本發(fā)明涉及一種超硬材料的制備方法，具體涉及一種制造含硼金剛石復合片的方法。
背景技術(shù)：
金剛石材料雖然硬度很高，但是在加工時難度較大，在焊接時耐熱性差。含硼金剛石復合片在耐磨性、耐熱性、抗沖擊性、導電性較普通金剛石復合片有很大的優(yōu)勢。
現(xiàn)有技術(shù)中，含硼金剛石復合片多采用包括包含硼粉在內(nèi)的多種添加劑與普通人造金剛石粉末混合，或是使用含硼金剛石粉末與普通人造金剛石粉末混合再輔以少量其他結(jié)合劑，與硬質(zhì)合金基體經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成。如申請?zhí)枮?00910048492.0的發(fā)明專利公開了一種用高溫高壓合成的含硼金剛石復合片及制備方法，其含有以下步驟：1)將含硼的金剛石微粉與硬質(zhì)合金底板組合成合成塊；2)將合成塊放在金剛石專用壓機中在5.8GPa、1673K條件下燒結(jié)；3)將合成后的含硼金剛石復合片的含硼金剛石層磨平，拋光得到成品；其獲得的含硼金剛石復合片為片狀，且金剛石中含有硼，硼的含量為0.002～1.2％。
但是這種方法由于含硼結(jié)合劑混料的均勻程度不同，或添加的含硼金剛石自身穩(wěn)定性差，容易造成含硼金剛石復合片的質(zhì)量難以穩(wěn)定，使得最終獲得的含硼金剛石復合片的強度、耐磨性、抗沖擊性和穩(wěn)定性只有普通人造金剛石復合片的50％左右，從而制約了其在一些具有較高性能要求領(lǐng)域的應用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種制備含硼金剛石復合片的方法。
為了實現(xiàn)上述目的或者其他目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明公開了一種制造含硼金剛石復合片的方法，包括如下步驟：
1)將金剛石粉末置于硼酸水溶液中形成混合溶液；
2)對混合溶液進行干燥獲得微粉；
3)將微粉與結(jié)合劑混合均勻；
4)將混有結(jié)合劑的微粉與硬質(zhì)合金基體組合成合成塊；
5)將合成塊放在金剛石專用壓機中進行高溫高壓處理，高溫為1400～1650℃，高壓為5～7.5MPa。
優(yōu)選地，步驟1)中，所述硼酸水溶液的濃度為3％～15％。
優(yōu)選地，步驟1)中，所述金剛石粉末與硼酸水溶液的質(zhì)量體積比為500～800g/L。
優(yōu)選地，步驟1)中，浸泡時間為至少3小時。
優(yōu)選地，步驟2)中，干燥溫度為200～400℃。
優(yōu)選地，步驟3)中，以結(jié)合劑的總質(zhì)量為基準計，所述結(jié)合劑包括以下原料組分及重量份：
Co粉 97～99％
TiC粉 0.5～2％
Ni粉 0.3～1.5％。
優(yōu)選地，步驟3)中金剛石微粉和結(jié)合劑的質(zhì)量比為1～3。
優(yōu)選地，步驟4)中，所述硬質(zhì)合金基體為WC-Co硬質(zhì)合金。
本發(fā)明還公開了一種由上述所述方法制備獲得的含硼金剛石復合片，所述含硼金剛石復合片包括含硼金剛石層和硬質(zhì)合金基體層；所述硬質(zhì)合金基體層與含硼金剛石層接觸界面呈不均等的同心環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，所述的凸起結(jié)構(gòu)的中間凸起較大，同時沿徑向向四周凸起逐漸減小。
優(yōu)選地，所述含硼金剛石層的厚度為0.2～4mm。硬質(zhì)合金基體層的厚度可以使用需要進行設置。優(yōu)選地，硬質(zhì)合金基體層的厚度為1.2～19mm。
本發(fā)明還公開了一種如上述所述含硼金剛石復合片在鋸、切、鉆和磨工具領(lǐng)域的用途。
本案的有益效果是：由于含硼金剛石復合片的硼源來源于硼酸，不同濃度硼酸的含硼量不同，而硼酸加熱后其殘留的單質(zhì)硼會均勻的分布在金剛石微粉中，從而可以通過不同濃度的硼酸調(diào)整金剛石粉末中的含硼量，避免了其他方法造成的混料中含硼不均或局部聚集現(xiàn)象。使含硼復合片導電性較其他方法制造的含硼金剛石復合片有較好可控性，同時由于硼酸對金剛石微粉的預處理使得高溫高壓合成燒結(jié)后硼碳的再結(jié)晶更加充分，使其金剛石層致密度更高，從而使金剛石層的強度、耐磨性、抗沖擊性、耐熱性、抗氧化性得到進一步改善，提高其綜合使用性能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中所述含硼金剛石復合片的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖1中1為含硼金剛石層，2為硬質(zhì)合金基體層。
具體實施方式
以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
在進一步描述本發(fā)明具體實施方式之前，應理解，本發(fā)明的保護范圍不局限于下述特定的具體實施方案；還應當理解，本發(fā)明實施例中使用的術(shù)語是為了描述特定的具體實施方案，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或者按照各制造商所建議的條件。
當實施例給出數(shù)值范圍時，應理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語與本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、材料外，根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對現(xiàn)有技術(shù)的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本發(fā)明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術(shù)的任何方法、設備和材料來實現(xiàn)本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明實施例中，所述含硼金剛石復合片包括含硼金剛石層和硬質(zhì)合金基體層；所述硬質(zhì)合金基體層與含硼金剛石層接觸界面呈不均等的同心環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)，所述的凸起結(jié)構(gòu)的中間凸起較大，同時沿徑向向四周凸起逐漸減小。
本發(fā)明實施例中公開的一種制造含硼金剛石復合片的方法，包括如下步驟：
1)將金剛石粉末置于硼酸水溶液中形成混合溶液；
2)對混合溶液進行干燥獲得微粉；
3)將微粉與結(jié)合劑混合均勻；
4)將混有結(jié)合劑的微粉與硬質(zhì)合金基體組合成合成塊；
5)將合成塊放在金剛石專用壓機中進行高溫高壓處理，高溫為1400～1650℃，高壓為5～7.5MPa。
本發(fā)明中所述WC-Co硬質(zhì)合金為現(xiàn)有技術(shù)中常用規(guī)格，具體的，本實施例中所選用的WC-Co硬質(zhì)合金中，WCo的含量為8％，其他為WC。
實施例1
本實施例中采用的結(jié)合劑包括以下原料組分及重量份：
Co粉 97重量份
TiC粉 2重量份
Ni粉 1重量份。
本實施例中：
步驟1)中，所述硼酸水溶液的濃度為3％。
步驟1)中，所述金剛石粉末與硼酸水溶液的質(zhì)量體積比為500g/L。
步驟2)中，干燥溫度為200℃。
步驟3)中金剛石微粉和結(jié)合劑的質(zhì)量比為1。
步驟4)中，所述硬質(zhì)合金基體為WC-Co硬質(zhì)合金。
步驟4)中，高溫為1400℃，高壓為7.5MPa。
本實施例中，所述含硼金剛石層的厚度為0.5～1.5mm；硬質(zhì)合金基體層的厚度為5～10mm。
實施例2
本實施例中采用的結(jié)合劑包括以下原料組分及重量份：
Co粉 98重量份
TiC粉 0.5重量份
Ni粉 1.5重量份。
本實施例中：
步驟1)中，所述硼酸水溶液的濃度為10％。
步驟1)中，所述金剛石粉末與硼酸水溶液的質(zhì)量體積比為600g/L。
步驟2)中，干燥溫度為300℃。
步驟3)中金剛石微粉和結(jié)合劑的質(zhì)量比為2。
步驟4)中，所述硬質(zhì)合金基體為WC-Co硬質(zhì)合金。
步驟4)中，高溫為1500℃，高壓為6MPa。
本實施例中，所述含硼金剛石層的厚度為0.5～2.5mm；硬質(zhì)合金基體層的厚度為5～10mm。
實施例3
本實施例中采用的結(jié)合劑包括以下原料組分及重量份：
Co粉 99重量份
TiC粉 0.5重量份
Ni粉 0.5重量份。
本實施例中：
步驟1)中，所述硼酸水溶液的濃度為15％。
步驟1)中，所述金剛石粉末與硼酸水溶液的質(zhì)量體積比為700g/L。
步驟2)中，干燥溫度為400℃。
步驟3)中金剛石微粉和結(jié)合劑的質(zhì)量比為3。
步驟4)中，所述硬質(zhì)合金基體為WC-Co硬質(zhì)合金。
步驟4)中，高溫為1600℃，高壓為7MPa。
實施例4
本實施例中采用的結(jié)合劑包括以下原料組分及重量份：
Co粉 97.5重量份
TiC粉 5重量份
Ni粉 0.5重量份。
本實施例中：
步驟1)中，所述硼酸水溶液的濃度為11％。
步驟1)中，所述金剛石粉末與硼酸水溶液的質(zhì)量體積比為700g/L。
步驟2)中，干燥溫度為350℃。
步驟3)中金剛石微粉和結(jié)合劑的質(zhì)量比為2。
步驟4)中，所述硬質(zhì)合金基體為WC-Co硬質(zhì)合金。
步驟4)中，高溫為1650℃，高壓為5MPa。
本發(fā)明中的發(fā)明構(gòu)思在于通過采用硼酸水溶液的形式將含硼物質(zhì)加入金剛石層中，可以通過含硼水溶液的濃度來調(diào)節(jié)金剛石層中硼的含量，并且由于干燥時是對含硼金剛石層進行了預處理，預處理過程又進一步使得最終的高溫高壓結(jié)晶過程更加完善，獲得的含硼金剛石復合片具有結(jié)晶度好的特點。
與含硼金剛石微粉通過混合形成含硼金剛石復合片相比，本發(fā)明中的復合片中硼混合的更加均勻，在大規(guī)模生產(chǎn)時質(zhì)量更加穩(wěn)定，同一批次中不合格產(chǎn)品和瑕疵產(chǎn)品的數(shù)量很少。并且其在強度、耐磨性、抗沖擊性、穩(wěn)定性、復合層的均勻性和導電性上均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實質(zhì)上的限制，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發(fā)明的保護范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。