工的包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块的唯一来源。将致密压块机械加工成期望的D50尺寸的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
图3是根据第二方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一种方法的图示。在说明的示例性方法200中，形成包含惰性材料的金刚石原料210，在HPHT条件下加工来形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料以及惰性材料的分散粒子的致密压块220，并且机械破碎到期望的粒度(基于D50)230。然后，使惰性材料与陶瓷结合的金刚石复合粒子分离240。
金刚石原料的原材料可以包含本文所公开的任何金刚石材料，包括单晶金刚石、多晶金刚石、纹孔金刚石和其组合；硅粒子；以及任选的氮化硅粒子和惰性材料，如本文所公开的任何惰性材料，在一个具体实施例中，惰性材料包含5至10重量％的砂、Al2O3、SiO2和SiC中的一种或多种，其中惰性材料的D50是1至50微米。原材料组分的比例可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。
与图2中说明的方法100中制造的致密压块相比，图3中说明的方法200中制造的致密压块由于致密压块内分散的惰性材料而易碎。此处，惰性材料降低了固结工艺中(例如步骤220中的HPHT工艺中)形成的金刚石与碳化硅结合的数量和程度。惰性材料引入了大量内部材料裂纹，所述裂纹充当应力集中位点并且降低了致密压块的破坏载荷，从而使其可以使用较低的所施加力破碎。可以然后在机械加工步骤230中加工此致密压块。将致密压块机械加工成期望粒度(基于D50)的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。因为在金刚石原料中包含惰性材料，所以机械加工致密压块来形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子所需的能量降低。此外，如果使用足够的惰性材料，那么致密压块不稳定，并且在极端情况下，不能维持在固结步骤中形成的形状。相反，致密压块散裂成陶瓷结合的金刚石复合材料的单独粒子或陶瓷结合的金刚石复合材料颗粒子的团聚物。散裂或其它粒子形成可以以机械方式加速。典型的粒度(基于D50)为20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm。
图4A是根据第三方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一方法的图示，并且所述方法包括可选和任选的工艺。所说明的示例性方法300是冷冻粒化工艺，其中将金刚石粒子、硅粒子、氮化硅粒子和粘结剂与液体(如水)混合成浆料310，并且通过一系列粒化步骤(例如工艺320至330)加工，形成用于其它工艺A至E中任一个中所用的团粒。团粒的一般特征包括多孔体(约40％孔隙率)，平均球度≥0.8，或者平均球度在≥0.85或≥0.9或≥0.95并且≤1.0之间，并且直径在25μm至2mm或者50μm至700μm范围内。
在粒化步骤310至330中，形成浆料并且加工形成团粒。浆料的原材料可以包含：本文所公开的任何金刚石材料，包括单晶金刚石、多晶金刚石、纹孔金刚石以及其组合；硅粒子；溶剂；以及粘结剂。粘结剂可以是促进流动特性或喷洒特性的任何适合粘结剂，其适用于其它加工步骤，同时还适用于促进烧结和生坯形成，因为该方法中将会使用这些可选工艺。举例来说，适合的粘结剂可以选自由聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)和石蜡以及其它物质组成的组。溶剂可以是水、乙醇、丙酮或根据与不同粘结剂和浆料加工系统的相容性选择的其它物质。示例性浆料组合物包含66重量％金刚石粒子、7.3重量％硅粉、1.5％PVA 4-88、0.5％PEG 400以及24.7％水；或者，粘结剂的量和分子量可以变化。浆料原材料组分的比例可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。
加工浆料来形成固化的团粒。如图4A中所鉴定的，示例性工艺320是将浆料喷洒到液氮中，这将使喷洒物的液滴冷冻而形成冷冻的团粒。此类冷冻的液滴倾向于形成球形团粒。预期球形团粒可以基本上是圆形的，并且平均球度≥0.8，或者平均球度在≥0.85或≥0.9或≥0.95并且≤1.0之间。
然后加工回收的团粒330来去除水或其它挥发性组分。在第一示例性工艺中，通过冷冻干燥工艺从回收的团粒去除水。
图4B是根据第四方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一种方法的图示，并且所述方法包括可选和任选的工艺。所说明的示例性方法350是喷雾干燥粒化工艺，其中将金刚石粒子、硅粒子和粘结剂与液体(如水)混合成浆料360，并且通过粒化步骤(例如工艺370)加工，形成用于其它工艺A至E中任一个中所用的团粒。团粒的一般特征包括多孔体(约25％孔隙率)(其孔隙率一般低于借助于冷冻粒化工艺加工的相同组成的孔隙率)，平均球度≥0.8，或者平均球度在≥0.85或≥0.9或≥0.95并且≤1.0之间，并且直径范围为1μm至2mm、或者25μm至250μm。
在粒化步骤360至370中，形成浆料并且加工形成团粒。浆料的原材料可以包含：本文所公开的任何金刚石材料，包括单晶金刚石、多晶金刚石、纹孔金刚石以及其组合；硅粒子；溶剂；以及粘结剂。粘结剂可以是促进流动特性或喷洒特性的任何适合粘结剂，其适用于其它加工步骤，同时还适用于促进烧结和生坯形成，因为该方法中将会使用这些可选工艺。举例来说，适合的粘结剂可以选自由聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)以及石蜡组成的组。溶剂可以是水、乙醇、丙酮或根据与不同粘结剂和浆料加工系统的相容性选择的其它物质。示例性浆料组合物包含66重量％金刚石粒子、7.3重量％硅粉、1.5％PVA4-88、0.5％PEG400以及24.7％水。浆料原材料组分的比例可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。
加工浆料来形成固化的团粒。如图4B中所鉴定的，示例性工艺360是一种喷雾干燥工艺，其包括将浆料喷洒到加热的环境例如加热到约200℃入口温度的加热腔室中(但温度可以视蒸发的溶剂和包括例如固体负荷的多种其它因素而变化)，这将去除浆料中的任何蒸发组分和液体并且形成团粒，所述团粒可以然后被回收用于进一步加工。挥发性组分的实例包括来自浆料的挥发性组分，如上文所讨论的任何溶剂。团粒倾向于形成球形团粒。预期球形团粒可以基本上是圆形的，并且平均球度≥0.8，或者平均球度在≥0.85或≥0.9或≥0.95并且≤1.0之间。
来自工艺330(图4A)和工艺370(图4B)的团粒可以用作预固结工艺的输入(或原料)。在图4A和4B中所说明的示例性工艺中，存在多个预固结工艺(工艺A至工艺E)，其可以独立使用或组合使用。
图5中示出工艺A 400，其并入第一预固结工艺。在工艺A中，用惰性材料涂布回收的团粒410，然后加工成生坯420。用惰性材料涂布410包括用非反应性材料、金属合金或化合物涂布，并且涂布可以抑制或阻止反应结合，否则所述反应结合将在后续固结工艺中发生，因此提高了产品的易碎性。形成生坯420涉及使用例如冷等静压制或其它适合的成型技术将回收的团粒(和任何涂层和其它组分，包括任何惰性和粘结材料)压制成期望形状。然后，通过例如在氢气气氛中加热到450℃后维持足以驱除粘结材料的时间来将生坯脱粘430。脱粘的生坯可以任选地在例如1000℃至1500℃下在第二加热工艺440中进一步加热来改善生坯的强度。
预固结之后，材料进入固结加工。举例来说，固结工艺可以并入形成由陶瓷结合的金刚石复合材料组成的致密压块的HPHT工艺450。但是，固结工艺前使用的材料、技术和工艺提高HPHT后的致密压块的易碎性。因此，致密压块可以通过将致密压块机械加工成期望的D50尺寸460来进一步加工成陶瓷结合的金刚石复合粒子。将致密压块机械加工成期望的D50尺寸的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
图6中示出工艺B 500，其并入第二预固结工艺。在工艺B中，用惰性材料涂布回收的团粒510，然后加工成生坯520。用惰性材料涂布510包括用非反应性材料、金属合金或化合物涂布，并且涂布可以抑制或阻止反应结合，否则所述反应结合将在后续固结工艺中发生，因此提高了产品的易碎性。形成生坯520涉及使用例如冷等静压制或其它适合的成型技术将回收的团粒和任何涂层(和其它组分，包括任何惰性和粘结材料)压制成期望形状。然后，通过例如在氢气气氛中加热到450℃后维持足以驱除粘结材料的时间来将生坯脱粘530。然后将脱粘的生坯引入烧结工艺540中，以形成陶瓷结合的金刚石复合材料，然后机械加工成具有期望粒度的陶瓷结合的金刚石复合粒子550并且回收。烧结工艺的非限制性实例的详情包括在0至75kbar(0至1.5GPa)之间的压力和在800℃至1600℃之间的温度下加工，其中在最大温度下的停留时间在1至60分钟之间。一个示例性工艺可以在30kbar(3GPa)、1500℃下进行，其中在最大温度下的停留时间是15分钟。烧结可以在惰性或还原性气氛中发生。将致密压块机械加工成期望粒度(基于D50)的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
图7中示出工艺C 600，其并入第三预固结工艺。在工艺C中，将回收的团粒加工成生坯610。可以从工艺330回收团粒并且可以加工以包括添加硅粒子、金刚石粒子和任选的未通过浆料和蒸发工艺加工的惰性材料。如在最初混合物中，所添加组分的类型和量可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。形成生坯610涉及使用例如冷等静压制或其它适合的成型技术将回收的团粒(和任何涂层和其它组分，包括任何惰性和粘结材料)压制成期望形状。然后，通过例如在氢气气氛中加热到450℃后维持足以驱除粘结材料的时间来将生坯脱粘620。脱粘的生坯可以任选地在例如1000℃至1500℃下在第二加热工艺630中进一步加热来改善生坯的强度。
预固结之后，材料进入固结工艺。举例来说，固结工艺可以并入形成由陶瓷结合的金刚石复合材料组成的致密压块的HPHT工艺640。但是，固结工艺前使用的材料、技术和工艺提升HPHT后的致密压块的易碎性。因此，致密压块可以通过将致密压块机械加工成期望的D50尺寸650来进一步加工成陶瓷结合的金刚石复合粒子。将致密压块机械加工成期望的D50尺寸的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
图8中示出工艺D 700，其并入第四预固结工艺。在工艺D中，将回收的团粒加工成生坯710。团粒可以以从工艺330回收的原样直接使用，以及可以加工以包括添加硅粒子、金刚石粒子和任选的未通过浆料和蒸发工艺加工的惰性材料。如在最初混合物中，所添加组分的类型和量可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。形成生坯710涉及使用例如冷等静压制或其它适合的成型技术将回收的团粒(和任何涂层和其它组分，包括任何惰性和粘结材料)压制成期望形状。然后，通过例如在氢气气氛中加热到450℃后维持足以驱除粘结材料的时间来将生坯脱粘720。然后将脱粘的生坯在烧结工艺730中加工来形成陶瓷结合的金刚石复合材料，然后机械破碎成具有期望D50尺寸的陶瓷结合的金刚石复合粒子740并且回收。烧结工艺的非限制性实例的详情包括在0至75kbar(0至7.5GPa)之间的压力和在800℃至1600℃之间的温度下加工，其中在最大温度下的停留时间在1至60分钟之间。一个示例性工艺可以在30kbar(3GPa)、1500℃下进行，其中在最大温度下的停留时间是15分钟。烧结可以在惰性或还原性气氛中发生。将致密压块机械加工成期望的D50尺寸的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
图9中示出工艺E 800，其并入第五预固结工艺。在工艺E中，将回收的团粒直接用于烧结工艺810中，形成陶瓷结合的金刚石复合材料，然后(任选地)机械加工成具有期望粒度的陶瓷结合的金刚石复合粒子820并且回收。团粒可以以从工艺330回收的原样直接使用，以及可以包括添加硅粒子、金刚石粒子和任选的未通过浆料和蒸发工艺加工的惰性材料。如在最初混合物中，所添加组分的类型和量可以随着本文不同地公开的而变化来实现待制造的陶瓷结合的金刚石复合粒子的期望组成。烧结工艺的非限制性实例的详情包括在真空或惰性或还原性气氛和在1450℃至1800℃之间的温度下加工，其中在最大温度下停留1至120分钟之间。烧结可以在惰性或还原性气氛中发生。将致密压块机械加工成期望粒度(基于D50)的技术的非限制性实例包括研磨、辊式研磨、辊压式研磨、锤磨、切削、压磨、喷射研磨以及球磨。典型的期望粒度(基于D50)在20至100微米(μm)、或者≥25μm、或≥30μm、或≥50μm至≤40μm、或≤50μm、或≤70μm、或≤80μm范围内。
在形成陶瓷结合的金刚石复合粒子之前或在形成陶瓷结合的金刚石复合粒子后将金刚石粒子的表面改性的任选工艺可以并入任何所公开的方法中。图10是根据第五方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一方法的图示，所述方法中包括任选的表面改性工艺作为附加或进一步的工艺。
在所说明的方法900中，一个任选的表面改性工艺是改变金刚石粒子的表面形态910。改变金刚石粒子的表面形态可以在如工艺A至E中的任何第一工艺步骤中形成或加工团粒之前发生。可以使用空气氧化或石墨化方法实现表面改性。举例来说，制造团粒的方法可以包括如下步骤：在预先确定的温度(如约550℃至约900℃)下在预设气氛(如流动的空气或流动的氧气)下处理多个金刚石粒子，使得金刚石粒子形成纳米级或亚微米级表面纹理。在另一个实施例中，可以用镍或镍合金借助于无电镀涂布法来涂布金刚石。Ni或Ni合金的重量百分率可以是5％至60％。涂布的金刚石可以在550℃至1000℃范围内的温度下在含有2-5％氢气和95-98％氮气的惰性气氛或流动的形成气体下经受提高的热处理。热处理的停留时间可以是30分钟至10小时来使得金刚石表面能够转化回石墨。因此，金刚石的表面形态可由于该返回转化而改性，并且在石墨清除后极粗糙表面纹理暴露。
在一个具体实施例中，D50为21.3微米的金刚石粒子的表面氧化在加热环境中在流动的空气(水分含量小于1％)下进行。将30克金刚石粒子装载到10”×4”尺寸的石英坩埚中，并且分配成均匀地覆盖坩埚的整个底部区域。然后将坩埚插在管式炉的中央。使用并入入口和出口的凸缘密封所述炉的两端。用塑料管将入口连接到气缸，并且使用塑料管将出口连接到通风罩。在气缸处装备有调节器来控制空气流。预先调节5PSI压力的空气流并且在整个实验期间提供。在加热器控制单元打开电源并且将温度设定在700℃，缓变率为每分钟15℃。将此实验的停留时间控制在1小时。停留时间后关闭加热器电源。在炉中在流动的空气下经过数小时将金刚石粒子冷却到100℃的温度。关闭空气流，打开出口侧的密封凸缘并且去除坩埚。收集金刚石粒子并且称重。在此实验中，重量损失为约10％。使用SEM进一步表征氧化的金刚石粒子。图11A中示出表面氧化的金刚石粒子的SEM影像，并且图11B中示出表面氧化前金刚石粒子的SEM影像。图11A中表面氧化的金刚石粒子的表面与图11B中所见的未处理的金刚石粒子具有不同表面纹理。图11A中表面氧化的金刚石粒子中的表面纹理由纳米级别和亚微粒级别的表面特征1000表征。相比之下，图11B中所见的未处理的金刚石粒子中的表面1010不具有表面纹理并且基本上是平滑的。将表面改性的金刚石粒子引入一些本发明实施方式中的团粒中。美国专利申请S/N.14/194,086公开与金刚石粒子的氧化方法有关的实施例、技术和参数，其全部内容以引用的方式并入本文中。
在所说明的方法900中，使用(任选改性的)金刚石粒子和硅形成团粒920。然后在HPHT条件下加工这些团粒来形成由陶瓷结合的金刚石复合材料组成的致密压块930，然后机械加工成期望的粒度940。加工成团粒、HPHT加工和机械加工可以通过工艺A至E中用于此类工艺的本文所公开的任何方法进行。
在所说明的方法900中，可以在如工艺A至E中的任一种中的机械加工步骤中形成粒子后在陶瓷结合的金刚石复合粒子上进行另一种任选的表面改性工艺950。在此任选的工艺950中，粒子的表面可以通过暴露于一种或多种化学品或化学溶液来形成纹理，这些化学品或化学溶液优选溶解或以其它方式腐蚀粒子的部分来增加粒子的表面积或孔隙率，其有益之处在于所制造的粒子中增加的表面积或孔隙率增加了切削点的数目并且改善粒子的主动切削特性。浸提是此任选的表面改性工艺950的一个实例。适合的浸提工艺的实例包括使粒子的一部分或全部在包含一种或多种酸(如硫酸和硝酸)的溶液中或在苛性碱溶液(如氢氧化钠或氢氧化钾或两者的混合物)中接触或浸没。对于平均直径是40至100微米的陶瓷结合的金刚石复合粒子，可以将粒子在室温下浸没在浸提溶液中多达72小时(或在高温和/或高压下较短的时间段)。
举例来说，在浸提工艺中，未反应的硅(或其它活性材料)和未反应的碳可以溶解，从而在表面上产生微孔。在组合比率为1:1的硫酸和硝酸溶液中，在室温下，浸提可能耗用多达72小时。在相同的溶液中，在200℃的高温下，浸提可能耗用约1-5小时。在氢氧化钠或氢氧化钾或比率为1:1的两者(其为熔融苛性碱混合物)中，在300℃的温度下，浸提可能耗用约小于1小时。回收金刚石复合粒子可以包括在去离子水中冲洗多个循环来去除残余酸或苛性碱化学品。
任选的涂布步骤可以并入任何所公开的方法中。图12是根据第六方面制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的另一种附加方法1100的图示，其中包括任选的涂布工艺1130作为本文在工艺A至E中公开的任何方法中形成陶瓷结合的金刚石复合粒子后(如在将致密压块机械加工成期望粒度或将陶瓷结合的金刚石复合材料机械加工成期望粒度1110并且通过使惰性材料与陶瓷结合的金刚石复合粒子分离来回收陶瓷结合的金刚石复合粒子1120的步骤后)的另一工艺。涂层可以是金属合金或化合物。举例来说，可以将金属(如Ni、Cr、Cu、Ti、Ag)以及其合金涂布在金刚石复合粒子上以用于金属结合或树脂结合轮。可以将金属化合物(如TiC或SiC)涂布在金刚石复合粒子上以用于金属结合或玻璃结合轮应用。这些涂层改善了粒子在结合基质中的保留并且使轮寿命提高。
在本文所公开的各方法中，在将致密压块机械破碎成期望粒度后，可以分离惰性材料并且可以收集所得的陶瓷结合的金刚石复合粒子以进行进一步使用，例如进一步用于制造用于磨损应用的产品，特别是需要高热稳定性的应用。此类产品的实例包括磨轮、锯条、切割刀具、研磨化合物、抛光化合物。
应注意，预期原材料、特别是固结工艺中存在的原材料不包含钴或已知在HPHT加工条件下促进金刚石与金刚石结合的其它难熔金属。此外，金刚石与金刚石结合比反应结合的碳化硅相对较强，因此更可能比其它易碎的反应结合的碳化硅保持得完整。
定量测量惰性材料和所公开的加工对致密压块的易碎性的贡献可以基于测量致密压块的横向断裂强度(TRS)(基于每单位面积的力报道)测定。来自工艺100、200和A-E中的每一个的压块如本文中所公开的制造。使用Instron 5800R通用测试机测量TRS，并且在室温下使用2.54mm/min的十字头位移率和20mm的测试固定装置的跨度对尺寸为30mm长×3mm高×4mm宽的测试条(从致密压块制备)执行3点弯曲测试，并且记录负荷与十字头位移。使用负荷-位移曲线的最高点通过以下关系计算TRS：
其中P＝最大负荷，l是测试固定装置的跨度，h是测试条高度，并且b是测试条宽度。表1中报道本文所公开的各种工艺的TRS值。
表1-鉴定的工艺中制造的致密压块的平均横向断裂强度(TRS)(+/-1个标准偏差)
如通过标准易碎性测试测量的，金刚石复合粒子的韧度可能是磨耗性能的一个因素。易碎性测试涉及在受控条件下球磨一定量的产品，并且将残余物过筛来测量产品的粒度减小。在室温下测量韧度指数(TI)并且100分是晶体的最高韧度。在很多情况下，晶体的韧度越大，晶体在研磨或加工或切割工具中的寿命越长，因此，工具的寿命越长。这使工具磨损得较少，最终使整体工具成本较低。
陶瓷金刚石复合粒子可以按尺寸根据标题为“Standard Specification forWire Cloth and Sieves for Testing Purposes(用于测试目的的筛布和筛的标准规范)”的ASTM规范EI 1-09分级。表2列出在目粒度40/50(400微米的D50)至目粒度400/500(35微米的D50)的尺寸范围中的陶瓷金刚石复合粒子的韧度指数数据。如各栏的标题指示的，通过本文所公开的各种工艺制造陶瓷金刚石复合粒子。因此，例如，通过压碎并且研磨不含惰性材料的HPHT烧结的复合物坯料，然后筛分成各种目粒度来制造用工艺100制造的陶瓷金刚石复合粒子。用工艺100制造的金刚石复合粒子的韧度指数值高达95，指示在本文所述的其它方法中其韧度最高。
表2-在各种目粒度下研磨的金刚石复合粒子的韧度指数(TI)
尽管本发明关于其优选实施方式描述，但本领域的技术人员应了解，可以在不背离权利要求书中所界定的本发明的主旨和范围的情况下进行未具体描述的添加、删除、修改和替换。
Claims (30)
1.一种制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法，所述方法包括：
形成包含多个金刚石颗粒和硅粒子的金刚石原料；
对所述金刚石原料进行至少一个预固结工艺，形成团粒；
在固结工艺中使用所述团粒形成致密压块，所述致密压块包含陶瓷结合的金刚石复合材料，以及
在后固结工艺中机械加工所述致密压块，在所述后固结工艺中形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到所述金刚石颗粒的碳化硅，并且
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金刚石原料包含多个金刚石颗粒、硅粒子以及惰性材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的目粒度为40/50至400/500并且韧度指数为40至100。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述金刚石原料与粘结剂和液体溶剂混合，以形成浆料；
加工所述浆料，以形成固化的团粒；以及
使用所述至少一个预固结工艺加工固化的团粒，
其中所述至少一个预固结工艺包括：
形成生坯，所述生坯包含所述固化的团粒，和
将所述生坯脱粘。
5.根据权利要求4所述的方法，其中加工所述浆料以形成固化的团粒包括将所述浆料喷洒到液氮中来形成多个冷冻的团粒，然后冷冻干燥所述冷冻的团粒来从所述固化的团粒去除溶剂。
6.根据权利要求4所述的方法，其中加工所述浆料以形成固化的团粒包括在加热的环境中喷雾干燥所述浆料来形成固态无溶剂的团粒。
7.根据权利要求4所述的方法，其中在形成所述生坯之前用惰性材料涂布所述固化的团粒。
8.根据权利要求4或7所述的方法，其包括第二加热工艺，其中将所述脱粘的生坯加热到1000℃至1600℃来改善所述脱粘的生坯的强度。
9.根据权利要求1、4和7中任一项所述的方法，其中所述固结工艺是HPHT工艺。
10.根据权利要求2或7所述的方法，其中所述惰性材料选自氧化物、碳化物、氮化物、铝酸盐、硅酸盐、硝酸盐以及碳酸盐。
11.根据权利要求20所述的方法，其中所述惰性材料的粒度(基于D50)为1至100微米并且所述惰性材料以1至10重量百分数(重量％)的量存在。
12.根据权利要求2或7所述的方法，其中所述惰性材料是立方氮化硼(cBN)。
13.根据权利要求2或7所述的方法，其中所述惰性材料选自Al2O3、SiO2和SiC，并且其中所述惰性材料的粒度(基于D50)为1至50微米并且所述惰性材料以1至10重量百分数(重量％)的量存在。
14.一种制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法，所述方法包括：
形成包含多个金刚石粒子和硅粒子的金刚石原料；
将所述金刚石原料与粘结剂和溶剂混合，以形成浆料，
将所述浆料喷洒到液氮中，以形成多个冷冻的团粒，然后冷冻干燥所述冷冻的团粒来从所述团粒去除所述溶剂，或将所述浆料喷洒到加热的腔室中来去除挥发性组分；
在惰性或还原性气氛中加热所述团粒来从所述团粒去除所述粘结剂；
在惰性或还原性气氛中烧结多孔团粒，以形成陶瓷结合的金刚石复合材料的砂粒；以及
机械加工所述砂粒，以形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石粒子和反应结合到所述金刚石粒子的碳化硅，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选70-90重量％、更优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的目粒度为40/50至400/500并且韧度指数为40至100。
16.根据权利要求14所述的方法，其还包括第二加热工艺，其中将所述脱粘的生坯加热到1000℃至1600℃来改善所述脱粘的生坯的强度。
17.一种制造陶瓷结合的金刚石复合粒子的方法，所述方法包括：
形成包含多个金刚石颗粒、硅粒子和惰性材料粒子的金刚石原料；
对所述金刚石原料进行固结工艺，所述固结工艺从所述金刚石原料形成包含陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块；
对所述致密压块进行后固结工艺，在所述后固结工艺中机械加工所述致密压块，以形成多个陶瓷结合的金刚石复合粒子；以及
使惰性材料粒子与所述多个陶瓷结合的金刚石复合粒子分离，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子包含多个金刚石颗粒和反应结合到所述金刚石颗粒的碳化硅，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含60-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-40重量％碳化硅、≤2重量％硅，并且
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的目粒度是40/50至400/500并且韧度指数是40至100。
18.根据权利要求1、4、14和17中任一项所述的方法，其还包括在形成所述金刚石原料或浸提所述多个陶瓷结合的金刚石复合粒子之前改变所述多个金刚石颗粒的表面形态，其中浸提包括使所述陶瓷结合的金刚石复合粒子与酸如硝酸和硫酸或苛性碱化学品如氢氧化钠或氢氧化钾接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中改变所述表面形态包括通过氧化或石墨化改变。
20.根据权利要求1、4、14和17中任一项所述的方法，其还包括用金属合金或化合物涂布所述多个陶瓷结合的金刚石复合粒子。
21.一种陶瓷结合的金刚石复合粒子，其包含：
多个金刚石颗粒；和
反应结合到所述金刚石颗粒的碳化硅；
其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的组成包含70-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-30重量％碳化硅、≤2重量％硅。
22.根据权利要求21所述的陶瓷结合的金刚石复合粒子，其中所述陶瓷结合的金刚石复合粒子的目粒度是40/50至400/500并且韧度指数是40至100。
23.根据权利要求21或22所述的陶瓷结合的金刚石复合粒子，其中所述金刚石颗粒具有双峰尺寸分布，其中第一部分的D50是约5微米，并且第二部分的D50是约20微米。
24.根据权利要求21或22所述的陶瓷结合的金刚石复合粒子，其中所述复合粒子的纵横比为1.2至5。
25.根据权利要求21或22所述的陶瓷结合的金刚石复合粒子，其中所述金刚石颗粒是单晶或多晶金刚石。
26.一种陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，其包含：
多个陶瓷结合的金刚石粒子；和
惰性材料，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合物包含多个金刚石颗粒和反应结合到所述金刚石颗粒的碳化硅，
其中所述陶瓷结合的金刚石复合物的组成是70-90重量％、优选79-81重量％、更优选80重量％金刚石、10-30重量％碳化硅、≤2重量％硅。
27.根据权利要求26所述的陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，其中所述惰性材料选自氧化物、碳化物、氮化物、铝酸盐、硅酸盐、硝酸盐以及碳酸盐。
28.根据权利要求26所述的陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，其中所述惰性材料选自Al2O3、SiO2和SiC。
29.根据权利要求26所述的陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，其中所述惰性材料是立方氮化硼(cBN)。
30.根据权利要求26、27、28和29中任一项所述的陶瓷结合的金刚石复合材料的致密压块，其中所述惰性材料的粒度(基于D50)为5至50微米并且所述惰性材料以1至10重量百分数(重量％)的量存在。
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