CN105903972B - 一种金刚石复合片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石复合片及其制备方法，包括硬质合金层和金刚石层，金刚石层与硬质合金层的结合面间设有过渡层，过渡层为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为0.1‑1%，过渡层厚度为0.10‑0.25mm，制备该金刚石复合片时依次经过配料及混料、组装、烧结得到金刚石复合片。与现有技术相比，本发明通过均匀化金刚石层钴结合剂的分布，达到避免金刚石局部石墨化并减少金刚石层结合剂含量的目的，制得的金刚石复合片与同类产品相比：其耐磨性提高20%以上；累计冲击功提高30%以上；在保护气氛下加热750℃/30min其耐磨性下降在5%以内，且在显微镜下观察其金刚石层无裂纹、分层、碳化及其他影响质量的缺陷。

Description

一种金刚石复合片及其制备方法

技术领域

本发明涉及金刚石复合片制造领域，特别是一种金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

目前，传统金刚石复合片的合成主要采用直接将金刚石微粉（或者添加微量结合剂）形成的金刚石层2与硬质合金层1在屏蔽杯3内组装，如图1所示，通过1300℃以上和5.0Gpa以上的高温高压环境合成，使得硬质合金基底中的钴通过扫越的方式分布在金刚石颗粒的周围，起到粘结金刚石颗粒的作用，从而实现金刚石层的致密化，但是在高温高温下钴扫越后并非均匀地分布在金刚石颗粒的周围（如图1），经常出现局部钴聚积的现象，这使得金刚石复合片在合成过程和使用过程中，一旦达到合适的温度和压力就会导致金刚石的石墨化，严重降低金刚石复合片的耐磨性、抗冲击性能和热稳定性，这也是造成目前金刚石复合片在切削受力时易发生崩韧的主要原因。

目前改善结合剂分散均匀性的方法主要有（1）优化金刚石粒度配比，增加其堆积密度，较少孔隙率；（2）对金刚石复合片的金刚石层进行脱钴处理；（3）在金刚石与硬质合金的界面处添加致密层或过滤层等。其中方法（1）的改善效果有限；方法（2）采用的比较多，但成本比较高只适用于高端产品；方法（3）多采用添加有石墨的微粉致密层，但由于使用量很难控制以及混料均匀性的问题使得石墨过少起不到作用，过多造成金刚石层分层，无法从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术问题的不足，提供一种金刚石复合片及其制备方法，通过在金刚石层和硬质合金层之间添加混有石墨烯的过渡层，使得金刚石层钴结合剂分布均匀化并降低金刚石层中钴含量，有效避免钴结合剂的局部聚积，并使金刚石颗粒间的共价键数量有所提高，从而达到提高金刚石复合片的耐磨性、抗冲击性能和耐热性的目的。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种金刚石复合片，包括硬质合金层和金刚石层，所述金刚石层与硬质合金层的结合面间设有过渡层，所述过渡层为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为0.1-1%。

进一步的，所述过渡层厚度为0.10-0.25mm。

本发明的金刚石复合片制备时，具体步骤如下：

步骤一、配料及混料：配制石墨烯的质量分数为0.1-1%的金刚石微粉与石墨烯的混合物，将得到的混合物采用球磨混料1.5-3h，并采用CO2气氛煅烧1-2h；

步骤二、组装：将上述煅烧过的料均匀的铺在预压过的金刚石层上面作为金刚石层与硬质合金层的过渡层，该过渡层的厚度为0.10-0.25mm，并在过渡层上面放置预先清洗过的硬质合金层；

步骤三、烧结：将上述组装的硬质合金层、金刚石层和过渡层采用1450-1600℃高温和5.0-6.5GPa高压烧结得到金刚石复合片。

与现有技术相比，本发明通过均匀化金刚石层钴结合剂的分布，达到避免金刚石局部石墨化并减少金刚石层结合剂含量的目的，制得的金刚石复合片与同类产品相比：其耐磨性提高20%以上；累计冲击功提高30%以上；在保护气氛下加热750℃/30min其耐磨性下降在5%以内，且在显微镜下观察其金刚石层无裂纹、分层、碳化及其他影响质量的缺陷。

附图说明

图1为现有技术的金刚石复合片的结构示意图；

图2为本发明的金刚石复合片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图2所示的一种金刚石复合片，包括硬质合金层1和金刚石层2，组装时，金刚石层2与硬质合金层1放置在屏蔽杯3中，金刚石层2与硬质合金层1的结合面间设有过渡层4，过渡层4为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为0.1%，过渡层4厚度为0.25mm。

制备时，具体步骤如下：

步骤一、配料及混料：配制石墨烯的质量分数为0.1%的金刚石微粉与石墨烯的混合物，将得到的混合物采用球磨混料1.5h，并采用CO₂气氛煅烧1h；

步骤二、组装：将上述煅烧过的料均匀的铺在预压过的金刚石层2上面作为金刚石层2与硬质合金层1的过渡层4，该过渡层4的厚度为0.25mm，并在过渡层4上面放置预先清洗过的硬质合金层1；

步骤三、烧结：将上述组装的硬质合金层1、金刚石层2和过渡层4采用1450℃高温和5.0GPa高压烧结得到金刚石复合片。

实施例2

如图2所示的一种金刚石复合片，包括硬质合金层1和金刚石层2，组装时，金刚石层2与硬质合金层1放置在屏蔽杯3中，金刚石层2与硬质合金层1的结合面间设有过渡层4，过渡层4为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为1%，过渡层4厚度为0.10mm。

制备时，具体步骤如下：

步骤一、配料及混料：配制石墨烯的质量分数为1%的金刚石微粉与石墨烯的混合物，将得到的混合物采用球磨混料3h，并采用CO₂气氛煅烧2h；

步骤二、组装：将上述煅烧过的料均匀的铺在预压过的金刚石层2上面作为金刚石层2与硬质合金层1的过渡层4，该过渡层4的厚度为0.10mm，并在过渡层4上面放置预先清洗过的硬质合金层1；

步骤三、烧结：将上述组装的硬质合金层1、金刚石层2和过渡层3采用1550℃高温和6.5GPa高压烧结得到金刚石复合片。

实施例3

如图2所示的一种金刚石复合片，包括硬质合金层1和金刚石层2，组装时，金刚石层2与硬质合金层1放置在屏蔽杯3中，金刚石层2与硬质合金层1的结合面间设有过渡层4，过渡层4为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为0.5%，过渡层4厚度为0.15mm。

制备时，具体步骤如下：

步骤一、配料及混料：配制石墨烯的质量分数为0.5%的金刚石微粉与石墨烯的混合物，将得到的混合物采用球磨混料2h，并采用CO₂气氛煅烧1.5h；

步骤二、组装：将上述煅烧过的料均匀的铺在预压过的金刚石层2上面作为金刚石层2与硬质合金层1的过渡层4，该过渡层4的厚度为0.15mm，并在过渡层4上面放置预先清洗过的硬质合金层1；

步骤三、烧结：将上述组装的硬质合金层、金刚石层和过渡层采用1500℃高温和5.5GPa高压烧结得到金刚石复合片。

将上述实施例中得到的金刚石复合片的力学性能进行测定，结果显示金刚石复合片体积磨耗比由原来的500万提高到600万，累计冲击功由300J提高到400J，在保护气氛下加热750℃/30min其耐磨性下降在5%以内，且在显微镜下观察其金刚石层无裂纹、分层、碳化及其他影响质量的缺陷。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种金刚石复合片，包括硬质合金层和金刚石层，其特征在于：所述金刚石层与硬质合金层的结合面间设有过渡层，所述过渡层为金刚石微粉与石墨烯的混合物，其中石墨烯的质量分数为0.1-1%。

2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于：所述过渡层厚度为0.10-0.25mm。

3.一种如权利要求1所述的金刚石复合片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、配料及混料：配制石墨烯的质量分数为0.1-1%的金刚石微粉与石墨烯的混合物，将得到的混合物采用球磨混料1.5-3h后并采用CO₂气氛煅烧1-2h；

步骤二、组装：将上述煅烧过的料均匀的铺在预压过的金刚石层上面作为金刚石层与硬质合金层的过渡层，该过渡层的厚度为0.10-0.25mm，并在过渡层上面放置预先清洗过的硬质合金层；

步骤三、烧结：将上述组装的硬质合金层、金刚石层和过渡层采用1450-1600℃高温和5.0-6.5GPa高压烧结得到金刚石复合片。