CN114260453A - 一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 - Google Patents
一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114260453A CN114260453A CN202111601706.XA CN202111601706A CN114260453A CN 114260453 A CN114260453 A CN 114260453A CN 202111601706 A CN202111601706 A CN 202111601706A CN 114260453 A CN114260453 A CN 114260453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- bonding agent
- diamond compact
- manufacturing
- micro powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 101150074899 gpa-10 gene Proteins 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 229910052903 pyrophyllite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003805 vibration mixing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种高性能金刚石复合片及其制造工艺，涉及金刚石领域。该高性能金刚石复合片，按照重量百分比，包括粒度D50在0～50μm的金刚石微粉80～99％，余量为粒度范围D50在0～20μm的结合剂，所述结合剂是碳和金属的混合物，且碳含量的最大值是结合剂熔融状态下的饱和值以及根据一种高性能金刚石复合片提出的制造工艺，包括步骤一：将金刚石微粉和结合剂进行充分混合；步骤二：预先放置钴含量为8～20％碳化钨硬质合金，接着将金刚石微粉和结合剂的混合物置于模具中加热加压烧结成型。使用含碳的金属熔体结合剂合成金刚石复合片，合成过程中结合剂中的碳本身可直接析出转化成金刚石，减少对金刚石微粉的溶解再析出过程，金刚石复合片具有高耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石技术领域，具体为一种高性能金刚石复合片及其制造工艺。
背景技术
金刚石复合片主要是由硬质合金、金刚石微粉、金属结合剂(催化剂)等材料组成，通过在高温高压下烧结的方式，使金刚石微粉之间形成D-D共价键，从而形成超硬材料烧结体，其中结合剂(催化剂)在复合片中的作用是对金刚石微粉碳源进行溶解再结晶，使金刚石微粉在再结晶过程中交互生长在一起。
目前金刚石复合片结合剂(催化剂)采用的多为钴粉、镍粉、铁粉及其合金粉末等，由于金刚石的密度为3.5g/cm3，而金属钴、镍、铁及其合金的密度约为7.8～8.9g/cm3，其较大的密度差异导致其混合料均匀性较差；在高温高压合成过程中，金属结合剂(催化剂)需先对金刚石微粉与其接触部分进行溶解，当金属固溶体的碳浓度相对金刚石达到饱和后，金属－碳熔体析出金刚石，受混合料均匀性影响，部分混合料间隙较大，外部压力无法完全对混合料进行压实，金刚石颗粒与结合剂接有效触面积小，导致结合剂对微粉的溶解后析出不充分，生成的D-D键较少，金刚石复合片的抗冲击性耐磨性等综合性能较差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能金刚石复合片及其制造工艺，解决了金刚石复合片性能差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高性能金刚石复合片的制造工艺，包括如下步骤：
(1)混料：金刚石微粉和结合剂充分混合均匀；
(2)组装：将硬质合金基体、混合均匀的金刚石微粉及结合剂进行组装；
(3)烧结：采用高温高压烧结工艺，烧结合成出高性能新型结合剂金刚石复合片；
所述结合剂是含碳的金属材料，且碳含量的最大值是结合剂熔融状态下的饱和值
优选的，所述结合剂中的金属是钴、镍、铁中的一种或者多种。
优选的，所述结合剂中的碳可以是石墨、石墨烯、无定形碳。
优选的，所述金刚石微粉和结合剂按照重量百分比为：金刚石微粉80～99％，余量为结合剂。
优选的，所述结合剂的粒度范围D50在0-20m。
优选的，所述金刚石微粉粒度范围D50在0-50m。
优选的，所述刚石微粉可以是单一粒度，也可以是多种粒度的组合。
优选的，所述硬质合金基体为钴金属重量占比8～20％碳化钨硬质合金。
优选的，所述步骤(3)中烧结压力范围在4.5GPa～10GPa、烧结成型的温度范围在1100～2000℃、烧结时间在10-1500s。
一种金刚石复合片，根据一种高性能金刚石复合片的制造工艺生产。
(三)有益效果
本发明提供了一种高性能金刚石复合片及其制造工艺。具备以下有益效果：
本发明，通过使用含碳的金属熔体结合剂合成金刚石复合片，合成过程中结合剂中的碳本身可直接析出转化成金刚石，减少对金刚石微粉的溶解再析出过程，同时也进一步增加了析出的金刚石在金刚石微粉间隙处的填充，在金刚石微粉间形成了更多共价键，提高了金刚石复合片的抗冲击性能和耐磨性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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：
一种高性能金刚石复合片的制造工艺，包括如下步骤：
(1)混料：金刚石微粉和结合剂充分混合均匀，混料方式可采用研磨混料、球磨混料、震动混料或专利“202010579730.7”的等混料方式，其目的在于将原材料混合均匀；
(2)组装：将硬质合金基体、混合均匀的金刚石微粉及结合剂进行组装，混合料放入金属屏蔽杯中进行内组装，再与叶蜡石组装块、盐管、碳管、镁管等进行外组装，最终组装成可用于合成的叶蜡石组装块，具体组装块结构可参考2014206354359、202121300420.3、202120159318.X、201910771712.6、201820377284.X等专利；
(3)烧结：采用高温高压烧结工艺，烧结合成出高性能新型结合剂金刚石复合片；
结合剂是含碳的金属材料，且碳含量的最大值是结合剂熔融状态下的饱和值，类似于物质在溶剂的溶解，碳的用量应满足结合剂在溶解状态下能够完全溶解。
结合剂中的金属是钴、镍、铁中的一种或者多种，结合剂中的碳可以是石墨、石墨烯、无定形碳。
金刚石微粉和结合剂按照重量百分比为：金刚石微粉80～99％，余量为结合剂。
结合剂的粒度范围D50在0-20m，金刚石微粉粒度范围D50在0-50m，刚石微粉可以是单一粒度，也可以是多种粒度的组合。
硬质合金基体为钴金属重量占比8～20％碳化钨硬质合金。
步骤(3)中烧结压力范围在4.5GPa～10GPa、烧结成型的温度范围在1100～2000℃、烧结时间在10-1500s。
一种金刚石复合片，根据一种高性能金刚石复合片的制造工艺生产。
本处提供一种具体的生产流程：选用第一粒度的金刚石微粉中值D50为10m，第二粒度的金刚石微粉中值D50为15m；选用含石墨饱和的钴熔体作为结合剂，粒度中值D50为3m；
第一粒度、第二粒度的金刚石微粉的重量比例为3：7，结合剂的添加比例为4％；将以上金刚石微粉和结合剂材料混合均匀；
将混好的原材料与硬质合金基体以及辅助材料组装成合成块；
将组装好的合成块在5GPa压力下和1400℃温度环境下进行烧结600s。
经检测，通过该结合剂合成出的金刚石复合片较使用传统金属结合剂合成出的金刚石复合片耐磨性提高15％以上，抗冲击强度提高10％以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混料：金刚石微粉和结合剂充分混合均匀；
(2)组装：将硬质合金基体、混合均匀的金刚石微粉及结合剂进行组装；
(3)烧结：采用高温高压烧结工艺，烧结合成出高性能新型结合剂金刚石复合片；
所述结合剂是含碳的金属材料，且碳含量的最大值是结合剂熔融状态下的饱和值。
2.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述结合剂中的金属是钴、镍、铁中的一种或者多种。
3.根据权利要求1一种高性能金刚石复合片提出的制造工艺，其特征在于：所述结合剂中的碳可以是石墨、石墨烯、无定形碳。
4.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述金刚石微粉和结合剂按照重量百分比为：金刚石微粉80～99％，余量为结合剂。
5.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述结合剂的粒度范围D50在0-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述金刚石微粉粒度范围D50在0-50μm。
7.根据权利要求6所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述刚石微粉可以是单一粒度，也可以是多种粒度的组合。
8.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述硬质合金基体为钴金属重量占比8～20％碳化钨硬质合金。
9.根据权利要求1所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺，其特征在于：所述步骤(3)中烧结压力范围在4.5GPa～10GPa、烧结成型的温度范围在1100～2000℃、烧结时间在10-1500s。
10.一种金刚石复合片，根据权利要求1-9任意一项所述的一种高性能金刚石复合片的制造工艺生产。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111601706.XA CN114260453A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111601706.XA CN114260453A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114260453A true CN114260453A (zh) | 2022-04-01 |
Family
ID=80829924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111601706.XA Pending CN114260453A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114260453A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115927896A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-04-07 | 四川雄琛科技有限公司 | 一种用于高压阀门的金刚石截流阀片 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1289367C (en) * | 1986-02-10 | 1991-09-24 | Alfred Edward Ringwood | Diamond compacts and process for making same |
| JPH08109431A (ja) * | 1994-10-11 | 1996-04-30 | Read:Kk | 硬質合金を結合材とするダイヤモンド燒結体及びその製造方法 |
| CN101518890A (zh) * | 2009-03-18 | 2009-09-02 | 邓国川 | 磨混凝土地板的金刚石工具制造方法 |
| US20110017519A1 (en) * | 2008-10-03 | 2011-01-27 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, method of fabricating same, and various applications |
| JP2011036938A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回転切削工具 |
| JP2013052495A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド材料研磨用の研磨盤及びダイヤモンド材料の研磨方法 |
| JP2018132516A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 菱計装株式会社 | ダイヤモンド微細砥粒画像の抽出装置 |
| CN108705087A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-26 | 广东钜鑫新材料科技股份有限公司 | 具有控碳层的金刚石复合片 |
| CN111957977A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-20 | 中南钻石有限公司 | 一种具有良好耐热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
| CN112853144A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 杭州电子科技大学 | 一种金刚石/石墨烯/金属的复合材料的制备方法 |
-
2021
- 2021-12-24 CN CN202111601706.XA patent/CN114260453A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1289367C (en) * | 1986-02-10 | 1991-09-24 | Alfred Edward Ringwood | Diamond compacts and process for making same |
| JPH08109431A (ja) * | 1994-10-11 | 1996-04-30 | Read:Kk | 硬質合金を結合材とするダイヤモンド燒結体及びその製造方法 |
| US20110017519A1 (en) * | 2008-10-03 | 2011-01-27 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, method of fabricating same, and various applications |
| CN101518890A (zh) * | 2009-03-18 | 2009-09-02 | 邓国川 | 磨混凝土地板的金刚石工具制造方法 |
| JP2011036938A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回転切削工具 |
| JP2013052495A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド材料研磨用の研磨盤及びダイヤモンド材料の研磨方法 |
| JP2018132516A (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 菱計装株式会社 | ダイヤモンド微細砥粒画像の抽出装置 |
| CN108705087A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-26 | 广东钜鑫新材料科技股份有限公司 | 具有控碳层的金刚石复合片 |
| CN111957977A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-20 | 中南钻石有限公司 | 一种具有良好耐热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
| CN112853144A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 杭州电子科技大学 | 一种金刚石/石墨烯/金属的复合材料的制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115927896A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-04-07 | 四川雄琛科技有限公司 | 一种用于高压阀门的金刚石截流阀片 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105886871B (zh) | 一种以碳化钛为主要成分的高强度硬质合金及制备方法 | |
| CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
| CN110343889B (zh) | 一种特粗硬质合金及其制备方法 | |
| CN109093122B (zh) | 一种切削型金刚石刀具及其制备方法 | |
| CN114260453A (zh) | 一种高性能金刚石复合片及其制造工艺 | |
| CN115156545B (zh) | 一种超粗钨粉和超粗碳化钨粉及其制备方法 | |
| CN102796932B (zh) | 用于制备金属陶瓷的粉末颗粒及金属陶瓷的制备方法 | |
| CN101210291B (zh) | 一种超细晶粒金属陶瓷的生产方法 | |
| JPS62274034A (ja) | 反応焼結による多結晶ダイヤモンド焼結体の製造法 | |
| CN107267835B (zh) | 一种无磁硬质合金及其制备方法 | |
| CN101906572B (zh) | 激光燃烧合成原位自生陶瓷颗粒增强铁铝基复合材料的方法 | |
| CN114836661A (zh) | 双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN102061419B (zh) | 一种采用Co-Cu作为粘结相的硬质合金材料及其制备方法 | |
| CN113322405A (zh) | 一种混晶组织结构的硬质合金及制备方法 | |
| CN111482906B (zh) | 一种短切碳纤维增强树脂结合剂超硬磨料砂轮及其制备方法 | |
| CN102896311B (zh) | 一种金刚石复合片用粉末状粘接剂及其制备方法 | |
| RU2412020C2 (ru) | Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой | |
| CN109966992B (zh) | 一种制备人造金刚石合成柱的方法 | |
| CN112359241B (zh) | 一种双晶非均匀硬质合金及其制备方法 | |
| CN112091228B (zh) | 一种大颗粒球形钨粉的制备方法 | |
| CN101624289A (zh) | 一种宏晶Cr3C2陶瓷粉末的生产方法 | |
| CN114192788A (zh) | 一种氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法 | |
| CN111718196B (zh) | 一种碳化钨铝-碳化钛硬质材料的制备方法 | |
| CN102268570B (zh) | 一种Al2O3/TiAl金属间化合物复合材料 | |
| JPH03193801A (ja) | 金属間化合物焼結添加用粉末および焼結法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |