一种聚晶金刚石及其制备方法和用途技术

本申请提供了一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。所述制备方法包括以下步骤：将纳米金刚石预压坯表面进行包覆，放入模具中，进行升压升温烧结，保温后降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，得到聚晶金刚石；其中，包覆所用的材料包括六方氮化硼、氧化镁或钽中的任意一种或至少两种的组合；不同晶粒尺寸的聚晶金刚石采用不用的包覆材料。通过在聚晶金刚石制备过程中包覆烧结，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到了具有高密度以及超强硬度的聚晶金刚石样品，提高了纳米金刚石硬度与韧性，拓宽了其应用领域。拓宽了其应用领域。拓宽了其应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石及其制备方法和用途


[0001]本申请属于超硬材料的
，涉及一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]纳米材料在原子级别的层次上对于传统材料进行重新组构，使得材料的性能得以更加卓越突出，在诸多的技术应用领域开拓了广阔的前景。纳米金刚石具有比单晶金刚石更高的强度与韧性。现有国、内外制备金刚石聚晶采用高温高压与微波CVD两种方法烧结制备。
[0003]上述两种方法均不好控制聚晶金刚石的晶粒尺寸，不容易得到目标晶粒尺寸的聚晶金刚石。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。通过在聚晶金刚石烧结制备过程中包覆烧结，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到了具有高密度以及超强硬度的聚晶金刚石样品，提高了纳米金刚石硬度与韧性，拓宽了其应用领域。
[0005]为达到此申请目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种聚晶金刚石的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0007](1)将纳米金刚石粉体进行加热净化处理，然后压制成型，得到纳米金刚石预压坯；
[0008](2)将步骤(1)所述纳米金刚石预压坯表面进行包覆，放入模具中，进行升压升温烧结，保温后降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，得到聚晶金刚石；
[0009]其中，所述包覆所用的材料包括六方氮化硼、氧化镁或钽中的任意一种或至少两种的组合；不同晶粒尺寸的聚晶金刚石采用不用的包覆材料。
[0010]本申请通过在烧结前的金刚石样品表面进行包覆，有效地控制了金刚石晶粒的异常生长，本申请所提供的包覆材料有利于控制晶粒的生长，使的纳米金刚石在烧结时晶粒可以基本不继续生长或者较小幅度的生长，提高了聚晶金刚石材料的密度和硬度。同时，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到不同晶粒尺寸的聚晶金刚石。
[0011]在一种可能的实施方式中，包覆材料为六方氮化硼，聚晶金刚石的晶粒尺寸为微米级。
[0012]在一种可能的实施方式中，包覆材料为氧化镁，聚晶金刚石的晶粒尺寸为纳米级。
[0013]在一种可能的实施方式中，包覆材料为钽，聚晶金刚石的晶粒尺寸为毫米级。
[0014]优选地，步骤(1)所述加热净化的温度为700～1150℃。
[0015]优选地，步骤(1)所述加热净化后的保温时间为50～300min。
[0016]优选地，步骤(1)所述加热净化的升温速率为3
‑
50℃/min。
[0017]优选地，步骤(1)所述加热净化的降温速率为3
‑
50℃/min。
[0018]优选地，步骤(1)所述加热净化的气氛为保护性气氛。
[0019]优选地，所述保护性气氛的气体流速为10～100ml/min。
[0020]优选地，所述保护性气氛包括氩气、氮气、氩氢混合气、氮氢混合气。
[0021]优选地，步骤(1)所述压制成型的方法包括冷压成型。
[0022]优选地，步骤(2)所述包覆的厚度为0.1～0.5mm。
[0023]优选地，步骤(2)所述升压升温烧结包括：
[0024]先升压，保压后开始升温。
[0025]本申请中，先升压后升温，有利于腔体稳定性，如果同时升压升温，腔体容易放炮，造成压力突降，实验可能会失败。
[0026]优选地，步骤(2)所述降温降压同时进行。
[0027]本申请降温降压同时进行，可以减少实验的放炮几率，提高成功率，减小制备样品的烧结应力，防止样品开裂。
[0028]优选地，步骤(2)所述升压后的压力为13～16Gpa。
[0029]本申请中，可以避免金刚石粉末石墨化，也可以使最终得到的产品的晶粒尺寸更加合理。
[0030]优选地，步骤(2)所述升温后的温度为1800～2300℃。
[0031]优选地，步骤(2)所述保温的时间为10
‑
80min。优选地，步骤(2)所述升温的升温速率为10～100℃/min。
[0032]优选地，步骤(2)所述降压的降压速率为0.05
‑
0.3Gpa/min。
[0033]优选地，步骤(2)所述降温的降温速率为10～100℃/min。
[0034]优选地，在将样品表面的包覆物进行剥离后，继续进行清洁、干燥。
[0035]作为优选的技术方案，所述聚晶金刚石的制备方法包括以下步骤：
[0036](1)以10～100ml/min的气体流速在放有纳米金刚石粉体的管式炉中通入氩气，以3
‑
50℃/min的升温速率升温至700～1150℃，保温50～300min，随后以3
‑
50℃/mi的降温速率，然后冷压成型，得到纳米金刚石预压坯；
[0037](2)将步骤(1)所述纳米金刚石预压坯表面进行包覆厚度为0.1～0.5mm的包覆层，放入模具中，先升压至13～16GPa，保压后开始以10～100℃的升温速率升温至1800～2300℃，保温10
‑
80min，随后以10～100℃/min的降温速率同步进行降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，清洁、干燥，得到聚晶金刚石。
[0038]第二方面，本申请提供聚晶金刚石，所述聚晶金刚石由第一方面所述的聚晶金刚石的制备方法制备得到，所述聚晶金刚石的晶粒尺寸从纳米至毫米量级调控。
[0039]本申请提供的聚晶金刚石，晶粒尺寸可控，应用领域更广。
[0040]第三方面，本申请还提供一种聚晶金刚石的用途，所述用途包括将如第二方面所述的聚晶金刚石用于机械加工和/或能源钻探。
[0041]相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0042]本申请通过在聚晶金刚石制备过程中包覆烧结，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，使得其晶粒尺寸在纳米量级至毫米量级有效调控，得到了具有高密度以及超强硬度的聚晶金刚石样品，其硬度可达150GPa，提高
了纳米金刚石硬度与韧性，拓宽了其应用领域，同时在1
‑
2小时实验周期内快速烧结制备了毫米多晶金刚石样品。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0044]图1为本申请实施例提供的聚晶金刚石的制备方法的工艺流程图；
[0045]图2为实施例1中包覆六方氮化硼的微米聚晶金刚石的光学图片；
[0046]图3为实施例1所提供的微米聚晶金刚石在10μm下的SEM图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将纳米金刚石粉体进行加热净化处理，然后压制成型，得到纳米金刚石预压坯；(2)将步骤(1)所述纳米金刚石预压坯表面进行包覆，放入模具中，进行升压升温烧结，保温后降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，得到聚晶金刚石；其中，所述包覆所用的材料包括六方氮化硼、氧化镁或钽中的任意一种或至少两种的组合；不同晶粒尺寸的所述聚晶金刚石采用不用的包覆材料。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，所述包覆材料为六方氮化硼，所述聚晶金刚石的晶粒尺寸为微米级；所述包覆材料为氧化镁，所述聚晶金刚石的晶粒尺寸为纳米级；所述包覆材料为钽，所述聚晶金刚石的晶粒尺寸为毫米级。3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加热净化的温度为700～1150℃；或/和，步骤(1)所述加热净化后的保温时间为50～300min；或/和，步骤(1)所述加热净化的升温速率为3
‑
50℃/min；或/和，步骤(1)所述加热净化的降温速率为3
‑
50℃/min；或/和，步骤(1)所述加热净化的气氛为保护性气氛；或/和，所述保护性气氛的气体流速为10～100ml/min；或/和，所述保护性气氛包括氩气、氮气、氩氢混合气、氮氢混合气。4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述压制成型的方法包括冷压成型。5.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述包覆的厚度为0.1～0.5mm。6.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述升压升温烧结包括：先升压，保压后开始升温；或/和，步骤(2)所述降温降压同时进行；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：马德江，韩云霞，李拥军，王善民，赵予生，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：