CN102350501A - 低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是根据金刚石节块配方要求，计算出各金属单质粉末和/或预合金粉末的质量，以及所需金刚石的体积和质量；取配方所需的金属单质粉末和/或预合金粉末以及金刚石，经过混合均匀后进行模压；将压坯装入耐高温模具中，先在还原气氛下进行烧结，再通过热压成形得到金刚石节块。本发明简单易行，且具有如下优点和积极效果：(1)在低温低压下可以制备各种不同形状和尺寸的金刚石节块。(2)制备设备、工艺简单，成本低，效率高，适合规模化生产。(3)生产过程热量利用高，无废气排放，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石节块的制作方法，具体是一种低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法。
背景技术
超硬磨料金刚石和CBN有“工业牙齿”之称，小小的颗粒支撑着现代工业的发展。金属结合剂金刚石工具是金刚石工具的三大支柱之一，因其具有加工精度高、使用寿命长、生产效率高及提高材料的利用率等优点，而广泛应用于机械加工、电子电器、光学玻璃和宝石加工、钻探和开采、建筑与建材等行业。目前制备金属结合剂金刚石工具的主要方法之一，是利用热压烧结等方式制备金刚石节块，再通过高频焊接和激光焊接等焊接方式使节块按一定的位置排布在基体上。
目前，国内外制备金属结合剂金刚石节块主要方式有：传统热压烧结、高温无压烧结和热等静压烧结。这三种金属结合剂金刚石节块制备方法，或多或少都存在一些问题：
(1)传统热压烧结是将节块在大气的环境下进行热压烧结。如中国专利文献号CN1297976于2001年6月6日公开了一种热压烧结法制备磁性磨料，其所谓热压烧结法是指将具有磁性的铁粉、棕刚玉粉，白刚玉粉、CBN和金刚石微粉等超硬磨料和使铁粉与超硬磨粒在高温高压下可靠结合的结合剂相混合，装模后，在不需要还原气氛的条件下进行热压烧结，冷却、粉碎、过筛的一种工艺过程。此方法由于烧结时间短，故需要较高的烧结温度和较大的热压压力，易造成金刚石的热腐蚀和破碎，胎体金属粉末也由于暴露在空气中易氧化，从而产生金属胎体对金刚石的把持力和金刚石工具使用寿命降低等问题。
(2)高温无压烧结属于液相烧结方式，因此要求金属结合剂有低熔点的金属或合金，并且产品的保型性差，使其工业应用受到限制。
(3)热等静压烧结由于其包套设计复杂和制造成本高，也使应有受到限制。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种工艺简单，制作成本低，效率高的低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是：根据金刚石节块配方要求，计算出各金属单质粉末和/或预合金粉末的质量，以及所需金刚石的体积和质量；取配方所需的金属单质粉末和/或预合金粉末以及金刚石，经过混合均匀后进行模压；将压坯装入耐高温模具中，先在还原气氛下进行烧结，再通过热压成形得到金刚石节块。
所述制作方法为：
步骤一、通过雾化法、还原法、羰基法、电解法或其他方法制备出金属单质粉末和/或预合金粉末，以及选取所需型号、粒径的金刚石；
步骤二、根据金刚石节块配方要求，按质量称取所需的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石，并用混料机混合；
步骤三、把混合均匀的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石经过模压成压坯；
步骤四、把压坯装入耐高温模具中，并在还原气氛条件下高温加热，保温后再加压，进行热压；压力为5MPa，保压10min后；
步骤五、把耐高温模具出炉，经过风冷或自然冷却至100℃以下卸模，打磨后得到所需的金刚石节块。
所述金属单质粉末为Fe粉、或Ni粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金属粉末；所述预合金粉末为CuZn合金粉、或其他金属的合金粉；所述金刚石的型号为MBD4，粒径为40/50、或60/70。
所述混料机为三维混料机，混合时间为60～120min。
所述模压的压力为150-300MPa。
所述高温加热的温度为650-800℃，保温时间为40～80min，所述热压压力为2-10MPa，保压时间为10～15min。
本发明提供了一种低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其简单易行，且具有如下优点和积极效果：
(1)在低温低压下可以制备各种不同形状和尺寸的金刚石节块。
(2)制备设备、工艺简单，成本低，效率高，适合规模化生产。
(3)生产过程热量利用高，无废气排放，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明所制备的FeNiCuZn金刚石节块的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
本低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，根据金刚石节块配方要求，计算出各金属单质粉末和/或预合金粉末的质量，以及所需金刚石的体积和质量；取配方所需的金属单质粉末和/或预合金粉末以及金刚石，经过混合均匀后进行模压；将压坯装入耐高温模具中，先在还原气氛下进行烧结，再通过热压成形得到金刚石节块。
其具体的制作方法为：
步骤一、通过雾化法、还原法、羰基法、电解法或其他方法制备出金属单质粉末和/或预合金粉末，以及选取所需型号、粒径的金刚石；
步骤二、根据金刚石节块配方要求，按质量称取所需的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石，并用混料机混合；
步骤三、把混合均匀的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石经过模压成压坯；
步骤四、把压坯装入耐高温模具中，并在还原气氛条件下高温加热，保温后再加压，进行热压；压力为5MPa，保压10min后；
步骤五、把耐高温模具出炉，经过风冷或自然冷却至100℃以下卸模，打磨后得到所需的金刚石节块。
金属单质粉末为Fe粉、或Ni粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金属粉末；所述预合金粉末为CuZn合金粉、或其他金属的合金粉；所述金刚石的型号为MBD4，粒径为40/50、或60/70。
混料机为三维混料机，混合时间为60～120min。
模压的压力为150-300MPa。
高温加热的温度为650-800℃，保温时间为40～80min，所述热压压力为2-10MPa，保压时间为10～15min。
第一实施例
制作一种金刚石浓度为75％的FeNiCuZn金刚石磨边轮节块。
按该金刚石节块的配方要求，计算所需的各金属单质粉末(即Fe粉和Ni粉)、CuZn预合金粉末以及金刚石的质量，其质量比例为：通过还原法制备的Fe粉12～16g、羰基法制备Ni粉8～10g、水雾化法制备的CuZn预合金粉5～7g，以及粒径为40/50的金刚石2～4g，再加入0.3～0.4g石蜡润滑剂。将上述材料放入三维混料机混料90min。再把混合均匀的上述材料在压机上使用200MPa压成压坯，把压坯装入耐高温模具在还原气氛条件下加热至750℃，保温60min后，开始加压，热压压力为5MPa，保压10min。把耐高温模具出炉，经过风冷或自然冷却至100℃以下卸模，打磨后得到所需的金刚石节块，其XRD分析结果见图1。
传统热压方法的热压温度为800℃，热压压力为18MPa，且烧结过程有少量废气排出。本发明比传统热压方法的温度低50℃，且热压压力为传统热压方法的1/3左右，使其制作工艺更简单、制作成本更低、更加适合企业的推广。
第二实施例
制作一种金刚石浓度为100％的FeCoCu金刚石绳锯串珠节块。
按该金刚石节块的配方要求，计算所需的各金属单质粉末(即Fe粉、Co粉和Cu粉)、以及金刚石的质量，其质量比例为：还原法制备的Fe粉、Co粉分别为33～38g、12～17g，电解法制备Cu粉20～25g，以及粒径为60/70的金刚石7～9g，再加入0.6～0.8g石蜡润滑剂。将上述材料放入三维混料机混料120min。再把混合均匀的上述材料在压机上使用250MPa压成压坯，把压坯装入耐高温模具在还原气氛条件下加热至770℃，保温50min后，开始加压，热压压力为8MPa，保压12min。把耐高温模具出炉，经过风冷或自然冷却至100℃以下卸模，打磨后得到所需的金刚石节块
传统热压方法的热压温度为825℃，热压压力为20MPa，且烧结过程有少量废气排出。本发明比传统热压方法的温度低55℃，且热压压力为传统热压方法的2/5左右，使其制作工艺更简单、制作成本更低、更加适合企业的推广。
Claims (6)
1.一种低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是：根据金刚石节块配方要求，计算出各金属单质粉末和/或预合金粉末的质量，以及所需金刚石的体积和质量；取配方所需的金属单质粉末和/或预合金粉末以及金刚石，经过混合均匀后进行模压；将压坯装入耐高温模具中，先在还原气氛下进行烧结，再通过热压成形得到金刚石节块。
2.根据权利要求1所述低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是制作方法为：
步骤一、通过雾化法、还原法、羰基法、或电解法制备出金属单质粉末和/或预合金粉末，以及选取所需型号、粒径的金刚石；
步骤二、根据金刚石节块配方要求，按质量称取所需的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石，并用混料机混合；
步骤三、把混合均匀的金属单质粉末和/或预合金粉末，以及金刚石经过模压成压坯；
步骤四、把压坯装入耐高温模具中，并在还原气氛条件下高温加热，保温后再加压，进行热压；压力为5MPa，保压10min后；
步骤五、把耐高温模具出炉，经过风冷或自然冷却至100℃以下卸模，打磨后得到所需的金刚石节块。
3.根据权利要求2所述低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是所述金属单质粉末为Fe粉、或Ni粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金属粉末；所述预合金粉末为CuZn合金粉、或其他金属的合金粉；所述金刚石的型号为MBD4，粒径为40/50、或60/70。
4.根据权利要求2所述低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是所述混料机为三维混料机，混合时间为60～120min。
5.根据权利要求2所述低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是所述模压的压力为150-300MPa。
6.根据权利要求2所述低温低压制备金刚石节块的还原热压成型方法，其特征是所述高温加热的温度为650-800℃，保温时间为40～80min，所述热压压力为2-10MPa，保压时间为10～15min。
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