本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

金剛石微粉是人造金剛石單晶經(jīng)過(guò)特殊工藝處理加工而形成的一種新型超硬超細(xì)磨料，是研磨拋光硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石、光學(xué)玻璃等高硬度材料的理想原料，金剛石制品是利用金剛石材料加工制成的工具和構(gòu)件，應(yīng)用十分廣泛。金剛石微粉及制品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、電子、航空、航天、光學(xué)儀器、玻璃、陶瓷、石油、地質(zhì)等部門(mén)，隨著技術(shù)和產(chǎn)品的不斷發(fā)展，金剛石微粉及制品的利用領(lǐng)域還在繼續(xù)拓寬。

隨著新材料的發(fā)展，使用金剛石微粉和硬質(zhì)合金襯底為原料合成復(fù)合超硬材料，可使復(fù)合材料既具有金剛石微粉的高硬度性能，又具有硬質(zhì)合金的抗沖擊韌性、抗磨損性、耐熱性、導(dǎo)熱性等力學(xué)性能。因此，本發(fā)明提供一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第1個(gè)目的是提供一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料。

本發(fā)明的第2個(gè)目的是上述高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料的制作方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料，由以下質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：金剛石微粉60-75％、硬質(zhì)合金粉10-15％、氮化硅粉末Si₃N₄ 5-10％、碳化硅粉末SiC 5-12％、金屬結(jié)合劑5-8％。

所述硬質(zhì)合金粉由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：碳化鎢WC 80-90％、Co 5-15％、碳化釩VC 0.5-2％、碳化鉻Cr₃C₂ 0.5-2％、碳化鈦TiC 0.5-2％、稀土鈰Ce 0.05-0.2％。

所述金屬結(jié)合劑由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：Co 90-95％、Cu 1-3％、Ni 2-4％、Ti 1-3％、Mo 1-3％。

所述金剛石微粉粒徑為1-30um，硬質(zhì)合金粉各成分粒徑均為1-5um，金屬結(jié)合劑各成分粒徑在20-40um。

上述的高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)金剛石微粉的預(yù)處理：將1份金剛石微粉與4-5份固體NaOH或KOH，放入長(zhǎng)頸的鎳坩堝中，在坩堝式爐中加熱至500-600℃，當(dāng)堿液呈粉紅色后停止加熱，在堿液未凝固前倒在不銹鋼板上，待冷卻后將冷凝塊放入燒杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去燒杯中的溶液，加入3-5份王水，加熱煮沸10-15min，冷卻后用去離子水洗滌4-5遍，放入60-80℃真空干燥箱中干燥至恒重，備用；

(2)按所述配比稱(chēng)取預(yù)處理過(guò)的金剛石微粉，硬質(zhì)合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金屬結(jié)合劑，放入三維混料機(jī)中進(jìn)行預(yù)混，三維混料機(jī)的轉(zhuǎn)速75-85r/min，混料時(shí)間為3-5h；

(3)將已混合好的混料裝入石墨杯中，然后將裝好料的石墨杯置于真空爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理；真空爐內(nèi)溫度為600-700℃，真空度為3×10^-3Pa,保溫時(shí)間為5-8h，得復(fù)合粉；

(4)將真空處理的復(fù)合粉置于合成組裝塊中，用六面頂壓機(jī)在溫度為1500-1600℃，壓力為7-8Gpa的條件下熔鑄1-2h，即得聚晶金剛石復(fù)合材料。

聚晶金剛石復(fù)合體是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金襯底為原料在高溫超高壓條件下燒結(jié)而成的復(fù)合超硬材料,它將聚晶金剛石和硬質(zhì)合金各自的性能優(yōu)點(diǎn)很好地結(jié)合在了一起，使其既具有金剛石的硬度與耐磨性,又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度、抗沖擊韌性與可焊接性，是一種卓越的切削工具與耐磨工具材料。

本發(fā)明的有益效果：相對(duì)現(xiàn)有的聚晶金剛石復(fù)合材料，本發(fā)明的高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合機(jī)械性能，尤其是具有較高的熱穩(wěn)定性和耐磨性。可以作為是一種卓越的切削工具與耐磨工具材料，即可廣泛應(yīng)用于有色金屬、非金屬切削加工以及石油、地質(zhì)鉆探等許多領(lǐng)域，具有很高的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。實(shí)施例中，金剛石微粉為河南省豫星華晶微鉆有限公司產(chǎn)品；碳化鎢WC、Co、碳化釩VC、碳化鉻Cr₃C₂、碳化鈦TiC、Cu、Ni、Ti、Mo、氮化硅粉末Si₃N₄、碳化硅粉末SiC為中航邁特粉冶科技有限公司市售品；稀土Ce為江蘇泰州市揚(yáng)子江稀土金屬有限公司市售品。

實(shí)施例1

一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料，由以下質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：金剛石微粉60％、硬質(zhì)合金粉14％、氮化硅粉末Si₃N₄ 8％、碳化硅粉末SiC 10％、金屬結(jié)合劑8％。

所述硬質(zhì)合金粉由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：碳化鎢WC 87％、Co 9％、碳化釩VC 0.7％、碳化鉻Cr₃C₂ 1.2％、碳化鈦TiC 2％、稀土鈰Ce 0.1％。

所述金屬結(jié)合劑由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：Co 91％、Cu 2％、Ni 3％、Ti 2％、Mo 2％。

上述的高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)金剛石微粉的預(yù)處理：將1份金剛石微粉與4份固體NaOH，放入長(zhǎng)頸的鎳坩堝中，在坩堝式爐中加熱至550℃，當(dāng)堿液呈粉紅色后停止加熱，在堿液未凝固前倒在不銹鋼板上，待冷卻后將冷凝塊放入燒杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去燒杯中的溶液，加入4份王水，加熱煮沸13min，冷卻后用去離子水洗滌4遍，放入60℃真空干燥箱中干燥至恒重，備用；

(2)按所述配比稱(chēng)取預(yù)處理過(guò)的金剛石微粉，硬質(zhì)合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金屬結(jié)合劑，放入三維混料機(jī)中進(jìn)行預(yù)混，三維混料機(jī)的轉(zhuǎn)速80r/min，混料時(shí)間為4h；

(3)將已混合好的混料裝入石墨杯中，然后將裝好料的石墨杯置于真空爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理；真空爐內(nèi)溫度為680℃，真空度為3×10^-3Pa,保溫時(shí)間為6h，得復(fù)合粉；

(4)將真空處理的復(fù)合粉置于合成組裝塊中，用六面頂壓機(jī)在溫度為1500℃，壓力為7.3Gpa的條件下熔鑄1.5h，即得聚晶金剛石復(fù)合材料。

實(shí)施例2

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料，由以下質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：金剛石微粉60％、硬質(zhì)合金粉13％、氮化硅粉末Si₃N₄7％、碳化硅粉末SiC 12％、金屬結(jié)合劑8％。

所述硬質(zhì)合金粉由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：碳化鎢WC 82％、Co 15％、碳化釩VC 1.1％、碳化鉻Cr₃C₂ 0.75％、碳化鈦TiC 1.1％、稀土鈰Ce 0.05％。

所述金屬結(jié)合劑由下述質(zhì)量份數(shù)計(jì)的原料組成：Co 90％、Cu 1％、Ni 4％、Ti 2％、Mo 3％。

上述的高穩(wěn)定耐磨性的聚晶金剛石復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)金剛石微粉的預(yù)處理：將1份金剛石微粉與5份固體KOH，放入長(zhǎng)頸的鎳坩堝中，在坩堝式爐中加熱至600℃，當(dāng)堿液呈粉紅色后停止加熱，在堿液未凝固前倒在不銹鋼板上，待冷卻后將冷凝塊放入燒杯中用水溶解，待全部溶解完后倒去燒杯中的溶液，加入5份王水，加熱煮沸15min，冷卻后用去離子水洗滌5遍，放入60℃真空干燥箱中干燥至恒重，備用；

(2)按所述配比稱(chēng)取預(yù)處理過(guò)的金剛石微粉，硬質(zhì)合金粉，氮化硅粉末，碳化硅粉末，金屬結(jié)合劑，放入三維混料機(jī)中進(jìn)行預(yù)混，三維混料機(jī)的轉(zhuǎn)速85r/min，混料時(shí)間為5h；

(3)將已混合好的混料裝入石墨杯中，然后將裝好料的石墨杯置于真空爐內(nèi)進(jìn)行真空熱處理；真空爐內(nèi)溫度為700℃，真空度為3×10^-3Pa,保溫時(shí)間為8h，得復(fù)合粉；

(4)將真空處理的復(fù)合粉置于合成組裝塊中，用六面頂壓機(jī)在溫度為1600℃，壓力為8Gpa的條件下熔鑄2h，即得聚晶金剛石復(fù)合材料。

本發(fā)明制得的聚晶金剛石復(fù)合材料的技術(shù)參數(shù)如下：