[發明專利]一種高性能金剛石工具的制備方法

在審

• 申請號: 201910937104.8
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110576176A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 趙志偉;晉凱;趙小苗;王順;關春龍;張果果
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/04;B22F3/105;B22F5/00;C22C26/00;C22C9/00;C22C19/03;C22C47/14;C22C49/08;C22C101/10
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本發明屬于金剛石工具制備領域，涉及一種金屬結合劑金剛石工具的制備方法。所述的制備方法包括以下步驟：a、按質量百分比取69.2～89.8％的預合金粉、10～30％的金剛石顆粒，0.2～0.8％的一維碳納米材料（碳納米管或碳纖維），混合均勻，加入臨時粘結劑，密封放置12～24h；b、將步驟a制得的混合料用油壓機初壓成型。c、將步驟b制得的產物抽真空，采用冷等靜壓機進一步壓制成型、干燥，制得工具毛坯；d、將步驟c制得工具毛坯，用微波燒結爐或放電等離子燒結爐進行燒結，制得本發明的金屬結合劑金剛石工具。本方法具有強度高、硬度高、成分均一、燒結溫度低、節約能源、操作簡單等特點，易于工業化生產。

技術領域

本發明提供了一種制備高性能金剛石工具的制備方法，屬于金剛石工具制備技術領域。

背景技術

金屬結合劑金剛石工具具有較高的強度、硬度和韌性，對金剛石磨粒的把持力相對于其他類型結合劑最好。金屬結合劑以其優異的結合性能使金剛石顆粒得超高硬度得以充分發揮。金屬結合劑的好壞取決于對金剛石的把持力，包括金屬結合劑的強度和金屬結合劑的硬度以及和金剛石的結合力。金屬結合劑作為結合強度最高的結合劑，研究工作一直在進行，力求得到各項性能更佳的金屬結合劑。

預合金粉作為近幾年用途較廣的金屬粉末，深受研究者的青睞。預合金粉就是用一定的工藝流程使金屬粉末提前預合金化，使得金屬粉末成分更均勻，為金屬結合劑金剛石制品提供更好的金屬粉末原料。該合金粉是一種分散性較好的金屬粉末，成分均一，元素分布均勻，從根本上改善了成分偏析，提高結合劑的硬度和強度，降低金屬原子擴散所需的活化能，從而降低燒結溫度，縮短燒結時間，節約能源，避免金剛石被燒傷，降低了生產成本。

傳統的金屬結合劑金剛石工具常用熱壓燒結，燒結溫度高，能源消耗大，金剛石容易被燒傷，燒結時，液相外滲嚴重，成分易偏析。為了改善金屬結合劑金剛石制品的能源消耗和偏析問題，研究者們紛紛尋找新的燒結方式。微波快速燒結和放電等離子燒結作為新型的燒結方式，與傳統熱壓燒結相比，微波燒結采用發射微波方式加熱，材料受熱均勻，材料各個位置溫度梯度較小，使材料內部和外部燒結狀況差異減小，提高材料內部致密化程度，降低燒結溫度，節約能源。放電等離子燒結具有在加壓過程中燒結的特點，脈沖電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利于降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特征，能使粉末快速燒結致密。

另外，碳納米管具有良好的力學性能，CNTs抗拉強度達到50～200GPa，是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料, 可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復合材料的性能帶來極大的改善。

碳纖維是由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性。由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料。

因此，為了得到一種高性能金剛石燒結制品，獲得具有更高強度和硬度及對金剛石的把持力更高的金屬胎體，有必要探索一種以預合金粉作為結合劑、以微波燒結或放電等離子燒結作為燒結方式、以一維碳納米材料（碳納米管或碳纖維）為增強材料的金剛石燒結制品的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速制備性能優良的金屬結合劑金剛石燒結制品的新方法。此方法制備的金屬結合劑可以更好地滿足高性能金剛石制品制造的要求，使制得的金剛石燒結制品更容易達到的高速、高效、高精度磨削的條件。該方法具有經濟效益高、清潔節能和工藝簡單等特點。

本發明的高性能金剛石燒結制品的制備方法包括以下幾個步驟：