CN115959658A

CN115959658A - 聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片及其制备方法

Info

Publication number: CN115959658A
Application number: CN202310020691.0A
Authority: CN
Inventors: 张海波; 张辰; 王璐; 郑渊
Original assignee: Xinjiang Dibiaisi Drill Tools Co ltd; Guangdong Juxin New Material Technology Co ltd
Current assignee: Xinjiang Dibiaisi Drill Tools Co ltd; Guangdong Juxin New Material Technology Co ltd
Priority date: 2023-01-06
Filing date: 2023-01-06
Publication date: 2023-04-14

Abstract

本发明提供一种聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片及其制备方法，聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石和硬质合金基体，聚晶金刚石烧结在硬质合金基体上。聚晶金刚石由至少一种金刚石粉末烧结而成，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括90wt％～99wt％第一金刚石粉末和1wt％～10wt％第二金刚石粉末。第一金刚石粉末D₅₀≥20um，第二金刚石粉末D₅₀≤5um，采用以上方案，金刚石粉末混合料粒度分布呈现双峰，用小粒径粉末对大粒径粉末之间间隙的填充，填充效果更紧密，聚晶金刚石内的钴相含量减小，提高聚晶金刚石耐磨性的同时，两个相邻的大粒径粉末之间更加临近，烧结后更容易形成粒径更大的晶粒，更多金刚石‑金刚石键合(D‑D键)，提高聚晶金刚石的抗冲击性。

Description

聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片及其制备方法

技术领域

本发明涉及超硬材料领域，具体是涉及一种聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片是采用金刚石微粉和硬质合金基体在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削工具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。

现在行业内主要通过三项评价指标评价聚晶金刚石复合片的切削效率和使用寿命，三项评价指标分别为：耐磨性、抗冲击性和耐热性，在本领域技术人员可知，合成后的聚晶金刚石复合片中，金刚石层中的金刚石的体积分数越高，耐磨性越好，因此在生产过程中将多种不同的金刚石微粉粒径混合，通过小颗粒的金刚石微粉对大颗粒金刚石微粉之间的间隙的填充，形成理论上最密实的填充密度，对该种组成方式中的金刚石混合料的力度分布测试得知，该种金刚石混合料的粒度分布呈现一种正态分布的单峰模型。

但是具有高体积分数聚晶金刚石层的抗冲击性往往不高，因为在实际的生产过程中上述通过多种不同粒度的金刚石微粉在烧结后形成许多粒径大小不一的晶粒，影响聚晶金刚石复合片最终的抗冲击性。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种同时具有良好耐磨性和抗冲击性的聚晶金刚石。

本发明的第二目的是一种包括上述聚晶金刚石的聚晶金刚石复合片。

本发明的第三目的是提供上述聚晶金刚石复合片的制备方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的聚晶金刚石由至少一种金刚石粉末烧结而成，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括90wt％～99wt％第一金刚石粉末和1wt％～10wt％第二金刚石粉末，第一金刚石粉末D₅₀≥20um，第二金刚石粉末D₅₀≤5um，聚晶金刚石的粒度分布图中含有至少两个峰值。

进一步的方案是，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括90wt％～99wt％15微米～25微米的第一金刚石粉末和1wt％～10wt％1微米～3微米的第二金刚石粉末。

进一步的方案是，1wt％～10wt％第二金刚石粉末包括2wt％1微米～3微米的第三金刚石粉末和3wt％3微米～5微米的第四金刚石粉末。

由上述方案可见，当聚晶金刚石中占比为90wt％～99wt％的第一金刚石粉末D₅₀≥20um且占比为1wt％～10wt％第二金刚石粉末D₅₀≤5um时，金刚石粉末混合料粒度分布呈双峰，通过使用两种粒径大小相差较大的粉末实现用粒径更小的粉末对大粒径的粉末之间的间隙填充，使得填充效果更加紧密，在粉末烧结的过程中，该种使用少量的细粉末填充在粗粉末的间隙，保证烧结后聚晶金刚石中金刚石相的体积分数，并且聚晶金刚石内的钴相含量减小，提高聚晶金刚石的耐磨性的同时，小粒径的填充使得两个相邻的大粒径粉末之间更加临近，在超高压下形成更多D-D键，烧结后行成粒径更大的晶粒，进而提高由于晶粒尺寸变大而提高材料的断裂韧性，即提高聚晶金刚石的抗冲击性。

为实现上述的第二目的，本发明提供的聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石和硬质合金基体，聚晶金刚石形成在硬质合金基体上，聚晶金刚石为上述聚晶金刚石。

为实现上述的第三目的，本发明提供的聚晶金刚石复合片制备方法中的聚晶金刚石复合片为上述的聚晶金刚石复合片，制备方法为：在将第一金刚石粉末和第二金刚石粉末均匀混合后，铺展在硬质合金基体之上，在温度1400℃～1500℃，压力大于5.5GPa的状态下烧结而成。

附图说明

图1是对比例1中的聚晶金刚石复合片中金刚石粉末的粒径分布图。

图2是实施例3中的聚晶金刚石复合片中金刚石粉末的粒径分布图。

图3是实施例4中的聚晶金刚石复合片中金刚石粉末的粒径分布图。

图4是实施例1至4和对比例1磨口面积测试结果对比图。

图5是实施例3、实施例4和对比例1抗冲击性能测试结果对比图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的聚晶金刚石应用于制备聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片应用于切削或钻井等工艺中，聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石和硬质合金，聚晶金刚石烧结在硬质合金上。聚晶金刚石由至少一种金刚石粉末烧结而成，在本领域中，对于金刚石粉末来说，一般大于15微米的粉末称为粗粉末，小于5微米的称为小粉末；本发明的聚晶金刚石中通过包括最多三种粒径大小相差较大的粉末混合烧结得到，通过该种混合方式，得到的聚晶金刚石复合片同时具有良好的耐磨性和抗冲击性。

金刚石粉末的粒度用行业常用的D₅₀计，聚晶金刚石包括D₅₀≥20um的第一金刚石粉末和D₅₀≤5um的第二金刚石粉末，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括95wt％～99wt％的第一金刚石粉末和1wt％～10wt％的第二金刚石粉末。作为第一实施方式，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括90wt％～99wt％15微米～25微米的第一金刚石粉末和1wt％～10wt％1微米～3微米的第二金刚石粉末。作为第二实施方式，1wt％～10wt％所述第二金刚石粉末包括2wt％1微米～3微米的第三金刚石粉末和3wt％3微米～5微米的第四金刚石粉末，从而，按总重量百分数为100wt％计，聚晶金刚石包括90wt％～99wt％15微米～25微米的第一金刚石粉末、2wt％1微米～3微米的第三金刚石粉末和3wt％3微米～5微米的第四金刚石粉末。该种聚晶金刚石的粒度分布图包括至少两个峰值，通过使用两种粒径大小相差较大的粉末实现用粒径更小的粉末对大粒径的粉末之间的间隙填充，使得填充效果更加紧密，在粉末烧结的过程中，该种使用少量的细粉末填充在粗粉末的间隙，保证烧结后聚晶金刚石中金刚石相的体积分数，并且聚晶金刚石内的钴相含量减小，提高聚晶金刚石的耐磨性的同时，小粒径的填充使得两个相邻的大粒径粉末之间更加临近，在超高压下形成更多D-D键，烧结后行成粒径更大的晶粒，进而提高由于晶粒尺寸变大而提高材料的断裂韧性，即提高聚晶金刚石的抗冲击性。

聚晶金刚石复合片制备方法为在将第一金刚石粉末和第二金刚石粉末均匀混合后，在温度在1400℃～1500℃，压力大于5.5GPa的状态下烧结，烧结在硬质基体上，更详细的制备方法可通过本领域技术人员根据生产实际情况进行制定。

本发明的聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石和硬质基体，聚晶金刚石烧结在硬质基体上。

为使本发明的技术方案及其技术效果更加清楚、明确，列举下面实施例对本发明具体实施方式做进一步详述，但并不用于限定本发明。

对比例1和实施例1至4中的聚晶金刚石内所含粉末的粒径大小见下表1。

表1：

参见图1，对比例1中的聚晶金刚石中金刚石粉末的粒径分布图为正态单峰，参见图2，实施例3中的聚晶金刚石复合片中金刚石粉末的粒径分布图为正态三峰，在图2中，经过6次试验，每次试验得到的实施例3中的聚晶金刚石复合片中的金刚石粉末的粒径分布图均为正态三峰。参见图3，实施例4中的聚晶金刚石复合片中金刚石粉末的粒径分布图为正态双峰，在图3中，将实施例4进行了10次实验，每次试验得到的实施例3中的聚晶金刚石复合片中的金刚石粉末的粒径分布图均为正态双峰，由此可见，实施例3和实施4中小粉末的含量相较对比例1中的小粉末的含量多。

下面就以上实施例和对比例分别进行抗冲击测试和磨口面积侧壁。

磨口面积测试方法如下：用聚晶金刚石复合片对花岗岩进行车削，在车削一定体积花岗岩之后，分别测量聚晶金刚石复合片不同位置分别经过50次、100次、150次、200次和250次后的磨口面积，测试结果见图4。

抗冲击性能测试方法如下：将不同的聚晶金刚石复合片放入抗冲击装置中，在相同的冲击力(50J)下，观察聚晶金刚石复合片在冲压不同次数后的损坏程度，测试结果见图5。

由图4可见，对比例1和实施例1至4中的聚晶金刚石复合片经过多次车削后，磨口面积相较差异不大，可见，无论是对比例1和实施例1至4的耐磨性相较差异不大。由图5可见，实施例3和实施例4中的聚晶金刚石复合片的抗冲击性能明显好于对比例1中的聚晶金刚石复合片的抗冲击性，即通过本发明采用的最多三种不同粒径进行混合烧结得到的聚晶金刚石复合片同时具有良好的耐磨性和抗冲击力。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.聚晶金刚石，聚晶金刚石由至少一种金刚石粉末烧结而成，其特征在于：按总重量百分数为100wt％计，所述聚晶金刚石包括90wt％～99wt％第一金刚石粉末和1wt％～10wt％第二金刚石粉末，所述第一金刚石粉末D₅₀≥20um，所述第二金刚石粉末D₅₀≤5um，所述聚晶金刚石的粒度分布图中含有至少两个峰值。

2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石，其特征在于:

按总重量百分数为100wt％计，所述聚晶金刚石包括90wt％～99wt％15微米～25微米的第一金刚石粉末和1wt％～10wt％1微米～3微米的第二金刚石粉末。

3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石，其特征在于：

1wt％～10wt％所述第二金刚石粉末包括2wt％1微米～3微米的第三金刚石粉末和3wt％3微米～5微米的第四金刚石粉末。

4.聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括聚晶金刚石和硬质合金基体，所述聚晶金刚石形成在所述硬质合金基体上，所述聚晶金刚石为权利要求1至3任一项所述的聚晶金刚石。

5.聚晶金刚石复合片制备方法，其特征在于：所述聚晶金刚石复合片为权利要求4所述的聚晶金刚石复合片，所述制备方法为在将所述第一金刚石粉末和所述第二金刚石粉末均匀混合后，铺展在硬质合金基体之上，在温度在1400℃～1500℃，压力大于5.5GPa的状态下烧结而成。