一种金刚石聚晶复合片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金刚石聚晶复合片及其制备方法。所述的金刚石聚晶复合片，包括硬质合金基体层和金刚石聚晶层，其中硬质合金基体层按重量百分比计，其组成为：钛和/或复合钛10‑20％、粘合剂10‑20％、抑制剂0‑3％、余量为碳化钨；所述复合钛为碳化钛和/或碳氮化钛。该复合片的制备方法包括以下步骤：1)获得用于制备金刚石聚晶层的混合物料，经还原后得到金刚石混合物；2)按权利要求1所述配方称取各组分，混合均匀，经成型、烧结，得到硬质合金基体；3)将金刚石混合物和硬质合金基体置于模具中，使用六面顶液压机进行压制，即得到所述的金刚石聚晶复合片本发明专利技术所述金刚石聚晶复合片具有优良的耐磨性且生产成本降低。

A kind of diamond polycrystalline composite sheet and its preparation method

The invention discloses a diamond polycrystalline composite sheet and a preparation method thereof. The diamond polycrystalline composite sheet comprises a cemented carbide matrix layer and a diamond polycrystalline layer, in which the cemented carbide matrix layer is composed of titanium and/or composite titanium 10_20%, binder 10_20%, inhibitor 0_3%, residual amount of tungsten carbide, and the composite titanium is titanium carbide and/or titanium carbide in weight percentage. The preparation method of the composite sheet includes the following steps: 1) obtaining the mixture used to prepare the polycrystalline layer of diamond, and then obtaining the mixture of diamond after reduction; 2) weighing the components according to the prescription mentioned in claim 1, mixing evenly, forming and sintering, and obtaining the cemented carbide matrix; 3) placing the mixture of diamond and the cemented carbide matrix in the mould, and pressing with a six-sided top hydraulic press. The diamond polycrystalline composite sheet has excellent wear resistance and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石聚晶复合片及其制备方法
本专利技术涉及一种超硬复合材料，具体涉及一种金刚石聚晶复合片及其制备方法。
技术介绍
金刚石聚晶复合片是一种金刚石聚晶与硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性好的特点。现有聚晶金刚石-硬质合金复合片通常采用钨钴类硬质合金作为基体材料，然后在高温(通常为1350-1650℃)、高压(通常在4.5Gpa以上)的一次合成。金刚石聚晶复合片于1973年美国GE公司第一次生产出来后，由于其具有比硬质合金毫不逊色的硬度，以及几十倍甚至上百倍的耐磨性能，已经在地质勘探、石油、煤矿开采、桥梁路基等方面逐渐取代原先的硬质合金钻头。我国金刚石聚晶复合片的研究起步比较晚，于上世纪90年代年郑州三磨所首次在高温高压条件下成功合成第一片用于商业化的金刚石聚晶复合片。经过20多年时间的研究，我国的金刚石聚晶复合片质量虽然得到了较大提升，但产品竞争力相对国外尚不具优势，具体体现在金刚石聚晶耐磨性能不高、抗冲击性能低、耐热性能较差、生产制作成本高等因素，而在石油开采等产品性能要求较高的高端金刚石聚晶复合片国内长时间均依靠进口。纵观国内外金刚石聚晶复合片的生产，都基于高温1400℃，高压4.5GPa以上的条件下，利用金刚石微粉或者石墨微粉作为碳源，与硬质合金基体复合而成聚晶复合片。选择硬质合金作为制造金刚石聚晶复合片的优点有：硬质合金硬度大强度高，可以作为支撑金刚石聚晶的材质，使其不容易变形；硬质合金的可焊接性强，可以使金刚石聚晶很容易地焊接在底座上；由于硬质合金为碳化物和钴的烧结体，而钴属于制造金刚石聚晶复合片最常用的催化剂。现有硬质合金基体主要以碳化钨、钴类合金为主，以质量分数计碳化钨含量从80％-94％，钴6％-20％。碳化钨的大量使用虽可为基体提供硬度支持，但其费用较高，导致聚晶片的生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种保证基体硬度并使所得聚晶片耐磨性有所提高且生产成本降低的金刚石聚晶复合片及其制备方法。本专利技术所述的金刚石聚晶复合片，包括硬质合金基体层和金刚石聚晶层，所述硬质合金基体层按重量百分比计，其组成为：钛和/或复合钛10-20％、粘合剂10-20％、抑制剂0-3％、余量为碳化钨；其中所述的复合钛为碳化钛和/或碳氮化钛本专利技术所述配方中涉及的各组分均以粉末形式参与配料，钛、碳化钛及碳氮化钛的粉末粒度均优选为0.1-50μm，粘结剂的粒度优选为0.1-50μm，抑制剂的粒度优选为0.1-50μm，碳化钨粒度优选为0.1-50μm。上述技术方案中，所述硬质合金基体层各组分的组成优选为：钛和/或碳化钛10-15％、粘合剂15-20％、抑制剂0-1％、余量为碳化钨。更优选为：钛和/或碳化钛10-13％、粘合剂15-18％、抑制剂0.5-1％、余量为碳化钨。上述技术方案中，所述的抑制剂为碳化铬和/或碳化钽，优选为碳化铬。上述技术方案中，所述的粘合剂的选择与现有技术相同，具体可以是选自铁、钴和镍中的一种或两种以上的组合，优选为钴，或者是钴和镍的组合。上述技术方案中，所述金刚石聚晶层的配方与现有技术相同，具体的，其组成按重量百分比计为：粘合剂0-50％、余量为金刚石。所述粘合剂和金刚石均以粉末形式参与配料，其中粘合剂的粒度优选为0.1-50μm，金刚石的粒度优选为1-80μm。所述粘合剂可以是选自铁、钴和镍中的一种或两种以上的组合，优选为钴。本专利技术还提供上述金刚石聚晶复合片的制备方法，包括以下步骤：1)获得用于制备金刚石聚晶层的混合物料，经还原后得到金刚石混合物；2)按权利要求1所述配方称取各组分，混合均匀，经成型、烧结，得到硬质合金基体；3)将金刚石混合物和硬质合金基体置于保温传压介质中，使用六面顶液压机进行压制，即得到所述的金刚石聚晶复合片。上述制备方法的步骤1)中，制备金刚石聚晶层的配方与现有技术相同，具体可以参考前述选择。通常在氢气气氛中还原。上述制备方法的步骤2)中，通常采用球磨实现各组分的混合均匀，所涉及的成型、烧结等操作均与现有技术相同。上述制备方法的步骤3)中，所述的保温传压介质及后续的压制工艺等均与现有技术相同，具体的，保温传压介质通常为叶蜡石，通常是先置于屏蔽杯中再置于保温传压介质中使用六面顶液压机进行压制；所述使用六面顶液压机进行压制的工艺条件为：压力为4.5-8GPa，温度为1400-1650℃，时间为5-30min。与现有技术相比，本专利技术在硬质合金基体中加入特定配比的钛和/或复合钛，一方面，利用钛和复合钛的高硬度特性提高了硬质合金基体硬度；另一方面，加入钛或复合钛后，钛或复合钛会抑制基体中的钴渗透到金刚石层中，导致残留在金刚石层中的钴相对减少，从而使所得金刚石聚晶片具有更高的耐磨性(金刚石层中钴的含量越高其耐磨性越差，但是钴的存在有利于金刚石层的烧结)，因此，钛或复合钛的加入提高了所得高金刚石聚晶片的耐磨性；再者，由于复合钛(特别是碳化钛)的密度较碳化钨的密度小，因此，同样体积的基体所需碳化钛的质量较碳化钨的小，由此则降低了聚晶片的生产制造成本(碳化钛的成本约为70元/千克，碳化钨的成本约为230元/千克)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详述，以更好地理解本专利技术的内容，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例11)按重量百分比计，称取92％的金刚石微粉和8％的钴粉，置于球磨罐中球磨2h，所得物料置于氢气氛下还原3h，得到金刚石混合物；2)按重量百分比计，称取72％的碳化钨粉、11％的碳化钛粉、16％的钴粉、0.5％的镍粉和0.5％的碳化铬粉，置于球磨罐中，以乙酸为湿磨介质，球磨30h，烘干后制粒，然后压制成型，再置于真空炉中按现有常规工艺(1450℃保温烧结50min)进行真空烧结，冷却，过压处理(1400℃保温40min)后得到硬质合金基体；3)将金刚石混合物和硬质合金基体置于金属屏蔽杯中再装入叶腊石内，使用六面顶液压机进行压制(压制工艺条件为：在5GPa、1450℃条件下压制10min)，即得到所述的金刚石聚晶复合片。对比例1重复实施例1，不同的是：步骤2)中的硬质合金基体配方修改为传统YG16基体配方(即84％的碳化钨微粉和16％的钴粉)，其余均与实施例1相同。对比例2重复实施例1，不同的是：步骤2)中的硬质合金基体配方修改为：称取75％的碳化钨粉、8％的碳化钛粉、16％的钴粉、0.5％的镍粉和0.5％的碳化铬粉，其余均与实施例1相同。对比例3重复实施例1，不同的是：步骤2)中的硬质合金基体配方修改为：称取58％的碳化钨粉、25％的碳化钛粉、16％的钴粉、0.5％的镍粉和0.5％的碳化铬粉，其余均与实施例1相同。实施例21)按重量百分比计，称取90％的金刚石微粉和10％的钴粉，置于球磨罐中球磨3h，所得物料置于氢气氛下还原3h，得到金刚石混合物；2)按重量百分比计，称取74％的碳化钨粉、10％的碳化钛粉、15％的钴粉、0.5％的镍粉和0.5％的碳化铬粉，置于球磨罐中，以乙酸为湿磨介质，球磨60h，烘干后制粒，然后压制成型，再置于真空炉中按现有常规工艺(1400℃保温烧结70min)进行真空烧结，冷却，过压处理(1300℃保温30min)后得到硬质合金基体；3)将金刚石混合物和硬质合金基体置于金属屏蔽杯中再装入叶腊石内，使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石聚晶复合片，包括硬质合金基体层和金刚石聚晶层，其特征在于：所述硬质合金基体层按重量百分比计，其组成为：钛和/或复合钛10‑20％、粘合剂10‑20％、抑制剂0‑3％、余量为碳化钨；其中所述的复合钛为碳化钛和/或碳氮化钛。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石聚晶复合片，包括硬质合金基体层和金刚石聚晶层，其特征在于：所述硬质合金基体层按重量百分比计，其组成为：钛和/或复合钛10-20％、粘合剂10-20％、抑制剂0-3％、余量为碳化钨；其中所述的复合钛为碳化钛和/或碳氮化钛。2.根据权利要求1所述的金刚石聚晶复合片，其特征在于：所述硬质合金基体层各组分的组成为：钛和/或碳化钛10-15％、粘合剂15-20％、抑制剂0-1％、余量为碳化钨。3.根据权利要求1所述的金刚石聚晶复合片，其特征在于：所述硬质合金基体层各组分的组成为：钛和/或碳化钛10-13％、粘合剂15-18％、抑制剂0.5-1％、余量为碳化钨。4.根据权利要求1-3中任一项所述的金刚石聚晶复合片，其特征在于：所述的抑制剂为碳化铬和/或碳化钽。5.根据权利要求1-3中任一项所述的金刚石聚晶复合片，其特征在于：所述的粘合剂为选自铁、钴和...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫一君，刘振辉，张玉荣，莫铭忠，王祖德，
申请(专利权)人：桂林星钻超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45