CN1410242A - 金刚石工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节块式金刚石工具，用作切割或钻削脆性物质，例如石材、砖、混凝土结构或沥青结构。在金刚石工具中，每个刀头中的金刚石按单层结构或多层结构排列，并且刀头交替或间断排列在钢锯片上，这与刀头中金刚石随机分布的传统金刚石工具不同。本发明的这种金刚石排列使金刚石更有效地发挥切割作用，因此金刚石工具的切割速度增大，并且减少了切割或钻削过程中产生的细屑数量，而细屑对工人健康有害并污染环境。在金刚石按单层结构或多层结构排列的刀头中，设计的金刚石排列方式是后续刀头沿着前导刀头先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起在脆性物质表面形成槽。

Description

金刚石工具
发明领域
本发明总体涉及通常用于切割或钻削脆性物质如石头、砖、混凝土结构或沥青结构的节块式金刚石工具，更具体地，本发明涉及在切割过程中增大切割速度的同时减少细切屑产生数量的金刚石工具。
背景技术
如同本领域熟知人员所公知的，金刚石是碳按立方结构结晶形成的非常坚硬的物质，因此金刚石被优先选用作为切割或钻削工具。人造金刚石是在20世纪50年代开发的，现已被广泛应用代替价格昂贵的天然金刚石。
特别是，人造金刚石(下文中简称为“金刚石”)在石材切割领域和建筑领域得到更加的优选和广泛使用，在石材领域用于切割或磨削各种石材，例如花岗岩或大理石，在建筑领域用于切割或磨削混凝土结构。
节块式金刚石工具通常包括多个刀头和一个钢锯片，其中每个刀头中含有金刚石，钢锯片用于把持刀头。
图1表示一个传统节块式金刚石工具的例子。
如图1所示，节块式金刚石工具1包括多个刀头11和12，规律地固定在圆盘状钢锯片2的外周边上，金刚石5随机地分布在每个刀头11和12中。
当使用这种金刚石工具1切割脆性物质时，每个刀头中的金刚石完成对物质的切割工作。
根据本发明的发明者的研究和实验，需引起注意的是，当金刚石随机分布在切割工具的刀头上时金刚石工具的切割速度出现了不希望出现的减小现象。
在金刚石随机分布的刀头中出现这种金刚石工具切割速度降低的现象是因为：第一，前导刀头的金刚石在脆性物质表面形成的凹槽之间的凸起，其宽度明显大于金刚石的大小，因此对于金刚石工具来说，当随后的刀头经过这些凸起时几乎不可能从脆性物质表面将这些凸起完全去除；第二，随后刀头中的一些金刚石可能经过脆性物质表面先前由前导刀头形成的槽，因此随后刀头中的这些金刚石不起任何作用。
金刚石随机分布的刀头通常利用粉末冶金技术制造，即先将金刚石与金属粉混合形成混合粉，再进行烧结。
也就是，按传统粉末冶金技术制造金刚石工具用的刀头时，在成形和烧结工序之前先将金刚石与金属粉混合。但是，由于金刚石和金属粉之间存在粒度和比重的差异，因此金刚石在金属粉中均匀分布几乎是不可能的。这样，金刚石工具的每个刀头存在金刚石偏聚，在区域3稠密，而在另外的区域4则稀疏，因此产生了金刚石随机分布的问题。
在这样的情况下，降低了金刚石工具的切割速度和耐磨性。
发明概述
因此，本发明意欲解决现有技术中出现的上述问题。本发明的目的是提供节块式金刚石工具，其中金刚石在其刀头上恰当地分布，以增大切割速度，并降低切割过程产生的细屑的数量。
为了达到上述目的，本发明提供一种金刚石工具，包括：多个刀头，每个刀头的金刚石排列成单层结构或多层结构，刀头中金刚石的排列方式可以使每个后续刀头的金刚石在脆性物质表面形成的槽，是沿着前导刀头的金刚石先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起。
附图简述
以下的详细描述并结合附图，将更容易地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。
图1表示金刚石随机分布在刀头中的传统金刚石工具；
图2表示本发明第一实施例的金刚石工具，它具有三层刀头和双层刀头，三层刀头中金刚石按三层分布，双层刀头中金刚石按两层分布，上述两种类型的刀头交替排列在钢锯片的外缘。
图3表示本发明金刚石工具中使用的三层刀头的一种结构；
图4表示本发明金刚石工具中使用的双层刀头的一种结构；
图5到图9表示本发明不同实施例的金刚石工具中刀头的金刚石排列，其中：
图5表示当图2中的金刚石工具用于切割脆性物质表面时金刚石工具的前导刀头和后续刀头的排列和切割状态；
图6表示按照本发明第二实施例、具有两类三层刀头的金刚石工具的排列和切割状态；
图7表示按照本发明第三实施例金刚石工具刀头的排列；
图8表示按照本发明第四实施例金刚石工具一个刀头上金刚石的排列；
图9表示按照本发明第五实施例金刚石工具的前导刀头和后续刀头的排列和切割状态；
图10表示按照本发明第六实施例金刚石工具的刀头；
图11是沿图3中A-A线的剖面图；
图12表示按照本发明第七实施例金刚石工具的刀头，其外侧部分随机地分布着填料；
图13表示按照本发明第八实施例金刚石工具的刀头，其外侧部分规律地分布着填料；
图14表示本发明金刚石工具切割时间与切割循环次数的关系，并与传统金刚石工具进行对比。
发明详述
下面将参考附图进行描述，在不同的附图中相同的数字代表相同或相似的部件。
本发明的目的是在金刚石工具的每个刀头的切割表面恰当地排列金刚石，以使金刚石在切割过程中更有效地切割脆性物质的表面。
在传统金刚石工具中，金刚石在刀头中随机分布，如图1所示。这种金刚石工具可在脆性物质表面形成三种类型的切割花纹，如下所述。第一，后续刀头的金刚石经过前导刀头金刚石先前在脆性物质表面形成的槽，因此后续刀头的金刚石没起任何作用。第二，后续刀头的金刚石经过前导刀头金刚石先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起，从而完全去除脆性物质表面上的凸起。第三，前导刀头金刚石在脆性物质表面形成的槽之间的凸起相当宽，从而，即使是后续刀头的金刚石经过这些凸起，也几乎不可能完全去除脆性物质表面上的凸起。
本发明通过恰当地排列刀头中的金刚石减少第一和第三切割花纹的出现，并能使金刚石工具通过第二种切割方式有效地切割脆性物质表面，从而使金刚石工具的切割速度达到最大。
也就是，本发明金刚石工具在制造时使金刚石在刀头的分布能达到，后续刀头的金刚石经过前导刀头金刚石先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起，这样能完全去除脆性物质表面上的凸起。
金刚石在刀头上的这种排列能进行有效的切割工作，并且提高金刚石工具的切割速度。另外，本发明的金刚石工具切割脆性物质的同时产生大的切屑颗粒。这样，这种金刚石工具减少了切割过程中产生的细切屑的数量，从而使工人免受细切屑的危害。
下面描述本发明刀头上金刚石的优选排列方式。
按照本发明一个优选的实施例，节块式金刚石工具包括多个刀头和一个钢锯片，其中每个刀头中含有金刚石，钢锯片用于把持刀头。
在金刚石工具的每个刀头中，金刚石排列在平行于钢锯片侧面的一层或多层中，这样在刀头的切割表面上金刚石形成一条或多条金刚石线。金刚石在每个刀头中也是分层分布，形成多条平行于刀头切割表面的金刚石线。
在按照本发明实施例的金刚石工具中，前导刀头中的金刚石按n层结构排列，而后续刀头中的金刚石按n′层结构排列。在这种情况下，n′≤n。在上述金刚石工具中，多个前导刀头和多个后续刀头交替排列在钢锯片上。所设计的两种类型的刀头可以使每个后续刀头的金刚石层对齐每个前导刀头金刚石层的间隙。
在本发明的另一实施例中，金刚石工具的每个刀头被分成两部分，即，前导部分和后续部分，前导部分中的金刚石按n层结构排列，而后续部分中的金刚石按n′层结构排列。在这种情况下，n′≤n。在上述金刚石工具中，所设计的每个刀头的前导部分和后续部分可以使后续部分的金刚石层对齐前导部分金刚石层的间隙。
在本发明一个优选的实施例中，在每个刀头中金刚石按n层结构排列的多个刀头与在每个刀头中金刚石按(n-1)层结构排列的多个刀头交替地排列在金刚石工具上。
在上述实例中，两种类型刀头的排列可以使(n-1)层结构金刚石层对齐n层结构金刚石层之间的间隙。
图2图示本发明第一实施例的金刚石工具，上面有两类金刚石排列不同的刀头。图2的金刚石工具是金刚石锯片。
如图2所示，金刚石工具101包括多个两种类型的刀头111和112和一个钢锯片2，其中每个刀头中含有金刚石，钢锯片用于把持刀头111和112。在这种金刚石工具101中，前导刀头111是三层刀头，其中每个刀头中的金刚石105排列成三层结构。而后续刀头112是双层刀头，其中每个刀头中的金刚石105排列成双层结构。
在这种情况下，两种类型刀头中的金刚石105有特殊的排列方式，即每个双层刀头中的金刚石层对齐每个三层刀头中金刚石层之间的间隙。
在本发明的第二实施例中，每个刀头中的金刚石按n层结构排列，多个刀头在金刚石工具上的排列方式是每个刀头中的金刚石层对齐其邻近刀头中金刚石层之间的间隙。
上述第二实施例表示在图6中。
如图6所示，每个前导刀头121中的金刚石排列成三层121a、121b和121c，而每个后续刀头122中的金刚石也排列成三层122a、122b和122c。在这种情况下，前导刀头121和后续刀头122的排列方式是每个前导刀头的三层金刚石层121a、121b和121c对齐每个后续刀头三层金刚石层122a、122b和122c之间的间隙。
在本发明的第三实施例中，金刚石按n层结构排列的一个刀头与两个或多个金刚石按(n-2)层或更少的层结构排列的刀头重复排列在金刚石工具上。
在这种金刚石工具中，刀头的排列方式是金刚石按(n-2)层或更少的层结构排列的每个刀头中的金刚石层对齐金刚石按n层结构排列的刀头中金刚石之间的间隙。
上述第三实施例示于图7中。
如图7所示，多个刀头在金刚石工具上的排列方式是金刚石按单层结构排列的两个刀头132和133的金刚石层132a和133a对齐金刚石按三层结构排列的刀头中金刚石层131a、131b和131c之间的间隙。
按照图8中所示的本发明第四实施例的金刚石工具。在这种金刚石工具中，每个刀头141被分成两部分，即，前导部分和后续部分，前导部分中的金刚石按三层结构排列，而后续部分中的金刚石按双层结构排列。
如图8所示，后续部分的两层金刚石层141d和141e对齐前导部分三层金刚石层141a、141b和141c之间的间隙。
在本发明中，金刚石也可不规则地排列在每个刀头的一部分金刚石层中，或者在每个刀头的所有金刚石层中，使金刚石层在刀头的切割表面呈带状分布。
图9表示本发明第五实施例的金刚石工具，其设计是金刚石不规则地排列在每个刀头的所有金刚石层中，使金刚石层在刀头的切割表面呈带状分布。
如图9所示，金刚石工具的每个前导刀头151的金刚石排列成三层151a、151b和151c，在刀头151的切割表面呈带状；而每个后续刀头152的金刚石排列成两层152a和152b，在刀头152的切割表面呈带状。在使用此切割工具的切割过程中，前导刀头151的三层金刚石层151a、151b和151c在脆性物质153表面形成三条槽153a、153b和153c，而后续刀头152的两层金刚石层152a和152b沿着三条先前形成的槽153a、153b和153c之间的凸起上形成两条槽153d和153e。这样，此实施例的金刚石工具能有效切割脆性物质153的表面。
本发明可以适用于其它类型的金刚石工具，如图10所示一种所谓的“取芯钻头”，它包括多个刀头。
图10表示一个取芯钻头，上面有多个根据本发明第六实施例设计的刀头。如图所示，取芯钻头的刀头102的排列方式是，每个刀头中金刚石排列成三层181a、181b和181c的多个前导刀头181与每个刀头中金刚石排列成两层182a和182b的多个后续刀头182交替排列。
在本发明中，金刚石工具刀头的排列设计为：在金刚石单层或多层结构排列的层状刀头中间放入一个或多个金刚石在其中随机分布的随机刀头。
例如，金刚石工具刀头的排列方式有：(三层刀头+双层刀头+随机刀头)排列、(三层刀头+随机刀头+双层刀头)排列、(三层刀头+随机刀头+双层刀头+随机刀头)排列或(三层刀头+双层刀头+随机刀头+随机刀头)排列。
本发明这种具有随机刀头的金刚石工具，与传统金刚石工具相比，增大了切割速度。但是，这种金刚石上具的切割速度低于没有这种随机刀头的其它金刚石工具。
在本发明的金刚石工具中，每个前导刀头金刚石层之间的每条间隙优选的设计是其宽度小于或等于每个后续刀头的每层金刚石层的厚度。
另外，金刚石工具每个刀头的金刚石层优选的设计是，尽管切割表面连接磨损，有效金刚石线也一直暴露于刀头的切割表面上。
如图11所示，为了达到上述目的，优选的是在每个刀头上形成金刚石层111a、111b和111c，以使每层金刚石层111a、111b和111c中的金刚石分布于金刚石线114a、114b、114c、114d、114e和114f，从而在上述与刀头切割表面都平行的金刚石线114a、114b、114c、114d、114e和114f之间不留间隙。
当金刚石线如上所述分布时，尽管切割表面连续磨损，有效金刚石线也一直暴露于刀头的切割表面上。
在本发明中，金刚石可以仅分布于刀头的中心部分。在这种情况下，刀头的两个外侧部分中没有金刚石，这样刀头金属粉在外侧的部分将很快磨损，产生不希望出现的金刚石与刀头的过早分离。这种金刚石与刀头间的分离在金刚石工具工业领域称之为“脱落”。
为了防止这种不希望出现的金刚石从刀头上的过早脱落，优选的是将高耐磨性的填料加入不含金刚石的刀头外侧部分中。
也就是，为了增大本发明金刚石工具的耐磨性，优选的是将高硬度的耐磨材料作为填料加入金属粉中，这样增大了金属粉的耐磨性。在本发明中，从以下的耐磨粉中选择填料，例如SiC、WC、BN、Al2O3、金刚石，或它们的混合物。
如上所述，将填料加入金属粉中形成刀头的两个外侧部分，以防止不希望出现的金刚石从刀头上的过早脱落。当使用金刚石作为填料时，作为填料的金刚石浓度必须低于用作切割脆性物质的刀头中心部分的金刚石浓度。
在本发明中，优选地，作为填料的金刚石浓度是用作切割的刀头中心部分的金刚石浓度的10-60％。
当作为填料的金刚石浓度低于用作切割的刀头中心部分的金刚石浓度的10％时，防止刀头外侧部分快速磨损几乎是不可能的。另一方面，当作为填料的金刚石浓度高于用作切割的刀头中心部分的金刚石浓度的60％时，切割金刚石的数量减少，降低相应金刚石工具的切割速度。
在本发明中，填料164随机分布在刀头161的外侧部分，如图12所示。另外，填料174也可规律地分布在刀头171的外侧部分，如图13所示。
在图12和图13中，参考数字161a、161b、161c、171a、171b和171c表示刀头161和171中的金刚石层。
本发明的金刚石工具按以下步骤制造：
首先将结合剂喷洒到按所需刀头形状加工的金属网上，随后，将具有多个规律排列和激光加工的孔的金属钻模装入金属网，然后将金刚石加入钻模中。在这种情况下，钻模中每个激光加工的孔中放入一颗金刚石。当金属钻模从金属网上取下时，金刚石就留在金属网上，从而在所述网上规律地排列。随后将金刚石和金属粉一起进行冷成形过程和烧结过程，这样便制造出本发明金刚石工具所需的刀头。
上述制造金刚石工具的过程是一个例子，但不用作对本发明的限制。
下面详细描述在使用本发明金刚石工具切割脆性物质表面时得到的切割花纹。
图2表示金刚石锯片，是本发明金刚石工具的一个例子。
在图2中的金刚石锯片101中，两种类型的刀头111和112交替排列。在这两种类型的刀头中，刀头111是三层刀头，其中的金刚石105排列成三层；而刀头112是双层刀头，其中的金刚石105排列成两层。
图3表示金刚石排列成三层111a、111b和111c的三层刀头111。图4表示金刚石排列成两层112a和112b的双层刀头112。
如图3、图4和图5所示，每个刀头中金刚石排列成三层111a、111b和111c的多个三层刀头111，和每个刀头中金刚石排列成两层112a和112b的多个双层刀头112交替排列在钢锯片2的边缘，这样形成了所需的金刚石锯片101。当用锯片101切割脆性物质113表面时，双层刀头112的金刚石形成槽113d和113e位于三层刀头111的金刚石在脆性物质113上先前形成的槽113a、113b和113c之间的凸起上，从而有效地切割脆性物质113的表面。
也就是，两种类型刀头111和112的金刚石连续切割脆性物质113的表面，如图5所示，这样更有效地将脆性物质表面切割到所需的深度，同时增大了金刚石工具的切削速度。这也使金刚石工具切削脆性物质的同时产生大的切屑颗粒。这样，金刚石工具减少了在切割过程中产生的细切屑量，保持工人免受细切屑的危害。
图6表示的切割花纹是在如下的金刚石工具切割过程中得到的，此金刚石工具具有多个金刚石排列成三层的刀头，并且刀头在金刚石工具上的排列方式是每个刀头的金刚石层对齐邻近刀头金刚石层的间隙。在切割过程中，前导刀头121的三层金刚石层121a、121b和121c在脆性物质123表面形成槽123a、123b和123c，而后续刀头122的三层金刚石层122a、122b和122c沿着槽123a、123b和123c之间的凸起形成槽123d、123e和123f。因此，刀头121和122的金刚石连续切割脆性物质123的表面，这样将更有效地切割脆性物质123的表面，同时增大了金刚石工具的切削速度。这也使金刚石工具切削脆性物质的同时产生大的切屑颗粒，从而优选地减少了切割过程中产生的细切屑量。
在本发明的金刚石工具中，在每个刀头的每层金刚石层中金刚石可以呈略微的不规则分布，使金刚石层在刀头的切割表面呈带状分布。
图9表示的切割花纹是在如下的金刚石工具切割过程中得到的，此金刚石工具具有交替排列的前导刀头和后续刀头，每个前导刀头的设计是金刚石不规则地分布于在前导刀头的切割表面上呈带状的三层金刚石层中，每个后续刀头的设计是金刚石不规则地分布于在后续刀头的切割表面上呈带状的两层金刚石层中。在切割过程中，前导刀头151的三层金刚石层151a、151b和151c在脆性物质153表面形成槽153a、153b和153c，而后续刀头152的两层金刚石层152a和152b沿着槽153a、153b和153c之间的凸起形成槽153d和153e。因此，刀头151和152的金刚石连续切割脆性物质153的表面，这样将更有效地切割脆性物质153的表面，同时增大了金刚石工具的切削速度。
通过以下的实施例能更清楚地理解本发明，但是下面给出的实施例是为了进行说明，而不构成对本发明的限制。
实施例1
以金刚石锯片的形式制造了三个金刚石工具进行切割试验，以测量金刚石工具的切割速度和磨损性能。结果列于表1。第一金刚石工具样品1-1具有交替排列的三层刀头和双层刀头，三层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在三层中，双层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在两层中(刀头排列：3×2)。第二金刚石工具样品1-2具有交替排列的四层刀头和三层刀头，四层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在四层中，三层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在三层中(刀头排列：4×3)。第三金刚石工具为对比样1，上面的每个刀头中的金刚石是随机排列的(刀头排列：随机)。
样品1-1和1-2的每个刀头中，每层金刚石层的厚度为0.4mm，等于金刚石的平均粒度。样品1-1的刀头金刚石层之间的间隙为0.3mm宽，而样品1-2的刀头金刚石层之间的间隙为0.16mm宽。
在三个金刚石工具中，所用的金属粉为Fe-Ni基合金，金刚石是美国GE有限公司制造的MBS955。烧结过程是在950℃热压5分钟。
在每个金刚石工具中，16个刀头通过激光焊接法焊接在直径为9″的钢锯片上。在切割试验中，每个金刚石工具切割花岗岩的深度为20mm。
切割试验用Bosch有限公司制造的9″切割机进行，工作转速为6500rpm。
每个金刚石工具的每个刀头长38mm，高7.2mm，厚2.4mm。
                                      表1
样品号 刀头排列     浓度(cts/cc) 切割速度(cm2/min) 切割速度(％)   磨损性能(m2/mm)  磨损性能(％)
  Ex.1-1     3×2     0.6     480.8     132     3.132     120
  Ex.1-2     4×3     0.6     469.8     129     2.920     112
 Com.Ex.1     随机     0.6     364.2     100     2.606     100
在表1中，Ex.表示样品，Com.Ex.表示对比样
从表1中可以明显看出，本发明的样品1-1和样品1-2的金刚石工具，与按先前工艺制造的对比样1相比，显著提高了切割速度和耐磨性。
按本发明设计的金刚石工具，其切割速度和耐磨性提高的原因是金刚石的排列使刀头中的金刚石全都能有效地执行它们的切割作用。
实施例2
用样品1-1金刚石工具和对比样1金刚石工具进行试验，检测切割时间(sec)的变化与切割循环次数的关系。结果示于图14中。
在这里，切割时间指金刚石工具完全切开脆性物质一次所消耗的时间。切割循环指金刚石工具完成切割长30cm脆性物质某一恒定深度一次的操作。
如图14所示，本发明的金刚石工具样品1-1，与传统金刚石工具对比样1相比，缩短了切割时间(sec)。金刚石工具样品1-1在连续使用时切割时间仅有微小的变化，因此具有前后一致的工作性能。
实施例3
以直径14″金刚石锯片的形式制造了两个金刚石工具进行切割试验，以测量金刚石工具的切割速度和磨损性能。结果列于表2。第一金刚石工具样品3具有交替排列的三层刀头和双层刀头，三层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在三层中，每个金刚石层在刀头的切割表面呈带状；双层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在两层中，每个金刚石层在刀头的切割表面呈带状(刀头排列：3×2)。第二金刚石工具为对比样2，上面的每个刀头中的金刚石是随机排列的(刀头排列：随机)。
每个金刚石工具的每个刀头长40mm，高7.2mm，厚3.2mm。所用的金属粉为Fe-Ni基合金，金刚石是美国GE有限公司制造的MBS955。烧结过程是在950℃热压5分钟。
在两个金刚石工具的每一个中，刀头通过激光焊接法焊接在直径14″的钢锯片上。在切割试验中，每个金刚石工具切割混凝土结构的深度为35mm。切割试验用EDCO有限公司制造的5.5HP电机驱动切割试验机进行。
在金刚石工具样品3中，每层金刚石层的厚度为0.8mm，金刚石层之间的间隙宽0.4mm。
在金刚石工具样品3中，将与金刚石层中的金刚石相同的金刚石加入到每个双层刀头的两个外侧部分，以防止所述外侧部分的快速磨损。即，将金刚石作为填料加入每个双层刀头的外侧部分。在这里，作为填料的金刚石浓度是每个刀头金刚石层中用作切割的金刚石浓度的25％。
                                            表2
样品号 刀头排列     浓度(cts/cc)   切割速度(cm2/min)  切割速度(％)   磨损性能(m2/mm)  磨损性能(％)
    Ex.3     3×2     0.8     558.8     120     3.828     105
  Com.Ex.2     随机     0.8     465.7     100     3.646     100
在表2中，Ex.表示样品，Com.Ex.表示对比样
从表2中可以明显看出，本发明的金刚石工具样品3，与按先前工艺制造的金刚石工具对比样2相比，显著增大了切割速度和明显提高了耐磨性。实施例4
为了防止每个刀头的两个外侧表面的快速磨损，制造了与样品1-1相似的金刚石工具的刀头，也就是具有交替排列的三层刀头和双层刀头，三层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在三层中，双层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在两层中(刀头排列：3×2)，并将填料加入金属粉中。制造的金刚石工具进行切割试验，以测量刀头的磨损性能。结果列于表3。
在每个金刚石工具中，与金刚石层中的金刚石相同的金刚石作为填料加入到每个刀头的外侧部分。在这里，作为填料的金刚石浓度是每个刀头金刚石层中用作切割的金刚石浓度的5-70％。
每个金刚石工具的刀头外侧部分磨损用切割后刀头厚度的减小来衡量。
在这里，每个金刚石工具的刀头外侧部分磨损，用刀头切割30m和60m脆性物质后刀头厚度比原始厚度2.4mm减小的厚度表示。
在金刚石工具上随机选取相互间隔90°的四个刀头，通过测量四个刀头厚度的减小得出每个金刚石工具的刀头厚度减小，然后将测量的厚度减小值平均。其它切割条件与实施例1相同。
                               表3
样品号   填料浓度(％)     刀头厚度减小(mm) 评价
  切割30m   切割60m
  Com.Ex.3     5     0.17     0.33   耐磨性差
    Ex.4-1     10     0.08     0.11     好
    Ex.4-2     30     0.05     0.08     好
    Ex.4-3     40     0.03     0.07     好
    Ex.4-4     50     0.03     0.04     好
    Ex.4-5     60     0.02     0.03     好
  Com.Ex.4     70     0.02     0.04 切割速度低
在表3中，Ex.表示样品，Com.Ex.表示对比样
从表3中可以看出，金刚石工具对比样3的刀头中填料浓度非常低，其磨损很快，厚度大大减小。但是，本发明的每个金刚石工具样品4-1、4-2、4-3、4-4和4-5的刀头磨损非常慢，厚度减小也很慢。
从表中还可以看出，金刚石工具对比样4的刀头中填料浓度非常高，厚度减小很慢，但降低了切割速度。
实施例5
以金刚石锯片的形式制造了三个金刚石工具进行切割试验，以测量金刚石工具的切割速度和磨损性能。结果列于表4。金刚石工具样品5-1具有交替排列的三层刀头和双层刀头，三层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在三层中，双层刀头中每个刀头的金刚石规则地排列在两层中(刀头排列：3×2)。金刚石工具样品5-2具有连续排列的三层刀头、双层刀头和两个随机刀头，随机刀头的金刚石随机地排列(刀头排列：3×2×随机×随机)。金刚石工具对比样1，与实施例1相同，上面的每个刀头中的金刚石是随机排列的(刀头排列：随机)。
在三个金刚石工具中，所用的金属粉为Fe-Ni基合金，金刚石是美国GE有限公司制造的MBS955。烧结过程是在950℃热压5分钟。
在每个金刚石工具中，16个刀头通过激光焊接法焊接在直径9″的钢锯片上。在切割试验中，每个金刚石工具切割花岗岩的深度为20mm。切割试验用Bosch有限公司制造的9″切割机进行，工作转速为6500rpm。
每个金刚石工具的每个刀头长38mm，高7.2mm，厚2.4mm。
                                          表4
样品号 刀头排列     浓度(cts/cc)   切割速度(cm2/min)  切割速度(％)   磨损性能(m2/mm)  磨损性能(％)
  Ex.5-1     3×2     0.6     480.8     132     3.132     120
Ex.5-2  3×2×随机×随机 0.6 451.4 124 2.720 104
 Com.Ex.1     随机     0.6     364.2     100     2.606     100
在表4中，Ex.表示样品，Com.Ex.表示对比样
从表4中可以明显看出，金刚石工具样品5-2，与金刚石工具样品5-1相比，切割速度和耐磨性降低，但与传统金刚石工具对比样1相比，提高了切割速度和耐磨性。
如上所述，本发明提供了一种节块式金刚石工具。在本发明金刚石工具中，刀头的金刚石排列方式为：后续刀头沿着前导刀头先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起在脆性物质表面形成槽。由于这种刀头的金刚石排列方式，金刚石在切割过程中更有效地切割脆性物质表面，因此增大了金刚石工具的切割速度，并且减少了切割过程中产生的细屑数量。
另外，本发明金刚石工具刀头的金刚石排列方式为单层结构或多层结构，并在每个刀头的所需部分加入适当的填料，以使金刚石在切割过程中更有效地切割脆性物质表面。因此，本发明的金刚石工具增大了切割速度，提高了耐磨性，并且减少了切割过程中产生的细屑数量。
尽管为了进行解释而描述了本发明的优选实施例，但本领域熟知人员能意识到，不偏离所附权利要求书限定的本发明的范围和精神，各种修改、增添或替换是可能的。

Claims (23)

1.一种金刚石工具，包括：
多个镶有金刚石的刀头，每个刀头中的金刚石按单层结构或多层结构排列，所述刀头的金刚石排列方式为每个后续刀头沿着前导刀头金刚石先前在脆性物质表面形成的槽之间的凸起在脆性物质表面形成槽。
2.如权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于所述每个前导刀头的金刚石按n层结构排列，而所述的每个后续刀头的金刚石按n′层结构排列(n′≤n)，前导刀头和后续刀头交替地或间断地排列在锯片上，使每个后续刀头的金刚石层对齐每个前导刀头金刚石层之间的间隙。
3.如权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于每个所述刀头分成两部分或多个部分，包括前导部分和后续部分，前导部分中的金刚石按n层结构排列，而后续部分中的金刚石按n′层结构排列(n′≤n)，并且后续部分的金刚石层对齐前导部分金刚石层之间的间隙。
4.如权利要求1到3中任一项所述的金刚石工具，其特征在于每个前导金刚石层之间的间隙宽度小于或等于每个后续金刚石层的厚度。
5.如权利要求1到3中任一项所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的一部分金刚石层中或在每个刀头的所有金刚石层中金刚石不规则地排列，使金刚石层在刀头的切割表面呈带状。
6.如权利要求4所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的一部分金刚石层中或在每个刀头的所有金刚石层中金刚石不规则地排列，使金刚石层在刀头的切割表面呈带状。
7.如权利要求1到3中任一项所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的每层金刚石层中金刚石形成多条平行于刀头切割表面的金刚石线，在所述金刚石线之间没有间隙。
8.如权利要求4所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的每层金刚石层中金刚石形成多条平行于刀头切割表面的金刚石线，在所述金刚石线之间没有间隙。
9.如权利要求5所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的每层金刚石层中金刚石形成多条平行刀头切割表面的金刚石线，在所述金刚石线之间没有间隙。
10.如权利要求6所述的金刚石工具，其特征在于每个刀头的每层金刚石层中金刚石形成多条平行于刀头切割表面的金刚石线，在所述金刚石线之间没有间隙。
11.如权利要求2、6、8、9和10中任一项所述的金刚石工具，其特征在于锯片上有一个或多个金刚石随机排列的刀头，除此之外的其它每个刀头中金刚石按单层结构或多层结构排列。
12.如权利要求4所述的金刚石工具，其特征在于锯片上有一个或多个金刚石随机排列的刀头，除此之外的其它每个刀头中金刚石按单层结构或多层结构排列。
13.如权利要求5所述的金刚石工具，其特征在于锯片上有一个或多个金刚石随机排列的刀头，除此之外的其它每个刀头中金刚石按单层结构或多层结构排列。
14.如权利要求7所述的金刚石工具，其特征在于锯片上有一个或多个金刚石随机排列的刀头，除此之外的其它每个刀头中金刚石按单层结构或多层结构排列。
15.如权利要求1、2、3、6、8、9、10、12、13和14中任一项所述的金刚石工具，其特征在于填料分布于每个刀头的没有金刚石的外侧部分。
16.如权利要求4所述的金刚石工具，其特征在于填料分布于每个刀头的没有金刚石的外侧部分。
17.如权利要求5所述的金刚石工具，其特征在于填料分布于每个刀头的没有金刚石的外侧部分。
18.如权利要求7所述的金刚石工具，其特征在于填料分布于每个刀头的没有金刚石的外侧部分。
19.如权利要求11所述的金刚石工具，其特征在于填料分布于每个刀头的没有金刚石的外侧部分。
20.如权利要求15所述的金刚石工具，其特征在于所述填料从包括SiC、WC、BN、Al2O3、金刚石或它们的混合物的组中选取。
21.如权利要求16到19中任一项所述的金刚石工具，其特征在于所述填料选自于由SiC、WC、BN、Al2O3、金刚石以及它们的混合物的所组成的群组。
22.如权利要求20所述的金刚石工具，其特征在于所述填料是金刚石，并目分布于每个刀头的没有金刚石的所述外侧部分，用作填料的金刚石浓度是刀头中每层金刚石层中用作切割的金刚石浓度的10～60％。
23.如权利要求21所述的金刚石工具，其特征在于所述填料是金刚石，并且分布于每个刀头的没有金刚石的所述外侧部分，用作填料的金刚石浓度是刀头中每层金刚石层中用作切割的金刚石浓度的10～60％。
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