CN104759239A - 一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法及合成腔体 - Google Patents

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方海江
李思成
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Abstract

本发明公开了一种大直径聚晶金刚石复合片合成方法及合成腔体，其合成腔体中中间厚两端薄的石墨管内设有传压介质片和多层大直径聚晶金刚石胚料，传压介质片设置在大直径聚晶金刚石胚料的上下两侧，大直径聚晶金刚石胚料与石墨管之间设有绝缘保温材料，石墨管的上下两端设有导电金属片；其合成方法为将大直径聚晶金刚石胚料装入石墨管中，在胚料与石墨管之间填充绝缘保温材料，将石墨管放入高压腔体中进行加压，并将石墨管两端的金属导片通电加热，加热结束后保持腔体压力一段时间后缓慢降压，得到结构均匀的聚晶金刚石复合片。

Description

一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法及合成腔体
技术领域：
    本发明涉及超硬材料制造技术领域，具体涉及一种采用静态高压法合成大直径聚晶金刚石复合片的合成方法及合成腔体。
背景技术：
    大直径聚晶金刚石复合片具有金刚石的硬度和耐磨性以及硬质合金基体材料的韧性和可焊接性，是一种优良的切削工具和耐磨材料，广泛的应用于有色金属加工、木质材料加工、橡胶材料加工、塑料材料加工、砂轮修整工具等。
    采用静态高压法合成大直径聚晶金刚石复合片，温度梯度决定着大直径聚晶金刚石复合片的质量稳定性。合成块的组装方式决定着合成腔体内的温度分布，因此，组装方式不同，合成腔体内的温度分布也会有所不同。另外，在大直径聚晶金刚石复合片进入高温高压合成阶段后，合成块的组装方式无法改变，因此合成过程中无法通过改变组装方式来调节合成腔体内的温度梯度。就目前的合成技术而言，在合成过程中还不能够做到对合成腔体内的温度梯度随意调控。烧结合成大直径聚晶金刚石复合片的过程中，如果合成腔体内金刚石聚晶层处于较大的温度梯度下会带来如烧结结构组织不均匀、聚晶金刚石复合片变形大、聚晶金刚石的裂纹、脱层、碎裂等问题，并且大直径聚晶金刚石复合片稳定重复性差，局部残余应力较大，严重影响聚晶金刚石工具的性能，更不能实现由传统的一次合成两片到现在的一次合成四片甚至六片。
    现有采用静态高压法合成聚晶金刚石复合片的烧结工艺中，所有的聚晶金刚石复合片加热管是由厚度一致的石墨管制成，在交流电场的作用下，通过石墨管管壁自身的电阻发出的热量来实现对合成腔体的加热，由于石墨管的两端靠近合成腔体的外部，所以较石墨管的中部散热快，这种条件下烧结合成的大直径聚晶金刚石坯料不仅在轴向方向上产生较大温度梯度，而且在径向方向上也会产生较大温度梯度，便会出现上述聚晶金刚石复合片变形大、裂纹、脱层、碎裂等现象。
发明内容：
本发明的目的是提供一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法及合成腔体，这种方法可以解决大直径聚晶金刚石复合片在高温高压烧结过程中因为腔体的温度梯度大而产生的产品质量的问题。
本发明采用的技术方案是：
一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法，其方法包括以下步骤：
    步骤一、将大直径聚晶金刚石坯料装入石墨管的内腔中，在大直径聚晶金刚石坯料与石墨管之间为绝缘保温材料管；大直径聚晶金刚石坯料分为多层，在每层胚料的上下两侧设有传压介质片；所述石墨管的上下两端各放置一个导电金属片；
    步骤二、在烧结所述的金刚石复合片时，将石墨管放入高压合成腔体中，将所述的石墨管加压至5~7GPa，同时在所述的两块导电金属片上接通电源进行加热，加热时间为5~30min，停止加热后，继续保持腔体压力1~10min，然后以0.1~0.3GPa/min的速率将腔体压力缓慢降至常压，使所述大直径聚晶金刚石复合片坯料在高温高压下完成烧结。
进一步，在所述的两块导电金属片上施加的电压为1~10V。
本发明的一种大直径聚晶金刚石复合片合成腔体，其特征在于：包括导电金属片、石墨管、绝缘保温材料、传压介质片和大直径聚晶金刚石胚料；所述的石墨管内设有传压介质片和大直径聚晶金刚石胚料，所述的大直径聚晶金刚石胚料为多层结构，传压介质片设置在大直径聚晶金刚石胚料的上下两侧，大直径聚晶金刚石胚料与石墨管之间设有绝缘保温材料；所述的石墨管的上下两端设有导电金属片。
进一步，所述的石墨管为中间厚两端薄的空心柱体，石墨管中段的厚度与上下段的厚度比值为2:1。
进一步，所述导电金属片为铜板、钼板、铼板、钨板、铌板、钛板或或钛合金板，所述传压介质片是陶瓷片。
本发明产生的有益效果是：
    1、通过对石墨管中间厚两边薄的设计，保证了合成腔体内在轴向方向和径向方向上无温度梯度，使大直径聚晶金刚石复合片能够在温度均匀的条件下烧结，合成重复性好，可操作性强。
    2、通过石墨管中间厚两边薄的结构设计使合成腔体内温度分布均匀，从而使得合成的大直径金刚石聚晶层中的热残余应力分布均匀，并且应力较低，避免了大直径聚晶金刚石复合片变形、裂纹、脱层和碎裂等现象的发生，保证了大直径聚晶金刚石复合片产品性能的稳定性以及中间和边缘结构性能的一致性。
3、通过石墨片的独特设计使合成腔体内温度分布均匀，使得大直径聚晶金刚石的合成由传统的一次只能合成两片到现在的一次可以合成四片或六片。
附图说明：
图1为本发明中实施例的结构示意图。
具体实施方式：
以下为本发明的一种实施例——制造58毫米的大直径聚晶金刚石复合片。
    用于烧结大直径聚晶金刚石复合片的合成腔体如图1所示，该腔体内有一段中间厚两边薄的石墨管，厚石墨管的长度为17毫米，薄石墨管的长度为9毫米，且厚石墨管的厚度与薄石墨管的厚度比值为2:1，即薄石墨管的内径为63毫米，外径为64毫米，厚石墨管的内径为62毫米，外径为64毫米，该石墨管的总长度为35毫米，在所述石墨管2的上下两端各放置一个导电金属片1、6。
    本发明的大直径聚晶金刚石复合片合成方法，包含有以下步骤:
    步骤一、将大直径聚晶金刚石坯料5装入石墨管2的内腔中，在大直径聚晶金刚石坯料5与所述石墨管2之间为绝缘保温材料管3，每一层坯料5的上下两侧设置有传压介质片4，然后在所述石墨管2的两端各放置一个导电金属片1、6；
步骤二、在烧结所述大直径聚晶金刚石复合片时，将所述石墨管2放入加压腔内，对所述两片导电金属片片1、6先加压到一定压力，再接通加热电源，使所述大直径聚晶金刚石复合片坯料5在6.2GP，1450℃条件的高温高压下完成大直径聚晶金刚石复合片的烧结，所制得的大直径聚晶金刚石复合片微观结构均匀、金刚石层厚薄均匀，性能稳定。

Claims (5)

1.一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
    步骤一、将大直径聚晶金刚石坯料装入石墨管的内腔中，在大直径聚晶金刚石坯料与石墨管之间为绝缘保温材料管；大直径聚晶金刚石坯料分为多层，在每层胚料的上下两侧设有传压介质片；所述石墨管的上下两端各放置一个导电金属片；
    步骤二、在烧结所述的金刚石复合片时，将石墨管放入高压合成腔体中，将所述的石墨管加压至5~7GPa，同时在所述的两块导电金属片上接通电源进行加热，加热时间为5~30min，停止加热后，继续保持腔体压力1~10min，然后以0.1~0.3GPa/min的速率将腔体压力缓慢降至常压，使所述大直径聚晶金刚石复合片坯料在高温高压下完成烧结。
2.根据权利要求1所述的一种大直径聚晶金刚石复合片的合成方法，其特征在于：在所述的两块导电金属片上施加的电压为1~10V。
3.一种大直径聚晶金刚石复合片合成腔体，其特征在于：包括导电金属片、石墨管、绝缘保温材料、传压介质片和大直径聚晶金刚石胚料；所述的石墨管内设有传压介质片和大直径聚晶金刚石胚料，所述的大直径聚晶金刚石胚料为多层结构，传压介质片设置在大直径聚晶金刚石胚料的上下两侧，大直径聚晶金刚石胚料与石墨管之间设有绝缘保温材料；所述的石墨管的上下两端设有导电金属片。
4.根据权利要求3所述的一种大直径聚晶金刚石复合片的合成腔体，其特征在于：所述的石墨管为中间厚两端薄的空心柱体，石墨管中段的厚度与上下段的厚度比值为2:1。
5.根据权利要求3所述的一种大直径聚晶金刚石复合片的合成腔体，其特征在于：所述导电金属片为铜板、钼板、铼板、钨板、铌板、钛板或或钛合金板，所述传压介质片是陶瓷片。
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