CN1305625C - 制造金刚石工具的氢焊方法以及该方法所用弧形氢焊装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来制造金刚石工具的、能够避免金刚石氧化和碳化的氢焊方法，以及该方法所用的弧形氢焊装置。该装置具有：一加热单元包括外壁、从一入口到一出口水平地连接的第二耐热芯管和一用于加热从入口移动到出口的钎焊物的加热装置；一供应单元，包括第一耐热芯管以将钎焊物移动到入口内，其中第一耐热芯管与入口相连并从入口倾斜向下延伸；一冷却单元，包括第三耐热芯管和一冷却装置，该冷却装置用来冷却从出口经第三耐热芯管移动的钎焊物，其中第三耐热芯管与出口相连，并从出口倾斜向下延伸；一移动单元，通过一个位于第一、第二和第三耐热芯管内部的输送机而移动钎焊物；一氢气供应单元，用以向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气。

Description

制造金刚石工具的氢焊方法以及 该方法所用弧形氢焊装置
技术领域
本发明涉及一种制造金刚石工具的氢焊方法以及该方法所用氢焊装置。特别是，本发明涉及一种在弧形氢焊装置中制造金刚石工具的氢焊方法，以及该方法所用到的弧形氢焊装置。
本申请要求以2003年9月15日申请的申请号为2003-63736和申请号为2003-63737的韩国专利申请为优先权，其中的内容在此全部引入作为参考。
背景技术
金刚石工具被用于工程、建筑以及石材工业。尤其是，金刚石工具被制作成为各种用来钻、锯、磨等的工具。
图1是一个传统金刚石工具的透视图。这里，金刚砂1通过粉末冶金途径制造出金刚石烧结块2，然后将金刚石烧结块2粘结到金属板3上。
金刚石工具应当调整基体性能以固定金刚石磨块，金刚石磨块的内嵌数量跟工件、装置和工作条件有关。金刚石工具的加工过程也需要很长时间。而且，因为金刚石块在加工过程中有磨损，金刚石磨粒断裂和在加工部分脱离，引起额外磨损，降低了金刚石工具的加工效率。
图2是在直接将金刚石颗粒粘结到金属板上后再用钎焊方法将其固定到金属板上的金刚石工具的透视图。
焊接方法是通过熔化和冷却填料而将金刚石颗粒11固定到金属板13上的方法。对于焊接方法中的填料，经常用的是具有高粘结强度的镍基填料。但是，镍基填料的熔融温度大约为1050～1150℃，所以存在这样的问题：在此温度范围内，金刚石可能会被氧化和碳化。
天然金刚石是一种性能稳定的材料，在高温下不易氧化和碳化。然而，在温度约为500℃时，用于制造金刚石工具的人造金刚石就会被氧化。而且，当温度升高，由于镍和其他内含的金属的存在，人造金刚石会被碳化。这样，人造金刚石不会具有足够的强度。
因此，应当运用在真空中焊接的方法以避免金刚石的氧化现象。可是，当在此方法中使用有高粘结强度的镍基填料时，由于镍基填料的高熔融温度，难以避免金刚石的氧化和碳化。氧化的作用使金刚石颗粒的尺寸减小，只有金刚石颗粒的未氧化部分起着金刚石工具的作用。同时，碳化使金刚石颗粒变为石墨，所以，碳化金刚石颗粒不会实现金刚石工具的作用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种制造金刚石工具的氢焊方法，以及该方法所用的能够防止金刚石颗粒氧化和碳化的弧形氢焊装置。
本发明的一个实施例在于提供一种弧形氢焊装置，该装置包括一加热单元，一供应单元，一冷却单元，一移动单元以及一氢气供应单元，其中，所述的钎焊物是多个金刚石颗粒直接粘结其上的金属板。加热单元包括一外壁、一个从入口到出口水平地连接的第二耐热芯管、以及一加热从该入口向该出口移动的钎焊物的加热装置，其中的入口和出口形成在外壁的两侧，一绝热元件设置于外壁的内部。供应单元包括第一耐热芯管以将钎焊物移动到入口内，其中第一耐热芯管与入口相连并从入口倾倾斜向下延伸。冷却单元包括第三耐热芯管和一冷却装置，该冷却装置用来冷却从出口经第三耐热芯管移动的钎焊物，其中第三耐热芯管与出口相连，并从出口倾倾斜向下延伸。移动单元用一个在第一、第二和第三耐热芯管内部的输送机移动钎焊物。氢气供应单元向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气。加热装置最好是一个位于第二耐热芯管顶部和底部的非金属加热元件。加热单元最好还具有位于第二耐热芯管顶部的多个温度传感器。冷却装置最好是一些围绕着第三耐热芯管的水冷套筒。移动单元最好是具有一个网带的输送机。氢气供应单元最好是能够向第一、第二和第三耐热芯管供应经提炼的氢气的氢气提炼炉。
更理想的弧形氢焊装置选择如下：选用具有6个9纯度的提炼的氢气，加热单元的加热温度和加热时间确定为1050℃加热20分钟，或1060℃加热10分钟，所针对的对象是镍基或银基填料，G1650或G1700金刚石。
根据本发明的一个实施例，一种用所述弧形氢焊装置焊接金刚石工具的焊接方法，其中，钎焊物是将多个金刚石颗粒直接粘结其上的金属板，其中，所用的装置包括：一加热单元，包括一外壁、从入口到出口水平地连接的第二耐热芯管和一加热从该入口向该出口移动的钎焊物的加热装置，其中的入口和出口形成在外壁的两侧，一绝热元件设置于外壁的内部；一供应单元，包括第一耐热芯管用以将钎焊物移动到入口内，其中的第一耐热芯管与入口相连并从入口倾倾斜向下延伸；一冷却单元包括第三耐热芯管和一冷却装置，该冷却装置用来冷却从出口经第三耐热芯管移动的钎焊物，其中第三耐热芯管与出口相连，并从出口倾倾斜向下延伸；一移动单元用于通过在第一、第二和第三耐热芯管内部的输送机而移动钎焊物；以及一氢气供应单元用于向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气；该方法包括下列步骤：通过氢气供应单元向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气；通过第一和第三耐热芯管排出比氢气重的气体；将散布有填料的钎焊物经过供应单元移动到加热单元中；在加热单元内加热钎焊物，从而融化填料；移动钎焊物通过冷却单元从而冷却熔融填料。该方法还包括：通过氢气提炼炉提炼氢气。所用到的是经提炼具有6N纯度的氢气，镍基或银基填料，以及G1650和G1700金刚石。而且，加热单元的加热时间和加热温度分别为1050℃保温约20分钟，或1060℃保温约10分钟。
如上所述，根据本发明，因耐热芯管中填满了氢气，制造金刚石工具的氢焊方法和实现上述功能的氢焊装置避免了金刚石颗粒在高温下的氧化和碳化。特别是，制造金刚石工具的氢焊方法和实现上述功能的氢焊装置通过输送高纯度的氢气而避免了当焊接温度升高时的金刚石颗粒的氧化和碳化。
附图说明
通过参考下面结合附图的叙述，本发明的以上以及其他的特征和优点将变得更加明显。
图1是传统金刚石工具的透视图；
图2是在直接将金刚石颗粒粘结到金属板上后用焊接方法将其固定到板上的金刚石工具的透视图；
图3是根据本发明的一个实施例的弧形焊接装置的侧视图；
图4沿图3的IV-IV线的加热单元的横截面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例作出详细解释。
图3是根据本发明的一个实施例的弧形焊接装置的侧视图。
参考图3，本发明的焊接装置包括供应单元110，加热单元120，和顺序相连的冷却单元130，其中，各单元110、120和130分别有耐热芯管111、121和131。
要求钎焊物是金刚石颗粒直接粘结其上的金属板。通过移动单元140，钎焊物从供应单元110经由加热单元120移动到冷却单元130。特别是，钎焊物在耐热芯管111、121和131中移动。
例如，在本说明书中，具有G1300品级的金刚石(以下用“G1300金刚石”表示)其室温冲击韧性指标(以下用“T.I”表示)为40～45，其热冲击韧性指标(以下用“T.T.I”表示)为30～38。另外，具有G1650品级的金刚石(以下用“G1650金刚石”表示)其T.I为66～70，其T.T.I为55～60。另外，具有G1700品级的金刚石(以下用“G1700金刚石”表示)其T.I为72～75，其T.T.I为62～65。这里，“T.I”表示室温下在一个容器中用一定尺寸的钢球挤压大约2到3克拉的金刚石后，金刚石中没有被挤碎部分所占的百分比。“T.T.I”表示在非氧化环境中在约900到1100℃下将金刚石保持15分钟后，T.I示出的百分比。
氢气供应单元150在冷却单元130的入口132处连接于第三耐热芯管131。另外，氢气供应单元150将氢气供应到耐热芯管111，121和131，于是耐热芯管111，121和131中分别填充有氢气。
供应单元110包括朝着加热单元120的入口122倾斜向上延伸的第一耐热芯管111。冷却单元130包括从加热单元120的出口123倾斜向下延伸的第三耐热芯管131。因此，顺序连接的耐热芯管111、121和131的整个形状呈弧形。
冷却单元130包括迅速冷却钎焊物的冷却装置。例如，冷却装置是多个包围着第三耐热芯管131的水冷套筒134。水冷套筒用以冷却钎焊物。由于冷却单元130包括多个水冷套筒134，每个水冷套筒134也就很容易组装和维修。
移动单元140是一种输送机141，其通过电机控制着钎焊物的移动速度。输送机141位于耐热芯管111，121和131内部用以移动钎焊物，优选的是，输送机141是一种网带输送机。
氢气供应单元150包括用于提炼氢气并将提炼的氢气供应给耐热芯管111，121和131的氢气提炼炉151。尤其是氢气提炼炉用吸收法将氢气从氢气混合物中分离出来，并将分离得到的高纯度氢气供应给耐热芯管111，121和131。
从氢气供应单元150供应的氢气轻于耐热芯管111，121和131中的其余气体，因此从耐热芯管111，121和131的上部到它们的下部都充满了氢气。而且，因为耐热芯管111，121和131整体呈弧形，比氢气重的气体被氢气推到供应单元110和冷却单元130，并通过供应单元110的入口112和冷却单元130的出口133而排出。结果，耐热芯管111，121和131中只有氢气，换句话说，耐热芯管111，121和131中充满了高纯度的氢气。
下面，用数字和9的组合来表示氢气的纯度。例如2个9表示氢气具有约99.0～99.9％的纯度，3个9代表氢气具有约99.9～99.99％的纯度。
图4沿图3的IV-IV线的加热单元的横截面图。
参见图3和图4，加热单元120在外壁124两侧有入口122和出口123。在加热单元120内从入口122到出口123水平地连接着第二耐热芯管121。
外壁124包括钢板。如图4所示，绝热元件125位于外壁124的除顶部以外的所有内部，可以用耐火砖作为绝热元件。还使用陶瓷纤维126来填充顶部。这样就避免了从加热单元120由内到外的热传导，从而提高了加热单元120的热效率。
包括非金属加热元件的加热装置127位于第二耐热芯管121的顶部和底部。为了加热第二耐热芯管121中的钎焊物，加热元件127用于提高加热单元120的内部温度。
通过控制输送机141的移动速度来调节加热时间。另外，多个温度传感器设置于第二耐热芯管121的顶部用于测量加热单元120的内部温度。测量出的温度传送给控制器(未示出)。控制器控制着加热单元127，以保持加热单元120的内部温度。
根据本发明一个实施例的金刚石工具的制造方法将在下面作出详细介绍。
用氢气提炼炉151提炼的氢气通过氢气供应单元150输送给第二耐热芯管121。当第二耐热芯管121充满高纯度的氢气时，即使第二耐热芯管121具有高的内部温度，金刚石颗粒也不会被氧化和碳化。
当第二耐热芯管121中充满氢气时，第二耐热芯管121中的除氢气外的其它气体随之被推到入口122和出口123。然后，这些其它的气体沿着从入口122倾斜向下延伸的供应单元110和从出口123倾斜向下延伸的冷却单元130，并通过供应单元110的入口112和冷却单元130的出口133而排出。这样，耐热芯管111，121和131中只有氢气。换句话说，耐热芯管111，121和131中充满了高纯度的氢气。
于是，散布有填料的钎焊物通过供应单元110的入口112供入，并通过输送机141的输送而移动到加热单元120的入口122。
加热单元120的内部温度由于加热元件127产生的热而提高。当内部温度提高到足以熔化填料时，熔融的填料就渗入金属板和金刚石磨块之间。
钎焊物可以通过控制输送机141的移动速度而在加热单元121内部保持一定时间。另外，加热温度可以通过与温度传感器128相连接的控制器来控制。钎焊物用一定的时间在一定的温度下从加热单元120的内部移动到出口123处。
将钎焊物输送经过冷却单元130。当熔融填料被冷却，金刚石磨块就固定到金属板上，包围第三耐热芯管131的水冷套筒134迅速地冷却钎焊物。
冷却单元130直到出口133都充满氢气。因此，直到完全冷却填料，金刚石颗粒的氧化和碳化也不会发生。
另一方面，在加热单元120中熔融填料所需的温度和时间通过试验确定出最佳数值。在选定的最佳条件实验中，用到了镍基和银基填料以及较低杂质的G1650和G1700金刚石。另外，在所述选定的最佳条件试验中，从氢气提炼炉151供应6个9的高纯度氢气。在这种条件下，加热温度设定为约1050℃时，加热时间设定为约20分钟，当加热温度设定为约1060℃时，加热时间设定为约10分钟。
这里，试验中用的镍基填料是BNi-2[铬(Cr)7％，硼(B)3％，硅(Si)4.5％，碳(C)0.05％，铁(Fe)3％，镍(Ni)82.45％]和BNi-7[铬(Cr)13％，磷(P)10％，镍(Ni)77％]，银焊基填料是Bag-8T[银(Ag)70％，铜(Cu)28％，钛(Ti)2％]。
为获得最佳工作条件，通过对于钎焊的金刚石颗粒的碳化试验来决定金刚石的种类。另外，通过增加氢气的纯度测定金刚石颗粒的碳化度，从而确定氢气的纯度以及加热温度。
于是，氢焊过程中，在加热时间随着所选定的加热温度而改变后，测定出金刚石颗粒和金属板之间的粘结强度，相应于测定的粘结强度，也就确定了最佳加热时间。
表1示出在加热温度约为1030～1100℃，氢焊G1300，G1650，G1700三种金刚石30分钟后，金刚石颗粒的碳化度，其中氢气纯度设为5个9。
表2示出在加热温度约为1030～1100℃，氢焊G1300，G1650，G1700三种金刚石30分钟后，金刚石颗粒的碳化度，其中氢气纯度设为6个9。表3示出金刚石颗粒和金属板之间的粘结强度。这里，“○”表示“非常好”，“△”表示“尚可”，“×”表示“不好”。
[表1]
  G1300   G1650   G1700
  1030℃   △   ○   ○
  1040℃   △   ○   ○
  1050℃   △   △   ○
  1060℃   ×   △   ○
  1070℃   ×   △   ×
  1080℃   ×   ×   ×
  1090℃   ×   ×   ×
  1100℃   ×   ×   ×
[表2]
  G1300   G1650   G1700
  1030℃   ○   ○   ○
  1040℃   ○   ○   ○
  1050℃   ○   ○   ○
  1060℃   ○   ○   ○
  1070℃   △   △   △
  1080℃   △   △   △
  1090℃   ×   △   △
  1100℃   ×   ×   △
[表3]
  G1300   G1650   G1700
  1030℃   ×   ×   ×
  1040℃   ×   △   △
  1050℃   △   ○   ○
  1060℃   △   ○   ○
  1070℃   ×   △   ○
  1080℃   ×   △   △
  1090℃   ×   △   △
  1100℃   ×   △   △
从上面的表中可以看出，在加热温度约为1050～1060℃、氢气纯度为6个9条件下钎焊G1650和G1700是比较理想的。
表4示出在加热温度约为105～1060℃、氢气纯度为6个9、不同的加热时间下钎焊G1650的粘结强度。
表5示出在加热温度约为1050～1060℃、氢气纯度为6个9、不同的加热时间下钎焊G1700的粘结强度。
[表4]
  (G1650)   10分钟   20分钟   30分钟
  1050℃   △   ○   ×
  1060℃   ○   △   ×
[表5]
  (G1700)   10分钟   20分钟   30分钟
  1050℃   △   ○   △
  1060℃   ○   △   ×
从表4和表5可以看出，在加热温度约为1050℃、氢气纯度为6个9条件下，对于有镍基或银基填料的G1650或G1700金刚石加热20分钟是比较理想的。另外，当加热温度约为1060℃时，加热G1650或G1700金刚石的理想时间为10分钟。
从以上制造金刚石工具的氢焊方法以及该方法所用的弧形氢焊装置的实施例中可以得出，本领域普通技术人员可以根据上述说明而做出各种改进或变化。因此可以理解，所做出的有关本发明特定实施例的各种变化都在本申请的权利要求所确定的该发明的范围和精神之内。

Claims (12)

1.一种焊接钎焊物的弧形氢焊装置，其中，钎焊物是多个金刚石颗粒直接粘结其上的金属板，该装置包括：
一加热单元，包括外壁，从入口到出口水平地连接的第二耐热芯管，用于加热从入口移动到出口的钎焊物的加热装置，其中入口和出口形成在外壁的两侧，一绝热元件设置于外壁的内部；
一供应单元，包括第一耐热芯管以将钎焊物移动到入口内，其中第一耐热芯管与入口相连并从入口倾斜向下延伸；
一冷却单元，包括第三耐热芯管和一冷却装置，该冷却装置用来冷却从出口经第三耐热芯管移动的钎焊物，其中第三耐热芯管与出口相连，并从出口倾斜向下延伸；
一移动单元，通过一个设置在第一、第二和第三耐热芯管内部的输送机而移动钎焊物；
一氢气供应单元，用以向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热装置是设于第二耐热芯管顶部和底部的非金属加热元件。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个温度传感器设于第二耐热芯管的顶部。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却装置包括多个围绕着第三耐热芯管的水冷套筒。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，输送机包括一网带。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，氢气供应单元包括提炼氢气并将其供应给第一、第二和第三耐热芯管的氢气提炼炉。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置使用纯度为6个9的氢气，镍基或银基填料，G1650和G1700金刚石，加热单元的加热时间和加热温度分别为20分钟和1050℃。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置使用纯度为6个9的氢气，镍基或银基填料，G1660和G1700金刚石，加热单元的加热时间和加热温度分别为10分钟和1060℃。
9.一种用弧形氢焊装置焊接钎焊物的氢焊方法，其中，钎焊物是使多个金刚石颗粒直接粘结其上的金属板，所述的装置包括：
一加热单元，包括外壁，从入口到出口水平地连接的第二耐热芯管，用于加热从入口移动到出口的钎焊物的加热装置，其中入口和出口形成在外壁的两侧，一绝热元件设置于外壁的内部；
一供应单元，包括第一耐热芯管以将钎焊物移动到入口内，其中第一耐热芯管与入口相连并从入口倾斜向下延伸；
一冷却单元，包括第三耐热芯管和一冷却装置，该冷却装置用来冷却从出口经第三耐热芯管移动的钎焊物，其中第三耐热芯管与出口相连，并从出口倾斜向下延伸；
一移动单元，通过一个设置在第一、第二和第三耐热芯管内部的输送机移动钎焊物；
一氢气供应单元，用以向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气；
所述的方法包括下列步骤：
通过氢气供应单元向第一、第二和第三耐热芯管供应氢气；
通过第一和第三耐热芯管排出比氢气重的气体；
将散布有填料的钎焊物经过供应单元移动到加热单元中；
在加热单元中加热钎焊物，从而熔化填料；
移动钎焊物经过冷却单元以冷却熔化的填料。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述的方法还包括用氢气提炼炉提炼氢气。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法使用经提炼的纯度为6个9的氢气，镍基或银基填料，G1650和G1700金刚石，加热单元的加热时间和加热温度分别为20分钟和1050℃。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法使用经提炼的纯度为6个9的氢气，镍基或银基填料，G1650和G1700金刚石，加热单元的加热时间和加热温度分别为10分钟和1060℃。
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