一種自銳性聚晶金剛石復合片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自銳性聚晶金剛石復合片及其制備方法，自銳性聚晶金剛石復合片包括硬質(zhì)合金基體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括60%～95%的金剛石微粉和5%～40%的結(jié)合劑，所述的結(jié)合劑為金屬和陶瓷復合結(jié)合劑，其中金屬占聚晶金剛石聚晶層的1％～11％，陶瓷占聚晶金剛石聚晶層的1％～40％，把金剛石微粉和結(jié)合劑分別經(jīng)過化學酸堿處理、物理真空處理、球磨混合、壓制成型，最后經(jīng)高溫高壓燒結(jié)制成自銳性好，磨耗比均勻的金剛石復合片，適合于非黑色金屬的高速切削加工和精密加工以及地質(zhì)勘探。
【專利說明】一種自銳性聚晶金剛石復合片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及切削和銑削加工使用超硬復合材料刀具的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自銳性聚晶金剛石復合片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工欲行其善，必先利其器。在金屬切削技術(shù)中，改進刀具的材料對于提高切削效率、降低切削成本比其他任何過程的改變更具有潛力，因此為了不斷提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本，增強產(chǎn)品的競爭能力，各工業(yè)發(fā)達國家都在大力進行刀具新材料的研究開發(fā)工作。在這種認識的推動下，國外新的刀具材料、高效刀具新產(chǎn)品和刀具制造新工藝不斷涌現(xiàn)。目前超硬材料刀具的品種正在不斷增加，不僅有車刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、成型刀具，還有用于制造一些齒輪的刀具，與此同時產(chǎn)量也在不斷增加。例如采用鋁基體刀盤的聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,簡稱PO))高速統(tǒng)刀(六刃，直徑0 100mm),最高轉(zhuǎn)速可達20000r/min以上，切削速度可達7000m/min。適合于汽車零部件的成形面加工。隨著數(shù)控機床、加工中心及自動生產(chǎn)線的日益普及，各種PCD刀片的使用越來越多，其刀具耐用度較硬質(zhì)合金刀具可提高幾十倍。目前能夠制造高端聚晶金剛石(含雜多晶金剛石)刀具材料全部是進口產(chǎn)品，究其原因有以下幾個方面:①金剛石原料。在自然界中存在的Carbonado(卡博納多)和Ballas (巴卡斯)兩種聚晶(多晶)金剛石不僅具有天然金剛石硬度高、耐磨的特點，而且還具有無解理面、抗沖擊性好的優(yōu)點。國外是在研究天然多晶金剛石的基礎上開發(fā)出來的P⑶，對金剛石原料有著嚴苛的要求。②結(jié)合劑。目前國內(nèi)制造多晶金剛石的結(jié)合劑主要有兩大類:一類為Co基結(jié)合劑，結(jié)合強度高，抗沖擊性能好；另一類為Si基結(jié)合齊U，結(jié)合強度一般，耐磨性能高。③材料性能。國外多晶金剛石的磨耗比一般在15萬-25萬之間，內(nèi)部與邊緣相差不到8萬；國內(nèi)多晶金剛石的磨耗比一般在30萬-100萬之間，內(nèi)部與邊緣相差極大。所用金剛石的粒度國內(nèi)產(chǎn)品也粗幾個粒度級。④加工性能。在使用壽命上和加工粗糙度上與國外產(chǎn)品有很大的差距。國外產(chǎn)品的自銳性好，金剛石與結(jié)合劑基本達到同步磨損的效果，使用壽命長，且自銳性決定了國外工具在加工時受力較小，有利于切削和鉆進，發(fā)熱小，不燒損零件的加工表面；由于粒度細，加工表面的光潔度達到了鏡面的程度；國內(nèi)產(chǎn)品容易產(chǎn)生大顆粒的金剛石脫落，甚至崩刃。不僅破壞被加工工件，甚至出現(xiàn)對設備損害或操作者的傷害事故，必須停止加工過程，更換新的刀片，導致生產(chǎn)成本明顯增加。
[0003]為了克服上述不足，人們開始改善聚晶金剛石刀具材料的韌性。中國專利201110148812公開了一種碳納米管增強金剛石復合片材料的制備方法，大幅提高PDC材料的抗沖擊韌性和穩(wěn)定性。中國專利201010616949還公開了一種金剛石復合片的制備方法，采用該方法可以解決現(xiàn)有技術(shù)制得品燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)致密均勻性差，殘余應力大的問題。中國專利200920223402公開了一種楔形金剛石硬質(zhì)合金復合片的制備方法，金剛石層呈楔形狀鑲嵌在硬質(zhì)合金基體層上，這樣金剛石層邊緣即有效工作位置的厚度比其他位置要厚，從而可增加抗磨損性能。另外，金剛石層與硬質(zhì)合金基體層的結(jié)合面有平面和楔形凸臺可以選擇，其中楔形凸臺可以更好的提高抗沖擊強度。以上只是從材料的韌性出發(fā)，部分解決了大顆粒的金剛石脫落問題與金剛石和硬質(zhì)合金的復合強度問題，未從切削磨損機制上進行改進，尤其是材料在切削過程中的“自銳性”。聚晶金剛石主要用于制作地質(zhì)鉆探、機械刀具材料。聚晶金剛石坯料主要有兩種，一種是整體純聚晶金剛石燒結(jié)片；第二種是以聚晶金剛石為聚晶層，以硬質(zhì)合金為基體經(jīng)高溫高壓共同燒結(jié)而成的復合片。由于硬質(zhì)合金韌性好，通常采用硬質(zhì)合金作為基體，與聚晶金剛石制備復合片。普通的金剛石復合片，硬質(zhì)合金基體與聚晶層化學成分差異大，熱膨脹系數(shù)不同，復合片容易開裂、脫層，使用時受到極大地限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對普通的金剛石復合片使用時容易開裂、脫層的問題而提供一種自銳性好，磨耗比均勻的金剛石復合片及其制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明的自銳性聚晶金剛石復合片，包括硬質(zhì)合金基體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括60%~95%的金剛石微粉和5%~40%的結(jié)合劑,所述的結(jié)合劑為金屬和陶瓷復合結(jié)合劑，其中金屬占聚晶金剛石聚晶層的1%~11%，陶瓷占聚晶金剛石聚晶層的1%~40%。
[0006]所述的金剛石微粉的粒徑為0.5^30 μ m的粉體。
[0007] 所述的金剛石微粉的粒徑為3.5 μ m、10 μ m或25 μ m。
[0008]所述的硬質(zhì)合金基體是鎢鈷類硬質(zhì)合金制成的基體，包括圓柱體、三角體、六邊形體、菱形體或者正四方體。
[0009]所述金屬是金屬鈷、金屬鎳或金屬鑰；所述陶瓷是氮化鈦、氮化鋁、碳化鈦、碳化鎢、碳化硼或碳化硅中的至少一種。
[0010]一種自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法，包括以下步驟:
(1)把金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干，硬質(zhì)合金基體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(1)中處理后的金剛石微粉、結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入粘結(jié)劑和濕潤劑，混合后在700-900°C的條件下真空干燥l(Tl5h，壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合金基體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥0.5^2h,再通過超高壓高溫燒結(jié)形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成不同形狀的復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
[0011]所述步驟(3)中的粘結(jié)劑為502膠，濕潤劑為丙酮或乙醇。
[0012]所述步驟(3)中加入粘結(jié)劑的量占聚晶金剛石聚晶層總量的2%。~7%。，加入濕潤劑的量以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可。
[0013]所述步驟(4)超高壓高溫燒結(jié)形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片，燒結(jié)的具體條件是采用六面頂壓機設備進行合成，壓力為4.5?6.5GPa，溫度1300?1500°C，合成時間2?20min。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明在配方上將自銳性金剛石微粉引入聚晶金剛石復合片的制造，這種制備金剛石微粉的金剛石晶體外形結(jié)構(gòu)不規(guī)則，表面粗糙，是一種鑲嵌結(jié)構(gòu)的晶體，具有比較復雜的亞結(jié)構(gòu)，使得在磨削與切削過程中失效能以微碎片逐漸剝落的方式進行，以致能始終保持鋒利的切削刃口 ；在結(jié)合劑上選用金屬和陶瓷，結(jié)合劑與金剛石的結(jié)合以物理吸附為主，化學冶金結(jié)合為輔的結(jié)合方式，材料的韌性主要由基體材料提供，同時每一顆金剛石微粉都有很多切削刃，在切削過程中可適時調(diào)整切削參數(shù)，進行粗加工和超精細加工，且在加工過程中會適時自動剝落而顯現(xiàn)出新的微觀切削刃口，這種“自銳性”保證了加工的高精度、高效率和不會損傷加工表面；陶瓷結(jié)合劑的加入，進一步增強了材料的“自銳性”和“修光”作用。本發(fā)明通過控制陶瓷與金屬的比例，陶瓷粉末的粒度，在毛細孔效應的作用下，使得金屬結(jié)合劑的遷移變得困難了，從而極大地改善了復合片磨耗比的均勻性。同時又因為陶瓷是自銳性較佳的材料，陶瓷結(jié)合劑的加入，也能提高金剛石復合片材料的自銳性。
[0015]本發(fā)明自銳性聚晶金剛石復合片適合于高速切削加工和精密加工，如銑刀切削鋁合金速度4000 m/min以上；當加工表面粗糙度要求在Ra0.03?0.10 μ m時，選擇粒度為
3.5 μ m的刀具材料；當加工表面粗糙度要求在Ra0.10?0.40 μ m時，選擇粒度為10 μ m或25 μ m的刀具材料。其中刀尖圓角角度、切削參數(shù)要做根據(jù)要求調(diào)整。制備的金剛石復合片也適應于地質(zhì)勘探，其鉆進效率提聞10%以上。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:包括鎢鈷硬質(zhì)合金圓柱體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括60%的粒徑為0.5 μ m的金剛石微粉和40%的結(jié)合劑，結(jié)合劑為金屬鈷和氮化鈦復合結(jié)合劑，其中金屬鈷占聚晶金剛石聚晶層的11%，氮化鈦占聚晶金剛石聚晶層的29%。
[0017]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:
(1)把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；鎢鈷硬質(zhì)合金圓柱體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(I)中處理后的金剛石微粉和所需的結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入占聚晶金剛石聚晶層總量2%。的502膠和丙酮，丙酮以濕潤粉體金剛石和結(jié)合劑即可，混合后在850°C的條件下真空干燥12h，去除粉體中水汽、丙酮、氧氣和其他低熔點揮發(fā)物，然后壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合金圓柱體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥0.5h，再通過壓力為4.5GPa，溫度為1500°C的六面頂壓機設備超高壓高溫燒結(jié)IOmin形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金圓柱體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金圓柱體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成圓形復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。[0018]實施例2
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:包括鎢鈷硬質(zhì)合金三角體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括95%的粒徑為30 μ m的金剛石微粉和5%的結(jié)合劑，結(jié)合劑為金屬鎳和氮化鋁的復合結(jié)合劑，其中金屬鎳占聚晶金剛石聚晶層的7%，氮化鋁占聚晶金剛石聚晶層的3%。
[0019]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:
(1)把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；鎢鈷硬質(zhì)合金三角體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(I)中處理后的金剛石微粉和所需的結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入占聚晶金剛石聚晶層總量7%。的502膠和乙醇，乙醇以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可，混合后在700°C的條件下真空干燥15h，去除粉體中水汽、丙酮、氧氣和其他低熔點揮發(fā)物，然后壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合三角體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥2h，再通過壓力為6.5GPa，溫度為1500°C的六面頂壓機設備超高壓高溫燒結(jié)2min形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金三角體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金三角體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成三角形復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
[0020]實施例3
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:包括鎢鈷硬質(zhì)合金三角體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括70%的粒徑為10 μ m的金剛石微粉和30%的結(jié)合劑，結(jié)合劑為金屬鑰和碳化鈦的復合結(jié)合劑，其中金屬鑰占聚晶金剛石聚晶層的11%，碳化鈦占聚晶金剛石聚晶層的19%。
[0021]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:
(1)把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；鎢鈷硬質(zhì)合金六邊體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(I)中處理后的金剛石微粉和所需的結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入占聚晶金剛石聚晶層總量3%。的502膠和乙醇，乙醇以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可，混合后在800°C的條件下真空干燥12h，去除粉體中水汽、丙酮、氧氣和其他低熔點揮發(fā)物，然后壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合六邊體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥lh，再通過壓力為5GPa，溫度為1400°C的六面頂壓機設備超高壓高溫燒結(jié)IOmin形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金六邊體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金六邊體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成六邊形復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
[0022]實施例4
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:包括鎢鈷硬質(zhì)合金菱形體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括90%的粒徑為25 μ m的金剛石微粉和10%的結(jié)合劑，結(jié)合劑為金屬鈷和碳化鎢的復合結(jié)合劑，其中金屬鈷占聚晶金剛石聚晶層的9%，碳化鎢占聚晶金剛石聚晶層的1%。
[0023]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:
(1)把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；鎢鈷硬質(zhì)合金菱形體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(I)中處理后的金剛石微粉和所需的結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入占聚晶金剛石聚晶層總量4%。的502膠和乙醇，乙醇以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可，混合后在750°C的條件下真空干燥13h，去除粉體中水汽、丙酮、氧氣和其他低熔點揮發(fā)物，然后壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合菱形體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥lh，再通過壓力為5.5GPa，溫度為1300°C的六面頂壓機設備超高壓高溫燒結(jié)15min形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金菱形體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金菱形體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成菱形復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
[0024]實施例5
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:包括鎢鈷硬質(zhì)合金正四方體和聚晶金剛石聚晶層，所述聚晶金剛石聚晶層包括60%的粒徑為0.5 μ m的金剛石微粉和40%的結(jié)合劑,結(jié)合劑為金屬鈷和碳化鎢、氮化鈦的復合結(jié)合劑，其中金屬鈷占聚晶金剛石聚晶層的1%，碳化鶴占聚晶金剛石聚晶層的20%,氣化欽占聚晶金剛石聚晶層的20%。
[0025]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:
(1)把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；鎢鈷硬質(zhì)合金菱形體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；
(2)把步驟(I)中處理后的金剛石微粉和所需的結(jié)合劑進行球磨混合；
(3)在球磨混合過程中加入占聚晶金剛石聚晶層總量5%。的502膠和丙酮，丙酮以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可，混合后在850°C的條件下真空干燥15h，去除粉體中水汽、丙酮、氧氣和其他低熔點揮發(fā)物，然后壓制成聚晶層圓片；
(4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合正四方體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥1.5h，再通過壓力為6GPa，溫度為1300°C的六面頂壓機設備超高壓高溫燒結(jié)5min形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金正四方體復合片；
(5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金正四方體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成正四方體復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
[0026]實施例6
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:制備復合片的基體是鎢鈷硬質(zhì)合金，金屬Co粉
0.5%、Ni粉1%、Mo粉1% ;陶瓷WC粉7%、TiC粉3% ;其余為平均粒徑為3.5 μ m的自銳性金剛石微粉。
[0027]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；硬質(zhì)合金圓柱基體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；把處理后的金剛石微粉與結(jié)合劑按配方設定進行混合，混合過程中加入質(zhì)量百分比為3%。的502膠和丙酮，丙酮以濕潤粉體金剛石和結(jié)合劑即可；混合料850°C真空干燥處理后壓制成所需的圓片，與處理好的基體材料硬質(zhì)合金基體片，依照一定組裝結(jié)構(gòu)組裝，其中將壓制的金剛石圓片與基體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，封頭，裝配成合成塊，放入烘箱中干燥，再通過超高壓高溫燒結(jié)在一起形成聚晶金剛石一硬質(zhì)合金復合片。燒結(jié)的具體條件是采用六面頂壓機設備進行合成，壓力為5.6 GPa,溫度1420°C,合成時間15分鐘。
[0028]上述方法制備得到的聚晶金剛石復合片顯微硬度為HV6800，三點彎曲法測試抗彎強度為863 MPa,采用標準JB/T3235-1999測試復合片邊緣部分的磨耗比為185000，中心部分的磨耗比為112000。
[0029]該材料主要應用于切削刀具的制造。
[0030]實施例7
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:制備復合片的基體是鎢鈷硬質(zhì)合金，金屬Co粉2%、Ni粉1%、Mo粉0.5% ;陶瓷WC粉10%、TiC粉1% ;其余為平均粒徑為10 μ m的自銳性金剛石粉。
[0031]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:把自銳性金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干；硬質(zhì)合金圓柱基體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干；把處理后的金剛石微粉與結(jié)合劑按配方設定進行混合，混合過程中加入質(zhì)量百分比為5%。的502膠和適量的丙酮，混合料干燥、真空、壓制成所需的圓片，與基體材料硬質(zhì)合金基體片，依照一定組裝結(jié)構(gòu)組裝，其中將壓制的金剛石圓片與基體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，封頭，裝配成合成塊，烘箱中干燥，再通過超高壓高溫燒結(jié)在一起形成聚晶金剛石一硬質(zhì)合金復合片。燒結(jié)的具體條件是采用六面頂壓機設備進行合成，壓力為5.6 GPa，溫度1420°C，合成時間15分鐘。
[0032]上述方法制備得到的聚晶金剛石復合片顯微硬度為HV7500，三點彎曲法測試抗彎強度為988 MPa,采用標準JB/T3235-1999測試復合片邊緣部分的磨耗比為265000，中心部分的磨耗比為126000。
[0033]實施例8
本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片:制備復合片的基體是鎢鈷硬質(zhì)合金，金屬Co粉10% ;陶瓷WC粉3%、TiC粉0.5% ;其余為平均粒徑為25 μ m的自銳性金剛石粉。
[0034]本實施例的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法:上述原料微粉和基體分別經(jīng)過化學酸堿處理、物理真空處理方法,去除原料的雜質(zhì),表面鈍化物、污染物和氧化物。
[0035]把上述原料微粉按設定比例進行混合，混合過程中加入質(zhì)量百分比為5%。的502膠和適量的丙酮，混合料干燥、真空、壓制成所需的圓片，與基體材料硬質(zhì)合金基體片，依照一定組裝結(jié)構(gòu)組裝，其中將壓制的金剛石圓片與基體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，封頭，裝配成合成塊，烘箱中干燥，再通過超高壓高溫燒結(jié)在一起形成聚晶金剛石一硬質(zhì)合金復合片。燒結(jié)的具體條件是采用六面頂壓機設備進行合成，壓力為5.6 GPa,溫度1420°C,合成時間15分鐘。
[0036]上述方法制備得到的聚晶金剛石復合片顯微硬度為HV7800，三點彎曲法測試抗彎強度為1013 MPa，采用標準JB/T3235-1999測試復合片邊緣部分的磨耗比為303000，中心部分的磨耗比為223000。
[0037]該材料主要應用于鉆探工具的制造。
【權(quán)利要求】
1.一種自銳性聚晶金剛石復合片，包括硬質(zhì)合金基體和聚晶金剛石聚晶層，其特征在于:所述聚晶金剛石聚晶層包括60%~95%的金剛石微粉和5%~40%的結(jié)合劑,所述的結(jié)合劑為金屬和陶瓷復合結(jié)合劑，其中金屬占聚晶金剛石聚晶層的1%~11%，陶瓷占聚晶金剛石聚晶層的I %~40 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自銳性聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的金剛石微粉的粒徑為0.5^30 μ m的粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自銳性聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的金剛石微粉的粒徑為3.5 μ m、10 μ m或25 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自銳性聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的硬質(zhì)合金基體是鎢鈷類硬質(zhì)合金制成的基體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自銳性聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述金屬是金屬鈷、金屬鎳或金屬鑰；所述陶瓷是氮化鈦、氮化鋁、碳化鈦、碳化鎢、碳化硼或碳化硅中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)把金剛石微粉經(jīng)過化學酸堿處理、去離子水中和后烘干，硬質(zhì)合金基體采用噴砂去除表面鈍化物、污染物和氧化物后用丙酮清洗、烘干； (2)把步驟(1)中處理后的金剛石微粉、結(jié)合劑進行球磨混合； (3)在球磨混合過程中加入粘結(jié)劑和濕潤劑，混合后在700-900°C的條件下真空干燥l(Tl5h，壓制成聚晶層圓片； (4)將步驟(3)壓制成型的聚晶層圓片與硬質(zhì)合金基體放進有鹽管屏蔽層隔離的鑰杯中，再將裝好的鹽管放進石墨模具，最后裝入葉臘石腔體，用導電堵頭封頭，裝配成合成塊，將合成塊放進120°C的烘箱中干燥0.5^2h,再通過超高壓高溫燒結(jié)形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片； (5)燒結(jié)成的聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片，經(jīng)線切割或激光切割加工成不同形狀的復合片，復合片經(jīng)磨削、開刃、檢驗制得成品刀片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中的粘結(jié)劑為502膠，濕潤劑為丙酮或乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中加入粘結(jié)劑的量占聚晶金剛石聚晶層總量的2%。~7%。，加入濕潤劑的量以濕潤金剛石粉體和結(jié)合劑即可。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自銳性聚晶金剛石復合片的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)超高壓高溫燒結(jié)形成聚晶金剛石-硬質(zhì)合金基體復合片，燒結(jié)的具體條件是采用六面頂壓機設備進行合成，壓力為4.5~6.5GPa，溫度1300~1500°C，合成時間2~20min。
【文檔編號】B01J3/06GK103722174SQ201310746880
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李啟泉, 張旺璽, 蔡森, 劉磊 申請人:中原工學院