一种双层包覆的金刚石工具烧结方法技术

本发明专利技术涉及一种双层包覆的金刚石工具烧结工艺，包括将双层包覆金刚石与胎体粉混合均匀；将混合粉装入模具进行热压烧结且在低温条件下保温促进表层包覆相扩散；升高温度促进化合物生成，得到高把持力金刚石工具等步骤。通过对制备方法的具体步骤和参数的设定实现了制备高把持力、长寿命的金刚石工具的方法，得到的金刚石工具可实现在避免金刚石颗粒碳化的基础上，构建梯度结合层，显著提高金刚石颗粒的把持力，延长金刚石工具使用寿命。延长金刚石工具使用寿命。延长金刚石工具使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种双层包覆的金刚石工具烧结方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金领域，涉及金刚石工具的烧结制备工艺，尤其涉及一种采用双层包覆金刚石复合粉体进行的金刚石工具烧结工艺。

技术介绍

[0002]金刚石作为一种超硬材料具有高硬度、高强度、高耐磨性以及膨胀系数小等一系列优异的物理化学特性，因此常被用来制作金刚石工具，用于加工硬而脆的难加工材料，在机械、电子、钻探领域有巨大的应用潜能。目前金刚石工具的主流制备方法为粉末冶金法，然而由于金刚石晶体结构为四面体组成的面心立方结构，每个四面体中心与四个顶点的碳原子以共价键紧密相连，由于共价键具有饱和性和定向性，所以其与大部分金属、陶瓷等均难以形成化合键结合。最终导致其与基体的粘结力很小，在工作中易碎裂和整粒脱落，使金刚石工具钝化并降低工具寿命。
[0003]为解决上述问题，在金刚石表面镀覆其它材料就成为人们研究的热点。金刚石经过表面处理后，提高了磨料的强度及其与胎体的结合力，达到隔氧保护、减轻热损伤碳化程度、改善磨具的加工性能及其与基体界面的物理化学性能的目的。目前，金刚石表面镀层使用的材料主要是金属材料。它的最主要几个作用在于提高结合剂胎体对金刚石颗粒的把持力、提高金刚石的力学性能以及在高温下起到隔离保护作用，保护金刚石颗粒不受到其他金属的侵蚀以及热损伤等。
[0004]然而，在金刚石表面镀覆各种金属层以增强胎体金属对金刚石表面的浸润性，但仅仅是在金刚石表面包裹了很薄一层金属，且只有Ti、W等金属可与金刚石表面生成极薄的金属碳化物过渡层，而其他金属在某些工艺条件下未必能与金刚石发生化学冶金反应，导致单层包覆金刚石颗粒与基体的结合力仍然较差，这种机制仍以机械包镶为主。中国专利技术公开文本CN109158589A公开了一种细粒度金刚石工具有序排列的生产方法及其金刚石工具，实现细粒度金刚石有序排列的效果，但是其是在金刚石表面上进行了多层的不同金属粉末的包覆，包覆层与基体的结合力仍然有待提高。

技术实现思路

[0005]针对上述单金属层包覆金刚石过渡层薄、结合力差、金刚石工具寿命短等问题，本专利技术提出在单层金属包覆金刚石的基础上，在外层再包覆一层无定形碳，通过低温渗碳、高温形成碳化物的烧结机制，实现在避免金刚石颗粒碳化的基础上，构建梯度结合层，显著提高金刚石颗粒的把持力，延长金刚石工具使用寿命。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种双层包覆金刚石复合粉体以及金刚石工具的烧结方法，在避免金刚石颗粒碳化的基础上，构建梯度结合层，显著提高金刚石颗粒的把持力，延长金刚石工具使用寿命。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种双层包覆金刚石复合粉体及其金刚石工具的制备方
法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)制备双层包覆金刚石金刚石颗粒；
[0010](2)将双层包覆金刚石与胎体粉混合均匀。
[0011](3)在步骤(1)的基础上，将混合粉装入模具在低温条件下保温促进表层包覆相扩散。
[0012](4)在步骤(3)的基础上，升高温度进行烧结，促进化合物生成，得到高把持力金刚石工具。
[0013]进一步优选，提供一种双层包覆的金刚石工具烧结方法，所述烧结方法包括以下步骤：
[0014](1)对粒度为16/18～8000(按照金刚石颗粒的标准粒度表示方法，16/18即为100/1180μm，8000即为1/2μm，该表示方法均为金刚石颗粒的标准表示方式)(粒度例如可以是16/18、18/20、20/30、30/40、40/50、50/60、60/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/273、270/325、325/400、400、500、600、700、800、1000、1200、1500、2000、2500、3000、4000、5000、8000)(且由于是混合的金刚石颗粒，其内的粒度不一定必然是均一的，一般是某个粒径值到另外一个粒径值得混合颗粒)的金刚石颗粒在真空烧结炉中进行第一层金属的包覆，然后将第一层金属包覆的复合金刚石颗粒置于流化床装置中，在温度为500～580℃的条件下，通入流量体积比为(1～20)：1的惰性气体与烷烃气体的混合气体(二者比例可以例如为1:1、1.5:1、2:1、5:1、8:1、10:1、12:1、15:1、18:1、20:1等)，保温30～120min(例如可以是30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120min)，实现复合金刚石颗粒的双层镀敷，得到双层包覆金刚石颗粒。
[0015](2)将步骤(1)得到的双层包覆金刚石颗粒与胎体粉以1：(3～100)的重量比混合均匀(二者比例可以例如为1:3、1:5、1:8、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90、1:95、1:96、1:98、1:100等)。
[0016](3)将步骤(2)混合均匀的混合粉体装入到模具中，然后整体置于烧结炉内进行低温扩散烧结，压力为10～100MPa(例如可以是10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、10MPa)，温度为180～410℃(例如可以是180、190、200、220、225、235、250、280、300、310、330、350、380、390、400、405、410℃)，保温时间为30～120min(例如可以是30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120min)，促进表层包覆相的扩散。
[0017](4)步骤(3)保温结束后，将烧结炉升高温度至590～830℃(例如可以是590、595、600、620、655、680、700、730、750、780、800、810、815、820、825、830℃)，烧结时间为5～60min(例如可以是5、8、10、15、18、20、22、26、30、35、40、45、50、55、60min)，得到高把持力的金刚石工具产品。
[0018]作为优选，步骤(1)中的第一层金属的包覆采用物理气相沉积包覆方法，具体为将包覆金属粉和粒度为16/18～8000的金刚石按照1：(1～10)的重量比混合(二者比例可以例如为1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8.5、1:9、1:9.2、1:9.8、1:10等)，然后置于真空烧结炉中，在真空状态下加热到800
‑
1000℃(例如可以是800、810、820、830、840、850、860、870、880、900、920、950、955、980、990、995、1000℃)，保温60～120min(例如可以是60、65、70、75、80、85本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层包覆的金刚石工具烧结方法，其特征在于，所述烧结方法包括以下步骤：(1)对粒度为16/18～8000的金刚石颗粒在真空烧结炉中进行第一层金属的包覆，然后将第一层金属包覆的复合金刚石颗粒置于流化床装置中，在温度为500～580℃的条件下，通入流量体积比为(1～20)：1的惰性气体与烷烃气体的混合气体，保温30～120min，实现复合金刚石颗粒的双层镀敷，得到双层包覆金刚石颗粒；(2)将步骤(1)得到的双层包覆金刚石颗粒与胎体粉以1：(3～100)的重量比混合均匀；(3)将步骤(2)混合均匀的混合粉体装入到模具中，然后整体置于烧结炉内进行低温扩散烧结，压力为10～100MPa，温度为180～410℃，保温时间为30～120min，促进表层包覆相的扩散；(4)步骤(3)保温结束后，将烧结炉升高温度至590～830℃，烧结时间为5～60min，得到高把持力的金刚石工具产品。2.根据权利要求1所述的双层包覆的金刚石工具烧结方法，其特征在于，步骤(1)中的第一层金属的包覆采用物理气相沉积包覆方法，具体为将包覆金属粉和粒度为16/18～8000的金刚石按照1：(1～10)的重量比混合，然后置于真空烧结炉中，在真空状态下加热到800～1000℃，保温60～120min，冷却后得到所述第一层金属包覆的复合金刚石颗粒。3.根据权利要求1所述的双层包覆的金刚石工具烧结方法，其特征在于，步骤(1)中的所述流化床装置为带有加热部件的流化床反应器；温度为550℃；所述惰性气体为氩气，所述烷烃气体为甲烷气体。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔景毅，杨亚锋，李少夫，芦亚楠，安文文，李晓峰，辛胜奇，
申请(专利权)人：河南颍川新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：