超级磨料材料是任何具有大于约3000千克/立方毫米或者可选地大于约3200千克/立 方毫米的维氏硬度的材料。在各种实施方案中，我们已经发现将超级磨料复合材料(例如 使用金刚石或立方氮化硼(cBN)的那些材料)应用于玻璃灯泡加工工艺中的某些部件可 以在通过更有效地维持关键装备的公差(tolerance)来改善能量效率的同时减少磨耗、停 工维修(maintenance shutdown)以及总生产成本。具体地，我们已经发现金刚石或cBN 复合材料可以提供持久且耐侵蚀的覆层，所述覆层能够为例如灯泡淬火模保持高的水量水 平。这可以允许以持久覆层包覆淬火模，并且这可以允许淬火模在灯泡制造过程中起到更 一致且更长久的作用。本文描述了几种类型的复合覆层(包括但不限于超级磨料覆层)以 提供改善的部件性能。基于本公开，本领域技术人员将认识到还可以使用其他超级磨料覆 层。
如图2中所表示的，在第一实施方案中，可以使用无电镀或电解的方法将包括金刚石 和/或cBN颗粒20和金属21的层镀敷到淬火模22的内表面上。所述覆层可以是高度耐磨 损的，可以形成光滑表面，可以耐侵蚀，并且可以既导热又导电。例如在美国专利No. 4,997,686和No.5,145,517中一般性地描述了适当的镀敷方法，上述两篇每个专利的公开 内容通过引用被整体包括在本文中。因为所述覆层可以应用于结构材料(例如钢、增强复 合材料、陶瓷或塑料)，所以可以减少使用中的灾难性故障。由于所述覆层赋予的改进的 耐磨性、耐腐蚀性和耐侵蚀性，零件寿命可以延长。所述金刚石或cBN的层可以具有等 于或大于一个超级磨料颗粒的平均尺寸的直径厚度(diameter thickness)，并且所述金属 可以包括但不限于镍、铬、钴或铜或其合金。所使用的超级磨料颗粒的平均颗粒尺寸以最 大外径计的范围从约0.1微米到50微米，或者可选地以直径计的范围从约0.25微米到约 1.0微米。其他尺寸是可能的。在各种实施方案中，优选的(尽管是可选的)覆层厚度范 围可以从约50微米到约500微米，或者从100微米到约200微米。
如图3所表示的，在第二实施方案中，可以使用无电镀或电解包覆方法将在连续金属 基体31中的铜或其他金属颗粒30的层共沉积(co-deposit)到淬火模32上。该覆层可以 高度耐磨损，可以形成粗糙且褶皱的表面，可以耐侵蚀，可以既导热又导电，并且可以保 持相当量的表面水分。因为所述覆层可以应用于结构材料(例如钢、增强复合材料、陶瓷 或塑料)，所以可以减少使用中的灾难性故障。由于所述覆层赋予的改进的耐磨性、耐腐 蚀性和耐侵蚀性，零件寿命可以延长。但是可能不能延长到和使用金刚石颗粒的类似覆层 的寿命一样长。该较软的覆层可能仍然比软木硬，但是它可以使玻璃部件不暴露给可能潜 在地造成微小划痕的金刚石。金属颗粒层可以包括但不限于铜、钢、黄铜、青铜或钴，并 且所述金属颗粒层可以具有至少一个颗粒的厚度。连续金属基体可以包括但不限于镍或 铜。和第一实施方案一样，在第二实施方案中，优选的(但不是必需的)粒度范围可以从 约0.1微米到约50微米，或者从约0.25微米到约1.0微米。优选的(但不是必需的)覆层 厚度范围可以从约50微米到500微米，或者从约100微米到约200微米。
如图4所表示的，在第三实施方案中，可以使用无电镀或电解的方法将金属基体41 中的、金属包覆的金刚石或cBN颗粒40的层镀敷到淬火模42的内表面上。在金刚石或 cBN颗粒40的表面上的金属覆层43可以允许本公开的覆层层获得期望的功能，所述金属 覆层43可以包括但不限于钛、铬、镍、钴、铜、钽、铁、银或其组合，或者为多个由上 述材料中的任意材料构成的层。所述覆层的层可以具有大于一个超级磨料颗粒的厚度，并 且金属基体可以包括但不限于镍或铜。例如，优选的(但不是必需的)粒度和覆层的层厚 度可以与针对上面的第一和第二实施方案所描述的类似。超级磨料颗粒的表面上的金属覆 层可以包覆或可以不包覆每个颗粒的整个表面。优选地，所述金属覆层具有的最大厚度小 于超级磨料颗粒的最大直径。
如图5中所表示的，在第四实施方案中，可以用金属包覆的石墨颗粒50的层包覆淬 火模内腔51。可以通过热喷涂(thermal spray)工艺向淬火模51施加所述层。本领域技术 人员将了解可以使用其他工艺来施加该层。此外，颗粒上的金属覆层52可以包括但不限 于镍或铜。该技术中应用的金属包覆的石墨颗粒层可以是相对多孔且疏松结构 (open-structure)的，并且可以能够保持相当量的水。在一些实施方案中，石墨颗粒50 的尺寸范围可以从约10微米到约500微米。在另一个实施方案中，可获得尺寸范围从50 到150微米的颗粒50。其他粒度是可能的。该颗粒层可以具有在约0.001英寸到约0.050 英寸之间的厚度。可替换地，该颗粒层可以具有约0.1微米到约500微米、约50微米到约 500微米、约100微米到约200微米或其他适当尺寸的总厚度。金属与石墨的重量百分比 可以是约85％的金属对约15％的石墨。在可替换的实施方案中，金属与石墨的重量百分比 可以分别是约60％和约40％。可替换的范围可以包括约75％的金属对约25％的石墨，或 者约80％的金属对约20％的石墨。其他固态润滑剂(如六方氮化硼(hBN)、滑石、MoS2 或其他材料)可以用来替代石墨。除了金属-石墨覆层的多孔属性外，带覆层的石墨颗粒 还可以提供抵抗熔融态玻璃的非润湿表面。该性质可以防止熔融态玻璃在淬火之前粘附到 所述覆层。
如图6中所表示的，在第五实施方案中，如上所述的金属-石墨颗粒60的层可以包括 额外的超级磨料材料(例如金刚石或立方氮化硼)的覆层61。所述额外的覆层61可以被 施加于淬火模63以加强金属-石墨覆层62并提高耐磨性。添加到该金属-石墨覆层62的复 合覆层61可以是薄的，例如为约1微米到约25微米，或者约2微米到约10微米，从而 金属-石墨覆层62的整体多孔性和水保持能力不会显著降低。因为金属-石墨覆层62可以 具有疏松结构，所以可选地，该额外的覆层61可以均匀地包覆所有暴露的金属-石墨覆层 62。复合外覆层(overcoat)61还可以改善金属-石墨覆层62和相关的石墨颗粒60之间的 粘附性。
在使用无电化学法(electroless chemistry)来共沉积硬颗粒(例如超级磨料或碳化硅、 碳化硼、氧化铝或其他颗粒)的复合包覆方法中，对于其中所述颗粒被悬浮的无电化学法 来说所述颗粒可能是惰性的。例如，悬浮在无电镀浴中的金刚石颗粒可能对溶解在溶液中 的镍来说不是自催化的，并且镍可能不会沉积在金刚石的表面上。当在这种情况下发生镍 和金刚石颗粒的共沉积时，产生的复合层可能是均匀的，并且可能保形(conform to)于 该覆层被施加到的基底(substrate)。例如，如果用包括粒度为约8微米的金刚石颗粒的 复合覆层包覆表面粗糙度(roughness)Ra为约0.1微米的钢板，则照此镀敷产生的覆层的 表面粗糙度可能为约0.8微米。
然而，当金属层被沉积到超级磨料颗粒或石墨颗粒表面上时，该层可能对镀浴中的镍 或其他镀敷金属变为自催化的。可以使用化学气相沉积(CVD)和/或物理气相沉积(PVD) 技术将钛和/或铬的薄层沉积到所述金刚石或cBN颗粒上。可选地，每个颗粒上的覆层可 以包括小于每个颗粒总直径的50％。在各个实施方案中，覆层厚度可以小于总颗粒大小的 约20％、10％、5％或者甚至1％。本领域技术人员将了解可以使用其他技术。在这种情况 下，当向镀浴中添加包括金属覆层(例如钛或铬)的细粒时，所述金属覆层的表面积可能 显著地大于正常推荐用于所述浴稳定操作的表面积。当所述浴被适当地驱动从而从所述镀 液发生金属的自催化沉积时，溶液中的金属开始以高速率进行镀敷，主要是由于可以包覆 到颗粒上的金属的大的表面积。金属包覆的颗粒可以被俘获在正被包覆的基底表面上，但 是由于从镀液中快速地消耗金属，所以包覆层可以快速地形成，并且可以具有很多构建出 软木和树脂表面的形态的结节(nodule)。所产生的该覆层的表面特征可以具有约40微米 的表面粗糙度，约250微米的峰谷高度，以及约200微米的平均峰谷距离，并且可以具有 保持表面水分的能力。对于这些值中每一个值来说+/-50％的偏差是可能的。尽管其他尺寸 是可能的，但是在这种情况下复合覆层的总厚度可以在约200到约500微米的数量级，该 复合覆层比以不具有金属覆层的颗粒制成的复合覆层厚。还值得注意的是，通过镀浴的快 速分解形成的结节特征的直径可以为约50微米到约300微米的数量级。其他尺寸是可能 的。
因为金属覆层粘附到所述模基底，所以所述复合覆层是高度耐磨损的。所述覆层可以 被应用于诸如钢、增强复合材料、陶瓷或塑料的结构材料，并且因此可以减少使用中的灾 难性故障。由于所述覆层赋予的改进的耐磨性、耐腐蚀性和耐侵蚀性，零件寿命可以延长。
本文中描述的覆层可以提供适当的多孔性和水保持特性。例如，在一些实施方案中， 在将带覆层的淬火模浸没在水中后，该带覆层的制品可以保持一定体积的水，所述保持的 水的体积多达每立方毫米覆层约0.4立方毫米到约0.9立方毫米。
实施例
灯泡淬火模的主要功能是用于在覆层的表面和孔中保持水分。淬火模的效率与可以保 持在覆层中的水量直接成比例。开发了一种技术来测量在已经用复合金刚石覆层(CDC) 包覆的薄钢板上的覆层的水分保持量。进行了一系列的实验室测试，其中用CDC-8、 CDC-15、CDC-Ti(如下面更详细描述的)以及上面提及的软木覆层包覆几块小(2英寸×3 英寸)的钢板。
使用了基于专利号为RE33767的美国专利的多种技术以及使用在专利号为6,306,466 的美国专利中描述的技术将CDC-8、-15和-Ti覆层施加到所述钢板上，上述美国专利的公 开内容通过引用被包括在本文中。CDC-8覆层由无电镀镍磷基体中的8微米金刚石颗粒制 成，并且该覆层的厚度大致为0.002英寸。CDC-15覆层由无电镀镍磷基体中的15微米金 刚石颗粒制成，并且该覆层的厚度大致为0.002英寸。CDC-Ti覆层由无电镀镍磷基体中 的8微米金刚石颗粒制成，在所述金刚石的外层上具有钛覆层，并且该复合覆层的厚度大 于0.004英寸。
实施例1。软木/树脂板在天平上称重，并且皮重被修正为零，然后在一烧杯水中以共 同的水平高度被浸入水中。多余的水被抖落，并且所述板被立即称重并记录了保持的水分 的重量。然后所述板被允许在垂直位置竖立一分钟然后再次被称重。一系列的竖立和称重 操作被重复七分钟。如从图7中的结果可以看出的，日前为淬火模中使用的标准覆层的软 木覆层保持了0.48克水。
实施例2。板用8微米金刚石(CDC-8)和15微米(CDC-15)金刚石制成的复合金 刚石覆层包覆，并且在天平上称重并且皮重被修正为零，然后在一烧杯水中以共同的水平 高度被浸入水中。多余的水被抖落，并且所述板被立即称重并记录了保持的水分的重量。 然后所述板被允许在垂直位置竖立一分钟然后再次被称重。一系列的竖立和称重操作被重 复七分钟。如从图7中的结果可以看出的，所述板上包含CDC-8和CDC-15金刚石的复 合金刚石覆层保持了约0.10克水。
实施例3。用以薄钛层(钛含量测定为30％重量)包覆的8微米金刚石制成的复合金 刚石覆层包覆的板在天平上称重并且皮重被修正为零，然后在一烧杯水中以共同的水平高 度被浸入水中。多余的水被抖落，并且所述板被立即称重并记录了保持的水分的重量。然 后所述板被允许在垂直位置竖立一分钟然后再次被称重。一系列的竖立和称重操作被重复 七分钟。图8图示了本公开的钛包覆的金刚石覆层的显微图。如从图7中的结果可以看出 的，具有钛包覆的金刚石颗粒(CDC-Ti)的复合金刚石覆层保持了约0.26克水。
实施例4。在用于制造常规白炽灯泡的全规模生产(full-scale production)的带式玻璃 形成机中，感兴趣且进行测试的主部件是灯泡淬火模。在测试中，从用于大量标准灯泡的 大的类似模(mold)的库存中获得两个新模具。该测试包括将复合金刚石覆层施加于一个 模具。该覆层以大致40％的金刚石体积密度和0.001英寸(25微米)的厚度利用8微米金 刚石。对于另一个模具，模的内表面首先被激光雕刻以赋予与现有牺牲型覆层的纹理类似 的纹理。在该模被雕刻后，施加了在第一模具中使用的类似复合金刚石覆层。对于模具1 产生的表面在图9中示出，而对于模具2产生的表面在图10中示出。
实施例5。用镍-石墨覆层包覆钢板。进行包覆前，用酒精清洗板的表面以移除任何表 面油脂，然后用#30铝氧化粉末喷砂处理所述板板面以产生表面粗糙度。以大致0.002英 寸来施加Metco 450热喷涂覆层的基层，以结合该镍-石墨层。所使用的镍-石墨粉末为可 以从Sulzer Metco以商业方式获得的307NS。使用5P型喷枪来施加该粉末，所述5P型喷 枪以Sulzer Metco推荐的系统参数使用氧乙炔气体。所述镍-石墨层以0.004英寸和0.015 英寸来施加。图11是钢板上的镍-石墨覆层的显微图。在该镍-石墨板上进行水保持测试， 并且测量了在所述覆层中所保持的总水量。如图7中示出的，一侧被包覆(热喷涂)的钢 板所保持的水量大致为0.72克。
实施例6。通过施加如实施例2中所描述的复合覆层来进一步处理得自于实施例5的 钢板。在该实施例中的复合覆层使用在无电镀镍基体中的2微米金刚石颗粒。所述覆层的 厚度约10微米。如从图12中可以看到的，金刚石、石墨颗粒和镍基体清晰可见。还在该 板和来自之前的实施例的其他测试板上进行了水保持和磨损测试。水保持测试的结果在图 7中示出(TS+CDC)，其中可以看到该板保持了约0.38克的水。
尽管本公开已经参照本发明的某些优选实施方案提供了大量细节，但是其他变体是可 能的。因此，所附权利要求书的精神和范围不应被限制为本说明书中包含的描述和优选方 案。
相关申请的交叉引用：本申请要求2005年3月16日递交的美国临时专利申请No. 60/662,292的优先权，并且通过引用包括所述美国申请。