一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料制造技术

一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料，坯料为微量硼掺杂金刚石制成，硼掺杂浓度为1

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料


[0001]本专利技术涉及一种金刚石砂轮修整工具坯料，尤其涉及一种高耐磨性的硼掺杂CVD金刚石砂轮修整工具坯料。

技术介绍

[0002]金刚石的硬度在所有已知物质中是最高的，可达到1.0
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4 kg/mm2，它的绝对硬度是刚玉的150倍，是石英的1150倍，结合金刚石极低的摩擦系数、高热导率、稳定的化学性能，在机械加工用途上应用特别广泛。随着CVD（化学气相沉积）金刚石技术日渐成熟，机械级金刚石自支撑膜产品，包括修整条、切削刀具刀尖以及其他抗摩擦磨损工具，被市场逐渐接受。
[0003]制造修整工具、刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并且不易变形。CVD金刚石在机械加工领域的优势主要在于其无与伦比的硬度，但是金刚石的耐磨性和抗氧化性不是特别优异，还有一定的提升空间，尤其是其应用至砂轮修整工具坯料方面，其耐磨性和抗氧化性亟待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术弊端，提供一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料，采用直流电弧等离子体喷射法制备硼掺杂金刚石，并控制硼掺杂量为1
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‑3，提高了CVD金刚石砂轮修整工具坯料的耐磨性和抗氧化性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料，所述坯料为微量硼掺杂金刚石制成，硼掺杂浓度为1
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‑3。
[0006]上述高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料，所述微量硼掺杂金刚石采用直流电弧等离子体喷射法制备而成。
[0007]本专利技术的有益效果是：本专利技术微量硼掺杂金刚石砂轮修整工具坯料选用的CVD金刚石在自然光照射下发蓝，由此制备成的金刚石砂轮修整工具坯料相比于同参数的无硼掺杂的金刚石砂轮修整工具坯料的耐磨性和抗氧化性更高，具体为：本专利技术采用微量硼掺杂金刚石制成的CVD金刚石砂轮修整工具坯料比同参数的无硼掺杂金刚石制成的CVD金刚石砂轮修整工具坯料磨耗比高出1/3
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2/3；且本专利技术采用微量硼掺杂金刚石制成的CVD金刚石砂轮修整工具坯料热失重的起始温度要比无硼掺杂金刚石制成的CVD金刚石砂轮修整工具坯料高大约100℃。
[0008]本专利技术在金刚石砂轮修整工具坯料选用的CVD金刚石中掺入微量硼还能显著降低生产成本，提高生产效率。具有相同耐磨性的纯CVD金刚石砂轮修整工具坯料和微量硼掺杂CVD金刚石砂轮修整工具坯料相比，微量硼掺杂CVD金刚石砂轮修整工具坯料的生长速率可提高一倍，减少生长时长，这是因为CVD金刚石的磨耗比与生长速率有关，在其他条件一致
的情况下，生长速率越慢，金刚石的磨耗比就越高。微量掺硼能够增加金刚石的磨耗比，那么同等磨耗比要求下，掺硼金刚石的生长速率就可以比无硼金刚石更快，从而降低生产的水、电、人工等成本，还能减短出货期。
附图说明
[0009]图1硼源装置及气体进出示意图；图2为本专利技术实施例1制备硼掺杂金刚石的表面形态图；图3为对比例1无硼掺杂金刚石的表面形态图；图4为对比例2大量硼掺杂金刚石的表面形态图。
具体实施方式
[0010]CVD金刚石砂轮修整工具坯料一般都是天然金刚石或者人造金刚石，其中人造金刚石修整工具比天然金刚石修整工具质量更稳定。天然金刚石由于尺寸限制，多采用单点式修整器，修整效率不高，且天然金刚石硬度一致性差，造成修整耐磨性的差异，无法预测修整界面的变化规律，导致修整工艺的不确定性。人造金刚石的结构非常均匀，尺寸和形状都可以按要求制作，人造金刚石修整工具可以保证砂轮的修整工艺，获得稳定一致的修整质量。
[0011]本专利技术限定的高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料为掺硼金刚石，区别于普通的CVD金刚石砂轮修整工具坯料，无论是文献和还是市场中都没有见过采用掺硼金刚石制备成的高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料。
[0012]本专利技术限定金刚石中硼掺杂浓度为1
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‑3，区别于常见的大量硼掺杂金刚石，硼掺杂浓度一般在1
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‑3，在此高浓度掺杂得到的CVD金刚石的电化学性能得到极大提高，通常都用做电极材料，但是，相应的硼掺杂金刚石的耐磨性等机械性能就会大大降低，无法用于机械加工领域。在金刚石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。金刚石中的C
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C键很强，所有的价电子都参与共价键的形成，没有自由电子，而共价键具有饱和性和方向性，这导致金刚石硬度大，熔点极高，不导电。硼进入金刚石中后，一部分硼原子会进入晶粒内部取代某个碳原子的位置，增加金刚石的致密性；一部分硼原子会富集在晶界处，增强晶粒间键合强度。含硼金刚石和普通金刚石的主体结构相似，只是一些位置上的碳原子被硼原子替代。原本普通金刚石的表面结构存在没有利用的价电子，较容易被氧化。而硼原子的掺入使得金刚石的多余价电子被结合，使得含硼金刚石结构没有悬挂键，形成了硼碳原子相结合的共价键并具有稳定的状态，从而增强了金刚石的抗氧化性。
[0013]本专利技术通过研究发现：影响CVD多晶金刚石耐磨性的关键因素，不单单是单个晶粒的性质（如硬度、韧性和抗氧化性），晶粒之间的键合强度更重要。少量的硼进入金刚石后能够增加金刚石的致密性，增强晶粒间键合强度，从而增大金刚石耐磨性，从而适合应用在机械加工领域。然而随着掺硼量的逐渐增大，硼在晶界处富集，金刚石原来的稳定结构就会慢慢受到破坏，晶粒间键合强度也大大下降，晶体中的自由电子逐渐增多，金刚石的耐磨性又会变差，电阻率下降，最终成为半导体，适合应用于电化学领域。
[0014]目前制备掺硼金刚石的主要方法有高温高压法（HPHT）、热丝化学气相沉积（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）和直流电弧等离子体喷射化学气相沉积。高温高压法主要是使用六面顶压机创造一种高温高压的环境，采用某些金属作为催化剂使石墨转化为金刚石。化学气相沉积法（CVD）则是一种完全不同的生长金刚石的方法，一般是在低于大气压的几个到几十千帕的压力下，在800－1100℃的温度下，由原子氢和含C的气体（比如甲烷）反应生成金刚石。化学气相沉积比高温高压法的优点在于设备占地小，金刚石纯度更高。
[0015]其中，热丝化学气相沉积法依靠加热灯丝达到1800
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2400℃的高温，使流经热丝附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨性CVD金刚石砂轮修整工具坯料，其特征在于：所述坯料为微量硼掺杂金刚石制成，硼掺杂浓度为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙振路，张雅淋，王朝阳，郭辉，姜龙，
申请(专利权)人：河北普莱斯曼金刚石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：