利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法
2023-07-01 12:58:06
專利名稱：利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法
技術領域：
本發明屬於超硬材料工具製造技術領域，具體涉及一種金剛石複合片的製備方法。
背景技術：
金剛石複合片(PDC)作為新型的超硬材料產品，已經廣泛地應用於石油、地質、煤 田的開採鑽探及機械加工的多個領域。釺焊是用比基體熔點低的金屬材料作為結合劑，用 液態結合進潤溼基體和填充工件接口間隙並使其與基體相互擴散的焊接方法。現有釺焊 PDC的製造原理如下在高溫(1450°C )高壓(5. 5GPa)條件下，金剛石在燒結過程中會部分 石墨化，基體中的液相鈷滲入金剛石微粉層時，溶解石墨並向金剛石輸送碳，使金剛石顆粒 長大並搭接起來。鈷液滲入金剛石粉末的過程伴隨著石墨一金剛石的轉變，最後金剛石粉 末中的石墨轉變成金剛石，形成具有金剛石-金剛石結合的牢固燒結體，金剛石粉末和基 體牢固的結合在一起，形成了 PDC。現有技術中，為了防止原材料吸附氧氣而氧化，在真空處 理後採用充氬氣或氮氣進行保護，在高溫高壓下合成PDC。而合成PDC所使用的金剛石微 粉，通常粒徑只有幾十微米或幾微米，顆粒比表面積極大，所吸附的氣體量驚人。在燒結過 程中，由於液相的產生，氣體分子逐漸聚集，形成或大或小的氣泡，隨著溫度的升高，顆粒的 粒界開始移動，粒子長大並搭接，氣泡逐漸遷移到粒界上消失，燒結體密度增高，並可能最 終排除氣泡，得到充分緻密的燒結體，但是在實際加工過程中，總會有未排除的氣泡隨著燒 結結束形成氣孔留在金剛石層中，造成了 PDC金剛石表面存在「針眼」(金剛石表面存在的 象針扎過一樣的小孔洞)，影響產品的成品率。而隨著金剛石微粉的減小，鈷的滲透越來越 困難，難以溶解石墨，造成最終產品中金剛石微粉和基體結合不牢固，產品成品率低，且質 量不夠穩定。
發明內容
本發明要解決的技術問題是現有金剛石複合片表面有大量針眼、金剛石和基體結 合不牢固、成品率低、質量不穩定，提供一種針眼少、金剛石和基體結合牢固、成品率高、質 量穩定的利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法。本發明的技術方案是按下述步驟實現的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 1 X KT1Pa 1 X l(T3pa ；(c)在160°C 180°C之間加熱10 30分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1450°C 1500°C、5. OGPa 5. 5GPa壓力下合成。所述步驟(c)是在170°C加熱20分鐘。所述步驟(d)是在1475 °C、5. 3GPa壓力下合成。
所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是10 % 20 %。 本發明採用低熔點金屬銦做結合劑，銦的熔點在156. 61°C，故在較低的溫度下就可以實現屏蔽材料的釺焊，使金剛石和硬質合金基體處於真空狀態。在真空狀態時，鈷的 滲透相對容易，金剛石和合金基體的結合力強，不易脫落。對於金剛石粒度小於10微米的 PDC，現有技術中產品的成品率在60%以內，採用本發明所提供的方案，成品率可達到80% 以上。
具體實施例方式實施例1本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 1 X 10_3pa ；(c)在 160°C加熱 30 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1450°C、5. 5GPa壓力下合成所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是10%。本發明的步驟(a)中硬質合金基體呈杯子形狀，將金剛石微粉放入硬質合金基體 的杯中，之後在杯口放入金屬銦做結合劑，經過步驟(b)、(c)、(d)的加熱加壓後，形成金剛 石複合片。金剛石和合金基體的結合力強，不易脫落。實施例2本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 4 X l(T3pa ；(c)在 164°C加熱 26 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1455°C、5. 4GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是12%。其它同實施例1。實施例3本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 8 X 10_3pa ；(c)在 168°C 加熱 22 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1460°C、5. 4GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是14%。其它同實施例1。實施例4本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 2 X l(T2pa ；(c)在 170°C加熱 20 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1475°C、5. 3GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是16%。
其它同實施例1。實施例5本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 6 X l(T2pa ；(c)在 176°C加熱 14 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1480°C、5. 2GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是18%。其它同實施例1。實施例6本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 1 X KT1Pa ；(c)在 180°C加熱 10 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1490°C、5. IGPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是20%。其它同實施例1。實施例7本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 1 X KT1Pa ；(c)在 180°C加熱 10 分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1500°C、5. OGPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是20%。其它同實施例1。實施例8本發明是以下述步驟進行的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至 1 X KT1Pa 1 X l(T3pa ；(c)在160°C 180°C之間加熱10 30分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1450°C 1500°C、5. OGPa 5. 5GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是10% 20%。其它同實施例1。
權利要求
1.一種利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法，其特徵在於該方法是按下述步驟 進行(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空至1 X IO^pa 1 X 10"3pa ；(c)在160°C 180°C之間加熱10 30分鐘；(d)使用六面頂金剛石壓機在1450°C 1500°C、5.OGPa 5. 5GPa壓力下合成。
2.根據權利要求1所述的利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法，其特徵在於 所述步驟(c)是在170°C加熱20分鐘。
3.根據權利要求1所述的利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法，其特徵在於 所述步驟(d)是在1475 °C、5. 3GPa壓力下合成。
4.根據權利要求1 3之一所述的利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法碳化 鎢-鈷硬質合金基體中鈷的質量含量是10% 20%。
全文摘要
本發明公開一種利用真空釺焊技術製造金剛石複合片的方法，屬於超硬材料工具製造技術領域。本發明是按下述步驟實現的(a)把加有金剛石微粉的硬質合金基體和金屬銦片依次放入模具中；(b)抽真空(c)加熱；(d)使用六面頂金剛石壓機在1450℃～1500℃、5.0GPa～5.5GPa壓力下合成。本採用低熔點金屬銦做結合劑，在較低的溫度下就可以實現屏蔽材料的釺焊，使金剛石和硬質合金基體處於真空狀態。在真空狀態時，鈷的滲透相對容易，金剛石和合金基體的結合力強，不易脫落。對於金剛石粒度小於10微米的PDC，現有技術中產品的成品率在60％以內，採用本所提供的方案，成品率可達到80％以上。
文檔編號B01J3/06GK102039102SQ200910172388
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月12日 優先權日2009年10月12日
發明者朱長福, 李建林, 李洪波, 鄒澤宏 申請人:河南飛孟金剛石工業有限公司