披覆焊料的钻石或立方氮化硼及其集结体及其制法 【技术领域】
本发明是关于一种披覆焊料的钻石或立方氮化硼及其集结体及其制法，其是以焊料粉末附于钻石或镀有钛的立方氮化硼表面，然后再加温熔化焊料，令钻石或立方氮化硼被焊料合金包裹于其中。
背景技术
钻石的惰性极大。也就是因为它不易与其它材料反应，它才能用来切磨工件。例如钻石锯齿已大量用来锯切石材。钻石磨轮则常用于加工包括陶瓷、玻璃等的非铁材料。但在高温下，钻石会和铁族金属(铁、钴、镍或其合金)反应，所以不适合用来加工这类材料。
在制成钻石工具时，钻石磨料必须混在结合剂(Bond)(如金属、陶瓷或树脂)内。结合剂可将钻石磨粒隔开并将的个别握持用以锯磨工件。但因钻石惰性很大，各种结合剂都无法有效握持钻石以致大部份的钻石都在锯磨工件时被撞掉落。也因此钻石的使用率甚低(约10％)，所以钻石工具的寿命就偏短。
一般的结合剂乃机械式的将钻石卡住。大部份的金属结合剂(如铁、钴、镍、铜或其合金)乃以粉末烧结成形将混在其间的钻石夹住。有些钻石工具乃以水溶液(电解质)内沉积的镍将钻石包围固定。玻璃或陶瓷(Verified)的结合剂也是以粉末烧结成形包围内部的钻石。树脂结合剂则把树脂烧结或熔铸成一体将钻石埋在其中。这些方法都不能使结合剂有效地握持钻石。
为了加强钻石的握持力，传统的方法乃在钻石外部镀上一层金属。例如以化学镀(Electroless Coating)在溶液里把镍(内含磷)沉积在钻石的表面。也有以熔盐法(如以CaCl2-NaCl-KCl的共晶成份)将金属粉末(如Ti、Cr、Si)扩散再沉积在钻石表面。再如以化学气相沉积(Chemical VaporDeposition或CVD)的方法把金属化合物的气体(如TiCl4、SiCl4、CrCl3、WCl3)还原出金属再沉积在钻石的表面上。
上述的镀膜方法如果不是以溶液沉积就是以气相沉积。这类的方法在钻石表面沉积的金属都是固体的原子或原子团。这些固体颗粒不能有效的「润湿」(Wetting)钻石的表面，因此镀膜之内仍含诸多孔隙，所以它们的组织并不致密。更有甚者，除化学镀的镍层外，其它的镀膜都非常薄，常不及1微米(Micro Meter)。而化学镀的镍也只能包裹钻石，并不能抓着钻石。除了上述问题之外，传统镀膜的成份通常十分均一，既使披覆多层也不能使其合金化。加上镀膜实在太薄，因此不仅结合剂难以附着，它们也容易被结合剂溶解。其结果会使钻石镀膜的功效完全消除。
【发明内容】
有鉴于现有钻石披覆方法成效不佳，本发明人乃针对现有的方法进行检讨与研究，经不断尝试与实验后终于发展出了确具产业上利用价值的本发明产品及其制造方法。
本发明的目的之一在于：提供一种披覆焊料的钻石或立方氮化硼，该焊料在披覆时为熔融状态的液体，且厚度在2微米以上；
本发明的目的之二在于：提供一种制造披覆焊料的钻石或立方氮化硼的方法，其是以液状黏结剂润湿钻石表面，再把表面有黏结剂的钻石混入焊料及添加物粉末中，使其表面黏满粉末，然后置入真空炉内加温将焊料熔化，使钻石被焊料合金包裹而形成被覆有焊料合金的钻石；
本发明的目的之三在于：提供一种制造披覆焊料的钻石或立方氮化硼的方法，其钻石或立方氮化硼乃与焊料合在一起但各颗粒之间乃以陶瓷材料隔开；
本发明的目的之四在于：提供一种披覆焊料的钻石或立方氮化硼集结体，该集结体乃以熔融的焊料将之黏结在一起并凝固冷却成形。
本发明也可将钻石与焊料粉末直接混合再加热，这时可以不需使用有机黏结剂。
另依本发明的制法亦可适用于镀上一层钛的立方氮化硼。
为使贵审查委员进一步了解前述目的及本发明的特征，兹附以图式详细说明如后：
【附图说明】
图1：为本发明的方法制成刺猬钻石的外形示意图。
附图中：
10--钻石 12--焊料
14--填加物
【具体实施方式】
本发明乃一改传统以溶液(水或熔盐)或气体来披覆钻石的方法，而改用熔融的金属焊料直接黏附钻石。由于合金焊料是可以自由流动的液体，因此它可以完全「润湿」钻石并紧密的贴附其上，且其厚度在2微米以上。尤有进者，焊料内含有可以与钻石反应而形成碳化物的「活化金属」(ReactiveMetal)，如Ti、Cr、Vi、Mn、V……等，因此焊料也可以化学键将钻石牢牢抓住。除此之外，熔融的焊料合金可以披覆较厚(如10微米)，因此不虞被结合剂溶解或侵蚀。
以熔融的焊料来披覆钻石还有一个甚大的好处，即焊料的主要成分(如镍或铜)与金属结合剂的主要成份(铁、钴、镍、铜或其合金)会互相溶合而形成强固的冶金键结(Metallurgical Bond)。因此使用焊料披覆的钻石从钻石到结合剂之间没有明显的弱面。也因此这种钻石工具在使用时钻石不会脱落而可以充分使用。这样钻石工具的寿命就可以大幅延长。
披覆钻石的焊料其磨损速率必须介于钻石与结合剂的磨损速率之间，这样钻石才能突出得恰到好处，既可以高速锯磨，也不虞被撞断裂。由于合金镀膜不仅够厚，其内也可渗入其它材质以调节其耐磨性。例如镀膜内渗入软质的铜粉会使其硬度降低而加速磨耗，使钻石更为突出。相反的，若在镀膜内渗入硬质的碳化钨(WC)或碳化硅(SiC)粉末可使其变硬而不易磨损。这样就可以避免钻石过份暴露而掉落。因此合金镀膜的硬度可以自由调整使其磨耗速率可以和钻石同步。
另外，如图1所示，由于钻石10焊料12的合金镀膜可以较厚，而且它在披覆时乃为熔融状态，因此焊料12也可以同时黏附其它的填加物颗粒14，其包括小粒的钻石、碳化硅、碳化钨乃至各种金属(如铁、镍、钴、不锈钢、铜)等。这样制成的钻石″外壳″具有许多突出的尖刺或踵瘤，有如″刺猬″。这种「刺猬」镀膜不仅可牢牢抓住钻石10，也可以突刺卡住结合剂，使其不致脱落。此外，「刺猬」镀膜可以形成在钻石与结合剂之间的缓冲区，使钻石在撞击工件时可以获得更强的支撑，这样它才不易碎裂或断落。
本发明所采的钻石粒度通常在18至60筛目之间，但也可用于更大或更小的粒度。焊料12通常可为镍基或铜基。其「活化金属」可为至少2％的钛、铬、锰、硅……等。一种常用的焊料为美国Wall Comonoy公司所制以Nichrobraz为商标的LM(含镍、铬、硼、硅)。
在涂布合金镀膜时为免钻石之间被焊料黏在一起，可先以液状黏结剂(如压克力胶)润湿钻石的表面，再把表面有黏胶的钻石混入焊料及填加物(如WC)使钻石表面黏满粉末。如果重复黏黏粉末数次，钻石外部的合金膜就会较厚。黏满粉末的钻石可以填入一种和焊料不起反应的粉末〔如氧化铝(Al2O3)、SiO2或ZrO2〕堆里，然后置入真空炉内加温(如1000℃)将焊料熔化。这样每颗钻石会被焊料合金包裹。但因彼此之间被氧化物或氮化物隔开，所以不会黏在一块难以分离。如果焊料表面要黏上突出的颗粒(如SiC)，则可将表面黏上焊料的钻石埋入这种颗粒堆里即可。当焊料熔化时就会自动黏上突出的颗粒。
如果不用有机黏结剂，钻石也可个别置入一种和焊料不起作用的陶瓷材料上的钻孔内。这时适量的焊料可用以填塞在钻石的周围。在加温使焊料熔化后，焊料就可将钻石包裹成有设定厚度的镀膜。
以这种方法不仅可制成披覆合金的钻石，还可以合金将钻石连成一体，制成「钻石针」或「钻石板」的集结体。例如将钻石排成一列，或铺成一片，再在其接缝处洒满焊料，当焊料熔化时就可将钻石黏成一排或一片。以此方法制造钻石集结体时，焊料内也可加入其它粉末(如WC)以调节其硬度。
另外，依本发明的方法，亦可用以披覆非钻石的立方氮化硼(Cubic BoronNitride)，但在披覆时立方氮化硼的表面要先以传统方法镀上一层钛(约1μm厚)，再以焊料如前述的方法如法泡制，即可制成披覆焊料的立方氮化硼及立方氮化硼集结体。