TW413644B - Tough-coated hard powders and sintered articles thereof - Google Patents

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第8711367Ϊ號專利申請案 中文說明書修正頁(89年3月） Λ( 413644 A7 B7 ....._———

W ιΤ I 11 五、發明説明（ 之金屬。X代表選自由氮、碳、硼及氧所組成之群之一或 多個元素’及a及b係大於零至4及包括4之數目。核心顆粒 經塗覆基本上由組成不同於該第一金屬化合物，且具有較 咼相對破裂韌性之第二金屬化合物所組成之包圍層。此層 亦可與第一金屬化合物鍵結，並亦可與選自由鐵、鈷及線 所組成之群之金屬鍵結。經塗覆顆粒具有低於約2微米之平 均顆粒大小較佳’及低於約丨微米最佳，包圍核心顆粒之層 於燒結後具有在核心顆粒直徑之自3 %至2 0 〇 %範圍内之厚 度亦較佳" 核心顆粒及包圍層（中間層）之較佳組合物係與關於燒結 物件之粉末具體實施例相同。 外黏合劑層基本上由以連續層之形式沉積於第二金屬化 合物層之外表面上之鈷、鎳、鐵、其混合物、其合金或其 金屬間化合物所组成亦較佳。 圖示簡述 將附圖包含進來以提供對本發明之進一步瞭解，將其併 入並構成本說明書之部分，且其與說明共同用以解釋本發 明之原理。 圖1係根據本發明之一態樣所形成之燒結材料之概略圖示， 10代表硬金屬化合物核心顆粒； 12代表硬金屬化合物核心顆粒之直徑； 14 代表堅硬金屬化合物中間塗層； 1 6 代表燒結黏合劑； 18代表經塗覆粉末顆粒； -14· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝-------訂-------涨 (请先聞積背面之注意事項再填寫本瓦) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 413644 A7 B7 五、發明説明（ι ) 發明背景

Uil請案之交互參照 本申請案係以1 9 9 7年5月1 3曰提出申請之臨時申請案編 號第60/046,885號爲根據。 ϋϋ 本發明係關於陶瓷粉末及由此等粉末製成之燒結材料。 此種材料特別可使用作爲金屬成形元件諸如金屬沖切及成 形工具。 ligiJ·景 * ‘ 在1 9 3 0年代中期，工具鋼合金開始被燒結碳化嫣粉末工 具取代’其由於優異的硬度及固有的高韌性和橫向機械強 度而快速地成爲標準工具。此等材料之硬度改良工具壽命 ’及其韌性及強度經由可容許較高進料、速度、及更具卢 略性的鍛造參數而更有助於增加生產力。碳化物工具之發 展及商業上的可取得性在二次世界大戰後有顯著増加。 儘管此等材料最終會磨損，且此種磨損的機構尚未完全 明瞭。但漸進的磨損會造成被成形材料之變化，及由於兩 要維持零件的尺寸公差，當工具不再能將零件形成爲正確 尺寸時，必須將其更換掉。在最終發生此結果前之時間或 形成的零件數決定工具之壽命極限。在更 5 及重新調 正万法期間造成的生產力損耗、不適合的製造、 里敗、及 延誤預定計劃’係要製得可提供較長工具壽命 動力。 卩<材科的原 工具壽命係由其對數種類型磨損之抵抗力，其 > T %重負 ______ ，4- 本纸張尺度適用中g國家標準（G\s )八4規梢（2】0乂297公丨>~^ '~~~ --- (诗先閱讀背而之注竞苹項再填寫本頁 裝· 訂 經漪部中央榡苹局只工消贽合作讧印5i A7 B7 413644 真、發明説明（_2 ) 荷，及對震動的反應而定。一般而言’切屑蒋晻.由* 吁'迷率（高供 料及速度）、拉引及成形壓力愈鬲，及保持工且π邮a 〜II愈久， 則工具愈佳。優良的沖切及形成工具必須同時权 土更、強章刃 ，及可抵抗切削、破裂 '受熱擊穿 '疲勞、盥τ从& 丄吓件之化 學反應、及磨耗磨損。因此，燒結工具最主要岳妙& , 取土要布望的機械 性質爲強度'硬度、高彈性模數、破裂韌性、盘 丄作件之 低的化學交互作用、及低摩擦係數，以促進工柞杜ΑΑ 埤工作件的形成 同時並降低熱累積。 近年來，由於粉末冷流入精密模具之能力，因而粉末力 金（Ρ Μ)工業有明顯地增加。如此使模具可再利用，通常係 在高體積下’同時由於燒結零件已非常接近其設計形，能， 或”接近淨形狀” ’而可大大地降低機械加工、成形、及其 他方法步驟。目前主要係由鋁、鐵、及銅粉製成之此等零 件愈來愈需要作爲工具之一些相同的期望特質。因此，有 許多ΡΜ物件經過額外的鍛造、電鍍或熱處理操作，以產生 局部硬度、韌性、及強度。許多此等零件需要與工具所需 之相同機械性質的耐震動及磨蝕性。 在工具及硬物件中，耐磨性係犧牲強度而增加：目前最 佳的工具展現最佳的折衷狀況，因此其對特殊應用的用途 有限。 除了竣化鎢外，已發現有各種合金、塗覆技術、及其兩 者之組合，不僅可獲致較長的工具壽命，並且可增加沖切 速度及供料。粉末冶金及燒結已導致具增進硬度及韌性之 新材料的發展’並諸如經由化學蒸氣沉積（c V D )、物理蒸 (請先閱讀背,6之注意#項再填寫本頁) -裴· 紱濟邡中次#Μ消"合作社印褽 413644 五、發明説明（3 ) 氣沉積（PVD)、或電漿輔助化學蒸氣沉積（pACVD)將硬塗 覆層加至燒結合金而增加耐磨性。 先前技術敎授許多關於在粉末、塗覆基材、及其他硬材 料增強物上之塗覆層製備。工具材料之先前技術敎授六種 目前已知且一般用於獲致此等增進耐磨性及韌性之方法； 其各具有顯著的效益及明顯的缺點：（1 )混合硬及堅勒相顆 粒’（2)以硬相層化學蒸氣沉積（或其他）塗覆燒結基材， (3 )結合方法（I )及（2 ) ’（4 )陶瓷金屬（金屬陶瓷）粉粒，（5 ) 對特殊類型的工具（研磨及砂磨介質），將低濃度的大鑽石 或cBN顆粒化學結合至堅硬但磨蝕性相當弱之基材中，及 (6)功能性梯度材料（FGM : Functionally Gradient

Materials) ° 此等解決辨法皆未產生期望工具性質之基本組合，且目 削只有化學蒸氣沉積（C V D或P V D )方法可應用於一些需要 增加时磨性之機械零件中。 混合硬及堅勃三元系統 儘管在技術中存在及敎授許多輔助的處理及變化，但在 燒結前混合硬的W C - T丨N - C 〇合金顆粒與碳化物粉末有數項 缺點。由於此等較硬的顆粒與黏合劑之相互溶解度低，因 而在高於6 - 1 0重量百分比之硬顆粒下，基材的橫向強度快 速下降。因此，相較於表面塗覆層，表面硬度及耐磨性亦 降低。由於極少弱結合至黏合劑之硬顆粒（在需要的表面上 低於十分之一）全體脱離，因而磨損機構亦未大獲增進。 化學蒸氣沉積（C V D )塗覆層 -6- ____. _________________—_______________ , „ ---- ^國國家標单（C NS ) Λ 4 说格（：10 X π W·' ) — ---------‘X於------ir------Μ ./ί\ /\ (請先閱讀背氣之注意"'項再4寫本頁) A7 B7 413644 五、發明説明（4 ) 評價此等在工具鋼或燒結物件基材上之堅硬金屬間及金 屬陶瓷層I堅硬外塗覆層（於燒結後）所賦予之高表面硬度 ，其典型上展現2400維克爾斯⑽維 克爾斯（互方氮化硼）至9 0 〇 〇 (鑽石）之値。然而，對存在及 發表於技術中之所有的輔助性處理、變形、及燒結助劑， 包括額外的塗覆層，局部改變的基材結構，及粒度降低摻 雜劑或塗覆層，外塗覆之解決辦法有數項主要缺點，包括 塗覆層脱層及使用中之裂紋（由不同的塗覆層及基材熱膨脹 速率及由彎曲及表面負荷所造成）及所需的高CVD方法溫度 (900°C - i 200°C )可能無法與燒結零件之強度或形體所需的 熱處理一致。 兴令數個个同塗復層或分增之已燒結物件之習知的C v d 塗覆層使其可抵抗二或三種獨特的工作件挑戰。但由於各 層必須連續地沉積，因而其餘的一或兩特殊塗覆層在直至 外層磨損掉之前必然保持被覆蓋。因此，僅可同時應付其 中一個同時發生的基材塗覆層設計挑戰。 某些種類的工具，諸如引伸模及噴嘴，甚至更驚人地昴 貴，由於需要額外的費用以確保c VD蒸氣適當地循環通過 模孔，以將塗覆層沉積在最需要的地方。C V D氣體之擴散 缓慢’且其典型上穿透〇 . 5至丨〇微米以下。首先，在此等厚 度下’塗覆層在大部分的線或管徑公差用盡前穿破至下層 的峻化物°其次，較大直徑之模之正常的再利用必須在沒 有硬塗覆層的情況下進行。在許多情況中，工具總壽命的 延長可能並不與增加的C VD費用成比例。 本纸乐尺&適用中國园家伟毕（CNS )八4奴格（2丨〇x州公泣 -----------裝------訂------‘ /IV .(. (請先閱讀背^之注意^項再填艿本頁〕 經濟部中央標準局負工消費合作社印說 413644 經濟部中央標嗥局^:工消资合作社印裝 A7 B7五、發明説明（5 ) ~~~~ —' 目前’外塗覆層係增進一般燒結碳化鎢產品性能之最常 見的商業解決辨法β增加外層之沉積厚度以獲得較長壽命. 之收益漸減；其有使裂纹傾向增加，及使尖銳的工具邊緣 變鈍之趨勢’而對最適的沖切或模之形體有不利影響。 結合混合物及會霜層 C V D塗覆及混合硬合金顆粒-以上（丨）及（2 )之組合·將產 生非常有限的附加效益，同時並具有相同的缺點。 金屬陶竞 金屬陶竞係陶瓷顆粒分散於金屬氧化物或碳化物母材中 。金屬陶瓷結合陶瓷之耐高溫性與碳化物之韌性及延性。 其之價格大约與一般的碳化鎢相同，及磨損性大約相同， 除了在輕加工沖切方面，其優於—般的碳化物。 燒結磨蝕性補公封料 敎授於Randall Μ.博士德國書籍（German，s book)，液 相燒結（Liquid Phase Sintering)，充實出版社（Pienuni Press)，紐約1 9 85中之第四種方法（及早期於俄國實行多 年）‘作一種供研磨及砂磨介質及壁愈應用工具用之超級磨 蝕性複合材料。 此種複合材料係經由將鑽石顆粒（或立方氮化硼，cBN) 與鈷粉末混合，或將其捕捉於金屬（鎳）電鍍沉積物中，並 將其在較低溫度下熱壓而製得。另—種方式係將鑽石（或 c B N)塗覆一中間層的過渡金屬碳化物形成劑（其將鑽石潤 濕），並以低熔點的非潤濕但爲延性的金屬黏合劑諸如鈷' 鐵、或鎳使其彼此化學結合。過渡金屬係單獨施用作爲厚 本纸法尺度適用中國國家標4*- ( CNS )八錢格（2IOX297&)厂7 (請先閲讀背面之注意鲈項再填κ?本頁 .裝 訂 .丨威 413644 A 7 B7 五、發明説明（6 ) 度中的化學橋連，而不打算承受結構機械負荷。使用作爲 主要黏合劑母材之金屬具有良好的可燒結性，但相當低的 熔點、彈性模數、及強度。此種材科具有期望的磨蝕應用 性質。在大多數的此等應用中，鑽石佔複合材料之丨〇至6 〇 體積百分比。黏合劑塗覆層爲數微米厚，以促進在低溫下 之加工（避免鑽石之石墨降解）及稀釋绩石含量，但其大大 地犧牲機械性質。此等複合材料之性質係受化學因素主宰 ，而非受彈性模數、強度、或破裂韌性之機械因素控制。 因此’對於大鑽石顆粒大小及大黏合劑濃度，複合材料之 機械性吳係由：昆合物規則所決定。其组成係經選擇成可確 保鑽石顆粒在最終的微結構中分開，而確信可有極少的鑽 石-鑽石交互作用。在1微米至毫微尺度之粒度範圍之燒結 碳化物中發現極少機械利益的放大。 研磨工具之需求爲相當大的顆粒（5〇至6〇〇微米）以增加金 屬移除，將此等顆粒結合至輪上，顆粒間有適當間隔（低濃 度顆粒與大的黏合劑相繫結物）以可移除工作件顆粒，及可 長久保持磨輪之形體。此等材料全然藉由在磨料粒與工作 件本身間之硬度差使工作件磨損而將金屬成形.。有時將此 種磨蚀性複合材料使用纟以相當高速度但#常低之切層移 除（S荷）速率機械加工特製品高硬度材料之沖切工具中。 (見圖6)。鑽石切割工具之切割作用與黏接碳化物工具相當 不同。鑽石或複合材料在切割工具中之限制妨礙其切割行 馬。此種複合材料以磨料方式運作，其—般經由磨損工作 牛而‘作’而非經由在重負荷下移除切屑。在此樣式中， 本^國家· ( CNS ) ^格（21〇χ29ϋ---------- {請先閱讀背16之注意事項再填艿本頁 裝. -11 經濟部中央標苹局負工消费合作杜印裝 A7 B7 413644 五、發明説明（ 非常硬的鑽石顆粒被拉伸黏合所保留。當鑽石滑過工作件 時，其經暴露而切割相對表面，但其當母材侵蝕而逐漸使 鑽石暴露時可抵抗磨損。即係此突出的鑽石發揮切割作用 ’只要其保持尖銳。當鑽石變鈍時其變圓，及母材設計失 效3鑽石以此方式被工作件拉出，及母材被侵蝕直至另一 鑽石暴露出來爲止。 此種硬而易碎的磨银性複合材料亦被用於一些似工具的 應用中，諸如泥瓦砌工鑽錐及鋸子。其亦見於高成本的拉 線模’及其性能係經由存在鋼或其他強支持物而達成之一 些沖切工具中。 liL性梯廑材料f F γτ ινη 您塗復物件之問題爲在層之機械、化學、或熱性質間之 不相容性。爲經由在不相容的層間提供逐漸的過渡以矯正 此問題，F G Μ具有以下之一或多個變數：化學組成、微結 構 '密度、或相同材料的可變形式》另一用途保作爲塗覆 層以修改應用FGM之基材的電、熱、化學或光學性質。此 種材料的主要缺點爲其在性質改變的位置有失效的傾向， 且此等材料的製造困難。 發明概诚 本發明之主要目的在於製作在目前已知之硬物件及工具 材料上提供增加價値之稱爲經塗覆之堅動硬粉末（丁 C η p s : h u g h C 〇 a t e d H a r d Ρ 〇 w d e r s )之可燒結的粒狀材料。顆 粒及從之製得之物件將個別存在於習知材料中之強度、硬 度、高彈性模數、破裂韌性、與工作件之低的交互作用、 (請先M讀背1¾之注意r項再填巧本頁) ----裝------訂--- 經¾-部中央標準局tjl工消f合作社印製 -10 - ^136^4 A7 _______________B7 五、發明説明（8 ) 及低摩擦係數之最佳機械性質結合至未曾有過之性質的物 件中。 本發明之再一目的在於降低將此種材料提供給使用者之 費用。舉例來説，工具嵌件必須以相當多的形體變化提供 ，以配合於不同的工具把柄。此外，現今可取得的工具材 料必頊對非常特定的應用設計。因此，對各此等形體變化 ’亦必須提供材料選擇（未塗覆、經C VD塗覆、經p VD塗 覆、金屬陶瓷、陶瓷 '多晶型c B N、多晶型鑽石）。形體及 材料k化之组合需要有昂貴的目錄作説明，更不用提工具 製造的過多’由於獨特的包裝及標示而使供應商和使用者 庫存的花費昂貴，及需花費於對使用者説明並銷售令人混 淆的排列組合之銷售心力^^本發明之另一目的在於經由以 合理費用提供更通用、較高性能的工具，而降低與本系統 相關之廢料及成本。 此外，本發明之製造產品方法之具體實施例有降低根據 本發明而製造之物件之製造成本的目的。 經"部中央標準局負工消费合作社印裝 另一目的在於經由延長物件的第一時間壽命及經由降低 其所接觸之產品的製造費用而顯著降低成本。本發明之物 件在巨觀上爲均質而非經塗覆之事實提供使用者或供應商 經濟地再磨光及再利用一開始經磨損物件之機會。 本發明之又另一目的在於提供本發明之材料對其他硬物 件應用之相同的高效機械性質。 本發明之另一目的在於提供具增進耐磨性及韌性之材料 ，以使用於範圍寬廣的物件，包括工具準備（諸如引伸模、 ___ ______________________*11- 式張尺度適用中囷國家標卒（)八4圯祜（2ι〇Χ297公}^ --------

413644 a7 五、發明説明（9 ) 擠塑模頭、锻造模、沖切及沖壓模、型腔、成型輥、注塑 模、剪切機、錐、研磨及車床切刀、鋸、切壓母模、拉削 、鉸刀、旋塞及模）：個別機械零件（諸如齒輪、凸輪、軸 頭、喷嘴、封口、閥座、泵葉輪、絞盤、滑車輪、軸承及 防磨表面）；整合共燒結組件以取代配合零件（内燃機連桿 '軸承）及/或提供替代具熱處理區之鍛造或機械加工鋼零 件（諸如凸輪軸、傳動零件、印表機/影印機零件）之在粉末 金屬（P / Μ)機械零件中之硬表面區；重工業物件（諸如深井 鑽錐、供採礦及土工設備用之齒、供軋鋼廠用之熱報）；及 電機械組件（諸如記憶驅動讀出頭（mem〇r>, drive reading heads)、專業磁體）。除了提供此等新穎物件外， 本發明之主要目的係要提供新穎的複合粒狀材料（即T c H p ) ，製造此種材料之新穎方法，及由此等材料製造物件之~ 穎方法。 爲達成此等及其他目的’本發明提供一種包含基本上由 化學式M a X b之第一金屬化合物所組成之多個核心顆粒之燒 結材料。Μ係選自由鈦、锆、铪、釩 '鈮、钽、路、翻、 鎢、鋁及矽所組成之群之金屬。X代表選自由氮、碳、及 氧所组成之群之一或多個元素，及a及b係大於零至4及包括 4之數目。一中間層包圍各核心顆粒，且其基本上由组成不 同於該第一金屬化合物之第二金屬化合物所組成。第二金 屬化合物具有較高的相對破裂韌性，且其可與第一金屬化 合物鍵結，並亦可與鐵、姑或鎳鍵結°核心顆粒與其上之 中間層形成許多經塗覆顆粒。一外層覆蓋於在經塗覆顆粒 -12 - 中國國家樣1^Γ( CNS ) 2—> ) ' (請先閱讀背面之注意命項再填寫本頁 -裝 -""中夬橾嗥局只工消費合作^印^ A7 413644 五、發明説明（iQ ) 上之中間層上’並作爲黏合劑用。其包含鐵、鈷、錄、其 混合物、其合金或其金屬間化合物。 經塗覆顆粒具有低於約2微米之平均顆粒大小較佳，及低 於約1微米最佳。中間層於燒結後具有在核心顆粒直徑之自 5 %至2 5 %範圍内之厚度亦較佳。外層於燒結後具有在經塗 覆顆直從之自3 %至1 2 %知圍内之厚度亦較佳。據信藉此 厚度之外層’與在一.纟Μ塗覆顆粒中之錯位相關之應變場 可經由外黏合劑層而傳送至緊鄰的中間層。第一金屬化合 物基本上係由化學計量化合物^如T i Ν、τ i c Ν、τ丨β 2、

TiC、ZrC、ZrN、VC、VN、cBN、ΑΙ2〇3、Si3N4、或 AIN所組成較佳。第二金屬化合物基本上*wc或所組 成亦較佳，及WC最佳。此等材料具有大於立方氮化硼之破 裂章性。 燒結材料之較佳具體實施例包括基本上由立方氮化硼所 組成之多個核心顆粒與在各該核心顆粒上之中間層，該層 基本上由WC所組成。中間層於燒結後具有在核心顆粒直徑 之自5/。土25/。範圍内之厚度。包含始或鎳之外層覆蓋於中 間層上，及外層於燒結後具有在經塗覆顆粒直徑之自3 %至 I 2 %釭囿内之厚度β形成經塗覆顆粒之核心顆粒、中間層 及外層之组合以具有低於約丨微米之平均顆粒大小較佳。 本明之另一具體貫施例係基本上由多個經塗覆顆粒所 組成（粉末。大多數的經塗覆顆粒具有基本上由化學式 MaXb之第—金屬化合物所组成之核心顆粒。M係選畜由鈦 ^纟3、訊 '起、麵、路、鉬、嫣、紹及梦所組成之群 ___ - 13- t紙依尺度適用 (~CNS } Λ4^!^77ι〇^9ΤΪ>'/Μ (誚先Μ讀背16.之注意r項再填』VT本頁 •裝 訂 經濟部中央標莩局员工消费合作社印¾ 第8711367Ϊ號專利申請案 中文說明書修正頁(89年3月） Λ( 413644 A7 B7 ....._———

W ιΤ I 11 五、發明説明（ 之金屬。X代表選自由氮、碳、硼及氧所組成之群之一或 多個元素’及a及b係大於零至4及包括4之數目。核心顆粒 經塗覆基本上由組成不同於該第一金屬化合物，且具有較 咼相對破裂韌性之第二金屬化合物所組成之包圍層。此層 亦可與第一金屬化合物鍵結，並亦可與選自由鐵、鈷及線 所組成之群之金屬鍵結。經塗覆顆粒具有低於約2微米之平 均顆粒大小較佳’及低於約丨微米最佳，包圍核心顆粒之層 於燒結後具有在核心顆粒直徑之自3 %至2 0 〇 %範圍内之厚 度亦較佳" 核心顆粒及包圍層（中間層）之較佳組合物係與關於燒結 物件之粉末具體實施例相同。 外黏合劑層基本上由以連續層之形式沉積於第二金屬化 合物層之外表面上之鈷、鎳、鐵、其混合物、其合金或其 金屬間化合物所组成亦較佳。 圖示簡述 將附圖包含進來以提供對本發明之進一步瞭解，將其併 入並構成本說明書之部分，且其與說明共同用以解釋本發 明之原理。 圖1係根據本發明之一態樣所形成之燒結材料之概略圖示， 10代表硬金屬化合物核心顆粒； 12代表硬金屬化合物核心顆粒之直徑； 14 代表堅硬金屬化合物中間塗層； 1 6 代表燒結黏合劑； 18代表經塗覆粉末顆粒； -14· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝-------訂-------涨 (请先聞積背面之注意事項再填寫本瓦) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 B7 經濟部中央樣準局員工消费合作社印裝 20 ^ Λ Ζ / 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 ^87113672^?^41 中文說明書修乌頁(89年3月） 五、發明説明（12 2〇代表經燒結後顆粒之微結構；及 22 代表外部顆粒表面。 2。圖二根據，發明之一態樣形成之燒結材 ，〇峨《放大倍率下之掃描電子顯微鏡顯微照片， 6 代表1.6微米之核心顆粒； 7 代表碳化鎢塗層； 8 代表顆粒凹陷；及 9 代表背景。 圖3係用於形成根據本發明一態樣之粉末之裝置之概略圖 示， 代表旋轉CVD反應器容器； 代表爐子； 代表反應器旋轉軸之一傾斜角； 代表出口導管； 代表H2供料管線； 代表WFfi供料管線； 代表流量計； 代表氣體發泡器； 代表入口導管； 代表出口過濾器； 代表阱裝置；及 代表出口流量表。 圖‘4係圖3裝置之内部之概略圖示，其描繪在經由化學蒸 氣沉積而沉積中間層之過程中’顆粒在此一裝置内之移動， • 15 本紙掁尺度適用中國國家樣隼{ CNS > A4規格（210X29·?公瘦） --------<裝------訂------沭 /f\ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第 87113672一勒$4 義 中文說明書修正頁(89年3月） 五'發明説明（） 60 62 64 66 67 68 69 70 72 74 76 75 代表石英襯裡； 代表反應室； 代表實際反應器直徑； 代表反應器旋轉速度； 代表螺旋齒條（橫剖面）； 代表第一區域（壓力及剪力）； 代表漸近擒壓角； 代表第一區域（齒條鑛齒狀）； 代表長角齒條之齒開口； 代表漸近角變傾斜之直徑距離； 代表小間隙； 代表粉末導件；及 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本莧) 装- 經濟部令—I合作社 代表螺旋狀區域。 圖5係在圖3及4之裝置之一較佳具體實施例中之一组件 之端视圖* 8 0 代表螺旋形導件； 9 〇代表螺旋齒條之齒；及 92代表粉末再循環孔洞。 圖6係當將本發明之燒結材料使用作為沖切工具時，其關 於習知材料之操作範園之圖示。 圖7係說明於實㈣中之燒結材料之性質的彙整》 私佳具fi貫施例之說明 具體實行之本發明係—種由粉末所形成 ^的材料。根據本發明，粉末包含多個核心顆也核心 本紙&度適

訂 弟 87丨13672號#|00_ 中文說明書修正頁(89年3月） 五、發明説明（） 顆粒係用於將其物性赋予整體的粉末結構。如此處所具體 實行之核心顆粒基本上係由化學式Maxb之第一金屬化合物 所組成’其中Μ係選自由教、錯、給 '訊、鈒、纽 '絡、 翻、鎢、紹及矽所組成之群之金屬，及X代表選自由氮、 碳、硼、及軋所組成之群之一或多個元素，及字母（a)及 (b)代表大於零及直至4之數目。此種金屬化合物堅硬、耐 磨、且對大多數的環境及工作件具耐化學劑性。值得注青 地’對於本發明’核心材料可經暴露，比方說’在將粉末 燒結而形成沖切工具之情況下’燒結物件係經由磨光、研 光 '及拋光以形成最終的物件形狀而成形。如此將在核心 顆粒上之中間層的材料移除，及使顆粒核心暴露至被機械加 工之工作件。如將更完整揭示於下，此係一項顯著優點。 如此處所具體實行，粉末之核心顆粒基本上係由至少一 種化學計量化合物所組成。在某些具體實施例中，核心組 合物不同，以將各種核心顆粒之性質賦予從之所形成之 .^ϋ I I I «—- - - - I 士^- I i I I I— T* 1-° (請先ε讀背面之;i意事項再填艿本頁) 银 ^濟部中央標準局員工消費合作·杜印製 -15b- 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0.X297公釐） A7 —-------------B7 五、發明説明（13 ) ' " 件核u (金屬化合物基本上係由選自由以下化合物所组 成（群心金屬化合物所组成較佳：TiN、TiCN、TiB2、 Tic ' zrC、ZrN、vc、VN、cBN、幻2〇3、叫小及 Am。此種材料可以市售料、晶鬚、晶體、細絲等等之 形％使用，由於核心顆粒之形狀在技術上可能相當重要。 核心顆粒被覆蓋—層稱爲中間層之另一金屬化合物。因此 ，核心顆粒之材料必須與塗覆於其上形成中間層之材料具 有某種程度的相容性，且應具有不同於中間層之組合物。 本發明之粉末具體實施例包括塗覆於核心顆粒外表面之 中間層。中間層基本上係由第二金屬化合物，即組成不同 於形成顆粒核心之第一金屬化合物之金屬化合物所組成。 第一中間增之化發物具书較形成核心之材料高之相對破裂 章刃性。此外’第二金屬化合物必須可與第一金屬化合物鍵 結，及可與鐵、鈷、鎳、其混合物、其合金或其金屬間化 合物鍵結。第二金屬化合物基本上係由w c或W 2 C所組成較 佳。如將揭示於下，相當堅韌及強硬中間層與硬核心之组 合使粉末及從之所形成之燒結材料具有異常的機械性質。 此亦係經塗覆顆粒之大小及層厚之情況β明確言之，顆粒 大小及層厚提供無法由古典的混合物規則計算所解釋之性 貝。此將更完整地説明在處理燒結物件之説明書的部分中 。無論如何，經塗覆顆粒具有低於約2微米之平均顆粒大小 較佳’及低於約ί微米最佳。中間層具有在核心顆粒直徑之 自5 %至2 5 %範圍内之厚度亦較佳。 中間層之厚度對從之製得之物件的機械性質具有重大影 -16- (請先閱讀背赴之注意^項再填艿本頁) 裝--- 訂丨 經濟部中央螵"-局員工消f合作讧印絜 本紙張尺度適用中國园家把萆（CNS ) AdU?' ( 2g7公坫） 經濟部中央標卑局Μ工消费合作社印裝 413644 at Β7 五、發明説明（I4 ) 響。據信當經塗覆顆粒（其上具有中間層之核心）具有使用 平均自由徑方法在橫剖面之顯微照片中由圖測得之平均顆 粒直徑低於約2微米時，在相鄰燒結顆粒内對錯位移動之抵 抗力可獲增進，而改良燒結物件之機械性質。即使係採用 古典的機械方法’使用有限元素分析，亦可顯而易見將包 圍TiN球體之球殼WC之厚度自约0.1微米增加至約〇4微米 將使理論韌性增加超過4 〇 %。 中間層在燒結前具有在核心顆粒直徑之自3 %至2 〇 〇 〇/〇範 圍内之厚度更佳。在燒結過程中'由於與核心材料之交互 作用、顆粒/顆粒交互作用 '晶界及成長現象，因而中間層 之厚度可能會降低。因此，爲在最終的燒結物件中獲致期 望的中間層厚度，可能需使起始厚度高達核心顆粒直徑之 3 0 0 %。 較佳形態的粉末將具有塗覆於其上之外黏合劑層。慣例 上係經由將金屬黏合劑與金屬粉末一起研磨，而將其施给 金屬化合物顆粒。此物理操作耗時長久，且當僅有較少百 分比之被研磨粉末（例如6%)爲黏合劑金屬時，將黏合劑金 屬塗敷於剩餘的9 4 %顆粒表面之時間將對使用金屬黏合劑 形成燒結物件之經濟狀況有不利影響，且會損壞經塗覆顆 粒。本發明考慮將此等顆粒以連續層之形式在金屬化合物 顆粒之外部塗覆成均勻塗覆層。根據本發明，黏合劑層基 本上係由選自由下列成份所組成之群之金屬所組成：鐵' 姑、鎳 '其混合物、其合金及其金屬間化合物。黏合劑之 連.¾層係利用化學蒸氣沉積、賤鍍、無電電鍍、電鍍、物 ____ -17- 本纸ί认度適用中酬家辟（CNS ) Λ4^ ( * — ----------裝------訂------^ /V (婧先間该背&之.江意f'項存填艿本莨}

Mlk-部中央標準局員工消f合作社印¾ 413644 Α? Β7 五、發明説明（[5 ) 理蒸氣沉積、窥基沉積、溶液噴霧沉積、或電漿輔助物理 蒸氣；7U積而沉積較佳。由於钻及錄可與較佳種類的核心顆 粒材料及中間層的較佳材料相容，且具有優良的高溫性質 ’因而其爲較佳的黏合劑金屬組合物。 本發明之另一具體實施例爲燒結材料。此一燒結材料包 括基本上由化學式MaXb之第一金屬化合物所组成之多個核 心顆粒。Μ係選自由鈦、銼、銓、釩 '鈮、鋰、絡、翻、 鎢、硼、鋁及矽所組成之群之金屬。乂代表選自由氮、碳、 硼及氧所組成之群之一或多個元素，及alb係大於零至4及 包括4之數目。 第一金屬化合物主要爲化學計量，且基本上由選自由以 下化合物所组成之群之金屬化合物所組成較佳：ΤιΝ、 丁 iCN、TiB2、TiC、ZrC、ZrN ' Vc ' VN、立方 BN '

Al2〇3、Si3N4及AIN。此等金屬化合物堅硬，五具有—此 其他有用的機械性質，但其破裂韌性（阻止裂紋增生之能力 )有限。本發明可操作其他的金屬化合物，然而，先前所列 之化合物爲較佳。 顆粒之不同部分的組合物選擇可以候選材料在大量程度 &已知特性的習知訊息爲根據。舉例來説，已知各種材料 t擴散磨損可經由考慮其在操作溫度下生成的標準自由能 而估計。WC、TiC、TiN、及Al2〇3依序具有漸增的負生 成旎：因此，可看到TiN相較於標準的wc金屬陶瓷提供顯 著降低的擴散磨損。 此外，各種工具材料在自1 〇 〇 〇 -1 1 〇 〇 τ範圍内之溫度下 ------------------- -18 - 本錄尺度適料---~ {諳先閱讀背面之注意事項苏填筠本頁) -裝. 413644 A? B7 五、發明説明（丨6 經漭部中央標準局員工消费合作社印製 :解於鐵ί典@的工作件）之速率彼此間有極大的差異。比 較顯示在工具表面存在顯著量的TiN將可確保WC之溶解至 鐵大大地降低；比方說，在5Q(rc下之相對溶解速率爲： W C : 5.4 X 1 〇4 Tic ： 1.0 TiN : 1.8x10] A12〇3 : 8.9χΐ〇-ιι 據信此等原理可解釋當WC與TiN核心結合時，Wc工具 對鐵之磨抽行馬的改良；即暴露的TiN核心較出現較低 的擴散磨損至鐵。據信需要WC連續顆粒塗覆層以獲致強硬 的外殼及高機械性質（楊氏模數爲696队，相較於Μ之 -八…<_m)。TiN核心（具有& = 24〇〇之維克爾斯硬 度，相較於WC(H3 5〇之値，及具有厂0.125之滑 動摩擦係數’相較於= 〇 2〇〇之値）將可降低對 的摩擦損耗：核心於其磨光及抛光後將暴露至王具表面。 亦可使核心顆粒爲多種不同的金屬化合物，只要其各 相客，且與包含覆蓋核心顆粒之層之材料不同即可。以 万式，當核心顆粒經由移除一部分覆蓋中間層而暴露時 包含燒結材料之物件之性質主要係由核心顆粒之性質、— 在燒結材料中之濃度、及其組合而定。例如，如希望將 結物件形成爲沖切嵌件，則燒結物件可利用EDm (電放 機械加工（electr〇 discharge machining))研磨或成形 使核心顆粒暴露3在核心顆粒爲T i N及中間層爲w c _ 诖具體實施例中，T i N將其摩檫係數、其硬度、及耐卢

Mb 鐵 可 此 其 以 較 性 (請先閲讀背面之;1意事項再填寫本頁) 訂 .—線 -19 - 本紙張尺度刺巾關彳:轉（CNS )如規格 (2Ι0Χ297.：λ!,ι； A7 B7 經濟部中央標"-局只工消论合作社印^; 五、發明説明（17 之性質賦予沖切欲件，同時嵌件之整體強度及其耐裂紋择 生性經由包圍T㈣心顆粒之wc層而獲增進。値得注意地 ，嵌件之磨損不會造成此1件之特性的減小，由於ΤιΝ 並非會被磨損掉的塗覆層。嵌件材料之整體部分當其磨損 時將表面更新。較佳的核心材料爲立方氮化硼(cBn)，然 而’此具體實施例需要特定的顆粒及層《大小及厚度以實 現cBN核心顆粒之潛力。據信⑽之異常的硬度必須利: 另-金屬化合物之組合物及厚度之負荷承載包圍層整合至 物件中’以致當所產生之層狀顆粒經燒結時，其具有使用 作爲磨料之結構之有用的工程性質。 ’ 此具體ϋ例（燒結材料包括在各eBN核心顆粒上基本 上由W C或W2 c所组成之中間層。 此具體貫她例更包括覆蓋在經塗覆顆粒上之中間層上之 外層。外層之功用係要形成黏合劑，及在合理的燒二時間 及溫度下將經塗覆顆粒結合成密實的燒結材才斗。此處所具 體實行（外潛有作爲黏合劑之功用。丨包含鐵、姑、錄、 其混合物 '其合金或其金屬間化合物。如以上關於本發明 之粉末具體貫施例所指，其考慮將此種黏合劑以連續層之 形式在金屬化合物顆粒之外部塗覆成均勾塗覆層。 纽覆蛊中間層之核心顆粒之大小（總稱爲"經塗覆顆粒"）對 燒結材料及從之製得之物件的機械性質有重大影響。如以 上在關於粉末之揭示内容中所指出，經塗覆顆粒具有低於 約2微米之平均顆粒大小較佳，及低於約丨微米更佳。中間 屢於fe結k具有在核心顆粒直徑之自5 %至2 5 %範圍内之戶 ________ - 本纸掁尺度適用中國國象杈準（CM ) A4規格（2丨Ο X 公 —--------裝-------·π------旅 /V ί. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局負工消费合作社印裝 413644 a? B7 五、發明説明（18 ) 度亦較佳。此外，據信黏合劑層之厚度亦會影響燒結材料 之性質。 外黏合劑層於燒結後具有在該經塗覆顆粒直徑之自3 %至 1 2 %範圍内之厚度較佳。 據信具有此種尺寸規格之燒結材料將具有改良的性質， 由於與在一經塗覆顆粒中之錯位相關之應變場可經由中間 層而傳送至緊鄰的核心顆粒。已知本發明可利用於燒結後 具有在核心顆粒直徑之自3 %至2 0 0 %範圍内之厚度之中間 層操作，然而，在自5 %至2 5 %範圍内之厚度爲較佳。 已知增加韌性係減小顆粒大小的正常結果。較佳的核心 顆粒直徑係在0.1毫微米至1 · 〇微米之範圍内。此範圍之顆 粒大小與中間層之厚度交互作用。 結晶物質之強度係視原子鍵結及錯位結構而定。錯位係 一般固有及固定不動之線性原子晶格缺陷。在兩原子鍵結 結晶材料之混合物中，對於由混合物規則及逆混合物規則 计异得之複合材料之彈性模數有上限及下眼的估計。當材 料受到增加負荷時，其將彈性變形，直至顆粒中之錯位開 始流動或滑動，導致開始永久降服及達到有效強度之極限 爲止。在大約1微米以下之顆粒大小下，在此等材料中將產 生異常高的強度，其主要係由於像錯位應力所致β 在各錯位之周圍有向外延伸至周圍晶格之圓柱形應變場 。理論上，此在各錯位周園之應變場必須被相對的應變場 抵消，否則此錯位將自表面離開。當晶體大小相較於其應 變場大時，在錯位周園不會產S像應力，除非係在晶體2 ______ -21 _ 本紙掁尺度ΐϊϋ國國家標準（210χ~^Γ>.)Γί 一~~—^"——~~~-— (請先閱讀背1S.之注意r項#填3ίί本頁) 裝. -5° 經"部中央標革局貝工消资合作社印^ 41364, A7 _________ 137 五、發明説明（19 ) ~~~ 面◊在有‘合劑與多數結晶顆粒結合之燒結材料中，像疯 力與黏合劑母材之較低強度相似，但對大的晶體，此係微 不足道的校正’由於大多數的錯位並非靠近於表面。 在次微米多晶型顆粒中，應變場可延伸至原予晶格可能 不與應變場顆粒排成一線之相鄰顆粒中。此在顆粒表面外 部之平衡應變場限制錯位之移動，因而限制降服。當顆粒 大小進一步減小時，有更多錯位接近表面，及強度可減低。 據信當中間層及將經塗覆顆粒連接成燒結材料之黏合劑 層之厚度夠薄時，則應變場實際通過黏合劑母材而進入相 鄰的顆粒。如此產生高強度，而不管在經塗覆之硬顆粒間 之繫結材料（在此情況爲黏合劑）爲何。換句話説，假定黏 合劑相係結晶型且非常薄，則燒結物件之機械性質與黏合 劑相之性質無關。 中間層之厚度亦應相對於核心夠厚，以在整個核心顆粒 及其周園產生機械細胞狀支承母材。除此目標外，期望的 像應力強度隨i. 〇微米及較小的核心粉末而增加，在燒結 T C Η P合金中可得驚人的強度性質，很明顯地係由於顆粒大 小的交互作用、核心材料之性質、及中間層及黏合劑之性 質及厚度所致。 其原因尚未完全明瞭，但1 . 〇微米以下之核心顆粒之5至 1 〇百分比之碳化鎢（w c)塗覆層實際上非常薄，及其可發揮 如同其本身係甚小的堅韌相顆粒（5 0至丨〇 〇毫微米）之作用 ’而在明顯較大及更可處理的顆粒大小下有效地達到毫微 米程度的機械性質。 -22- ___________ 本纸秩尺度適用中园园家揉隼（CNS ) Λ·)故估（；H0X29W;i ) (請先閱讀背面之注意事項再填』Η本頁) 狀---- -訂 成： A7 B7 413644 五、發明説明（2〇 具有小的硬核心顆粒大小及被在顆粒間低於1微米之薄的 姑繫結物分開之堅韌的毫微規模外殼的T c HP結構使彈性' 硬度、破裂韌性、及強度最大化。最有趣的事項爲由於薄 的黏合劑繫結物而在燒結TCHP機械性質中可能失去，.複合 材料"之特性。即使係對低硬度材料（諸如鈷），來自靠近 表面之錯位之像應力（及對於次微米顆粒其全部皆爲靠近表 面），複合材料之性質亦較於磨蝕性複合材料中所可能者爲 南。當黏合劑母材繫結物變得非常薄，及複合材料之強度 變得與鈷黏合劑之塑性無關時，細胞狀塗覆層之結構強度 亦可能超越及實際上接近於WC。 本發明提供可經策劃而提供最適性質平衡（例如，韌性' 強度、低摩擦係數、及硬度）之可燒結金屬粒狀材料。可在 由TCHP製得之模及其他工具準備中預期的操作改良有三項 (a)在工作件與工具間之界面處之較低的摩擦係數產生降 低的熱、歷損、及焊疱，且需要較少的加工動力及外部潤 力使用’而最終獲致較長的工具壽命及較佳的方 法乜制’（b)與鐵的低反應性降低黏著及擴散 '倒腹、或模 的磨知’及依序延長引伸模的使用壽命；及⑷有堅動、強 硬的塗覆材料（例如’ WC)在顆粒上形成工具之細胞狀支承 巨型結^ ’同時並提供堅硬粒狀核心（例如，丁iN)之配合完 吴且緊莕結合的保護層之燒結工具微結構將其固定於定位 並可¥到在耐磨工具表面之最適暴露及硬相滯留。 此’、利用&知万法製得之物件（其中存在於顆粒及黏合劑 間之甚低的黏合劑強度使動性及彎曲強度之大小降低），或 (請先閲請背T&之注意r項再填驾本頁 裝.

.IT 經漪部中央標準局只工消费合作ii印製 23- 經濟部中央標苹局K工消资合作社印试 413644 A7 -- '__ B7 五、發明説明（21 ) 將燒結物件完全塗覆以賦予硬度（其中薄的塗覆層具有有限 的壽命或裂紋）有所差別。 將硬相合金置於内部作爲核心顆粒（而非在外部）較在任何 已知的習知材料中所可行者以更大的比例（或厚度）將硬相 合金（於最後磨光後暴露於外表面）分佈於整個燒結微結構 。其之本身使耐磨性增加，使與工作件之化學交互作用降 低，及使磨擦係數顯著地降低。工具壽命經由不斷地更新 被相對的滑動表面磨損或拉離之表面顆粒而増長。 此外，大多數較佳核心材料之耐磨性及黏著特性可由其 於習知材料中之性能得知，因此其作爲核心顆粒材料之性 能由本揭示内容係可預測。由於核心顆粒係經塗覆已知材 料（例如，wc)，因而具有數種不同核心材料之摻混及燒結 在一起的經塗覆顆粒將有助於多種特性之改良。因此，發 展及試驗的成本降低，同時並提供具有獨特性質之最終材 料。因此設計一種燒結微結構，其中各顆粒具有非常牢固 地黏附至其相鄰顆粒以在整個燒結物件基材中形成堅韌的 細胞狀支承系統之堅韌外殼（中間層），將產生具有強度、 高彈性模數'破裂韌性、及硬合金含量之最大可能組合之 燒結物件_。 所產生的物件巨形結構係包含堅韌、強硬、緊密互相黏 合的經塗覆顆粒外殼之細胞狀微結構架構，其各包含及支 承在最後磨光及抛光過程中在外表面處其橫剖面經暴露之 -或多個機械及化學結合的核心顆粒 '晶體、纖維、:或晶 鬚。此使核心顆粒及周園中間層之不同材料之组合最適化 ________-24- 本紙張尺度適用中國國家梂隼（CNS丨Λ4規格（210X297公一 ---------装--------ir------# /1 /V (請先閱讀背齑之注處事項真填讳本莨〕 413644 經"部中央標卑局只工消贽合什社印^ 五、發明説明（22 ) 之原理使-般互相衝突的物件性能特性（例如強产 之组合可達到在粉末冶金技術中前所未見的程度又） 此概念提供材料設計者多種工具（單獨或結合使 採用TCHP顆粒結構（中間層厚度、大小、及核心材 、 單及完全控制的直接方法及混合（將不同粉末整合至工且: 物件區中），以利用單-物件或工具滿足許多不同獨特^ 合、及特殊的需求條件。 ° 此外，使用標準的強硬材料（諸如wc)作爲堅勒的顆粒外 殼將可大大地降低研究、發展及工業化的心力，由於將僅 需要使用一種材料反應前身氣體（例如，碳化鎢）於塗覆粉 末顆粒，而非需要用於多重外部基材塗覆層之許多複雜^ 瓦身及反應物氣體=此種粒狀材料將如同由碳化鷄顆粒所 製成般地燒結，已知其可利用黏合劑諸如鈷而非常牢固地 黏合至相鄰的碳化鎢顆粒。因此，此使用超過六十年之標 準的韌性材料將可穿透及強化整個結構。增加在顆粒上Z 碳化鎢塗覆層之厚度以配合更具挑戰性的強度應用，或在 更嚴苛的磨損應用中將其減小，應可解決大部分的設計難 題。可容易地完成核心顆粒大小之增加以滿足更嚴苛的耐 磨性需求，或將其減小以供較高強度之用途用。使用具有 已知或經發現在特殊應用（諸如惻腹磨損或焊疤磨損）中表 現較佳之特性（硬度、摩擦係數）之不同的核心顆粒材料亦 可經由選擇核心材料而完成。亦可混合以上的厚度、直徑 、及核心材料粉末參數，以解決大部分多重標準的應用。 亦可使用預熱擠塑蠟/粉末區段使T c η P自富含較硬相之 (請先閱讀背16.之注意^項再填寫本頁 I ------- '裝----

T 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS ) Λ4^格（兑 -25, 413644 Λ 7 __----__ 五、發明説明（23 ) ~ 區或層逐漸過渡至具有更多堅韌中間層材料之區或層。此 係較目前所採用之使用於功能性梯度材料（FGM)之方法更 具彈性且有效的方法。 本發明亦可應用於將相同零件之不同部分中之不同的粉 末層（或摻和物）整合，以更佳的抵抗多重性能挑戰。此係 除原子層級梯度外所可行之最大程度的微結構設計精煉。 與其他金屬粉末共燒結以在，，非硬”的燒結零件中產生局部 硬化，T C Η P將使需要熱處理的鋼零件可被需要較少製造操 作的粉末金屬（P / Μ)零件所取代。‘ 現詳細參見附圖，圖1描繪燒結材料之概略橫剖面。在此 具體實施例中有一或多個硬的金屬化合物顆粒㈠〇)與硬且 堅勃的金屬化合物中間層（1 4)諸如碳化鎢。經塗覆顆粒包 括適當燒結黏合劑之外層（1 6 )’其爲鐵族金屬較佳，典型 上爲钻或鎳。所產生的經塗覆粉末（1 8)最終經燒結成半完 成或完成物件，其微剖面大致以數目2 〇表示。 M濟部中央標準局負工消f合作社印¾ ---------扣衣-- /|\ (請先聞讀背野之注表事項再填寫本頁) 燒结物件（2 0 )之微結構係互相牢固黏合的單一 w c層（1 4 ) 之細胞狀架構’其各包含及支承其所有之緊密黏合的金屬 化合物核心（10)，固定於母材（16)内及在最後磨光及拋光 時其在外表面（2 2)之橫剖面經暴露。 圖2所示之掃描電子顯微鏡顯微照片係由1 6微米之氮化 鈦的核心顆粒（6 )塗覆厚度大約〇 _ 2 5微米（1 5百分比）之 W2 C (7 )所組成的單一 T C Η Ρ顆粒。其係示於背景（9 )及經 層疊之置於樹脂冶金樣品中之許多T C Η Ρ顆粒的其中一個。 熟知硬合金顆粒由於（a)此種顆粒之不规則性（造成差的流 -26- 本紙乐尺度適用宁国國家標準（CNS ) Α4現格（210 X297公釐） 經濟部中夫標準局員工消资合作社印掣 413644 Λ7 __________ B7____ 五 '發明説明（24 ) 動性’而需要熱壓），及（b)在凝固時的低塑性變形，而通 第播法燒結至夠接近於理論密度。 核心顆粒（6)之數字8的形狀顯示樣品典型的凹陷不規則 性。C VD塗覆方法典型上塡充在如於（8 )處之凹陷中，而使 經塗覆顆粒有較圓較平滑的形狀，其實際上有助於粉末之 流動性及密實化。此應可降低加工費用，產生更均勻及薄 的黏合劑層’及促進粉末的密實化，其依序將增進燒結物 件之機械性質。 本發明之獨特的粉末係於化學蒸氣沉積（CVD)反應器中 。由於被塗覆顆粒之大小，因而反應器包括用於阻止 被塗復顆粒凝聚之組件。反應器之概略圖示描繪於圖3_5。 圖3之C V D反應器系統係由容納在用於加熱粉末及反應物 氣體之爐（22)内之旋轉CVD反應器容器（20)所組成，此氣 體分別經由位在其相對端之氣體入口及出口導管（3 6，2 6 )而 傳送至反應器及抽眞空。管線（3 0 )供應六氟化鎢（W F 6)前 身，而管線（2 8 )供應9 9 · 9 9 9百分比純度之氫，此係在反應 器谷為（20)中反應生成CVD塗覆層之兩氣體，其經由流量 計（32)而連接至旋轉封口及入口導管（36)。管線（28)亦通 過包含9 9,9百分比純度異丙苯之氣體發泡器（3 4 )。一過濾 器（38)插於反應器（20)之出口側在抽眞空導管（26)前方處 ’此導管操作連結至眞空系統（未示於圖中）及捕捉裝置 (40)及流量錶（42)。反應器（20)可爲耐火金屬或石墨圓筒 之形式，其可視滾筒直徑及被塗覆粉末之比重而在每分鐘 50至150轉（rpm)範圍内之變化速度下旋轉，且可變化其方 -27 - 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X297公犮） --- - - - - m -II - .-Ai衣 II--! - I I · - - - -I != - [___ (婧先閱讀背&-之注意I事項再填寫本頁} 413644 經濟部中央標準局一貝工消費合作社印製 Λ7 ___ B7 __ 五、發明説明（25 ) 向；因此，可調整傾斜角（2 4 )及迴轉速度以提供經塗覆粉 末在所產生之高溫（5 〇 〇 _丨6 〇 0。(；）反應性氣體環境中之適當 的停留時間。 在製造次微米TCHP粒狀物質中實行CVD方法時有四項 重大難題：（1)六氟化鎢（WF6)前身氣體之流通費用，（2) 控制WF6之有毒特性，（3 )前身在除核心粉末外之表面上的 早期反應’及（4)將凝聚物打散。後三項有技術上的解決辦 法。雖然其他加工費用的優點可彌補第一項難題，但C V D 之最終成效將由其相對於其他方法，諸如使用金屬羧基沉 積之費用而定。 經發現以上第三項難題（反應物的使用無效率）之解決辦法 係將氣體维持在低於反應臨限溫度下直至其靠近核心顆粒 爲止。此可經由將反應物氣體保持分離，利用擾動加熱粉 末之本身將其;昆合而進一步改良。 經發現微波能量（但非感應頻率）將可加熱顆粒。在2.4 5 G h z之頻率下加熱約2分鐘5 0 0瓦產生約3 7 - 4 0 °C之溫度上 升。在再循環石英管中利用電力之本身（利用微波能量加 熱）加熱之反應物的集中擾流中之高加熱速率概念有達到 均勻去黏^、混合、再循環、及塗覆次微米粉末之高度吸 引力。 圖4説明一種經發現可解決粉末凝聚問題之辦法。在旋轉 反應器中之流體化一般不會施加將連續再生成之團塊打散 所需之力。事實上’未經檢查，凝聚物有根據大小A將其 自身分類的傾向，其進一步妨礙均勻的加工。另外，習知 -28 - 本紙張尺度適用中围國家標辛（CNS )糾規格（210乂 297公货） 装〆 ,.—,1τ-----線 ( ( {請先閱讀背赶之注^事項再填艿本頁〕 經濟部中央標準局負工消资合作社印製 413644 Λ 7 ___________Β7 五、發明説明（2S ) ' 的水平式反應器具有使批次中之塗覆厚度之均勻性降低的 末端區域。如圖4所描繪’產生不均勻塗覆之凝聚及末端區 域之問題的解決辦法包括將反應器傾斜，及裝設固定的梳 狀導件80，以（a)使批次再循環及均勻化，及（b)對粉末施 加足夠的剪力以使其去黏聚。 在壚内，反應室（6 2 )係由經石英襯裡（6 〇 )之石墨圓筒所 構成。旋轉速度（6 6 )必需使作用於核心粉末上之重力剛好 大於離心力，以致落下的粉末顆粒經流體化而使其之暴露 至反應物氣體最大化，而將中間塗覆層累積於其上。其目 的係藉由由旋轉圓筒而得之離心力、重力、及旋轉慣性之 正確組合，使核心粉末流動、滚動、降下 '及翻滾，以使 粉末之暴露至則身氣體最大化。其必須具備大於1 2 〇毫米之 實際直徑（6 4)。爲幫助打散阻止在各顆粒上之均勻層沉積 之知水團塊，可將i式劑亂體在高流率下引導通過下降的粉 末，以利用男切力將凝聚物打散。 在導件（80)之兩個區域中將剪力雙重施加給粉末，其橫 舌'J面（67)示於滾筒之下端。當粉末被旋轉滾筒（6〇,62)夹帶 於導件下方時，第一區（68)將輕微壓力及剪力施加給部分 的粉末。在滾筒與齒條（6 7 )之間形成1 3度的漸進捣壓角 (6 9 )’此角度施加足夠的壓縮剪力以使凝聚物破碎。由形 成齒條本身之長角形齒（72)所組成之第二區（7〇)在邊緣極 少摻混而直角地切割至不銹鋼中。此區（7 〇)使墨縮粉末可 在輕微的剪切力下逸出，其可使顆粒進—步去黏聚及均勺 化以在下一次旋轉中暴露。在距石英襯裡（6 〇) 5毫米之距離 -29- 本紙汝尺度適用中國國家標準（CNS )以規格（2IOX 297公# ) (請先閱讀背©之注惠事項再填窍本頁 裝. 訂 41364i 輕濟部中央榫隼局爲工消費合作社印製 Λ7 五、發明説明（27 ) (7 4 )處’齒條之齒的漸進角度終止於一屈折點，其正如齒 (72)之開口達到其最大値而增加擠壓。一 on .〇毫米之小 間隙（7 6 )保護石英使不被齒條劃傷。 齒條的螺旋狀區域（80)提供導件（78)，其示於反應器之 下端（及以虛線示於其上端）。此螺旋形導件提供粉末升力 ，以確保橫向再循環及批次均勻性。 圖5描繪螺旋形齒條’以更清楚地顯示螺旋形導件（8 〇 )。 在上方平古中沖切出孔洞（9 2 )’以使收集於該處之粉末可 穿過並再循環。齒條之齒（9 0 )亦有更清楚的顯示。 目前所考慮之本發明之較佳具體實施例使用包含氮化鈦 之先4經研磨顆粒的核心粉末。此粉末係經c v D塗覆碳化 鎮之中間層。使用鈷黏合劑供燒結用爲較佳。在 TiN/WC/Co系統中，w在Co中有良好的溶解度，及在c及 TiN之間有有效的反應以形成Ti(c，N)，而在燒結物件中產 生強的T 1 N / w C晶界相及優良的機械性質，雖然此黏合較 在W與c 0之間所可形成者不強。

TiN相係集中於材料内，且未由表面磨損造成性能減小 (如傳統工具之被陶瓷塗覆層保護）。因此，利用此種TCHP 鉍成·^模、工具、或其他硬物件可再利用於較大直徑，或 再磨光以供其他用途用。如稍後決定必須將Ti(c，…中間 生成減至最小以增加黏合劑效用，則可採用利用將黏 合剧層蒸氣π積於顆粒上而增加w c塗覆層厚度及降低燒結 時間及溫度。另一方面，在Hv = 3 200之維克爾斯硬度下 ，MC’N)顯著地較在Ην = 24〇〇下之TiN或在= Μ 30- )W規格（210X297公尨 (請先聞讀背赴之注意1事項再填寫本頁) 1裝·-----——訂

• I I 413644 經濟部中央標率局負工消费合作社印製 Β7 五、發明説明（28 ) 下之τ i c爲硬。在某些應用中可證實其係有價値的現象。較 TiN硬之氮化锆，ZrN，具有較TiN低三分之二的摩擦係數 ’且據〗忍定其側腹磨損性較佳。此亦係較佳的核心材料。 圖6描繪許多習知工具材料之操作範圍及使用作爲沖切工 具材料之本發明之一具體實施例之期望操作範圍的彙整。 經由使用習知的硬材料作爲核心，將顆粒大小降低至期望 範圍，及對核心應用適當厚度的堅韌塗覆層（諸如wc)，本 發明之TCHP將此種習知材料之操作範圍加寬。工具供應速 度-即定義本發明之TC HP之操作範圍之區域的右側極限_之 增加程度係以由堅韌塗覆層所提供之增加韌性及利用核心 材料之硬度和其他性質爲基礎。 利用諸如圖3所描讀之反應器系統，可使用各呈I . 〇 _ 1 . 5微米直徑粉末形式之以下的合金製備具體實行本發明之 可免结祖狀设合材料：鼠化欽、碳化飲、氣化结、碳化訊 、氧化紹、及立方氮1化顿]。（亦可使用其他合金諸如二棚化 鈦、碳化锆' 氮化钽、及碳化鈮）。使用於沉積w c χ之化學 蒸氣的反應性成份爲六氟化鎢（wf6)在氫及脂族或芳族含 碳化合物之存在下，此成份在50(TC至70(TC範圍内之溫度 下反應而生成具高度再現性之WCX塗覆層。在反應器中將 採用低壓（例如，低於1 0 0毫巴（m i 1丨i b a r))以增加反應性物 種在氣體中之擴散性，及可在粉末表面上形成均勻塗覆層 。此技術一般稱爲LPC VD(低壓化學蒸氣沉積）。反應器係 在足以使核心粉末可持續不斷地自由墜落翻滾的速度下操 作’及反應性氣體之速度係成其他參數（壓力及總流率）之 -31 - 本纸乐尺度適用中國國家標孪（CNS ) Λ4規格（ 210X 297公犮) ' ---------1¾衣-------11----I 線 ( ( (請先閲讀背釘之注*-事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消资合作社印製 413644 Λ7 _____ _B7 五、發明説明（29 ) 函數而調整；在彼等情況中使用氣體發泡器，其中使用芳 族液態化合物作爲反應性成份。 以全部W C x燒結碳化物之期望的9 〇 - 9 5百分比強度爲依據 ’及以將CVD停留時間減至最小爲依據之目標塗覆厚度係 在平均顆粒直徑之2至25百分比之範圍内。CVD操作參數 係使用電腦程式作調整，因而使其最適化可遵循主要的"指 示器11，例如，在反應器不同點的wcx塗覆厚度。沉積於粉 末上之W c x量係利用經處理粉末之E D X微分析估計，比較 在爐中之不同點及在不同時間下取出之顆粒樣品上測得之 鎢及鈦的強度波峰及W M : T i κ比（其中Μ及K爲原子比係 數）。此提供在燒結前之均勻性、沉積速率、及W C χ表面及 W C .、/核心顆粒界面特性之指示。利用光學顯微鏡及掃描電 子顯微鏡觀察W C χ塗覆層之橫剖面厚度，使用包含T c Η Ρ 顆粒埋藏於樹脂中並經拋光以使顆粒之剖面暴露之試樣； 亦使用X -光分析於顯示粉末上之W C χ相的存在。 實施例 製備三系列的燒結樣品：一系列由經塗覆w C χ之氮化欽 粒狀材料製成（具體實行本發明，配方C、D、Ε及F )，一參 考棒系列由沒有任何塗覆層之碳化鎢粉末製成（配方A )，一 比較系列由未經塗覆碳化鎢粉末及加入T i N (配方B )、及經 塗覆TiN、TiC、及Al2〇3 (配方G)之標準Sandvik材料 (見圖7之G櫊）之混合物製成。 用於製造配方之峡化ί烏（w C )粉末係購自史塔克公司 (H.C- Starck Company)之等級 DS100，且具有約 ίο 微 -32- 本纸乐尺度Ϊ用中€國家標準（CNS ) Ad規格（210X 297公菝) ---------¾.------------線 {請先閲讀背*-之注t.事項再填寫本頁) 413644 Λ7 ----------B7 五、發明説明（3〇 ) ~~~ ^^^ 米（±0·ι微米）之典型平均顆粒大小。所使用之鈷粉末係具 有1·5微米（±0.2微米）典型顆粒大小之史塔克等級π :所 使用之氮化鈦粉末係具有1 · 〇微米（在0 8至丨.2微米間之範 圍）典型顆粒大小之史塔克等級c;及所使用之鎳粉末係於 市面購得之具有2.2微米典型顆粒大小者。 •裝 -*>ρ 經濟部中央標羋局負工消费合作社印製 具體實行本發明之配方包括經CVD塗覆碳化鎢（w2C)至 约1.6微米厚度之TiN核心顆粒，以形成具有約丨〇微米顇 粒大小之粒狀複合材料（τ c Η P )。使用以上參照圖3至5作 説明之裝置於完成TiN粉末之CVD塗覆。其係以2〇°的螺 旋角及將梳固定於13。的擠壓角而操作。將適當量的TiN 粉末引入至石墨反應器之室中。將系統淨洗，開啓氫流量 ’及將内壓調整至1 1 .25托耳（T〇rr)。接著將電力供應至 電爐，以使反應器之滾筒在每分鐘9 〇轉下旋轉至約5 5 〇 -c 之溫度（約一小時）。然後將W F 6供給之流量計及異丙笨發 泡器打開，以提供適用於將W 2 C沉積於T i N基材粉末上之 反應物莫耳比；發泡器係在20°C下操作，及使用氫氣作爲 液態異丙苯之載體。持續操作一段足以在T i N顆粒上產生 期望厚度之W 2 C之時間，之後將WF 6流量計及異丙苯發泡 器關閉，及將爐在氫氣下冷卻。 配方A係由94重量百分比之WC及6重量百分比之C 〇所组 成之二元混合物；配方B係由8 7重量百分比之W C、6重量 百分比之Co、及7重量百分比之TiN所组成之三元混合物； 配方C係由8 4重量百分比之所説明的τ C Η P複合材料及1 6 重量百分比之N i所組成：配方d係由8 4重量百分比之 _________ -33- 本纸乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4^格（210X 297公兑) ~~ ~ Λ7 413644 _____B7 五、發明説明（μ ) TC HP複合材料及1 6重量百分比之Co所组成；及配方E係 由90重量百分比之TCHP複合材料及1〇重量百分比之Co所 組成。 配方B係經由將配方與A c r a w a X C (購自新澤西州費爾隆 (Fair Law η)隆薩公司（Lonza Inc.)之乙烯雙硬脂醯胺加 工助劑）及己烷捧混而形成爲5 3 X 1 6 X I 1毫米及重约1 3 0 克之燒結棒。利用W C球體將其球磨1 6小時，在眞空中乾 燥’在300微米下篩選，在2000巴下冷均衡加壓5分鐘，及 在1 4 5 0 Ό在1至3托耳之眞空中停留2 0分鐘而燒結。所應用 之加熱及冷卻速率爲每小時1 5 0至2 0 0 °C，及總燒結操作需 時约2小時。 由配方A、C、D、E及F製備樣品盤=爲完成此工作，將 配方與樟腦暫時性黏合劑及醇溶劑摻混，與碳化鎢磨球行 星研磨5分鐘，在80°C下乾燥15分鐘，及在3 0 0微米下篩選 。對於樣品A、C及D ’形成之盤爲直徑1 〇毫米，且係在以 上關於樣品A及B所説明之眞空條件下燒結。爲製造樣品E 及F，使經研磨、乾燥、及篩選之配方在14〇〇1在2〇〇公斤 /平方公分之壓力下進行單軸加壓而形成直徑5〇毫米之盤。 測試許多説明於上之各燒結物件之樣品以評估各數種性 質。配方、燒結條件（眞空或熱壓）' 物件形式（棒或盤）、後 燒結黏合劑含量、及數種測量性質之値記載於圖7。側腹磨 損及焊疤磨損之測量係在標準材料（C K 4 5 )上在2 〇 〇米/分 鐘之切向表面速度、2毫米的切割深度及〇 . 2毫米/轉之供 應速率下進行。樣品N 〇 . 1之硬度、彎曲強度、及彈性模數 ______ -34- 錄囷家標準（CNS ) Α4ϋ!〇χ 297公赴) ----— —-------—裝-------訂------0 ( (請先閱讀背办之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消f合作社印製 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 413644 A7 ___ ____B7 五、發明説明（32 ) 値係由文獻而得。在先前的實施例中，經發現具體實行本 發明之燒結樣品可以將組成金屬粉末建立成特別適用於製 造如此處所考慮之工具準備及其他物件之方式作用。 當明瞭不僅可改變使用於製造本發明之可燒結粒狀材料 (包括任何補充黏合劑或燒結助劑）之金屬之組成，並且可 改變核心顆粒與包圍中間層之相對厚度使吾人可對由粒狀 材料及由從之所製得物件所展現之性質作高度控制。例如 ’i由改玄外殼之厚度（例如，至典型上，但不一定呈現 TCHP顆粒直徑之5 ' 1〇、或15百分比之値），可獲致硬度 、韌性、強度、磨損性、及熱傳容量之最適平衡並將其賦 予燒結產品。 本發明提供一種新穎的粉狀材料，即製造燒結物件之經 塗覆之堅韌硬粉末（τ C Η P )，其經由結合金屬碟化物（或相 當的堅勒金屬化合物）之固有的橫向機械強度與在核心顆粒 層級之硬金屬化合物之優良耐磨性而超越習知材料之目前 爲折衷程度的性能。由此種材料製得之工具或物件可在較 目前之專業方法所容許者在更爲寬廣的條件範圍表現良好 ’且其性能/價格、或價値比應可顯著地增加。 本發明已藉由實施例及較佳具體實施例作揭示。本發明 之範圍並不受其所限制，而係由隨附之申請專利範圍及其 對等内容所定義。 -35- 本纸法尺度適用悄®家標導（CNS ) λ峨格（2iqX297公泣） —裝------訂------ί線 /1» (請先閱讀背i之注春事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社卬製 . 種燒結材料，其包括： 多個核心顆粒，該核心顆粒基本上係由化學式M a X b之 Λ-fr 弟—金屬化合物所組成，其中Μ係選自由鈦、锆、給、 執、鈮、知、鉻、鉬、鎢、鋁 '及矽所組成之群之金屬 ’ χ代表選自由氮 '碳、硼及氧所组成之群之一或多個 元素’及a及b係大於零至4及包括4之數目； 在各該核心顆粒上之中間層，該層基本上係由組成不 同於孩第一金屬化合物且具有較高相對破裂韌性之第二 金屬化合物所組成，該第二金-屬化合物可與該第一金屬 化合物鍵結，且可與選自由鐵、鈷及鎳所组成之群之金 屬鍵結’因而形成經塗覆顆粒；及- 覆盖於在該經塗覆顆粒上之該中間層上之黏合劑，該 外層包括鐵、鈷、鎳、其混合物、其合金或其金屬間化 合物。 ~根據申έ宵專利範圍第ί項之燒結材料，其中該經塗覆顆粒 具有低於約2微米之平均顆粒大小。 _根據申請專利範圍第1項之燒結材料，其中該經塗覆顆粒 具有低於约1微米之平均顆粒大小。 4·根據申請專利範園第丨項之燒結材料，其中該中間層於燒 ^吉忮具有在該核心顆粒直徑之自5 %至2 5 %範圍内之厚 度。 3 .根據申請專利範圍第1項之燒結材料，其中該中間層具有 使Μ在—絰么覆顆粒中之錯位相關之應變場可經由該中 間層而傳送至緊鄭核心顆粒之厚度。 __ -36- 本紙張尺度適標準（CNS ) Α4& ( 2l0x297公釐） --,i i n i— —i --- —訂-----Λν -- (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 413644 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 、申請專利範圍 6, 根據申請專利範圍第i項之燒結衬料，其中該中間層於燒 結後具有在該核心顆粒直徑之自3%至2〇〇%範圍内之厚 度。 7, 根據申請專利範圍第i項之燒結材料，其中該外層於燒结 後具有在該經塗覆顆粒直徑之自3%至12%範圍内之 度。 8‘根據申請專利範圍P項之燒結材料，其中該外層且有使 ，在-經塗覆顆粒中之錯位相關之應變場可經由該黏合 劑而傳送至緊鄰中間層之厚度。 9·根據申請專利範圍第^項之燒結材料，其中該第一金屬化 合物基本上係由化學計量化合物所組成。 ㈧·根據巾請專利範圍第丨項之燒結材料，其中該第_金屬化 合物基本上係由選自由以下化合物所組成之群之金屬化 合物所組成：TlN'TiCN、TiB2、TiC、ZrC、ZrN、 VC、VN、A12 0 3、Si3N4 及 Am。 U·根據申請專利範圍第i項之燒結材料，其中該第二金屬化 合物基本上係由選自由以下化合物所组成之群之金屬化 合物所組成：we*W2C。 I2·根據申請專利範圍第丨項之燒結材料，其中將部分之該中 間層及該黏合劑移除以使核心顆粒之内部暴露。 13‘根據申請專利範園第】項之燒結材科，其中;^燒結材料具 有大於立方氮化硼之破裂韌性。 14 _ —種燒結材料，其包括： 多個核心顆粒，該核心顆粒基本上係由選自由以下化 37- 紙張Μ通用㈣縣標準（CNS ) A4· ( 210X297公着 .(—裝-------訂-------線 I » (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 BS C8 D8 VC、VN、Al2〇3、Si3N4& 15 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 413644 申請專利範圍 〇物所組成之群土令麗 砰足至屬化合物所組成：丁iN、TiCN TiB2、TiC、ZrC、ZrN、 AIN ; 、各j核U嘁粒上之中間層，該層基本上係由组成不 同於及第金屬化合物且具有較高相對破裂韌性之第二 金屬化合物所组成’該第二金屬化合物基本上係由WC 所組成；及 覆蓋於在該經塗覆顆粒上之該中間層上之黏合劑，該 黏合劑包括結或鎳。 一種燒結材料，其包括： 少個核心顆粒，該核心顆粒基本上係由各具有化學式 M a X b之多種金屬化合物所組成，其中M係選自由鈦 '錯 、铪、釩、鈮、钽、鉻、鉬、鎢、鋁及矽所組成之群之 金屬’X代表選自由氮、碳 '硼及氧所組成之群之一或 多個元素’及a及5係大於零至4及包括4之數目； 在各該核心顆粒上之中間層，該層基本上係由組成不 同於形成該核心顆粒之該多種金屬化合物，且具有較高 相對破裂勃性之不同金屬化合物所組成，該不同的金屬 化合物可與形成該核心顆粒之該金屬化合物键結，且可 與選自由鐵 '姑及鎳所组成之群之金屬鍵結，因而形成 經塗覆顆粒；及 覆蓋於在該經塗覆顆粒上之該中間層上之黏合劑，該 黏合劑包括鐵、鈷、鎳、其混合物、其合金或其金屬間 化合物。 ^^^5^國國家標準（匚吣）八4規格（210/297公釐） —裝---—--訂-----.^線j /fs (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 413644 AS B8 C8 D8 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 申請專利範圍 ^根據中請專利範園第15項之燒結材料，其中該經塗覆释 t具有低於约2微米之平均顆粒大小。 17, 根據申請專利範圍第15項之燒結材料，其中該經塗覆顆 知·具有低於约1微米之平均顆粒大小。 18. 才=中請專利範圍第15項之燒結材料，其中該中間層於 儿' °後具有在该核心顆粒直徑之自5 %至2 5 %範圍内之厚 度。 19·根據切料範園第15項之燒結材料，其中該中間層且 有使與在一經塗覆顆粒中之銑位相闕之應變場可經由該 中間層而傳送至緊鄰核心顆粒之厚'度。 據申請專利範„15項之燒結材料，其中該中間層於 k〜後具有在该核心顆粒直徑之自3 %至2⑽％範園内之 厚度。 Η.根據中請專利第15項之燒結材料，其中該外層具有 使W在-經塗覆顆粒中之錯位相關之應變場可經由該外 層而傳送至緊鄰中間層之厚度。 22.根據中請專利範圍第15項之燒結材料，其中形成該掠心 顆粒之該金屬化合物基本上係由化學計量化合物所组成。 A根據令請專㈣„15項之燒結材料，其中形成該核心 顆粒之該金屬化合物基本上係由選自由以下化合物所組 成之群之金屬化合物所組成：TiN、TiCN、丁⑺，' 丁^ 、zrC、ZrN、vc、VN、Al2〇”Si3&及ain2。 1 24,根據申請專利範園第15項之燒結材料，其中該不同的金 屬化合物基本上係由W C所組成。 39 本纸疚尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） ---------裝------訂-----<線 /|\ 、 *· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消贽合作社印策 A8 B8 C8 --------------DS__—__ κ'申請專利範圍 25,根據申請專利範圍第15項之燒結材料，其中將部分之該 中間層及該黏合劑移除以使該核心顆粒之内部暴露。 2 6.根據申請專利範圍第1 5項之燒結材料，其中該燒結材料 具有大於立方氮化硼之破裂韌性。 2 7 ·—種燒結材料，其包括： 基本上由立方氮化硼所組成之多個核心顆粒； 在各該掠心顆粒上之中間層，該層基本上係由wc所組 成，及该中間層於燒結後具有在該核心顆粒直徑之自5 % 至2 5 %範園内之厚度；及 . 覆蓋於該中間層上包含鐵、鈷、’鎳、其混合物、其合 金或金屬間化合物之黏合劑，該黏合劑於燒結後具有在 該經塗覆顆粒直徑之自3%至12%範圍内之厚度，該核心 顆粒、該中間層及該黏合劑之组合形成經塗覆顆粒。 2 8 -根據中請專利範圍第2 7項之燒結材料，其中該經塗覆顆 粒具有低於約1微米之平均顆粒大小。 2 9 · —種基本上由多個經塗覆顆粒所組成之粉末，其中大部 分之該經塗覆顆粒具有： 基本上由化學式M a X b之第一金屬化合物所組成之核心 顆粒，其中Μ係選自由鈇、結、給、飯、就、輕、絡、 銷、鎢、鋁及矽所組成之群之金屬，X代表選自由氮、 碳' 硼及氧所組成之群之一或多個元素，及a及b係大於 零至4及包括4之數目；及 在各該核心顆粒上之層，該層基本上係由组成不同於 該第一金屬化合物，且具有較鬲相對破裂韌性之第二金 -40- 本紙掁尺度適用中园國家標隼（CNS ) Α4現格（210Χ297公釐） --------—装------.ΤΓ-----ί-線 _/#1.· I » (請先閲讀背面之注意事項再填寫本X ) 413644 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 六、申請專利範圍 屬化合物所组成，該第二金屬化合物可與該第一金屬化 合物鍵結，且可與選自由鐵、鈷及鎳所組成之群之金屬 鍵結。 3 0，根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其中該經塗覆顆粒具 有低於約2微米之平均顆粒大小。 3 1 .根據申請專利範園第2 9項之粉末，其中該經塗覆顆粒具 有低於約1微米之平均顆粒大小。 3 2 .根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其中該層具有在該核 心顆粒直徑之自5 %至2 5 %範圍内之厚度。 3 3 根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其中該中間層於燒結 後具有在該核心顆粒直徑之自3%至200%範園内之厚度。 3 4 .根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其中該第一金屬化合 物基本上係由化學計量化合物所組成。 3 5 .根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其中該第一金屬化合 物基本上係由選自由以下化合物所組成之群之金屬化合 物所组成：TiN、TiCN、TiB2、TiC、ZrC、Ζι·Ν、 VC、VN、Al2〇3、Si3N4 及 AIN。 3 6.根據申請專利範圍第29項之粉末，其中該第二金屬化合 物基本上係由\V C或W 2 C所組成。 J 7 .根據申請專利範圍第2 9項之粉末，其包括基本上由選自 由以下金屬所组成之群之金屬所組成之外黏合劑層：鐵 、鈷、鎳 '其混合物、其合金或其金屬間化合物，該黏 合劑層係以連續層之形式沉積於該第二金屬化合物層之 外表面。 -41 - 本纸張尺度適用中园國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） n 1-— I- ---- - ! I I n II ID _ _ T fu 1 — ---- - T 口 /IV ^ /1 (請先閱讀背面之注h事項再填寫本頁) 413644 ABCD A、申請專利範圍 3 8 .根據申請專利範圍第3 7項之粉末，其中該黏合劑之連續 層係利用化學蒸氣沉積、濺鍍、羰基沉積、溶液噴霧、 無電電鍍、電鍍或物理蒸氣沉積而沉積。 39· ~種粉末，其包括： 基本上由立方氮化删所組成之多個核心顆粒； 在各該核心顆粒上之中間層，該層基本上係由W C所組 成，'及該中間層於燒結後具有在該核心顆粒直徑之自5 % 至25%範圍内之厚度；及 覆蓋於該中間層上包含鈷或鎳之外層，該核心顆粒、 該中間層及該外層之組合形成該粉末。 4 〇 .根據申請專利範圍第3 9項之粉末，其中包含該粉末之顆 粒具有低於约1微米之平均顆粒大小。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 ί裝-------訂-------線----1--- -42- 本纸張尺度適用中國國家標準（匚阳）戍4規游（210父297公釐>