CN103357353B - 一种自锐性树脂金刚石合成工艺 - Google Patents

一种自锐性树脂金刚石合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自锐性树脂金刚石合成工艺，包括以下主要步骤：将200-350目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7∶3-6的比例充分混合。将混合料置入三维混料机内混合10-12小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做800-900℃下的真空除氧60-70分钟，自然冷却至室温，得到混合物料。将混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.1-2.7g/cm3。将合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片等组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力9.5-11GPa，实际合成温度1450-1550℃。实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证。本发明用于一种自锐性树脂金刚石合成工艺技术。

Description

一种自锐性树脂金刚石合成工艺
技术领域
本发明涉及金刚石合成技术领域，特别涉及一种自锐性树脂金刚石合成工艺技术。
背景技术
目前，国内外制造树脂结合剂磨具和陶瓷结合剂磨具，使用的是低强度金刚石磨料，主要为单晶金刚石颗粒，使用效果不理想。主要存在以下几个问题：(1)表面光滑，不够粗糙，与结合剂之间机械结合(啮合)不牢。(2)磨削过程中，常常出现整个磨粒过早脱落。据统计，树脂结合剂金刚石砂轮中有2/3的金刚石磨粒在尚未充分发挥磨削作用之前就过早脱落，大大缩短了使用寿命。(3)磨削过程中，磨粒的破损方式是沿着解理面方向或在缺陷、裂纹处整个大块磨粒劈裂，其断裂面横贯整个晶体。(4)单晶磨粒切削刃少，切削刃面积大，所需磨削力大，影响磨削锋利性。
针对上述问题，目前主要采用表面镀覆，如镀铜、镀镍、镀钛等方法，改变磨料表面状态，以解决磨粒的过早脱落问题。但是，这种做法只是从颗粒外部采取的措施，并未从颗粒本质上解决问题。要想从根本上解决这些问题，必须使金刚石颗粒和结合剂达到同步磨损，因而要求自锐性好的金刚石。
发明内容
本发明的任务是提出一种其晶体结构特征及使用性能比其他低强度金刚石产品更为理想，颗粒不容易整体脱落、使用寿命长的一种自锐性树脂金刚石合成工艺。
本发明的任务是这样完成的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于：包括以下主要步骤：
A、将200-350目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7:3-6的比例充分混合。镍基合金触媒粉末的组分按重量比记为：Mn:20-35%，Fe:2-5%，Cr:0.07-0.08%，Co:0.001-0.002%，分散剂：1-2%，余量为Ni。
B、将步骤A的混合料置入三维混料机内混合10-12小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做800-900℃下的真空除氧，时间60-70分钟，自然冷却至室温，得到混合物料。
C、将步骤B的混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.1-2.7g/cm3。
D、将步骤C的合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片等组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力9.5-11GPa，实际合成温度1450-1550℃。实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证。所述的A步骤中，所述的分散剂为三聚磷酸钠，所述的石墨粉为鳞片状石墨，杂质含量小于0.02%。所述的B步骤中所述的等静压为80-150MPa所述的D步骤中，所述的控制压力曲线为：使六面顶压机从常压快速升至起始压力为50-55MPa，保持40-80s后第一次升压至60-65MPa，升压时间为10-30s，保持40-80s后进行第二次升压至85-90MPa，升压时间10-30s，然后保持该压力200-300s后卸压。所述控制功率曲线为：压力升至40-45MPa时开始加热，起始功率为7.5-7.8kW，保持80-130s后功率下降至7.0-7.3kW，下降时间50-80s，然后停止加热。
本发明具有以下效果：本发明根据金刚石的生成压力和温度条件，按照金刚石晶体生长控制理论，优化合成压力曲线和功率曲线，使金刚石的各晶面呈现不同的生长速度，从而形成不规则的晶形，保证了自锐性金刚石的生长环境。
本发明一种自锐性树脂金刚石合成工艺，为了合成出高产量的自锐性树脂金刚石多晶体，缩短了起始压力的保持时间，控制金刚石成核过程处于合成区中的富晶区；通过设置两次压力上升曲线，精确控制金刚石的生长过程，使金刚石粒度峰值出现在较粗颗粒范围。所述的功率曲线，起始功率保持110s后设置功率下降，是为了弥补金刚石成核时释放出的热量，同时促使金刚石生长的速度加快，满足自锐性树脂金刚石晶形不规则的要求。
本发明的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，金刚石晶形不规则，脆性好，金刚石整体转化率在40%以上，单产高达145ct，成本低、市场竞争力强。
本发明一种自锐性树脂金刚石合成工艺生产的树脂金刚石由许多细小的单晶通过亚键结合成多晶结构，晶形不规则，表面粗糙，把持力强，与结合剂结合牢固，在使用过程中，晶粒沿亚键破裂，行程多个新的切削刃，避免了金刚石整个颗粒脱落，自锐性好，不仅提高了砂轮的锋利度和耐磨性，而且大幅延长了砂轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种自锐性树脂金刚石合成工艺的控制压力曲线和功率曲线示意图。
图2为本发明一种自锐性树脂金刚石合成工艺的金刚石合成块示意图。
图中标号说明：1、导电钢圈，2-4、导电片，3、保温片，4、导电片，5、叶腊石，6、保温管，7、合成棒，8、导电管。
具体实施方式
实施例1
一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于包括以下主要步骤：
A、将200目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7:3的比例充分混合。镍基合金触媒粉末的组分按重量比记为：Mn:20%，Fe:2%，Cr:0.07%，Co:0.001%，分散剂：1%，余量为Ni。
B、将步骤A的混合料置入三维混料机内混合10小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做800℃下的真空除氧，时间60分钟，自然冷却至室温，得到混合物料。
C、将步骤B的混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.1g/cm3。
D、将步骤C的合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片等组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力9.5GPa，实际合成温度1450℃。实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的A步骤中，所述的分散剂为三聚磷酸钠，所述的石墨粉为鳞片状石墨，杂质含量小于0.02%。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的B步骤中所述的等静压为80MPa
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的D步骤中，所述的控制压力曲线为：使六面顶压机从常压快速升至起始压力为50MPa，保持40s后第一次升压至60MPa，升压时间为10s，保持40s后进行第二次升压至85MPa，升压时间10s，然后保持该压力200s后卸压。所述控制功率曲线为：压力升至40MPa时开始加热，起始功率为7.5kW，保持80s后功率下降至7.0kW，下降时间50s，然后停止加热。
实施例2
一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于包括以下主要步骤：
A、将250目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7: 4.5的比例充分混合。镍基合金触媒粉末的组分按重量比记为：Mn:28%，Fe:3%，Cr:0.073%，Co:0.0013%，分散剂：1.5%，余量为Ni。
B、将步骤A的混合料置入三维混料机内混合11小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做850℃下的真空除氧，时间65分钟，自然冷却至室温，得到混合物料。
C、将步骤B的混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.4g/cm3。
D、将步骤C的合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片等组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力10.5GPa，实际合成温度1470℃。实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的A步骤中，所述的分散剂为三聚磷酸钠，所述的石墨粉为鳞片状石墨，杂质含量小于0.02%。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的B步骤中所述的等静压为120MPa
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的D步骤中，所述的控制压力曲线为：使六面顶压机从常压快速升至起始压力为53MPa，保持60s后第一次升压至62MPa，升压时间为20s，保持60s后进行第二次升压至87MPa，升压时间20s，然后保持该压力250s后卸压。所述控制功率曲线为：压力升至43MPa时开始加热，起始功率为7.6kW，保持105s后功率下降至7.1kW，下降时间65s，然后停止加热。
实施例3
一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于包括以下主要步骤：
A、将350目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7: 6的比例充分混合。镍基合金触媒粉末的组分按重量比记为：Mn: 35%，Fe: 5%，Cr0.08%，Co: 0.002%，分散剂： 2%，余量为Ni。
B、将步骤A的混合料置入三维混料机内混合12小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做900℃下的真空除氧，时间70分钟，自然冷却至室温，得到混合物料。
C、将步骤B的混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.7g/cm3。
D、将步骤C的合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片等组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力11GPa，实际合成温度1550℃。实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的A步骤中，所述的分散剂为三聚磷酸钠，所述的石墨粉为鳞片状石墨，杂质含量小于0.02%。
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的B步骤中所述的等静压为150MPa
所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，所述的D步骤中，所述的控制压力曲线为：使六面顶压机从常压快速升至起始压力为55MPa，保持80s后第一次升压至65MPa，升压时间为30s，保持80s后进行第二次升压至90MPa，升压时间30s，然后保持该压力300s后卸压。所述控制功率曲线为：压力升至45MPa时开始加热，起始功率为7.8kW，保持130s后功率下降至7.3kW，下降时间80s，然后停止加热。制成自锐性树脂金刚石。
实施例1、2、3中D步骤中所述的金刚石合成块的合成是由（参见图2），合成棒7的外围装有导电管8和保温管6，导电管上装有导电片4和另一个导电片4-2，导电片4-2上装有导电钢圈1，所述的导电片4和另一个导电片4-2中间装有保温片3，叶腊石5填充在保温管6的周围，然后将金刚石合成块放入六面顶压机内合成。

Claims (3)

1.一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于：包括以下主要步骤：
A、将200-350目的石墨粉与镍基合金触媒粉末按重量比7:3-6的比例充分混合，镍基合金触媒粉末的组分按重量比记为：Mn:20-35%，Fe:2-5%，Cr:0.07-0.08%，Co:0.001-0.002%，分散剂：1-2%，余量为Ni；
B、将步骤A的混合料置入三维混料机内混合10-12小时，等静压后粉碎至50目以细，在真空炉中做800-900℃下的真空除氧，时间60-70分钟，自然冷却至室温，得到混合物料；
C、将步骤B的混合物料装填至模具内，利用四柱压机压制成柱状合成棒，合成棒尺寸为φ34×33mm，合成棒密度2.1-2.7g/cm3；
D、将步骤C的合成棒与叶腊石、导电钢圈、导电管和导电片和保温管、保温片组装成金刚石合成块，然后将金刚石合成块放入六面顶压机合成，实际合成压力9.5-11GPa，实际合成温度1450-1550℃，实际合成温度和合成压力分别采用控制功率曲线和控制压力曲线保证；所述的D步骤中，所述的控制压力曲线为：使六面顶压机从常压快速升至起始压力为50-55MPa，保持40-80s后第一次升压至60-65MPa，升压时间为10-30s，保持40-80s后进行第二次升压至85-90MPa，升压时间10-30s，然后保持该压力200-300s后卸压，所述控制功率曲线为：压力升至40-45MPa时开始加热，起始功率为7.5-7.8kW，保持80-130s后功率下降至7.0-7.3kW，下降时间50-80s，然后停止加热。
2.根据权利要求1所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于：所述的A步骤中，所述的分散剂为三聚磷酸钠，所述的石墨粉为鳞片状石墨，杂质含量小于0.02%。
3. 根据权利要求1所述的一种自锐性树脂金刚石合成工艺，其特征在于：所述的B步骤中所述的等静压为80-150MPa。
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