一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法技术

本发明专利技术提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，属于超硬材料技术领域，本发明专利技术显著提高聚晶金刚石材料的D

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法


[0001]本专利技术涉及超硬材料
，具体涉及一种聚晶金刚石复合材料合成工 艺方法。

技术介绍

[0002]聚晶金刚石复合材料合成工艺相关的专利及文献研究资料较少，普遍采用 压力曲线为金刚石石墨平衡线以上压力，单一压力曲线，分为升压段，保压段， 降压段；合成温度曲线一般为功率或者电压曲线，分为升温段，保温段，降温 段。
[0003]现有的合成工艺，工艺简单，稳定可靠。但合成出的复合超硬材料未能充 分增加金刚石之间的键合，多数单晶之间靠粘结剂粘接在一起，导致合成后的 聚晶金刚石材料强度低，耐磨性不足。尤其进行金属催化剂萃取处理后，由于 金属催化材料等粘结剂的去除，导致耐磨性反而大大降低。
[0004]因此，需要提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，以解决上述现有 存在的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，能够显著 提高聚晶金刚石材料的D
‑
D键结合，提升材料强度，增加耐磨性。
[0006]为达到上述技术效果，本专利技术提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方 法，采用如下技术方案：
[0007]一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、初步压缩初始材料，将初始材料金刚石放入六面顶压机内，六面 顶压机内设置压力为P1，温度为T1，使温度T1和压力P1保持的时间为t1， 使金刚石颗粒表面软化，并促进金刚石颗粒表面石墨化；r/>[0009]步骤2、石墨中碳原子的溶解，将步骤1中六面顶压机内的压力由P1升 为P2，温度由T1升为T2，使温度T2和压力P2保持的时间为t2，金属催化 剂开始融化，溶解石墨中的碳原子；碳原子在金属催化剂中达到过饱和状态时， 开始在金刚石颗粒之间结晶出金刚石，形成d
‑
d键结合；
[0010]步骤3、金刚石的继续结晶，将步骤2中六面顶压机内的压力由P2升为 P3，温度保持为T2，使温度T2和压力P3保持的时间为t3，使压力P3、温度 T2位于金刚石热力学稳定区的中上部，增加金刚石结晶的速度和数量，使压 力P3和温度T2保持一定时间，步骤2中溶解石墨的碳原子完全结晶为金刚石 材料；
[0011]步骤4、降聚步骤3中金刚石材料内应力，先将步骤3中六面顶压机内的 温度由T2降为T3，然后将步骤3中六面顶压机内的压力由P3降为P4，使温 度T3和压力P4保持的时间为t4，压力P4和温度T3位于金属催化剂熔点线 和金刚石石墨平衡线左边区域，此段压力温度显著降聚晶金刚石材料内应力， 提高性能。
[0012]步骤5、将步骤4中的温度T3降为室温，将步骤4中的压力P4降为常压， 并从六面顶压机内取出金刚石材料，此时的金刚石材料为聚晶金刚石复合材 料。
[0013]进一步的，所述步骤1中，温度T1为1400
‑
1600℃，压力P1为2.5
‑
4Gpa， 时间t4为1
‑
5Min。
[0014]进一步的，所述步骤2中，温度T2为1600
‑
2000℃，压力P2为6.5
‑
8Gpa， 时间t2为2
‑
8Min。
[0015]进一步的，所述步骤3中，温度T2为1600
‑
2000℃，压力P3为7.5
‑
10Gpa， 时间t3为3
‑
10Min。
[0016]进一步的，所述步骤4中，温度T3为900
‑
1100℃，压力P4为2.8
‑
3.5Gpa， 时间t4为1
‑
5Min。
[0017]进一步的，所述步骤2中的金属催化剂为铁钴镍或者其合金。
[0018]进一步的，所述步骤4中的温度T3低于金属催化剂触媒熔点。
[0019]本专利技术的上述技术方案至少包括以下有益效果：
[0020]1、本专利技术显著提高聚晶金刚石材料的D
‑
D键结合，提升材料强度，增加 耐磨性；
[0021]2、本专利技术合成的材料内应力小，冲击性好，良品率高，质量稳定，尤其 是进行产品金属催化剂去除处理后，耐磨性提升50％以上。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中金刚石石墨的平衡相图示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中不同压力、温度和时间下的合成工艺图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例的附图1
‑
2，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显 然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例， 都属于本专利技术保护的范围。
[0025]如图1
‑
2所示：一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，包括以下步骤：
[0026]步骤1、初步压缩初始材料，将初始材料金刚石放入六面顶压机内，六面 顶压机内设置压力为P1，温度为T1，使温度T1和压力P1保持的时间为t1， 使金刚石颗粒表面软化，并促进金刚石颗粒表面石墨化；所述步骤1中，温度 T1为1400
‑
1600℃，压力P1为2.5
‑
4Gpa，时间t4为1
‑
5Min
[0027]步骤2、石墨中碳原子的溶解，将步骤1中六面顶压机内的压力由P1升 为P2，温度由T1升为T2，使温度T2和压力P2保持的时间为t2，金属催化 剂开始融化，溶解石墨中的碳原子；碳原子在金属催化剂中达到过饱和状态时， 开始在金刚石颗粒之间结晶出金刚石，形成d
‑
d键结合；金属催化剂为铁钴镍 或者其合金，所述步骤2中，温度T2为1600
‑
2000℃，压力P2为6.5
‑
8Gpa， 时间t2为2
‑
8Min。
[0028]步骤3、金刚石的继续结晶，将步骤2中六面顶压机内的压力由P2升为 P3，温度保持为T2，使温度T2和压力P3保持的时间为t3，使压力P3、温度 T2位于金刚石热力学稳定区的中上部，增加金刚石结晶的速度和数量，使压 力P3和温度T2保持一定时间，步骤2中溶解
石墨的碳原子完全结晶为金刚石 材料；所述步骤3中，温度T2为1600
‑
2000℃，压力P3为7.5
‑
10Gpa，时间t3 为3
‑
10Min。
[0029]步骤4、降聚步骤3中金刚石材料内应力，先将步骤3中六面顶压机内的 温度由T2降为T3，然后将步骤3中六面顶压机内的压力由P3降为P4，使温 度T3和压力P4保持的时间为t4，压力P4和温度T3位于金属催化剂熔点线 和金刚石石墨平衡线左边区域，此段压力温度显著降聚晶金刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、初步压缩初始材料，将初始材料金刚石混合金属催化剂放入六面顶压机内，六面顶压机内设置压力为P1，温度为T1，使温度T1和压力P1保持的时间为t1，使金刚石颗粒表面软化，并促进金刚石颗粒表面石墨化；步骤2、石墨中碳原子的溶解，将步骤1中六面顶压机内的压力由P1升为P2，温度由T1升为T2，使温度T2和压力P2保持的时间为t2，金属催化剂开始融化，溶解石墨中的碳原子；碳原子在金属催化剂中达到过饱和状态时，开始在金刚石颗粒之间结晶出金刚石，形成d
‑
d键结合；步骤3、金刚石的继续结晶，将步骤2中六面顶压机内的压力由P2升为P3，温度保持为T2，使温度T2和压力P3保持的时间为t3，使压力P3、温度T2位于金刚石热力学稳定区的中上部，增加金刚石结晶的速度和数量，使压力P3和温度T2保持一定时间，步骤2中溶解石墨的碳原子完全结晶为金刚石材料；步骤4、降聚步骤3中金刚石材料内应力，先将步骤3中六面顶压机内的温度由T2降为T3，然后将步骤3中六面顶压机内的压力由P3降为P4，使温度T3和压力P4保持的时间为t4，压力P4和温度T3位于金属催化剂熔点线和金刚石石墨平衡线左边区域，此段压力温度显著降聚晶金刚石材料内应力，提高性能；步骤5、将步骤4中的温度T3降为室温，将步骤4中的压力P4降为常压，并从六面顶压机内取出金刚石材料，此时的金刚石材料为聚晶金刚石...

【专利技术属性】
技术研发人员：万海啸，李新峰，荆留杰，
申请(专利权)人：河南景链新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：