[發明專利]稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片及其制造方法

有效

• 申請號: 201410355230.X
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104148640A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 姜峰;徐西鵬;郭樺;黃輝;黃國欽
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;B22F1/00;C22C26/00;C22C27/04;C22C30/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片及其制造方法。

背景技術

金剛石切割片廣泛應用于硅、碳化硅等光電材料和金相試樣的切割。常用金剛石切割片包括鐵基金屬結合劑金剛石切割片和鈷基金屬結合劑金剛石切割片。鐵基金剛石切割片具有較高的力學性能，對金剛石也有較好的潤濕性，并且成本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基金剛石切割片具有很好的成形性和可燒結性，對金剛石的潤濕性好，粘結力大，韌性好，自銳性也好，是金剛石工具領域應用最廣的一種金屬結合劑，但是鈷基金剛石切割片上的金剛石靠機械方式把持，導致金剛石顆粒不能完全出露進行有效切削，而且還會因拉拔力的作用使其嚴重損耗，使得金剛石顆粒脫落現象嚴重，影響金剛石切割片的切割效率和使用壽命。在金屬結合劑中，有時會添加少量鎢粉，這是因為金屬鎢除了能與其他金屬產生固熔強化外，還是強碳化物形成元素，可以和金剛石發生反應產生化學冶金結合力，與一般的金屬結合劑只是機械地將金剛石包裹和嵌合相比，化學冶金結合力的產生有利于提高對金剛石的包鑲力、增強把持力，因此可以預計鎢基結合劑金剛石切割片將具有優異的性能。但是鎢的熔點高達3940℃，以鎢作為金屬結合劑進行燒結所需要的溫度遠遠超過金剛石所承受的能力，容易導致金剛石顆粒的石墨化，因此目前大多都采用的是燒結溫度相對較低的碳化鎢基結合劑，單純的金屬鎢基結合劑還未見報道。但碳化鎢基結合劑一方面鎢元素本身已經形成碳化物，其與金剛石產生化學冶金結合力的效果被削弱；另一方面碳化鎢基結合劑所需的燒結溫度依然較高，只適合與耐熱性能較好的金剛石配合使用，成本較高，應用范圍窄。因此，若能解決金屬鎢基結合劑燒結溫度高的問題，將會為金剛石切割片的制造技術打開一扇新的大門。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片及其制造方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之一是：

一種稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片制造方法，包括：

1)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結合劑充分混合，該稀土改性鎢基結合劑按質量份數包含以下組分：鎢40～75份、鎳2～6份、鐵2～5份、錫8～30份、銅7～20份、錳0.4～1份、稀土元素0.1～1份；

2)根據所需金剛石切割片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900～960℃，燒結壓力90～200KN，燒結時間25～35分鐘；

3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度840～900℃，燒結壓力80～120MPa，燒結時間5～10分鐘，得到金剛石切割片粗品；

4)將金剛石切割片粗品進行修形和修銳，得到金剛石切割片成品。

一實施例中：所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75％～125％，粒度為W40～W5。

一實施例中：所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。

一實施例中：所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之二是：

一種根據稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片制造方法制造的稀土改性鎢基結合劑金剛石切割片。

本發明所述的金剛石濃度為行業術語，指單位體積金屬結合劑內金剛石的質量，以4.4克拉/厘米3為金剛石濃度100％。

本發明中所述的人造單晶金剛石粉末為目前市場上銷售的產品。

本發明中所述的鎢、鎳、鐵、錫、銅、錳均為單質金屬粉末，均為目前市場上銷售的產品。

本發明中所述的鑭、氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭均為目前市場上銷售的產品。

本技術方案與背景技術相比，它具有如下優點：

1.本發明所提供的稀土改性鎢基結合劑，各組分相輔相成，將燒結溫度從近四千攝氏度降低至金剛石可承受的范圍，解決了一直以來鎢基結合劑因燒結溫度高而難以實際應用的缺陷，成功實現了鎢基結合劑金剛石切割片的制造，并利用鎢與金剛石反應產生的化學冶金結合力，提高了金剛石顆粒在金剛石切割片上的把持力，得到的金剛石切割片硬度高，切削力強，耐磨損，為高性能金剛石切割片的制造開創了新局面。

2.本發明在鎢基結合劑中加入了稀土元素，具有控制金屬結合劑晶粒長大的效果，且在本發明的較佳實施例中采用了稀土元素的化合物，晶粒大小可控性更好，得到的金屬結合劑晶粒不會過大或過小，粒徑更穩定，增強了金剛石切割片的硬度和韌性，也提高了耐磨性能和耐沖擊性能，效果比稀土元素單質更好，進一步提供了高性能金剛石切割片制造方法的新思路。