[發明專利]多晶金剛石(PCD)材料

無效

• 申請號: 200880004027.0
• 申請日: 2008-02-05
• 公開（公告）號: CN101605918A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: H·S·L·斯赫比;K·乃杜
• 申請（專利權）人: 六號元素（產品）（控股）公司
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00;C30B29/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李 帆

發明背景

本發明涉及具有改善的抗磨損性、抗氧化性以及熱穩定性的多晶 金剛石(PCD)材料的制備。

多晶金剛石材料在本領域中是公知的。常規地，通過如下方式形 成PCD：將金剛石顆粒與合適的粘合劑/催化劑結合產生生坯，并使該 生坯經受高的溫度和壓力以使粘合劑/催化劑能夠促進顆粒之間的晶 間金剛石與金剛石粘結。所述高的溫度和壓力通常是金剛石處于熱力 學穩定的那些溫度和壓力。燒結的PCD具有足夠的抗磨損性和硬度以 用于侵蝕性磨損、切削和鉆孔應用。

用于PCD的粘合劑/催化劑一般是VIII族金屬，Co是最常見的。 常規地，PCD含有80-95體積％金剛石，其余是粘合劑/催化劑。

將金剛石、粘合劑/催化劑和任何附加的添加劑混合的最常見方法 包括球磨。與此伴隨的問題是，最通常產生金剛石、粘合劑/催化劑和 任何添加劑的不均勻分布。這導致燒結產生具有降低的性能例如抗磨 損性、韌性、抗氧化性和熱穩定性的較差PCD材料(由瑕疵的存在所 證明)。

困擾PCD的問題是熱劣化。存在多種熱劣化的誘因，一個這樣的 誘因是PCD基質中金剛石的石墨化。已知金剛石的石墨化是由粘合劑/ 催化劑與金剛石的反應誘發的。這一般發生在約750℃。熱劣化的另 一個誘因是金剛石的氧化和粘合劑/催化劑的氧化。

上述問題的一個解決方案從燒結的PCD的表面除去粘合劑/催化 劑。這包括初始燒結PCD，然后對PCD進行酸處理以除去粘合劑/催化 劑。這是個多階段過程。以一個步驟產生熱穩定的PCD將是有益的。

GB?2408735公開了如下的PCD材料，該材料包含粘結金剛石晶體 的第一相、以及用于促進金剛石粘結的粘合劑/催化劑材料和與該粘合 劑/催化劑反應的材料之間的反應產物的第二相。據稱，該反應產物具 有與粘合劑/催化劑材料相比更接近粘結金剛石的熱膨脹系數，因此提 供更加熱穩定的PCD。在燒結前將粘合劑/催化劑和反應材料與金剛石 一起球磨。說明書中提供的唯一實施例是使用Si和SiC作為與粘合劑 /催化劑反應的材料。建議可使用釩，但沒有提供給出該工藝細節的實 施例。另外，建議形成金屬間化合物VCo₃、VCo和V₃Co。

US?6454027公開了包含多個由PCD、PCBN或其混合物形成的微粒 的PCD材料。這些微粒進一步分布在由金屬陶瓷材料形成的連續第二 基質內。給出的金屬陶瓷的例子是WC，然而還可使用碳化釩。形成這 種燒結坯體的目的是相對于常規PCD材料改善斷裂韌性和抗碎裂性的 性能而基本上不損害抗磨損性。

GB?2372276描述了含有第一相和第二相的PCD的制備，所述第一 相包含多晶金剛石，所述第二相選自氧化物細粒、金屬碳化物和金屬 細粒、氮化物、或它們的混合物。該PCD對于軋輥和錘釬頭顯示出改 善的韌性。該專利的公開內容關注于提高的韌性而不犧牲抗磨損性。

US?4643741公開了通過將預處理的金剛石晶體與硅粉末一起混 合，使該混合物經受高壓和高溫而形成的多晶金剛石本體。該熱穩定 多晶金剛石本體的特征在于金剛石晶體均勻分布在該本體內。此外， 金剛石晶體被β-碳化硅覆蓋。

CA?2553567公開了制備涂覆的超硬研磨材料的方法。使用金屬鹵 化物氣相沉積、CVD法和熱擴散法由周期表的IVa、Va、VIa、IIIb和 IVb族元素使磨料顆粒涂覆有內層。釩屬于要求涂覆到該研磨材料上 的金屬。

WO?2006032984描述了用基質前體材料涂覆磨料顆粒，然后進行 處理使所述磨料顆粒適合于燒結。該基質前體材料可轉變為氧化物、 氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物、或碳氮化物、或其單質形式。 例如然后可將氧化物轉變為碳化物。

發明概述

根據本發明，提供了一種多晶金剛石材料(PCD材料)，該多晶 金剛石材料包含粘結的金剛石顆粒的第一相，和散布在第一相之間的 第二相，該第二相含有金屬形式、碳化物形式或碳化釩鎢形式的釩， 或者兩種或更多種這些釩形式的混合物。該PCD材料具有優異的抗氧 化性、抗磨損性和熱穩定性。

碳化釩鎢可以是混合碳化物形式或者作為碳化釩鎢化合物。

PCD材料中存在的金屬形式或碳化釩形式或碳化釩鎢形式的釩的 量通常為該材料的1-8質量％，更優選2-6質量％。