CN85106509A

CN85106509A - 耐热聚晶金刚石及其制造方法和所用模具

Info

Publication number: CN85106509A
Application number: CN198585106509A
Authority: CN
Inventors: 于鸿昌; 翟中庆; 杨震; 王朝东
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1987-02-25
Also published as: US4643741A

Abstract

一种能经受1250℃高温而不降低耐磨性的耐热聚晶金刚石。其制备方法主要是：用熔融碱或熔融盐预处理金刚石粉料，将金刚石粉与硅粉或硅粉和其它能与硅形成难熔物的物质粉料混合均匀，然后使混合物在高温高压下保持一段时间。本发明还介绍了一种用于制造聚晶金刚石的等壁厚多棱柱形石墨模。本发明之产品适合于采用高温镶焊或高温烧结的方法制造钻头、拉丝模等工、模具或其它耐磨器件。

Description

本发明涉及新的耐热聚晶金刚石，其制造方法以及制造过程中所用的新型多棱柱形模具。本发明之耐热聚晶金刚石适合于采用高温镶焊或高温烧结的方法制造钻头，拉丝模等工、模具或测头及其他耐磨器件。

聚晶金刚石是由金刚石晶体聚结在一起的聚集体。聚晶金刚石的金刚石晶粒是无序排列的，因此，聚晶金刚石具有各向同性，其抗冲击性和磨损均匀性均优于单晶金刚石。用聚晶金刚石制成的工具可在苛刻的条件下工作。例如，聚晶金刚石车刀可用于间断式切削加工;聚晶金刚石地质钻头和石油钻头还能适用于钻探研磨性较强的地层或破碎地层;用聚晶金刚石制成的拉丝模的平均寿命可比用天然金刚石制成的拉丝模高2～5倍。另一方面，制造聚晶金刚石所用的原料已能大量生产，比单晶大颗粒金刚石容易压制，价格便宜。因此，聚晶金刚石引起了科技界和工业部门的注意，70年代以来获得了重大发展。

某些美国专利已经介绍了聚晶金刚石的制造方法，其中，有代表性的专利为Lee等的美国专利No 4，168，957和Pope的美国专利No 3，819，814等。

还有一些美国专利介绍了聚晶金刚石产品，其中一些专利涉及到利用硅元素及其合金或化合物作为添加剂的改进聚晶金刚石的性能。这方面的专利有Hall的美国专利No 3，913，280，Strombery的美国专利No 3，574，580，Lee等的美国专利No 4，124，401以及Pope的美国专利No 3，819，814等。

然而已有技术没有提供高质量的耐高温聚晶金刚石产品，没有介绍制造耐热聚晶金刚石方法，也没有介绍用直接模压成型法在高温高压下制造耐磨性均匀的多棱柱形（尤其是三棱柱形）聚晶金刚石的方法。

本发明之耐热聚晶金刚石产品的优点之一是热稳定性很高，在非氧化性保护气氛中可耐热1250℃以上。在高温加工后，产品的相对耐磨性仍然很好，甚至有时还会有所提高。由于其独特的优良性能，本发明之产品可采用高温镶焊或高温烧结方法制成工具和其他制品。

本发明提供了一种生产耐热聚晶金刚石的方法，用该方法生产的耐热聚晶金刚石的微观结构不同于已知的聚晶金刚石。

在已有的技术中，采用电火花加工或激光切割的方法制造三棱柱形聚晶金刚石，用这种方法比采用本发明之直接模压法的成本高得多。也可采用带有三棱柱形或多棱柱形模腔的园柱形石墨模制造三棱柱形或多棱柱形聚晶金刚石，但用这种模具制造的产品的耐磨性不一致，这是由于模具各部位的壁厚不相等，模腔内壁上各部位的温度差别较大而造成的。

本发明的主要目的是提供一种新的热稳定性优良并具有足够硬度和耐磨性的耐热聚晶金刚石，从而满足在高温下镶焊或烧结制造耐磨工具及制品的要求。

本发明的另一个目的是提出耐热聚晶金刚石的制造方法。

本发明的再一个目的是介绍制造不同性能的产品的方法，以便通过控制原料的种类、配比、粒度以及操作条件等因素，使产品的硬度、强度、热稳定性及耐磨性等性能指标满足不同用途的要求。

本发明还有一个目的是提供一种具有多棱柱形尤其是三棱柱形模腔的新模具。采用高压高温烧结法，用此模具制造的多棱柱形或三棱柱形聚晶金刚石产品其各部位的相对耐磨性是均匀一致的。

本发明的聚晶金刚石含有金刚石晶体、β-碳化硅和元素硅，金刚石晶体均匀地分布在聚晶金刚石中，其表面被β-碳化硅覆盖，金刚石晶体与β-碳化硅之间由化学键结合，β-碳化硅之间互相联结，并与金刚石晶体共同构成连续性骨架。元素硅填充在上述骨架的空隙中，并与β-碳化硅化学键结合和（或）粘合。在聚晶金刚石中，金刚石晶体的重量含量为70～99%，其粒度为1～150微米。

本发明的聚晶金刚石也可含有金刚石晶体，β-碳化硅和含硅难熔物。金刚石晶体均匀地分布在聚晶金刚石中，其表面与碳化硅化学键结合，且被β-碳化硅覆盖。β-碳化硅之间互相联结，并与金刚石晶体共同构成连续性聚晶金刚石的骨架。含硅难熔物填充在骨架的孔隙中并与β-碳化硅化学键结合和（或）粘合。所述含硅难熔物主要由元素硅和选自下述一组物质中的一种或多种物质组成，这些物质是一种或多种元素的硅化物，一种或多种元素与硅的固溶体。碳化硼和碳化硅。上述元素、物质为硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼、钒、铪、铬、周期表中的镧系元素或它们的合金。聚晶金刚石中除硅以外的元素，物质、碳化硼和（或）碳化硅的总量小于元素硅和结合的硅的总量。在整个聚晶金刚石的总重量中，金刚石晶体的重量含量为70～99%，其粒度为1～150微米。

本发明还提供了一种制造耐热聚晶金刚石的方法，该方法包括下述步骤：（1）用熔融碱或熔融盐预处理金刚石晶体粉料;（2）将预处理过的金刚石晶体粉料与硅粉或硅粉和其它物质的混合物均匀地混合，所述其它物质可以是碳化硼、碳化硅，硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼、钒、铪、铬、镧系元素以及它们的合金，这些物质能与硅形成难熔物;（3）将混合料装入具有产品形状的石墨模;（4）将模具放入预先成型的叶蜡石样品立方块的孔中;（5）将上述组装立方块放入可产生高温并可沿三个轴向同时提供高压的仪器设备中;（6）使模具中的混合物加热至1400～2000℃，加压到50千巴以上，在此温度和压力条件下，金刚石处在热力学稳定区或者处于石墨-金刚石热力学平衡曲线附近;（7）保持上述温度和压力一段时间;（8）冷却;（9）卸压。

在烧结之前用熔融碱或熔融盐对金刚石粉料进行预处理，这是制造高质量的耐热聚晶金刚石的一个重要步骤。由此制得的聚晶金刚石比用未经上述处理的金刚石粉料所制得的聚晶金刚石有许多优点。例如经高温处理后，前者的耐磨性比后者高得多。

本发明还提供了一种用于制造多棱柱形聚晶金刚石的等壁厚多棱柱形石墨模。这种石墨模的模体是具有相似多边形模腔的多棱柱体，因此模的壁厚是均匀的。用这种模制得的聚晶金刚石各部位的相对耐磨性是均匀一致的。

通过控制金刚石晶体的粒度分布、硅含量，其它添加剂的选择，各组分的配比以及烧结温度和压力条件，可以制得不同性能的耐热聚晶金刚石产品。

本发明所用的原料金刚石可以是人造金刚石，含硼人造金刚石，也可以是天然金刚石。金刚石晶体粉料的粒度为1～150微米，最好为1～100微米。粒度范围主要根据聚晶金刚石产品的用途选择，既可用单一粒度，也可用混合粒度。如用作切削刀具时，可选用细于50微米的原料，而用作钻头时，可选用一部份粗于50微米的原料。当地层硬度和地质情况不同时，所需粒度也有区别。对于软岩钻进，以刀具刮削方式为主，伴有磨削，宜用较细粒度以达到较高的致密性;对于中硬岩层，以磨削为主，伴有刮削，宜用较粗粒度的金刚石粉料。

按照本发明的方法，加入添加剂，即硅或硅和其他物质的混合物作为结合剂。所述的“其它物质”可选自下述物质：硼（B），周期表中ⅣB，ⅤB和ⅥB族中的元素。如钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）锆（Zr）、铌（Nb）和钼（Mo）等，镧系元素，铪（Hf），周期表中ⅧB族元素，如镍（Ni）、钴（Co）等及它们的合金，以及化合物如碳化硅（Sic）和碳化硼（B₄C）等。

本发明中，上述作为结合剂的添加剂均为粉料，其粒度细于原料金刚石粉，粒度在1～50微米之间。

可以只选用硅作为添加剂，在这种情况下，原料混合物中，金刚石粉料的重量含量为70～99%，最好为85～95%。

除添加硅粉外，还可选用一种或多种其它物质作为添加剂，优先选用的物质有硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼、钒、碳化硅、碳化硼以及它们的混合物。

金刚石粉料与添加剂的配比如下（下述百分含量均为总混合料中各组分的重量含量）：

组分含量优先选用的含量

金刚石粉 70～99% 85～95%

添加剂：

硅 1～30% 5～15%

硼 0～5% 0～1%

钛 0～15% 0～5%

镍、钴 0～5% 0～3%

锆、铌、钼、钒0～2% 0～2%

碳化硼、碳化硅 0～5% 0～5%

添加剂以硅为主要成份，其它各种添加剂的总含量不应超过硅的含量。具体配比应根据产品的用途的不同作不同的选择。

按照本发明，在金刚石粉与添加剂混合之前，应使用熔融碱或熔融盐对金刚石粉料进行预处理，预处理后的金刚石粉应与添加剂充分混合，例如可用球磨机使其充分混合。

金刚石的预处理方法如下：

将固体氢氧化钠、氢氧化钾之类的碱，或碳酸钠、硝酸钠、硝酸钾之类的盐和金刚石粉放入银坩锅或其它类似容器中，上述碱或盐对金刚石粉的重量比为3∶1至6∶1。然后将混合物加热至碱或盐的熔融温度。如果采用盐，应低于其分解温度。例如当选用氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸钠，或者碳酸钠和硝酸钠的混合物时，首先加热至600～700℃，使其熔融，并在此温度下保持5分钟至1小时。待混合物冷却为固体后，加入热水以溶解碱或盐，弃液留粉料，用稀酸（最好用稀盐酸）洗涤至中性，再用热水漂洗几次。然后将金刚石粉烘干，并与添加剂混合，以制造聚晶金刚石。

预处理后的金刚石表面粗糙、有光泽，其中非金属杂质的重量含量低于0.01%。

在烧结之前用熔融碱或熔融盐对金刚石粉料进行预处理是制造性能良好的耐热聚晶金刚石的一个重要步骤，经预处理的金刚石粉制得的聚晶金刚石同未经预处理步骤制得的聚晶金刚石相比，前者耐磨性提高50～100%，而且产品在高温处理后耐磨性不下降。

附图的简要说明如下。

图1是烧结金刚石用的高压、高温装置及组装立方块的立体示意图，

图2是图1所示的组装立方块的剖面图，

图3是本发明产品的微观结构示意图，

图4是各种石墨模的剖面图，

图5表示聚晶金刚石在不同温度下的相对耐磨性，Q₁是本发明的产品在不同温度下的相对耐磨性曲线。Q₂是原有产品的曲线（如Compax，Syndite等产品）。

图6表示石墨-金刚石的热力学平衡曲线，及适合于制造本发明之耐热聚晶金刚石的温度压力区。

图7是本发明之聚晶金刚石的X射线衍射图。

图8是本发明之聚晶金刚石产品的显微照片。

如图2所示，本发明所用的石墨模主要由三部份组成：模体（7），模腔（8）和上盖（6），可由石墨棒或其他石墨烧结制品（如光谱纯石墨电极）制造模体和上盖。模腔的横截面一般为圆形，也可以为三角形或多角形。预处理过的金刚石粉料和添加剂的混合物应装入模腔（8）中。

本发明的石墨模可以是图4（a）所示的单腔模，图4（b）所示的多腔模或图4（C）所示的多层模。

图4（d）所示的三棱柱形石墨模是本发明提供的一种新模具。该模具材料的密度应至少为1.6克/厘米³，肖氏硬度至少为35，石墨化度高于70%。模体可为等壁厚的三棱柱或多棱柱形，其横截面为模腔横截面之相似形，因此壁厚是均匀的。用该模具制得的聚晶金刚石的相对耐磨性实质上是均匀的，就是说，其棱边和侧面的耐磨性基本上是一致的。

将金刚石粉和添加剂的混合物装入模腔（8）后，把石墨模放入图2所示的预先成型的叶蜡石立方块（2）的孔中，用耐热合金片（4）和铜薄片（5）衬垫石墨模的两端，再用内封叶蜡石的导电钢圈或钢帽（3）堵头。立方块（2）最好是用叶蜡石制造的。

组装之后，将上述装有样品的立方块放入能产生烧结金刚石所需要的温度和压力的设备中。一种特别适用的设备是图1所示的六面顶压机。六面顶面机（20）有三对相同的顶锤（1）。每对相对的顶锤可按相对或相反的方向沿各公共轴直线运动。当六个顶锤汇合时，其六个砧面与组装立方块的六个面吻合。三对顶锤中至少有一对是连接电源并与压机（20）绝缘的。

在六面顶压机中，通电的顶锤可与组装立方块中的导电钢环或钢帽（3）接触。因此电流可以从顶锤经导电钢环或钢帽，再经金属片（4）和铜薄片（5）通到石墨模中。由于石墨的电阻高，产生所需要的高温。三对顶锤是同时移动的，同时对组装立方块施压直至达到所需的操作压力。

按照本发明，所用的压力至少为50千巴，最好为50～80千巴，温度为1400～2000℃。图6表示适用的压力和温度区域（A）。区域（A）是在金刚石稳定区域内及金刚石-石墨热力学平衡线附近，而大部份是在金刚石稳定区域之内。上述操作压力和温度应保持一段时间，最好保持10秒至几分钟。卸压之前应首先切断电源，使样品冷却至室温。

可采用各种不同的升压、升温方式。一种方式是首先升压至要求的最高压力，然后升温至要求的最高温度，并在此压力和温度下保持一段时间。另一种方式是先升压至所要求最高压力的90%，再升温至要求的最高温度，然后补充升压至所要求的最高压力，并在此压力和温度下保持一段时间。第三种方式是首先升压至要求的最高压力的90%，然后同时将温度和压力升至要求的最高值，并在此压力和温度下保持一段时间。

合成过程结束后，从石墨模中取出聚晶金刚石。本发明之聚晶金刚石具有普通聚晶金刚石的一般特征，其晶粒无序排列，无方向性，没有解理面。但本发明之聚晶金刚石有独特的结构。如图3所示，金刚石晶体（10）均匀地分布在聚晶金刚石中，金刚石晶体（10）被β-碳化硅（11）覆盖和包围，二者之间化学键结合，β-碳化硅（11）与金刚石晶体（10）互相联结成一体，构成聚晶金刚石的骨架。骨架的孔隙由元素硅或含硅难熔物（9）所填充，含硅难熔物也与β-碳化硅化学键结合和（或）粘合。所述含硅难熔物包括如Si-Ni，Si-B-C，Si-Ti-B，Si-Ni-Ti-B之类的多元固溶体以及（或）如Ni₅Si₂，B₄C，TiB和TiSi之类的化合物，或镍和硅的合金。

x-射线衍射分析证明本发明之聚晶金刚石的确具有上述微观结构。在图7中，β-碳化硅的衍射峰是很明显的。β-碳化硅（SiC）的标准x-射线衍射值及本发明之样品的实验值列于表1。

表1

实验值 β-碳化硅的标准值

d/n^＊I/I₀d/n^＊I/I₀hkl

2.52 100 2.51 100 111

2.15 20 2.17 20 200

1.54 60 1.54 63 220

1.32 50 1.31 50 311

1.255 5 222

^＊Cukαkβ

图8是本发明之聚晶金刚石产品的抛光截面的显微照片（放大250倍）。通过对其磨光截面的折射率分析，进一步证明了图3所示的微观结构及本发明人对其产品结构的说明。

本发明之聚晶金刚石可以在制造过程中直接被模压为所要求形状的产品，其长径比（或纵横比）为1∶4至8∶1，最好为1∶4至4∶1;可以是片状或块状，截面可以是圆形、三角形、四边形或其它多边形。

本发明产品的主要优点是热稳定性高，在一氧化碳、氢或氮等非氧化性保护气氛中，能耐热1250℃以上。经受如此高温之后，其耐磨性不仅不降低，甚至有时在某种程度上还有所提高。

图5的曲线表示产品受热后耐磨性的变化。Q₁为本发明之聚晶金刚石产品的相对耐磨性与处理温度的关系曲线;Q₂为普通带有硬质合金衬底的聚晶金刚石产品的相对耐磨性与处理温度的关系曲线。曲线Q₂表明，处理温度高于700℃时，普通带有硬质合金衬底的聚晶金刚石的耐磨性急剧下降;而曲线Q₁表明加热至同样温度时，本发明之聚晶金刚石的耐磨性不但没有降低，有时还有所提高。

本发明之聚晶金刚石可与硬质合金等硬质胎体配合，用高温粉末冶金法制造各种工具，比如地质和石油钻探用的各种钻头，扩孔器、扶正器等。这种钻头既适用于在6～7级以下的软岩层（如石灰岩、大理石、页岩等）中钻进，也适用于在具有粗粒的中硬岩层（如砂岩等）及非均匀的破碎性岩层中钻进。在后两种情况下，其效果优于孕镶或表镶的天然单晶金刚石钻头。本发明之聚晶金刚石也适合于采用高温镶焊或高温烧结方法制造其它工具或制品，如拉丝模，切削刀具，修正笔，测头以及其它耐磨器件等。

在高温下，本发明聚晶金刚石表面孔隙中的一部份合金可能由于熔胀而从表面溢出，这有助于聚晶金刚石在镶焊或粉末冶金时与胎体粘结得更好。

下文举例说明本发明。

例1

所用的金刚石粉料经过分级，本实例所用金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：100微米占25%，80微米占25%，40微米占25%，20微米占25%。

将金刚石粉和固体氢氧化钠以重量比为1∶5的比例放入银坩锅中，加热至650℃使氢氧化钠熔融，保持熔融30分钟后使之冷却为固体。加入热水溶解氢氧化钠及钠盐，去除液体后，用稀盐酸洗涤金刚石粉至中性，再用热水洗涤数次，然后烘干金刚石粉料。

以75∶22∶3的重量比，相应地将预处理过的金刚石粉与纯度为99.99%、粒度为1～20微米的硅粉及纯度为99.9%的镍粉混合均匀，放入预先加工好的石墨模，把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块中，再将组装立方块放入六面顶压机中。升压至55千巴，然后升温至1600℃，保持此压力和温度30秒钟。在整个样品冷却至室温后再卸压。

这样制得的聚晶金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化性保护气氛中可耐热1250℃以上。

例2

用钴粉代替镍粉，重复例1的制备步骤。所制得的聚晶金刚石的性能与例1的产品性能相同。

例3

金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：40微米占30%，20微米占50%，10微米占20%。

按例1的方法预处理金刚石粉料。

相应地按85∶10∶3∶2的重量比将预处理的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度细于28微米的硅粉，粒度细于28微米的碳化硼粉及纯度为99.9%的镍粉混合均匀，装入预先加工好的石墨模中，把石墨模装入图2所示叶蜡石立方块，再将组装立方块放入六面顶压机中。升压至77千巴，然后升温至2000℃，保持此压力和温度40秒钟。待整个样品冷却至室温后再卸压。

这样制得的聚金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化性保护气氛中可耐热1250℃以上。

例4

用碳化硅粉代替碳化硼粉，重复例3的制备步骤。所得聚晶金刚石的性能与例3的产品性能相同。

例5

用钴粉代替镍粉，重复例3的制备步骤。所得聚晶金刚石的性能与例3的产品性能相同。

例6

金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：60微米占30%，40微米占50%，20微米占20%。

按例1的方法预处理上述金刚石粉料。

相应地按90∶9∶1的方法将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为1-20微米的硅粉及纯度为99.9%的硼粉混合均匀，装入预处理的石墨模中。把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块中，再把组装立方块放入六面顶压机中。首先升压至60千巴，然后同时升温升压，使温度升至1900℃，压力达65千巴，加热保温时间共计2分钟，待整个样品冷却至室温后再卸压。

这样制得聚晶金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化性的保护气氛中可耐热1250℃以上。

例7

金刚石粉料的粒度范围为40～60微米。

按照例1所述的方法，预处理金刚石粉料，相应地以85∶13∶2的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为1～20微米的硅粉及纯度为99.9%的镍粉混合均匀，装入石墨模，把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块中，再把组装立方块放入六面顶压机。首先升压至60千巴，然后升温至1850℃，再升压至65千巴，保持此压力和温度50秒钟。待整个样品冷却至室温后再卸压。

例8

用钴粉代替镍粉，重复例7的制备步骤。所得聚金刚石的性能与例7的产品性能相同。

例9

本实例采用的金刚石粉料的粒度范围为20～60微米。

按照例1所述的方法预处理金刚石粉料。相应地以85∶13∶1∶1的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为10～40微米的硅粉，纯度为99.9%的钛粉及纯度为99.99%的硼粉混合均匀，装入石墨模中。把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块。再把组装立方块放入六面顶压机，首先升压70千巴，然后升温至1900℃，保持此压力和温度5分钟。待整个样品冷却至室温后再卸压。

这样制得的聚晶金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化性的保护气氛中可耐热1250℃以上。

例10

本实例采用的金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：40微米占50%，30微米占30%，10微米占20%。

按照例1所述的方法预处理金刚石粉料，相应地以91∶8∶0.5∶0.5的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为1～10微米的硅粉，纯度为99.9%的钛粉及纯度为99.9%的硼粉混合均匀，装入石墨模中，把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块，再把组装立方块放入六面顶压机。首先升压至62千巴，然后升温至1800℃，保持此温度和压力1分钟。待整个样品冷却至室温后卸压。

这样制得的聚晶金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化性的保护气氛中可耐热1250℃。

例11

本实例所用的金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：100微米占10%，40微米占90%。

按照例1所述的方法预处理金刚石粉料。相应地按85∶14∶1的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为10～40微米的硅粉及纯度为99%、粒度为10～40微米的锆粉混合均匀，装入石墨模中，把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块。再把组装立方块放入六面顶压机。升压至65千巴，然后升温至1850℃，保持此温度和压力1分钟。待整个样品冷却至室温后卸压。

这样制得的聚晶金刚石具有优良的耐磨性和抗冲击性，在非氧化的保护气氛中可耐热1250℃以上。

例12

用钼粉代替锆粉，重复例11的制备步骤。所得产品的性能与例11的聚晶金刚石的性能相同。

例13

用铌粉代替锆粉，重复例11的制备步骤。所得产品的性能与例11的聚晶金刚石的性能相同。

例14

用钒粉代替锆粉，重复例11的制备步骤。所制得的产品的性能与例11的产品性能相同。

例15

本实例所用金刚石的粒度组成（按重量计）为：80微米占30%，60微米占30%，40微米占40%。

按例1所述的方法预处理金刚石粉。

相应地以70∶30的重量比，将预处理过的金刚石粉与纯度为99.99%、粒度为20～40微米的硅粉混合均匀，装入石墨模中，把石墨模装入图2所示的叶蜡石立方块，再把组装立方块放入六面顶压机中。首先升压至60千巴，然后升温至1800℃，维持此压力和温度1分钟。待整个样品冷却至室温后再卸压。

例16

本实例所用金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为150微米占25%，100微米占25%，60微米占25%，40微米占25%。

相应地按6∶1的重量比，将固体硝酸钠和金刚石放入银坩锅中，加热至650℃使硝酸钠熔融，保持熔融温度20分钟后使之冷却为固体。加入热水溶解硝酸钠及钠盐，去除液体，用稀盐酸洗涤金刚石粉至中性再用热水洗涤数次，然后烘干金刚石粉料。

相应地以70∶25∶5的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%粒度为28～40微米的硅粉及纯度为99.9%的镍粉混合均匀后放入石墨模中。把石墨模放入图2所示的叶蜡石立方块，再把组装立方块放入六面顶压机中。升压至65千巴，然后升温至1800℃，保持此温度和压力2分钟。待整个样品冷却至室温后卸压。

例17

本实例所用金刚石粉料的粒度组成（按重量计）为：40微米占25%，28微米占25%，10微米占25%，5微米占25%。

按照例1的方法预处理金刚石粉料。

相应地以90.5∶8.5∶0.5∶0.5的重量比，将预处理过的金刚石粉，纯度为99.99%、粒度为1～10微米的硅粉，纯度为99.9%的钛粉及纯度为99.9%的硼粉混合均匀，装入图4（d）所示的等壁厚三棱柱形石墨模中，石墨模的密度为1.7±0.1克/厘米³，肖氏硬度为55，石墨化度为83%。把三棱柱形的石墨模放入预先成形的叶蜡石立方块中，并将组装立方块放入六面顶压机中。升压至60千巴，然后升温至1750℃，保持此温度和压力1分钟。待整个样品冷却至室温后再卸压。

本实例所得产品为三棱柱形，其棱边基本平直无凹陷，各部位的相对耐磨性均匀一致，也就是说，棱角处同表面的耐磨性基本上是一致的。

Claims

1、一种耐热聚晶金刚石，其特征在于，该聚晶金刚石在保护气氛中能经受1250℃高温而不降低耐磨性，它含有金刚石晶体，β-碳化硅和元素硅，金刚石晶体均匀地分布在聚晶金刚石中，其表面被β-碳化硅覆盖，金刚石晶体与β-碳化硅之间以化学键结合，β-碳化硅之间互相联结并与金刚石晶体共同构成聚晶金刚石的连续性骨架，元素硅填充在上述骨架的空隙中，并与β-碳化硅化学键结合(或)粘合；在聚晶金刚石中，金刚石晶体的重量含量为70～99%，粒度为1～150微米。

2、一种耐热聚晶金刚石，其特征在于，该聚晶金刚石在保护气氛中能经受1250℃高温而不降低耐磨性，它含有金刚石晶体，β-碳化硅和含硅难熔物，金刚石晶体均匀地分布在聚晶金刚石中，其表面被β-碳化硅覆盖，金刚石晶体与β-碳化硅之间以化学键结合，β-碳化硅互相联结，并与金刚石晶体共同构成聚晶金刚石的连续性骨架，含硅难熔物填充在上述骨架的空隙中，并与β-碳化硅化学键结合和（或）粘合，所述含硅难熔物主要由元素硅和选自下述一组物质中的一或多种物质组成，这些物质是一种或多种元素的硅化物，一种或多种元素与硅的固溶体，碳化硼，和碳化硅，上述元素和物质为硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼、钒、铪、周期表中的镧系元素或它们的合金，这些物质在聚金刚石中的总量不多于硅的总量（包括元素硅和结合的硅）。在聚晶金刚石中，金刚石晶体的重量含量约为70～99%，粒度为1～150微米。

3、根据权利要求1或2所述的耐热聚晶金刚石，其特征在于，金刚石晶体的（重量）含量为86～95%，粒度为1～100微米。

4、根据权利要求2所述的耐热聚晶金刚石，其特征在于所述在空隙内存在的能与硅形成化合物或固溶体的物质为硼、镍、钴、钛、锆、铌、钼或钒。

5、根据权利要求4所述的耐热聚晶金刚石，其特征在于，聚晶金刚石中各添加剂的重量含量相应为：硼0～5%，镍0～5%，钴0～2%，铌0～2%、铜0～2%，钒0～2%。

6、制造耐热聚晶金刚石的方法，其特征在于具有以下制备步骤：

（1）用熔融碱或熔融盐预处理金刚石粉料，

（2）将预处理过的金刚石粉料与硅粉或硅粉和其它能与硅形成难溶物的物质的混合物均匀地混合，

（3）将混合物装入具有产品形状的模腔中，

（4）将模具放入预先成型的叶蜡石立方块中，

（5）将上述叶蜡石组装立方块放入可产生高温和沿三个轴向同时施加高压的仪器设备中，

（6）使模具中的混合物加热至1400～2000℃，加热到50千巴以上，

（7）保持上述温度和压力一段时间，

（8）冷却，

（9）卸压。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所用的金刚石粉料可以是人造金刚石，含硼的人造金刚石，天然金刚石，其粒度为1～150微米。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备步骤1中所述的熔融碱或盐为氢氧化钠，或氢氧化钾，或碳酸钠，或硝酸钠，或硝酸钾或其混合物。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，熔融碱或盐为氢氧化钠，或氢氧化钾，或碳酸钠与硝酸钠的混合物。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，预处理金刚石粉料的主要步骤如下：

（1）在熔融碱或熔融盐中预处理金刚石粉料5分钟至1小时，

（2）使熔体冷却为固体，

（3）用热水溶解混合物中的碱及盐，

（4）弃去液体部份，分离出金刚石，

（5）用稀酸洗涤金刚石粉料至中性，

（6）用热水漂洗几次，

（7）将水弃去分离出金刚石粉料，

（8）干燥金刚石粉料。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所用的稀酸为稀盐酸。

12、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在总混合料中，金刚石粉的（重量）含量为70～99%，其余为粒度小于金刚石粉的硅粉。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，硅粉的粒度为1～50微米。

14、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在总混合料中，金刚石粉的（重量）含量为70%～99%，其余为硅粉与选自下述一组物质中的一种或多种物质粉料的混合物，这些物质是碳化硼、碳化硅、硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼、钒、铪、铬、周期表中镧系元素及它们的合金，其总量少于硅粉，硅粉及所述物质粉料的粒度，均小于金刚石粉料的粒度。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所说的物质粉料为碳化硼、碳化硅、硼、钛、镍、钴、锆、铌、钼或钒。

16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，硅粉和其它物质粉料的粒度为1～50微米。

17、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，总混合料中，金刚石粉料的重量含量为85～95%，硅粉的重量含量为5～15%。

18、根据权利要求6至17中任意一项所述的方法，其特征在于，在总混合料中，各物质的重量含量为：碳化硼0～5%，碳化硅0～5%，

硼0～5%，钛0～15%，镍0～5%，钴0～5%，锆0～2%，铌0～2%，钼0～2%，钒0～2%。

19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在总混料中，各物质的重量含量为：碳化硼0～5%，碳化硅0～5%，硼0～1%，钛0～5%，镍0～3%，钴0～3%，锆0～2%，铌0～2%，钼0～2%，钒0～2%。

20、根据权利要求6至17中任意一项所述的方法，其特征在于，所用的压力为50～80千巴。

21、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备步骤（6）中先升压至要求的最高压力，然后升温至要求的最高温度，保持此要求的最高压力和温度约10秒至10分钟。

22、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备步骤（6）中，首先升压至要求的最高压力的90%，再升温至要求的最高温度，然后补充升压至要求的最高压力，保持此要求的最高压力和温度约10秒钟至10分钟。

23、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备步骤（6）中首先升压至要求的最高压力的90%，然后同时将温度和压力升至要求的最高值，在此要求的最高压力和温度下保持约10秒钟至10分钟。

24、制造多棱柱形聚晶金刚石的石墨模，其特征在于，模体为多棱柱形，其壁厚相等，模具之密度至少为1.6g/cm³，肖氏硬度至少为35，石墨化度高于70%。

25、根据权利要求22所述的方法，其特征在于模体为三棱柱形。

26、按照权利要求6的方法所制造的耐热聚晶金刚石。

27、由权利要求1，2，3，4，5或24的聚晶金刚石所制得的制品。