專利名稱：利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超硬材料工具制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石復(fù)合片的制備方法。
背景技術(shù)：
金剛石復(fù)合片(PDC)作為新型的超硬材料產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于石油、地質(zhì)、煤 田的開采鉆探及機(jī)械加工的多個(gè)領(lǐng)域。釬焊是用比基體熔點(diǎn)低的金屬材料作為結(jié)合劑，用 液態(tài)結(jié)合進(jìn)潤濕基體和填充工件接口間隙并使其與基體相互擴(kuò)散的焊接方法。現(xiàn)有釬焊 PDC的制造原理如下在高溫(1450°C )高壓(5. 5GPa)條件下，金剛石在燒結(jié)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(shí)，溶解石墨并向金剛石輸送碳，使金剛石顆粒 長大并搭接起來。鈷液滲入金剛石粉末的過程伴隨著石墨一金剛石的轉(zhuǎn)變，最后金剛石粉 末中的石墨轉(zhuǎn)變成金剛石，形成具有金剛石-金剛石結(jié)合的牢固燒結(jié)體，金剛石粉末和基 體牢固的結(jié)合在一起，形成了 PDC?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了防止原材料吸附氧氣而氧化，在真空處 理后采用充氬氣或氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，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(jié)過 程中，由于液相的產(chǎn)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，粒子長大并搭接，氣泡逐漸遷移到粒界上消失，燒結(jié)體密度增高，并可能最 終排除氣泡，得到充分致密的燒結(jié)體，但是在實(shí)際加工過程中，總會有未排除的氣泡隨著燒 結(jié)結(jié)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(chǎn)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(chǎn)品中金剛石微粉和基體結(jié)合不牢固，產(chǎn)品成品率低，且質(zhì) 量不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有金剛石復(fù)合片表面有大量針眼、金剛石和基體結(jié) 合不牢固、成品率低、質(zhì)量不穩(wěn)定，提供一種針眼少、金剛石和基體結(jié)合牢固、成品率高、質(zhì) 量穩(wěn)定的利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)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(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是10 % 20 %。 本發(fā)明采用低熔點(diǎn)金屬銦做結(jié)合劑，銦的熔點(diǎn)在156. 61°C，故在較低的溫度下就可以實(shí)現(xiàn)屏蔽材料的釬焊，使金剛石和硬質(zhì)合金基體處于真空狀態(tài)。在真空狀態(tài)時(shí)，鈷的 滲透相對容易，金剛石和合金基體的結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落。對于金剛石粒度小于10微米的 PDC，現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品的成品率在60%以內(nèi)，采用本發(fā)明所提供的方案，成品率可達(dá)到80% 以上。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1450°C、5. 5GPa壓力下合成所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是10%。本發(fā)明的步驟(a)中硬質(zhì)合金基體呈杯子形狀，將金剛石微粉放入硬質(zhì)合金基體 的杯中，之后在杯口放入金屬銦做結(jié)合劑，經(jīng)過步驟(b)、(c)、(d)的加熱加壓后，形成金剛 石復(fù)合片。金剛石和合金基體的結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落。實(shí)施例2本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1455°C、5. 4GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是12%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例3本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1460°C、5. 4GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是14%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例4本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1475°C、5. 3GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是16%。
其它同實(shí)施例1。實(shí)施例5本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1480°C、5. 2GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是18%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例6本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1490°C、5. IGPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是20%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例7本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1500°C、5. OGPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是20%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例8本發(fā)明是以下述步驟進(jìn)行的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1450°C 1500°C、5. OGPa 5. 5GPa壓力下合成。所述碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是10% 20%。其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法，其特征在于該方法是按下述步驟 進(jìn)行(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1450°C 1500°C、5.OGPa 5. 5GPa壓力下合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法，其特征在于 所述步驟(c)是在170°C加熱20分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法，其特征在于 所述步驟(d)是在1475 °C、5. 3GPa壓力下合成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法碳化 鎢-鈷硬質(zhì)合金基體中鈷的質(zhì)量含量是10% 20%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用真空釬焊技術(shù)制造金剛石復(fù)合片的方法，屬于超硬材料工具制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的(a)把加有金剛石微粉的硬質(zhì)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(jī)在1450℃～1500℃、5.0GPa～5.5GPa壓力下合成。本采用低熔點(diǎn)金屬銦做結(jié)合劑，在較低的溫度下就可以實(shí)現(xiàn)屏蔽材料的釬焊，使金剛石和硬質(zhì)合金基體處于真空狀態(tài)。在真空狀態(tài)時(shí)，鈷的滲透相對容易，金剛石和合金基體的結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落。對于金剛石粒度小于10微米的PDC，現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品的成品率在60％以內(nèi)，采用本所提供的方案，成品率可達(dá)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(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)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(yè)有限公司