專利名稱：金剛石復(fù)合片及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超硬復(fù)合材料，具體是金剛石復(fù)合片及其制造工藝。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片是一種金剛石和硬質(zhì)合金基體組成的復(fù)合材料，其具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn)。現(xiàn)有聚晶金剛石復(fù)合片主要分為聚晶金剛石復(fù)合片(P⑶)和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒(PDC)，其中，聚晶金剛石復(fù)合片(PCD)是用來(lái)做金剛石刀具用的復(fù)合超硬材料，因?yàn)槠錁O高的硬度和耐磨性，已經(jīng)替代傳統(tǒng)的高速鋼和硬質(zhì)合金刀具成為木工和機(jī)械加工領(lǐng)域首選；多晶金剛石復(fù)合片鉆齒(PDC)是石油、天然氣和地質(zhì)鉆探的關(guān)鍵復(fù)合超硬材料，是金剛石鉆頭上的主要工作部件和材料，其性能好壞，直接決定了油氣地質(zhì)鉆探的效率。金屬鈷作為一種觸媒，其在聚晶金剛石復(fù)合片和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒的高溫高壓合成過(guò)程中起著非常重要的作用。硬質(zhì)合金中含鈷量高時(shí)，在高溫高壓合成生產(chǎn)金剛石復(fù)合片時(shí)會(huì)有更多的硬質(zhì)合金中的鈷滲透到金剛石微粉中去，鈷金屬作為一種觸媒和生長(zhǎng)劑，參透到金剛石微粉中的鈷越多，越容易讓金剛石微粉之間生長(zhǎng)到一起，從而有利于材料的合成，生產(chǎn)工藝也較容易控制與管理，產(chǎn)品合格率高。為了便于材料的合成，現(xiàn)今生產(chǎn)聚晶金剛石復(fù)合片和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒所用的主要原材料之一硬質(zhì)合金中的含鈷量均超過(guò)13%，然而，聚晶金剛石復(fù)合片和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒中含鈷量越高時(shí)，聚晶金剛石復(fù)合片和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒耐磨性越差，這直接導(dǎo)致聚晶金剛石復(fù)合片刀具和多晶金剛石復(fù)合片鉆齒的鉆頭使用壽命短，影響了加工、鉆探效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種提高了耐磨性的金剛石復(fù)合片，本發(fā)明還提供了在保證產(chǎn)品合格的基礎(chǔ)上降低金剛石復(fù)合片硬質(zhì)合金中的含鈷量，從而提高制成的金剛石復(fù)合片的耐磨性能的金剛石復(fù)合片制造工藝。本發(fā)明的目的主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金基體及連接在硬質(zhì)合金基體上端面的金剛石聚晶層，所述硬質(zhì)合金基體與金剛石聚晶層集成為一體，且整體構(gòu)成圓柱狀；所述硬質(zhì)合金基體由含鈷量為2% 13%的硬質(zhì)合金制成。上述金剛石復(fù)合片的制造工藝，包括以下步驟A、準(zhǔn)備好金剛石微粉及含鈷量為 2% 13%的硬質(zhì)合金基體；
B、將金剛石微粉在真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)凈化處理；
C、準(zhǔn)備好鋯杯，將燒結(jié)凈化處理后的金剛石微粉放在鋯杯內(nèi)底部，再將硬質(zhì)合金基體放置在金剛石微粉的上面，然后通過(guò)液壓機(jī)把金剛石微粉與硬質(zhì)合金基體壓實(shí)；
D、將壓實(shí)的金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片組裝在葉臘石、碳管及碳片構(gòu)成的組裝塊中整體構(gòu)成一塊合成塊；
E、將合成塊放置在六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)，并在高溫高壓下壓制合成塊得到金剛石復(fù)合片毛坯；
F、將金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸；
G、對(duì)加工后的金剛石復(fù)合片進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成品。因?yàn)榻饘黉喲诱剐院茫容^容易成型，且其在高溫下能保持獨(dú)立形態(tài)，不會(huì)滲透到金剛石微粉中去，因此，本發(fā)明通過(guò)鋯杯對(duì)金剛石微粉和硬質(zhì)合金基體結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，從而使制造出的金剛石復(fù)合片達(dá)到需求的固定形狀。所述步驟B的燒結(jié)凈化處理包括以下步驟
B. I、開啟真空燒結(jié)爐的冷卻系統(tǒng)并對(duì)爐體進(jìn)行冷卻；
B. 2、將金剛石微粉加入樣品杯內(nèi)，并將樣品杯放入爐體內(nèi)，合上爐體總電源；
B. 3、開啟低真空，達(dá)到一級(jí)真空度；
B. 4、開啟高真空，達(dá)到次級(jí)真空度；
B. 5、啟動(dòng)真空燒結(jié)爐，并進(jìn)行燒結(jié)處理；
B. 6、取出處理好的金剛石微粉并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到滿足質(zhì)量要求的粉末標(biāo)明備用。本發(fā)明開啟低真空的目的是根據(jù)機(jī)械要求為開啟高真空做準(zhǔn)備，而開啟高真空達(dá)到次級(jí)真空度的目的是避免真空燒結(jié)爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被氧化。其中對(duì)金剛石微粉進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)確保處理后的金剛石微粉純度達(dá)到99. 95%以上，且附著氣體少。所述步驟E中六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)溫度為1300 1500°C，壓力為 5G 7G帕。所述步驟F的具體過(guò)程為先用無(wú)芯磨把金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，再用線切割機(jī)床加工金剛石聚晶層端面，切割后在研磨機(jī)上對(duì)金剛石聚晶層端面進(jìn)行研磨， 最后將金剛石復(fù)合片毛坯放在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光處理。其中，線切割機(jī)床用鎢絲、鑰絲等直接切割金剛石聚晶層端面，可把金剛石聚晶層端面不平整的部分直接切掉，從而加工速度快且節(jié)約加工成本，研磨機(jī)對(duì)金剛石聚晶層應(yīng)確保在50個(gè)小時(shí)左右。所述步驟G中對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的質(zhì)量檢測(cè)包括對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的微結(jié)構(gòu)、相組成、粒度、密度、外部缺陷、內(nèi)部缺陷、力學(xué)性能、耐磨性、抗沖擊性及熱穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明的金剛石復(fù)合片的硬質(zhì)合金基體由含鈷量為2% 13%的硬質(zhì)合金制成，因本發(fā)明降低了制成硬質(zhì)合金基體的硬質(zhì)合金內(nèi)鈷含量，如此，本發(fā)明在進(jìn)行加工制造時(shí)，從硬質(zhì)合金基體進(jìn)入金剛石聚晶層的鈷減少，生產(chǎn)出來(lái)的金剛石復(fù)合片的金剛石聚晶層中殘留的鈷含量降低，聚晶金剛石密度和體積比增大，致密性提高，形成的D-D鍵和度更好，從而大幅度提高金剛石復(fù)合片金剛石聚晶層的耐磨性和使用壽命。(2)本發(fā)明通過(guò)真空燒結(jié)爐對(duì)金剛石微粉先進(jìn)行燒結(jié)凈化處理，這就提高了金剛石微粉的強(qiáng)度，如此，提高了制造出的金剛石聚晶層耐磨性能；本發(fā)明將壓實(shí)的金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片組裝在葉臘石、碳管及碳片構(gòu)成的組裝塊中整體構(gòu)成一塊合成塊，再將合成塊放置在六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)，并在高溫高壓下壓制合成塊得到金剛石復(fù)合片毛坯，本發(fā)明通過(guò)組裝塊對(duì)壓實(shí)的金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片進(jìn)行保護(hù)，如此，壓制過(guò)程中能夠均勻傳壓，不易變形，且本發(fā)明通過(guò)合理的設(shè)定六面頂人造金剛石液壓機(jī)壓腔內(nèi)溫度和壓力曲線，這就提高了金剛石聚晶層和硬質(zhì)合金基體的結(jié)合強(qiáng)度，從而保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品的合格率。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱為1、硬質(zhì)合金基體，2、金剛石聚晶層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例
如圖I所示，金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金基體I和金剛石聚晶層2，其中，硬質(zhì)合金基體I由含鈷量為2% 13%的硬質(zhì)合金制成。金剛石聚晶層2連接在硬質(zhì)合金基體I上端面，硬質(zhì)合金基體I與金剛石聚晶層2集成為一體，且整體構(gòu)成圓柱狀。金剛石復(fù)合片的制造工藝，包括以下步驟步驟一、準(zhǔn)備好金剛石微粉及含鈷量為 2% 13%的硬質(zhì)合金基體，且將準(zhǔn)備好的金剛石微粉在沒(méi)有使用時(shí)放置在恒溫恒濕的環(huán)境中保存。步驟二、將金剛石微粉在混料機(jī)內(nèi)混合25 35分鐘，然后再將金剛石微粉在真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)凈化處理。步驟三、準(zhǔn)備好鋯杯，將燒結(jié)凈化處理后的金剛石微粉放在鋯杯內(nèi)底部且應(yīng)確保粉末在鋯杯中各處的厚度一致，再將硬質(zhì)合金基體放置在金剛石微粉的上面，然后通過(guò)液壓機(jī)把金剛石微粉與硬質(zhì)合金基體壓實(shí)。步驟四、將壓實(shí)的金剛石微粉、 硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片組裝在葉臘石、碳管及碳片構(gòu)成的組裝塊中整體構(gòu)成一塊合成塊，對(duì)于未使用的合成塊應(yīng)放置在烘箱內(nèi)保存；其中，壓實(shí)的金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片構(gòu)成合成塊的內(nèi)部，葉臘石構(gòu)成合成塊的外部，而碳管和碳片構(gòu)成的傳溫介質(zhì)在基片與葉臘石之間。步驟五、將合成塊放置在六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)，并在高溫高壓下壓制合成塊得到金剛石復(fù)合片毛坯，其中，六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔由六面頂人造金剛石液壓機(jī)的上下、左右、前后6個(gè)頂錘形成，六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)溫度優(yōu)選為1300 1500°C，壓力優(yōu)選為5G 7G帕。步驟六、將金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，該步驟的具體過(guò)程為先用無(wú)芯磨把金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，再用線切割機(jī)床加工金剛石聚晶層端面，切割后在研磨機(jī)上對(duì)金剛石聚晶層端面進(jìn)行研磨，最后將金剛石復(fù)合片毛坯放在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光處理。步驟七、對(duì)加工后的金剛石復(fù)合片進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成品，其中，對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的質(zhì)量檢測(cè)包括對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的微結(jié)構(gòu)、相組成、粒度、密度、外部缺陷、內(nèi)部缺陷、力學(xué)性能、耐磨性、抗沖擊性及熱穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。步驟二中燒結(jié)凈化處理的具體過(guò)程為開啟真空燒結(jié)爐的冷卻系統(tǒng)并對(duì)爐體進(jìn)行冷卻；將金剛石微粉加入樣品杯內(nèi)，并將樣品杯放入爐體內(nèi)，合上爐體總電源；開啟低真空，達(dá)到一級(jí)真空度；開啟高真空，達(dá)到次級(jí)真空度；啟動(dòng)真空燒結(jié)爐，并進(jìn)行燒結(jié)處理；取出處理好的金剛石微粉并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到滿足質(zhì)量要求的粉末標(biāo)明備用。步驟三中在鋯杯內(nèi)放入金剛石微粉和將硬質(zhì)合金基體放入鋯杯前應(yīng)將鋯杯、硬質(zhì)合金基體清洗干凈并晾干，鋯杯的口徑大小應(yīng)與硬質(zhì)合金基體端面直徑大小匹配，鋯杯側(cè)壁的高度高于金剛石微粉層和硬質(zhì)合金基體層疊后的高度，而在將金剛石微粉和硬質(zhì)合金基體壓實(shí)后再將鋯杯位于硬質(zhì)合金基體上方的杯壁折彎壓在硬質(zhì)合金基體上面，再用液壓機(jī)進(jìn)行二次壓制，把整個(gè)金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片壓實(shí)。如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.金剛石復(fù)合片，其特征在于，包括硬質(zhì)合金基體及連接在硬質(zhì)合金基體上端面的金剛石聚晶層，所述硬質(zhì)合金基體與金剛石聚晶層集成為一體，且整體構(gòu)成圓柱狀；所述硬質(zhì)合金基體由含鈷量為2% 13%的硬質(zhì)合金制成。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的金剛石復(fù)合片的制造工藝，其特征在于，包括以下步驟:A、準(zhǔn)備好金剛石微粉及含鈷量為2% 13%的硬質(zhì)合金基體；B、將金剛石微粉在真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)凈化處理；C、準(zhǔn)備好鋯杯，將燒結(jié)凈化處理后的金剛石微粉放在鋯杯內(nèi)底部，再將硬質(zhì)合金基體放置在金剛石微粉的上面，然后通過(guò)液壓機(jī)把金剛石微粉與硬質(zhì)合金基體壓實(shí)；D、將壓實(shí)的金剛石微粉、硬質(zhì)合金基體及鋯杯組成的基片組裝在葉臘石、碳管及碳片構(gòu)成的組裝塊中整體構(gòu)成一塊合成塊；E、將合成塊放置在六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)，并在高溫高壓下壓制合成塊得到金剛石復(fù)合片毛坯；F、將金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸；G、對(duì)加工后的金剛石復(fù)合片進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石復(fù)合片的制造工藝，其特征在于，所述步驟B的燒結(jié)凈化處理包括以下步驟B. I、開啟真空燒結(jié)爐的冷卻系統(tǒng)并對(duì)爐體進(jìn)行冷卻；B. 2、將金剛石微粉加入樣品杯內(nèi)，并將樣品杯放入爐體內(nèi)，合上爐體總電源；B. 3、開啟低真空，達(dá)到一級(jí)真空度；B. 4、開啟高真空，達(dá)到次級(jí)真空度；B. 5、啟動(dòng)真空燒結(jié)爐，并進(jìn)行燒結(jié)處理；B.6、取出處理好的金剛石微粉并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)得到滿足質(zhì)量要求的粉末標(biāo)明備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石復(fù)合片的制造工藝，其特征在于，所述步驟E中六面頂人造金剛石液壓機(jī)的壓腔內(nèi)溫度為1300 1500°C，壓力為5G 7G帕。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石復(fù)合片的制造工藝，其特征在于，所述步驟F的具體過(guò)程為先用無(wú)芯磨把金剛石復(fù)合片毛坯加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸，再用線切割機(jī)床加工金剛石聚晶層端面，切割后在研磨機(jī)上對(duì)金剛石聚晶層端面進(jìn)行研磨，最后將金剛石復(fù)合片毛坯放在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石復(fù)合片的制造工藝，其特征在于，所述步驟G中對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的質(zhì)量檢測(cè)包括對(duì)金剛石復(fù)合片毛坯的微結(jié)構(gòu)、相組成、粒度、密度、外部缺陷、內(nèi)部缺陷、力學(xué)性能、耐磨性、抗沖擊性及熱穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金剛石復(fù)合片，包括硬質(zhì)合金基體及連接在硬質(zhì)合金基體上端面的金剛石聚晶層，硬質(zhì)合金基體與金剛石聚晶層集成為一體，且整體構(gòu)成圓柱狀，其中，硬質(zhì)合金基體由含鈷量為2%～13%的硬質(zhì)合金制成。本發(fā)明還公開了該金剛石復(fù)合片的制造工藝，本發(fā)明通過(guò)降低制成硬質(zhì)合金基體的硬質(zhì)合金中的含鈷量，提高了本發(fā)明金剛石復(fù)合片的耐磨性能，從而提高了本發(fā)明金剛石復(fù)合片的使用壽命。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102606082SQ20121008706
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者賀端威 申請(qǐng)人:成都比拓超硬材料有限公司