聚晶金刚石复合片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。本发明专利技术聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层以及过渡层，所述过渡层层叠结合在所述硬质合金基体层与所述聚晶金刚石层之间，所述聚晶金刚石层的背离所述硬质合金基体层的表面上结合有CVD金刚石层。本发明专利技术聚晶金刚石复合片通过在聚晶金刚石层的外表面增设CVD金刚石层，在与硬质合金基体层之间增设过渡层，通过各层的协同作用，赋予上述聚晶金刚石复合片优异的耐磨性能和耐高温性能，而且聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合强度得到提高。其制备方法制备的聚晶金刚石复合片性能稳定。

Polycrystalline diamond composite sheet and its preparation method

The invention discloses a polycrystalline diamond composite sheet and a preparation method thereof. The polycrystalline diamond composite sheet comprises a cemented carbide base layer, a polycrystalline diamond layer and a transition layer, which is stacked between the cemented carbide base layer and the polycrystalline diamond layer, and the surface of the polycrystalline diamond layer deviating from the cemented carbide base layer is bonded with a CVD diamond layer. The polycrystalline diamond composite sheet of the invention adds a CVD diamond layer on the outer surface of the polycrystalline diamond layer and a transition layer between the polycrystalline diamond layer and the cemented carbide matrix layer. Through the synergistic effect of each layer, the polycrystalline diamond composite sheet has excellent wear resistance and high temperature resistance, and the bonding strength between the polycrystalline diamond layer and the cemented carbide matrix is improved. The polycrystalline diamond composite sheet prepared by the preparation method has stable performance.

【技术实现步骤摘要】
聚晶金刚石复合片及其制备方法
本专利技术属于超硬复合材料
，具体的是涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。
技术介绍
聚晶金刚石复合片(PolycrystallineDiamondCompacts，简称PDC复合片)是由硬质合金层与聚晶金刚石层组成的超硬复合材料，其具备了金刚石的高耐磨性和硬质合金的韧性、可焊接性特点。而且，金刚石具有高导热性的优点，在刀具材料的切削使用过程中及时将热量导出，减少热量在聚晶金刚石复合片局部的富集，延长复合片的使用寿命。因此，聚晶金刚石复合片被作为优良的切削刀具材料而被广泛应用，尤其在石油、地质钻探和机械加工行业。聚晶金刚石复合片一般是将金刚石微粉平铺于硬质合金基体上方，在高温高压条件进行合成的。在合成聚晶金刚石复合片的过程中，硬质合金基体中的Co、Ni和Fe等成分在高温高压下向金刚石微粉层熔渗扩散，促使金刚石颗粒的再结晶生长，实现金刚石颗粒之间的键合及聚晶金刚石层与硬质合金基体的连接。然而，烧结完成之后的复合片成品中，在聚晶金刚石层尤其在金刚石颗粒间隙处，残留大量金属Co、Ni和Fe成分。复合片在高速磨削作用下加工面局部温度都能达到甚至超过700℃，残留金属成分催化金刚石向石墨转化。石墨化现象的发生，一方面，金刚石体积膨胀，对键合的金刚石键产生局部作用力，大大削弱了金刚石颗粒之间的结合强度；另一方面，金属Co的热膨胀系数远远大于金刚石的热膨胀系数，高温下Co等金属与金刚石的界面处，产生很强的作用力，极易形成微观裂纹，使PDC层变得疏松，大大的降低聚晶金刚石复合片的质量。残留在聚晶金刚石层中的Co、Ni和Fe等金属成分，对于成品复合片是有害的。因此，在合成PDC复合片的过程中，应尽可能地减少金属成分在复合片中的含量，以期提高复合片的耐磨性和耐热性。目前也出现了一些试图降低聚晶金刚石层中的Co、Ni和Fe等金属成分，来提高PDC复合片耐磨性和耐热性的技术。如利用化学气相沉积法(简称CVD法)来生产具有一定厚度的聚晶金刚石为基础，将CVD法与传统的聚晶金刚石复合片合成法相结合，促进PDC复合片的质量提高。但是，在实际应用过程中发现，该方法制备的PDC复合片在聚晶金刚石层与硬质合金基体界面处残余应力较大，主要是由于组成PDC复合片材料物理特性的差异，如热膨胀系数、杨氏模量等。在成品PDC复合片的使用过程中，容易发生聚晶金刚石层脱落的现象。在公开的另一技术方案中试图改善聚晶金刚石层与硬质合金基体界面处残余应力，增强两者的结合强度，但是依然会导致在形成的聚晶金刚石层中的金属成分如Co残留量较大，依然造成成品PDC复合片的耐磨性、耐热性能较差。因此，如何有效增强成品PDC复合片的耐磨性、耐热性能同时又能有效增强聚晶金刚石层与硬质合金基体界面的结合力是本领域一直希望解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，以解决现有聚晶金刚石复合片存在的耐磨性、耐热性不理想和/或所含聚晶金刚石层与硬质合金基体界面的结合力差的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层，还包括过渡层，所述过渡层层叠结合在所述硬质合金基体层与所述聚晶金刚石层之间，所述聚晶金刚石层的背离所述硬质合金基体层的表面上镶嵌有CVD金刚石层。本专利技术的另一方面，提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括如下步骤：获取CVD金刚石膜，并进行切割处理，形成CVD金刚石层；在所述CVD金刚石层一表面上依次铺设第二金刚石微粉层、过度层粉体层，再在所述过度层粉体层上层叠硬质合金基体，形成聚晶金刚石复合片的前驱体；将所述前驱体所处的环境进行抽真空处理，后按照聚晶金刚石生成条件进行烧结处理。与现有技术相比，上述聚晶金刚石复合片通过在聚晶金刚石层的外表面增设CVD金刚石层，在与硬质合金基体层之间增设过渡层，通过各层的协同作用，赋予上述聚晶金刚石复合片优异的耐磨性能和耐高温性能，而且聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合强度。上述聚晶金刚石复合片制备方法将CVD金刚石层与第二金刚石微粉层、过度层粉体层以及硬质合金基体进行一体烧结形成，由于CVD金刚石层自身的特性，使得烧结第二金刚石粉层生成的聚晶金刚石层具有高择尤取向的细晶，杂质金属含量少，提高了聚晶金刚石复合片的耐磨性，而且生成的聚晶金刚石层成分与CVD金刚石层成分为相同物质，从而使得CVD金刚石层与聚晶金刚石层结合强度高。过度粉体层与第二金刚石微粉层和硬质合金基体一起烧结，从而使得相应生成的过度层、聚晶金刚石层、硬质合金基体三者结合强度高，而且也提高了聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性。另外，其制备方法工艺条件易控，制备的聚晶金刚石复合片性能稳定。附图说明图1是本专利技术实施例聚晶金刚石复合片的结构示意图；图2是本专利技术实施例聚晶金刚石复合片制备方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供了一种聚晶金刚石复合片。所述聚晶金刚石复合片的结构如图1所示，其包括硬质合金基体层1，沿硬质合金基体层1中心向表面延伸的方向，在硬质合金基体层1的一表面上依次层叠结合有过渡层2和聚晶金刚石层3。在聚晶金刚石层3的外表面上还结合有CVD金刚石层4。其中，上述聚晶金刚石复合片所含的硬质合金基体层1可以是选用常规的聚晶金刚石复合片所含的硬质合金基体。上述聚晶金刚石复合片所含的过渡层2有效结合在硬质合金基体层1和聚晶金刚石层3之间，能够有效释放聚晶金刚石层3与硬质合金基体层1界面的应力，从而提高聚晶金刚石层3与硬质合金基体层1之间的结合强度。在一实施例中，所述过渡层2是由过渡层粉体烧结形成。在具体实施例中，过渡层粉体烧结形成过渡层2按照下午聚晶金刚石复合片的制备方法进行。其中，所述过渡层粉体包括如下质量百分比的组分：第一金刚石微粉65％-85％、碳化钨颗粒10％-25％、结合剂5％-10％。在具体实施例中，过渡层粉体所含的第一金刚石微粉的粒径为5-65μm，其含量可以是65％、68％、70％、72％、75％、77％、78％、80％、82％、85％、等。在另一具体实施例中，碳化钨的粒径为1-10μm，其含量可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、23％、25％等。在又一具体实施例中，结合剂的粒径为5-10μm。另外，该结合剂为由包括Fe、Co和Ni中的至少一种金属颗粒组成。其含量可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％等。上述各实施例中的过渡层粉体通过对其成分的控制和优化，烧结后形成的过渡层2能够有效释放聚晶金刚石层3与硬质合金基体层1界面的应力，从而提高聚晶金刚石层3与硬质合金基体层1之间的结合强度的同时，还能起到缓冲作用，降低硬质合金基体层1中所含的Co、Ni和Fe成分金属在烧结过程中直接向聚晶金刚石层3中扩散，从而降低聚晶金刚石层3中残留金属的含量，从而提高其耐磨性能和耐高温性能。另外，在一实施例中，上述过渡层2的厚度与聚晶金刚石层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层，其特征在于：还包括过渡层，所述过渡层层叠结合在所述硬质合金基体层与所述聚晶金刚石层之间，所述聚晶金刚石层的背离所述硬质合金基体层的表面上结合有CVD金刚石层。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体层和聚晶金刚石层，其特征在于：还包括过渡层，所述过渡层层叠结合在所述硬质合金基体层与所述聚晶金刚石层之间，所述聚晶金刚石层的背离所述硬质合金基体层的表面上结合有CVD金刚石层。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述过渡层是由过渡层粉体烧结形成；所述过渡层粉体包括如下质量百分比的组分：第一金刚石微粉65％-85％、碳化钨颗粒10％-25％、结合剂5％-10％。3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述第一金刚石微粉的粒径为5-65μm，碳化钨的粒径为1-10μm，结合剂的粒径为5-10μm；所述结合剂为由包括Fe、Co和Ni中的至少一种金属颗粒组成。4.根据权利要求1-3任一所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述过渡层的厚度与所述聚晶金刚石层和CVD金刚石层的总厚度比为(0.5-1)：1；和/或所述过渡层的厚度为0.5-1.5mm。5.根据权利要求1-3任一所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述CVD金刚石层为CVD金刚石圆柱体，所述CVD金刚石圆柱体的一端镶嵌于所述聚晶金刚石层的表面上；且所述CVD金刚石圆柱体的直径为10-20mm，厚度为0.5-1mm；和/或所述CVD金刚石层的厚度与所述聚晶金刚石层与CVD金刚石层的总厚度比为(0.2-0.5)：1。6.一种聚晶金刚石复合片的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，谷继腾，杨扬，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44