一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法及合成腔體的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及超硬材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用靜態(tài)高壓法合成大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法及合成腔體。
[0002]【背景技術(shù)】:
大直徑聚晶金剛石復(fù)合片具有金剛石的硬度和耐磨性以及硬質(zhì)合金基體材料的韌性和可焊接性，是一種優(yōu)良的切削工具和耐磨材料，廣泛的應(yīng)用于有色金屬加工、木質(zhì)材料加工、橡膠材料加工、塑料材料加工、砂輪修整工具等。
[0003]采用靜態(tài)高壓法合成大直徑聚晶金剛石復(fù)合片，溫度梯度決定著大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的質(zhì)量穩(wěn)定性。合成塊的組裝方式?jīng)Q定著合成腔體內(nèi)的溫度分布，因此，組裝方式不同，合成腔體內(nèi)的溫度分布也會(huì)有所不同。另外，在大直徑聚晶金剛石復(fù)合片進(jìn)入高溫高壓合成階段后，合成塊的組裝方式無(wú)法改變，因此合成過(guò)程中無(wú)法通過(guò)改變組裝方式來(lái)調(diào)節(jié)合成腔體內(nèi)的溫度梯度。就目前的合成技術(shù)而言，在合成過(guò)程中還不能夠做到對(duì)合成腔體內(nèi)的溫度梯度隨意調(diào)控。燒結(jié)合成大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的過(guò)程中，如果合成腔體內(nèi)金剛石聚晶層處于較大的溫度梯度下會(huì)帶來(lái)如燒結(jié)結(jié)構(gòu)組織不均勻、聚晶金剛石復(fù)合片變形大、聚晶金剛石的裂紋、脫層、碎裂等問(wèn)題，并且大直徑聚晶金剛石復(fù)合片穩(wěn)定重復(fù)性差，局部殘余應(yīng)力較大，嚴(yán)重影響聚晶金剛石工具的性能，更不能實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的一次合成兩片到現(xiàn)在的一次合成四片甚至六片。
[0004]現(xiàn)有采用靜態(tài)高壓法合成聚晶金剛石復(fù)合片的燒結(jié)工藝中，所有的聚晶金剛石復(fù)合片加熱管是由厚度一致的石墨管制成，在交流電場(chǎng)的作用下，通過(guò)石墨管管壁自身的電阻發(fā)出的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)合成腔體的加熱，由于石墨管的兩端靠近合成腔體的外部，所以較石墨管的中部散熱快，這種條件下燒結(jié)合成的大直徑聚晶金剛石坯料不僅在軸向方向上產(chǎn)生較大溫度梯度，而且在徑向方向上也會(huì)產(chǎn)生較大溫度梯度，便會(huì)出現(xiàn)上述聚晶金剛石復(fù)合片變形大、裂紋、脫層、碎裂等現(xiàn)象。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法及合成腔體，這種方法可以解決大直徑聚晶金剛石復(fù)合片在高溫高壓燒結(jié)過(guò)程中因?yàn)榍惑w的溫度梯度大而產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法，其方法包括以下步驟:
步驟一、將大直徑聚晶金剛石坯料裝入石墨管的內(nèi)腔中，在大直徑聚晶金剛石坯料與石墨管之間為絕緣保溫材料管；大直徑聚晶金剛石坯料分為多層，在每層胚料的上下兩側(cè)設(shè)有傳壓介質(zhì)片；所述石墨管的上下兩端各放置一個(gè)導(dǎo)電金屬片；
步驟二、在燒結(jié)所述的金剛石復(fù)合片時(shí)，將石墨管放入高壓合成腔體中，將所述的石墨管加壓至5~7GPa，同時(shí)在所述的兩塊導(dǎo)電金屬片上接通電源進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為5~30min，停止加熱后，繼續(xù)保持腔體壓力l~10min，然后以0.1-0.3GPa/min的速率將腔體壓力緩慢降至常壓，使所述大直徑聚晶金剛石復(fù)合片坯料在高溫高壓下完成燒結(jié)。
[0007]進(jìn)一步，在所述的兩塊導(dǎo)電金屬片上施加的電壓為1~10V。
[0008]本發(fā)明的一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片合成腔體，其特征在于:包括導(dǎo)電金屬片、石墨管、絕緣保溫材料、傳壓介質(zhì)片和大直徑聚晶金剛石胚料；所述的石墨管內(nèi)設(shè)有傳壓介質(zhì)片和大直徑聚晶金剛石胚料，所述的大直徑聚晶金剛石胚料為多層結(jié)構(gòu)，傳壓介質(zhì)片設(shè)置在大直徑聚晶金剛石胚料的上下兩側(cè)，大直徑聚晶金剛石胚料與石墨管之間設(shè)有絕緣保溫材料；所述的石墨管的上下兩端設(shè)有導(dǎo)電金屬片。
[0009]進(jìn)一步，所述的石墨管為中間厚兩端薄的空心柱體，石墨管中段的厚度與上下段的厚度比值為2:1。
[0010]進(jìn)一步，所述導(dǎo)電金屬片為銅板、鉬板、錸板、鎢板、鈮板、鈦板或或鈦合金板，所述傳壓介質(zhì)片是陶瓷片。
[0011]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
1、通過(guò)對(duì)石墨管中間厚兩邊薄的設(shè)計(jì)，保證了合成腔體內(nèi)在軸向方向和徑向方向上無(wú)溫度梯度，使大直徑聚晶金剛石復(fù)合片能夠在溫度均勻的條件下燒結(jié)，合成重復(fù)性好，可操作性強(qiáng)。
[0012]2、通過(guò)石墨管中間厚兩邊薄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使合成腔體內(nèi)溫度分布均勻，從而使得合成的大直徑金剛石聚晶層中的熱殘余應(yīng)力分布均勻，并且應(yīng)力較低，避免了大直徑聚晶金剛石復(fù)合片變形、裂紋、脫層和碎裂等現(xiàn)象的發(fā)生，保證了大直徑聚晶金剛石復(fù)合片產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性以及中間和邊緣結(jié)構(gòu)性能的一致性。
[0013]3、通過(guò)石墨片的獨(dú)特設(shè)計(jì)使合成腔體內(nèi)溫度分布均勻，使得大直徑聚晶金剛石的合成由傳統(tǒng)的一次只能合成兩片到現(xiàn)在的一次可以合成四片或六片。
[0014]【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明中實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
以下為本發(fā)明的一種實(shí)施例一一制造58毫米的大直徑聚晶金剛石復(fù)合片。
[0016]用于燒結(jié)大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成腔體如圖1所示，該腔體內(nèi)有一段中間厚兩邊薄的石墨管，厚石墨管的長(zhǎng)度為17毫米，薄石墨管的長(zhǎng)度為9毫米，且厚石墨管的厚度與薄石墨管的厚度比值為2:1，即薄石墨管的內(nèi)徑為63毫米，外徑為64毫米，厚石墨管的內(nèi)徑為62毫米，外徑為64毫米，該石墨管的總長(zhǎng)度為35毫米，在所述石墨管2的上下兩端各放置一個(gè)導(dǎo)電金屬片1、6。
[0017]本發(fā)明的大直徑聚晶金剛石復(fù)合片合成方法，包含有以下步驟:
步驟一、將大直徑聚晶金剛石坯料5裝入石墨管2的內(nèi)腔中，在大直徑聚晶金剛石坯料5與所述石墨管2之間為絕緣保溫材料管3，每一層坯料5的上下兩側(cè)設(shè)置有傳壓介質(zhì)片4，然后在所述石墨管2的兩端各放置一個(gè)導(dǎo)電金屬片1、6 ;
步驟二、在燒結(jié)所述大直徑聚晶金剛石復(fù)合片時(shí)，將所述石墨管2放入加壓腔內(nèi)，對(duì)所述兩片導(dǎo)電金屬片片1、6先加壓到一定壓力，再接通加熱電源，使所述大直徑聚晶金剛石復(fù)合片坯料5在6.2GP，1450°C條件的高溫高壓下完成大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的燒結(jié)，所制得的大直徑聚晶金剛石復(fù)合片微觀結(jié)構(gòu)均勻、金剛石層厚薄均勻，性能穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、將大直徑聚晶金剛石坯料裝入石墨管的內(nèi)腔中，在大直徑聚晶金剛石坯料與石墨管之間為絕緣保溫材料管；大直徑聚晶金剛石坯料分為多層，在每層胚料的上下兩側(cè)設(shè)有傳壓介質(zhì)片；所述石墨管的上下兩端各放置一個(gè)導(dǎo)電金屬片； 步驟二、在燒結(jié)所述的金剛石復(fù)合片時(shí)，將石墨管放入高壓合成腔體中，將所述的石墨管加壓至5~7GPa，同時(shí)在所述的兩塊導(dǎo)電金屬片上接通電源進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為5~30min，停止加熱后，繼續(xù)保持腔體壓力l~10min，然后以0.1-0.3GPa/min的速率將腔體壓力緩慢降至常壓，使所述大直徑聚晶金剛石復(fù)合片坯料在高溫高壓下完成燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成方法，其特征在于:在所述的兩塊導(dǎo)電金屬片上施加的電壓為1~10V。
3.—種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片合成腔體，其特征在于:包括導(dǎo)電金屬片、石墨管、絕緣保溫材料、傳壓介質(zhì)片和大直徑聚晶金剛石胚料；所述的石墨管內(nèi)設(shè)有傳壓介質(zhì)片和大直徑聚晶金剛石胚料，所述的大直徑聚晶金剛石胚料為多層結(jié)構(gòu)，傳壓介質(zhì)片設(shè)置在大直徑聚晶金剛石胚料的上下兩側(cè)，大直徑聚晶金剛石胚料與石墨管之間設(shè)有絕緣保溫材料；所述的石墨管的上下兩端設(shè)有導(dǎo)電金屬片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成腔體，其特征在于:所述的石墨管為中間厚兩端薄的空心柱體，石墨管中段的厚度與上下段的厚度比值為2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片的合成腔體，其特征在于:所述導(dǎo)電金屬片為銅板、鉬板、錸板、鎢板、鈮板、鈦板或或鈦合金板，所述傳壓介質(zhì)片是陶瓷片。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大直徑聚晶金剛石復(fù)合片合成方法及合成腔體，其合成腔體中中間厚兩端薄的石墨管內(nèi)設(shè)有傳壓介質(zhì)片和多層大直徑聚晶金剛石胚料，傳壓介質(zhì)片設(shè)置在大直徑聚晶金剛石胚料的上下兩側(cè)，大直徑聚晶金剛石胚料與石墨管之間設(shè)有絕緣保溫材料，石墨管的上下兩端設(shè)有導(dǎo)電金屬片；其合成方法為將大直徑聚晶金剛石胚料裝入石墨管中，在胚料與石墨管之間填充絕緣保溫材料，將石墨管放入高壓腔體中進(jìn)行加壓，并將石墨管兩端的金屬導(dǎo)片通電加熱，加熱結(jié)束后保持腔體壓力一段時(shí)間后緩慢降壓，得到結(jié)構(gòu)均勻的聚晶金剛石復(fù)合片。
【IPC分類(lèi)】B01J3-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104759239
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510135568
【發(fā)明人】曲繼來(lái), 方海江, 李思成, 陳金蘭
【申請(qǐng)人】河南四方達(dá)超硬材料股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日