[發明專利]表面覆金屬層的銅金剛石復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110421823.1
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113210611B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 熊德贛;陳柯;楊盛良;陳迎龍;肖浩;蔣文評;傅志;袁惠程
• 申請（專利權）人: 湖南浩威特科技發展有限公司
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22D23/04;B22F3/26;C22C1/05;C22C9/00;C22C26/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 李婷婷

1.一種表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，包括：

銅金剛石芯材和包覆在所述銅金剛石芯材外的表面金屬層；

所述銅金剛石芯材包括銅和表面改性的金剛石顆粒；所述表面改性為在所述金剛石顆粒表面鍍一層厚度為100~300nm的金屬；

所述表面金屬層包括鎢銅、鉬銅和銥銅中的一種；表面金屬層中的銅與銅金剛石芯材中的銅為連續分布相；表面金屬層的厚度為0.03mm～0.20mm；

所述表面覆金屬層的銅金剛石復合材料的制備方法，包括以下步驟：

制備金屬骨架：對金屬粉末進行成型處理，制備金屬骨架坯料，將金屬骨架坯料在真空或者保護氣氛中加熱燒結，獲得孔隙率為15%～45%的金屬骨架，所述金屬粉末采用鎢粉、鉬粉和銥粉中的一種；

金屬骨架機加工：采用數控銑工藝或線切割工藝對金屬骨架進行機加工，以形成用于包覆表面改性的金剛石的金屬骨架，所述金屬骨架包括金屬骨架盒體和金屬骨架蓋板；

裝填表面改性的金剛石顆粒：對金剛石顆粒進行表面改性處理，獲得表面改性的金剛石顆粒，再將表面改性的金剛石顆粒裝填到機加工后的金屬骨架內，形成復合坯料；

浸滲銅：將復合坯料與銅置于雙室真空氣壓浸滲爐中，先抽真空并進行加熱，使得銅熔化為銅液并澆注到復合坯料上，停止抽真空，再向雙室真空氣壓浸滲爐通入保護氣體，增加爐內壓力，使得銅液在氣體壓力作用下浸滲到復合坯料中的金屬骨架和表面改性的金剛石顆料孔隙中，冷卻，獲得表面覆金屬層的銅金剛石復合材料。

2.根據權利要求1所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

浸滲銅的具體步驟包括：將復合坯料置于石墨模具中，將帶有復合坯料的石墨模具與銅置于雙室真空氣壓浸滲爐中，先抽真空，對雙室進行加熱，控制裝有石墨模具的處理室的溫度為1100℃～1300℃，控制裝有銅的處理室的溫度為1150℃～1350℃，將銅形成的銅液澆注到石墨模具的復合坯料上，停止抽真空，再向雙室真空氣壓浸滲爐通入保護氣體，增加爐內壓力達到1MPa～10MPa，恒溫恒壓保持5min～30min，使得銅液在氣體壓力作用下浸滲到復合坯料中的金屬骨架和表面改性的金剛石上，冷卻后取出。

3.根據權利要求1所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

所述金屬粉末的粒度為1μm～15μm。

4.根據權利要求1所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

所述金屬粉末的成型處理采用干法模壓法、注射成型法和凝膠注模法中的一種；金屬骨架坯料加熱燒結的溫度為1100℃～1400℃，時間為1h～5h。

5.根據權利要求1所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

所述表面改性的金剛石顆粒的粒徑為80μm～450μm。

6.根據權利要求1?所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

對金剛石顆粒進行表面改性處理的工藝采用磁控濺射法，所述磁控濺射法包括在金剛石顆粒表面磁控濺射金屬粉末，金屬粉末形成的金屬層的厚度為100nm～300nm，然后置于真空度為8Pa～12Pa、溫度為1150℃～1350℃、時間為2h～4h的條件下進行反應，獲得表面改性的金剛石顆粒；或者，

對金剛石顆粒進行表面改性處理的工藝采用高溫反應法，所述高溫反應法包括將金剛石顆粒與金屬粉末混合，在置于真空度為0.4Pa～0.6Pa、溫度為1000℃～1200℃、時間為1.5h～2.5h的條件下進行反應，獲得表面改性的金剛石顆粒。

7.根據權利要求4所述的表面覆金屬層的銅金剛石復合材料，其特征在于，

浸滲銅冷卻后還包括精密機械加工處理。