[0054]本发明单层钎焊金刚石工具的制备方法，钎焊加热以高频感应方式进行，使用高频感应加热可以大大缩短加热时间，从而提高了工具的制备效率；由于加热时间短，因此可以大大减少钎焊过程中由于高温而引起的金刚石的热损伤；且使用高频感应加热可以实现基体的局部受热，即仅在需要钎焊金刚石的地方进行加热，实现金刚石与基体的焊接，这样避免了基体的整体受热，减少对金属基体的热损伤。
[0055]通过本发明方法所得到的单层钎焊金刚石工具，可以实现对硬脆性材料(包括陶瓷、石材、混凝土和玻璃等)的高效加工。
[0056]2.本发明还提供了一种金刚石钎焊工艺。该方法不同于以往的金刚石工具的钎焊工艺，具有钎焊时间短，钎焊设备简单、便宜，采用普通银铜钎料、制备工艺简单、快速、对基体热损伤小的优点。而且，本发明的方法可在在空气中进行，即使加热至600?850 V，也不会导致金刚石石墨化，也不会发生氧化和燃烧。
[0057]下面结合具体实施，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。除非特别说明，本发明所用原料或试剂均市售可得。
[0058]本发明所用的钎料为工业中常用的银铜钎料，此钎料的熔点为600?800°C左右。
[0059]实施例1金刚石表面经纳米涂层处理方法
[0060]将平均粒径为100 μ m左右的金刚石颗粒与高纯(纯度彡99.9%)硼粉、锌粉和少量酒精混合均匀制成混合物，按混合物总重量计算，锌粉占5wt%，硼粉占10wt%，酒精占5wt%。将混合物放在搅拌机中搅拌混合均匀制备成浆料。放入真空碳管炉中，抽真空至真空度约为10_2Pa，然后通入氢气，气压力为IPa- 120kPa，升温速率为10°C /min升温至1250 0C，保温60min，然后随炉冷却至室温。
[0061]由于锌粉在900°C以上时会蒸发除去，因此，锌粉在1250°C，保温60min的情况下会去除掉。将高温处理过的混合物取出，分别过30目、60目、80目、100目、150目筛，去除过剩的硼粉，获得表面经纳米涂层处理的金刚石。
[0062]其扫描电子显微镜照片如图4所示，图中显示了金刚石颗粒表面原位生长的一层均匀的涂层。
[0063]EDS照片如图5所示，通过对均匀涂层的能谱分析，确定金刚石颗粒表面硼、碳的分布情况。
[0064]该金刚石粉体表面镀层厚度采用FIB进行切割后的断面分析，如图6所示，获得金刚石粉体表面涂层的厚度在200nm左右。
[0065]该金刚石表面XRD衍射图片如图7所示，图中显示了金刚石颗粒表面形成了碳化硼结构。
[0066]实施例2金刚石表面经纳米涂层处理方法
[0067]将金刚石片与高纯硼粉、锌粉和少量酒精混合均匀制成混合物，按混合物总重量计算，锌粉占5wt%,硼粉占10wt%,酒精占5wt%。将混合物放在搅拌机中搅拌混合均勻制备成浆料。放入真空碳管炉中，抽真空至真空度约为l(T2Pa，然后通入氢气，气压力为IPa-120kPa，升温速率为10°C /min升温至1250°C，保温60min，然后随炉冷却至室温，取出处理后的金刚石片清洗，获得表面经纳米涂层处理的金刚石片。
[0068]实施例3硬质合金基体-CVD金刚石片的焊接
[0069]1.将需要钎焊的CVD金刚石片进行表面处理，在金刚石片全表面镀覆上一层硼及其化合物纳米涂层，处理方法如实施例2所示；
[0070]2.在硬质合金基体上涂覆QJ102银铜胶状钎焊剂和高银含量(银含量> 60%)银铜钎焊料。
[0071]3.把步骤I得到的金刚石片根据需要放置在涂覆有QJ102银铜胶状钎焊剂和高银含量银铜钎焊料的硬质合金基体上，然后在硬质合金基体表面放置压块，压住金刚石；把金刚石和压块的硬质合金基体放入到高频感应加热设备中，800°C对硬质合金基体上需要钎焊金刚石的地方进行加热，加热到钎料熔化时，即可停止加热，自然冷却，这样便实现了金刚石的钎焊固结。
[0072]焊接效果如图1所示，经过快速磨刀，焊接效果良好。焊接横截面可见焊接面结合良好无缝隙。
[0073]焊接强度通过拉伸试验确定。将焊接后的金刚石片通过胶水粘接在不锈钢试样上，如图2所示，按国标GB/T13936-92，测试钎焊强度的力-位移曲线时，由于胶水的粘接强度低于金刚石片与刀具的焊接强度时，金刚石片与后用胶水粘接的钢片剥离。
[0074]图3为金刚石片钎焊后采用GB/T13936-92测试钎焊强度的力-位移拉伸曲线图，可以看出当最大载荷分别为432.14N和345.06N时，实际粘接强度分别为22.3MPa和21.6MPa，达到采用该测试工艺检测薄膜最大的粘接强度。
[0075]实施例4硬质合金基体-单晶金刚石片的焊接
[0076]1.将需要钎焊的单晶金刚石片进行表面处理，在金刚石片全表面镀覆上一层硼及其化合物纳米涂层，处理方法如实施例2所示。
[0077]2.在硬质合金基体上涂覆QJ102银铜胶状钎焊剂和高银含量(银含量> 60%)银铜钎焊料。
[0078]3.把步骤I得到的金刚石片根据需要放置在一涂覆有QJ102银铜胶状钎焊剂和高银含量银铜钎焊料的硬质合金基体上，然后在硬质合金基体表面放置压块，压住金刚石；把金刚石和压块的硬质合金基体放入到高频感应加热设备中，800°C对硬质合金基体上需要钎焊金刚石的地方进行加热，加热到钎料熔化时，即可停止加热，自然冷却，这样便实现了金刚石的钎焊固结。
[0079]以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于CVD金刚石片和单晶金刚石片在硬质合金上以及钢上的焊接。在采用此制备方获得其它的金刚石片-硬质合金基体刀具，金刚石片-钢基体刀具，金刚石粉-硬质合金基体刀具，金刚石粉-钢基体刀具等所有能采用上述工艺制备金刚石刀具皆应在本发明保护范围内。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
[0080]在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种金刚石工具的制备方法，其特征在于，包括步骤:在空气中，将表面经纳米涂层处理的金刚石通过高频感应加热钎焊到金属基体上，从而得到金刚石工具； 其中，所述表面经纳米涂层处理的金刚石表面结合有复合纳米涂层；所述复合纳米涂层包括涂层(a)碳化硼纳米涂层和涂层(b)硼纳米涂层；所述涂层(b)结合于所述涂层(a)表面。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在钎焊之前，在金属基体表面涂覆铜银钎料； 并将表面经纳米涂层处理的金刚石排布在涂覆有铜银钎料的金属基体上后进行钎焊。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述银铜焊料含有QJ102银铜钎焊剂和高银含量银铜钎焊料。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钎焊在600?80(TC下进行。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属基体包括:不锈钢或硬质合金基体。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述工具为刀具、磨具、锉刀、砂轮、锯片、钻头。
7.一种金刚石工具，其特征在于，包括金属基体以及钎焊在金属基体上的表面经纳米涂层处理的金刚石；其中，所述表面经纳米涂层处理的金刚石表面结合有复合纳米涂层；所述复合纳米涂层包括涂层(a)碳化硼纳米涂层和涂层(b)硼纳米涂层；所述涂层(b)结合于所述涂层(a)表面。
8.一种金刚石钎焊方法，其特征在于，包括步骤: (1)在金属基体表面涂覆铜银钎料； (2)在空气中，将表面经纳米涂层处理的金刚石排布在涂覆有铜银钎料的金属基体上后，通过高频感应加热钎焊到金属基体上； 其中，所述表面经纳米涂层处理的金刚石表面结合有复合纳米涂层；所述复合纳米涂层包括涂层(a)碳化硼纳米涂层和涂层(b)硼纳米涂层；所述涂层(b)结合于所述涂层(a)表面。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述钎焊在600?800°C下进行。
【专利摘要】本发明涉及一种金刚石工具的制备方法。具体地，本发明提供了一种利用表面结合有硼和碳化硼纳米涂层的金刚石在空气中高频感应钎焊到基体上以制备金刚石工具的方法。与常规制备方法相比，本发明的制备方法可在空气中完成，且焊接钎焊料普通、易得，钎焊温度低，钎焊时间短。因此，效率更高，对金属基体及金刚石热损伤小。
【IPC分类】B23K101-20, B23K1-002, B23K1-19, B23K1-20
【公开号】CN104708159
【申请号】CN201310677037
【发明人】戴丹, 江南, 白华, 褚伍波, 杨科, 马洪兵, 张军安
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 宁波晶钻工业科技有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月11日