CN100493780C - 磨料颗粒包覆金属结合剂的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磨料颗粒包覆金属结合剂的方法及设备，该方法包括如下步骤：首先将磨料颗粒置于加热室(6)中加热，加热温度下限应高于包覆的羰基金属络合物沸点，温度上限视所需包覆厚度，以不降低磨料强度为限；然后将加热的磨料颗粒输送到带有振动或搅拌器(11)的包覆室(7)内，输入羰基金属络合物蒸汽进行包覆；最后将包覆完毕的磨料输送至冷却钝化室(8)冷却钝化出料，或进入下一轮加热包覆循环。本方法制备的磨料颗粒压制制品，磨料颗粒在胎体中的分布均匀度高于磨料与胎体粉末的混合工艺，而且通过包覆不同粒度的磨料较容易实现要求磨料颗粒均匀分布/有序排列、微纳米超硬切割片、细或超细的超硬切割线等尖端超硬制品的生产。

Description

磨料颗粒包覆金属结合剂的方法及设备

技术领域

本发明涉及磨料颗粒包覆金属结合剂的方法及设备，具体涉及一种利用Fe(CO)₅、Ni(CO)₄、Co₂(CO)₈等在磨料颗粒表面分解，使铁、镍、钴等金属结合剂元素单层单元素或单层多元素、多层单元素或多层多元素包覆在磨料表面的方法及设备，磨料包括金刚石、立方氮化硼或经过镀W、Mo、Cr的磨料，以下统称磨料，本发明尤其涉及一种利用加热的磨料颗粒所带的热量，使羰基金属络合物蒸汽在其表面分解形成包覆层的方法及设备；经过包覆的磨料用于制造磨料颗粒均匀分布的超硬制品、磨料颗粒均匀分布/有序排列的超硬制品、微纳米超硬切割片制品、细的超硬切割线及其他微纳米超硬制品。

背景技术

目前超硬制品的生产工艺都是磨料颗粒与胎体粉末混合后压制烧结。这种工艺很难使胎体材料对磨料颗粒有很大的把持力和好的“匹配”磨损功能。由于磨料颗粒与胎体材料密度的差异很大，在生产时会导致偏析，使磨料颗粒分布不均，既浪费磨料，又影响制品功能的发挥和使用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨料颗粒包覆金属结合剂的方法及设备，利用羰基金属络合物在经加热的磨料颗粒上热分解形成金属结合剂包覆层，该法制备的包覆有金属结合剂的磨料颗粒，替代目前的磨料与胎体粉末的混合物，用于直接压制超硬材料制品，用所述包覆有金属结合剂的磨料压制制品，磨料颗粒在胎体中分布均匀度明显高于磨料与胎体粉末的混合工艺，而且通过包覆不同粒度的磨料较容易实现以下高质量尖端产品的生产：①要求磨料颗粒在胎体中高度均匀分布的超硬制品；②要求磨料颗粒在胎体中高度均匀分布/有序排列的超硬制品；③微纳米超硬切割片；④细或超细超硬切割线及其它微纳米级超硬制品。

本发明的目的通过以下技术方案来达到：对磨料颗粒预加热，利用加热的磨料颗粒自身所带热量，使Fe(CO)₅、Ni(CO)₄、Co₂(CO)₈等在磨料颗粒表面分解，使磨料颗粒上均匀地包上铁、镍、钴等金属结合剂的包覆层。

所述方法包括以下步骤：

a.将表面清洁无污染的磨料颗粒置于加热室中，在真空或氮气、氩气等保护气氛下对磨料颗粒预加热；

b.将加热的磨料颗粒输送到带有振动或搅拌器的包覆室内，打开作为包覆物的羰基金属络合物蒸汽进汽开关，向包覆室输入羰基金属络合物蒸汽，开动振动或搅拌器，利用加热的磨料颗粒所带热量，使羰基金属络合物在磨料颗粒上分解，使磨料颗粒上均匀地包覆上金属结合剂的包覆层；

c.将包覆完毕的磨料输送至冷却钝化室冷却钝化出料，或进入下一轮加热包覆循环，直至达到所需的包覆厚度，最终冷却钝化、出料、纯化、包装。

所述磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼以及经过镀W、Mo、Cr的金刚石、立方氮化硼颗粒。

所述对磨料颗粒预加热，加热温度选择在作为包覆物的羰基金属络合物沸点温度t_f以上，至磨料颗粒不降低强度所能承受的最高温度范围，优选在(t_f+50℃)—(t_f+300℃)温度范围。

所述作为包覆物的羰基金属络合物选自Fe(CO)₅、Ni(CO)₄、Co₂(CO)₈中的至少一种。

所述下一轮加热包覆循环，可以包覆上一轮相同的羰基金属络合物，以增加该种元素的包覆厚度，也可以是变换羰基金属络合物的品种，包覆其它元素，几种元素的包覆可以交替或混合进行。

一种上述的制备方法所用的设备，其特征是：由一个或多个加热室，一个或多个包覆室、一个或多个羰基金属络合物汽化室及一个冷却钝化室组成，加热室安装连接带振动或搅拌器的包覆室，包覆室上安装连通汽化室和冷却钝化室，各室都设保护气进出气口和相互连通的开关；所述多个加热室、包覆室、汽化室可串联亦可并联组装，实现封闭、连续的单次单层或多次多层、或单元素或多元素包覆。

本发明所述方法制备的包覆金属结合剂的磨料颗粒压制制品，磨料颗粒在胎体中均匀度明显高于磨料与胎体粉末的混合工艺，而且通过包覆不同粒度的磨料较容易实现以下高质量尖端产品的生产：①要求磨料颗粒在胎体中高度均匀分布的超硬制品；②要求磨料颗粒在胎体中高度均匀分布/有序排列的超硬制品；③微纳米超硬切割片；④细或超细超硬切割线及其它微纳米级超硬制品；本发明所述方法是一种区别于以往磨料颗粒表面包覆金属包覆层方法的新方法，其工艺简单，而且克服了用传统的金属有机物化学气相沉积方法包覆时包覆材料蒸汽与被包覆物表面吸附作用差，包覆层均匀性差的缺点。

附图说明

图1本发明的工艺流程结构示意图。

图中：1.进料斗，2.开关(0～n)，3.保护气进气口(1～n)，4.羰基金属络合物蒸汽入口(1～n)，5.出料口，6.加热室(1-n)，7.包覆室(1-n)，8.冷却钝化室，9.保护气出气口(1～n)，10.汽化室(1～n)，11.振动或搅拌器(1～n)。

具体实施方式

本方法包括如下步骤：首先将表面清洁无污染的磨料颗粒置于加热室6中，为使磨料颗粒在加热过程中不被氧化，须使加热室在真空或氮气、氩气等保护气氛下对磨料颗粒进行加热，温度下限应高于用于包覆的羰基金属络合物沸点，温度上限应不降低磨料强度；其次将加热至所需温度的磨料颗粒输送到带有振动或搅拌器11的包覆室7内，打开羰基金属络合物蒸汽入口4，向包覆室7输入羰基金属络合物蒸汽，同时开动振动或搅拌器11进行包覆；最后将包覆完毕的磨料输送至冷却钝化室8冷却钝化出料，或进入下一轮加热包覆循环，直至达到所需的包覆厚度，最终冷却钝化、出料、纯化、包装。

所述磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼以及经过镀W、Mo、Cr的金刚石、立方氮化硼颗粒。

所述对磨料颗粒预加热，加热温度选择在作为包覆物的羰基金属络合物沸点温度t_f以上，至磨料颗粒不降低强度所能承受的最高温度范围，优选在(t_f+50℃)—(t_f+300℃)温度范围。

所述作为包覆物的羰基金属络合物选自Fe(CO)₅、Ni(CO)₄、Co₂(CO)₈中的至少一种。

所述下一轮加热包覆循环，可以包覆上一轮相同的羰基金属络合物，以增加该种元素的包覆厚度，也可以是变换羰基金属络合物的品种，包覆其它元素，几种元素的包覆可以交替或混合进行。

本发明的方法中所用的设备包括一个或多个加热室6，一个或多个包覆室7、一个或多个羰基金属络合物汽化室10及一个冷却钝化装置8；加热室6安装连接包覆室7，带振动或搅拌器11的包覆室7上安装连通汽化室10和冷却钝化室8，每个室上设保护气进出气口3、9和相互连通的开关2；所述多个加热室6、包覆室7、汽化室10可串联亦可并联组装，可实现封闭、连续的单次单层或多次多层、单元素或多元素包覆。

以金刚石颗粒包覆铁为例，结合图1作进一步说明如下：

1、将金刚石通过加料斗1加入加热室6-1；

2、将整个系统抽真空或用N₂、Ar₂置换;

3、接通加热室6—1的热源加热至104℃—800℃；

4、接通汽化室10-1的热源对汽化室进行预热至104℃以上；

5、步骤3、4达到预定温度时，打开加热室6—1与包覆室7—1之间的开关2—1，将加热室6—1的热金刚石输送至包覆室7—1，关闭加热室6—1与包覆室7—1的开关2-1，向汽化室投入Fe(CO)₅，打开汽化室10—1与包覆室7—1之间的开关2—2，通过蒸汽入口4向包覆室7—1输送Fe(CO)₅蒸汽，开动振动或搅拌器11—1，实施包覆；

6、关闭汽化室10—1与包覆室7—1之间的开关2—2，打开包覆室7—1与冷却钝化室8之间的开关2—10将包覆完毕的金刚石输送至冷却钝化室8，冷却钝化出料，或输送加热室6—2再加热，加热后再输送至包覆室7—2包覆，如此循环，直至达到预期包覆厚度再输送入冷却钝化室8冷却钝化；

7、将冷却钝化的已包覆的金刚石从出料口5放出，纯化后包装。

Claims (7)

1.一种磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a.将表面清洁无污染的磨料颗粒置于加热室中，在真空或氮气、氩气保护气氛下对磨料颗粒预加热；

b.将加热的磨料颗粒输送到带有振动或搅拌器的包覆室内，打开作为包覆物的羰基金属络合物蒸汽进汽开关，向包覆室输入羰基金属络合物蒸汽，开动振动或搅拌器，利用加热的磨料颗粒所带热量，使羰基金属络合物在磨料颗粒上分解，磨料颗粒上均匀地包覆上金属结合剂的包覆层；

c.将包覆完毕的磨料输送至冷却钝化室冷却钝化出料，或进入下一轮加热包覆循环，直至达到所需的包覆厚度，最终冷却钝化、出料、纯化、包装。

2.根据权利要求1所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：利用经过加热的磨料颗粒所带热量分解Fe、Ni、Co的羰基金属络合物。

3.根据权利要求1所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：所述磨料颗粒是金刚石、立方氮化硼及经过镀W、Mo、Cr的金刚石、立方氮化硼颗粒。

4.根据权利要求1所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：所述对磨料颗粒预加热，加热温度选择在作为包覆物的羰基金属络合物沸点温度t_f以上，至磨料颗粒不降低强度所能承受的最高温度范围。

5.根据权利要求4所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：所述对磨料颗粒预加热，加热温度选择在(t_f+50℃)—(t_f+300℃)温度范围。

6.根据权利要求1所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：所述作为包覆物的羰基金属络合物选自Fe(CO)₅、Ni(CO)₄、Co₂(CO)₈中的至少一种。

7.根据权利要求1所述磨料颗粒包覆金属结合剂的方法，其特征在于：所述步骤c中的下一轮加热包覆循环，是包覆上一轮相同的羰基金属络合物，或是变换羰基金属络合物的品种，包覆交替或混合进行。

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