一种金刚石复合体以及金刚石表面金属化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金刚石复合材料领域。具体地，本发明涉及一种金刚石复合体以及金刚石表面金属化方法。
【背景技术】
[0002]目前，金刚石工具基材一般来说均为硬质合金或不锈钢，在这些基材上焊接金刚石片或金刚石颗粒主要问题在于金刚石与金属之间结合强度低。
[0003]为提高金刚石工具的寿命，采用金刚石表面改性方法提高金刚石表面与金属间的浸润性和结合强度成为比较合理的方法。目前国内镀覆比较均匀的是采用磁控溅射、化学镀、电镀、PVD、CVD等方法在金刚石表面沉积金属层或碳化物层来提高金刚石与金属间的结合力。相对电镀、化学镀来说，由于镀层金属与金刚石之间仍然处于机械咬合，二者之间结合强度不高；而？￥0、00)以及磁控溅射则一方面设备成本高，效率低下，另一方面不适合于金刚石粉体表面改性，镀覆表面均匀性难以控制。
[0004]综上所述，本领域迫切需要一种低成本、显著改善金刚石与金属间的结合性能的金刚石颗粒表面改性的方法或产品。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是提供一种制法简便、性能优异的金刚石复合体材料及其制法。
[0006]在本发明的第一方面中，提供了一种金刚石复合体，所述复合体包括金刚石颗粒以及结合于金刚石颗粒表面的复合涂层；
[0007]其中，所述复合涂层包括碳化硼纳米层以及硼合金纳米层，所述碳化硼纳米层结合于金刚石颗粒表面；所述硼合金纳米层结合于所述碳化硼纳米层表面。
[0008]在一优选例中，所述的复合涂层是通过在金刚石颗粒表面原位生长一步形成的。
[0009]在另一优选例中，所述的复合涂层是将在金刚石颗粒表面原位生长形成的硼及碳化硼与合金金属共混后经加热反应制得的。
[0010]在另一优选例中，所述的复合涂层是将在金刚石颗粒表面原位生长形成的硼及碳化硼经化学镀或电镀合金金属后加热反应制得的。
[0011]在另一优选例中，所述的金刚石颗粒为天然的金刚石粉体、块体或薄膜；或为经高温、高压或化学气相沉积生成的金刚石粉体、块体或薄膜。
[0012]在另一优选例中，所述复合涂层的总厚度为1-1OOOOOOnm ；较佳地，为10-500000nm。
[0013]在另一优选例中，所述复合涂层还含有硼纳米层，且所述硼纳米层位于所述碳化硼纳米层和硼合金纳米层之间。
[0014]在另一优选例中，所述硼合金为硼与选自下组的合金金属形成的硼合金:铜、铝、镍、银或其组合。
[0015]在本发明第二方面中提供了一种金刚石复合体的制备方法，包括步骤:
[0016](I)提供一种包含金刚石颗粒、硼原料、铜原料和有机溶剂的混合浆料；
[0017](2)在真空下或在氢气、氩气或其组合的惰性气氛或还原性气氛中，将步骤(I)的混合浆料进行加热反应，从而得到一本发明第一方面所述的金刚石复合体；且所述硼合金为硼铜合金。
[0018]在另一优选例中，按步骤(I)的混合浆料总重量计算，金刚石颗粒的质量分数为5 - 95wt% ;较佳地为20 - 85wt% ;更佳地为20 — 65wt% ;和/或
[0019]按步骤(I)的混合浆料总重量计算，硼原料的质量分数为10 - 90wt% ;较佳地为10 - 50wt% ;更佳地为 10 - 40wt% ;和 / 或
[0020]按步骤(I)的混合浆料总重量计算，铜原料的质量分数为10 - 95wt% ;较佳地为20 - 85wt% ;更佳地为 30 - 75wt% ;和 / 或
[0021]按步骤(I)的混合浆料总重量计算，有机溶剂的质量分数为O — 90wt% ;较佳地为1- 35wt% ;更佳地为 I — 5wt%。
[0022]在本发明第三方面中提供了一种金刚石复合体的制备方法，包括步骤:
[0023](a)提供一包含金刚石颗粒、硼原料和有机溶剂的混合浆料；和
[0024](b)在真空下或在氢气、氩气或其组合的惰性气氛或还原性气氛中，将步骤(a)的混合浆料进行加热反应，从而得到金刚石复合体中间体；和
[0025](c-1)将步骤(b)制得的金刚石复合体中间体与合金金属原料和有机溶剂共混，在真空下或在氢气、氩气或其组合的惰性气氛或还原性气氛中，进行加热反应，从而得到金刚石复合体；或
[0026](c-2)步骤(b)制得的金刚石复合体中间体经化学镀或电镀处理，在该中间体的表面上镀覆一层合金金属层，然后，在真空下或在氢气、氩气或其组合的惰性气氛或还原性气氛中，进行加热反应，从而得到如本发明第一方面所述的金刚石复合体。
[0027]在另一优选例中，按步骤(a)的混合浆料总重量计算，金刚石颗粒的质量分数为5 - 95wt% ;较佳地为20 - 85wt% ;更佳地为20 — 65wt% ;和/或
[0028]按步骤(a)的混合浆料总重量计算，硼原料的质量分数为10 - 90wt% ;较佳地为10 - 50wt% ;更佳地为 10 - 40wt% ;和 / 或
[0029]按步骤(a)的混合浆料总重量计算，有机溶剂的质量分数为O — 90wt% ;较佳地为1- 35wt% ;更佳地为I 一 5wt% ;和/或
[0030]所述步骤(c-1)中，按共混后总重量计算，合金金属原料的质量分数为10 -95wt% ;较佳地为20 - 85wt% ;更佳地为30 — 75wt% ;和/或有机溶剂的质量分数为O —90wt% ;较佳地为I 一 35wt% ;更佳地为I 一 5wt%。
[0031]在另一优选例中，所述铜原料、所述硼原料和/或所述合金金属原料为粉末状的；和/或
[0032]所述金刚石原料为天然的金刚石粉体、块体或薄膜；或经高温、高压或化学气相沉积处理的金刚石粉体、块体或薄膜。
[0033]在另一优选例中，上述各个步骤中，
[0034]所述的加热反应为在1000-1400°C下进行的反应；和/或
[0035]所述的加热反应为在真空中或在压力为lPa_120kPa之间的气氛中进行的反应。
[0036]在本发明第四方面中，提供了本发明第一方面所述的金刚石复合体的用途，用于机械刀具制品、孕镶钻头、复合材料或电子元器件。
[0037]在本发明第五方面中，提供了一种制品或复合材料，包含本发明第一方面所述的金刚石复合体。
[0038]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【附图说明】
[0039]图1为未经任何处理的金刚石颗粒的微观扫描电镜照片；其中:A图为200倍显微图片，B图为1500倍显微图片。
[0040]图2为实施例1制得的经过粉体表面镀覆纳米涂层后的金刚石颗粒颗粒表面XRD图谱。由图可知，金刚石颗粒表面存在碳化硼。
[0041]图3为实施例2制得的经过粉体表面镀覆处理过的金刚石颗粒颗粒表面电子显微照片及能谱图；其中，图A和图B为电子显微镜照片；图(:为能谱图；由图可知:金刚石颗粒表面存在硼铜合金层。
[0042]图4为实施例3制得的经过粉体表面镀覆处理过的金刚石颗粒颗粒表面电子显微照片及能谱图；其中，图A和图B为电子显微镜照片；图(:为能谱图；由图可知:金刚石颗粒表面存在硼招合金层。
[0043]图5为实施例4制得的经过粉体表面镀覆处理过的金刚石颗粒颗粒表面电子显微照片及能谱图；其中，图A和图B为电子显微镜照片；图(:为能谱图；由图可知:金刚石颗粒表面存在硼镍合金层。
[0044]图6为实施例7制得的经过粉体表面镀覆处理过的金刚石颗粒颗粒表面电子显微照片及能谱图；其中，图A为电子显微镜照片；图8为能谱图；由图可知:金刚石颗粒表面存在硼铜银合金层。
【具体实施方式】
[0045]发明人经过广泛而深入的研究，发现一种金刚石和金属结合性能优异的金刚石复合体，其通过碳化硼过渡层连接金刚石和金属，显著提高了两者的界面结合能力，在金刚石刀具、金刚石钻头、电子等多方面具有很好的应用前景。并提供了多种该复合体的制备方法。在此基础上，发明人完成了本发明。
[0046]金刚石
[0047]本发明所用的金刚石材料可为天然的金刚石粉体、块体或薄膜，或经高温、高压或化学气相沉积处理的金刚石粉体、块体或薄膜。
[0048]本发明的金刚石可以是任意尺寸的颗粒，优选采用粒径为0.Ιμ???ΙΟΟΟΟμ??的金刚石颗粒；较佳地采用粒径为ΙΟμ???1000 μ m的金刚石颗粒；更佳地采用粒径为20 μ m?1000 μ m的金刚石颗粒。
[0049]也可以是任意厚度的块体及薄膜，根据生产应用需要而定。
[0050]硼原料
[0051]如本文所用，所述的硼原料为粉末状。
[0052]合金金属原料
[0053]如本文所用，所述的合金金属原料为粉末状或片状。所述合金金属可以是高温(如800 — 1500°C)下与硼有一定溶解度的任意金属，例如铜、镍、铝、银、锌等等。
[0054]有机溶剂
[0055]如本文所用，所述的有机溶包括酒精、聚乙烯醇、聚乙二醇等，作用是使得金刚石与硼原料、合金金属原料均匀接触。
[0056]金刚石颗粒表面的复合涂层
[0057]如本文所用，所述的复合涂层包括碳化硼纳米层以及硼合金纳米层