CN111906319B - 金刚石复合片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金刚石复合片的制备方法，先取金刚石微粉，对其表面净化处理；再对硬质合金底座表面进行清洁处理，将金属钴镀敷在硬质合金底座与金刚石微粉结合的结合面上；在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上；将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1450～1500℃、压强5.5～8.0GPa的条件下烧结10～20min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯。金刚石分布均匀，无结合剂局部聚集现象，耐磨性提高20％以上。

Description

金刚石复合片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合片的制备方法，属于超硬材料制造技术领域。
背景技术
目前，制备金刚石复合片时采用混料工艺制备，混料造成结合剂分布不均、易聚集成团以及钴粉末表面氧化等问题，出现混料不均和金属钴粉在混料过程中表面氧化等缺陷，这些缺陷严重影响烧结金刚石复合片质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种金刚石复合片的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
金刚石复合片的制备方法，特点是：包括以下步骤：
1)取金刚石微粉，对其表面净化处理；
2)对硬质合金底座表面进行清洁处理，将金属钴镀敷在硬质合金底座与金刚石微粉结合的结合面上；
3)在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上；
4)将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1450～1500℃、压强5.5～8.0GPa的条件下烧结10～20min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，步骤1)，金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，步骤2)，对硬质合金底座表面进行喷砂清洁处理。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，步骤2)，采用CVD镀敷方法或PVD镀敷方法将金属钴镀敷在硬质合金底座上与金刚石微粉结合的结合面上。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，耐高温金属杯的材质为Ti、Zr、Mo或Ta。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，结合面呈平面或非平面状。
进一步地，上述的金刚石复合片的制备方法，其中，步骤4)，耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明不同于传统方法将多晶金刚石层结合剂和金刚石微粉混料处理工艺，而是采用CVD或PVD技术将金属钴均匀地镀在硬质合金结合面上，在高温高压下烧结金刚石复合片时，金属钴熔化并在高压的驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒之间的空隙，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，制备出金刚石复合片。弃用混料工艺，避免混料不均和金属钴粉在混料过程中表面氧化两大缺陷，杜绝结合剂分布不均、易聚集成团以及钴粉末表面氧化等问题。本发明与传统工艺相比，多晶金刚石层的金刚石分布均匀，无结合剂局部聚集现象，所制备出的金刚石复合片的耐磨性提高20％以上，抗冲击性能提高12％以上。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1：烧结前材料的层状截面结构示意图；
图2：烧结后材料的层状截面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。
采用CVD或PVD技术将金属钴均匀地镀在硬质合金底座的结合面上，在高温高压下烧结，镀敷在硬质合金底座结合面上的金属钴熔化并向金刚石微粉渗透，同时将金刚石微粉颗粒之间空隙填满，形成多晶金刚石层，获得金刚石复合片。
实施例1
金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理；
对硬质合金底座1表面进行喷砂清洁处理，如图1所示，采用CVD镀敷方法将金属钴2镀敷在硬质合金底座与金刚石微粉结合的结合面4上，结合面4呈平面状；金属钴镀敷厚度为0.1mm；
在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴2的硬质合金底座1和金刚石微粉3，金刚石微粉3铺于结合面4上，耐高温金属杯的材质为Ti；
将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1450～1480℃、压强5.5～6.0GPa的条件下烧结10min，金属钴2熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层5，如图2所示，同时多晶金刚石层5与硬质合金底座1烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯；
耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
实施例2
金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理；
对硬质合金底座表面进行喷砂清洁处理，采用PVD镀敷方法将金属钴镀敷在硬质合金底座上与金刚石微粉结合的结合面上，结合面呈非平面状，金属钴镀敷厚度为0.4mm；
在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上，耐高温金属杯的材质为Zr；
将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1480～1500℃、压强5.5～6.5GPa的条件下烧结15min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯；
耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
实施例3
金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理；
对硬质合金底座表面进行喷砂清洁处理，采用CVD镀敷方法将金属钴镀敷在硬质合金底座上与金刚石微粉结合的结合面上，结合面呈平面状，金属钴镀敷厚度为0.8mm；
在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上，耐高温金属杯的材质为Mo；
将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1450～1480℃、压强6.0～8.0GPa的条件下烧结20min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯；
耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
实施例4
金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理；
对硬质合金底座表面进行喷砂清洁处理，采用PVD镀敷方法将金属钴镀敷在硬质合金底座上与金刚石微粉结合的结合面上，结合面呈非平面状，金属钴镀敷厚度为1.0mm；
在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上，耐高温金属杯的材质为Ta；
将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1470～1500℃、压强5.5～6.0GPa的条件下烧结16min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯；
耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
对比例
金刚石结合剂粉末与金刚石微粉通过预混、三维混料等混料方式均匀的混合在一起；
金刚石混合粉末放入高温真空炉，在真空状态下加热至600～900℃下保温3～6h，进行净化处理；
将金刚石混合微粉放置在硬质合金基座上，然后置于耐高温金属杯中，并盖上盖杯，耐高温金属杯的材质为Ta；
上述装载有金刚石微粉、结合剂粉末和硬质合金基座的耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1400～1500℃、压强5.5～8.0GPa的条件下烧结10～20min，获得金刚石切削齿。
上述实施例1～4和对比例制备获得的金刚石复合片毛坯，对其耐磨性和抗冲击性能进行检测，其检测结果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
耐磨性/万 746 596 503 468 344
抗冲击性/J 80 70 65 55 39
综上所述，本发明不同于传统方法将多晶金刚石层结合剂和金刚石微粉混料处理工艺，而是采用CVD或PVD技术将金属钴均匀地镀在硬质合金结合面上，在高温高压下烧结金刚石复合片时，金属钴熔化并在高压的驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒之间的空隙，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，制备出金刚石复合片。弃用混料工艺，避免混料不均和金属钴粉在混料过程中表面氧化两大缺陷，杜绝结合剂分布不均、易聚集成团以及钴粉末表面氧化等问题。本发明与传统工艺相比，多晶金刚石层的金刚石分布均匀，无结合剂局部聚集现象，所制备出的金刚石复合片的耐磨性提高20％以上，抗冲击性能提高12％以上。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (6)

1.金刚石复合片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取金刚石微粉，对其表面净化处理；
2)对硬质合金底座表面进行清洁处理，采用CVD镀敷方法或PVD镀敷方法将金属钴镀敷在硬质合金底座与金刚石微粉结合的结合面上；
3)在耐高温金属杯中封装镀敷金属钴的硬质合金底座和金刚石微粉，金刚石微粉铺于结合面上；
4)将上述耐高温金属杯置于高压腔体内，在温度1450～1500℃、压强5.5～8.0GPa的条件下烧结10～20min，金属钴熔化在高压驱动下向金刚石微粉层渗透并填充微粉颗粒间的空隙，成为多晶金刚石层中的结合剂，金刚石微粉烧结成多晶金刚石层，同时多晶金刚石层与硬质合金底座烧结成一体，获得金刚石复合片毛坯。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于：步骤1)，金刚石微粉通过酸、碱浸泡去除表面杂质，再用高纯水反复清洗，对其表面净化处理。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于：步骤2)，对硬质合金底座表面进行喷砂清洁处理。
4.根据权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于：耐高温金属杯的材质为Ti、Zr、Mo或Ta。
5.根据权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于：结合面呈平面或非平面状。
6.根据权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于：步骤4)，耐高温金属杯经过烧结后紧紧粘附在金刚石复合片毛坯上，通过金刚石砂轮磨削的方法将其去除。
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