CN102896311B - 一种金刚石复合片用粉末状粘接剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合金刚石复合片用粉末粘接剂,它由下述重量百分比的原料组成:钴:70-75%,碳化硼2-5%,银:3-5%,硅:0.5-1.5%余量为石墨烯。该粉末触媒的制备方法是:先将上述原料中钴、碳化硼、银、硅组分按照比例置入球磨机中研磨4-6小时,然后高温炉熔炼并用高纯氮气冷却破碎成粒度为1-2μm金属粉末;再将所得粉末与石墨烯粉按比例配料,然后在三维混料机中混4-6小时,最后在真空炉中进行表面净化处理。得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂。用本发明所述的粘接剂作为填料合成的金刚石复合片,具有烧结温度低、工艺范围宽、生产稳定性好、成品率高等显著优点。

Description

一种金刚石复合片用粉末状粘接剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及超硬材料制品领域,特别涉及一种金刚石复合片用粉末状粘接剂及其 制备方法,主要用于高品级金刚石复合片制作。
背景技术
[0002] 金刚石复合片是指在金刚石磨粒中添加少量金属或非金属粘结剂,经高温、高压 合成制得的复合材料,因其具有诸如:硬度高、导热性好、抗冲击性能高等优异性能,而被广 泛应用于油田矿山开采、基础设施建设、房屋维修、机械加工、地质勘探等领域,随着科学技 术的发展,还成为微电子、通讯、航天等高科技领域不可缺少的关键材料。目前,金刚石复合 片普遍采用金刚石微粉作为主要原料,添加少量触媒催化剂Co、Ni等,与硬质合金组合,烧 结而成。
[0003] 现有技缺点在于:单质金属粉混合过程中由于密度不同造成不易混合均匀,制作 的复合片质量不一致,造成金刚石复合片制造过程中工艺范围太窄,生产稳定性差,废品率 商。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术金刚石复合片生产过程中,质量一致性差、烧结范围窄,生产稳 定性差,不宜大规模生产的不足之处,本发明提供了一种金刚石复合片用粉末状粘接剂及 其制备方法,使用该方法制得的产品来生产金刚石复合片具有烧结温度低、工艺范围宽、生 产稳定性好、成品率高等显著优点。
[0005] 本发明提供了一种金刚石复合片用粉末状粘接剂,它是由下述重量配比的原料制 成的,钴:70-75%,碳化硼:2-5%,银:3-5%,硅:0. 5-1. 5%,余量为石墨烯。其中,钴为平均粒 度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;所述石墨烯为2-10个碳层构成称为多层石墨烯; 所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
[0006] 本发明还公开了一种金刚石复合片用粉末状粘接剂的制备方法,它主要由下述步 骤制备获得:
[0007] (1)配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:70-75份,碳化硼:2-5份,银:3-5 份,娃:0. 5-1. 5 份;
[0008] (2)混料:将步骤1所得的物料混合均匀;
[0009] (3)粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1300-1350°c,时 间:1 -2. 5小时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将 喷出的熔融液体吹散至的合金粉末;
[0010] (4)配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为18. 5-20. 5%的石墨烯粉末, 并置于三维混料机混合均匀,得到预混粉;
[0011] (5)烧结:将步骤4得到的预混粉,置入真空炉中进行处理,工艺为温度:950°C,真 空度为l〇_ 2Pa,时间:3_5小时,便可得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂;
[0012] 为更好地实现本发明,其中的混料步骤是将物料倒入混料罐中,然后向混料罐中 加入同等重量直径为5-8mm的硬质合金球作为混料介质,装在三维混料机上进行混料,混 料时间为4-6小时。而在粉末化过程中,制得粉末后需要进行粒度分级,只选取粒度为 l-2Mm粉末进行使用,其他粒度需要重新熔炼制粉。另外,在烧结过程中的预混粉必须放置 在钥、钨等耐高温金属制得的舟皿中进行,以防污染。
[0013] 采用上述技术方案的本发明在常规粘结剂钴中加入碳化硼、银、硅等多种物质,并 制成预合金粉末,预合金粉的组织均匀,有效避免了单质混合粉混料不均对复合片质量造 成严重影响的情况。
[0014] 本发明添加碳化硼的作用是:由于硼原子的半径(0.85A)大于碳原子半径 (0. 66A),容易被极化产生强大的范德瓦尔力,从而缩短石墨的层间距,增大其石墨化程度, 随着石墨化程度的提高,碳的完整六角网和平行层增多,石墨晶体中的缺位得到弥补,使得 石墨结晶更加完整,利于石墨碳源在原始金刚石微粉颗粒空隙之间快速转变为金刚石,形 成新的结合体。
[0015] 本发明添加银的作用是:加入银可以与钴金属形成银钴合金,银-钴合金与碳形 成新的体系,其共晶温度要比钴和碳的共晶温度低,可以有效降低粉末的熔点,使得其在较 宽的范围内可以催化石墨碳源转变为金刚石,从而有效防止常规技术合成工艺温度高造成 的复合片分层废品的产生。
[0016] 本发明添加硅的作用是:加入硅以后,金刚石聚晶中Si元素主要以Si-C、Si_H等 键合形式存在的c=c键,从而可以达到提高金刚石聚晶层中金刚石微粉颗粒之间相互生长 连接的能力。
[0017] 本发明添加石墨烯填料的作用是:石墨烯因其片层比较薄、具有较为完整的六角 网结构,可以作为碳源在触媒作用下直接转变为金刚石,将原始金刚石颗粒连接在一起;由 于颗粒顶尖处压力较大金刚石结晶剧烈,连接致密,空穴处压力偏小,金刚石结晶速度慢, 形成疏松的网状结构,这一结构能有效吸收切削过程的冲击力,防止复合片损坏,提高制作 复合片的性能。 具体实施例
[0018] 以下实例对本发明做进一步的说明,将有助于对本发明产品制备方法及其优点做 进一步的理解。但它们不是对本发明的限定。
[0019] 实施例1
[0020] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述重量配比的原料制成的:钴: 70份,碳化硼:3份,银:5份,硅:1. 5份,余量为石墨烯。
[0021] 上述钴为平均粒度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;石墨烯为2-10个碳层 构成称为多层石墨烯;所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
[0022] 上述金刚石复合片用粉末状粘接剂是平均粒度为l_2Mm的预合金粉末。
[0023] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂由下述步骤制备获得:
[0024] (1)配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:70份,碳化硼:3份,银:5份,硅: 1.5 份。
[0025] (2)混料:将步骤1所得的物料倒入混料罐中,然后向混料罐中加入同等重量且直 径为5mm的硬质合金球作为混料介质,装在三维混料机上进行混料,混料时间为4小时。
[0026] (3)粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1350°C,时间:1小 时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将喷出的熔融液 体吹散至的合金粉末。制得粉末后需要进行粒度分级,只选取粒度为2Mm粉末进行使用,其 他粒度需要重新熔炼制粉。
[0027] (4)配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为20. 5%的石墨烯粉末,并置于 三维混料机混合均匀,得到预混粉。
[0028] (5)烧结:将步骤4得到的预混粉放置在钥金属制得的舟皿中,然后置入真空炉中 进行处理,工艺为温度:950°C,真空度为l(T 2Pa,时间:3小时,便可得到一种金刚石复合片 用粉末状粘接剂。
[0029] 利用该方法得到的粉末制作金刚石复合片,共生产1200片,情况如下:
[0030]
[0031] 实施例2
[0032] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述重量配比的原料制成的:钴: 73份,碳化硼:2. 5份,银:4份,硅:1份,余量为石墨烯。
[0033] 上述钴为平均粒度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;石墨烯为2-10个碳层 构成称为多层石墨烯;所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
[0034] 上述金刚石复合片用粉末状粘接剂是平均粒度为的预合金粉末。
[0035] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述步骤制备获得:
[0036] (1)配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:73份,碳化硼:2. 5份,银:4份,硅: 1份。
[0037] (2)混料:将步骤1所得的物料倒入混料罐中,然后向混料罐中加入同等重量且直 径为8mm的硬质合金球作为混料介质,装在三维混料机上进行混料,混料时间为6小时。
[0038] (3)粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1320°C,时间:2小 时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将喷出的熔融液 体吹散至的合金粉末。制得粉末后需要进行粒度分级,只选取粒度为lMffl粉末进行使用,其 他粒度需要重新熔炼制粉。
[0039] (4)配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为19. 5%的石墨烯粉末,并置于 三维混料机混合均匀,得到预混粉。
[0040] (5)烧结:将步骤4得到的预混粉,置入真空炉中进行处理,工艺为温度:950°C,真 空度为l〇_ 2Pa,时间:3小时,便可得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂。
[0041] 利用该方法得到的粉末制作金刚石复合片,共生产1200片,情况如下:
[0042]
[0043] 实施例3
[0044] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述重量配比的原料制成的:钴: 75份,碳化硼:2份,银:4份,硅:0.5份,余量为石墨烯。
[0045] 上述钴为平均粒度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;石墨烯为2-10个碳层 构成称为多层石墨烯;所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
[0046] 上述金刚石复合片用粉末状粘接剂是平均粒度为l-2Mm的预合金粉末。
[0047] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述步骤制备获得:
[0048] (1)配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:75份,碳化硼:2份,银:4份,硅:0. 5 份。
[0049] (2)混料:将步骤1所得的物料倒入混料罐中,然后向混料罐中加入同等重量且直 径为6mm的硬质合金球作为混料介质,装在三维混料机上进行混料,混料时间为5小时。
[0050] (3)粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1320°C,时间:2小 时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将喷出的熔融液 体吹散至的合金粉末。制得粉末后需要进行粒度分级,只选取粒度为1.5Mm粉末进行使用, 其他粒度需要重新熔炼制粉。
[0051] (4)配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为18. 5%的石墨烯粉末,并置于 三维混料机混合均匀,得到预混粉。
[0052] (5)烧结:将步骤4得到的预混粉,置入真空炉中进行处理,工艺为温度:950°C,真 空度为l〇_ 2Pa,时间:4小时,便可得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂。
[0053] 利用该方法得到的粉末制作金刚石复合片,共生产1000片,情况如下:
[0054]
[0055] 实施例4
[0056] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述重量配比的原料制成的:钴: 72份,碳化硼:4份,银:3份,硅:1份,余量为石墨烯。
[0057] 上述钴为平均粒度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;石墨烯为2-10个碳层 构成称为多层石墨烯;所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
[0058] 上述金刚石复合片用粉末状粘接剂是平均粒度为l_2Mm的预合金粉末。
[0059] 本实施例的金刚石复合片用粉末状粘接剂,由下述步骤制备获得:
[0060] (1)配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:72份,碳化硼:4份,银:3份,硅:1 份。
[0061] (2)混料:将步骤1所得的物料倒入混料罐中,然后向混料罐中加入同等重量且直 径为6mm的硬质合金球作为混料介质,装在三维混料机上进行混料,混料时间为5小时。
[0062] (3)粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1310°C,时间:2. 5 小时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将喷出的熔融 液体吹散至的合金粉末。制得粉末后需要进行粒度分级,只选取粒度为1.5Mm粉末进行使 用,其他粒度需要重新熔炼制粉。
[0063] (4)配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为20%的石墨烯粉末,并置于三 维混料机混合均匀,得到预混粉。
[0064] (5)烧结:将步骤4得到的预混粉,置入真空炉中进行处理,工艺为温度:950°C,真 空度为l〇_ 2Pa,时间:4小时,便可得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂。
[〇〇65] 利用该方法得到的粉末制作金刚石复合片,共生产900片,情况如下:

Claims (7)

1. 一种金刚石复合片用粉末状粘接剂,其特征在于它是由下述重量配比的原料制成 的,钴:70-75%,碳化硼:2-5%,银:3-5%,硅:0. 5-1. 5%,余量为石墨烯。
2. 根据权利要求1所述的一种金刚石复合片用粉末状粘接剂,其特征在于:所述钴为 平均粒度为lMm、纯度为99. 9%以上的羰基钴粉;所述石墨烯为2-10个碳层构成称为多层 石墨烯;所述碳化硼和银均为纯度为99. 7%以上的粉末。
3. 根据权利要求1所述的一种金刚石复合片用粉末状粘接剂,其特征在于:所述金刚 石复合片用粉末状粘接剂是平均粒度为的预合金粉末。
4. 一种金刚石复合片用粉末状粘接剂的制备方法,由下述步骤制备获得: (1) 配料:按下述重量配比称量以下原料:钴:70-75份,碳化硼:2-5份,银:3-5份,硅: 0· 5-1. 5 份; (2) 混料:将步骤1所得的物料混合均匀; (3) 粉末化:先将步骤2得到的物料,置入高温炉中熔炼,温度:1300-1350°C,时间:1 -2. 5小时,得到以上配料的熔融物;然后通过高压喷嘴将熔融喷出,在用高纯氮气将喷出 的熔融液体吹散至的合金粉末; (4) 配料:在步骤3得到的合金粉末中加入重量比为18. 5-20. 5%的石墨烯粉末,并置 于三维混料机混合均匀,得到预混粉; (5) 烧结:将步骤4得到的预混粉,置入真空炉中进行处理,工艺为温度:950°C,真空度 为l(T2Pa,时间:3-5小时,便可得到一种金刚石复合片用粉末状粘接剂。
5. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述的混料步骤是将物料倒入混料 罐中,然后向混料罐中加入同等重量且直径为5-8mm的硬质合金球作为混料介质,装在三 维混料机上进行混料,混料时间为4-6小时。
6. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述的粉末化过程中,制得粉末后需 要进行粒度分级,只选取粒度为l-2Mm粉末进行使用,其他粒度需要重新熔炼制粉。
7. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述烧结过程中的预混粉必须放置 在钥或钨耐高温金属制得的舟皿中进行,以防污染。
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