[發明專利]一種制備聚晶金剛石燒結體的方法

有效

• 申請號: 201410066360.1
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103880460A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 張旺璽;王艷芝;梁寶巖;劉磊;盧金斌
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/532;C04B35/622
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

?

技術領域

本發明屬于金剛石工具制備技術領域，特別涉及一種制備聚晶金剛石燒結體的方法。

背景技術

金剛石是世界上已知最硬的超硬材料，廣泛應用于鋸切工具、磨削工具、鉆進工具和切削刀具。由于金剛石在硬度、耐磨性以及導熱性等方面的優異性能，使得很多原來很難加工或不能加工的對象，采用金剛石工具以后實現了高質量、高效率的加工。制備金剛石工具，如刀具、拉絲模、鉆進工具等，除了使用天然大顆粒金剛石單晶以外，目前最常采用的方法是把金剛石微粉與金屬、陶瓷等與幾種結合劑混合一起經高壓高溫燒結而成，或把金剛石微粉與陶瓷、樹脂結合劑經熱壓燒結制成。

聚晶金剛石(Polycrystalline?Diamond，簡稱PCD)具有金剛石單晶的大部分性能，但是克服了金剛石單晶晶面方向性解理的缺點。聚晶金剛石不僅具有金剛石單晶所固有的卓越性能，還具有各向同性的優點，在生產加工制備金剛石工具時表現出以下一些優良特性。（1）在聚晶金剛石中，晶粒呈無序排列，呈現各向同性，無解理面。因而，它不像單晶金剛石那樣在不同晶面上的強度、硬度及耐磨性上有很大差異，以及因解理面的存在而呈現脆性。（2）合成大塊聚晶金剛石要比合成大單晶金剛石簡單，因而可制成大塊聚晶金剛石或其工具坯料，以便滿足大型加工刀具的需要。（3）可以制成特定形狀，以適合不同的用途。（4）可以設計或預測產品的性能賦予產品必要的特點以適應它的特定用途。如，選擇細粒度的聚晶金剛石刀具材料可使刀具的刃口質量提高；選擇粗粒度的聚晶金剛石刀具材料可使刀具的耐用度提高等。因此，聚晶金剛石在工業生產中得到了廣泛的應用，常常用于鋸切工具、切削刀具、木材加工刀具、拉絲模、修整工具、石油地質鉆頭、煤炭開采鉆頭、麻花鉆頭、耐磨器件以及聚晶金剛石散熱片等工業用途。

聚晶金剛石燒結體是由金剛石單晶或金剛石微粉在加入粘結劑或者不加任何粘結劑的條件下，經超高壓高溫燒結制得的。聚晶金剛石燒結體坯料主要有三種，一種是整體純聚晶金剛石燒結片；第二種是以聚晶金剛石為聚晶層，以硬質合金為基體經高溫高壓共同燒結而成的復合片；第三種是先燒結制備聚晶金剛石坯料，再焊接到硬質合金上而制備成。

關于聚晶金剛石的專利文獻很多，如中國專利CN102296931B、CN102126257B、CN101773807B。中國專利CN101723358B將預先制備的納米-圓蔥頭碳粉末裝填于石墨模具中，高壓高溫制備得到金剛石聚晶燒結體。中國專利CN102174877B公開了一種聚晶金剛石復合片。但采用高壓高溫法制備金剛石工具燒結體，也具有一些不足之處，如：能耗高，操作復雜，制造成本高等，特別是受到高壓合成腔體的限制，如采用高壓高溫二次合成不能制備得到大尺寸的燒結體工具，因此應用受到一定的限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備聚晶金剛石燒結體的方法，所述方法可以克服現有方法受高壓合成腔體尺寸限制，不能得到大尺寸燒結體的缺陷。

?????為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種制備聚晶金剛石燒結體的方法，先將制備聚晶金剛石的原料混合壓制為試塊，然后采用微波進行加熱燒結并冷卻，得到聚晶金剛石燒結體。

制備聚晶金剛石的原料為表面包覆莫來石的金剛石微粉、硅粉、短切碳纖維以及酚醛樹脂粘結劑。

所述硅粉在使用前最好經真空凈化處理以除去其中的雜質。

原料的質量百分比為：表面包覆莫來石的金剛石微粉50～90%、硅粉5～40%、短切碳纖維2～5%，余量為酚醛樹脂粘結劑。

所述短切碳纖維的長度為3～10mm。

表面包覆莫來石的金剛石微粉通過下法獲得：將異丙醇鋁和正硅酸乙酯以及鹽酸催化劑在水介質中進行聚合反應，在75～85℃聚合2～72?h，得到透明的莫來石前驅體溶膠；把前軀體溶膠在50～60℃進行陳化濃縮，然后加入凈化處理后的目數在40～400目金剛石粉體，再經原位溶膠化過程和凝膠化，烘干得到表面包覆莫來石的金剛石。

異丙醇鋁和正硅酸乙酯按照莫來石化學成分3Al₂O₃·2SiO₂化學計量式（即鋁硅摩爾比為3:1）設定所加入的配比，聚合反應體系中鹽酸催化劑加入的摩爾量為鋁硅總摩爾量的1～2%，水的物質的量與鋁硅總的物質的量的比為8～14:1。聚合反應優選在不銹鋼或玻璃質聚合反應釜中進行。

所用短切碳纖維優選為表面包覆莫來石的短切碳纖維，表面包覆莫來石的方法同表面包覆莫來石的金剛石微粉的制備方法。