本發(fā)明涉及一種高性能聚晶金剛石復合片。

背景技術：

聚晶金剛石(PCD)是由金剛石粉與結合劑在高溫高壓環(huán)境下燒結而成的復合材料。PCD材料的硬度是硬質合金的數(shù)倍，接近金剛石單晶的硬度，具有良好的耐磨性和韌性，同時還具有各向同性，可制成不同尺寸和形狀的制品，大大擴充了工業(yè)金剛石的應用領域，已被廣泛應用于地質與礦產(chǎn)鉆探、非金屬材料的加工與有色金色切削等領域。

劉磊等(金剛石與磨料磨具工程，2015年8月，第4期)研究了硅鈦結合劑聚晶金剛石的制備與性能，其以粒度分別為25μm和10μm的金剛石粉以及結合劑Si-Ti-B粉末為原料，經(jīng)混料后在85MPa，3.0～3.8kW下合成硅鈦結合劑聚晶金剛石。常規(guī)聚晶金剛石的合成多通過優(yōu)選結合劑的種類和用量來改善聚晶金剛石的耐熱性或磨耗比等參數(shù)，但聚晶金剛石的熱穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨性能等綜合性能難以得到兼顧，在實際應用中受到限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高性能聚晶金剛石復合片，其具有良好的熱穩(wěn)定性、抗沖擊及耐磨性能。

為了實現(xiàn)目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種高性能聚晶金剛石復合片，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)在真空條件下，將金剛石粉在750℃～1500℃下保溫30～120min，得到微石墨化產(chǎn)物；

2)向微石墨化產(chǎn)物中加入硅粉、鹵化物混合均勻，得到混合料；

3)在硬質合金基體上放置混合料，然后在壓力為5～8GPa、溫度為1400～2000℃下燒結，即得。

本發(fā)明提供的高性能聚晶金剛石復合片，首先對金剛石粉進行微石墨化反應，再通過加入硅粉、鹵化物并控制反應條件，在聚晶金剛石層內部形成納米SiC顆?；蚓ы?，納米SiC顆?；蛱蓟杈ы氁环矫婵梢云鸬阶璧K裂紋擴展；另一方面可以填充金剛石間空隙，與金剛石間形成化學鍵，橋連金剛石，同時SiC具有高的抗氧化特性，納米SiC顆?；蚓ы毜拇嬖谔岣吡私饎偸瘡秃掀臒岱€(wěn)定性、耐磨性和抗沖擊性能。

步驟1)中，所述真空條件的真空度為1×10^-3～1×10^-5Pa。

所述金剛石粉的粒徑為0.1～40μm。所述金剛石粉是由金剛石顆粒經(jīng)凈化后得到的。所述凈化是采用酸、堿或丙酮進行洗滌。

酸為濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸中的一種或多種混合；堿為濃氨水、氫氧化鈉溶液、雙氧水、次氯酸中的一種或多種混合。凈化過程可除去金剛石顆粒表面的水分、氧化物等雜質。

步驟2)中，硅粉的加入量為微石墨化產(chǎn)物質量的1％～10％，鹵化物的加入量為微石墨化產(chǎn)物質量的0.5％～3％。

優(yōu)選的，所述硅粉的粒徑為50nm～10μm。所述鹵化物為氯化鈉、氯化鉀、氯化鐵中的一種或多種混合。

步驟3)中，所述硬質合金基體為含鈷硬質合金，鈷的質量含量為13％～20％。燒結時，在1400～2000℃保溫5～40min。

本發(fā)明的高性能聚晶金剛石復合片，原料簡單易得，制備工藝過程易于控制，無需增加生產(chǎn)設備，生產(chǎn)成本低，所得聚晶金剛石綜合性能良好，適合大規(guī)模推廣應用。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例中，凈化過程所用濃硫酸的質量濃度為98％，濃鹽酸質量濃度為37％，濃硝酸質量濃度為65％，濃氨水質量濃度為25％，氫氧化鈉溶液質量濃度為40％，雙氧水質量濃度為30％，次氯酸質量濃度為40％。硅粉的粒徑為50nm～10μm。

實施例1

本實施例的高性能聚晶金剛石復合片，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)將金剛石顆粒用濃硫酸洗滌，干燥，得到金剛石粉；金剛石粉的粒徑為0.1μm～30μm；

2)將金剛石粉置于高真空爐中，在真空度為8×10^-4Pa，溫度為900℃下保溫120min，得到微石墨化產(chǎn)物；

3)向微石墨化產(chǎn)物中加入硅粉、氯化鈉(硅粉、氯化鈉的加入量分別為微石墨化產(chǎn)物質量的5％、0.6％)混合均勻，得到混合料；

4)在Co質量含量為13％的硬質合金基體上放置混合料，然后在壓力為7GPa、溫度為1750℃下燒結12min，即得。

實施例2

本實施例的高性能聚晶金剛石復合片，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)將金剛石顆粒用濃氨水洗滌，干燥，得到金剛石粉；金剛石粉的粒徑為0.1μm～30μm；

2)將金剛石粉置于高真空爐中，在真空度為5×10^-4Pa，溫度為1100℃下保溫90min，得到微石墨化產(chǎn)物；

3)向微石墨化產(chǎn)物中加入硅粉、氯化鉀(硅粉、氯化鉀的加入量分別為微石墨化產(chǎn)物質量的7％、0.7％)混合均勻，得到混合料；

4)在Co質量含量為16％的硬質合金基體上放置混合料，然后在壓力為7.5GPa、溫度為1800℃下燒結10min，即得。

實施例3

本實施例的高性能聚晶金剛石復合片，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)將金剛石顆粒用丙酮洗滌，干燥，得到金剛石粉；金剛石粉的粒徑為5μm～35μm；

2)將金剛石粉置于高真空爐中，在真空度為5×10^-4Pa，溫度為1200℃下保溫30min，得到微石墨化產(chǎn)物；

3)向微石墨化產(chǎn)物中加入硅粉、氯化鐵(硅粉、氯化鐵的加入量分別為微石墨化產(chǎn)物質量的10％、1％)混合均勻，得到混合料；

4)在Co質量含量為16％的硬質合金基體上放置混合料，然后在壓力為8GPa、溫度為1900℃下燒結6min，即得。

在本發(fā)明的其他實施例中，凈化過程可采用濃鹽酸、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、雙氧水、或次氯酸，采用與實施例1相同的工藝參數(shù)，可制備性能相當?shù)木劬Ы饎偸瘡秃掀?/p>