用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝及組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬鉆探、切削刀具用金剛石、立方氮化硼制造領(lǐng)域，具體地說是一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝及組裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚晶金剛石、立方氮化硼等超硬材料，是在高溫高壓條件下將金剛石、立方氮化硼顆粒依靠燒結(jié)助劑的作用，燒結(jié)形成一體的高性能結(jié)構(gòu)材料。該材料具有超硬材料的耐磨性和強(qiáng)度，是一種優(yōu)良的切削工具與耐磨材料，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械加工工具、石油與地質(zhì)鉆頭、砂輪修整工具等。
[0003]由于超硬材料因制造、組裝方法不同，其產(chǎn)品性能也將表現(xiàn)出明顯的差異。從目前應(yīng)用實際看出，超硬材料的質(zhì)量穩(wěn)定性、性能均一性，已經(jīng)提升到主要位置，特別是采用六面頂液壓機(jī)制備大尺寸燒結(jié)體(Φ 40 mm以上)是該領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。從這一角度來看，合成組裝方法上的改進(jìn)和提高具有更大發(fā)展?jié)摿?。目前，現(xiàn)有組裝結(jié)構(gòu)沒有采用合適的金屬組合杯子屏蔽污染及除掉雜質(zhì)，也未充分利用傳壓保溫介質(zhì)材料與石墨材料結(jié)合使用以便起到支撐和減少形變的作用，沒有充分考慮壓力場和溫度場的穩(wěn)定均一性，同時沒有考慮腔體氣體等雜質(zhì)的影響，從而影響金剛石、氮化硼聚晶層的整體性能，會帶來如燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)不均勻，形變嚴(yán)重，崩邊，穩(wěn)定重復(fù)性差等問題。嚴(yán)重的影響超硬材料工具的性能。
[0004]現(xiàn)在急需一種合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體完整率高，而且有效改善聚晶層的燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)均一性及致密性的腔體組裝及組裝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝及組裝方法，該組裝方法可操作性強(qiáng)，燒結(jié)體完整率高，能夠有效改善聚晶層的燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)均一性及致密性，同時能夠制備大尺寸超硬材料燒結(jié)體。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝，所述腔體組裝由葉臘石復(fù)合塊、石墨加熱管、氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯組成，所述葉臘石復(fù)合塊中石墨加熱管內(nèi)組裝放置的氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯緊密配合，從外至內(nèi)依次為氧化鎂杯鐵杯石墨杯鉬杯和鈮杯，所述鉬杯和鈮杯對向扣置。
[0007]腔體組裝的組裝方法，腔體組裝組裝方法依次采用氧化鎂杯經(jīng)過馬弗爐300°C處理I h，其厚度為1-3 mm ;鐵杯要求壁厚度為0.1-0.3 mm ;石墨杯經(jīng)過預(yù)壓壓實的石墨或者石墨與觸媒混合料，觸媒為FeN1、NiMnCo> FeNiMnCo的任一種或混合，其厚度1_6 mm ;鉬杯厚度為0.1-0.3 mm ;銀杯厚度為0.1-0.3 mm ;將上述材料從外至內(nèi)的順序同時放入帶有石墨加熱管的葉臘石復(fù)合塊燒結(jié)腔體中。
[0008]本發(fā)明的有益效果: 1、氧化鎂杯能夠起到高強(qiáng)度支撐，形變量小，合成完整率高。
[0009]2、鐵杯，石墨杯，鉬杯和鈮杯組合件具有屏蔽及吸附雜質(zhì)作用，超硬材料聚晶層中殘余應(yīng)力小，且分布較均勻，氣孔率低。
[0010]3、這種燒結(jié)組裝方法能夠制備大尺寸的燒結(jié)體(Φ 40 mm以上)，穩(wěn)定性高，操作性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0011]圖1為用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中氧化鎂杯1、鐵杯2、石墨杯3、鉬杯4、鈮杯5、葉蠟石復(fù)合塊6、加熱石墨管7。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明主要涉及用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝和腔體組裝的組裝方法。本發(fā)明采用該腔體組裝能夠制備大尺寸超硬材料燒結(jié)體(Φ 40 mm * 5 mm以上)，能夠有效地控制合成腔體的穩(wěn)定性和壓力場、溫度場的均一性，使燒結(jié)體組織結(jié)構(gòu)致密均勻，同時能夠抑制金剛石、立方氮化硼的燒結(jié)形變量，從而進(jìn)一步提高燒結(jié)體的質(zhì)量和完整率。
[0013]該腔體組裝由葉臘石復(fù)合塊6、石墨加熱管7、氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯組成，所述葉臘石復(fù)合塊中石墨加熱管內(nèi)組裝放置的氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯緊密配合，從外至內(nèi)依次為氧化鎂杯I鐵杯2石墨杯3鉬杯4和鈮杯5，所述鉬杯和鈮杯對向扣置。所述氧化鎂杯要求厚度為1-3 mm ;鐵杯厚度為0.1-0.3 mm ;石墨杯厚度1_6 mm，其成分為純石墨或者石墨與觸媒的混合粉末的壓實杯體，觸媒為FeN1、NiMnCo> FeNiMnCo的任一種或混合；鉬杯厚度為0.1-0.3 mm ;銀杯厚度為0.1-0.3 mm。
[0014]該腔體組裝組裝方法依次采用氧化鎂杯經(jīng)過馬弗爐300°C處理I h，其厚度為1-3mm ;鐵杯要求壁厚度為0.1-0.3 mm ;石墨杯經(jīng)過預(yù)壓壓實的石墨或者石墨與觸媒混合料，觸媒為FeN1、NiMnCo、FeNiMnCo的任一種或混合，其厚度1_6 mm ;鉬杯厚度為0.1-0.3 mm ；鈮杯厚度為0.1-0.3 mm ;將上述材料從外至內(nèi)的順序同時放入帶有石墨加熱管的葉臘石復(fù)合塊燒結(jié)腔體中。合成條件為4.8-5.8 GPa, 1350 -1450 °C，燒結(jié)保溫時間5_20 min后慢降溫到室溫，卸壓后得到Φ 44 X7 _的立方氮化硼燒結(jié)體。
[0015]制備立方氮化硼燒結(jié)體，將尺寸為57X 22X I mm氧化鎂杯(1)、57 X22 X0.1 mm鐵杯(2)、55 X20 X5 mm 石墨杯(3)、45 XlO X0.1 mm 鉬杯(4)和 44.6 XlO X0.1 mm鈮杯(5)從外至內(nèi)的順序一并放入葉臘石復(fù)合塊的加熱石墨管中，在六面頂壓機(jī)上進(jìn)行高溫高壓合成，葉臘石復(fù)合塊尺寸為74 X74 X 74 _，合成腔體直徑為59 _，石墨管內(nèi)徑為57 mm，高45 mm，合成條件為5 GPa, 1400 °C，燒結(jié)保溫時間14 min后慢降溫到室溫，卸壓后得到Φ 44 X7 mm的立方氮化硼燒結(jié)體。
[0016]制備金剛石燒結(jié)體，將尺寸為57X22X 1 mm氧化鎂杯(1)、57 X22 X0.1 mm鐵杯(2)、55 X20 X5 mm石墨杯(3)、45 XlO X0.1 mm鉬杯(4)和 44.6 XlO X0.1 mm鈮杯(5)從外至內(nèi)的順序一并放入葉臘石復(fù)合塊的加熱石墨管中，在六面頂壓機(jī)上進(jìn)行高溫高壓合成，葉臘石復(fù)合塊尺寸為74 X 74 X 74 _，合成腔體直徑為59 _，石墨管內(nèi)徑為57 mm，高45 mm。合成條件為5.6 GPa, 1450 °C，燒結(jié)保溫時間15 min后慢降溫到室溫，卸壓后得到Φ 44X7 mm的金剛石燒結(jié)體。
【主權(quán)項】
1.一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝，其特征在于:所述腔體組裝由葉臘石復(fù)合塊(6)、石墨加熱管(7)、氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯組成，所述葉臘石復(fù)合塊中石墨加熱管內(nèi)組裝放置的氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯緊密配合，從外至內(nèi)依次為氧化鎂杯(I)鐵杯(2 )石墨杯(3 )鉬杯(4)和鈮杯(5 )，所述鉬杯和鈮杯對向扣置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝，其特征在于:氧化鎂杯(I)要求厚度為1-3 mm ;鐵杯(2)厚度為0.1-0.3 mm ;石墨杯(3)厚度1_6 mm,其成分為純石墨或者石墨與觸媒的混合粉末的壓實杯體，觸媒為FeN1、NiMnCo, FeNiMnCo的任一種或混合；鉬杯(4)厚度為0.1-0.3 mm ;銀杯(5)厚度為0.1-0.3 mm。3.—種權(quán)利要求1所述的一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝的組裝方法，其特征在于:腔體組裝組裝方法依次采用氧化鎂杯(I)經(jīng)過馬弗爐300°C處理I h，其厚度為1-3 mm ;鐵杯(2)要求壁厚度為0.1-0.3 mm ;石墨杯(3)經(jīng)過預(yù)壓壓實的石墨或者石墨與觸媒混合料，觸媒為FeN1、NiMnCo> FeNiMnCo的任一種或混合，其厚度1_6 mm ;鉬杯(4)厚度為0.1-0.3 mm ;鈮杯(5)厚度為0.1-0.3 mm ;將上述材料從外至內(nèi)的順序同時放入帶有石墨加熱管的葉臘石復(fù)合塊燒結(jié)腔體中。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝的組裝方法，其特征在于:將尺寸為57X22X 1 mm氧化鎂杯(1)、57 X22 X0.1 mm鐵杯(2)、.55 X20 X5 mm 石墨杯(3)、45 XlO X0.1 mm 鉬杯(4)和 44.6 XlO X0.1 mm 鈮杯(5)從外至內(nèi)的順序一并放入葉臘石復(fù)合塊的加熱石墨管中，在六面頂壓機(jī)上進(jìn)行高溫高壓合成，葉臘石復(fù)合塊尺寸為74 X 74 X 74 mm，合成腔體直徑為59 mm，石墨管內(nèi)徑為57 mm,高 45 mm0
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種用于合成金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體的腔體組裝及組裝方法。所述腔體組裝由葉臘石復(fù)合塊、石墨加熱管、氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯組成，所述葉臘石復(fù)合塊中石墨加熱管內(nèi)組裝放置的氧化鎂杯、鐵杯、石墨杯、鉬杯、鈮杯緊密配合，從外至內(nèi)依次為氧化鎂杯鐵杯石墨杯鉬杯和鈮杯，所述鉬杯和鈮杯對向扣置。將上述材料從外至內(nèi)的順序同時放入帶有石墨加熱管的葉臘石復(fù)合塊燒結(jié)腔體中。合成的燒結(jié)體形變量小，合成完整率高，超硬材料聚晶層中殘余應(yīng)力小，且分布較均勻，氣孔率低，能夠制備大尺寸的燒結(jié)體。
【IPC分類】B01J3/06
【公開號】CN104959080
【申請?zhí)枴緾N201510407317
【發(fā)明人】賈洪聲, 李海波, 鄂元龍, 馬根龍
【申請人】吉林師范大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月13日