[發明專利]一種金剛石深冷處理方法

有效

• 申請號: 201711067632.X
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107879341B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 劉寶昌;曹鑫;李闖;張弛;王海源;王彧佼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B32/28
• 分類號: C01B32/28
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種金剛石深冷處理方法，處理方法為將粒度為30/35目和35/40的金剛石放置于液氮深冷箱中，進行深冷處理，液氮深冷箱的溫度從室溫20℃分步降至?180℃再緩慢升溫至室溫，然后將其保溫一段時間后將其加熱至120℃，保溫一段時間，最后使其緩慢回復至室溫。本發明可以顯著提高30/35目和35/40目兩個批次金剛石組整體靜壓強度，深冷處理后靜壓強度在600～800MPa范圍的金剛石顆粒數量提高約20％。深冷處理能永久性改變材料內部晶體結構，改善晶體位錯狀況，釋放掉部分殘余應力，從而影響材料性能。

技術領域

本發明涉及一種金剛石深冷處理方法，具體涉及一種金剛石材料通過液氮深冷處理提高性能的方法，屬材料學領域。

背景技術

所謂深冷處理就是將被處理對象(材料)置于一個特定的超低溫環境下，使被處理對象(材料)的微觀組織、結構發生變化，從而達到在一定程度上提高材料性能的一種技術。處理溫度最低可以達到-196℃。在20世紀初，深冷技術在航空領域起初的應用主要是在液氧化學火箭氧化劑的應用和制冷裝置在航天器中的使用，以及液氧燃料、核動力火箭推進劑等。后來一些研究者開始嘗試將低溫技術應用于部分材料的處理，這樣的做法提高了飛行器在高壓容器安全性和一些關鍵零部件性能的穩定性。

我國目前已是世界上超硬材料(人造金剛石、立方氮化硼)生產的第一大國，但人造金剛石的強度還有很大的提升空間。人造金剛石在生長過程中由于有熔媒的存在，因此含有B、Ni、Mn、Co、Si、Al、Ca和Mg等雜質，從而呈現出不同的顏色和性能。金剛石中的雜質經常沿著晶體的對稱軸排列，分布狀態通常為線狀，還有薄片狀、桿狀或顆粒狀。由于金剛石內部還有雜質，以及在晶體生長過程中所形成的結晶缺陷、晶格位錯等，都會不同程度的降低金剛石的性能。尤其是對金剛石工具工作性能有重要影響的金剛石的靜壓強度，會隨著其內部雜質、缺陷、殘余應力的增加而降低。因此，有必要尋求一種金剛石的后處理方法，以提高其性能。

深冷處理能永久性改變材料內部晶體結構，改善晶體位錯狀況，釋放掉部分殘余應力，從而影響材料性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種金剛石的深冷處理方法。借助液氮深冷處理工藝，對人造金剛石顆粒進行處理，使人造金剛石顆粒的內部組織結構發生變化，從而提高其靜壓強度。通過對深冷處理前后金剛石顆粒的靜壓強度進行對比，證明深冷處理工藝確實可以顯著提高粒度為30/35目、35/40目兩個批次金剛石顆粒的整體靜壓強度。30/35目批次金剛石顆粒經液氮深冷處理后，平均靜壓強度值提高了23.17％，且深冷處理后靜壓強度在600～800MPa范圍內的金剛石顆粒的數量比深冷處理前提高了約20％；35/40目批次金剛石顆粒經液氮深冷處理后，平均靜壓強度值提高了1.21％，且深冷處理后靜壓強度在600～800MPa范圍內的金剛石顆粒的數量比深冷處理前提高了約20％，同時靜壓強度在200～400MPa范圍的金剛石顆粒的數量比深冷處理前減少了1倍。金剛石靜壓強度的提升對其龐大的應用市場(如：機械加工、油氣鉆井、地質鉆探、石材加工等)勢必將做出貢獻和改變。

本發明中金剛石的深冷處理方法是，被處理的金剛石的粒度為30/35目和35/40目，處理方法為：將粒度為30/35目的金剛石和粒度為35/40目的金剛石放置于液氮深冷箱中，進行深冷處理，深冷箱的溫度從室溫20℃分步降至-180℃再緩慢升溫至室溫，然后將其保溫一段時間后將其加熱至120℃，保溫一段時間，最后使其緩慢回復至室溫。

具體處理方法是：將粒度為30/35目和35/40目的金剛石放置于液氮深冷箱中，深冷箱的溫度在15min內從20℃降為-80℃；在-80℃保溫20min；在15min內從-80℃降為-180℃；在-180℃保溫20min；在30min內從-180℃升至20℃；在20℃保溫20min；在15min內從20℃升至120℃；在120℃保溫20min；從120℃自然冷卻至20℃。

本發明的有益效果：