CN109954883B - 带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法 - Google Patents

带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种专带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，所述基体材料为WC‑Co硬质合金与金属合金的复合材料，所述三维骨架结构硬质合金基体由圆柱状硬质合金及其在该圆柱一个底面上通过3D打印方法制备一种三维骨架结构，所述三维骨架结构的材料包括硬质合金及其他合金；所述3D打印方法包括SLM及3DP方法；所述金刚石聚晶合成方法采用六面顶压机高温高压法。与传统硬质合金基体相比，本发明采用三维骨架结构硬质合金基体可以增加基体与金刚石聚晶的结合强度，显著提升金刚石复合片的断裂韧性及抗冲击能力，从而显著提升聚晶金刚石复合片的使用寿命。

Description

带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法
技术领域
本发明涉及聚晶金刚石复合片合成领域，尤其是涉及一种专门用于合成聚晶金刚石复合片的带有三维骨架结构硬质合金基体的3D打印成型方法，以及由所述硬质合金基体制备聚晶金刚石复合片的合成方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，PDC）是金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压条件下烧结而成的复合材料，具有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性，并且硬质合金的易焊接性解决了聚晶金刚石难以与其他材料结合的问题，因此聚晶金刚石复合片是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。目前聚晶金刚石复合片采用结合面带有几何形状的钴含量为13%的硬质合金作为基体，但基体的成型依赖模具，结构简单，产品单一，对于基体结合面几何形状设计限制较大，并且模具成本高、周期长，严重限制了聚晶金刚石复合片硬质合金基体的结构设计空间。
增材制造技术（简称3D打印）是一种先进的智能制造技术，是一种可将CAD数据文件直接转换成实体产品的技术。其基本原理是将CAD文件分层切片并“打印”，逐层叠加，最终获得实体产品，整个过程无需模具，并且突破了复杂结合界面形状成型困难的问题。相对于传统的硬质合金基体，本发明所提供的三维骨架结构聚晶金刚石复合片硬质合金基体的3D打印方法有助于促进聚晶金刚石复合片硬质合金基体的三维结构设计，从而极大提升聚晶金刚石复合片的断裂韧性及抗冲击性能，显著延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明将提供一种专门用于合成聚晶金刚石复合片的带有三维骨架结构硬质合金基体的3D打印成型方法，以及由所述硬质合金基体制备聚晶金刚石复合片的合成方法，且本发明的方法合成的聚晶金刚石复合片其硬质合金基体与金刚石聚晶层结合强度良好。
本发明的技术方案为：
一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为硬质合金层或者其他合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，包括SLM及3DP方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为6-20%，所述三维骨架结构的材料为硬质合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Mo合金、Cr合金。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融或者喷胶的方法建立硬质合金基体三维结构模型，所述3DP方法还要在打印完毕后进行脱胶及烧结的过程，脱胶采用400-500℃氢气或保护性气氛下进行，烧结在1000-1350℃真空或保护性气氛下进行。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉通过长时间振动的方法进入所述硬质合金基体的三维结构空隙，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过400-600℃保护气氛或氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过400-600℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行2-5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉、有机粘接剂、水或者无水乙醇等挥发性溶剂混合，在液体混合物状态下沉积到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，将溶剂或水进行干燥；这一混合、沉积、干燥过程重复2-5次，确保金刚石微粉充分填充硬质合金基体带有三维结构的空隙。
进一步的，所述三维骨架结构材料为WC-Co、Ti-5Ta-30Nb-8Zr、Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr、Zr50、Ti6Al4V、Co-Cr-Mo、CoCrMo、CoCrWMo中的一种或几种复合材料。
优选的，所述WC-Co中Co的质量含量大于8%且小于等于25%。
进一步的，所述三维骨架结构材料为WC-Co或者WC—Co与金属合金的复合材料。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为0.2-20微米。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5~20GPa、烧结温度1400℃~1700℃、保温时间10~60min。
与现有技术相比，本发明采用增材制造方法制备的专门用于合成聚晶金刚石复合片的带有三维骨架结构硬质合金基体，可以实现复杂结合面结构设计和无模制造，降低基体制造成本、生产周期，拓宽材料选择空间，有助于提升聚晶金刚石复合片力学性能，从而显著延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。
附图说明
图1为本发明中所设计的三维骨架结构聚晶金刚石复合片硬质合金基体三维结构示意图；
图2为本发明中最终合成的聚晶金刚石复合片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为Co-Cr-Mo。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例2
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为Ti6Al4V。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例3
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为Mo。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例4
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为W。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例5
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为WC-Co+Ti6Al4V，体积分数为1:1。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例6
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过凝胶挤入法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为WC-Co。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维结构空隙并通过500℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例7
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过振动法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为WC-Co。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉通过长时间振动的方法进入所述硬质合金基体的三维结构空隙，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维结构空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例8
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用SLM方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过溶剂沉积法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为WC-Co。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融方法建立硬质合金基体三维结构模型。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉、有机粘接剂、无水乙醇等挥发性溶剂混合，在液体混合物状态下沉积到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，将溶剂进行干燥；这一混合、沉积、干燥过程重复5次，确保金刚石微粉充分填充硬质合金基体带有三维结构的空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
实施例9
图1为三维骨架结构聚晶金刚石复合片的硬质合金基体1的三维结构，包括三维骨架结构层11和圆柱状硬质合金12；图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本实施例提供一种带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上一层高度三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，采用3DP方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，通过溶剂沉积法将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%，所述三维骨架结构的材料为WC-Co。
进一步的，步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过喷胶的方法建立硬质合金基体三维结构模型，在打印完毕后进行脱胶及烧结的过程，脱胶在500℃氢气气氛下进行，烧结在1350℃真空下进行。
进一步的，步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉、有机粘接剂、无水乙醇等挥发性溶剂混合，在液体混合物状态下沉积到所述硬质合金基体带有三维结构的一侧，将溶剂进行干燥；这一混合、沉积、干燥过程重复5次，确保金刚石微粉充分填充硬质合金基体带有三维结构的空隙。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
对比例
图2为聚晶金刚石复合片的结构，包括硬质合金基体1和金刚石聚晶2。
本对比例提供一种硬质合金基体截面为平面的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体为直径16mm、高度6.5mm的圆柱状硬质合金；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体上；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成材料进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理。
进一步的，步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为13%。
进一步的，所述金刚石微粉粒度为W10。
进一步的，步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5.5GPa、烧结温度1500℃、保温时间15min。
对本发明实施例1~9及对比例合成的聚晶金刚石复合片的性能进行落球法实验测试。其中采用钢球的直径和质量分别为50mm和0.511kg，钢球自200mm高处自由落下，冲击样品的同一测试点，知道样品表面开始出现裂纹为止，记录冲击次数。每一个实施例的性能由该实施例5个样品的平均落球冲击次数衡量。测试结果见表1。
表1本发明实施例合成的聚晶金刚石复合片的平均落球冲击次数
Figure 678291DEST_PATH_IMAGE002
实施例各试样落球冲击试验测试结果比较可得，采用三维骨架机构的硬质合金基体可以明显提升聚晶金刚石复合片的抗冲击性能，充分体现了复合材料三维骨架结构硬质合金基体在聚晶金刚石复合片领域中的优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。

Claims (3)

1.带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）制备硬质合金基体；所述硬质合金基体由圆柱状硬质合金及其在所述圆柱的一个底面上通过3D打印方法制备的一层三维骨架结构层组成；所述三维骨架结构层为硬质合金层或者合金材料层；
B）所述圆柱状硬质合金的制备方法为传统粉末冶金液相烧结方法；所述三维骨架结构的制备方法为增材制造方法，包括SLM及喷胶3DP方法；
C）对基体进行机加工预处理与清洗，对金刚石微粉进行净化处理，对叶蜡石合成块进行热处理；
D）将金刚石微粉添加到所述硬质合金基体带有三维骨架结构的一侧，将金刚石微粉充分填入所述硬质合金基体的三维骨架结构空隙；
E）组装叶蜡石合成块；
F）采用六面顶压机高温高压烧结工艺对所述合成块进行高温高压烧结；
G）将高温高压烧结后的聚晶金刚石复合片进行机加工后处理；
步骤A）中，所述圆柱状硬质合金的材料为WC-Co硬质合金，Co的质量百分比为6-20%，所述三维骨架结构的材料为硬质合金、Ti合金、Zr合金、W合金、Mo合金、Cr合金中的一种或几种；
步骤B）中，所述三维骨架结构的制备方法为：通过逐层铺粉和激光熔融或者喷胶的方法建立硬质合金基体三维骨架结构模型，所述喷胶3DP方法还要在打印完毕后进行脱胶及烧结的过程，脱胶采用400-500℃氢气或保护性气氛下进行，烧结在1000-1350℃真空或保护性气氛下进行；
步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉与有机凝胶混合后挤压进入所述硬质合金基体的三维骨架结构空隙并通过400-600℃保护气氛或氢气脱胶过程将凝胶彻底去除，可以将金刚石微粉与有机凝胶混合后再次挤压进入所述硬质合金基体的三维骨架结构空隙并通过400-600℃脱胶过程将凝胶彻底去除，这一过程进行2-5次，确保金刚石微粉充分填充所述硬质合金基体的三维骨架结构空隙；
所述金刚石微粉粒度为0.2-20微米；
步骤F）中，所述高温高压烧结工艺为烧结压力5~20GPa、烧结温度1400℃~1700℃、保温时间10~60min。
2.根据权利要求1所述的带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于,步骤D)中，其具体步骤包括：将金刚石微粉、有机粘接剂、水或者无水乙醇的挥发性溶剂混合，在液体混合物状态下沉积到所述硬质合金基体带有三维骨架结构的一侧，将溶剂或水进行干燥；这一混合、沉积、干燥过程重复2-5次，确保金刚石微粉充分填充硬质合金基体带有三维骨架结构的空隙。
3.根据权利要求1所述的带有三维骨架硬质合金基体的聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于,所述三维骨架结构材料为WC-Co、Ti-5Ta-30Nb-8Zr、Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr、Zr50、Ti6Al4V、Co-Cr-Mo、CoCrMo、CoCrWMo中的一种或几种。
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CN114160045A (zh) * 2020-09-10 2022-03-11 江信有限公司 钻石颗粒及其制造方法
CN114012105A (zh) * 2021-04-23 2022-02-08 安泰科技股份有限公司 一种金刚石-金属基复合材料、节块及其制备方法
CN115213413A (zh) * 2021-06-18 2022-10-21 河南四方达超硬材料股份有限公司 复合超硬零件及其生产工艺
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2412684Y (zh) * 2000-02-22 2001-01-03 郑州新亚复合超硬材料有限公司 金刚石/硬质合金复合片
GB201122415D0 (en) * 2011-12-29 2012-02-08 Element Six Abrasives Sa Method of processing a body of polycrystalline diamond material
CN102861917B (zh) * 2012-10-11 2014-09-17 北京科技大学 覆盖强结合cvd金刚石层的聚晶金刚石复合片的制备方法
CN104250810B (zh) * 2013-06-28 2016-09-28 沈阳大陆激光成套设备有限公司 一种热轧棒材裙板辊道激光熔覆制备wc硬质合涂层工艺方法
CN103722174B (zh) * 2013-12-30 2015-11-04 中原工学院 一种自锐性聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN104117933B (zh) * 2014-06-20 2017-02-15 广东工业大学 平顶化金刚石钎焊制品及其制备方法和应用
GB201523182D0 (en) * 2015-12-31 2016-02-17 Element Six Uk Ltd Super hard constructions & methods of making same

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