一種金剛石復(fù)合片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金剛石復(fù)合片及其制備方法，包括硬質(zhì)合金層和金剛石層，金剛石層與硬質(zhì)合金層的結(jié)合面間設(shè)有過渡層，過渡層為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?1%，過渡層厚度為0.10?0.25mm，制備該金剛石復(fù)合片時依次經(jīng)過配料及混料、組裝、燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過均勻化金剛石層鈷結(jié)合劑的分布，達(dá)到避免金剛石局部石墨化并減少金剛石層結(jié)合劑含量的目的，制得的金剛石復(fù)合片與同類產(chǎn)品相比：其耐磨性提高20%以上；累計沖擊功提高30%以上；在保護(hù)氣氛下加熱750℃/30min其耐磨性下降在5%以內(nèi)，且在顯微鏡下觀察其金剛石層無裂紋、分層、碳化及其他影響質(zhì)量的缺陷。
【專利說明】
一種金剛石復(fù)合片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金剛石復(fù)合片制造領(lǐng)域，特別是一種金剛石復(fù)合片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)金剛石復(fù)合片的合成主要采用直接將金剛石微粉(或者添加微量結(jié)合劑)形成的金剛石層2與硬質(zhì)合金層I在屏蔽杯3內(nèi)組裝，如圖1所示，通過1300°C以上和5.0Gpa以上的高溫高壓環(huán)境合成，使得硬質(zhì)合金基底中的鈷通過掃越的方式分布在金剛石顆粒的周圍，起到粘結(jié)金剛石顆粒的作用，從而實現(xiàn)金剛石層的致密化，但是在高溫高溫下鈷掃越后并非均勻地分布在金剛石顆粒的周圍(如圖1)，經(jīng)常出現(xiàn)局部鈷聚積的現(xiàn)象，這使得金剛石復(fù)合片在合成過程和使用過程中，一旦達(dá)到合適的溫度和壓力就會導(dǎo)致金剛石的石墨化，嚴(yán)重降低金剛石復(fù)合片的耐磨性、抗沖擊性能和熱穩(wěn)定性，這也是造成目前金剛石復(fù)合片在切削受力時易發(fā)生崩韌的主要原因。
[0003]目前改善結(jié)合劑分散均勻性的方法主要有(I)優(yōu)化金剛石粒度配比，增加其堆積密度，較少孔隙率；(2)對金剛石復(fù)合片的金剛石層進(jìn)行脫鈷處理；(3)在金剛石與硬質(zhì)合金的界面處添加致密層或過濾層等。其中方法(I)的改善效果有限;方法(2)采用的比較多，但成本比較高只適用于高端產(chǎn)品;方法(3)多采用添加有石墨的微粉致密層，但由于使用量很難控制以及混料均勻性的問題使得石墨過少起不到作用，過多造成金剛石層分層，無法從根本上解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，提供一種金剛石復(fù)合片及其制備方法，通過在金剛石層和硬質(zhì)合金層之間添加混有石墨烯的過渡層，使得金剛石層鈷結(jié)合劑分布均勻化并降低金剛石層中鈷含量，有效避免鈷結(jié)合劑的局部聚積，并使金剛石顆粒間的共價鍵數(shù)量有所提高，從而達(dá)到提高金剛石復(fù)合片的耐磨性、抗沖擊性能和耐熱性的目的。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的:
一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層和金剛石層，所述金剛石層與硬質(zhì)合金層的結(jié)合面間設(shè)有過渡層，所述過渡層為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.1-1%ο
[0006]進(jìn)一步的，所述過渡層厚度為0.10-0.25mm。
[0007]本發(fā)明的金剛石復(fù)合片制備時，具體步驟如下:
步驟一、配料及混料:配制石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1%的金剛石微粉與石墨烯的混合物，將得到的混合物采用球磨混料1.5-3h，并采用C02氣氛煅燒l-2h;
步驟二、組裝:將上述煅燒過的料均勻的鋪在預(yù)壓過的金剛石層上面作為金剛石層與硬質(zhì)合金層的過渡層，該過渡層的厚度為0.10-0.25mm，并在過渡層上面放置預(yù)先清洗過的硬質(zhì)合金層； 步驟三、燒結(jié):將上述組裝的硬質(zhì)合金層、金剛石層和過渡層采用1450-1600°C高溫和
5.0-6.5GPa高壓燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過均勻化金剛石層鈷結(jié)合劑的分布，達(dá)到避免金剛石局部石墨化并減少金剛石層結(jié)合劑含量的目的，制得的金剛石復(fù)合片與同類產(chǎn)品相比:其耐磨性提高20%以上；累計沖擊功提高30%以上;在保護(hù)氣氛下加熱750°C/30min其耐磨性下降在5%以內(nèi)，且在顯微鏡下觀察其金剛石層無裂紋、分層、碳化及其他影響質(zhì)量的缺陷。
【附圖說明】
[0009]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，在此發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0011]實施例1
如圖2所示的一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層I和金剛石層2，組裝時，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I放置在屏蔽杯3中，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的結(jié)合面間設(shè)有過渡層4，過渡層4為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，過渡層4厚度為0.25_。
[0012]制備時，具體步驟如下:
步驟一、配料及混料:配制石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的金剛石微粉與石墨烯的混合物，將得到的混合物采用球磨混料1.5h，并采用CO2氣氛煅燒Ih;
步驟二、組裝:將上述煅燒過的料均勻的鋪在預(yù)壓過的金剛石層2上面作為金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的過渡層4，該過渡層4的厚度為0.25mm，并在過渡層4上面放置預(yù)先清洗過的硬質(zhì)合金層I;
步驟三、燒結(jié):將上述組裝的硬質(zhì)合金層1、金剛石層2和過渡層4采用1450°C高溫和
5.0GPa高壓燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。
[0013]實施例2
如圖2所示的一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層I和金剛石層2，組裝時，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I放置在屏蔽杯3中，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的結(jié)合面間設(shè)有過渡層4，過渡層4為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，過渡層4厚度為0.10mm。
[0014]制備時，具體步驟如下:
步驟一、配料及混料:配制石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的金剛石微粉與石墨烯的混合物，將得到的混合物采用球磨混料3h，并采用CO2氣氛煅燒2h;
步驟二、組裝:將上述煅燒過的料均勻的鋪在預(yù)壓過的金剛石層2上面作為金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的過渡層4，該過渡層4的厚度為0.10mm，并在過渡層4上面放置預(yù)先清洗過的硬質(zhì)合金層I;
步驟三、燒結(jié):將上述組裝的硬質(zhì)合金層1、金剛石層2和過渡層3采用1550°C高溫和
6.5GPa高壓燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。
[0015]實施例3 如圖2所示的一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層I和金剛石層2，組裝時，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I放置在屏蔽杯3中，金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的結(jié)合面間設(shè)有過渡層4，過渡層4為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，過渡層4厚度為0.15_。
[0016]制備時，具體步驟如下:
步驟一、配料及混料:配制石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的金剛石微粉與石墨烯的混合物，將得到的混合物采用球磨混料2h，并采用CO2氣氛煅燒1.5h;
步驟二、組裝:將上述煅燒過的料均勻的鋪在預(yù)壓過的金剛石層2上面作為金剛石層2與硬質(zhì)合金層I的過渡層4，該過渡層4的厚度為0.15mm，并在過渡層4上面放置預(yù)先清洗過的硬質(zhì)合金層I;
步驟三、燒結(jié):將上述組裝的硬質(zhì)合金層、金剛石層和過渡層采用1500 °C高溫和5.5GPa高壓燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。
[0017]將上述實施例中得到的金剛石復(fù)合片的力學(xué)性能進(jìn)行測定，結(jié)果顯示金剛石復(fù)合片體積磨耗比由原來的500萬提高到600萬，累計沖擊功由300J提高到400J，在保護(hù)氣氛下加熱750°C/30min其耐磨性下降在5%以內(nèi)，且在顯微鏡下觀察其金剛石層無裂紋、分層、碳化及其他影響質(zhì)量的缺陷。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金層和金剛石層，其特征在于:所述金剛石層與硬質(zhì)合金層的結(jié)合面間設(shè)有過渡層，所述過渡層為金剛石微粉與石墨烯的混合物，其中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石復(fù)合片，其特征在于:所述過渡層厚度為0.10-0.25_。3.—種如權(quán)利要求1所述的金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、配料及混料:配制石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1%的金剛石微粉與石墨烯的混合物，將得到的混合物采用球磨混料1.5-3h ； 步驟二、組裝:將上述煅燒過的料均勻的鋪在預(yù)壓過的金剛石層上面作為金剛石層與硬質(zhì)合金層的過渡層，該過渡層的厚度為0.10-0.25mm，并在過渡層上面放置預(yù)先清洗過的硬質(zhì)合金層； 步驟三、燒結(jié):將上述組裝的硬質(zhì)合金層、金剛石層和過渡層采用1450-1600°C高溫和5.0-6.5GPa高壓燒結(jié)得到金剛石復(fù)合片。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛石復(fù)合片的制備方法，其特征在于:所述步驟一的混合物采用球磨混料后并采用CO2氣氛煅燒l_2h。
【文檔編號】B22F7/02GK105903972SQ201610504729
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】駢小璇, 衡軍, 江曉樂, 趙爽之, 秦偉麗
【申請人】鄭州新亞復(fù)合超硬材料有限公司