CN108187586A - 一种聚晶金刚石的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚晶金刚石的加工方法，包括以下步骤：(1)制备模具；(2)将粒度为1‑30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在高温高压条件下烧结成型，制成半成品；(3)使用喷砂或者腐蚀液除去半成品上的模具，得到所需构型或结构的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。本发明的加工方法可以将聚晶金刚石的构型或形状加工成所需的特定形状，可以实现聚晶金刚石复杂的表面以及空间形状的高精度加工，得到异形聚晶金刚石；本发明的加工方法较传统方法而言，更加廉价、方便、快速，并且不需要特殊设备，具有较高的可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及聚晶金刚石形状加工处理技术，具体涉及一种聚晶金刚石的加工方法。
背景技术
聚晶金刚石(PCD)用微米级金刚石粉在高温高压的条件下合成，具有接近单晶金刚石耐磨性与硬度的优点，由于其各向同性的特点，不存在解理面，耐冲击也得到了提升。广泛应用于拉丝模具，金刚石复合片，涡轮钻具等方面。对于聚晶金刚石的表面构型或形状的加工处理，目前世界上只存在三种方式：1、激光雕刻(或激光切割)；2、电火花切割；3、研磨。第一种方式的加工效率低下，并且对金刚石有烧蚀作用，较难精准的做出所需特定构型或形状的聚晶金刚石，而且对于稍微复杂一点的镂空形状就无法加工。第二种方式，无法实现将聚晶金刚石的表面加工成任意凸凹不平的形状或图案。第三种方式，只能加工切面，根本无法制备得到稍微复杂一点的或者带有特定的表面构型或形状的聚晶金刚石。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚晶金刚石的加工方法。
针对聚晶金刚石表面形貌的加工，本发明采用以下技术方案：
一种聚晶金刚石的加工方法，包括以下步骤：
(1)制备模具：根据所需要的形状，按照同比放大1.20～1.25乘以1.01～1.05倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1350～1450℃烧制22～26小时，烧结制成模具，即烧结成镜像模具，即阴模；
在真空氢气炉中烧制的温度和时间对于最终成品的质量起着非常关键的作用，可以确保模具的形状达到精准。烧制温度过高或过低以及烧制时间过长或过短都会导致成品质量不符合要求。烧结主要分三个过程，氢处理阶段，除去石蜡等成型剂；第二阶段，使钴融化，并使组织逐渐致密；第三阶段，加压烧结，抑制钴以蒸汽的形式挥发过多。
(2)将粒度为1-30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在高温高压条件下烧结成型，制成半成品；
(3)使用喷砂或者腐蚀液除去或腐蚀掉半成品上的模具，得到所需构型或结构的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。
喷砂采用碳化硅砂砾进行。
进一步地，步骤(1)中按照同比放大1.22乘以1.02倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1400℃烧制24小时，烧结制成模具。
进一步地，所述硬质合金为碳化钨硬质合金。
进一步优选地，所述硬质合金的粒度为0.5～2μm。
硬质合金阴模的制作过程，碳化钨粉和钴粉混合后，按照所需要的形状压制成型，然后通过粉末冶金的方式烧结，烧结过程中体积缩小百分之十八，因此需要按照1.22倍同比放大。高温高压烧结过程中，该阴模会收缩2％，因此需要按照1.02倍同比放大，主要涉及粉末冶金领域。
可选地，在步骤(3)用腐蚀液腐蚀的过程中用保护套套住不需要腐蚀的部位。
本发明可以选择性的保护模具的一部分不被腐蚀，可以用保护套套住模具的一部分，然后只腐蚀掉没有被保护套套住的部分。
可选地，在金刚石微粉没有接合模具的一端接合基体，然后在高温高压条件下烧结成型，再将所述基体用保护套套住，制成半成品；而在步骤(3)中用腐蚀液腐蚀掉模具之后取下保护套。本发明可以选择性的保护基体不被腐蚀。
在高温高压条件下烧结成型，制成半成品，模具的结构或部分结构可以位于金刚石微粉的内部，在使用腐蚀液腐蚀掉模具之后，聚晶金刚石就形成具有特定形状或构型的镂空的内部结构。
进一步地，所述氢氟酸与硝酸的体积比为1：10～10：1。
进一步地，所述腐蚀液还包含盐酸和/或硫酸。
进一步地，所述高温高压条件为1300～1500℃和5～8GPa。
进一步地，所述保护套由聚四氟乙烯制成。
进一步地，所述基体由硬质合金制成。
进一步优选地，所述基体由碳化钨合金制成。
进一步地，在步骤(2)所述烧结成型的过程中使用六面顶或两面顶提供高压。
本发明提供的聚晶金刚石的加工方法，属于一种新型聚晶金刚石表面形貌加工的方法。选择硬度较高且在聚晶金刚石合成的高温高压下不易变形的合金(例如碳化钨合金)作为模板或模具，在烧结之后用混合酸(例如含有氢氟酸和硝酸)洗去或腐蚀掉模板(例如碳化钨合金)，留下预先设计好的聚晶金刚石的表面。这种方式较传统方法而言，更加廉价、方便，并且不需要特殊设备，具有较高的可操作性，可以满足聚晶金刚石复杂的表面以及空间形状的高精度加工。特别是，在拉丝模具领域，传统方法很难加工出具有弧面的模孔，而通过本发明可以很容易地做到或实现，对于优化磨具受力、延长使用寿命具有积极意义。在金刚石复合片领域，一直以来合成异形复合片都具有合成困难，高成本，后期价格复杂的特点，而通过本发明可以容易得到各类复杂形貌的异形复合片，并且大大降低成本。
本发明的有益效果：
(1)本发明的加工方法可以将聚晶金刚石的构型或形状加工成所需的特定形状，得到异形聚晶金刚石；
(2)本发明的加工方法可以将聚晶金刚石加工成镂空的形状或构型；
(3)本发明的加工方法可以实现聚晶金刚石复杂的表面以及空间形状的高精度加工；
(4)本发明的加工方法较传统方法而言，更加廉价、方便、快速，并且不需要特殊设备，具有较高的可操作性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的聚晶金刚石的正面和反面图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例做进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
一种聚晶金刚石的加工方法，包括以下步骤：
(1)制备模具：将模具制备成所需要的特定形状，按照同比放大1.22乘以1.02倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1400℃烧制24小时，烧结成镜像模具，即阴模；
(2)将粒度为1-30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在高温高压条件下烧结成型，制成半成品；
(3)使用腐蚀液除去或腐蚀掉半成品上的模具，得到所需构型或结构的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。
所述硬质合金的粒度为0.5～2μm。
金刚石微粉经过高温高压烧结以后就变成了聚晶金刚石。
图1为本发明实施例1制备的聚晶金刚石的正面和反面图。
实施例1所述的高温高压条件为1400℃和6GPa。
在步骤(2)所述烧结成型的过程中使用两面顶提供高压。
本发明方法可以方便、快捷地实现聚晶金刚石复杂的表面形状的高精度加工。
实施例2
一种聚晶金刚石的加工方法，包括以下步骤：
(1)制备模具：将模具制备成特定的形状，按照同比放大1.20乘以1.05倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1350℃烧制26小时，烧结成镜像模具，即阴模；
(2)将粒度为1-30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在高温高压条件下烧结成型，制成半成品；
(3)使用腐蚀液除去或腐蚀掉半成品上的模具，得到所需构型或结构的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。
金刚石微粉经过高温高压烧结以后就变成了聚晶金刚石。
所述硬质合金的粒度为0.5～2μm。
实施例2所述的高温高压条件为1300℃和5GPa。
在步骤(2)所述烧结成型的过程中使用两面顶提供高压。
本发明方法可以方便、快捷地实现聚晶金刚石复杂的表面以及空间形状的高精度加工。
实施例3
一种聚晶金刚石的加工方法，包括以下步骤：
(1)制备模具：将模具制备成特定的形状，按照同比放大1.25乘以1.01倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1450℃烧制22小时，烧结成镜像模具，即阴模；
(2)将粒度为1-30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在金刚石微粉没有接合模具的一端上接合有基体，然后在高温高压条件下烧结成型，再将所述基体用保护套套住，制成半成品
(3)使用腐蚀液腐蚀半成品上的模具，得到所需特定的形状或构型的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。
而在步骤(3)中用腐蚀液腐蚀掉模具之后取下保护套，保护套保护基体不被腐蚀。
金刚石微粉经过高温高压烧结以后就变成了聚晶金刚石。
所述硬质合金的粒度为0.5～2μm。
实施例3所述的高温高压条件为1500℃和8GPa。
在步骤(2)所述烧结成型的过程中使用两面顶提供高压。
所述保护套由聚四氟乙烯制成。
所述基体由碳化钨硬质合金制成。
本发明方法可以方便、快捷地实现聚晶金刚石复杂的表面以及空间形状的高精度加工。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。
Claims (9)
1.一种聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备模具：根据所需要的形状，按照同比放大1.20～1.25乘以1.01～1.05倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1350～1450℃烧制22～26小时，烧结制成模具；
(2)将粒度为1-30μm的金刚石微粉与所述模具按照成品形状，填装在石墨管或者金属杯中，在高温高压条件下烧结成型，制成半成品；
(3)使用喷砂或者腐蚀液除去半成品上的模具，得到所需构型或结构的聚晶金刚石，其中所述腐蚀液包含氢氟酸和硝酸。
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，步骤(1)中按照同比放大1.22乘以1.02倍对硬质合金和钴混合粉末压制成型，并在真空氢气炉中以1400℃烧制24小时，烧结制成模具。
3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，在步骤(3)用腐蚀液腐蚀的过程中用保护套套住不需要腐蚀的部位。
4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述硬质合金为碳化钨硬质合金。
5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述硬质合金的粒度为0.5～2μm。
6.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述氢氟酸与硝酸的体积比为1：10～10：1。
7.根据权利要求1或6所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述腐蚀液还包含盐酸和/或硫酸。
8.根据权利要求1所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述高温高压条件为1300～1500℃和5～8GPa。
9.根据权利要求3所述的聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述保护套由聚四氟乙烯制成。
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