CN103100732B - 一种金刚石复合片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金刚石复合片，依次由金刚石层、钎剂层和钎料层在750℃～1100℃、1×10-3～5Pa真空及0.1-0.5MPa压力条件下焊合而成，所述钎剂与钎料的重量比为1∶6-9。本发明的金刚石复合片，以钎料替代现有技术中的硬质合金作为基底，加入钎剂提高钎料与金刚石层的润湿性，在700～1100℃、0.1～0.5MPa压力条件下进行焊合，得到一种含有钎料的金刚石复合片，避免使用1450℃-1500℃和5.0GPa-5.5GPa的苛刻条件。

Description

一种金刚石复合片
技术领域
本发明属于超硬材料制造技术领域，具体涉及一种广泛用于石油、地质、机械加工、石材加工、玻璃加工等领域的新型金刚石复合片。
背景技术
一般情况下，金刚石复合片是由金刚石层与硬质合金衬底在超高温和高压下烧结而成的一种性能非常优异的复合材料。金刚石复合片即具有金刚石高硬度、高耐磨性，又具有硬质合金的高抗冲击性及良好的可焊性，广泛用于石油、地质、机械加工、石材加工、玻璃加工等领域。
专利200920069585.7公开了一种用高温高压合成的含硼金刚石复合片及制备方法，该方法需要将含硼的金刚石微粉与硬质合金底板组合成合成块，然后将合成块放在金刚石专用压机中在5.8GPa、1673K条件下烧结而成；专利200910172388.2公开了一种利用真空钎焊技术制造金刚石复合片的方法，该方法采用六面顶金刚石压机在1450℃-1500℃和5.0GPa-5.5GPa的压力下合成。因此现有技术的大多金刚石复合片采用1400℃和5.0GPa以上高温高压烧结而成，该方法在金刚石刀片制备过程中，由于高温和高压力的作用下使部分金刚石发生石墨化，而且生产的且设备投资大，制备工艺复杂，使刀具制造焊接难度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备条件相对温和且易于硬质合金焊合的金刚石复合片，避免高温和高压的苛刻制备条件。
本发明的另一目的是提供一种制备条件相对温和、简便的金刚石复合片。
为了实现以上目的，本发明所采用的一种技术方案是：一种金刚石复合片依次由金刚石层、钎剂层和钎料层在750℃～1100℃、1×10-3～5Pa真空及0.1-0.5MPa压力条件下焊合而成，所述钎剂与钎料的重量比为1∶6-9。
所述钎料层的厚度为0.05～2mm。
本发明所采用的一种技术方案是：一种金刚石复合片，是由金刚石层、钎剂和钎料的混合层在750℃～1100℃、1×10-3～5Pa真空及0.1-0.5MPa压力条件下焊合而成，所述钎剂与钎料的重量比为1∶6-9。
所述钎剂和钎料的混合层厚度为0.05～2mm。
所述钎料为市售的Cu基焊料、Ag基焊料、Ni基焊料。
所述钎料为市售的Ag-Cu-Ti，Cu-Sn-Ti及Ni-Cr系钎料。
所述钎剂为市售的银焊剂、铝焊剂或铜钎剂中的一种。
所述钎剂为市售的铝钎焊剂QJ201，或银钎焊剂FB102，FB103，FB104。
本发明的金刚石复合片，以钎料替代现有技术中的硬质合金作为基底，加入钎剂提高钎料与金刚石层的润湿性，在700～1100℃、0.1～0.5MPa压力条件下进行焊合，得到一种含有钎料的金刚石复合片，避免使用1450℃-1500℃和5.0GPa-5.5GPa的苛刻条件，其中钎料选用Cu基焊料、Ag基焊料、Ni基焊料中的一种，钎剂为钎料匹配的铝钎剂、银钎剂、或铜钎剂。
由于本发明的金刚石复合片中具有钎料，可以直接在较低温度和压力条件下与刀柄进行二次焊合，制成金刚石刀具，相比现有技术采用硬质合金与金刚石直接一次焊合的技术方案，本发明中的金刚石刀具采用两次焊合的技术方案，使钎料先于金刚石焊合再与刀柄焊合，避免了采用1450～1500℃和5.0～5.5GPa的苛刻条件和特殊设备，制备工艺简单。
附图说明
图1为本发明制备金刚石复合片的装置主视图(石墨侧板未画出)；
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的金刚石复合片，依次由金刚石层、钎剂层和钎料层组成，金刚石层为CVD金刚石片，在真空钎焊炉进行钎焊，真空度为5Pa；钎料和钎剂分别采用市售Ag-Cu-Ti及FB102，钎料和钎剂重量百分比为1∶6，钎焊温度750℃，钎焊时间30min，具体采用如下方法制备：
1)取面积相同，厚度为1mmCVD金刚石片和厚度为0.5mm的Ag-Cu-Ti焊料片，用酒精取出油污晾干，取适量的FB102银钎焊剂，添加少量稀释剂(水)，将钎剂调制成成粘稠状，然后取钎料重量的1/6钎剂覆盖在金刚石片表面，然后再将Ag-Cu-Ti焊料片覆盖在钎剂层上，构成具有三层结构的复合片；
2)将复合片装入如图1、2所示的装置中，该装置包括相对设置的两石墨基板2，在两石墨基板2之间设有石墨底板6和两石墨侧板7，石墨底板6和两石墨侧板7分别通过设在两石墨基板2相对内侧面上的卡槽8固定；将步骤1)的复合片放入由石墨基板2、石墨底板6和石墨侧板7形成的型腔内，复合片的金刚石面和钎料面分别朝向两石墨基板2，然后调节石墨基板2上的锁紧装置，对复合片施加0.1MPa压力，该压力主要是为了使复合片中各层紧密贴合，且保证焊后钎料厚度为0.15mm；
3)将步骤2)中的装置的石墨底板6朝下放置，即如图1所示，放入真空炉内进行加热，加热温度750℃，加热时间30min，然后将装置分解得到金刚石复合片，金刚石复合片的厚度为1.15mm。
实施例2
本实施例的金刚石复合片，依次由金刚石层、钎剂层和钎料层组成，金刚石层为CVD金刚石片，在真空钎焊炉进行钎焊，真空度为1Pa；钎料和钎剂分别采用市售Cu-Sn-Ti及FB104，钎料和钎剂重量百分比为1∶9，钎焊温度1050℃，钎焊时间30min，具体采用如下方法制备：
1)取面积相同，厚度为1mmCVD金刚石片和厚度为0.5mm的Cu-Sn-Ti焊料片，用酒精取出油污晾干，取适量的FB104银钎焊剂，添加少量稀释剂(酒精)，将钎剂调制成成粘稠状，然后取钎料重量的1/9钎剂覆盖在金刚石片表面，然后再将Cu-Sn-Ti焊料片覆盖在钎剂层上，构成具有三层结构的复合片；
2)将复合片装入如图1、2所示的装置中，该装置包括相对设置的两石墨基板2，在两石墨基板2之间设有石墨底板6和两石墨侧板7，石墨底板6和两石墨侧板7分别通过设在两石墨基板2相对内侧面上的卡槽8固定；将步骤1)的复合片放入由石墨基板2、石墨底板6和石墨侧板7形成的型腔内，复合片的金刚石面和钎料面分别朝向两石墨基板2，然后调节石墨基板2上的锁紧装置，对复合片施加0.4MPa压力，且保证焊后钎料厚度为1.0mm；
3)将步骤2)中的装置的石墨底板6朝下放置，即如图1所示，放入真空炉内进行加热，加热温度1050℃，加热时间30min，然后将装置分解得到金刚石复合片，金刚石复合片的厚度为2.0mm。
实施例3
本实施例的金刚石复合片，依次由金刚石层、钎剂层和钎料层组成，金刚石层为CVD金刚石片，在真空钎焊炉进行钎焊，真空度为3×10-1Pa；钎料和钎剂分别采用市售BNi2及QJ201，钎料和钎剂重量百分比为1∶8，钎焊温度1100℃，钎焊时间30min，具体采用如下方法制备：
1)取厚度为1mmCVD金刚石片，用酒精取出油污晾干，取适量的粉状BNi2和FB102银钎焊剂，焊料和焊剂的比例为1∶8，将钎料和钎剂混合均匀，添加少量稀释剂(乙醇)调制成粘稠状，然后覆盖在金刚石片表面；
2)将复合片装入如图1、2所示的装置中，该装置包括相对设置的两石墨基板2，在两石墨基板2之间设有石墨底板6和两石墨侧板7，石墨底板6和两石墨侧板7分别通过设在两石墨基板2相对内侧面上的卡槽8固定；将步骤1)的复合片放入由石墨基板2、石墨底板6和石墨侧板7形成的型腔内，复合片的金刚石面和钎料面分别朝向两石墨基板2，然后调节石墨基板2上的锁紧装置，对复合片施加0.5MPa压力，使复合片中各层紧密贴合，且保证焊后钎料厚度为0.05mm；
3)将步骤2)中的装置的石墨底板6朝下放置，即如图1所示，放入真空炉内进行加热，加热温度1100℃，加热时间30min，然后将装置分解得到金刚石复合片，金刚石复合片的厚度为1.05mm。
实施例4
本实施例的金刚石复合片，依次由金刚石层、钎剂层和钎料层组成，金刚石层为CVD金刚石片，在真空钎焊炉进行钎焊，真空度为1×10-3Pa；钎料和钎剂分别采用市售BNi7及FB103，钎料和钎剂重量百分比为1∶7，钎焊温度950℃，钎焊时间30min，具体采用如下方法制备：
1)取厚度为1mmCVD金刚石片，用酒精取出油污晾干，取适量的粉状BNi2和FB102银钎焊剂，焊料和焊剂的比例为1∶7，将钎料和钎剂混合均匀，添加少量稀释剂调制成粘稠状，然后覆盖在金刚石片表面；
2)将复合片装入如图1、2所示的装置中，该装置包括相对设置的两石墨基板2，在两石墨基板2之间设有石墨底板6和两石墨侧板7，石墨底板6和两石墨侧板7分别通过设在两石墨基板2相对内侧面上的卡槽8固定；将步骤1)的复合片放入由石墨基板2、石墨底板6和石墨侧板7形成的型腔内，复合片的金刚石面和钎料面分别朝向两石墨基板2，然后调节石墨基板2上的锁紧装置，对复合片施加0.3MPa压力，使复合片中各层紧密贴合，且保证焊后钎料厚度为2mm；
3)将步骤2)中的装置的石墨底板6朝下放置，即如图1所示，放入真空炉内进行加热，加热温度950℃，加热时间30min，然后将装置分解得到金刚石复合片，金刚石复合片的厚度为3mm。
将实施例1～4中制得的金刚石复合片与YG15硬质合金刀柄在750℃～1200℃、常压～0.5MPa条件下焊合制成金刚石刀具，测定金刚石刀具的各项性能如下表。
可以看出：本发明复合片的较传统技术具有明显优势，不仅生产条件要求低，且性能优越。

Claims (6)

1.一种金刚石复合片，其特征在于：依次由金刚石层、钎剂层和钎料层在750℃～1100℃、1×10-3～5Pa真空及0.1-0.5MPa压力条件下焊合而成，所述钎剂与钎料的重量比为1∶6-9；
所述金刚石层为CVD金刚石。
2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：所述钎料层的厚度为0.05～2mm。
3.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：所述钎料为Cu基焊料、Ag基焊料、Ni基焊料中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的金刚石复合片，其特征在于：所述钎料为Ag-Cu-Ti，Cu-Sn-Ti及Ni-Cr系钎料中的一种。
5.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：所述钎剂为银焊剂、铝钎剂或铜焊剂中的一种。
6.根据权利要求1或5所述的金刚石复合片，其特征在于：所述钎剂为铝钎焊剂QJ201，或银钎焊剂FB102，FB103，FB104中的一种。
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