含硼金刚石及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种含硼金刚石及其制备方法和用途，涉及金刚石领域，该含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨19％‑70％、触媒29％‑80％和氮化硼0.1％‑10％。该含硼金刚石为多晶结构，解决了现有技术中含硼金刚石为单晶结构时把持力差、容易脱落和不够锋利的问题，以及解决了现有技术中的多晶金刚石在高温下容易膨胀、破碎的技术问题，可以用作陶瓷和金属结合剂磨具。该含硼金刚石改善了多晶金刚石的热力学稳定性，拓展了多晶金刚石的使用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金刚石
，尤其是涉及一种含硼金刚石及其制备方法和用途。
技术介绍
金刚石是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可分为单晶金刚石和多晶金刚石。单晶金刚石生产企业中，以中南钻石和黄河旋风两家公司为代表，其生成的金刚石主要用于石材和建筑行业，中国生产量占到全球90％以上。多晶金刚石，表面凹凸不平，把持力好，适合做树脂结合剂砂轮，内部是单晶体块状结构。用爆炸法生成的多晶金刚石是一种新型研磨材料，在蓝宝石研磨加工等方面有其它材料不可替代的优点。多晶金刚石的研磨效率是单晶金刚石的3倍以上，研磨表面的划痕、微裂纹少，光洁度高，在电子、航天、航空等高
都有广泛的应用。现阶段多晶金刚石，由于生长速度过快，包裹体过多，在用于高温结合剂磨具时，容易碎裂、膨胀，所以目前多用作树脂结合剂磨具，使用范围较窄。而陶瓷和金属结合剂磨具一般用品级较高的单晶金刚石，因为这种金刚石内部杂质少，热稳定性好，但缺点是晶体表面光滑把持力差、容易脱落、不够锋利、寿命还短。在金刚石中掺杂硼能改善金刚石的热力学稳定性，因此通过掺硼有望改善多晶金刚石结构受力时易膨胀、破碎的问题。目前产业化的的含硼金刚石多是单晶金刚石，晶体表面光滑、把持力差、容易脱落、不够锋利。因此，如何生产出一种多晶含硼金刚石以用作陶瓷和金属结合剂模具成为开发的热点。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种含硼金刚石，该含硼金刚石为多晶结构，解决了现有技术中含硼金刚石为单晶结构时把持力差、容易脱落和不够锋利的问题，以及多晶金刚石在高温下容易膨胀、破碎的技术问题，所述含硼金刚石可以用作陶瓷和金属结合剂磨具。本专利技术的第二目的在于提供一种含硼金刚石的制备方法，该制备方法能够制备出能用作陶瓷和金属结合剂模具的含硼的多晶金刚石，并能实现规模化生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种含硼金刚石，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨19％-70％、触媒29％-80％和氮化硼0.1％-10％。进一步的，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨24％-65％、触媒34％-75％和氮化硼0.5％-9％。进一步的，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨29％-60％、触媒39％-70％和氮化硼1％-8％。进一步的，所述氮化硼为六方氮化硼。进一步的，所述触媒为铁镍合金、镍锰钴合金或铁镍硅合金中的任意一种；所述铁镍合金为Fe75Ni25合金或Fe70Ni30合金；所述镍锰钴合金为Ni70Mn25Co5合金；所述铁镍硅合金中镍的重量比为1％-5％，硅的重量比为0.1％-1％，余量为铁。一种上述含硼金刚石的制备方法，将石墨、触媒和氮化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块放置于六面顶压机中，对六面顶压机加压和升温进行合成处理，六面顶压机加压压力为85-95MPa，温度为1300-1700℃。进一步的，上述含硼金刚石的制备方法，包括以下步骤：1)将石墨、触媒和氮化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，先快速加压至10-10.5MPa，再缓慢升压至55-65MPa，进行保压；当压力增至35-40MPa时，开始加热，温度从室温升至1500-1700℃进行保温；3)步骤2)中在55-65MPa下保压结束后快速升压至70-80MPa进行保压；4)步骤3)中在70-80MPa下保压结束后，温度从1500-1700℃降至1300-1400℃，保持不变；5)温度降至1300-1400℃后，压力继续增压至85-95MPa时保压；6)步骤5)中的保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压。进一步的，所述步骤2)中，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；优选地，所述步骤2)中，当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1500-1700℃进行保温；优选地，所述步骤3)中，保压结束后经15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；优选地，所述步骤4)中，保压结束后温度经过5-10秒从1500-1700℃降至1300-1400℃，保持不变；优选地，所述步骤5)中，温度降至1300-1400℃后，腔内压力以1-1.5MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；优选地，所述步骤6)中的降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；优选地，所述步骤6)中泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。进一步的，上述含硼金刚石的制备方法包括以下步骤：1)将石墨、触媒和氮化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1500-1700℃进行保温；3)55-65MPa下保压1-8min后经过15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；4)保压结束后温度经过5-10秒从1500-1700℃降至1300-1400℃，保持不变；5)温度降至1300-1400℃后，腔内压力以1-1.5MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；所述降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；所述泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。上述含硼金刚石用作陶瓷和金属结合剂磨具的用途。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术提供的含硼金刚石是一种多晶结构，通过添加硼元素改善了多晶金刚石的热力学稳定性，在高温情况下使用不易膨胀和破碎。同时，该含硼金刚石又具有多晶金刚石的粗糙表面，所以不仅在树脂结合剂方面有好的使用效果，同时在陶瓷和金属结合剂方面也有良好的表现(陶瓷和金属烧结温度较高,在800℃左右)，从而拓展了多晶金刚石的使用领域和使用范围。此外，含硼多晶金刚石为微粉结构，由于表面粗糙，磨削锋利度和磨削表面光洁度明显好于单晶微粉。2)用本专利技术提供的制备方法制备得到的含硼金刚石，是真正意义上的采用静压法合成的含硼多晶金刚石，开辟了用六面顶压静压法合成含硼多晶金刚石的新路径，填补了行业技术空白，并能实现规模化生产。3))本专利技术的含硼金刚石是通过六面顶压机静压，生产时利用所产生的高压和变压器直流加热产生的高温，实现石墨向金刚石转变。在生产过程中，可以通过控制压力大小、温度高低、加压速率和保温保压时间来控制金刚石的生长快慢及粒度大小，从而扩大多晶金刚石的使用范围。采用本方法制备含硼金刚石的粒径在0.1-1000微米之间。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硼金刚石，其特征在于，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨19％‑70％、触媒29％‑80％和氮化硼0.1％‑10％。

【技术特征摘要】
1.一种含硼金刚石，其特征在于，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨19％-70％、触媒29％-80％和氮化硼0.1％-10％。2.根据权利要求1所述的含硼金刚石，其特征在于，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨24％-65％、触媒34％-75％和氮化硼0.5％-9％。3.根据权利要求2所述的含硼金刚石，其特征在于，所述含硼金刚石为多晶结构，主要由以下重量百分数的原料制备而成：石墨29％-60％、触媒39％-70％和氮化硼1％-8％。4.根据权利要求1-3任一项所述的含硼金刚石，其特征在于，所述氮化硼为六方氮化硼。5.根据权利要求4所述的含硼金刚石，其特征在于，所述触媒为铁镍合金、镍锰钴合金或铁镍硅合金中的任意一种；所述铁镍合金为Fe75Ni25合金或Fe70Ni30合金；所述镍锰钴合金为Ni70Mn25Co5合金；所述铁镍硅合金中镍的重量比为1％-5％，硅的重量比为0.1％-1％，余量为铁。6.一种权利要求1-5任一项所述的含硼金刚石的制备方法，其特征在于，将石墨、触媒和氮化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块放置于六面顶压机中，对六面顶压机加压和升温进行合成处理，六面顶压机加压压力为85-95MPa，温度为1300-1700℃。7.根据权利要求6所述的含硼金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将石墨、触媒和氮化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，先快速加压至10-10.5MPa，再缓慢升压至55-65MPa，进行保压；当压力增至35-40MPa时，开始加热，温度从室温升至1500-1700℃进行保温；3)步骤2)中在55-65MPa下保压结束后快速升压至70-80MPa进行保压；4)步骤3)中在70-80MPa下保压结束后，温度从1500-1700℃降至1300-1400℃，保持不变；5)温度降至1300-1400℃后，压力继续增压至85-95MPa时保压；6)步骤5)中的保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周世杰，
申请(专利权)人：郑州沃德超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41