TW414748B - Brazed diamond tools by infiltration - Google Patents

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414748 Α7 Β7 五、發明説明（/ ) 一^—~ 〔發明之背景〕 1 *發明之領域 本發明涵蓋一種包含鑽石顆粒之工具，其中鑽石顆粒 乃以烊料藉化學鍵黏結在基體材料内3此等工具之製造方 法係將 '溶融之焊料滲透進含有鑽石顆粒之已成形基體，藉 此以化學結合方法將鑽石固持於適切處。 2·對前技之陳述 研磨工具早已應用於眾多應用場合，包括切、鐵'鋸 、磨、拋光以及磨光材料。由於鑽石係最堅硬之研磨材料 故其廣為用作鑛片、錢頭或其他裝置上之超級研磨劑， 利用其耐磨性來切削、成形或打磨其他硬性材料。此種工 具1 9 9 6年所消耗之總價值在5 〇萬美元之上。此等工 具大半消耗於鑛切場合’諸如切割石材、混凝土、瀝青等 0 線 經濟部中央標準局”貝工消費合作社印取 對於其他工具因缺乏硬度及耐用度而不能實際替代之 應用場合’鑽石工具尤為不可或缺。例如，在石材加工業 ’對石料之切割、鑽挖、以及鋸切，鑽石工具大概是唯一 一類充分堅硬且耐用’而可施行此種切割等之物，而且經 濟°若不使用鑽石工具’諸多此種行業將因經濟性原因而 束手無策。同樣’在精密磨削業中，因其卓越之耐磨性， 鑽石工具是唯一可以形成所需之小公差，同時又可充分經 受實際操作中之磨損者。 儘管鑽石之使用所向彼靡，然此等工具苦於數種顯著 之限制’由此會對工具之使用壽命設置不必要之限制。此 種缺點之一’係鑽石細粒與基體支承材料之啣接未成充分 強固之°卸接，使切削、鑽挖、打磨體之使用壽命不能為最 _______ 4 本紙張尺度適用中國國ϋϋ CM )人料見格（2丨OX 2Q7公漦) ^ 414748 A7 五、發明説明（) 長。實際上’在大多數情形中，鑽石細粒僅係以機械方式 埋置在基體支承材料中。結果是’在使用期間，鑽石細粒 常會被撞落或拉出。再者，在工作狀態下，該等細粒可能 接受的是來自鬆驰結合的基體之不適切的機械性支承。因 此，4工具頂抵工件，由研磨劑等施力時，錯石顆粒會因 工具所受之衝擊而散落。 據估計，在典型的鑽石工具中，不足十分之一的細粒 係在所欲之應用卡，即實際的切削、鑽挖 '打磨等過程中 實際产耗。其餘嶺石細粒，或係因為工具使用壽命屆滿時 遭拋棄而浪費，或係因為不良啣接及不適切之支承，在使 用過程中被拉出或破裂而浪費。若鑽石顆粒得以確實地定 位於周圍基體内，並與之穩固地啣接，則此等鑽石之失落 ，大部份得以避免。 再者，為確保鑽石細粒受充分之機械固持而保持於適 切之處，其必須深埋於基體内，以免使用期間脫落，或受 撞擊而脫離工具本體。結果是，鑽石顆粒突出工具表面乃 不足。對於破碎有待切削之材料、，細粒之低微突出，限制 了切削高度。此等限制，進而又限制切削工具之切削速度 。若鑽石細粒得以更牢固地固持於基體内，則其可突出基 體較尚。對於產品而言，允許較大之切削深度而得以增加 產品之切削速度’並有較長之使用壽命。再者，因工件與 工具基體間摩擦較低，切削、鑽挖等所需之功率亦可減小 〇 為將鑽石細粒錯定於基體内，甚希望基體於鑽石之周 圍形成一種碳化物。如此形成之化學結合，強度遠較傳統 之機械性啣接為高。碳化物可藉由鑽石與適切之碳化物形 ________________5 /fl + 關 ί 鮮（CNS ) Μ祕（2丨0 X 297公痒")~ '' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 ----i L-----f.— iriN /.I 裝-----r——訂----- ^濟部中决標洚局負工消费合作社印裝

κι ϋ. I---i— f - I I-- D -- ——I A7 ___, B7 五、發明説明（3 ) 成元素，諸如過渡族金屬起反應而形成。可形成碳化物之 過渡族金屬’典型者為：鈦（T i )、釩（V)、鉻（Cr )、錯（Z r)、鉬（Mo)、鎢（w)° 形成碳化物，需要碳化物形成元素沉積於鑽石之周圍 ，繼而促使二者起反應，始得形成碳化物。再者，未反應 之碳化物形成元素亦必須藉由燒結或他手段加以固結α所 有此等步驟均需在高溫下進行處理。然而，鑽石曝露於溫 度1 ’ 0 0 0 C之上即會蜆化。該銳化或係因為與基體材 料起反應，或係因為晶體内金屬夾雜物之周圍漸生顯微裂 紋之故。此等夾雜物乃係原本用來合成鎮石時所陷進之觸 媒。 大多數碳化物形成元素為耐高溫金屬，使之在溫度約 1 ’ 2 0 0 t之下不會固結。因此’耐高溫之碳化物形成 元素不適宜作為基體支承材料之主要成份β ®濟部中央標华局員工消费合作社印31 _^ Ϊ «1. ^—1 Ji - ' '^衣-----1 ,ί、.- (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) 線 然而，有一些碳化物形成元素可能具有較低的燒結溫 度’如猛（Μη )、鐵（F e )、矽（s L·)、以及鋁（A 1 )。然而，此等碳化物形成元素可能具有所不欲之其他性能 ’由此阻礙彼等用作基體支承材料之主要成份。例如，在 高壓下（約50Kb)’錳與鐵二者均可用作合成鑽石之觸 媒。因此在低壓下燒結基體粉末期間，二者可使鑽石結晶 回復成石墨。回復轉變係鑽石在高溫下蛻化之主要原因。 另一方面，鋁具有較低之熔點（6 6 〇 °c )，因此使之 易於固持鑽石顆粒。然而’當鑽石細粒正逐步切削時，可 能達及鋁之溶點。因此，鋁可能變得過軟’而不能在切削 操作期間支承鑽石。再者，銘具有在與鑽石交界處形成碳 化物A 1 4C3之趨勢。此碳化物易於水解，當曝露於冷媒 6 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS丨A4規格（2I0X2?7公釐） 414748 '^濟部中央標华局負工消費合作社印裝 A7 ___—__ B7 五、發明説明（中） ~ 時，使之可能分解。因此，對於將鑽石結合於基體内，鋁 典型的不是一種適切的碳化物形成元素。 為避免燒結之高溫，諸如錳之類碳化物形成元素常少 量滲入，作為基體内之次要成份，基體主要由鈷或青銅所 製成。於燒結過程中，會有少量（縱然有）液相形成。碳 化物形成元素經由固體媒介向鑽石之擴散非常缓慢。結果 是，在鑽石表面，碳化物之形成實乃微不足道。因此，添 加碳化物形成元素作為基體次要成份，對改善鑽石之啣接 狀況，至多係略著邊際。 為確保鑽石之表面形成碳化物，碳化物可在與基體粉 末混合之前塗覆在鑽石上<如此，碳化物形成元素儘管其 在基體内為少數成份，然可集中於鑽石之周圍而形成所需 之結合。 對鑽石之塗覆，可以化學方式或物理方式予以施塗。 在前一種情形中’所塗覆之金屬乃藉由化學反應而形成， 且通常係在較南之溫度下進行。例如，將鑽石與諸如鈇或 鉻之類碳化物形成元素相混合，並在真空下或在氣體保護 層内加熱混合物’一層薄薄的碳化物形成元素便會沉積於 鑽石上。該塗層之厚度會隨溫度之增高而增加。其沉積速 率亦可經由添加一種有助於傳遞金屬之適切氣體（如HC 1蒸汽）而加速。例如，Chen與Sung (美國專利第5，〇 24 ’ 680號案）曾闡述此種塗覆方法。 另一種情況是’塗覆可在熔鹽内進行。例如，美國專 利第2，7 4 6，8 88號案便曾闡述一種在鉻熔鹽内往 鑽石上塗覆鈦薄層之方法。 對於塗覆鑽石’常用之化學方法為化學氣相沉積法（ 7 本紙浪尺度適州中國國家標隼（CNTS ) Λ4規格（2】0X2W公漤） {請先閲讀背面之：;i意事項再填寫本頁) .I. I— is I ί . - t ---------- 訂---- 線----------Γ.----- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 414748 A7 _- _ B7 五、發明説明（f~ CVD)。於此情形中，所沉積之金屬乃藉由高溫下之氣體 反應來產生。舉例而言，美國專利第3，5 2 〇，6 6 7 號案便曾闡述一種在鑽石表面沉積矽（s i )薄層之技術 。此沉積法之溫度為充分之高，使矽之碳化物即刻在交界 處形成。 為防止鑽石因曝需於高溫中而可能蛻化，塗覆層乃在 盡可能最低之溫度下產生《然而，在低溫下沉積時，塗覆 層常會過薄。例如，由典型的化學方法所產生之塗覆層約 為一微米。有些商用鑽石細粒含有此種薄塗層。例如，通 用電乳公司提供之鑛用細粒可能就塗有鈦質或鉻質薄層。 然而，當薄層曝露於高溫，如燒結期間可能遭遇之高 溫時，其會在環境中輕易地氧化，或者熔解於基體金屬内 。因此’儘管有言聲稱此種商用塗層產品具有顯著之優點 ，典型的即是可使工具壽命延長1/3，然該薄層是否有 能力在經歷了製造過程後尚能幸存，令人生疑。 為維持金屬薄塗層’可施加多層塗層。舉例而言，美 國專利第5，232，469與5，250，806號案 描述了由鎳或另一種非碳化物形成元素所成之第二層。該 第二層可藉由低溫下之非電方法而沉積。對於多層，Chen 與Sung (美國專利第5，024，680或5，062， 8 6 5號案）描述了一種具有三層塗層之鑽石細粒。於此 情形中，其最内層由鉻製成，並外覆質地諸如為鈦之第二 金屬層。該雙層被進一步包以質地材料諸如為錳之第三外 包層。然而，此種複雜之塗層系統會使成本過高，而使得 在生產諸多切削、鑽挖或打磨工具時，因成本過高而不敷 實用。 __S_____ 本紙張尺度適用中國园家標皁（CNS ) Λ4現格（210X 297公趫） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - - '：~ 裝------r — 訂*-- 線--- 經濟部中夹標準局員工消費合作杜印裂 414748 Λ7 !______ B? 五、發明説明（g ) 另一種情況是，藉由CVD方法，化學塗覆層可沉積 得較厚。例如，Sung等（美國專利第4，943，488 或5，116，5Θ8號案）闡述了一種流化床系統，可 對鑽石塗以幾十微米之鎢。但同樣是，此種塗層價格昂責 ’並且其申5奢案尚未得到廣泛之使用。 較之化學方法，物理方法則價格低廉。再者，其可以 在甚低之溫度下往鑽石上沉積厚的金屬塗層。例如，本作 者所撰〃以流化床法對鋸用鑽石細粒塗覆金屬"（見『高級 材料之製造及特性』，第2 6 7〜2 7 3頁，1 9 9 5年版 ，韓國材料研究學會s. W. Kim與s. J.Park編）。該塗層系 統乃基於美國專利第4，770 , 907號案所述之方法 (相似之理念揭示於美國專利第5 , 143， 5 3 3 4 4 3 Al4)4i 方法同諸多相同之處理方法—樣，常會產生不同厚度之塗 層。再者，僅非常細（小於5微米）之金屬粉末始可有效 地塗覆在鑽石之表面β因此，儘管可使用物理方法來對鑽 石細粒塗覆一種含有碳化物形成元素之合金，然裨益有限 〇 以機械方式對鑽石塗覆金屬粉末時’如上例所述，粉 末為有機黏合劑（諸如Ρ ν Α或P E G)鬆馳地所固持。 此種塗覆層在下道製程，如浪合或加壓過程中可能輕易地 被擦去。儘管熱處理可增加塗覆層之機械強度，然其不能 將該塗覆層固結成全密度。多孔塗復層實缺乏支承鑽石細 粒所需之機械強度，蓋因鑽石在切削操作期間會受反覆之 衝擊。 碳化物形成元素亦可摻入合金中。若該合金可在丄工 _ 9 本紙張尺度適ϋ囷國家標隼（CNS ) 格（一-- —Ί ---丨i丨—裝-- (讀先閱讀背面之;x意事項再填寫本頁) 訂： 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 414748 A7 —---------B7 五、發明説明（7) ^ 〇 o°c之下熔化，則其可用來硬焊鑽石，而不致大為銳化 後者。焊料業内所知者諸多。其中大多數基材係以I b族 (鋼、銀以及金）為溶劑，内含一種或多種碳化物形成元 素，如金一鈦（Au — T a)、或銀一銅一鈦（Ag — Cu 丁 i )。然而’此等焊料對於商業用途而言典型的是過於 昂貴。再者’彼等質地柔軟而不適宜作為鑽石之基體支承 材料成份。 有些高溫充填式金屬可用以硬焊鑽石。此種焊料硬性 足’可於切削期間將鐵石固持於適切處。例如，美國專利 第3，894，673號案及4 , 018，576號案闉 述之鑽石工具，即藉由對内含鎳一鉻（N i _c r )作為 主要成份之硬面合金進行硬焊而製成。然而，此等經硬焊 而成之鑽石工具’儘管有用，然作為經表面處理之工具， 僅含有一層鑽石’故通常用途有限。在用於切割極其耐磨 之材料，諸如花辑岩時，此種工具便不能持久。再者，此 等工具之焊料’除固持鑽石外，亦必須作為硬面。此雙重 功能不可能始終得以折衷，因為工具表面之最佳耐磨性可 能需要針對特定之應用場合予以調整。 另一種情況是，可使用能結合鑽石之合金，來對高濃 度之鑕石顆粒（即大於體積之40%)進行滲透。舉例而 言，Chen與Sung (美國專利第5，〇3〇，276或5 , 09 6，46 5號案）便闡述了此種產品及其製造方法。 然而，由於鑽石之高濃度，其滲透非常困難。再者，此種 產品具有有限之應用用途，例如成為鑽頭。彼等不能應用 於需要低濃度鑽石之應用場用，如鋸片或磨削砂輪。 硬面合金亦可用作基體支承材料。例如，美國專利第 ____ 10 本紙i尺度中酬^:標_{ CNS ) ( 2ί0χ 297公廣) ~ ------ (請先閱讀背面之注意事項再填苟本頁 1^1 I - I m 了 -i' 線---I-—l·.I—.1_ — 經濟部中夾標準局員工消費合作社印製 414748 A7 -----~~________B7 五、發明説明（ε) 1 4378 975號案闡述了一種方法，即以甚薄之鉻 層塗覆鑽石繼而以鎮—絡合金包覆已塗覆之細粒。所包 覆之顆粒Μ後經由燒結該合金而固結。然而，由於固結過 程主要係在固相中進行，故基體與鑽石之結合可能並不充 分。 對於製造鑽石工具，除燒結法外，滲透法亦係一種常 用方法，特別是對於鑽頭，以及内含大鑽石細粒（即大於 美國篩目3 0/4 0號）之其他特殊錢石工具而言。例如 ’美國專利第4 ’ 668，552號案便闡述了 "種在低 於8 50 C (最好是7 50。〇之溫度下，以銅合金對旋 轉式鑽頭進行滲透之方法。對於此等工具，最常用之滲透 輪為銅基合金。此等滲透物必須流入並穿透基體粉末中之 微孔。為避免鑽石在高溫下蛻化，滲透物之熔點必須低。 因此，該滲透物通常含有低熔點之成份，諸如鋅（ζ η) 之類。除降低滲透物之熔點外，其低熔點成份亦須減少黏 度’使滲透物得以輕快地流動β然而，由於大多數碳化物 形成元素具有使滲透物嫁點增高之趨勢，故彼等被摒棄於 大多數滲透物之外。結果，此等滲透物遂不能增強鑽石之 結合力。 有些滲透物確含有有利於鑽石結合之碳化物形成元素 。美國專利第5 ’ 0〇〇，27 3號案闡述之一種研磨工 具便係以一種含有大量銅、錳及鋅成份之合金，對基體粉 末進行滲透而製成。然而，誠如上文所討論，添加辞之目 的係增加滲透物之流動性，而且對於製造某些必須在相異 %境下生產之產品，其可能不適用。例如’倘若渗透在真 空狀態下進行，鋅即會蒸發。結果是，殘留之合金可能會 ___ 11 本紙張尺度適用中圉國家橾隼（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-- 414748 經濟部中央梯準局員工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（9 ) 變得過黏而不能完全滲透基體粉末。 因此’需要有一種改良型方法來對基體粉末進行滲透 ’以使鑽石與之結合。此種方法應能夠在充分低之溫度下 達成之’以免潛在性地損傷鑽石。此外’此種方法應設計 成得以增強鑽石與基體支承材料之結合力。 〔發明之概要〕 本發明之目的係提供一種改良型方法，以供形成内有 鑽石顆粒之工具。 本發明之另一目的係提供此種方法’其中鑽石顆粒先 置於基體支承材料内，爾後以一焊料對該基體支承材料進 行滲透，以使鑽石顆粒與基體支承材料相結合。 本發明之又一目的係提供此種方法，其中基體支承材 料經專門選擇成可提供眾多微孔，使焊料得以流入於此， 從而有利於將鑽石與基體支承材料化學結合。 本發明之再一目的係提供此種方法，其中鑽石顆粒以 某種特定之排列方式置放在基體支承材料内，藉此延長與 鑽石及基體支承材料相响1接之工具的使用壽命。 本發明之以上及其他目的，可以一種新穎方法其經特 定性例示之實施形態予以達成，丨中該方法即可用於形成 硬焊式鑽石工具，並且可用於以該新穎方法所製成之工具 。該方法包括：形成-片基體支承材料，爾後將複數粒鑽 石顆粒置於該基體支承材科内。最好係，冑石顆粒之數 相對基體支承材料以少於5〇%為宜，尤以少於4〇 宜。隨後對該孕含有鑽石之薄片，以—種可浸潤鑽石之坪 料進行滲透，以便與鑽石形成一種化學結合。該焊料亦與 基艘支承材料相結合藉此產生一種化學結合’使鐵石與 L__ 12 $紙張尺度適月I孓矗®家標準（-CNS ) Λ4ϋ：7ΐΤ^ΐ·97公f ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} '裝-----^—訂 --------線 I-^-I — Nr___L_____ —^n 1 . 414748 A7 B7 五、發明説明（ 姓濟部中"標導局員工消费合作社印裝 基體支承材料相連，而不係依據前技似地依靠簡單的機械 性啣結。雖然本技術最適用於製造鋸片，然其應用範圍可 擴大至所有鑽石工具。 依據本發明之一個方面，該基體支承材料可由普通金 屬粉末加以製成。此種金屬粉末之諸例為：鈷、鎳、鐵、 青銅’或者彼等之合金或混合物（諸如鎢或其碳化物）。當 形成基體支承材料之後，即可在真空（典型者約1 〇- 5陶 爾）下，或者在惰性環境（諸如氬氣（A r )或氮氣（N 2))或還原環境（諸如氫氣（H2))内，以一種鑽石焊料 ，諸如 NicrobrazL. M. (Wall Colmonoy 公司製造），對 該基體支承材料進行滲透。該焊料遂有利於在鑽石顆粒與 基體支承材料間進行結合。 依據本發明之另一方面，該基體支承材料乃由粗大之 金屬粉末（如大於4 0 0美規篩目，即大於3 4微米者） 所形成。儘管傳統方法要求該綠色體之密度盡可能高，以 使後道之燒結得以快速進行，然據本發明發現，最好是使 用具有較低封裝密度之初級顆粒，以讓該鑽石烊料易於流 動。於有些情形中，可使用不規則之基體顆粒來增加初級 顆粒體之多孔性。此偏好傳統理念形成相對立，蓋因傳統 理念要求顆粒盡可能為球形，以使封裝密度得以增加。 依據本發明之又-方面，該等鑽石顆粒乃以特定之排 列方式置於基體支承材料内，而且使孕含有鑽石之基體支 承材料H孕含鑽石焊料’以增進鑽石材料之化學結合力 。該特定之排列方式可大抵為平面，如經由使用一模板來 控制鑽石之放置狀況；或者可以大抵為垂直狀，同時使溝 道形成於基體支承材料内’藉以收納鑽石顆粒，嗣後以錢 13

卜紙依尺度適用中國S家標半-(CNS (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i- ---ΓΙΛ ^—裝-----—訂------Μ--線--^---1-- • - -*1- 414748 A7 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 五、發明説明（/ /) ~ 石焊料對之進行滲透。 依據本發明之再一方面，基體支承材料可含有少量β 提升某些性能之成份。例如，可添加硬質材料，如鷄 ^ 化鎢、以及碳化矽’來增加耐磨性。亦可添加軟質材料反 ’如硫化物、銅、以及銀，作為固態潤滑劑。 支承材料可以傳統方法加以製備。例如，粉末可與 石細粒徹底混合。可添加一種有機黏合劑（諸如Ρ V Α咬 P V B )來固定該混合物。混合物隨後經冷壓而形成所^ 之形狀（如鋸刃）。該坯料隨後有待適切之鑽石焊料進行參 透。 前已討論，用於傳統工具之細基體粉末會阻礙鑽石焊 料之滲透。再者’其會與焊料過度反應，致使焊料之溶點 提高。結果是’渗透不能完成。 ' 或者’對混合物之處理可依循本申請人同時提出申請 之專利申請案（美國專利申請系列號〇 8/8 3 28 ^ 2)中之教示為之。例如’粉末與支承材料之揉和可經冷 軋而形成一薄片。該薄片繼後可衝成一種所需之形狀（如 塊狀鋸齒）（見第一圖）。數塊如此衝出之塊部可予組合而 形成坯料（見第二、三、四圖），以待滲透。誠如同時提出 專利申請案中所述’藉由將大抵為兩維尺寸之塊部組合成 一三維體，鑽石細粒於工具内之分佈狀況即可得到碎實之 控制。因此，在同一工具之不同部份内，鑽石之濃度可得 以調整（見第一A至第四圖）。對於改善工具之研磨特性而 言’此種對鑽石分佈狀況之控制甚有需要。例如，鑽石錯 片之兩側常較中央磨損較快’故最好在該兩侧添加較多錄 石細粒（見第一 B圖）。 14 本紙張^度適用中@國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐)----- (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -訂 .丨線 A7 414748 五、發明説明（/Z〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 現今之應用場合要求基體支承材料提供雙重功能：提 供工具之機械支承，以及將鑽与細粒固持在該基體内。些 兩功能時常要求相矛盾之性能。例如，作為機械支承，基 體支承材料必須強度與耐磨度雙高（諸如鈷，或混有碳化 鎢之青銅）。然而，具有良好機械支承能力之材料往往不能 有效吸附惰性之鑽石。另一方面，硬焊合金（諸如銀—銅 —鈦合金）可靠固地固持鑽石，惟過軟而不能對工具本體 提供機械支承。因此，誠需要使用一種複合材料來分離基 體支承材料之此兩項功能。於此情形中，使該複合材料之 架構對機械支承而言為最佳，又設計充填材料來固持鑽石 0 該複合材料可使用前已討論之塗層鑽石來製出。於此 情形中，可先使用鑽石焊料來塗覆鑽石細粒，繼之將已塗 覆之細粒混合在基體粉末中。然而，該塗覆處理會導引額 外之成本。再者，大多數鑽石焊料不能呈粉狀。縱然如此 亦非常難以將此荨焊料均勻塗在鑽石細粒上。結果是， 塗覆式鑽石細粒，在製造鑽石工具方面，現今使用得極少 0 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本發明製造複合型基體支承材料之方法，係將一種鑽 石焊料滲透進内含鑽石細粒之支承材料内。該焊料含有碳 化物形成元素，如鉻、錳、矽以及鋁，同時免含揮發性金 屬’如鋅、鉛以及錫。 〔附圖之簡要說明〕 ' 本發明之以上及其他目的、特徵及優點，經伴隨附圖 進行下文之詳細說明將得以明瞭，附圖中： 第一A圖顯示一個取自超級研磨工具之塊部，該塊部 __ 15 本紙張尺度適用中3國家樣CNS ) A4規格T210X 297公釐) --------— 經濟部中夾標準局貝工消f合作社印裝 414748 A7 —------- —__B7 五、發明説明（/ _〗） — 由複數層設置成彼此相鄰之線性縱向層所形成，藉以形 一種三維式超級研磨件； 乂 “第一B圖顯示第一A圖中所示工具塊部之一種典型形 態之剖面圖，其中有一層由基體支承材料所形成且超級研 磨劑較大之層，雙夾在兩層細粒較小且研磨劑濃度較高之 層内。 第二A圖顯示一個取自超級研磨工具之塊部，該塊部 由複數層彼此相啣接之彎曲形縱向層所形成，藉以形成— 種三維式超級研磨件； 第二B圖顯示一多層式基體支承材料之剖面圖’其可 用於第二A圖所示之該塊部。 ” 第三圖顯示另一種切割工具塊部之可能的佈局，其橫 向層構建成具有較高濃度之研磨料，且該等研磨料該三維 式超級研磨件之前切割端。 第四圖顯示又一種塊部佈局，其中三維式超級研磨件 以水平層朝向工具頂面’形成研磨料密度漸高之分佈形態 〇 第五A至第五D圖顯示一種方法，以供形成超級研磨 料於層内呈受控分佈狀態之諸層。 第六A圖至第六C圖顯示另一種方法，以供形成超級 研磨料呈受控分佈形態之一層或二層。 第七A圖顯示依據本發明之某一方面而形成的一種基 體支承材料之側視圖’其中於該基體支承材料内形成有複 數條槽；以及 第七B圖顯示第七A圖之基體支承材料之惻視圖，在 此有複數粒鑽石顆粒被置於槽内，並予硬焊成與該基體支 16 本紙張尺度適用中^同家標翠（CNS了Λ4規f~(训心”公釐) '' {靖先閱讀背面之注意事^再嗔寫本頁〕 > 裝-----，1 訂-----；!線----itll·---- 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印？木 Λ7 B7 五、發明説明（/矢） :材料相結合’藉此於基體支承材料内形成複 月。 第八 狀方式置於槽、孔中，並使用鑽石焊料可使二：= 以結合定位於槽、孔等内之側視圖。 〔詳細說明〕 玆參看附圖，在這些附圖中，本發明之各種元件將給 出圖號，而且將對本發明進行討論，以使熟悉該項技藝之 人士得以製造與使用本發明。可被理解的是，以下之說明 僅係對本發明原理之例示，而不應視為限制所附錄之申請 專利範圍。 ' 參看第一A圖’圖中顯示一塊部之立體圖，該塊部總 體標以10，其由複數層14、16及18所形咸。該等 層14、1Θ及18各由充填鑽石顆粒（以深色圓圈2〇 表示）之基體支承材料形成，而且已用一種選定之焊料2 8進行滲透，以結合鑽石顆粒及該基本支承材料。最好是 ’鑽石顆粒之含量小於該基體支材料一鑽石混合體之5 〇 % ’尤宜小於4 0 %。使鑽石顆粒之數量保持最少，有助 於使成本降至最低，同時又可使產品之使用壽命最優。 最好是’該焊料含有選自鉻、錳、矽及鋁中一種，或 者其合金或混合物，含量至少為3 %重量百分比。此外， 該鑽石焊料應具有低於1，1 t之液相溫度，以免在 硬焊過程中損傷鑽石。 ' 誠如與本案同時提出申請之專利申請案（美國專利申 請序號第80/832，852號案）中所討論，以複數 層薄層形成塊部10，可對鑽石顆粒2 0之分佈狀況提供 17 本紙張尺度適用中國囷家標卒（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐}

Jill---ίο 裝------IT-----.!诔 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 414748 五、發明説明（/ 〇 顯著增強之控制。經控制各層内鑽石顆粒之分佈狀況，爾 後使各層結合，即可形成一種三維之塊部，使鑽石沿各維 之分佈狀況得到控制。此舉進而又使所形成之塊部尤為適 用於該塊部可能使用之場合，如打磨、切割、磨削等。經 由變更塊部1 〇内超級研磨顆粒之分佈狀況以及濃度，可 對工具在實際工作條件下之性能作更精確之控制。 本發明對以上技術之進一步改良之處，乃在於以選用 朿以化學方式結合鎮石顆粒及基體支承材料之焊料2 8， 對基體支承材料2 4進行滲透。因此，第一A圖所示之鑽 石顆粒放置狀況係對前技之顯著改良，同時經由利用焊料 來形成化學結合，而非僅僅依賴於鑽石之機械結合性，亦 可獲致工具使用壽命之增加。 同樣，有選擇地放置不同尺寸之鑽石，可用以形成一 種切割用塊部，使之形成來抵禦對該塊部兩側之過早磨損 ’藉此延長該切割用塊部之使用壽命。尤可參看第一B圖 ’在此，圖中顯示第一A圖中切割用塊部之剖面圖。與前 技之切割用塊部不同，本切割用塊部1 〇分別由三層1 4 、1 6及1 8所形成。其中中間層；[6具有複數個為第一 種尺寸（諸如40/50篩目）及第一種濃度之超級研磨 顆粒。外層1 4及1 8，與之相對照，具有複數個為第二 種尺寸（諸如5 0/6 0篩目）及第二種濃度之超級研磨 顆粒，其中該第二種尺寸小於第一種尺寸，而且該第二種 濃度典型的是大於中間層1 6中呈現者。較小且較密集分 佈之超級研磨顆粒2 0 b，可為外層χ 4與1 8在切 凝土、岩石、瀝青等時，提供較大之耐磨性。由於外層丄 4與1 8較耐磨，切割用塊部1 〇遂可抵禦外突表面之形 ____ 18 本k張尺度適用中國囤家標嗥（CNS_)A4i見格（2「0xW/公發）: '一 -- (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝------..--訂 經濟部中央禕隼扃貝工消資合作社印¾ . - -ϊ —II - - 1 r · 經濟部中央樣隼局員Η消費合作.杜印製 A7 ι__—_B7 五、發明説明（/ 6) 成，此現象通常會出現在切割件上，藉由保持較為平面狀 之切割表面，切割用塊部便可保持一種筆直之切割路徑， 使之可以更有效地進行切割，同時又有較長之使用壽命。 再者，以鉻、錳、矽，以及/或者鋁，或者其合金或 混合物所形成之一種焊料2 8，對基體支承材料2 4進行 滲透，可令使用壽命獲致額外之增加。儘管可使用之此等 材料種類頗多’但據發現，以鉻、錳、矽或鋁，或其合金 或混合物在鑽石焊料中構成至少百分之三重量百分比（百 分之五尤佳）為宜。其時，焊料2 8可充滿基體支承材料 2 4之微孔，蓋因該材料典型的是鐵、結、錦或链或者其 合金之粉末。 使用複數層内置鑽石或某些其他超級研磨顆粒之基體 ’其另一優點在於該等層易於形成為切割、鑽挖、磨削等 .所需之其他形狀。例如，第二A圖顯示一超級研磨工具中 某一塊部3 0之立體圖’該塊部即由複數層沿縱向彎曲之 層經彼此黏連而形成，其目的係形成這樣一種三維超級研 磨元件_·以焊料2 8進行滲透，藉此將鑽石固持在該元件 内。違塊部3 〇由一一彎曲之第一、第二及第三層3 4、 3 6及3 8所形成。當三者結合在一起時，便產生一塊彎 曲形塊部3 0。當然，此種塊部可用在非直線切割之工具 上’或需要非線性的超級研磨塊部之其他類型工具上。由 於該等層3 4 ' 3 6以及3 8在最初是彼此獨立地形成， 故彼等極易順應所需之形狀，而且可在如此為之之同時， 使置於其内之已硬焊的鑽石顆粒2 0固持於預定之位置。 兹參看第二B圖，圖中顯示塊部3 0之複數層34、 3 6及3 8之剖面圖。當然，該鑽石粒顆粒之結構形態可 本紙張k度適用} Λ4规格（210X 297公釐) .一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) T-i—r ί i- I - -I ί. νκ . 訂 i線 414748 A7 B7 五、發明説明（/.?) 一 ^ - 用於第一八圖所示之塊部’或第二A圖所示者。與第一b 圖之實施例不同，在此該等層各配設相同尺寸及濃度之鑛 1顆粒2 Q。然而，由於間距大體均等，超級研磨顆粒間 t間距過大或間距過小之現象存在，而使塊部3 0之磨 才貝’較顆粒隨機間隔之前技塊部3 〇均勾。較均勾之磨損 可防止塊邠3 0過早失效’從而可延長工具之壽命，同 時使超級研磨材料之使用量維持最少。再者，結合鑽石顆 粒及基體2 4之焊料2 8，可進-步增加各層之強度並防 止鑽石顆粒失落。 第二圖顯不依據本發明之教示而製成的另—種行之有 效的塊部5 0。此鐵石之層狀結構亦可沿縱向或水平方向 組合，而且焊料2 8可施於每—層，或者如第三圖所示地 施於選定之層。諸如，第三圖之塊部5 〇可由複數層縱向 層（總體標以54)所形成。其中複數層第一種層56 ( 即圖中四層第一種層），配設第一種濃度之鑽石2 〇，其中 這些鑽石經硬焊而結合於基本支承材料2 4。複數層第二 種層5 8 (即圖中其餘9層），則配設小於第一種濃度之第 二種濃度’而且亦硬焊成結合於基本支承材料2 4。 諸多切割工具均係建構成使得其切削用塊部5 〇設有 一主刀刃’以此與待切削表面接觸時進行主切削，並承受 大部份衝擊力.例如，圓鋸鋸片通常具有複數個鋸齒，即 由切割用塊部，各齒有一主刀刃施行切削力。由於該主刀 刃完成絕大部份切削量，故遠較鋸齒之齒背部份易於磨損 °然而’當依據前藝加以形成時，該等齒通常具有較為如 一地設置於其上之研磨材料。時日一久，主刀刃即顯著磨 損’惟覆合有鑽石顆粒之其他部位則磨損甚少。最終是， _ ——_20_ 本紙張乂度適用中國®]家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公漤） 、： - - ^^^^1 afi ^m— m^i ^in I ' > 0¾. i < 續 ( '請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ •經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 414748 A7 _______ B7 五、發明説明（6 ) 研磨材料於主刀刃處磨損殆盡，而又大量餘留在各齒之其 他部位。因此，該鋸片廢棄時，即有相當數量之超級研磨 材料被浪費。第二圖之實施例特構建來克服此種問題。藉 由在主刀刃附近放置大百分比之鑽石顆粒2 〇，而較齒背 部位為多，其各層5 8與5 8遂構建成可橫跨該切割用塊 部5 0，提供大致均勻之磨損^此外，將鑽石顆粒2 〇硬 焊於層5 6與5 8内，可進一步延長該工具之壽命。 第四圖顯示又一種塊部之佈局形態，在此，三維式超 級研磨件乃由朝工具之上表面密度漸增之分佈方式形成， 同時為水平分層。誠如第三圖之實施形態一般，其鑽石顆 粒20之受控分佈形態可形成一種完善的研磨塊部7〇， 同時因減少了不必要之鑽石耗費，複又降低研磨工具7 〇 之成本。此外，硬焊可應用於其中某些層，而對其他層省 略，藉此可定製出研磨塊部70。 憑曰常經驗以及本發明方法之教示，熟悉該項技藝之 人士自可以定製出之切削、鑽挖、磨削、打磨以及其他類 型之研磨塊部，使之特予形成來在其較長的整個使用壽命 期間，使整個研磨能力（即切削、鑽挖 '磨削等）為最強 ，同時減少用來形成該工具之超級研磨材料之數量。 玆參看第五A圖至第五D圖，在此顯示一種方法，供 依據本發明之原理來形成諸層。該方法之第一步係形成一 片質地為基體支承材料104之薄片100，以待結合超 級研磨顆粒2 0。該質地為基體支承材料1 0 4之薄片1 0 0，可由傳統之粉末，諸如钻、錄、鐵、銅或青銅形成 。此外，由於下文將詳細討論之原由，最宜使用粗大之粉 末，如直徑大於3 4微米者。儘管使用粗大之粉末，與現 21 本紙張尺度適用中國國家標潭（CNS ) A4規格（2丨OX297公« ) J--P----·ίΑ ;'Ί 裝-----丨訂-----,!線 C.· (請先閱讀背面之：;i意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消f合作祍印製 A7 ________B7 五、發明説明（厂？） ~ 時之教示，其希望使用盡可能細的粉末者不相一致，然藉 由將粗大之粉末與焊料相結合，對於固持鑽石顆粒於適切 處’可獲致相當大之益處。 將基體粉末製成薄片1 〇 0，途徑有多種。例如，可 以首先將粉末與一種黏合劑（典型的是有機型）及一種可 溶解該黏合劑之溶劑相混合。隨後對此混合物進行揉和， 以形成一種具適切黏度之漿料。為防止粉末於該過程中固 化，亦可添加一種適切之致浸劑（如魚肝油、磷酸酯）。該 漿料隨後可傾倒在一塑膠帶子上，並在到刀或攤平裝置之 作用下拉長。經調整刮刀與帶子之間間隙，該漿料即可刮 成一種厚度適切之塑化板狀體。帶上到平法，對於製造粉 末材料薄片，乃係一種眾所周知之方法，且對於本發明之 方法非常行之有效。 或者，該粉末可與一種適切之黏合劑及其溶劑相混合 ’以形成一可變形之餅狀體。餅狀體隨後可經由開有一長 條口之模具擠出。該口之間隙大小，決定所擠出之板狀體 之厚度。或者，該材料可在兩支可調整間隙的軋輥之間受 拉’來形成厚度適切之薄片。 最好是製成之片狀體可彎曲’以便後道進行處理（如 變曲在工具基底上）。因此，亦可添加一種適切之有機柔化 劑，來提供所需之特性。 在粉末（金屬、塑膠、陶瓷）處理過程中使用有機添 加劑’諸多工具書中均已述及，且為熟悉該項技藝之人士 所悉知。典型的黏合劑包括：聚乙烯醇（P V A )、聚乙醇 縮丁醛（PVB)、聚乙烯甘醇（PEG)、石蠟、酴樹脂 、石蠟乳劑、以及壓克力樹脂。典型的黏合劑溶劑包括： ________22__ 本紙張尺度賴悄_:料（⑽）λ4規ϋ χπ7公楚) ----- 丨'1丨1--.--". >裝-----—訂------成 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j A7 414748 五、發明说明（27 ) 乙醇、丙酮、三氯化乙烯'甲苯等。典型的柔化劑為：聚 乙烯甘醇、二乙基草酸鹽、三乙基甘醇二氫化松香酯、甘 油、酞酸辛酯。如此引進之有機添加劑，旨在利於製造金 屬層。彼等須在金屬粉末固化前予以去除該等黏合劑之 去除方法（如在環境控制下爐内加熱），亦係熟悉該項技藝 之人士所悉知者。 一俟質地為基體支承材料1〇 4之薄片1 〇 0形成， 有一模板1 0 0即放置於該薄片上。模板1 1 0開有諸微 孔1 1 4 ’孔控大於一粒研磨顆粒，然小於兩粒磨研磨顆 粒’藉此可讓單顆研磨顆粒得以置於各特定之位置。 該模板之厚度最好是介於研磨顆粒2 〇平均高度的工 /3至2/3之間。然而倘若對於安置該研磨顆粒所需之 定位適切的調節被達成’則其他厚度之模板亦可被達用β 於模板1 1 0確實定位後’隨即有一層研磨顆粒2 〇 撒佈在模板上’使各微孔1 1 4收納一研磨顆粒。未落入 模板微孔1 1 4内之顆粒’經傾斜基扳、以掃帚清掃模板 ，或者其他相類似之方法而予除去》 如第五Β圖所示，隨後一大抵平坦之表面1 2 〇，諸 如一鋼扳被放置在顆粒2 0上，時後者放置在模板1 1 〇 之微孔1 1 4内。該平坦表面1 2 0將研磨顆粒2 0至少 部份壓進質地為基體支承材料1〇4之軟性薄片1〇〇内 ，藉以埋置該等顆粒。 除去模板1 1 〇後，如第五c圖所示，可再度使用平 坦表面120來將研磨顆粒20緊緊壓在質地基體支承材 料1Ό 4之薄片1 〇〇内。儘管以平坦表面1 2〇為宜， 然熟悉該項技藝之人士不難體察到，可能有時會希望某些 23 本紙張尺度適用中國阀家標苹（CNS ) Μ現格（210Χ297公嫠） f請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} ( τ^—----.―訂-----,— 線---- 好濟部中央標率局貝工消费合作社印聚 414^48 A7 經濟部中央標牟局員X消费合作社印製 __ B7 五、發明説明（W ) 研磨顆粒2 0，較其他研磨顆粒突出該質地為基體支承材 料之薄片2 0。在此情況下，可使用一種曲面形，或以其 他方式成形之表面來埋置有些研磨顆粒20，使之較其他 顆粒更深地進入質地為基體支承材料104之薄片1〇〇 〇 必要時’第五A至第五C圖所示之方法，可在該質地 為基體支承材料1 0 4之薄片1 0 0的其他面上重覆施行 (如第五D圖所示）’以形成一種孕含層，使鑽石顆粒以所 需之特定排列方式遍佈該層。該過程典型的係重覆數次， 以獲致多層孕含有鑽石顆粒2 0之薄層或薄片1 〇 〇。當 然，各薄片1 0 0，無需具有相同的鑽石顆粒2 0之分佈 圖案，亦無需研磨顆粒之濃度於各薄片相同。 該研磨孕含薄片100，隨後以鉻、猛、矽或者其合 金或混合物所形成之焊料進行滲透。儘管前技之焊料典型 的是包括有設計來利於硬焊材料流動性之金屬，諸如辞、 錯以及錫’然本發明發現’此等材料實際上有礙硬焊處理 過程。該等材料通常較易揮發，而且具有一種趨勢，即污 染滲透所使用之真空或惰性氣體環境。儘管該等揮發性金 屬數量非常少時，不致顯著干擾硬焊，然數量高於1至2 百分比時，即會干擾滲透之正常進行。至於本文所使用者 ，則大抵無揮發性金屬，即大抵不存在鋅等，此乃用.以描 述這樣一種情形，即使得所具揮發性金屬數量足夠之少， 不致對滲透形成任何實質性之妨礙。 重要的是’渗透溫度需保持在低於基體粉末溶點之下 ，以使工具本體在鑽石焊料之滲透期間可保持原形。再者 ，硬焊溫度亦須足夠之低，不致鑽石蛻化。除控制硬焊溫 24 本紙張尺度適用中®®家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) ' ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 線 麪濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（衫） —' --—-- 卜士硬焊'皿度亦應保持短暫’使焊料不致與鑽石以及基 體粉末過度反應。於前一種情形中，鐵石亦會规化。於後 種it形t肖基體粉末之合金化會使鑽石焊料之溶點升 南。結果，、鑽石焊料會逐漸固結，並最終停止流動。 亦可以對用於渗透之環境加以控制，以提供優異之性 能:例如’若硬焊材料含有-種㈣之氧化物或氮化物形 成元素、諸如鈦’則在焊料之參透期間必須保持高度真空 (最大為10 6陶爾另一方面，若硬焊材料含有一種 不甚敏感之形成元素’諸如鉻與猛，則低度之真空（最小 為1〇 5陶爾）或氫氣環境即可適用於滲透。 滲透之後，所產出之塊部（諸如，鋸月用塊部）可進 打表面修整（如藉由磨削），以精加工出尺寸。隨後其可鑲 裝（諸如藉由硬焊）在工具本體（諸如圓㈣）上而製成 一成品^ 刖已时論，本發明乃使用鑽石焊料作為滲透劑來滲透 鑽石工具之基體粉末。大多數鑽石焊料可輕易地潤浸主要 成份為鈷、鎳、鐵、銅或青銅的普通基體粉末，使滲透得 以順利地進行。 燒結處理會因固結而消除基體粉末所成之微孔，與之 相對照，滲透法則可讓鑽石焊料得以充填這些微孔。燒結 乃藉由原子主要沿表面之擴散而獲致。為利於密結處理， 基體粉末必須具有大的表面積。因此，燒結中最好是使用 細粉末。細粉末可讓燒結得以在低溫下進行。 對於製造鑽石工具（如鋸用塊部），最廣為使用之基體 粉末為銘粉。對於製造傳統型鑽石工具，鈷粉之標準尺寸 為小於2微米。近十年來，鑽石工具製造商已要求越來越 25 本紙掁尺度適用中國國家標準（CNS } Λ4規格（2丨0X297公^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本百〇 -裝 — 丁 — -'5 F K -- - -- - I 11-- - ― * I . 414748 A7 B7 五、發明説明u;) ' ' ~ 細之基體粉末。因此，供應商（如Eurotungsten公司） 轉而製造超細（一微米），乃至超超細（小於微米）之粉末 。因有此種趨勢，燒結溫度遂持續下降。較低的燒結溫度 ，不僅可減少鑽石之蜆化，其亦可減小製造成本。例如， 使粉末之耗用量下降。再者，石墨質模具之氧化耗損亦可 降至最小。 然而，本發明使用一種鑽石焊料來充填基體粉末之微 孔。因此，與傳統之燒結處理相反，乃以粗大之粉末，也 就係大於4 0 0美規篩目，即3 4微米者為宜》再者，儘 管傳統方法要求密度盡可能之高’以使燒結過程可快速進 行，本發明則偏向於使用具較低封裝密度之初級粒子，以 讓鑽石焊料易於流動。實際上，有時可使用形狀不規則之 基體顆粒，來故意增加初級粒子體之多孔性。此項偏愛再 度與傳統理念，即要求顆粒盡可能為球形以使裝填密度得 以增加者形成鮮明對照。 前已討論’用於傳統工具之細基體粉末會阻礙鑽石焊 料之參透。再者’其可能與焊料過度反應，使焊料之熔化 溫度提高。結果是，滲透不能完成。 使用粗大之基體粉末尚具有其他優點。例如，粗大之 粉末可與不同成份較好地混合。因此，鑽石細粒可在基體 中分佈得更均勻。再者’粗大之粉末具有較小之表面積， 因而’對於滲透之摩擦力較小。因此，其在模具内可較容 易地流動。當然’粗大之基體粉末亦大為低廉，故生產成 本得以減小。 重要的是須指出，本發明僅利用基體作為脈絡來將鑽 石細粒固持於適切之處9因此，基體可以不必由粉末製成 ________26 紙張尺度適用中國园家樣孪（CNS ) Α4規格（297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) .裝· 丁 經濟部中夬標準局貝工消贤合作社印製 414748 at B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印絮 五、發明説明（2 K) 。例如，基體本體可由一片具開口之鋼片所製成，其卞之 開口容置PCD體之鑽石細粒’諸如下文針對第七a與第 七B圖所討論者。 本發明最關鍵之部份’乃在於如何選擇鑽石焊料。鑽 石焊料雖有多種，惟滿足下列條件者始可應用。首先，浑 料之滲透溫度不得高至使鑽石顯著規化。其溫度極限大體 約為1 1 0 0 °c。該滲透溫度典型的是高於焊料之液相線 5 0°C。粗大的基體粉末以及較短的滲透路線，需要一種 超過焊料熔點較少的溫度。 鑽石焊料必須潤浸鑽石並且與該鑽石化學結合。上文 已討論，可固溶於適切之溶劑合金内的碳化物形成元素， 可滿足此項條件。然而，該碳化物形成元素之活性，必須 在鐵石與氧體或其他氣體，如氮氣或氩之間加以權衡。難 以兩全的是’強烈之碳化物形成元素，諸如可與鑽石良好 結合之鈦或鉛’亦係嗜氣性元素β彼等在與鑽石形成碳化 物之前’即在大氣環境中與有害氣體快速起反應。 大多數鑽石工具常係在空氣或—種惰性氣體内於石墨 模具中進行製造。該環境中之少量氧氣或水份會氧化碳化 物形成元素’使後者不能與鑽石結合。既便硬焊係在真空 内或氫氣環境内進行’此情事依然，除非真空度保持在低 於1 〇~6陶爾之下，或露點保持在一 6 之下。此種苛 刻之真空度或露點條件，常會增加不必要之製造成本。 另一方面’若活潑性較低，如鈷或鎳’則該金屬可在 石墨模具内進行處理而不致氧化，不過，其亦不能與鑽石 結合。因此，對於碳化物形成元素，有必要在其與鑽石之 結合能力和其被氧化趨勢之間進行折衷。 _ ___27 本紙張尺度 -'~~ (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) J1 — Ίτ.--Γ/+ ί 裝---- 訂---- 線 414748 A 7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印褽 五、發明説明（ 依據本發明，今已發現：對於鑽石焊料而言，較佳之 碳化物形成元素乃係絡、猛、矽、鋁，以及彼等之合金》 此種碳化物形成元素之最佳總含量為至少百分之三，且尤 佳的是至少百分之五重量百分比。此等焊料之諸列為：Wal 1 Clomonoy公司（美國）所製造之MICROBRAZ LM (鎳一鉻 —硼一矽一鐵），熔化區間為9 7 0 — 1 〇 〇 〇。(：，以及由 1^21^33(德國）所製造之2 1/ 80(銅一錳一鎳），熔 化區間為9 7 0 — 9 9 0 °C。其他可用的焊料包括：接近 共晶成份之銅一猛合金（約含2 5%重量百分比之銅），熔 點約8 8 0 °C ;接近共晶成份之鎳一矽合金（約含5 〇% 重量百分比之矽），熔點約9 7 0eC ;接近共晶成份之銅一 石夕合金（約含3 0 %重量百分比之矽），熔點約8 1 〇 t ; 接近共晶成份之鋁一矽合金（約含1 5 %重量百分比之矽 )，熔點約6 0 0 °C。 以上各例滲透性鑽石焊料，涵蓋了一系列機械性能及 滲透溫度（通常約高於液相線5 〇 X：)。彼等之合金亦可用 來進一步調整滲透溫度及機械性能。具體選擇鑽石焊料需 取決於所欲之應用場合。一般而言，要求較高的應用場合 ，如鋸切花崗石、混凝土瀝青，需要強度較高，可以承受 較同硬焊溫度之讀石細粒。 薄片1 0 0可以首先經組合而形成工具塊部之初坯， 而後以鑽石焊料進行滲透，即可以為焊料所滲透’而且後 者經組合而形成工具塊部，或者適宜時可形成整個工具體 。儘官第五A圖至第五D圖所述之方法可較好地用於諸多 應用場合，惟亦有例外，其時可能希望研磨顆粒2 〇外突 於基趙支承材料質之薄片i 〇 〇。例如，有些工具可能僅 28 衣紙張Μ適财類家梯準{ CNS ) A4規格（2丨“—潑 —1 — l.riK--CV 裝II (诗先閱讀背面之注項再填窝本瓦) it A7 414748 五、發明説明（以） 具有一層研磨層。此舉只消在進行第五A圖至第圖所 示之步驟時，讓模板i i 〇留在適切處即可達成，並且一 俟模板除去，不必進一步將顆粒2 〇壓進基體支承材料内 〇 針對此情形，第六A至第六C圖顯示一種側視圖，作 為第五A至第五D中所討論方法之替代形式。在第六八至 第六C圖中，質地為基體支承材料之薄片丄3 〇被形成成 厚度士於鑽石或超級研磨顆粒2 〇之載面。當該等顆粒被 壓進薄片1 3 0時，薄片之厚度會迫使該等顆粒2 〇突出 基體支承材料134。片體134隨後以前述之方式，用 鑽石焊料進行滲透a 儘管業已針對以圖案形式分佈之鑽石顆粒，對鑽石焊 料2 8之使用狀況加以討論，然其可等同地應用於以隨機 方式在基體支承材料内分佈之鑽石顆粒。一俟鑽石已置於 基體支承材料内’含有鉻、猛、紹或石夕，並且質地為大體 非揮發性金屬之鑽石焊料，即被融化並傾倒在基體支承材 料上。該液態焊料遂對基體支承材料進行滲透，而使鑽石 顆粒與基趙支承材料結合β 除可與傳統式基體支承材料，諸如金屬粉末相偕使用 外，鑽石焊料亦有利於新穎支承材料，如第七Α至第七Β 圖所不者之使用=> 尤參看第七A圖，圖中顯示某一鋸用塊 部之基體支承材料2 Q 〇，其中該境部總體標以2 〇。基 體支承材料2 0 〇包括有複數以特定之間距開設之槽2 1 4 〇 為形成一種加工較精細之切削用塊部，基體支承材料 2 0 0遂被置於一個由耐火材料（諸如石墨或金屬）所製 ______ 29 .張尺度適用巾關家標4 (CNS)^i72丨〇x297公釐} -—-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 1-1裝 ^丨訂----^--咏----— 經濟部中Λ標Ψ局負工消费合作社印1ί 經濟部中央標準局s工消費合作社印製 414748 a? -----------—__B7_ 五、發明説明（2*7 ) ~ 成之模具内。鑽石顆粒（第七圖β)倒入槽2 1 4内’至 填滿該等敞開之槽。鑽石焊料加至此等槽之頂部。經滲透 後，焊料將充填此等槽，並且與鑽石顆粒2 〇以及基體支 承材料2 0 0相結合，而形成一種完整之鋸用塊部。於此 幾何形態中，鑽石顆粒乃形成鋸用塊部（第七圖Β)之刀 口，而非傳統工具中一般遍佈基體。熟悉該項技藝之人士 將體察到，此種結構形態依前技之教示幾乎為不可能，因 為其基體支承材料2 〇 〇被要求以機械方式將鑽石固持於 適切之處。相較之，使用鑽石焊料可使鑽石顆粒柱得以定 位於槽、孔等内，因為該焊料既結合鑽石又結合支承材料 ，使鑽石得以固持於適切處（如第八圖中所示）。儘管第七 Α至第七Β圖所示之實施例形成鑽石#肋片”，然亦可形成 針狀鑽石柱。再者，可形成槽、孔等，以形成此種粒柱， 其為直線狀者或沿任何所需方向彎曲者不論。因此，憑藉 日常經驗，熟悉該項技藝之人士可演化出切、鑽、打磨等 塊部’予定製成適用特定之使用場合。所使用之鑽石顆粒 可為鑽石細粒’或者具有熱穩定性之複晶式鑽石（PCD) 。滲透不僅可凝結基體粉末，而且亦可牢固地結合鑽石， 形成一體型鑽石工具。 例一 將4 0/5 0篩目之錢石細粒（De Beers公司所製造 之S D A — 8 5 )與鐵粉及一種有機黏合劑相混合，以形 成一種鑽石濃度為2 0 (總體積之5 %)之混合物。將該 混合物在鋼模内冷壓，以形成鋸片鋸齒用的塊狀。將該初 达置於石墨模具内，並在其上撒以Nicrobraz LM粉末。 30 - Ill HI.. ...... n. 1 —Λ <- -- 1#.^^ 1 I— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f ) 訂 本紙張尺度適用中國®家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 414748 A7 B7 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 五、發明説明（β) 令該模具在真空下加熱至約1 ’ q 5 ΟΧ：，維持2 0分鐘 。其時已滲透之焊料已與鑽石及基體支承粉末結合在一起 ’而形成一塊狀鋸齒。製出二十四塊此種塊狀鋸齒，並將 之修整至所需之公差。將此等塊狀鋸齒硬焊在一 1 4英叶 圓之鋼質圓鋸片上β該鋸片遂可以較傳統型鑽石鋸片為快 之切割速度’被用來切割花崗石。此外，較之傳統型鑽石 鋸片，經此法製成之鋸片具有較長之使用壽命。 本發明之切削工具’其勝過前技切削工具之—項明顯 優點乃在於該工具可予使用之方式。鑽石録片，典型的是 製成圓鑛片之形式’其在每一轉中藉由相同之方向旋轉而 切割工件°此單方向之運動導致一種〃尾留"現象，即沿 旋轉方向論’位於鑽石顆粒前方之基體材料遭磨損，而位 於鑽石顆粒背後之基體材料則受鑽石顆粒之保護，因此， 位於鑽石背後之基體材料繼續將鑽石顆粒固持於原位。若 鋸子反轉，則鑽石顆粒會容易地自基體上遭衝落。 然而’圓鑛僅能切割工件至一定深度，即小於鑛子直 棱之半。欲切割較厚之工件，典型的是使用弓鋸。由於此 等鋸往復地運動，故鑽石顆粒必須地固持於於各齒面。結 果是，鑽石基體之尾留不能得以維持來將鑽石顆粒固持於 原位《為此原因，作往復式鑽石鋸條尚未用來鎇切諸如花 崗石之類硬性石材。而係僅被用來切割諸如大理石之類軟 性石材。 本發明可讓鑽石得以藉由硬焊而以化學方式受固持。 因此，基體尾留部無需支承鑽石。結果是’依據本發明所 製造之工具可用於往復式鋸子上來切割硬質材料。此項突 破可拓展鑽石之應用範圍’打開因前技之局限性而使先前 _ 31 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 r-- 本紙張尺度適用中國囤家標率（CNS ) Λ4規格Ui〇x 297公兹） 414*748 A7 -一. ____B7 _ 五、發明説明~~~ 所不能之市場。 因此’遂於本中揭示一種用於製造鑽石鋸片之改良型 方法。以上說明及示例僅意在例示本發明之某些潛在之使 用場合。熟悉該項技藝之人士不難理解，本發明可適用於 範圍廣大之實用性場合以及應用場合。在不偏離本發明範 圍實質之前提下，本發明之諸多實施形態以及衍生形態’ 其不同於本文所述者，以及諸多修改形態、改變形態及等 效構造，將因本發明而明瞭，或為之受理性之啟發。因此 ，儘管本發明業已在此針對其較佳之實施例加以詳細說明 ，然當理解，此一揭示僅在於例示及舉例說明本發明，且 所作目的僅在於對本發明提供完整及有效之揭示。前文揭 示内容並非意在或構成來限制本發明，或者排除其他任何 之此種貫施形態、改編形態、衍生形態、變更形態以及等 效構造’本發明僅為附錄之申請專利範圍及其等效形態所 限定β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ濟部中夾標準局•負工消贤合作社印褽 2 3 本紙張尺度通用中國围家標隼（CNS ) Λ4规格（21〇X297公漦）

Claims (1)

1. 414748

   六、申請專利範圍 經濟‘邵+央榡準局員工消費合作社印製 1 .一種以滲透法硬焊之鑽石研磨工具，其包括： 一基體支承材料，該基體支承材料構建來固持用作研 磨料之鑽石； 複數粒鑽石顆粒，其置於該基體支承材料内；以及 —種鑽石焊料，其滲透至該基體支承材料與該等鑽石 顆粒之間，使該等鑽石及該基體支承材料相結合，該鑽石 焊料含有佔2至5 0 %比例之鉻、錳、矽或鋁，但不含鋅 的金屬合金》 2 ‘如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該基體 支承材料含有佔大於5 0%重量百分比的鈷、鎳、鐵、銅 、青鋼’或其混合物或合金。 3 .如申請專利範圍第丄項之研磨工具，其中該基體 支承材料較之鑽石顆粒占有較多之體積。 4 如申请專利範圍第1項之研磨工具，其中該等錢 顆粒小於該基體支承材料與錢石顆粒纟且合體體積之4 〇 %。 5如申請專利範圍第1項之研磨工具，豆中今基體 支承材料由大於4 0 0美國筛目之粉末所形成：中湖 6 ·如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該等鑽 石顆粒以特定之排列方式置於該基體支承材料内。 7·如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該基體 支承材料由複數片孕含有鑽石之薄片所形成。 8 .如申請專利範圍第7項之研磨工具，其中該孕含 有鑽石之薄片是以金屬粉末與鑽石顆粒之混合物經由滾壓 、軋報，或帶上刮平法製成。 9.如申請專利範圍第7項之研磨工具，其中該孕含 ______ 33 本紙張尺度適财> A4— ( 2T^^F) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) j v'~ 裝------訂^----.--線---- 414748 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範園 有鎮石之薄片是以機械性整平方式將鑽石顆粒壓入金屬薄 片中所形成。 窃1 Q .如申請專利範圍第9項之研磨工具，其中該薄 片是由一金屬塊滾壓或以特別調製之金屬粉末製成。 1 1 ·如申請專利範圍第7項之研磨工具’其中在該 等孕含有鑽石之薄片中，至少有一片已以鑽石悍料加以滲 透。 1 2 .如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該鑽 石焊料實質上不含有鋅、鉛及錫。 1 3 _如申請專利範圍第i項之研磨工具，其中該鑽 石焊料含有佔至少3%重量百分比的鉻、錳、矽或鋁，或 其混合物，或者合金。 I4·如申請專利範圍第1項之研磨工具，該鑽石焊 料包括NICROBRAZ LM、銅一猛合金、銅-矽合金或鋁—矽 合金。 1 5 .如申請專利範圍第i項之研磨工具，其中該鑽 石焊料具有低於1，1〇 or之液相溫度。 1 6 ·如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該基 體支承材料上形成有複數條槽，並且該等鑽石顆粒置於該 等槽内。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之研磨工具，其中該 等槽内充填鑽石焊料使置於槽内之鑽石與基體支承材料 相黏結。 1 8 ·如申請專利範圍第1項之研磨工具，其中該等 鑽石顆粒在該基體支承材料内延伸成柱狀，而且該等鑽石 顆粒由該鑽石焊料固持在基體材料中。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本莧) 裝 訂----^--線-------r---^------ 34

   414748 A8 B8 C8 D8 經濟部中央檫準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1 9 ·如申請專·圍第丄8項之研磨工具 柱狀大抵為直線形。 、# 20 ·如中請專賴圍第18項之㈣ 柱狀為彎曲形。 y通 21如申請專利範圍第工項之研磨工具， 具為鑽石圓鋸片。 、T 22·如申請專利範圍第i項之研磨工具，工 具為可往復運動之鑽石排鋸。 2 3 · -種用於形成孕含有鑽石顆料工具的方 包括： (a) 形成-種純支承材料，使之構建來㈣用作研磨 料之鐵石； (b) 將鑽石顆粒分佈於該基體支承材料内；以及 (c) 以错石焊料滲透至該基體支承材料中而該鲜料則 包括了佔有2至5 0%比例的鉻、錳、矽或鋁，但不含鋅 的金屬合金。 2 4 .如中請專利範圍第2 3項之方法，纟中基想支 承材料以大於4 0 〇美國篩目之粉末形成。 2 5 .如申請專利範圍第2 3項之方法，纟中基體支 承材料以形狀不規則之顆粒形成。 2 6 ·如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該方法 尤其包括以特定排列方式，將該等鑽石顆粒分佈在該基體 支承材料内。 2 7 .如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該方法 所使用的滲透焊料實質上不含鋅、鉛或錫。 2 8 .如申請專利範圍第2 3項之方法其中該方法 —ΊΓΙΓΙΓ1'···「裝-----—1τί--------球 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

   414748 AS B8 C8 D8 '、申請專利範圍 尤其包括在該基體支承材料内形成複數條槽，以及 石 顆粒分佈於該等槽内。 2 9 如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該方法 更包括以鑽石焊料滲透入該等槽中，以將該等鑽石顆料結 合於該基體支承材料内。 30.如申請專利範圍第23項之方法，其t該方法 更包括在滲透期間’真空度不低於1 〇 - 3陶耳。 31，如申請專利範圍第23項之方法，其中渗透用 的焊料含有至少5%重量百分比的碳化物形成元素，包括 鉻、猛、is或石夕，或其混合构，或合金。 3 2 ·如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該鑽石 烊料選自於包括：Nicrobraz LM;含有銅與猛之合金；含 有銅與矽之合金；含有鋁與矽之合金；以及含有鎳與矽之 合金群組中。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) r--： I 裝· ,1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 36 本紙張尺度適用中國國本標準（CNS ) A4規格（2【0X297公釐）