專利名稱：低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金剛石節(jié)塊的制作方法，具體是一種低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法。
背景技術(shù)：
超硬磨料金剛石和CBN有“工業(yè)牙齒”之稱，小小的顆粒支撐著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。 金屬結(jié)合劑金剛石工具是金剛石工具的三大支柱之一，因其具有加工精度高、使用壽命長、 生產(chǎn)效率高及提高材料的利用率等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、電子電器、光學(xué)玻璃和寶石加工、鉆探和開采、建筑與建材等行業(yè)。目前制備金屬結(jié)合劑金剛石工具的主要方法之一，是利用熱壓燒結(jié)等方式制備金剛石節(jié)塊，再通過高頻焊接和激光焊接等焊接方式使節(jié)塊按一定的位置排布在基體上。目前，國內(nèi)外制備金屬結(jié)合劑金剛石節(jié)塊主要方式有傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)、高溫?zé)o壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)。這三種金屬結(jié)合劑金剛石節(jié)塊制備方法，或多或少都存在一些問題(1)傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)是將節(jié)塊在大氣的環(huán)境下進(jìn)行熱壓燒結(jié)。如中國專利文獻(xiàn)號 CN1297976于2001年6月6日公開了一種熱壓燒結(jié)法制備磁性磨料，其所謂熱壓燒結(jié)法是指將具有磁性的鐵粉、棕剛玉粉，白剛玉粉、CBN和金剛石微粉等超硬磨料和使鐵粉與超硬磨粒在高溫高壓下可靠結(jié)合的結(jié)合劑相混合，裝模后，在不需要還原氣氛的條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)，冷卻、粉碎、過篩的一種工藝過程。此方法由于燒結(jié)時(shí)間短，故需要較高的燒結(jié)溫度和較大的熱壓壓力，易造成金剛石的熱腐蝕和破碎，胎體金屬粉末也由于暴露在空氣中易氧化，從而產(chǎn)生金屬胎體對金剛石的把持力和金剛石工具使用壽命降低等問題。(2)高溫?zé)o壓燒結(jié)屬于液相燒結(jié)方式，因此要求金屬結(jié)合劑有低熔點(diǎn)的金屬或合金，并且產(chǎn)品的保型性差，使其工業(yè)應(yīng)用受到限制。(3)熱等靜壓燒結(jié)由于其包套設(shè)計(jì)復(fù)雜和制造成本高，也使應(yīng)有受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種工藝簡單，制作成本低，效率高的低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。按此目的設(shè)計(jì)的一種低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是 根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，計(jì)算出各金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末的質(zhì)量，以及所需金剛石的體積和質(zhì)量；取配方所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末以及金剛石，經(jīng)過混合均勻后進(jìn)行模壓；將壓坯裝入耐高溫模具中，先在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，再通過熱壓成形得到金剛石節(jié)塊。所述制作方法為步驟一、通過霧化法、還原法、羰基法、電解法或其他方法制備出金屬單質(zhì)粉末和/ 或預(yù)合金粉末，以及選取所需型號、粒徑的金剛石；步驟二、根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，按質(zhì)量稱取所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石，并用混料機(jī)混合；步驟三、把混合均勻的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石經(jīng)過模壓成壓坯；步驟四、把壓坯裝入耐高溫模具中，并在還原氣氛條件下高溫加熱，保溫后再加壓，進(jìn)行熱壓；壓力為5MPa，保壓IOmin后；步驟五、把耐高溫模具出爐，經(jīng)過風(fēng)冷或自然冷卻至100°C以下卸模，打磨后得到所需的金剛石節(jié)塊。所述金屬單質(zhì)粉末為！^粉、或M粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金屬粉末；所述預(yù)合金粉末為CuSi合金粉、或其他金屬的合金粉；所述金剛石的型號為MBD4，粒徑為40/50、 或 60/70。所述混料機(jī)為三維混料機(jī)，混合時(shí)間為60 120min。所述模壓的壓力為150_300MPa。所述高溫加熱的溫度為650-800°C，保溫時(shí)間為40 80min，所述熱壓壓力為 2-10MPa，保壓時(shí)間為10 15min。本發(fā)明提供了一種低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其簡單易行， 且具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)在低溫低壓下可以制備各種不同形狀和尺寸的金剛石節(jié)塊。(2)制備設(shè)備、工藝簡單，成本低，效率高，適合規(guī)模化生產(chǎn)。(3)生產(chǎn)過程熱量利用高，無廢氣排放，降低生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明所制備的!^eNiCuai金剛石節(jié)塊的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，計(jì)算出各金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末的質(zhì)量，以及所需金剛石的體積和質(zhì)量；取配方所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末以及金剛石，經(jīng)過混合均勻后進(jìn)行模壓；將壓坯裝入耐高溫模具中，先在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，再通過熱壓成形得到金剛石節(jié)塊。其具體的制作方法為步驟一、通過霧化法、還原法、羰基法、電解法或其他方法制備出金屬單質(zhì)粉末和/ 或預(yù)合金粉末，以及選取所需型號、粒徑的金剛石；步驟二、根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，按質(zhì)量稱取所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石，并用混料機(jī)混合；步驟三、把混合均勻的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石經(jīng)過模壓成壓坯；步驟四、把壓坯裝入耐高溫模具中，并在還原氣氛條件下高溫加熱，保溫后再加壓，進(jìn)行熱壓；壓力為5MPa，保壓IOmin后；步驟五、把耐高溫模具出爐，經(jīng)過風(fēng)冷或自然冷卻至100°C以下卸模，打磨后得到所需的金剛石節(jié)塊。金屬單質(zhì)粉末為!^e粉、或Ni粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金屬粉末；所述預(yù)合金粉末為CuSi合金粉、或其他金屬的合金粉；所述金剛石的型號為MBD4，粒徑為40/50、或 60/70?；炝蠙C(jī)為三維混料機(jī)，混合時(shí)間為60 120min。模壓的壓力為I5O-3OOMPatl高溫加熱的溫度為650_800°C，保溫時(shí)間為40 80min，所述熱壓壓力為2_10MPa， 保壓時(shí)間為10 15min。第一實(shí)施例制作一種金剛石濃度為75%的i^NiCuSi金剛石磨邊輪節(jié)塊。按該金剛石節(jié)塊的配方要求，計(jì)算所需的各金屬單質(zhì)粉末(即狗粉和Ni粉)、 CuZn預(yù)合金粉末以及金剛石的質(zhì)量，其質(zhì)量比例為通過還原法制備的狗粉12 16g、羰基法制備Ni粉8 10g、水霧化法制備的CuSi預(yù)合金粉5 7g，以及粒徑為40/50的金剛石2 4g，再加入0. 3 0. 4g石蠟潤滑劑。將上述材料放入三維混料機(jī)混料90min。再把混合均勻的上述材料在壓機(jī)上使用200MI^壓成壓坯，把壓坯裝入耐高溫模具在還原氣氛條件下加熱至750°C，保溫60min后，開始加壓，熱壓壓力為5MPa，保壓IOmin。把耐高溫模具出爐，經(jīng)過風(fēng)冷或自然冷卻至100°C以下卸模，打磨后得到所需的金剛石節(jié)塊，其XRD分析結(jié)果見圖1。傳統(tǒng)熱壓方法的熱壓溫度為800°C，熱壓壓力為18MPa，且燒結(jié)過程有少量廢氣排出。本發(fā)明比傳統(tǒng)熱壓方法的溫度低50°C，且熱壓壓力為傳統(tǒng)熱壓方法的1/3左右，使其制作工藝更簡單、制作成本更低、更加適合企業(yè)的推廣。第二實(shí)施例制作一種金剛石濃度為100%的i^eCoCu金剛石繩鋸串珠節(jié)塊。按該金剛石節(jié)塊的配方要求，計(jì)算所需的各金屬單質(zhì)粉末(即狗粉、Co粉和Cu 粉)、以及金剛石的質(zhì)量，其質(zhì)量比例為還原法制備的狗粉、Co粉分別為33 38g、12 17g,電解法制備Cu粉20 25g，以及粒徑為60/70的金剛石7 9g，再加入0. 6 0. 8g 石蠟潤滑劑。將上述材料放入三維混料機(jī)混料120min。再把混合均勻的上述材料在壓機(jī)上使用250MPa壓成壓坯，把壓坯裝入耐高溫模具在還原氣氛條件下加熱至770。C，保溫50min 后，開始加壓，熱壓壓力為8MPa，保壓12min。把耐高溫模具出爐，經(jīng)過風(fēng)冷或自然冷卻至 IOO0C以下卸模，打磨后得到所需的金剛石節(jié)塊傳統(tǒng)熱壓方法的熱壓溫度為825°C，熱壓壓力為20MPa，且燒結(jié)過程有少量廢氣排出。本發(fā)明比傳統(tǒng)熱壓方法的溫度低55°C，且熱壓壓力為傳統(tǒng)熱壓方法的2/5左右，使其制作工藝更簡單、制作成本更低、更加適合企業(yè)的推廣。
權(quán)利要求
1.一種低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，計(jì)算出各金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末的質(zhì)量，以及所需金剛石的體積和質(zhì)量； 取配方所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末以及金剛石，經(jīng)過混合均勻后進(jìn)行模壓；將壓坯裝入耐高溫模具中，先在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，再通過熱壓成形得到金剛石節(jié)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是制作方法為步驟一、通過霧化法、還原法、羰基法、或電解法制備出金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及選取所需型號、粒徑的金剛石；步驟二、根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，按質(zhì)量稱取所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石，并用混料機(jī)混合；步驟三、把混合均勻的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末，以及金剛石經(jīng)過模壓成壓坯；步驟四、把壓坯裝入耐高溫模具中，并在還原氣氛條件下高溫加熱，保溫后再加壓，進(jìn)行熱壓；壓力為5MPa，保壓IOmin后；步驟五、把耐高溫模具出爐，經(jīng)過風(fēng)冷或自然冷卻至100°C以下卸模，打磨后得到所需的金剛石節(jié)塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是所述金屬單質(zhì)粉末為狗粉、或M粉、或Co粉、或Cu粉、或其他金屬粉末；所述預(yù)合金粉末為 CuZn合金粉、或其他金屬的合金粉；所述金剛石的型號為MBD4，粒徑為40/50、或60/70。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是所述混料機(jī)為三維混料機(jī)，混合時(shí)間為60 120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是所述模壓的壓力為150-300MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是所述高溫加熱的溫度為650-800°C，保溫時(shí)間為40 80min，所述熱壓壓力為2_10MPa，保壓時(shí)間為 10 15min。
全文摘要
一種低溫低壓制備金剛石節(jié)塊的還原熱壓成型方法，其特征是根據(jù)金剛石節(jié)塊配方要求，計(jì)算出各金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末的質(zhì)量，以及所需金剛石的體積和質(zhì)量；取配方所需的金屬單質(zhì)粉末和/或預(yù)合金粉末以及金剛石，經(jīng)過混合均勻后進(jìn)行模壓；將壓坯裝入耐高溫模具中，先在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，再通過熱壓成形得到金剛石節(jié)塊。本發(fā)明簡單易行，且具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)在低溫低壓下可以制備各種不同形狀和尺寸的金剛石節(jié)塊。(2)制備設(shè)備、工藝簡單，成本低，效率高，適合規(guī)模化生產(chǎn)。(3)生產(chǎn)過程熱量利用高，無廢氣排放，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號B22F3/16GK102350501SQ20111028225
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者朱藝添, 李麗英 申請人:廣東奔朗新材料股份有限公司