金刚石串珠、制备方法及无基体支撑层的绳锯技术

本发明专利技术公开一种金刚石串珠、制备方法及不需要基体支撑层的金刚石串珠绳锯，金刚石串珠制作方法包括如下步骤：将金属粉、金刚石和有机结合剂混合均匀；通过预热压成型或金属粉末注塑成型工艺（MIM），制成金刚石串珠粗坯；粗坯脱脂后将之放入高温炉中一次性烧结成型得到金刚石串珠成品。本发明专利技术无需串珠基体层，一次性将粗坯烧结成为整体圆筒状串珠，串珠外径变小，直接串入钢丝绳可制得外径较小的金刚石绳锯；串珠由于一次性成型，不需要再进行后期渗透工序，从而极大降低了金刚石串珠生产成本。另一方面，由于金刚石绳锯直径较小，切割石材的切缝也较小，提高了石材荒料的成材率，有利于金刚石绳锯的大范围推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种金刚石串珠、制备方法及不需要基体支撑层的金刚石绳锯，按国际专利分类表(IPC)划分属于金刚石工具元件
，尤其是涉及一种利用金属粉末注塑成型工艺(MM)生产金刚石串珠，该串珠是金刚石绳锯或线锯的重要构成元件。
技术介绍
金刚石绳锯是由圆筒状的金刚石串珠串到钢丝绳上，再通过橡塑间隔套将每个串珠固定起来，形成完整的金刚石绳锯，其中圆筒状的金刚石串珠是由圆筒状基体层B和上面的含金刚石颗粒工作层A构成，见图I所示。这是目前金刚石串珠的通用结构。金刚石绳锯应用是从1970年开始并推广的，由于它长度可针对切割对象的大小进行调整，弯曲度好，对切割环境适用性强，因而被广泛应用于花岗石、大理石矿山开采切 割及石材加工厂内的异形、弧形石制品切割等，另外金刚石绳锯也可应用于混凝土立柱等建筑的切割。现有的金刚石绳锯外径(金刚石串珠)在Φ7-Φ11毫米，其中，金刚石串珠基本生产工艺流程如下先将圆筒状串珠基体备好，将金属粉和金刚石拌匀，然后装入金属冷压模上冷压，即将工作层冷压到串珠基体上，或者先冷压一工作层圈再套到基体上，形成形状相近的粗坯，然后将冷压好的粗坯置于石墨模具中，放入热压机中热压烧结成形。另一种烧结工艺是将冷压好的粗坯直接放入氢气炉中烧结成型，除此之外，烧结还有采用热等静压工艺。除以上所述工艺，还有通过电镀及钎焊工艺将金刚石直接结合在基体表面而形成金刚石串珠，但该产品只限用于大理石等软性材料的切割，否则由于只有单层金刚石而使用寿命较短。由于金刚石绳锯生产中，金刚石串珠的生产工艺主要是冷压成型烧结工艺，该工艺通常是将原材料放置于普通的冷压成型模具中冷压出初坯，然后将初坯和串珠基体一起在高温热压机(700-900度)烧结成型或在高温炉中烧结成型。该传统工艺生产效率较低。传统生产金刚石串珠的工艺同时涉及到金刚石串珠中需要设置一个环形基体，该基体与含金刚石的工作层相结合后成金刚石串珠。传统金刚石串珠设置一层基体的目的是可在基体内壁加工螺纹状沟槽，该沟槽在金刚石串珠与钢丝绳固定时，串珠旁边的为固定串珠的橡塑材料，可在橡塑材料成型时挤入螺纹状沟槽中，另一方面，基体层长度比串珠工作层大，形成台阶状，该台阶基体也可嵌入橡塑材料层中，使得串珠在切割过程中不易转动而失效。但是，Imm左右的基体，可使得整体金刚石绳锯的外径增加，生产成本较高。另一方面金刚石绳锯的外径增加，使得切割石材时切缝增大，造成石材原料的极大浪费。例如在花岗岩的切割领域，一方面金刚石绳锯的每平方米的切割费用比金刚石圆盘锯或砂锯的成本高，因而无法取代金刚石圆盘锯和砂锯的使用；另一方面目前市场上通用的小直径绳锯，其外径是7.2mm,切缝相对较宽，也限制了它在花岗石大板上的切割使用。以上这两点因素，使得金刚石绳锯在石材荒料的加工切割方面无法大规模地推广使用。为解决大规模生产成本问题，国外文献有论述过利用金属粉末领域的金属粉末注塑成型(MIM)工艺来生产金刚石工具的技术。该工艺基本原理与金属粉末注塑成型工艺相类似，即利用现有的一种制造复杂的金属元件的冶金工艺，为适合金刚石元件特点而作一些调整创新。原有的金属粉末注塑成型工艺是首先将超细金属预合金粉末与聚烯烃等热塑性有机粘结剂均匀混合，经制粒后置于注塑机中加热约150°C，注塑入已开有产品模的模腔中，就会固化成型。将固化成型的粗坯中的有机粘结剂通过脱脂炉或通过化学溶液脱脂等方法脱除有粘结剂，最后将毛坯放入高温炉中最终烧结成型。美国文献US2005271539(A1)，在中国专利族CN 1714990，公开一种金刚石元件，例如线锯的插入物，通过含有以下步骤的方法制备制备金属粉的起始混合物，通过特定的塑性添加剂塑化起始混合物,添加金刚石颗粒,通过MM技术注模成型，去除塑性添加齐U，将已制好的含多层金刚石的毛坯串入金属圆筒基体上，再放入高温炉烧结后，由于成品烧结温度为900度以上，烧结的成品含有很多孔隙，因而需要再将含孔隙的金刚石串珠再进行渗入Cu/Ag等低共熔合金或另一些低温合金进行空隙渗入填埋处理。但这种工艺的生 产成本仍然较高，原因是一方面，在烧结成型的金刚石元件上，形成了很多孔隙，因此，后期还必须增加一道渗透银铜等合金溶液的工序，由于银铜合金价格较昂贵，再加上渗透工序复杂，因此增加了金刚石串珠的生产成本；另一方面，金刚石串珠还是传统的设计，即金刚石串珠毛坯需要再装入金属圆筒基体上，然后再烧结，这样不仅增加了成本，也无法制成小直径的多层金刚石串珠。即使制成例如直径5_的含基体的金刚石串珠，但由于工作层在基体之上，也无法有充分的厚度例如Imm以上，从而影响到切割石材的使用寿命。再次增设金属圆状筒基体层，也增加了工艺的复杂性，从而也增加了成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种金刚石串珠及制备方法，即设计了一种无基体支撑的的金刚石串珠，区别于单层电镀或钎焊的金刚石串珠，该无基体支撑的金刚石串珠，也含有多层金刚石，从而增加使用寿命，并且一次性烧结完成，无需最后的渗透银铜等合金溶液的工序。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的 一种金刚石串珠的制备方法，包括如下步骤 1)、将金属粉、金刚石和有机结合剂混合均匀； 2)、制成金刚石串珠粗坯； 3)、脱脂后将粗坯放入真空炉或氢气炉或高温炉中一次性烧结成型得到金刚石串珠成品O为了避免金刚石与金属粉混合物烧结成型后，产品内部形成较多的孔隙。我们一方面将金属粉的配方进行合理设计，我们将少量的B、Si、P等元素引入，将之与Co, Cr, Ni, W，WC, Mn, Fe, Cu, Sn, Mo的部分或全部形成合金。在烧结时B，Si, P等元素可降低金属粉烧结温度，并在烧结过程消除空隙。以上金属及非金属可制成预合金粉末。另一方面，为了减少金刚石串珠直径，我们采取不需要金刚石串珠基体的设计。制成毛坯的一种工艺是，即采取“预热压成型工艺”。该工艺是将混合料颗粒(包含金刚石、热塑性结合剂、金属粉)，放入钢模中在温度为10°c—250°C的中温热压机中热压成型，或在温度为100°c—250°C的模腔中加压成型粗坯(毛坯)。具体的步骤是，首先将金属预合金粉末与金刚石混合均匀后，添加石蜡、聚乙烯等有机粘结剂后，在密炼机上混料造粒，也可以在中温拌料机上将金属预合金粉末、金刚石及有机粘结剂揉合均匀后，制成直径Φ 3mm左右的颗粒，然后将这些颗粒定量装入模具(见图8)中，放置于温度100-200°C的平板压机上热压。该模具在热压时，由于颗粒状原料在约200°·C的模腔中软化，加压时模具漏斗上的原料挤压进入底下模腔里成型。最后将模具冷却脱模后便制得圆筒状毛坯。将毛坯放入脱脂炉中脱去有机粘结剂后，在高温炉中860°C烧结成型为最终产品。进一步，所述的金刚石也可以是其它超硬材料，例如硬质合金、立方氮化硼、碳化硼、金刚石厚膜、碳化硅、氧化铝以及它们的混合物。进一步，所述的金刚石也可以是表面镀钛或包裹有与碳易发生反应键合的元素，例如钛、铬、钥、钨、硼、硅及它们的混合物，以提高金刚石在金属胎体中的结合力，提高工作层的使用寿命及效率。将已经压好的含有金刚石的圆筒状粗坯，通过脱脂炉脱脂后，放入真空炉，也可以是含有保护气体或还原气体的高温炉中烧结成型。进一步，所述的金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石串珠的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)、将金属预合金粉末、金刚石和有机结合剂混合均匀；2)、通过预热压成型工艺或MIM注塑成型工艺，也可以利用冷压成型工艺制成金刚石串珠粗坯；3)、采用预热压成型或MIM注塑成型经脱脂后将粗坯放入真空炉或氢气炉等高温炉中一次性烧结成型得到金刚石串珠成品，而冷压成型工艺时可直接将粗坯放入真空炉或氢气炉等高温炉中一次性烧结成型得到不需要基体支撑层的金刚石串珠成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丘政发，韩继成，阮克荣，
申请(专利权)人：厦门致力金刚石科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：