TW202323547A - 具有高熵合金黏合劑之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供（I）包括具有碳化鈮、碳化鎢及碳化鉭之金屬碳化物之陶瓷硬質相之燒結碳化物組成物及（II）包括具有碳氮化鈦、碳化鈮及碳化鎢之金屬碳化物或碳氮化物之陶瓷硬質相之金屬陶瓷組成物。燒結碳化物及金屬陶瓷組成物進一步包括具有選自鎳、鉬、鈷、鎢、鐵及鉻中之一或多者之金屬之高熵合金（high-entropy-alloy；HEA）黏合劑相。進一步設想製造燒結碳化物及金屬陶瓷之相關方法以及包含其之切削工具。

Description

具有高熵合金黏合劑之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物
本發明關於具有高熵合金（high-entropy-alloy；HEA）黏合劑相之燒結碳化物（cemented carbide）及金屬陶瓷（cermet）組成物，製造具有高熵合金（HEA）黏合劑相之燒結碳化物及金屬陶瓷之相關方法，以及包含燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之切削工具。
由與金屬黏合劑相混合之陶瓷硬質相構成之燒結碳化物及金屬陶瓷（例如陶瓷加金屬）粉末已用於製造物理性耐用之硬質燒結體，例如，用於金屬加工、磨損部件及採礦應用之切削工具。
有無數標準方法步驟可用於製造燒結碳化物及金屬陶瓷體。燒結碳化物及金屬陶瓷材料典型地藉由首先用研磨液（例如水、溶劑、醇或其任何混合物）形成燒結碳化物及金屬陶瓷粉末之漿料來製造。然後將這些成分與黏合劑金屬粉末、有機黏合劑（例如聚乙二醇、聚乙烯二醇、蠟或其組合）一起在例如典型地球磨機或立式球磨機（attritor mill）中研磨通常數小時。
經研磨之漿料通常經受噴霧乾燥操作以形成粒狀燒結碳化物及金屬陶瓷粉末，其可用於壓製最終燒結之生坯。
研磨操作之主要目的是促進硬質燒結碳化物及金屬陶瓷成分晶粒與金屬黏合劑相粉末之間之良好金屬黏合劑相分佈及良好潤濕性。將燒結碳化物及金屬陶瓷粉末經受研磨操作對於增強經研磨之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之物理完整性以及在某些情況下使碳化鎢（WC）晶體解聚是基本的。
可接受的金屬黏合劑相分佈及良好的潤濕性品質是獲得具有出色物理品質之燒結碳化物及金屬陶瓷材料之基本及必要參數。另一方面，若金屬黏合劑相分佈及潤濕性具有相當差的特性，則可能因此在最終燒結體中形成非所欲的孔隙及裂紋，這對製造的燒結碳化物及金屬陶瓷材料是不利的。
採用常用金屬黏合劑（諸如例如用於製造燒結碳化物及金屬陶瓷體之鈷）之習知製造的WC粉末有時可能表現出不同的晶粒形狀及範圍。在此態樣中，WC粉末之不均勻性可能部分為由還原所製造之W粉末之不均勻性所引起。在隨後的滲碳階段，此不均勻性甚至可能變得更加複雜及明顯。此外，在燒結期間，任何WC團聚物可能會形成更大的燒結碳化物晶粒，並可能進一步含有增加頻率之σ二邊界，即碳化物晶粒黏附在一起而沒有例如形成連貫均勻的金屬鈷黏合劑層。
已知高熵合金（HEA）為包括至少三或多種金屬黏合劑元素之金屬合金，其中每種金屬黏合劑元素之原子量通常由5%至35%（即，非最終燒結碳化物或金屬陶瓷組成物中每種金屬黏合劑元素之at.%，而是最終HEA黏合劑相中每種金屬黏合劑元素之%組成）構成，且此外其中沒有金屬黏合劑元素實質上主導組成物或其性質。
多年來，HEA已引起極大的興趣，並且大多數HEA已藉由錠冶金開發。然而最近，粉末冶金已成為進一步開發該合金家族之工具替代品，以可能擴大HEA中奈米結構之領域並改善此等合金之能力。儘管最常見的是WC型燒結碳化物及金屬陶瓷，已成功製造由HEA黏合劑相所構成之燒結碳化物及金屬陶瓷。因此，與其他習知使用之硬質金屬相比，摻入HEA黏合劑相之燒結碳化物及金屬陶瓷已被視為具有競爭力之解決方案。
考慮到上述情況，本發明現在藉由在富含碳化鈮含量之燒結碳化物及金屬陶瓷中特別採用陶瓷硬質相來提供克服上述缺點及限制之新穎解決方案。除陶瓷硬質相之外，燒結碳化物及金屬陶瓷組成物亦由HEA黏合劑相所構成。
因此，有利地提供具有優異耐磨性之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物。
根據第一態樣，提供一種燒結碳化物組成物，其包括以燒結碳化物組成物之總重量計70 wt%至93 wt%之量存在之陶瓷硬質相。燒結碳化物組成物進一步包括以包括鎳、鉬、鈷、鐵及鉻中之一或多者之燒結碳化物組成物之總重量計7 wt%至30 wt%之量存在之高熵合金（HEA）黏合劑相。
在一些實例中，燒結碳化物組成物具有高達1650 HV30之HV30維氏硬度及高達7.5 MPa√m之Palmqvist斷裂韌性（K Ic）。
在一些實例中，陶瓷硬質相包括碳化鎢及碳化鈮，其中碳化鎢可以1 wt%至45 wt%之量存在，並且碳化鈮可以45 wt%至90 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些實例中，碳化鈮以88 wt%之量存在，並且碳化鎢以2 wt%量之存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在其他實例中，碳化鈮以69 wt%之量存在，並且碳化鎢以21 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在又其他實例中，碳化鈮以46 wt%之量存在，並且碳化鎢以44 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些實例中，鎳可以3 wt%至8 wt%之量存在，鉬可以2.75 wt%至5 wt%之量存在，鈷可以2.5 wt%至8 wt%之量存在，鐵可以0.75 wt%至4 wt%之量存在，並且鉻可以0.25 wt%至4 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些特定實例中，鎳以3.15 wt%之量存在，鉬以2.9 wt%之量存在，鈷以2.7 wt%量之存在，鐵以0.85 wt%之量存在，並且鉻以0.4 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
根據第二態樣，提供一種金屬陶瓷組成物，其包括以金屬陶瓷組成物之總重量計60 wt%至82 wt%之量存在之陶瓷硬質相。金屬陶瓷組成物進一步包括高熵合金（HEA）黏合劑相，其以包括鈷、鎳及鉬中之一或多者之金屬陶瓷組成物之總重量計18 wt%至40 wt%之量存在。
在一些實例中，陶瓷硬質相包括碳氮化鈦、碳化鈮及碳化鎢，其中碳氮化鈦可以50 wt%至70 wt%之量存在，碳化鈮可以1 wt%至20 wt%之量存在，並且碳化鎢可以1 wt%至10 wt%之量存在，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
在一些實例中，碳氮化鈦以50 wt%之量存在，碳化鈮以20 wt%之量存在，並且碳化鎢以8 wt%之量存在，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
在一些實例中，鈷可以7 wt%至13 wt%之量存在，鎳可以7 wt%至13 wt%之量存在，並且鉬可以7 wt%至13 wt%之量存在，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
在一些特定實例中，鈷以7.3 wt%之量存在，鎳以7.3 wt%之量存在，並且鉬以7.3 wt%之量存在，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
根據第三態樣，提供一種燒結碳化物組成物，其包括以燒結碳化物組成物之總重量計60 wt%至85 wt%之量存在之陶瓷硬質相。燒結碳化物組成物進一步包括高熵合金（HEA）黏合劑相，其以包括鈷、鎳、鉬及鎢中之一或多者之燒結碳化物組成物之總重量計15 wt%至40 wt%之量存在。
在一些實例中，陶瓷硬質相包括碳化鈮及碳化鉭，其中碳化鈮可以1 wt%至80 wt%之量存在，並且碳化鉭可以1 wt%至20 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些實例中，碳化鈮以78 wt%之量存在，並且碳化鉭以3 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些實例中，鈷可以4.5 wt%至10 wt%之量存在，鎳可以4.5 wt%至10 wt%之量存在，鉬可以4.5 wt%至10 wt%之量存在，並且鎢可以4.5 wt%至10 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
在一些特定實例中，鈷以4.75 wt%之量存在，鎳以4.75 wt%之量存在，鉬以4.75 wt%之量存在，並且鎢以4.75 wt%之量存在，以燒結碳化物組成物之總重量計。
根據第四態樣，提供一種製造經燒結（sintered）之燒結碳化物之方法。該方法包括（a）提供粉末混合物，其包括形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以粉末混合物之總重量計70 wt%至93 wt%之量存在，以及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以粉末混合物之總重量計7 wt%至30 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包括鎳、鉬、鈷、鐵及鉻中之一或多者；（b）將粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物；（c）將粉末摻合物經受成型操作以形成生坯；及（d）將生坯經受燒結操作以形成經燒結之燒結碳化物。
在一些實例中，燒結碳化物具有高達1650 HV30之HV30維氏硬度及高達7.5 MPa√m之Palmqvist斷裂韌性（K Ic）。
在一些實例中，陶瓷硬質相包括碳化鎢及碳化鈮，其中碳化鎢可以1 wt%至45 wt%之量存在，並且碳化鈮可以45 wt%至90 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些實例中，碳化鈮以88 wt%之量存在，並且碳化鎢以2 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在其他實例中，碳化鈮以69 wt%之量存在，並且碳化鎢以21 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在又其他實例中，碳化鈮以46 wt%之量存在，並且碳化鎢以44 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些實例中，鎳可以3 wt%至8 wt%之量存在，鉬可以2.75 wt%至5 wt%之量存在，鈷可以2.5 wt%至8 wt%之量存，鐵可以0.75 wt%至4 wt%之量存在，並且鉻可以0.25 wt%至4 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些特定實例中，鎳以3.15 wt%之量存在，鉬以2.9 wt%之量存在，鈷以2.7 wt%之量存在，鐵以0.85 wt%之量存在，並且鉻以0.4 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
根據第五態樣，提供一種製造經燒結之金屬陶瓷之方法。該方法包括（a）提供粉末混合物，其包括形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以粉末混合物之總重量計60 wt%至82 wt%之量存在，以及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以粉末混合物之總重量計18 wt%至40 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包含鈷、鎳及鉬中之一或多者；（b）將粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物；（c）將粉末摻合物經受成型操作以形成生坯；及（d）將生坯經受燒結操作以形成經燒結之金屬陶瓷。
在一些實例中，陶瓷硬質相包括碳氮化鈦、碳化鈮及碳化鎢，其中碳氮化鈦可以50 wt%至70 wt%之量存在，碳化鈮可以1 wt%至20 wt%之量存在，並且碳化鎢可以1 wt%至10 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些實例中，碳氮化鈦以50 wt%之量存在，碳化鈮以20 wt%之量存在，並且碳化鎢以8 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些實例中，鈷可以7 wt%至13 wt%之量存在，鎳可以7 wt%至13 wt%之量存在，並且鉬可以7 wt%至13 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
在一些特定實例中，鈷以7.3 wt%之量存在，鎳以7.3 wt%之量存在，並且鉬以7.3 wt%之量存在，以粉末混合物之總重量計。
根據第六態樣，進一步考慮結合有燒結碳化物組成物及金屬陶瓷組成物之切削工具或鑽頭。
其他系統、方法、特徵及優點對於本領域技術人員來說在檢查以下圖式及實施方式後將會或將變得顯而易見。旨在將所有這些額外的系統、方法、特徵及優點包括在本說明書內，落入本發明之範圍內，並受所附請求項之保護。本節中之任何內容均不應被視為對該等請求項之限制。下面結合本發明之具體實例討論進一步態樣及優點。應當理解，本發明之前面發明內容及以下實施方式皆為實例及解釋性的，並且旨在對所請之本發明提供進一步解釋。
除非另有定義，否則本文所用之所有技術及科學術語具有與當前描述之標的所屬領域之普通技術人員通常理解之相同的含義。
在提供數值範圍之情況下，例如濃度範圍、百分比範圍或比率範圍，應理解除非上下文另有明確規定，該範圍之上限及下限與該所述範圍內之任何其他所述或中間值之間之每個中間值至下限單位之十分之一都被涵蓋在所描述之標的內。此等較小範圍之上限及下限可獨立地被包括在較小範圍內，並且此等具體實例亦被涵蓋在所描述之標的內，但受到所述範圍內之任何明確排除之限制。在所述範圍包括限制之一或兩者之情況下，排除該等所包括之限制之一或兩者之範圍亦被包括在所描述之標的中。
以下定義闡述所描述之標的之參數。
如本發明本文所用，除非特別另有說明，否則「wt%」是指給定之重量百分比，（I）以燒結碳化物組成物之總重量計，或（II）以金屬陶瓷組成物之總重量計。
如本發明本文所用，術語「D50」是指對應於50%之採樣粒子之體積小於所述D50值且50%之採樣粒子之體積大於所述D50值之粒度。同樣地，術語「D90」是指對應於90%之採樣粒子之體積小於所述D90值且10%之採樣粒子之體積大於所述D90值之粒度。術語「D10」是指對應於10%之採樣粒子之體積小於所述D10值且90%之採樣粒子之體積大於所述D10值之粒度。粒度分佈之寬度可藉由測定跨度來計算，跨度由等式（D90-D10）/D50定義。跨度指示10%及90%點與中點標準化之距離。
為了從給定之粒度分佈測定平均粒度，技術人員將很容易熟悉ISO 4499-2:2008標準。ISO 4499-2:2008標準提供了使用光學或電子顯微鏡藉由金相技術測量硬金屬晶粒尺寸之指引。其旨在用於主要含有WC作為硬質相之經燒結之WC/Co硬金屬。其亦旨在藉由線性截距技術測量晶粒尺寸及分佈。
為了進一步補充ISO 4499-2:2008標準，技術人員同樣會知道ASTM B390-92（2006）標準。該標準用於目測比較及分類燒結碳化鎢之表觀晶粒尺寸及分佈，該燒結碳化鎢典型地在黏合劑相中含有鈷作為金屬黏合劑。
燒結碳化物等級可根據晶粒尺寸進行分類。不同類型之等級被定義為奈米、超細、亞微米、細、中、中粗、粗及特粗。如本發明本文所用，術語（I）「奈米級」定義為粒度小於0.2 μm之材料；（二）「超細級」定義為粒度為0.2 μm至0.5 μm之材料；（三）「亞微米級」定義為粒度為0.5 μm至0.9 μm之材料；（四）「細級」定義為粒度為1.0 µm至1.3 µm之材料；（五）「中級」定義為粒度為1.4 μm至2.0 μm之材料；（六）「中粗級」定義為粒度為2.1 µm至3.4 µm之材料；（七）「粗級」定義為粒度為3.5 μm至5.0 μm之材料；及（VIII）「特粗級」定義為粒度大於5.0 µm之材料。
如本發明本文所用，高熵合金（HEA）黏合劑是指包括至少三或多種金屬黏合劑元素之合金，其中每種金屬黏合劑元素之原子量典型地由約5%至35%（即，非最終燒結碳化物或金屬陶瓷組成物中每種金屬黏合劑元素之at.%，而是最終HEA黏合劑相中每種金屬黏合劑元素之%）構成，且此外其中沒有金屬黏合劑實質上主導組成物及性質。
如本發明本文所用，術語「金屬陶瓷（cermet）」典型地是指由嵌入金屬（met）黏合劑基質（即金屬黏合劑相）中之陶瓷（cer）所構成之複合材料。金屬陶瓷之理想設計為提供陶瓷之最佳物理性質，諸如耐高溫性、硬度及斷裂韌性，以及金屬之最佳物理性質，諸如承受塑性變形之能力。金屬陶瓷之陶瓷硬質相典型地由元素週期表第4、5及6族金屬（諸如但不限於主要為鈦、鈮、鎢，其次為鉭、鉻、釩、鋯、鉬、鉿或其任何組合）之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物所構成。陶瓷硬質相可以涵蓋所提及之金屬之任何可能的組合及與本標的之目的並無不一致及不相容之重量存在於金屬陶瓷粉末中。為了有資格在本發明本文中作為金屬陶瓷，金屬陶瓷典型地在陶瓷硬質相中具有至少50 wt%之鈦之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物，及典型地具有25 wt%至40 wt%之額外剩餘金屬之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
通常，黏合劑金屬粉末可為主要產生至少三或多種金屬之單相或多相之HEA粉末。所形成之金屬陶瓷體中之黏合劑金屬通常可選自以下但不限於：鈷、鎳、鉬、鎢、鉻、鐵、鈮、鉭、鋁、銅、錳、釩、鋯、鎂、矽或鈦，從而形成HEA黏合劑相。黏合劑金屬可以任何可能的組合及與本標的之目的並無不一致及不相容之重量存在於金屬陶瓷粉末中。
如本發明本文所用，術語「燒結碳化物」通常是指由嵌入金屬黏合劑元素（即金屬黏合劑相）中之陶瓷所構成之複合材料。燒結碳化物之理想設計為提供陶瓷之最佳物理性質，諸如耐高溫性、硬度及斷裂韌性，以及金屬之最佳物理性質，諸如承受塑性變形之能力。燒結碳化物之陶瓷硬質相典型地由元素週期表第4、5及6族金屬（諸如但不限於主要為鈮、鎢及其次為鉭，鉻、釩、鋯、鉬、鉿或其任何組合）之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物所構成。陶瓷硬質相可以涵蓋所提及之金屬之任何可能的組合及與本標的之目的並無不一致及不相容之重量存在於金屬陶瓷粉末中。為了有資格在本發明本文中作為燒結碳化物，燒結碳化物通常具有由以燒結碳化物組成物之總重量計至少70 wt%所構成之陶瓷硬質相。
如本發明本文所用，術語「超級磨料超硬材料（superabrasive ultrahard material）」或簡稱為「超級磨料材料（superabrasive material）」是指以下材料但不限於：結晶鑽石、多晶鑽石（polycrystalline diamond；PCD）、熱穩定多晶鑽石、化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）鑽石、金屬基質鑽石複合物、陶瓷基質鑽石複合物、奈米鑽石、立方氮化硼（cubic boron nitride；cBN）、多晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride；PcBN）或其任何組合。
如本發明本文所用，「物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）」描述多種真空沉積方法，其可用於製造薄膜及塗層。PVD之特點為其中沉積之材料從凝聚相變為氣相，然後返回薄膜凝聚相之製程。最常見之PVD製程為濺射及蒸發。
如本發明本文所用，「化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）」是指一種方法，其中將基材（即燒結碳化物或金屬陶瓷粉末）暴露於一或多種揮發性前驅物，該一或多種揮發性前驅物在基材表面反應及/或分解以產生所需之沉積物。亦經常產生揮發性副產物，其藉由通過反應腔室之氣流除去。
如本發明本文所用，術語「約（about）」及「約（approximately）」可互換使用。其意指所用之數字之數值之平均正負1%。因此，「約（about）」及「約（approximately）」用於藉由提供給定值可「高於」或「低於」該給定值來為數值範圍端點提供靈活性。因此，例如50%之值旨在涵蓋由49.5%-50.5%所定義之範圍。
如本發明本文所用，術語「主要（predominantly）」意指涵蓋給定實體之至少95%。
如本發明本文所用，術語「生坯（green body）」是指在材料以物理性方式被燒結之前呈結合粉末或板之形式之材料。
無論在整個發明中哪裡使用，術語「通常（generally）」具有「約」、「典型地」或「接近（closely）」或「在附近或範圍內（within the vicinity or range of）」之含義。
如本文所用，術語「實質上（substantially）」是指動作、特徵、性質、狀態、結構、項目或結果之完整或接近完整之範圍或程度。
如本發明本文所用，術語「Palmqvist斷裂韌性（Palmqvist fracture toughness）」，即K lc，是指具有預裂紋之材料在吸收能量時抵抗進一步斷裂擴展之能力。
如本發明本文所用，術語「HV30維氏硬度（HV30 Vickers hardness）」（即施加30 kgf負載）為對局部塑性變形之抵抗力之量度，其藉由用維氏尖端在30 kgf下壓痕樣品獲得。
如本發明本文所用，ISO 28079-2009標準規定一種藉由壓痕法在室溫下測量硬金屬、燒結碳化物及金屬陶瓷之斷裂韌性及硬度之方法。ISO 28079-2009標準適用於藉由使用從維氏硬度壓痕處理之隅角所產生之壓痕及裂縫之對角線長度計算之斷裂韌性及硬度之測量，其旨在用於金屬結合之碳化物及碳氮化物（例如硬金屬、金屬陶瓷或燒結碳化物）。ISO 28079-2009標準中提出之測試程序旨在用於環境溫度，但可藉由協議擴展到更高或更低的溫度。ISO 28079-2009標準中提出之測試程序亦旨在用於正常的實驗室空氣環境。其典型地不旨在用於腐蝕性環境，諸如強酸或海水。ISO 28079-2009標準可直接與標準ASTM B771相比，例如在“Comprehensive Hard Materials book”，2014，Elsevier Ltd.第312頁中所揭示，其藉由引用方式整體併入本文中。因此，可假設使用ISO 28079-2009標準測量之斷裂韌性及硬度將與使用ASTM B771標準之測量值相同。
本發明源於在富含碳化鈮（niobium carbide；NBC）含量之燒結碳化物及金屬陶瓷之組成物中製造陶瓷硬質相之前提。除陶瓷硬質相之外，燒結碳化物及金屬陶瓷之組成進一步由HEA黏合劑相所構成。
本發明本文之金屬陶瓷之陶瓷硬質相典型地由選自元素週期表第4、5及6族之金屬（諸如但不限於主要為鈦、鈮、鎢，其次為鉭、鉻、釩、鋯或鉿）之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物所構成。為了有資格在本發明本文中作為金屬陶瓷，金屬陶瓷典型地由陶瓷硬質相中至少50 wt%之鈦之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物，及通常25 wt%至40 wt%之額外剩餘金屬之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物所構成，以金屬陶瓷組成物之總重量計。
另一方面，本發明本文所揭示之燒結碳化物之陶瓷硬質相可由如在第[0072]段中針對金屬陶瓷所提及之類似金屬之碳化物、硼化物、氮化物或碳氮化物所構成，除了包括鈦，其排除於燒結碳化物中。燒結碳化物由以燒結碳化物組成物之總重量計至少70 wt%之陶瓷硬質相所構成。
陶瓷硬質相可以包括上述金屬之任何可能的組合及與本標的之目的並無不一致及不相容之任何重量存在於燒結碳化物及金屬陶瓷粉末中。
陶瓷硬質相典型地可以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計60 wt%至95 wt%存在。在一些實例中，陶瓷硬質相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計65 wt%至95 wt%存在。在其他實例中，陶瓷硬質相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計70 wt%至90 wt%存在。在又其他實例中，陶瓷硬質相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計75 wt%至90 wt%存在。在仍又其他實例中，陶瓷硬質相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計80 wt%至90 wt%存在。
在某些特定具體實例中，陶瓷硬質相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計60 wt%至78 wt%、60 wt%至82 wt%、60 wt%至85 wt%、70 wt%至75 wt%、70 wt%至80 wt%、70 wt%至85 wt%、70 wt%至93 wt%、75 wt%至80 wt%、75 wt%至85 wt%、80 wt%至85 wt%、或85 wt%至90 wt%存在。
通常，粉末金屬HEA黏合劑相可由合金粉末構成，從而產生至少三或多種金屬之單相或多相。所製造之燒結碳化物及金屬陶瓷體中之HEA黏合劑相之習知黏結金屬通常可選自以下中之一或多者：鈷、鎳、鉬、鎢、鉻、鐵、鈮、鉭、鋁、銅、錳、釩、鋯、鎂、矽及鈦，從而構成錨定HEA黏合劑相。
黏合劑金屬及晶粒生長抑制劑典型特徵在於碳化物，如碳化釩（VC）、碳化鉻（Cr 3C 2）、碳化鉭（TaC）、碳化鈦（TiC）、碳化鋯（ZrC）及碳化鈮（NbC）以任何可能的組合及與本標的之目的並無不相容之重量存在於燒結碳化物及金屬陶瓷粉末中。粉末金屬HEA黏合劑相通常可以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至40 wt%之重量存在。在一些實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至3 wt%之重量存在。在其他實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至5 wt%之重量存在。在又其他實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至7 wt%之重量存在。在仍又其他實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至10 wt%之重量存在。在進一步其他實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至15 wt%之重量存在。在進一步其他具體實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至20 wt%之重量存在。在仍又其他具體實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至25 wt%之重量存在。在仍又其他具體實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至30 wt%之重量存在。在某些具體實例中，粉末金屬HEA黏合劑相以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至35 wt%之重量存在。
在某些特定具體實例中，粉末金屬HEA黏合劑相及晶粒生長抑制劑以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至2 wt%、2 wt%至5 wt%、5 wt%至7 wt%、3 wt%至7 wt%、7 wt%至10 wt%、10.1 wt%、10.2 wt%、10.3 wt%、10.4 wt%、10.5 wt%、10.6 wt%、10.7 wt%、10.8 wt%，10.9 wt%、7 wt%至20 wt%、7 wt%至30 wt%、10 wt%至15 wt%、10 wt%至20 wt%、15 wt%至20 wt%、10 wt%至30 wt%、20 wt%至30 wt%、20 wt%至35 wt%、15 wt%至40 wt%、18 wt%至40 wt%、20 wt%至40 wt%或22 wt%至40 wt%之重量存在。
本發明本文所形成之燒結碳化物及金屬陶瓷可表現出與本發明之目的並無不一致及不相容之任何平均粒度。燒結碳化物及金屬陶瓷體通常可具有例如0.5 μm至30 μm範圍內之平均粒度。在一些實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至5 μm範圍內之平均粒度。在其他實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至10 μm範圍內之平均粒度。在仍又其他實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至15 μm範圍內之平均粒度。在又其他實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至20 μm範圍內之平均粒度。在進一步實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至25 μm範圍內之平均粒度。在進一步其他實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有1 μm至30 μm範圍內之平均粒度。在某些特定具體實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷體具有5 μm至10 μm、10 μm至15 μm、5 μm至15 μm、15 μm至20 μm、5 µm至20 µm、20 µm至25 µm、5 µm至25 µm、25 µm至30 µm或5 µm至30 µm範圍內之平均粒度。
為了測定粒度，本領域普通技術人員典型地可使用動態數字圖像分析（dynamic digital image analysis；DIA）、靜態雷射光散射（static laser light scattering；SLS）（亦已知為雷射繞射），或者藉由電子顯微鏡之目視測量（已知為圖像分析及遮光之技術）。每種方法都涵蓋可進行測量之特徵尺寸範圍。這些範圍部分重疊。然而，測量相同樣品之結果可能會因所使用之特定方法而有所不同。想要測定粒度或粒度分佈之技術人員將很容易知道每個提及之方法通常是如何進行及實踐。因此，讀者可參考例如（i）「Comparison of Methods.  Dynamic Digital Image Analysis, Laser Diffraction, Sieve Analysis」，Retsch Technology，及（ii）Kelly等人之科學出版物，「Graphical comparison of image analysis and laser diffraction particle size analysis data obtained from the measurements of nonspherical particle systems」，AAPS Pharm SciTech. 2006 Aug 18；Vol.7(3):69，以進一步深入解每個程序及方法，所有這些文件都藉由引用方式整體併入本文中。
燒結碳化物及金屬陶瓷粉末之所需粒度可藉由在環境條件（即，在25ºC、298.15 K及101.325 kPa之壓力下，在球磨機或立式球磨機中）下使用金屬黏合劑將燒結碳化物及金屬陶瓷粉末經受研磨操作數小時（例如8、16、32、64小時）以製造粉末。在一些具體實例中，除使用球磨機或立式球磨機作為物理組件之外，超音混合可為混合方法之選擇。正如技術人員顯而易見地，研磨是藉由首先將研磨液添加到粉末中以形成研磨粉末漿料組成物來進行。研磨液可為水、醇（諸如但不限於乙醇、甲醇、異丙醇、丁醇、環己醇）、有機溶劑（例如丙酮或甲苯）、醇混合物、醇及溶劑混合物等成分。研磨粉末漿料組成物之性質尤其取決於添加之研磨液之量。由於研磨粉末漿料組成物之乾燥需要能量，因此應較佳將所用之研磨液之量減至最少以降低成本。然而，需要添加足夠的研磨液以實現可泵送之研磨粉末漿料組成物並避免系統堵塞。此外，可將本領域技術人員通常已知之其他化合物添加到漿料中，例如分散劑、pH調節劑等。可在研磨之前將有機黏合劑（諸如例如聚乙二醇（polyethylene glycol；PEG）、石蠟、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol；PVA）、長鏈脂肪酸、蠟或其任何組合或類似組分）添加到研磨粉末漿料組成物中，典型地以例如15 vol%至25 vol%（即，由各提及之組分所構成之總體積%）所形成之漿料之總體積，以促進團聚物之形成，並且在隨後之後續壓制步驟中充當壓製劑。
可將經研磨之粉末漿料組成物進行噴霧乾燥、冷凍乾燥或真空乾燥並且進行造粒，以提供各種形狀（包括例如球形）之自由流動之粉末團聚物。或者，可將經研磨之粉末漿料組成物進行真空乾燥，以在形成生坯時提供適用於等靜壓壓實之粉末。在一些情況下，燒結碳化物及金屬陶瓷粉末可在與金屬黏合劑一起研磨之前被壓碎或以其他方式粉碎。
在噴霧乾燥之情況下，可通過乾燥塔中之適當噴嘴將含有與有機液體混合之粉末材料以及可能的有機黏合劑之漿料進行霧化，其中藉由熱氣流（例如在氮氣流中）將小液滴瞬間乾燥，以形成具有良好及可接受的流動性質之球形粉末團聚物。
在燒結程序之準備過程中，粉末形成或固結為生製品或生坯。使用習知技術，諸如冷工具壓製技術，包括多軸壓製（multi axial pressing；MAP）、擠壓或金屬射出成型（metal injection molding；MIM）、冷等靜壓製（cold isostatic pressing；CIP）、丸粒壓製、刮刀成型及在粉末冶金領域中已知之其他方法，將粉末混合物形成為生坯。可使用與本標的之目的並無不一致及不相容之任何固結方法。成型產生允許容易處理及生機械加工之生坯密度及/或強度。在本發明之一個實例中，成型是藉由壓製操作來完成。於此，壓製可藉由單軸壓製操作以通常使用之5噸至40噸之力來進行。
生坯可採用毛坯之形式，或者可採用其他方式呈現出所需切削元件（包括切削刀片（cutting insert）、鑽頭或端銑刀（end mill））之近淨形狀。在一些實例中，將生坯進行機械加工以提供所需的形狀。
可將生坯經受預燒結溫度升高程序，以成功地去除有機黏合劑。這可在執行下文進一步描述之燒結製程時在同一設備中完成。可採用用於去除有機黏合劑之合適溫度為200°C至450°C、200°C至500°C、200°C至550°C、200°C至600°C、250°C至450°C、250°C至500°C、250°C至550°C、250°C至600°C、300°C至450°C、300°C至500°C、300°C至550°C，或300°C至600°C，藉由通常以例如約0.70℃/分鐘之速率增加溫度，典型地在反應性H 2氛圍下，通常以1000升/小時至10000升/小時之H 2流速施加。在一些實例中，在去除有機黏合劑之後，以約2℃/分鐘至約10°C/分鐘之速率，或以約2°C/分鐘至約5°C/分鐘之速率將溫度升高達到所欲的預燒結溫度。該溫度可保持約60分鐘至約90分鐘直到燒結爐中之整個主體變化已達到所欲的溫度並且已完成所欲的相變。通常，預燒結步驟可在真空中、在反應性（H 2）氛圍中、在非反應性惰性氛圍（例如氮氣（N 2）或氬氣（Ar））中，或在含碳氣體氛圍中進行。
經預燒結及去黏合之生坯隨後經歷燒結固結製程以最終形成經燒結之最終材料。這通常可典型地使用50巴至75巴、50巴至80巴、50巴至85巴、50巴至90巴、60巴至75巴、60巴至80巴、60巴至85巴、60巴至90巴、70巴至75巴、70巴至80巴、70巴至85巴、或70巴至90巴之壓力來進行。然而，取決於組成，在1300°C至1500°C、1300°C至1600°C、1300°C至1700°、1300°C至1800°C、1400°C至1500°C、1400°C至1600°C、1400°C至1700°C、1400°C至1800°C、1500°C至1600°C、1500°C至1700°C或1500°C至1800°C範圍內之溫度下，此壓力範圍可能會降低至35巴至60巴範圍，在最高溫度下停留時間典型地為1分鐘至60分鐘。
生坯可適當地經受真空燒結、或在非反應性惰性氛圍（例如氮氣（N 2）或氬氣（Ar））中、或在反應性氫/甲烷氛圍中燒結。在真空燒結期間，將生坯置於真空爐中，並在通常1300°C至1500°C、1300°C至1600°C、1300°C至1700°C、1300°C至1800°C、1400°C至1500°C、1400°C至1600°C、1400°C至1700°C、1400°C至1800°C、1500°C至1600°C、1500°C至1700°C，或1500°C至1800°C之溫度下進行燒結。在一些實例中，可將熱等靜壓製（hot isostatic pressing；HIP）添加到真空燒結製程中。HIP可作為燒結後操作或在真空燒結期間進行，從而產生燒結HIP製程。所得之經燒結之燒結碳化物及金屬陶瓷體展現出如本發明本文所述之硬度及斷裂韌性。
技術人員在實踐中將容易地知道通常如何進行及實踐燒結程序。因此，讀者可參考例如美國專利第6,814,775B2號、美國專利第8,327,958B2號、美國專利第8,342,268B2號、美國專利第10,232,493B2號、美國專利第10,252,947B2號、美國專利第10,337,256B2號、美國專利第10,753,158B2號、美國專利第11,065,863B2號及美國申請案公開第2018/0009716A1號，以進一步深入解燒結程序及方法，所有這些文件均藉由引用方式整體併入本文中。
現在轉向圖1，該圖顯示描繪根據本標的之具體實例製造經燒結之燒結碳化物之各個製程步驟之流程圖。圖1說明，在步驟100中，該方法藉由提供粉末混合物開始，該粉末混合物包括形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以粉末混合物之總重量計70 wt%至93 wt%之量存在，及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以粉末混合物之總重量計7 wt%至30 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包括鎳、鉬、鈷、鐵及鉻中之一或多者。在步驟105中，將粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物。在步驟110中，將粉末摻合物經受成型操作以製造生坯。在步驟112中，執行預燒結溫度升高程序以去除可能仍存在於所製造之生坯中之任何潛在剩餘的有機黏合劑。最後，在步驟115中，將所製造之生坯經受燒結操作以最終形成經燒結之燒結碳化物。
同樣地，圖2顯示展示根據本標的之具體實例製造經燒結之金屬陶瓷之各個製程步驟之流程圖。圖2描繪，在步驟200中，藉由提供粉末混合物開始該製程，該粉末混合物包括形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以粉末混合物之總重量計60 wt%至82 wt%之量存在，及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以粉末混合物之總重量計18 wt%至40 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包括鈷、鎳及鉬中之一或多者。在步驟205中，將粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物。在步驟210中，將粉末摻合物經受成型操作以獲得生坯。在步驟212中，進行預燒結溫度升高程序以去除可能仍存在於所獲得之生坯中之任何可能殘留的有機黏合劑。最後，在步驟215中，將所獲得之生坯經受燒結固結程序以最終形成經燒結之金屬陶瓷。
本文所述之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可有利地結合為用於各種應用之切削元件或切削元件之組件。
在一些具體實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可用於形成用於機械加工金屬及/或金屬合金之切削刀片。在其他具體實例中，燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可用於製造斷續切削工具，諸如鑽頭、端銑刀及/或銑削刀片（milling insert）。
此外，本文所述之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可與本領域公知之超級磨料超硬材料物理性組合，該超級磨料超硬材料諸如以下但不限於以下：結晶鑽石、多晶鑽石（PCD）、熱穩定多晶鑽石、化學氣相沉積（CVD）鑽石、金屬基質鑽石複合物、陶瓷基質鑽石複合物、奈米鑽石、立方氮化硼（cBN）、多晶立方氮化硼（PcBN）。例如，本文所述之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可用作錨定及嵌入基材或支撐功能，該超硬材料在高溫、高壓（high temperature, high pressure；HTHP）製程中被燒結到其上。
這種情況下，超級磨料超硬材料層又可提供增強的耐磨性，從而致使使用本發明本文所述之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之切削元件及/或磨耗部件之壽命增加。在一些特定具體實例中，本文所揭示之燒結碳化物及金屬陶瓷組成物可作為磨耗部件（例如拉絲模）用於製造鑽孔、旋轉或切削工具，或用於帶有地鑽體（earth boring bodies）、鑽頭（drill bit）及刀具之地鑽及採礦設備中。
經燒結之燒結碳化物及金屬陶瓷藉由一種方法形成，該方法可視需要包括添加劑或減少在燒結固結製程中發生之陶瓷硬質相及高熵合金（HEA）黏合劑相結合之數量及程度之加工步驟。在一個實例中，可在燒結固結製程之前將惰性材料包括在陶瓷硬質相及高熵合金（HEA）黏合劑相粉末中，以藉由用惰性材料置換反應性材料來減少在燒結固結製程中發生之反應結合程度。在另一個實例中，可在燒結固結製程之前將惰性材料部分地塗佈在粉末上，以抑制或防止在燒結固結製程中會另外發生之反應結合程度。
可在所揭示之方法中單獨或組合使用之惰性材料之實例可包括氧化物、碳化物、氮化物、鋁酸鹽、矽酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、二氧化矽（石英）砂及立方氮化硼（cBN）。在特定具體實例中，惰性材料之具體實例包括Al 2O 3、SiO 2及SiC。當使用惰性材料時，惰性材料具有在約1至50微米範圍內之D50並且以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計至多10 wt%之重量存在。在一些實例中，惰性材料以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至2 wt%、1 wt%至3 wt%、1 wt%至4 wt%、3 wt%至4 wt%、3 wt%至5 wt%、3 wt%至6 wt%、5 wt%至6 wt%、5 wt%至7 wt%、5 wt%至9 wt%、或5 wt%至10 wt%存在。
本發明本文所述之燒結碳化物組成物亦可塗佈有一或多種耐火材料。如本文所用，耐火材料是指抵抗藉由熱、壓力或化學侵蝕而分解之材料。塗層可藉由例如物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）來完成，選自鋁及元素週期表之第IVB、VB及VIB族中之一或多種金屬元素及選自元素週期表之第IIIA、IVA、VA及VIA族中之一或多種非金屬元素。在一個特別具體實例中，耐火塗層包括選自鋁及元素週期表之第IVB、VB及VIB族中之一或多種金屬元素之碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物及/或硼化物。此外，塗層可為一層塗層或多層塗層。當使用耐火材料時，其以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計至多10 wt%之重量存在。在一些實例中，耐火材料以燒結碳化物及金屬陶瓷組成物之總重量計1 wt%至2 wt%、1 wt%至3 wt%、1 wt%至4 wt%、3 wt%至4 wt%、3 wt%至5 wt%、3 wt%至6 wt%、5 wt%至6 wt%、5 wt%至7 wt%、5 wt%至8 wt%、5 wt%至9 wt%、或5 wt%至10 wt%存在。 實施例
提出以下實施例以向本領域普通技術人員提供關於如何製作及使用所描述之標的之完整揭示及描述，不旨在限制發明人視為其揭示之範圍，亦不旨在表示以下實驗為全部或唯一進行之實驗。已努力確保所用數字之準確性，但應考慮一些實驗誤差及偏差。 實施例1
與參考材料相比，具有高熵合金（HEA）黏合劑相之燒結碳化鈮（NBC）及碳化鎢（WC）組成物展現出優異的硬度
[表1]
等級 WC （ wt% ） NbC （ wt% ） Co （ wt% ） Cr 3C 2 （ wt% ） Ni （ wt% ） Mo （ wt% ） Fe （ wt% ） 總計 （ wt% ） HV30 K lc （ MPa√m ）
hea_nbc_001 2 88 2.7 0.4 3.15 2.9 0.85 100 1478 7.5
hea_nbc_002 21 69 2.7 0.4 3.15 2.9 0.85 100 1470 7.1
hea_nbc_003 44 46 2.7 0.4 3.15 2.9 0.85 100 1643 7.5
ref_nbc_001 2 88 10 100 1088 -
ref_nbc_002 21 69 10 100 1233 7.9
ref_nbc_003 44 46 10 100 1347 8.1
ref_nbc_004 2 88 9.6 0.4          100 1187 5.6
ref_nbc_005 21 69 9.6 0.4          100 1215 5.7
ref_nbc_006 44 46 9.6 0.4          100 1200 7.1
表1描述材料hea_nbc_001、hea_nbc_002及hea_nbc_003之組成物，其由以下所構成：（I）高熵合金（HEA）組成物，該組成物具有以燒結碳化物組成物（即，鎳重量為3.15%，鉬重量為2.9%，鈷重量為2.7%，鐵重量為0.85%，鉻重量為0.4%）之總重量計10 wt%之黏合劑相，及（II）以由不同重量之碳化鎢及碳化鈮所構成之燒結碳化物組成物之總重量計90 wt%之陶瓷硬質相。用於比較之參考材料ref_nbc_001、ref_nbc_002、ref_nbc_003、hea_nbc_004、hea_nbc_005及hea_nbc_006由以下所構成：（I）以燒結碳化物組成物之總重量計10 wt%之鎳黏合劑相或（II）以與hea_nbc_001、hea_nbc_002及hea_nbc_003材料相比具有完全相同的陶瓷硬質相重量（即90 wt%）但具有不同的碳化鎢及碳化鈮wt%之燒結碳化物組成物之總重量計9.6 wt%鈷加上0.4 wt%鉻黏合劑相。
HV30維氏硬度及斷裂韌性K lc測量值是根據第[0070]段所述之用於燒結碳化物之ISO 28079:2009所測定。使用Vickers Limited設備在30 kgf下對每種材料進行三個壓痕。用光學顯微鏡在500X之放大倍數下測量壓痕對角線及從壓痕角出現之裂紋長度。
如表1所示，與參考材料（ref_nbc_001、ref_nbc_002、ref_nbc_003、ref_nbc_004、ref_nbc_005及ref_nbc_006）相比，具有HEA黏合劑相之材料（hea_nbc_001、hea_nbc_002及hea_nbc_003）之所獲得之HV30維氏硬度值較高。與參考材料相比，具有HEA黏合劑相之等級之所獲得之HV30維氏硬度值之結果平均增加26.3%（即，具有HEA黏合劑相之等級之平均HV30為1530，而參考材料等級之平均HV30為1211）。
此外，與參考材料等級之所獲得之斷裂韌性K lc值（即，ref_nbc_001、ref_nbc_002、ref_nbc_003、ref_nbc_004、ref_nbc_005及ref_nbc_006之平均值為6.88 MPa√m）相比，具有HEA黏合劑相之等級之所獲得之K lc值（即，hea_nbc_001、hea_nbc_002及hea_nbc_003之平均值為7.37 MPa√m）顯示出7.1%之至少可比或增加程度。
因此，從表1中呈現之結果可清楚地看出，與僅僅單一或雙重金屬黏合劑元素相反，由HEA黏合劑相所構成之燒結碳化鈮及碳化鎢組成物表現出優異的硬度。
儘管已結合本發明之具體實例描述本發明，但是本領域技術人員將理解，在不脫離所附請求項中所定義之本發明之精神及範圍之情況下，可進行未具體描述之增加、刪除、修改及替換。
關於本文中實質上使用之任何複數及/或單數術語，本領域技術人員可根據上下文及/或應用將複數轉換為單數及/或將單數轉換為複數。為了清楚起見，本文中未明確提出各種單數/複數置換。
本文描述之標的有時說明包含在不同的其他組件中或與不同的其他組件連接之不同組件。應當理解的是，這樣描繪之架構僅是例示性的，且實際上可實現許多其他架構，其實現相同功能。從概念上來說，實現相同功能之任何組件經有效地「關聯」，從而實現期望的功能。因此，本文中經組合以實現特定功能之任何二個組件可視為彼此「關聯」，從而實現期望的功能，而與系統結構或中間組件無關。同樣地，如此關聯之任何二個組件亦可視為彼此「可操作地連接」或「可操作地耦合」以實現期望的功能，且能夠如此關聯之任何二個組件亦可視為彼此「可操作地耦合」以實現期望的功能。可操作地耦合之特定實例包括但不限於物理上可配合、及/或物理上相互作用的組件、及/或無線上可相互作用的、及/或無線相互作用的組件、及/或邏輯上可相互作用的、及/或邏輯上可相互作用的組件。
在一些情況下，一或多個組件在本文中可稱作「配置以（configured to/configured by/configurable to）」、「可操作（operable/operative to）」、「適於（adapated/adaptable）」、「能夠（able to）」、「一致之（conformable/conformed to）」，等等。本領域技術人員將認知，除非上下文另外要求，否則此類術語（例如，「配置以」）通常可涵蓋活動狀態組件、及/或非活動狀態組件、及/或待機狀態組件。
儘管已顯示及描述本文所述之本案標的之特定態樣，但是對於本領域技術人員來說顯而易見的是，基於本文之教示，可在不背離本文所述之標的及其更廣泛態樣之情況下進行改變及修改，因此，所附請求項將在其範圍內涵蓋如本文所述之標的之真實精神及範圍內之所有此類改變及修改。本領域技術人員將理解的是，一般來說，本文中且特別是在所附請求項（例如，所附請求項之主體）中所用之術語通常意欲作為「開放」術語（例如，術語「包括」應解釋為「包括但不限於」，術語「具有」應解釋為「至少具有」，術語「包含」應解釋為「包含但不限於」等等）。
本領域技術人員將進一步理解的是，若意欲引入之請求項記載之特定數目，則這樣的目的將在請求項中明確地記載，且在沒有這樣的記載之情況下，不存在這樣的目的。舉例來說，為助於理解，以下所附請求項可含有介紹性詞組「至少一個」及「一或多個」之使用以引入請求項記載。然而，這種詞組之使用不應解釋為暗示由不定冠詞「一」或「一個」引入之請求項記載將含有這種引入之請求項記載之任何特定請求項限制為僅含有一個這種記載之請求項，即使當同一請求項包括引導性詞組「一或多個」或「至少一個」以及不定冠詞如「一」或「一個」時（例如，「一」及/或「一個」典型地應解釋為意指「至少一個」或「一或多個」）；這同樣適用於使用定冠詞以引入請求項記載。
另外，即使明確記載引入之請求項記載之具體數量，本領域技術人員亦會認知到，這樣的記載典型地應解釋為意旨至少為所記載之數目（例如，沒有其他修飾語之「二個記載」之純粹記載典型地是指至少二個記載、或二或多個記載）。
此外，在那些情況下，其中慣例類似於「A、B及C中之至少一個等等」，一般來說，這種句構意欲在本領域技術人員理解慣例之意義上（例如，「具有A、B及C中之至少一個之系統」將包括但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C、及/或具有A、B及C等之系統）。在那些情況下，其中慣例類似於「A、B或C中之至少一個等等」，一般來說，這種句構意欲在本領域技術人員理解慣例之意義上（例如，「具有A、B或C中之至少一個之系統」將包括但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C、及/或具有A、B及C等之系統）。除非上下文另有規定，否則本領域技術人員將進一步理解的是，典型地無論是在說明書、請求項或圖式中，呈現二或多個替代術語之分離性詞語及/或詞組都應理解為預期包括這些術語其一、兩者術語其一、或兩者術語之可能性。例如，詞組「A或B」典型地將理解為包括「A」或「B」或「A及B」之可能性。
關於所附請求項，本領域技術人員將理解的是，其中所記載之操作通常可以任何順序執行。而且，儘管以一或複數個序列示出各種操作流程，但是應當理解的是，可以與所示出之順序不同之其他順序執行或可同時執行各種操作。除非上下文另有指示，否則此類替代排序之實例可包括重疊、交錯、間斷、重新排序、遞增、預備、補充、同時、反向或其他變體排序。此外，除非上下文另有指示，否則諸如「對…作出回應」、「涉及」或其他過去式形容詞等之術語通常不意欲排除此類變體。
本領域技術人員將理解的是，前述特定的例示性方法及/或設備及/或技術代表本文其他地方教示之更通用之方法及/或設備及/或技術，諸如在本申請案提交之請求項中及/或其他地方教示之更通用之方法及/或設備及/或技術。
儘管本文已揭示了各個態樣及具體實例，但是其他態樣及具體實例對於本領域技術人員將是顯而易見的。本文所揭示之各個態樣及具體實例是出於說明之目的，而非意欲限制，真實的範圍及精神由所附請求項指示。
在實施方式、圖式及申請專利範圍中描述之說明性具體實例並不意味著為限制。在不背離此處呈現之標的之精神或範圍之情況下，可利用其他具體實例，且可進行其他改變。
在提供數值範圍之情況下，應當理解，除非上下文另有明確說明，否則該範圍之上限與下限之間之各中間值（達到下限單位之十分之一）及所述範圍內之任何其他所述或中間值皆涵蓋於本發明內。可獨立地包括於較小範圍中之此等較小範圍之上限及下限亦涵蓋於本發明內，但要遵守所述範圍內之任何具體排除之限制。在所述範圍包括一或二個限制之情況下，排除了該等所包括限制中之一或二個之範圍亦包括於本發明中。
本領域技術人員將認知到，本文描述之組件（例如，操作）、裝置、目的以及伴隨其之討論是為了概念清楚而用作實例，且可設想各種配置修改。因此，如本文所用，所闡述之特定實例及所附的討論意欲代表其更一般的類別。一般來說，任何特定實例之使用意欲代表其類別，不應將特定組件（例如，操作）、裝置及目的之不包括視為限制。
此外，例如本文中描述之系統及方法之任何序列及/或序列之時間順序為說明性的，不應被解釋為本質上為限制性的。因此，應該理解，製程步驟可被顯示及描述為按序列或時間順序，但其不一定限於以任何特定序列或順序執行。例如，這些製程或方法中之步驟通常可以各種不同的序列及順序執行，同時仍落入本發明之範圍內。
最後，本文所討論之申請公開案及/或專利僅針對在所述發明之提申日期之前之發明而提供。本文中之任何內容均不應被解釋為承認所述發明由於先前揭示而不享有早於該公開案之權利。
100:步驟 105:步驟 110:步驟 112:步驟 115:步驟 200:步驟 205:步驟 210:步驟 212:步驟 215:步驟
被包括以提供對標的之進一步理解並且被併入並構成本說明書之一部分之附圖說明了標的之實現並且與描述一起用於解釋本發明之原理。
[圖1]為顯示根據標的之實例性具體實例製造燒結碳化物之各個製程步驟之流程圖。
[圖2]為顯示根據標的之實例性具體實例製造金屬陶瓷之各個製程步驟之流程圖。
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115:步驟

Claims (39)

  1. 一種燒結碳化物組成物，其包含： 以該燒結碳化物組成物之總重量計70 wt%至93 wt%之量存在之陶瓷硬質相；及 以該燒結碳化物組成物之總重量計7 wt%至30 wt%之量存在之高熵合金（HEA）黏合劑相，該HEA黏合劑相包含鎳、鉬、鈷、鐵及鉻中之一或多者。
  2. 如請求項1之燒結碳化物組成物，其具有高達1650 HV30之HV30維氏硬度及高達7.5 MPa√m之Palmqvist斷裂韌性（K Ic）。
  3. 如請求項1之燒結碳化物組成物，其中該陶瓷硬質相包含碳化鎢及碳化鈮。
  4. 如請求項3之燒結碳化物組成物，其中該碳化鎢以1 wt%至45 wt%之量存在，並且該碳化鈮以45 wt%至90 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  5. 如請求項4之燒結碳化物組成物，其中該碳化鈮以88 wt%之量存在，並且該碳化鎢以2 wt%量之存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  6. 如請求項4之燒結碳化物組成物，其中該碳化鈮以69 wt%之量存在，並且該碳化鎢以21 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  7. 如請求項4之燒結碳化物組成物，其中該碳化鈮以46 wt%之量存在，並且該碳化鎢以44 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  8. 如請求項1之燒結碳化物組成物，其中該鎳以3 wt%至8 wt%之量存在，該鉬以2.75 wt%至5 wt%之量存在，該鈷以2.5 wt%至8 wt%之量存在，該鐵以0.75 wt%至4 wt%之量存在，並且該鉻以0.25 wt%至4 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  9. 如請求項8之燒結碳化物組成物，其中該鎳以3.15 wt%之量存在，該鉬以2.9 wt%之量存在，該鈷以2.7 wt%量之存在，該鐵以0.85 wt%之量存在，並且該鉻以0.4 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  10. 一種金屬陶瓷組成物，其包含： 以該金屬陶瓷組成物之總重量計60 wt%至82 wt%之量存在之陶瓷硬質相；及 以該金屬陶瓷組成物之總重量計18 wt%至40 wt%之量存在之高熵合金（HEA）黏合劑相，該HEA黏合劑相包含鈷、鎳及鉬中之一或多者。
  11. 如請求項10之金屬陶瓷組成物，其中該陶瓷硬質相包含碳氮化鈦、碳化鈮及碳化鎢。
  12. 如請求項11之金屬陶瓷組成物，其中該碳氮化鈦以50 wt%至70 wt%之量存在，該碳化鈮以1 wt%至20 wt%之量存在，並且該碳化鎢以1 wt%至10 wt%之量存在，以該金屬陶瓷組成物之總重量計。
  13. 如請求項12之金屬陶瓷組成物，其中該碳氮化鈦以50 wt%之量存在，該碳化鈮以20 wt%之量存在，並且該碳化鎢以8 wt%之量存在，以該金屬陶瓷組成物之總重量計。
  14. 如請求項10之金屬陶瓷組成物，其中該鈷以7 wt%至13 wt%之量存在，該鎳以7 wt%至13 wt%之量存在，並且該鉬以7 wt%至13 wt%之量存在，以該金屬陶瓷組成物之總重量計。
  15. 如請求項14之金屬陶瓷組成物，其中該鈷以7.3 wt%之量存在，該鎳以7.3 wt%之量存在，並且該鉬以7.3 wt%之量存在，以該金屬陶瓷組成物之總重量計。
  16. 一種燒結碳化物組成物，其包含： 以該燒結碳化物組成物之總重量計60 wt%至85 wt%之量存在之陶瓷硬質相；及 以該燒結碳化物組成物之總重量計15 wt%至40 wt%之量存在之高熵合金（HEA）黏合劑相，該HEA黏合劑相包含鈷、鎳、鉬及鎢中之一或多者。
  17. 如請求項16之燒結碳化物組成物，其中該陶瓷硬質相包括碳化鈮及碳化鉭。
  18. 如請求項17之燒結碳化物組成物，其中該碳化鈮以1 wt%至80 wt%之量存在，並且該碳化鉭以1 wt%至20 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  19. 如請求項18之燒結碳化物組成物，其中該碳化鈮以78 wt%之量存在，並且該碳化鉭以3 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  20. 如請求項16之燒結碳化物組成物，其中該鈷以4.5 wt%至10 wt%之量存在，該鎳以4.5 wt%至10 wt%之量存在，該鉬以4.5 wt%至10 wt%之量存在，並且該鎢以4.5 wt%至10 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  21. 如請求項20之燒結碳化物組成物，其中該鈷以4.75 wt%之量存在，該鎳以4.75 wt%之量存在，該鉬以4.75 wt%之量存在，並且該鎢以4.75 wt%之量存在，以該燒結碳化物組成物之總重量計。
  22. 一種製造經燒結（sintered）之燒結碳化物之方法，其包含： （a）提供粉末混合物，其包含形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以該粉末混合物之總重量計70 wt%至93 wt%之量存在，及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以該粉末混合物之總重量計7 wt%至30 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包含鎳、鉬、鈷、鐵及鉻中之一或多者； （b）將該粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物； （c）將該粉末摻合物經受成型操作以形成生坯；及 （d）將該生坯經受燒結操作以形成經燒結之燒結碳化物。
  23. 如請求項22之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其具有高達1650 HV30之HV30維氏硬度及高達7.5 MPa√m之Palmqvist斷裂韌性（K Ic）。
  24. 如請求項22之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該陶瓷硬質相包含碳化鎢及碳化鈮。
  25. 如請求項24之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該碳化鎢以1 wt%至45 wt%之量存在，並且該碳化鈮以45 wt%至90 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  26. 如請求項25之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該碳化鈮以88 wt%之量存在，並且該碳化鎢以2 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  27. 如請求項25之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該碳化鈮以69 wt%之量存在，並且該碳化鎢以21 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  28. 如請求項25之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該碳化鈮以46 wt%之量存在，並且該碳化鎢以44 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  29. 如請求項22之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該鎳以3 wt%至8 wt%之量存在，該鉬以2.75 wt%至5 wt%之量存在，該鈷以2.5 wt%至8 wt%之量存，該鐵以0.75 wt%至4 wt%之量存在，並且該鉻以0.25 wt%至 4 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  30. 如請求項29之製造經燒結之燒結碳化物之方法，其中該鎳以3.15 wt%之量存在，該鉬以2.9 wt%之量存在，該鈷以2.7 wt%之量存在，該鐵以0.85 wt%之量存在，並且該鉻以0.4 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  31. 一種製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其包含： （a）提供粉末混合物，其包含形成陶瓷硬質相之硬質成分之粉末，其以該粉末混合物之總重量計60 wt%至82 wt%之量存在，及高熵合金（HEA）黏合劑相，其以粉末混合物之總重量計18 wt%至40 wt%之量存在，該HEA黏合劑相包含鈷、鎳及鉬中之一或多者； （b）將該粉末混合物經受研磨操作以形成粉末摻合物； （c）將該粉末摻合物經受成型操作以形成生坯；及 （d）將該生坯經受燒結操作以形成經燒結之金屬陶瓷。
  32. 如請求項31之製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其中該陶瓷硬質相包含碳氮化鈦、碳化鈮及碳化鎢。
  33. 如請求項32之製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其中該碳氮化鈦以50 wt%至70 wt%之量存在，該碳化鈮以1 wt%至20 wt%之量存在，並且該碳化鎢以1 wt%至10 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  34. 如請求項33之製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其中該碳氮化鈦以50 wt%之量存在，該碳化鈮以20 wt%之量存在，並且該碳化鎢以8 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  35. 如請求項31之製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其中該鈷以7 wt%至13 wt%之量存在，該鎳以7 wt%至13 wt%之量存在，並且該鉬以7 wt%至13 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  36. 如請求項35之製造經燒結之金屬陶瓷之方法，其中該鈷以7.3 wt%之量存在，該鎳以7.3 wt%之量存在，並且該鉬以7.3 wt%之量存在，以該粉末混合物之總重量計。
  37. 一種切削工具或鑽頭，其包含如請求項1之燒結碳化物組成物。
  38. 一種切削工具或鑽頭，其包含如請求項10之金屬陶瓷組成物。
  39. 一種切削工具或鑽頭，其包含如請求項16之燒結碳化物組成物。
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