專利名稱:多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料的制備方法
本發(fā)明是關(guān)于一種多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料的制做方法。該種材料集金剛石的硬度等特點(diǎn)與硬質(zhì)合金的強(qiáng)度等性質(zhì)于一體，適用于制做地質(zhì)鉆頭，尤其是石油鉆頭，有色金屬、非金屬材料的切割工具、修正工具，及其它超硬耐磨工具等。
通常用的鉆頭，切割工具等的切割元件為硬質(zhì)合金或單晶金剛石。前者硬度低，不耐磨、工效低，已不能滿足日益增多的新材料加工的需要及制做地質(zhì)鉆頭的需要;后者因不易得到大尺寸高質(zhì)量的晶體，價(jià)格昂貴以及因各向異性而造成的某些面不耐磨，易碎等原因而受到限制。
多晶金剛石則硬度大，比較容易制取，成本低，并且各向同性，作為工具材料，其性能超過單晶金剛石。近來，又開發(fā)了多晶金剛石與硬質(zhì)合金復(fù)合的材料，它可部分地克服了金剛石脆的缺點(diǎn)。因此，這是一種比較理想的材料。其外形如圖1所示?！?〕多晶金剛石層〔2〕過渡層?！?〕硬質(zhì)合金基底。
現(xiàn)有的制做這種材料的方法〔US patent 3745623(1973)3767371(1973)〕，是多晶金剛石層是用金剛石微粉作為原料，由硬質(zhì)合金基片中擴(kuò)散出的鈷等元素作用下燒結(jié)而成，或多晶金剛石層由金剛石粉中加入某些元素?zé)Y(jié)而成。其不足之處在于工藝復(fù)雜，成本高。并且由于金屬的存在其熱穩(wěn)定性差，用這種材料制做的工具的光潔度也不夠高。
本發(fā)明的目的是提供一種制造工藝簡單，成本低廉的多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料的制造方法，而其性能與用金剛石粉為原料的多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料相當(dāng)。
達(dá)到上述目的方法是多晶金剛石層的原料是用石墨在超高壓高溫條件下石墨在鐵族元素合金的作用下變成金剛石，形成一多晶金剛石層。晶粒之間交互生長。金剛石晶粒之間鍵合。金屬很少，其含量可用鐵族元素合金的量來控制。多晶金剛石層與硬質(zhì)合金基片之間過渡層是用某些耐高溫金屬粘結(jié)，例如Ti、Zr、Hf等，這些金屬能與金剛石、硬質(zhì)合金鍵合，因此，結(jié)合強(qiáng)度很高。這一過濾層還可以部分地清除由于金剛石層與硬質(zhì)合金基片的熱性能不同而帶來的受熱后相互分離的問題。
本發(fā)明提供用鐵族元素合金使石墨變成多晶金剛石的方法不僅適用于制作多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料，同時(shí)也適用于制做不帶硬質(zhì)合金的任意形狀的多晶金剛石。
這種方法具有工藝簡單，成本低廉特點(diǎn)。復(fù)合體的性能，如熱穩(wěn)定性、制做的工具的光潔度等亦都比較好。
圖2繪出了試樣的裝配方法?！?〕絕緣管片?！?〕鐵族元素合金。〔6〕石墨原料?！?〕石墨加熱管。〔8〕過渡層?！?〕硬質(zhì)合金基片。
該種材料是在超高壓高溫條件下制備的，采用的是單壓源立方體超高壓高溫設(shè)備。
固體傳壓介質(zhì)的性能是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。本技術(shù)中采用了用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑的粉壓成型葉蠟石塊。使用前經(jīng)950℃焙燒，使其具有最佳傳壓性能，超高壓高溫條件下體積收縮小，熱膨脹大，并且無有害成分。以此來提高硬質(zhì)合金壓頭的壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。
采用簡接加熱法，碳管作為發(fā)熱體，陶瓷材料作為絕緣材料。超高壓高溫腔體的組裝，如圖3所示〔10〕硬質(zhì)合金壓頭?！?1〕導(dǎo)電鋼圈?！?2〕導(dǎo)電金屬片?！?3〕試樣。〔14〕傳壓介質(zhì)。
壓力為60仟巴左右，溫度為1400℃左右，恒溫時(shí)間為3～5分鐘。
作為本發(fā)明具體實(shí)施例一是φ14×4.2m/m的復(fù)合片，多晶金剛石層為0.7mm，硬質(zhì)合金層為3.5mm。這種材料與中硬碳化硅砂輪對磨，磨耗比超過10萬，熱穩(wěn)定性良好。900℃的高溫對其性能無明顯影響。用這種材料制做的工具光潔度高。用來切割有色金屬和非金屬材料，性能良好。
權(quán)利要求
1、一種屬于多晶金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合材料，是由多晶金剛石層、硬質(zhì)合金和過渡層組成，其特征在于多晶金剛石層是以石墨作為原料在鐵族元素合金的作用下轉(zhuǎn)變而成的。
2、按權(quán)利要求
1所述的復(fù)合材料，其特征是過渡層為耐高溫金屬，如Ti、Zr、Hf等。
3、按權(quán)利要求
1所述的復(fù)合材料，制備方法，其特征在于傳壓介質(zhì)是采用經(jīng)950℃焙燒的用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑的粉壓成型葉蠟石。
4、按權(quán)利要求
1所述的多晶金剛石制作方法，也適用于制做不帶硬質(zhì)合金的其它任意形狀的多晶金剛石。
專利摘要
一種集金剛石的硬度與硬質(zhì)合金的強(qiáng)度于一體的復(fù)合材料的制造方法，該材料的多晶金剛石層由石墨在鐵族元素合金的作用下轉(zhuǎn)變而成。金剛石層與硬質(zhì)合金之間由一耐高溫金屬連接。此種方法工藝簡單，成本低廉。該種材料耐磨，熱穩(wěn)定性能好，用它制做的刀具光潔度高?？捎脕碇谱龅刭|(zhì)鉆頭，有色金屬和非金屬材料的切割工具等。
文檔編號(hào)B01J3/06GK85104099SQ85104099
公開日1986年11月19日 申請日期1985年5月24日
發(fā)明者卞曾篤, 周軍學(xué), 曹振駿 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan