一种聚晶金刚石复合片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超硬材料合成技术领域，提供一种聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石工作层和硬质合金基底层组成，所述聚晶金刚石工作层的原料为脱气剂和具有一定表面清洁度的金刚石颗粒的混合物；所述金刚石颗粒由金刚石主粒度颗粒和金刚石辅粒度颗粒组成，金刚石主粒度颗粒占金刚石颗粒的重量百分比为70％‑100％。还提供了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，具体为：将聚晶金刚石工作层的原料置于硬质合金基底层上，经两段高温高压烧结合成。本发明专利技术的聚晶金刚石复合片具有高抗崩刃性、高抗冲击强度、高耐磨性和精加工的表面光洁度，因而具有更高的使用性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石复合片及其制备方法
本专利技术涉及超硬材料合成
，特别涉及一种聚晶金刚石复合片及其制备方法。
技术介绍
聚晶金刚石复合片的结构一般由聚晶金刚石工作层和硬质合金基底层组成，目前聚晶金刚石复合片的制备方法主要通过将金刚石颗粒和硬质合金基底层组装后在高温高压条件下烧结合成。聚晶金刚石复合片主要用于钻探钻头和切削刀具等领域。在钻探行业，对钻头上的聚晶金刚石复合片要求具有比较好的抗冲击强度和耐磨性。在切削刀具行业，对刀具上的聚晶金刚石复合片要求具有较高的切削光洁度和抗崩刃性。但是，在实际生产中，聚晶金刚石复合片的抗冲击强度、耐磨性、切削光洁度、抗崩刃性主要通过调整聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石工作层原料金刚石颗粒的粒径大小来调节，增大金刚石颗粒的粒径，可以提高烧结合成后的聚晶金刚石工作层的耐磨性和抗冲击强度，但是抗崩刃性、切削光洁度会降低；减小金刚石颗粒的粒径，可以提高烧结合成后的聚晶金刚石工作层的抗崩刃性和切削光洁度，但是耐磨性、抗冲击强度会降低。从目前的的聚晶金刚石复合片的实际生产上来看，两者是对立矛盾的，因此，主要根据实际使用场合的应用需求，选择合理粒度的原料金刚石颗粒。例如，在钻探用钻头上使用的聚晶金刚石复合片上的聚晶金刚石工作层的金刚石原料粒度一般为6微米－30微米，常用金刚石粒度为8微米-20微米。金刚石粒度低于8微米，耐磨性差。金刚石粒度高于20微米，抗崩刃性差，使用寿命降低。在切削刀具上使用的聚晶金刚石复合片上的聚晶金刚石工作层的金刚石原料粒度一般为1微米-30微米，用于精加工或超精加工时，选用1微米-5微米左右的原料金刚石颗粒，烧结合成的聚晶金刚石复合片上的聚晶金刚石工作层抗崩刃性好，切削光洁度高，切削粗糙度可达到Ra0.1微米；用于粗加工时，选用10微米-30微米、平均粒径10微米左右的原料金刚石颗粒，得到的聚晶金刚石工作层耐磨性高、抗冲击强度高，但是抗崩刃性差、光洁度低。但是随着技术的不断进步以及加工环境的复杂性提升，不管是钻探用还是切削刀具用，都对聚晶金刚石复合片的综合性能提出更高的要求。因此，还需要对聚晶金刚石复合片及其制备方法进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石工作层和硬质合金基底层组成，所述聚晶金刚石工作层的原料为具有一定表面清洁度的金刚石颗粒和脱气剂的混合物，聚晶金刚石工作层的原料在室温下气孔率为30％-45％；所述金刚石颗粒由金刚石主粒度颗粒和金刚石辅粒度颗粒组成，所述金刚石主粒度颗粒的粒径为35微米-275微米；所述金刚石辅粒度颗粒的粒径小于等于金刚石主粒度颗粒的1/4粒径，金刚石主粒度颗粒占金刚石颗粒的重量百分比为70％-100％；所述脱气剂为金刚石颗粒重量的0.1％-3.0％；所述硬质合金基底层原料为含钴碳化钨。优选的，所述脱气剂为金属锆粉、锆铜合金、锆铝合金、锆镍合金、碳化锆、金属钛粉、钛合金、碳化钛的一种或几种。优选的，所述硬质合金基底层的钴含量为12-16wt％。优选的，金刚石颗粒的表面清洁度为：金刚石颗粒粒径小于3微米，其表面杂质含量小于55ppm；金刚石颗粒粒径在3微米-40微米，其表面杂质含量小于40ppm；金刚石颗粒粒径在40微米-60微米，其表面杂质含量小于27ppm；金刚石颗粒粒径大于60微米，其表面杂质含量小于15ppm。一种聚晶金刚石复合片的制备方法，将聚晶金刚石工作层的原料置于硬质合金基底层上，经两段高温高压烧结合成；第一段高温高压：合成高压为6500-7500MPa，合成温度1173.15-1373.15K，合成加热时间为3.5-6分钟；第二段高温高压：合成高压为6500-7500MPa，合成温度1723.15-1823.15K，合成加热时间为8-16分钟。优选的，金刚石颗粒按粒度大小分为多个连续的粒度段，金刚石主粒度颗粒选用其中一个粒度段或相邻的两到三个的粒度段的混合，金刚石辅粒度颗粒选用其中一个粒度段或更细的多个粒度段的混合。优选的，聚晶金刚石工作层的原料和硬质合金基底层置于耐高温金属杯中。优选的，所述耐高温金属杯材质为钽、钼、铌、锆的其中一种或几种组合。有益效果：1、采用35微米-275微米金刚石主粒度颗粒作为主要原料，其具有较宽的钴渗透线有利于硬质合金基底层的钴对金刚石工作层的扫越式渗透。聚晶金刚石工作层中大粒径金刚石主粒度颗粒较少的总表面积有利于金刚石晶面间的再结晶金刚石生长。生成的聚晶金刚石工作层结构均匀、内部缺陷少。极大地提高本专利技术制备的聚晶金刚石复合片产品的抗冲击强度。2、金刚石颗粒之间大部分生成键键结合的再结晶金刚石，形成一个较为完整的整体金刚石工作层，解决了大粒度聚晶金刚石复合片的抗崩刃性差的问题。3、本专利技术的聚晶金刚石复合片中金刚石颗粒在聚晶金刚石工作层的体积比大于96％，聚晶金刚石工作层中的钴金属与聚晶金刚石工作层的体积比小于2％。该结构极大地提高本专利技术制备的聚晶金刚石复合片产品的耐磨性。综上所述，本专利技术的聚晶金刚石复合片具有高抗崩刃性、高抗冲击强度、高耐磨性和精加工的表面光洁度，因而具有更高的使用性能和使用寿命。附图说明图1是本专利技术的聚晶金刚石复合片合成压制前剖面结构示意图。图2是本专利技术的聚晶金刚石复合片合成压制中剖面结构示意图。图3是本专利技术的聚晶金刚石复合片合成压制后剖面结构示意图。图4为本专利技术的聚晶金刚石复合片的结构示意图。具体实施方式下面通过对实施例的描述，对本专利技术作进一步详细说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。如图4所示，本专利技术的一种聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石工作层10和硬质合金基底层20组成，所述聚晶金刚石工作层的原料为具有一定表面清洁度的金刚石颗粒和脱气剂的混合物，聚晶金刚石工作层的原料在室温下气孔率为30％-45％；所述金刚石颗粒由金刚石主粒度颗粒和金刚石辅粒度颗粒组成，所述金刚石主粒度颗粒的粒径为35微米-275微米；所述金刚石辅粒度颗粒的粒径小于等于金刚石主粒度颗粒的1/4粒径，金刚石主粒度颗粒占金刚石颗粒的重量百分比为70％-100％；所述脱气剂为金刚石颗粒重量的0.1％-3.0％；所述硬质合金基底层原料为含钴碳化钨。具体的，脱气剂为金属锆粉、锆铜合金、锆铝合金、锆镍合金、碳化锆、金属钛粉、钛合金、碳化钛的一种或几种。具体的，所述硬质合金基底层的钴含量为12-16wt％。具体的，聚晶金刚石工作层的原料在室温下空气气孔率为30％-45％。具体的，金刚石颗粒经过酸处理、高温碱处理、纯净水清洗或超声波清洗等清理工序，使其表面清洁度至少满足以下条件：金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石工作层和硬质合金基底层组成，其特征在于：所述聚晶金刚石工作层的原料为脱气剂和具有一定表面清洁度的金刚石颗粒的混合物，聚晶金刚石工作层的原料在室温下气孔率为30％-45％；所述金刚石颗粒由金刚石主粒度颗粒和金刚石辅粒度颗粒组成，所述金刚石主粒度颗粒的粒径为35微米-275微米；所述金刚石辅粒度颗粒的粒径小于等于金刚石主粒度颗粒的1/4粒径，金刚石主粒度颗粒占金刚石颗粒的重量百分比为70％-100％；所述脱气剂为金刚石颗粒重量的0.1％-3.0％；所述硬质合金基底层原料为含钴碳化钨。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合片，所述聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石工作层和硬质合金基底层组成，其特征在于：所述聚晶金刚石工作层的原料为脱气剂和具有一定表面清洁度的金刚石颗粒的混合物，聚晶金刚石工作层的原料在室温下气孔率为30％-45％；所述金刚石颗粒由金刚石主粒度颗粒和金刚石辅粒度颗粒组成，所述金刚石主粒度颗粒的粒径为35微米-275微米；所述金刚石辅粒度颗粒的粒径小于等于金刚石主粒度颗粒的1/4粒径，金刚石主粒度颗粒占金刚石颗粒的重量百分比为70％-100％；所述脱气剂为金刚石颗粒重量的0.1％-3.0％；所述硬质合金基底层原料为含钴碳化钨。


2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述脱气剂为金属锆粉、锆铜合金、锆铝合金、锆镍合金、碳化锆、金属钛粉、钛合金、碳化钛的一种或几种。


3.根据权利要求1或2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述硬质合金基底层的钴含量为12-16wt％。


4.根据权利要求3所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：金刚石颗粒的表面清洁度为：金刚石颗粒粒径小于3微米，其表面杂质含量小于55ppm；金刚石颗粒粒径在3微米-40微米，其表面杂质含量小于40ppm；金刚石颗粒粒径在40...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹泽宏，李海燕，崔静芝，李长虹，
申请(专利权)人：郑州益奇超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41