CN110523971B - 一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金刚石切割工具领域，特别是一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具，所述金刚石工具中金刚石包裹造粒从内至外包括：金刚石颗粒、合金碳化过渡层和金属粉末层，金刚石颗粒分布更加均匀，被包裹得更牢固不容易裸露或脱落，避免对模腔的磨损，模具使用寿命更长；由于易碳化的胶体合金粉末预先分布在金刚石颗粒表面，容易与金刚石颗粒表面发生碳化反应形成合金碳化过渡层，提高了金属粉末层对金刚石颗粒的把持力，充分发挥每粒金刚石颗粒在切割石材时的切割作用，金刚石工具切割石材的使用寿命提高10‑20％，切割速度提高15‑25％，金刚石颗粒的分布均匀性得到极大的改善，切割大块石材时走刀不会出现偏刀现象。

Description

一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具
技术领域
本发明涉及金刚石切割工具领域，特别是一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具。
背景技术
在金刚石工具制造过程中，金刚石是包裹在金属结合剂中，经烧结成型制成金刚石工具的，在当前技术条件下，由于金刚石具有极高的化学稳定性，因而不容易与结合剂之间形成化学结合，导致胎体金属对金刚石把持力低，金刚石容易脱落，目前的金刚石利用率只有40-50％。优良的金属结合剂选用价格昂贵的钴，虽然可以提高金刚石的把持力，但价格昂贵的钴使生产厂家失去了市场竞争力。
传统金刚石工具胎体金属粉末与金刚石颗粒混合是将胎体金属粉末与金刚石颗粒直接造粒剂后装入混料桶混合造粒，这样没有将金刚石颗粒包裹直接与胎体金属粉末混合造粒，存在冷压成型后金刚石颗粒在胎体合金毛坯中的分布不均匀，会产生局域金刚石颗粒团聚和局域金刚石颗粒分散稀少的现象。金刚石颗粒在金刚石工具胎体中的不均匀分散现象会对金刚石工具实际切割时的使用效率和使用寿命产生很大的影响，不能充分发挥每粒金刚石颗粒对石材的切削作用，使切削速度变慢，工具的使用寿命变短，而且容易出现偏刀现象。另外，现有技术中虽然出现了对金刚石颗粒进行包裹的制备工艺，但是由于制备得到的金刚石颗粒周围胎体金属粉末包裹强度不高，金刚石颗粒容易暴露出来与冷压和热压模具的模腔接触，造成对冷压模具和热压石墨模具的模腔严重磨磨损，减少了冷压和热压模具的使用寿命。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具，其金刚石包裹造粒料与胎体金属粉末混合更加均匀，金刚石包裹造粒料的包裹层结构更加稳定，金刚石颗粒不会暴露，使得压制模具和金刚石工具的使用寿命更长，金刚石工具切削效果更好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法，其包括如下内容：
步骤a，制备胎体金属粉末；
步骤b，制备胶衣合金粉末，从步骤a中制备的胎体金属粉末中取出5％质量的金属胎体粉末作为提取胎体粉末，然后向提取胎体粉末中加入至少两种微量超细粉末，超细粉末的加入质量为提取胎体粉末质量的20％，再将混合料放入混料桶中搅拌混合1小时，得到胶衣合金粉末；
步骤c，制备金刚石包裹料，取定量金刚石颗粒，放入旋转滚筒中，再利用喷雾器向旋转筒内喷入稀溶液粘接剂，待金刚石颗粒与稀溶液粘接剂充分混合，停止喷入稀溶液粘接剂，向旋转桶内均匀撒入所述胶衣合金粉末；待金刚石颗粒表面完全粘结胶衣合金粉末得到初级包裹料，向旋转筒内喷入稀溶液粘接剂直至初级包裹料表面均匀粘结有所述稀溶液粘接剂，加入适量胎体金属粉末，旋转筒继续转动直至初级包裹料表面完全包裹所述胎体金属粉末形成球形包裹料，将剩余胎体金属粉末回收，再将包裹料取出放入搪瓷盘中，放入60℃烘箱中，直至包裹料完全干燥，得到金刚石包裹料；
步骤d，制备金刚石包裹造粒料，金刚石包裹料单层平铺在石墨匣钵中的石墨承烧板上，然后装入真空烧结炉，真空度控制在1-5Pa之间，室温—250℃，升温速率为5℃/分，250℃保温0.5小时，250℃-450℃，升温速率为5℃/分，450℃保温0.5小时，保持真空自然降温到室温后，取出，得到金刚石包裹造粒料；
步骤e，将剩余的胎体金属粉末与所述金刚石包裹造粒料放入滚筒，混合0.5小时后取出，采取压制成型法制成金刚石工具的毛坯，对毛坯进行加工处理，得到金刚石工具。
具体的，所述步骤a中胎体金属粉末的质量组分为：Fe70Cu30粉末70％，CuSn15粉末6％，Cu粉末10％，Ni粉末9％，WC粉末5％。
更优的，所述步骤b中，所述金刚石颗粒由至少两种不同目数的金刚石颗粒组成，所述金刚石颗粒的目数范围为35-70；所述金刚石颗粒采用两种以上不同目数的金刚石，让金刚石工具中金刚石颗粒占比更高，分布更加均匀，使得金刚石工具的整体切削能力更好，对食材的切削效果大幅度提高。
更优的，所述步骤b中，所述微量超细粉末为Cr、V、Mo或Ti粉末，且各种微量超细粉末的加入质量相等；因为胶衣合金粉末的原料是坯体金属粉末，坯体金属粉末中包含多种金属粉末，且不同金属粉末与不同所述微量超细粉末的碳化作用效果不同，因此预先包裹烧结到金刚石颗粒表面的胶衣合金粉末中，按照特定比例混合多种容易碳化的所述微量超细粉末，目的是充分利用这些容易碳化的微量超细粉末，使金刚石颗粒表面在真空环境下更容易形成碳化合金过渡层和金属粉末层，使得金刚石颗粒整体包裹层结构更加稳定，不易裸露或脱落，保证了金刚石工具和压制模具的使用寿命和金刚石工具的切削效果。
更优的，所述步骤c中，所述稀溶液粘接剂为可挥发性粘接溶液，其制备方法为：将高纯度松香用玛瑙研钵研成粉末，再放入热玻璃烧杯中加入适量的无水酒精溶解，放置室温得到所述稀溶液粘接剂；所述稀溶液粘结溶液采用可挥发性粘结溶液，其中的有机溶剂无水酒精可在受热环境中快速挥发，使得所述金刚石包裹料在制备过程中快速形成稳定的干燥的包裹体。
根据上述的一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法制备得到的金刚石工具，其由胎体金属粉末与多个所述金刚石包裹造粒料均匀混合后，再采取压制成型法压制而成；所述金刚石包裹造粒从内至外包括：金刚石颗粒、合金碳化过渡层和金属粉末层。
更优的，所述金刚石颗粒和合金碳化过渡层之间，所述合金碳化过渡层和金属粉末层之间，均通过稀溶液粘接剂粘结；所述稀溶液粘接剂为可挥发性粘接溶液，其由高纯度松香用玛瑙研钵研成粉末，再放入热玻璃烧杯中加入适量的无水酒精溶解得到。
更优的，所述合金碳化过渡层由胎体金属粉末和至少两种微量超细粉末混合再通过真空烧结而成；所述微量超细粉末为Cr、V、Mo或Ti粉末，且各种微量超细粉末的加入质量相等；所述胎体金属粉末的质量组分为：Fe70Cu30粉末70％，CuSn15粉末6％，Cu粉末10％，Ni粉末9％；WC粉末5％。
更优的，所述金刚石包裹造粒料中金刚石颗粒至少包括两种不同目数的金刚石颗粒，所述金刚石颗粒的目数范围为35-70。
本发明提出一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具，所述方法中利用所述胶体合金粉末与金刚石颗粒表面碳化反应形成合金碳化过渡层，再将天然树脂固态粘结剂与有机溶剂配制成可挥发性的所述稀溶液粘接剂，利用所述稀溶液粘接剂金刚石颗粒在真空预烧结的工艺下制成金刚石包裹造粒料，所述金刚石包裹造粒料为包裹层强度更高的类圆球型烧结造粒体。更优的是，将预制好的金刚石包裹料再真空环境下烧结造粒再与另外的胎体金属粉末混合制成金刚石工具，可以使金刚石颗粒再金刚石工具内部分布更加均匀，同时由于金刚石包裹造粒料外层包裹一层经过预烧结强度较高的合金碳化过渡层和金属粉末层，使得被包裹的金刚石颗粒不容易裸露脱落，避免了对模具的模腔的磨损，大大地降低了对压制模具的磨损程度，模具使用寿命延长一倍以上；由于易碳化的胶体合金粉末预先分布在金刚石颗粒表面，容易与金刚石颗粒表面发生碳化反应形成合金碳化过渡层，提高了金属粉末层对金刚石颗粒的把持力，充分发挥每粒金刚石颗粒在切割石材时的切割作用，金刚石工具切割石材的使用寿命提高10-20％，切割速度提高15-25％，金刚石颗粒的分布均匀性得到极大的改善，切割大块石材时走刀不会出现偏刀现象。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中所述方法的工艺流程示意图；
图2是本发明的一个实施例中所述金刚石包裹造粒料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法，其包括如下内容：
步骤a，制备8kg胎体金属粉末，其中所述胎体金属粉末的质量组分为：Fe70Cu30粉末5600g，CuSn15粉末480g，Cu粉末800g，Ni粉末720g，WC粉末400g。
步骤b，制备胶衣合金粉末，从步骤a中制备的胎体金属粉末中取出400g质量的金属胎体粉末作为提取胎体粉末，然后向提取胎体粉末中加入Mo粉40g，Cr粉40g，再将混合料放入混料桶中搅拌混合1小时，得到胶衣合金粉末。
步骤c，制备金刚石包裹料，取255g金刚石颗粒,其由35目金刚石粉末15g、45目金刚石粉末100g，50目金刚石粉末115g，55目金刚石粉末15g，70目金刚石粉末10g，将金刚石颗粒放入旋转滚筒中，再利用喷雾器向旋转筒内喷入稀溶液粘接剂，待金刚石颗粒与稀溶液粘接剂充分混合，停止喷入稀溶液粘接剂，向旋转桶内均匀撒入所述胶衣合金粉末；待金刚石颗粒表面完全粘结胶衣合金粉末得到初级包裹料，向旋转筒内喷入稀溶液粘接剂直至初级包裹料表面均匀粘结有所述稀溶液粘接剂，加入适量胎体金属粉末，旋转筒继续转动直至初级包裹料表面完全包裹所述胎体金属粉末形成球形包裹料，将剩余胎体金属粉末回收，再将包裹料取出放入搪瓷盘中，放入60℃烘箱中，直至包裹料完全干燥，得到金刚石包裹料；其中，所述稀溶液粘接剂为可挥发性粘接溶液，其制备方法为：将高纯度松香用玛瑙研钵研成粉末，再放入热玻璃烧杯中加入适量的无水酒精溶解，放置室温得到所述稀溶液粘接剂。
步骤d，制备金刚石包裹造粒料，金刚石包裹料单层平铺在石墨匣钵中的石墨承烧板上，然后装入真空烧结炉，真空度控制在1-5Pa之间，室温—250℃升温+5℃/分，250℃保温0.5小时，250℃-450℃升温+5℃/分，450℃保温0.5小时，保持真空自然降温到室温后，取出，得到金刚石包裹造粒料；
步骤e，将剩余的胎体金属粉末与所述金刚石包裹造粒料放入滚筒，混合0.5小时后取出，采取压制成型法制成金刚石工具的毛坯，对毛坯进行加工处理，得到金刚石工具。
根据上述的一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法制备得到的金刚石工具，其由胎体金属粉末与多个所述金刚石包裹造粒料均匀混合后，再采取压制成型法压制而成；如图2所示，所述金刚石包裹造粒从内至外包括：金刚石颗粒、合金碳化过渡层和金属粉末层。更优的，所述金刚石颗粒和合金碳化过渡层之间，所述合金碳化过渡层和金属粉末层之间，均通过稀溶液粘接剂粘结。
本发明提出一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法及金刚石工具，所述方法中利用所述胶体合金粉末与金刚石颗粒表面碳化反应形成合金碳化过渡层，再将天然树脂固态粘结剂与有机溶剂配制成可挥发性的所述稀溶液粘接剂，利用所述稀溶液粘接剂金刚石颗粒在真空预烧结的工艺下制成金刚石包裹造粒料，所述金刚石包裹造粒料为包裹层强度更高的类圆球型烧结造粒体。更优的是，将预制好的金刚石包裹料在真空环境下烧结造粒再与另外的胎体金属粉末混合制成金刚石工具，可以使金刚石颗粒再金刚石工具内部分布更加均匀，同时由于金刚石包裹造粒料外层包裹一层经过预烧结强度较高的合金碳化过渡层和金属粉末层，使得被包裹的金刚石颗粒不容易裸露脱落，避免了对模具的模腔的磨损，大大地降低了对压制模具的磨损程度，模具使用寿命延长一倍以上；由于易碳化的胶体合金粉末预先分布在金刚石颗粒表面，容易与金刚石颗粒表面发生碳化反应形成合金碳化过渡层，提高了金属粉末层对金刚石颗粒的把持力，充分发挥每粒金刚石颗粒在切割石材时的切割作用，金刚石工具切割石材的使用寿命提高10-20％，切割速度提高15-25％，金刚石颗粒的分布均匀性得到极大的改善，切割大块石材时走刀不会出现偏刀现象。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法，其特征在于，包括如下内容：
步骤a，制备胎体金属粉末；
步骤b，制备胶衣合金粉末，从步骤a中制备的胎体金属粉末中取出5％质量的胎体金属粉末作为提取胎体粉末，然后向提取胎体粉末中加入至少两种微量超细粉末，超细粉末的加入质量为提取胎体金属粉末质量的20％，再将混合料放入混料桶中搅拌混合1小时，得到胶衣合金粉末；
步骤c，制备金刚石包裹料，取定量金刚石颗粒，放入旋转滚筒中，再利用喷雾器向旋转筒内喷入稀溶液粘接剂，待金刚石颗粒与稀溶液粘接剂充分混合，停止喷入稀溶液粘接剂，向旋转滚筒内均匀撒入所述胶衣合金粉末；待金刚石颗粒表面完全粘结胶衣合金粉末得到初级包裹料，向旋转滚筒内喷入稀溶液粘接剂直至初级包裹料表面均匀粘结有所述稀溶液粘接剂，加入适量胎体金属粉末，旋转滚筒继续转动直至初级包裹料表面完全包裹所述胎体金属粉末形成球形包裹料，将剩余胎体金属粉末回收，再将包裹料取出放入搪瓷盘中，放入60℃烘箱中，直至包裹料完全干燥，得到金刚石包裹料；
步骤d，制备金刚石包裹造粒料，金刚石包裹料单层平铺在石墨匣钵中的石墨承烧板上，然后装入真空烧结炉，真空度控制在1-5Pa之间，室温-250℃，升温速率为5℃/分，250℃保温0.5小时，250℃-450℃，升温速率为5℃/分，450℃保温0.5小时，保持真空自然降温到室温后，取出，得到金刚石包裹造粒料；
步骤e，将剩余的胎体金属粉末与所述金刚石包裹造粒料放入滚筒，混合0.5小时后取出，采取压制成型法制成金刚石工具的毛坯，对毛坯进行加工处理，得到金刚石工具；
所述步骤a中胎体金属粉末的质量组分为：Fe70Cu30粉末70％，CuSn15粉末6％，Cu粉末10％，Ni粉末9％，WC粉末5％；
所述步骤b中，所述金刚石颗粒由至少两种不同目数的金刚石颗粒组成，所述金刚石颗粒的目数范围为35-70；
所述步骤b中，所述微量超细粉末为Cr、V、Mo或Ti粉末，且各种微量超细粉末的加入质量相等。
2.根据权利要求1所述的一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法，其特征在于，所述步骤c中，所述稀溶液粘接剂为可挥发性粘接溶液，其制备方法为：将高纯度松香用玛瑙研钵研成粉末，再放入热玻璃烧杯中加入适量的无水酒精溶解，放置室温得到所述稀溶液粘接剂。
3.根据权利要求1或2中所述的一种采用真空预烧结制备金刚石工具的方法制备的金刚石工具，其特征在于，由胎体金属粉末与多个所述金刚石包裹造粒料均匀混合后，采取压制成型法压制而成；所述金刚石包裹造粒从内至外包括：金刚石颗粒、合金碳化过渡层和金属粉末层；
所述合金碳化过渡层由胎体金属粉末和至少两种微量超细粉末混合再通过真空烧结而成；所述微量超细粉末为Cr、V、Mo或Ti粉末，且各种微量超细粉末的加入质量相等；
所述胎体金属粉末的质量组分为：Fe70Cu30粉末70％，CuSn15粉末6％，Cu粉末10％，Ni粉末9％；WC粉末5％；
所述金刚石包裹造粒料中金刚石颗粒至少包括两种不同目数的金刚石颗粒，所述金刚石颗粒的目数范围为35-70。
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