CN107379663A - 用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，由上、中、下三层材料复合而成，上层材料和下层材料为氯化钠片、碳化硅片、石墨片、碳片或氮化铝陶瓷片，中层材料为耐高温的硬质材料。所述耐高温的硬质材料为氧化镁陶瓷材料片、氧化铝陶瓷材料片、氧化锆陶瓷材料片，钛金属片、钼金属片、钨金属片、钽金属片、碳化物金属陶瓷片、氮化物金属陶瓷片或硼化物金属陶瓷片。在铰链式六面顶液压机上采用本发明提供的多层复合隔层材料之后，可以有效地保证超硬材料烧结体包括金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶、金刚石复合片、立方氮化硼复合片的上、下端面的变形量小于0.2mm。

Description

用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料
技术领域
本发明属于超硬材料制造技术领域，具体涉及一种用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料。
背景技术
在铰链式六面顶液压机上合成多层超硬材料烧结体，包括金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶、金刚石复合片、立方氮化硼复合片时，由于高温高压腔体压力不均匀，导致所合成的烧结体变形量比较大，变形包括径向变形和轴向变形。烧结体径向变形是由于压机的六个活塞不同步，使烧结体圆周方向变形，有点接近于方形或者椭圆形；烧结体轴向（上下顶锤方向）变形是由于超硬粉末原料的流动和隔层材料的流动变形造成的，最终导致烧结体的上下端面不平行，一般呈两面向中心凹的形状，这种变形对于烧结体而言是极为不利的。圆周方向不圆，可以通过无心磨整形成为标准的圆形。然而对于上下端面而言，虽然也可以用平面研磨使两个端面平行，但是由于两个端面是双面凹，对于要求超硬材料烧结体的超硬烧结层，边缘与中心的厚度一致的产品，比如金刚石复合片、立方氮化硼复合片、金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶，它要求金刚石或立方氮化硼层的厚度接近一致，特别是用于切削刀具的金刚石复合片、立方氮化硼复合片要求金刚石或立方氮化硼层的厚度误差不超过0.1mm-0.2mm，常规的合成办法是无法实现的。为了提高合成金刚石复合片、立方氮化硼复合片、金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶的生产效率，一般在高压腔中，每次合成的数量在2-8片，在每层之间和两端，必须摆放一种防止变形的隔层材料，来限制烧结体的变形量。如果不采用合适的隔层材料，烧结体中心的凹陷量甚至超过0.3mm-0.5mm，特别是金刚石复合片、立方氮化硼复合片，当研平金刚石层和立方氮化硼层后，就会使中心层厚比边缘层厚高0.3mm-0.5mm，这显然达不到厚度差小于0.1mm-0.2mm的标准。这是当前我们制造金刚石复合片、立方氮化硼复合片面临的一个难题。
在过去合成多层超硬材料烧结体时，在层与层之间一般采用氯化钠片和云母片两种材料，实践证明这两种材料还不能很好地解决超硬材料烧结体向中间凹的变形问题。近几年来也有人采用两种材料复合作为超硬材料烧结体的隔层材料，比如氯化钠片+氧化镁片、氯化钠片+硬质合金片、氯化钠片+耐高温金属片（例如：钛、钼、铌），其中氯化钠片的作用是传热和传压，氧化镁片、硬质合金片、耐高温金属片的作用是限制烧结体的变形，这相对于单一使用氯化钠片或者云母片而言，烧结体的端面变形有所改善，但烧结体中心的凹陷量仍为0.3mm-0.5mm，不能完全满足要求。
为此，有必要对以往每次合成2-8片的多层烧结体改进组装方式和隔层材料，减少烧结体的端面变形，保证金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶、金刚石复合片、立方氮化硼复合片的金刚石层和立方氮化硼层的中心和边缘的厚度差小于0.2mm。
发明内容
为了实现上述的目标，减少超硬材料烧结体的上、下平面的变形量，本发明提供一种用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料。
本发明的目的是以下述方式实现的：
用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，由上、中、下三层材料复合而成，上层材料和下层材料为氯化钠片、碳化硅片、石墨片、碳片或氮化铝陶瓷片，中层材料为耐高温的硬质材料。
所述耐高温的硬质材料为氧化镁陶瓷材料片、氧化铝陶瓷材料片、氧化锆陶瓷材料片，钛金属片、钼金属片、钨金属片、钽金属片、碳化物金属陶瓷片、氮化物金属陶瓷片或硼化物金属陶瓷片。
所述上层材料和下层材料所用材料相同。
所述碳化物金属陶瓷片为是以碳化钛、碳化钨为基体，添加钴、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
所述氮化物金属陶瓷片为是以氮化钛、氮化硼为基体，添加钽、铌金属热烧结而成的金属陶瓷片。
所述硼化物金属陶瓷片为是以硼化钛、硼化钒为基体，添加镍、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
超硬材料烧结体在烧结过程中温度可达1600-1800℃，温度较高，中层材料比较硬，可以确保在烧结过程中烧结体变形量小，但是其导热性差，会影响烧结过程中的热传导，上层材料和下层材料为传热、传压性能良好的材料，保证烧结体之间的热传导性能。
相对于现有技术，在铰链式六面顶液压机上采用本发明提供的多层复合隔层材料之后，可以有效地保证超硬材料烧结体包括金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶、金刚石复合片、立方氮化硼复合片的上、下端面的变形量小于0.2mm，相对于以往的单层或两层隔层材料而言，有了很大的改善，为超硬材料的进步和发展，提供了一种全新的思路，可以减少研磨超硬材料烧结体上、下端面的时间，降低生产成本。
附图说明
图1是铰链式六面顶液压机合成超硬材料烧结体的合成块示意图。
图2是多层复合隔层材料示意图。
其中，1是钢圈；2是导电片；3是石墨管；4是氯化钠管；5是超硬材料烧结体内组装；6是多层复合隔层材料；61是上层材料；62是中层材料；63是下层材料；7是叶腊石块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清晰完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明专利保护的范围。
本发明专利中的超硬材料烧结体合成块组装方式如图1所示，其中1是钢圈、2是导电片、3是石墨管、4是氯化钠管、5是超硬材料烧结体内组装、6是多层复合隔层材料、7是叶腊石块。
复合隔层材料包括上、中、下三层材料，这三层材料是通过现有的机械压制方法制备而成的。
实施例1：
复合隔层片的组成由上、中、下三层材料复合而成，如图2所示，61为上层材料，62为中层材料，63为下层材料，上、下层的材料相同，为氯化钠片、碳化硅片、石墨片、碳片或氮化铝陶瓷片，这五种材料具有良好的传热、传压性能，可以使超硬材料烧结体周边与中心的压力、温度保持均匀，烧结效果一致。中间层为耐高温的硬质材料层，包括氧化镁陶瓷材料片、氧化铝陶瓷材料片、氧化锆陶瓷材料片，钛金属片、钼金属片、钨金属片、钽金属片、碳化物金属陶瓷片、氮化物金属陶瓷片或硼化物金属陶瓷片，耐高温的硬质材料层比较硬，可以确保在烧结过程中烧结体变形量小，但是其导热性差，会影响烧结过程中的热传导。
碳化物金属陶瓷片为是以碳化钛、碳化钨为基体，添加钴、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
氮化物金属陶瓷片为是以氮化钛、氮化硼为基体，添加钽、铌金属热烧结而成的金属陶瓷片。
硼化物金属陶瓷片为是以硼化钛、硼化钒为基体，添加镍、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
通过试验证明，这种三层材料复合而成的隔层片比单层或双层更加有效，能使金刚石聚晶和立方氮化硼聚晶的中心厚和边缘厚的误差小于0.2mm；特别是能使金刚石复合片和立方氮化硼复合片的金刚石层和立方氮化硼层的中心厚和边缘厚的误差小于0.2mm，既能够使产品的质量符合标准要求，也能减少金刚石层或立方氮化硼层的表面加工量，有效地提高生产效率。
实施例2：
在六面顶液压机上高温高压合成4片金刚石复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为氯化钠片，中间为耐高温钼金属片，合成后经测量，金刚石层中心与周边厚度误差为0.15mm。
实施例3：
在六面顶液压机上高温高压合成4片金刚石复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为氯化钠片，中间为耐高温钛金属片，合成后经测量，金刚石层中心与周边厚度误差为0.155mm。
实施例4：
在六面顶液压机上高温高压合成4片金刚石复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为氯化钠片，中间为耐高温钨金属片，合成后经测量，金刚石层中心与周边厚度误差为0.162mm。
实施例5：
在六面顶液压机上高温高压合成4片金刚石复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为氯化钠片，中间为耐高温钽金属片，合成后经测量，金刚石层中心与周边厚度误差为0.16mm。
实施例6
在六面顶液压机上高温高压合成4片立方氮化硼复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为石墨片，中间为氧化铝陶瓷片，合成后经测量，立方氮化硼层中心与周边厚度误差为0.17mm。
实施例7
在六面顶液压机上高温高压合成6片金刚石聚晶片，在聚晶片层与层之间和两端共放置了7片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为氮化铝陶瓷片，中间为氧化镁陶瓷片，合成后经测量，中心与周边厚度误差为0.18mm。
实施例8
在六面顶液压机上高温高压合成4片立方氮化硼复合片，在复合片层与层之间和两端共放置了5片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为石墨片，中间为氧化锆陶瓷片，合成后经测量，立方氮化硼层中心与周边厚度误差为0.175mm。
实施例9
在六面顶液压机上高温高压合成6片立方氮化硼聚晶片，在聚晶片层与层之间和两端共放置了7片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为碳片，中间为碳化物金属陶瓷片，合成后经测量，立方氮化硼聚晶中心与周边厚度误差为0.164mm。
实施例10
在六面顶液压机上高温高压合成6片立方氮化硼聚晶片，在聚晶片层与层之间和两端共放置了7片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为碳化硅片，中间为氮化物金属陶瓷片，合成后经测量，立方氮化硼聚晶中心与周边厚度误差为0.16mm。
实施例11
在六面顶液压机上高温高压合成6片立方氮化硼聚晶片，在聚晶片层与层之间和两端共放置了7片复合隔层材料，隔层材料的上、下层为碳化硅片，中间为硼化物金属陶瓷片，合成后经测量，立方氮化硼聚晶中心与周边厚度误差为0.145mm。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：由上、中、下三层材料复合而成，上层材料和下层材料为氯化钠片、碳化硅片、石墨片、碳片或氮化铝陶瓷片，中层材料为耐高温的硬质材料。
2.根据权利要求1所述的用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：所述耐高温的硬质材料为氧化镁陶瓷片、氧化铝陶瓷片、氧化锆陶瓷片，钛金属片、钼金属片、钨金属片、钽金属片、碳化物金属陶瓷片、氮化物金属陶瓷片或硼化物金属陶瓷片。
3.根据权利要求1所述的用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：所述上层材料和下层材料所用材料相同。
4.根据权利要求2所述的用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：所述碳化物金属陶瓷片为是以碳化钛、碳化钨为基体，添加钴、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
5.根据权利要求2所述的用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：所述氮化物金属陶瓷片为是以氮化钛、氮化硼为基体，添加钽、铌金属热烧结而成的金属陶瓷片。
6.根据权利要求2所述的用于合成超硬材料烧结体的多层复合隔层材料，其特征在于：所述硼化物金属陶瓷片为是以硼化钛、硼化钒为基体，添加镍、钼金属热烧结而成的金属陶瓷片。
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