含有纖維的嵌有金剛石的切削刀具的製作方法
2023-09-10 20:21:10
專利名稱：含有纖維的嵌有金剛石的切削刀具的製作方法
技術領域：
本發明涉及切削刀具及其使用方法。尤其是，本發明涉及含有纖維的嵌有金剛石的切削刀具。
背景技術：
切削刀具可嵌入金剛石從而用於研磨、拋光或者以其它方式切削普通切削刀具所無法切削的物質。這些切削刀具中用以執行切削作業的部分(或切削刀具的切削部分)通常可由包含粉狀金屬或堅硬粒狀材料，如碳化鎢的基體形成。有時，此基體材料會被滲入粘結劑，例如銅合金。最後，這些刀具的切削部分可被嵌有金剛石晶體或一些其它形式的研磨切削介質。當刀具研磨和切削期望的物質時，刀具的切削部分將磨蝕和曝露出金剛石晶體(或其它切削介質)的新層，從而使切削部分於切削過程中始終保持有銳利的表面。任何嵌有金剛石的切削刀具均可連續進行有效地切削直至刀具上嵌有金剛石的部分被完全磨損。此時，刀具將變鈍並且必須用新的刀具加以替換。
有些時候，嵌有金剛石的切削刀具會很昂貴並且更換刀具會耗時、提高成本，同時還會有危險。例如，在更換嵌有金剛石的鑽芯取樣鑽頭時，需要將整個鑽杆柱從已經被鑽削的孔洞(鑽孔)中移出(或取出)。鑽杆的每一部分必須依序地從鑽孔中移出。一旦鑽頭被更換，整個鑽杆柱還必須一部分接一部分地進行組裝之後再裝回到鑽孔中。由於鑽孔的深度及被鑽削物質的特性不同，對於單一鑽孔來說上述過程有可能需要重複多次。
同時，傳統的嵌有金剛石的切削刀具經常會具有一些能夠增加其切削部分的損耗速度的特性，並且因此會增加與軟管切削刀具有關的作業成本。首先，切削刀具中的粘結材料與切削介質相比會比較柔軟。因此，切削部分會過早地磨蝕並使得金剛石或其它研磨切削介質過早地脫落。其次，切削部分的磨蝕速度會由於在刀具切削表而或者刀具切削部分與被切削物質之間的界面上或其周圍潤滑不良而增加。最後，傳統的嵌入型切削刀具還會因過於耐磨而無法曝露和更新切削部分的層。
發明內容
鑑於以上問題，本發明之目的在於提供一種嵌有金剛石的切削刀具及其製造和使用方法。該切削刀具包含嵌有金剛石的切削部分，該切削部分包含由碳、玻璃、陶瓷、聚合物等製成的纖維。該纖維可為任意形式，其中包含切短纖維與研磨纖維。該纖維也可覆蓋有金屬、陶瓷或其它可增強性能的塗層。該纖維可用於控制切削部分中基體的抗拉強度及其磨蝕速度從而優化刀具的性能。另外，該纖維還可削弱結構並使更高模數的粘結劑以較低的消耗使用到切削刀具，其中所允許的纖維量將適合於保持切削部分中的金剛石達到期望的時間量。並且當切削部分磨蝕時，該纖維還可增加切削部分表面的潤滑性。使用該纖維可使切削刀具使用更長的時間，並且由於無需經常對刀具進行更換，因而使切削刀具更具安全性且更加經濟實用。
附圖簡要說明 參照以下附圖，隨後的說明書可被更加清楚地加以理解，附圖中
圖1表示了鑽芯取樣鑽頭的示意圖； 圖2表示了金剛石繩的橫截面的示意圖； 圖3表示了另一金剛石繩的橫截面的示意圖；以及 圖4表示了單獨的金剛石繩串珠的橫截面的示意圖。
結合如下的說明，上述附圖表明並解釋了本發明以及使用本發明的方法的原理。在上述附圖中，為了表示清楚，部件的厚度和結構可能被放大。並且在不同附圖中的相同標號代表相同的部件。
具體實施例方式 以下說明將提供詳細的描述以便全面理解本發明。儘管不利用這些詳細的描述，本領域技術人員也可理解本發明的設備以及製造和使用該設備的有關方法能夠得以實現並加以使用。而實際上，該設備及有關方法可被用於相關的已被慣常地應用於產業中的任何系統、部件和/或技術中。例如，對於下面說明所關注的在嵌有金剛石的切削刀具中使用纖維來說，本發明也可同樣應用於其它多種切削刀具中，例如可應用於嵌有任何切削介質的切削刀具中，這些切削介質可以是超耐磨材料(例如多晶金剛石)、氧化鋁、碳化矽、氮化矽、碳化鎢、立方氮化硼、礬土、加晶種或未加晶種的溶膠凝膠礬土等等以及上述物質的多種組合物。
這裡所描述的切削刀具可被用於切削巖石、地下礦物層、陶瓷、地瀝青、混凝土及其它硬質材料。這些切削刀具中可包含鑽芯取樣鑽頭、刮刀鑽頭、滾錐鑽頭、金剛石繩、研磨杯、金剛石刀片、開槽片(tuck pointer)、開槽梳刀(crack chaser)等等。例如，該切削刀具可為任意類型的對地鑽頭(即鑽芯取樣鑽頭、刮刀鑽頭、滾錐鑽頭、納維鑽、全孔鑽、孔鋸、開孔機等等)，金剛石鋸片(例如雷射焊接刀片、凹形金剛石刀片、分段刀片、連續輪輞刀片、波形取芯刀片、通風取芯刀片等等)，研磨杯(例如單排杯、雙排杯、具有T形片段的研磨杯等等)，開槽片(例如三排等等)，開槽梳刀，拋光碟等等。而在一些具體實施例當中，這些切削刀具為鑽芯取樣鑽頭及金剛石繩。
用以執行切削作業的部分切削刀具(或刀具的切削部分)包含具有粉狀金屬或堅硬粒狀材料，例如碳化鎢或其他任何超耐磨材料的基體。該基體有時可被滲入有粘結劑，例如銅合金或基本等同的物質，並且該基體可被燒結成片段。如同在切削刀具為鑽芯取樣鑽頭及金剛石繩的實施例中所詳細描述的那樣，這些刀具的切削部分還可嵌入有金剛石或一些其他形式的研磨切削介質，並且混合(並且在一些實施例中得以加強)有纖維材料(或纖維)。
圖1表示了一個含有纖維的切削刀具，一含有(並且在一些實施例中纖維得以加強)纖維的鑽芯取樣鑽頭的實例。如圖1所示，該鑽頭20包含連接至鑽杆柱其餘部分的第一部分21。該鑽頭20還可包含用於在鑽孔工程中切削期望物質的第二部分22。鑽頭20的主體具有一外表面和一個其中包含中空部分的內表面。由於具有這樣的結構，鑽削下來的物質碎塊可穿過中空部分並向上進入到與鑽頭相連的鑽杆柱之內，於是可以被收集。
鑽頭20可為任意尺寸，並因此可用於收集任意尺寸的鑽芯取樣。當鑽頭具有任意的周長並且用於去除和收集具有任意期望的直徑的鑽芯取樣時，該鑽頭的直徑常常可為大約1至大約12英寸。同樣，當鑽頭的切口(鑽頭的外表面半徑減去內表而半徑)為任意寬度時，該切口寬度通常可為大約1英寸至大約6英寸。
鑽頭20的第一部分21可由公知技術中任何適當的材料製成。在一些實施例中，該第一部分可由鋼或者在粘結劑中以堅硬粒狀材料鑄造成的基體製成。在一些實施例中，第一部分21可包含夾頭端，該夾頭端有時被稱為間隔部、鑽頭體或鑽柄，其可具有各種用途，其中包括將鑽頭連接至最近的鑽杆柱部分。因此，夾頭端可由本領域所公知的結構構成，以便將鑽頭20連接至任何所期望的鑽杆柱部分。
鑽芯取樣鑽頭20的第二部分22可包含具有切削元件12的切削部分，該切削元件12具有一切削表面14。切削元件12之間具有一間隔16，因此，如本領域所公知的，在鑽孔過程中，鑽孔流體可沿著由箭頭所表示的路徑流動。該鑽芯取樣鑽頭的切削部分常被稱為鑽冠，其可由本領域中公知的任何材料構成。此種類型的鑽頭(鑽芯取樣鑽頭)通常可由鋼或粉狀金屬的基體形成，該粉狀金屬為堅硬粒狀材料，例如碳化鎢、鎢、鐵、鈷和/或鉬。上述材料隨後可被滲入粘結劑，例如銅合金、鋅、銀、鉬、鎳、鈷或其等同物，並且/或者可被燒結。該鑽頭的切削部分還可嵌入有任何形式或組合形式的切削介質，例如金剛石晶體。
用於鑽頭的切削介質可具有任意期望的特性或特性的組合。例如，該切削介質可具有任何的尺寸、形狀、粒度、質量、磨度、濃度等等。在一些實施例中，該切削介質可非常小並且可大致上為圓形以使得在鑽芯取樣鑽頭所切削的物質上留下高的光潔度。在另一些實施例中，該切削介質可較大以便更深地切入被切削的物質。
該切削介質可均勻地或不均勻地包含於鑽頭中。同時，該切削介質可以特別的方式排列以使得該切削介質的切削性能可存在於相對於鑽頭的切削部分比較有利的位置。同樣地，該切削介質也可以各種不同的密度包含於鑽頭中以具有期望的特定用途。例如，間隔較大的大磨粒與緊密地壓縮在一起的小磨粒相比可以更加快速地切削物質。但是磨粒的尺寸、密度及形狀可依據期望的鑽頭成本與性能而具有各種不同的組合形式。
在一些實例中，鑽頭的切削部分可由一個或多個層製成。例如，切削部分可包含兩個層其中一層可為基體層，其用以進行切削作業，另一層可為一襯墊層，其可用於將基體層連接至鑽頭的第一部分。在這些實施例中，基體層可包含實際的切削介質，其可用於研磨和侵蝕要被鑽削的物質。與被切削物質相接觸的基體層的部分即被認為是切削表面。
切削刀具的另一個實施例包含具有纖維(並且在一些實施例中纖維可被加強)的金剛石繩片段或串珠。金剛石繩可用於切削各種堅硬的物質。例如，一個相對較大的金剛石繩可用於在採石場中從花崗巖層中切割出大塊的花崗巖以便進一步加工。然而，在其他使用場合中，一個相對較小的金剛石繩可用於在實驗室中切割堅硬物質的樣本以便進行測試。
圖2表示了金剛石繩的一個實例。如圖2所示，該金剛石繩包含有任何適當的高強度材料，例如鋼製成的芯線2，該芯線2可塗覆有切削材料塗層4.在此金剛石繩中的該塗層4可作為該金剛石繩的切削部分。該塗層4可含有粘結劑(例如銅合金、鐵、碳化矽等)及可由鋼或粉狀金屬/堅硬粒狀材料(例如碳化鎢、鎢、鐵、鈷、鉬等)形成的基體材料。該塗層4還可被嵌入有任何的切削介質8，例如金剛石晶體。位於該塗層4中的該切削介質8可具有任何期望的特性，其中包括尺寸、形狀、排列方式、粒度、質量、磨度、濃度、配額等等。
在一些實例中，該金剛石繩的塗層4可由一個或多個層製成。在這些實施例中，每一層可由任何期望的材料製成。例如，該襯墊層可包含鐵合金及介於基體與襯墊層之間的通常由銅合金或黃銅合金獲得的粘結劑。
圖3表示了含有纖維的金剛石繩的另一個實例。如圖3所示，該金剛石繩可具有研磨串珠，該研磨串珠被施加於一芯線纜28(或芯線)上以形成一連串研磨串珠從而作為金剛石繩上的切削部分。該研磨串珠可由任意適合的材料形成。例如，該研磨串珠可具有由基體材料形成的金剛石基體27，該基體材料可為粉狀金屬或堅硬粒狀材料(例如碳化鎢、鎢、鈷、鉬等)。該基體材料可滲入有粘結材料(例如銅合金)。並且該研磨串珠可嵌入有任意的切削介質(例如金剛石晶體)，該切削介質可具有任何期望的特性，其中包括尺寸、形狀、排列方式、粒度、質量、磨度、濃度、配額等等。
圖4表示了使用圖3中所示的金剛石繩的單獨的金剛石繩串珠26。該串珠26可為本領域公知的任何形狀和尺寸並且其可以本領域公知的任何方式施加至芯線。例如，圖3中的金剛石繩可藉由製造包含有一塗層34及一通道32的串珠26而得以製成，其中該塗層34具有磨粒38及纖維36。在此實例中，該串珠26可隨後與一鋼製套圈接合，該套圈可被螺接在芯線之上。因此，位於金剛石繩上的該串珠26可與芯線分別製造，然後再與其它串珠在芯線上排成一串從而形成金剛石繩。在芯線上介於串珠之間可塗覆有本領域公知的密封劑藉以形成金剛石繩，該密封劑通常可為橡膠25或一些其它的聚合材料。
金剛石繩也可為任意尺寸並因此可被用於任何公知的使用金剛石繩的加工過程中。例如，圖3中的金剛石繩的長度可為大約5米至超過100米，並且具有直徑為大約4毫米至大約12毫米的串珠26。並且對於圖2中的金剛石繩來說，其長度可為大約10釐米且芯線和切削材料塗層的直徑可為大約幾微米。不過，金剛石繩仍可長於或短於前述實例中長度並且還可具有任何期望直徑的串珠及線纜。
除了上面這些特徵，包含有鑽芯取樣鑽頭或金剛石繩的嵌有金剛石的切削刀具還包含本領域公知的任何其它特徵。例如，鑽芯取樣鑽頭可具有附加的鑽頭保徑、硬帶材沉積物、各種不同的鑽頭形面及其組合。位於鑽頭上或鑽頭中的鑽徑保護器可於鑽頭降入到鑽井壁中時用來減少對鑽頭以及鑽井壁的損傷。此外，該鑽芯取樣鑽頭可施加有硬質合金帶用以防止鑽頭的切削部分被過早地磨蝕。
該嵌有金剛石的切削刀具的切削部分包含有纖維。任何公知的纖維材料或纖維組合物均可被添加至該切削刀具中。在一些實施例中，該嵌有金剛石的切削刀具的切削部分可包含碳化纖維、金屬纖維(例如由鎢、碳化鎢、鐵、鉬、鈷或其組合物製成的纖維)、玻璃纖維、聚合纖維(例如由凱夫拉爾製成的纖維)、陶瓷纖維(例如由碳化矽製成的纖維)、塗層纖維等等。
在一些實施例中，該嵌有金剛石的切削刀具的切削部分可含有任何種類的碳化纖維。也就是說，任何公知類型的碳化纖維均可被包含於該嵌有金剛石的切削刀具的切削部分之中。
在一些實施例中，該纖維可於被包含在該切削刀具中之前隨意地塗覆有一種或多種其它的材料。此塗層可用於加強各種性能。例如，一種纖維塗層可有助於保持切削刀具中的纖維。在另一實例中，一種纖維塗層可用於在纖維塗層被磨蝕脫落並且形成細顆粒材料時增加切削刀具的切削表面附近的潤滑性以便減少摩擦。還有在另一實例中，一種纖維塗層可作為研磨材料並由此用於輔助切削加工。
任何公知的材料均可被用於塗覆在該切削刀具中所使用的纖維類型。例如，任何期望的金屬、陶瓷、聚合物、玻璃、膠類、溼潤劑、熔劑或其他物質均可用於塗覆在一切削刀具中所可能包含的期望類型的纖維。在一實例中，碳化纖維可被塗覆有金屬，例如鐵、鈦、鎳、銅、鉬、鉛、鎢、鋁、鉻或其組合物。在另一實例中，碳化纖維可被塗覆有陶瓷材料，例如碳化矽、氧化矽、二氧化矽等等。
當纖維被塗覆有一個或多個塗層時，該塗層材料可覆蓋於該纖維的任何部分並且可具有任意期望的厚度。因此，塗層材料可以本領域所共知的任何方式施加至該纖維。例如，該塗層可通過噴鍍、刷塗、電鍍、浸潤、氣相沉積或化學氣相沉積而施加至該纖維。
該嵌有金剛石的切削刀具，如鑽芯取樣鑽頭的切削部分中的纖維可為任意尺寸或尺寸的組合，其中包括不同尺寸的混合。例如，纖維可為任意長度並具有任意期望的直徑。在一些實施例中，該纖維可長約10至25000微米並可具有大約1至500微米的直徑。在另一些實施例中，該纖維可長約150微米並可具有大約7微米的直徑。
該纖維可為任意的形狀或形狀的組合。其中該纖維可為帶狀、圓柱狀、多邊形、橢圓形、直線、弧形、捲曲形、盤繞形、成角度彎曲狀等等。例如，在圖2所示的實施例中，大多數的纖維6可為弧形。在其它實施例中，例如當切削刀具包含鑽芯取樣鑽頭時，該纖維具有大致為圓柱形的形狀。
另外，該纖維也可為任意類型或多種類型的組合。例如，該纖維類型包括切短纖維、研磨纖維、辮形纖維、編織及盤繞纖維或束狀纖維。在一些實施例中，例如當切削刀具包含鑽芯取樣鑽頭時，該纖維可含有切短纖維與研磨纖維之混合物。在一些實施例中，嵌有金剛石的切削刀具可含有一種類型的纖維。但在其它實施例中，該切削刀具可含有多種類型的纖維。在這些實例中，當切削刀具含有一種以上的纖維類型時，纖維類型、質量、尺寸、形狀、等級、塗層和/或具有其它特性的纖維的任意組合均可被加以使用。
切削刀具中的纖維可以任何期望的濃度存在於該切削刀具中。例如，切削刀具的切削部分可具有很高濃度的纖維、很低濃度的纖維或任何介於上述兩濃度之間的纖維。在一些實施例中，該切削刀具可含有大約為0.1至大約70的體積百分比濃度的纖維。在其它實施例中，該切削刀具可含有大約為0.1至大約30的體積百分比濃度的纖維。該切削刀具的第一部分可具有第一濃度的特定類型的加強纖維，並且其他部分可具有不同濃度(較低濃度或較高濃度)的相同或不同類型的加強纖維。在一些實施例中，纖維可均勻地散布於整個切削刀具的切削部分。而在另一些實施例中，纖維濃度可根據需要在切削刀具的任意期望的部分發生變化。實際上，任何期望的纖維濃度的變化均可被實現於切削刀具中。例如，當切削刀具包含鑽芯取樣鑽頭時，其可含有呈階梯狀變化的纖維濃度。在此實例中，最接近於鑽頭切削表面的基體層部分可含有第一濃度的纖維，並且其纖維濃度可沿著朝向襯墊層的方向逐漸地減小或增大。這樣的鑽頭可被用於鑽削一開始具有柔軟、易磨損、鬆散的結構，但隨著深入逐漸地變為堅硬、固結的結構的巖層。由此，散布於鑽頭中的纖維的濃度可根據該鑽頭將要鑽削的地層構造而加以定製。
該纖維濃度還可以期望的方式在該切削刀具中變化。換句話說，切削刀具可包含與切削刀具其它部分相比具有不同濃度或混合物的纖維加強層的片段、帶、點、環或任何其它結構。例如，鑽頭的切削部分可包含多個層、環或片段的含有纖維的基體層。該鑽頭的每一環、層或片段可具有在整個層、環或片段中濃度大致均等(或不均等)的纖維。而環與環(或片段與片段等等)之間的纖維濃度也可不同。並且不同纖維梯度的各種環可以任意的順序排列，可含有不同的纖維或纖維的組合，並且可具有任何期望的厚度。在另一實例中，鑽頭的外表面和內表面可配置有與該鑽頭內部的纖維濃度不同的纖維。
該纖維可以任何期望的方向或排列方式位於切削刀具的切削部分中。在一些實施例中，該纖維可在任何期望的方向上趨於彼此大致相互平行。然而，如圖2和圖4所示的那樣，在另一些實施例中，該纖維可隨意地形成並因此可朝向幾乎任何方向和/或所有的方向。
具有纖維的嵌有金剛石的切削刀具可使用任何公知的並能夠為其提供上述特徵的方法製成。例如，上述鑽頭可按如下的具有示範性的方式製成。在此實例中，鑽頭的第一部分可由任何公知的方法得以製成。然後可使用任何能夠將期望的纖維配置到期望的位置並具有期望的濃度的方法將該纖維結合到鑽頭之中。例如，該纖維可被混合於用以製造該鑽頭的鑽冠的粉狀金屬中。然後，此混合物可被燒結和/或滲入有粘結劑。但在其它一些實施例中，該纖維可通過將其放入用以製造該鑽頭鑽冠的模具中而與鑽頭結合。而後，該鑽頭的第一部分可使用本領域公知的任何方法被連接至第二部分。例如，該第一部分可存在於用以形成該鑽頭的第二部分的模具中並且主體的兩端可被熔結在一起。此外，該第一部分與第二部分也可於第二加工，例如硬釺焊、焊接或粘結劑結合等過程中被成對的加以結合。
該具有纖維的嵌有金剛石的切削刀具可依據該切削刀具的類型被用於本領域所公知的任何場合。例如，嵌有金剛石的鑽芯取樣鑽頭可被連接至一鑽杆柱的端部，該鑽杆柱又被連接至鑽機。隨著鑽杆柱及鑽頭的旋轉和推進，其便可磨削掉所鑽地層中的物質。被鑽削出的鑽芯取樣可從鑽杆柱中抽取出來。鑽頭的切削部分可由於磨削作用而隨著時間的流逝被磨蝕。此過程將一直持續直至鑽頭的切削部分被磨蝕耗盡並且該鑽杆柱需要從鑽孔中取出以便對鑽頭進行更換。
與不具有纖維的傳統切削刀具相比，上述纖維材料給嵌有金剛石的切削刀具增加了許多優點。第一，所增加的纖維可控制切削刀具的抗拉強度及磨蝕速度，其既可加強也可削弱這些特性。在不被限制於上述認知的情況下，可以相信纖維材料的出現可用於改變刀具切削部分中的砂眼數量。並且由於抗拉強度和磨蝕速度取決於砂眼的數量，因此改變纖維的數量能夠用於定製抗拉強度及磨蝕速度以便達到刀具特定的最終用途所需的額度。此增加的抗拉強度也可增加刀具的使用壽命，使得刀具的切削部分可以期望的速度磨損並且能夠提高刀具的切削速度。
第二，所增加的纖維也可削弱切削部分的結構並使得更高模數的粘結劑可被用於該切削刀具，但只需要較低的成本。因此，切削部分中的纖維數量可適用於將金剛石保持在切削部分中以達到期望的持續時間。
第三個優點在於，該纖維還可作為切削介質以輔助切削加工。第四個優點是，當位於切削部分中的纖維磨蝕脫落時，該纖維所產生的細小粒狀物質可減少摩擦並且增加介於切削部分與被切削表面之間的界面上的潤滑性能，從而使得切削更加容易且衝洗更加方便。此增加的潤滑性能還可減少所需切削潤滑劑(例如鑽孔泥漿、聚合物、膨潤土等等)的數量，從而降低成本並減少因使用嵌有金剛石的切削刀具而可能對環境產生的影響。
在一個將傳統的嵌有金剛石的切削刀具(不含纖維)與含有纖維的嵌有金剛石的切削刀具進行比較的實例中，首先製造出兩組基本類似的鑽頭。在此相比較的實例中，第一組鑽頭不含有纖維材料，而第二組鑽頭則用碳化纖維進行加固。然後將對每個鑽頭進行測試並且將對以下性能加以測定。
鑽孔速度第一組鑽頭的平均鑽孔速度為每班大約30米至大約40米。而第二組纖維加固鑽頭的鑽孔速度可始終達到每班大約50米。如此便等於將鑽孔速度提高了大約25％至大約67％。
鑽頭壽命第一組鑽頭的平均鑽頭壽命為可鑽64米。而第二組鑽頭的平均鑽頭壽命為可鑽大約104米。如此便等於將鑽頭壽命延長了大約60％。
除了對前述內容進行任意修改以外，本領域技術人員在不脫離本發明的精髓與範圍的前提下還可做出許多其它的變化以及可供替換的配置方案，並且所附權利要求的保護範圍將覆蓋這些修改和可供替換的配置方案。因此，當被認為是本發明最具實用性且最佳的技術方案的特徵及細節經過上面的描述之後，對於本領域的普通技術人員來說可以顯而易見地理解，在不脫離本文所闡明的原理和概念的前提下，應當能夠對包含但不限於本發明的形狀、功能、操作方法及應用等方面提出眾多的修改。同時，本文中所使用的實例其目的僅僅是為了說明本發明而絕非要以任何形式來限定本發明。
權利要求
1、一種切削刀具，包含具有粉狀金屬或堅硬粒狀材料並且滲入有粘結劑的基體，所述基體嵌入有切削介質，並且含有纖維。
2、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維包含碳化纖維、玻璃纖維、金屬纖維、聚合纖維、陶瓷纖維或其組合物。
3、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述切削刀具包含鑽頭。
4、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述切削刀具包含金剛石繩。
5、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維被塗覆有碳、金屬、玻璃、聚合物、陶瓷或其組合物。
6、如權利要求3所述的切削刀具，其中所述切削刀具包含鑽芯取樣鑽頭。
7、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維包含碳化纖維。
8、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維包含切短纖維或研磨纖維。
9、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述切削介質包含金剛石晶體。
10、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維長約10至約25000微米並具有大約1至大約500微米的直徑。
11、如權利要求1所述的切削刀具，其中所述纖維的濃度為大約0.1至大約70的體積百分比濃度。
12、如權利要求11所述的切削刀具，其中所述纖維的濃度為大約0.1至大約30的體積百分比濃度。
13、一種鑽頭製造方法，包含
配置用以連接鑽杆柱的部分；以及
配置切削部分，所述切削部分包含具有粉狀金屬或堅硬粒狀材料並且滲入有粘結劑的基體，所述基體還嵌入有切削介質並且含有纖維。
14、如權利要求13所述的鑽頭製造方法，其中所述纖維包含碳化纖維、玻璃纖維、金屬纖維、聚合纖維、陶瓷纖維或其組合物。
15、如權利要求14所述的鑽頭製造方法，其中所述纖維包含碳化纖維。
16、如權利要求13所述的鑽頭製造方法，其中所述鑽頭包含鑽芯取樣鑽頭。
17、如權利要求16所述的鑽頭製造方法，其中所述纖維包含切短纖維或研磨纖維。
18、如權利要求13所述的鑽頭製造方法，其中所述纖維被塗覆有碳、金屬、玻璃、聚合物、陶瓷或其組合物。
19、一種鑽頭使用方法，包含
配置用以連接鑽杆柱的部分；以及
配置切削部分，所述切削部分包含具有粉狀金屬或堅硬粒狀材料並且滲入有粘結劑的基體，所述基體還嵌入有切削介質並且含有纖維；以及
使用所述鑽頭對物質進行切削。
20、如權利要求19所述的鑽頭使用方法，其中所述纖維包含碳化纖維、玻璃纖維、金屬纖維、聚合纖維、陶瓷纖維或其組合物。
21、如權利要求19所述的鑽頭使用方法，其中所述纖維被塗覆有碳、金屬、玻璃、聚合物、陶瓷或其組合物。
22、如權利要求19所述的鑽頭使用方法，其中所述鑽頭包含鑽芯取樣鑽頭。
23、一種鑽孔系統，包含
鑽杆柱；以及
鑽頭，所述鑽頭包含具有粉狀金屬或堅硬粒狀材料並且滲入有粘結劑的基體，所述基體還嵌入有切削介質並且含有纖維。
24、如權利要求23所述的鑽孔系統，其中所述纖維包含碳化纖維、玻璃纖維、金屬纖維、聚合纖維、陶瓷纖維或其組合物。
25、如權利要求23所述的鑽孔系統，其中所述鑽頭包含鑽芯取樣鑽頭。
全文摘要
本發明公開了含有纖維的嵌有金剛石的切削刀具及其相關的製造和使用方法。該切削刀具包含嵌有金剛石的切削部分，該切削部分包含由碳、玻璃、陶瓷、聚合物等製成的纖維。該纖維可為任意形式，其中包含切短纖維與研磨纖維。該纖維也可覆蓋有金屬、陶瓷或其它可增強性能的塗層。該纖維可用於控制基體的抗拉強度及其磨蝕速度從而優化刀具的切削性能。另外，該纖維還可削弱結構並使更高模數的粘結劑以較低的消耗使用到切削刀具，其中所允許的纖維量將適合於保持切削部分中的金剛石達到期望的數量。並且當切削部分磨蝕時，該纖維還可增加切削部分表面的潤滑性。使用該纖維可使切削刀具使用更長的時間，並且由於無需經常對刀具進行更換，因而使切削刀具更具安全性且更加經濟實用。
文檔編號E21B10/46GK101652533SQ200780050729
公開日2010年2月17日 申請日期2007年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者克裡斯蒂安·德裡夫戴爾, 麥可·魯普 申請人:寶長年公司