一种用于合成聚晶复合片的组装件及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超硬材料制造技术领域，特别涉及一种用于合成聚晶复合片的组装件及方法。
【背景技术】
[0002]聚晶金刚石复合材料既具有金刚石的耐磨性和强度又具有硬质合金基体材料的韧性和可焊接性，是一种优异的切削与耐磨材料，广泛的应用于石油与地质钻探、机械加工刀具、修正工具等领域。
[0003]采用静态高温高压法合成聚晶金刚石复合材料，合成温度1450-1500°C，压力在6GPa左右，合成时间一般为几分钟，温度场的均勾性和合理的梯度分布决定着聚晶金刚石复合材料的质量及其稳定性。合成设备多数为六面顶压机，国外有部分使用两面顶压机合成复合片，但这种设备价格高、维修维护困难，国内绝大部分是用六面顶压机高温高压进行合成。其合成块的组装结构、加热方式决定合成腔体内的温度场分布，因此合成腔体的组装结构、材料和加热方式对复合片产品的质量和稳定性有着关键性的影响。据文献资料报道，六面顶压机合成聚晶金刚石复合材料一般采用金刚石合成的相似组装结构，有合成腔外围管壁发热的间接加热方式和复合片直接参与导电的直接加热方式。发热管间接加热方式，由管壁辐射热量使管内腔体升温，在径向方向存在较大的温度梯度，尤其是聚晶复合材料直径尺寸较大的产品，使得聚晶层中心部位与边缘部位烧结程度不一致，一次合成多片聚晶复合片时，质量稳定性不好。直接加热方式则对复合片组装各部件材料的一致性均匀性比较敏感，同样存在合成质量和稳定性较差的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于合成聚晶复合片的组装件及方法，该组装件可以解决现有聚晶金刚石复合材料合成过程中加热不均匀、温度梯度较大而影响产品质量和性能的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种用于合成聚晶复合片的组装件，包括:两个或多个聚晶复合片合成腔体、套设于所述聚晶复合片合成腔体外侧的通电发热装置、以及套设于所述通电发热装置外侧的密封传压介质；其中:
[0007]所述聚晶复合片合成腔体包括:
[0008]保温传压介质，为具有圆柱状中空腔的方块(立方体或长方体)形介质；
[0009]绝缘屏蔽介质，套设于所述聚晶复合片坯料的周侧和两端；所述保温传压介质的圆柱状中空腔的内壁套设有所述绝缘屏蔽介质；
[0010]所述通电发热装置包括:
[0011]两片导电片，对称地覆盖于由两个或多个并排设置的所述聚晶复合片合成腔体形成的上下表面；
[0012]两个导电钢帽，对称盖设于两片所述导电片的中央；
[0013]至少一片发热体，为矩形平板状，竖直地设置于两片所述导电片之间，各个所述发热体的上下两端面分别与两片所述导电片的表面接触且竖直地位于两个或多个并排设置的所述聚晶复合片合成腔体之间和/或两端；
[0014]所述密封传压介质，由一个具有方形中空腔的立方体和两个套设于所述立方体的方形中空腔上下两端的具有圆形通孔的方形块(包括立方体块或长方体块)组成；其中，所述通电发热装置套设于所述密封传压介质的立方体的方形中空腔的中间部位；
[0015]所述密封传压介质的两个方形块的带有圆形通孔的一面分别盖设于两片所述导电片的表面上且使两个所述导电钢帽分别套设于两个所述密封传压介质的方形块的圆形通孔中，从而将所述密封传压介质的立方体的方形中空腔的两端密封。
[0016]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，作为一种优选实施方式，所述密封传压介质的材质为叶腊石。
[0017]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，作为一种优选实施方式，所述导电钢帽由导电钢碗和设置于所述钢碗内的绝缘保温填芯组成；所述导电片的材质为石墨片、钢片、钛片或钼片。
[0018]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，所述保温传压介质材质为具有传压、保温、绝缘性能的材料；作为一种优选实施方式，所述保温传压介质材质为氧化镁、白云石或氧化错。
[0019]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，作为一种优选实施方式，所述绝缘屏蔽介质为杯状或管状、以及片状，优选为盐杯或盐管、盐片，更优选地，所述盐片的材质为氯化钠。
[0020]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，作为一种优选实施方式，所述发热体的数量为1-5片，所述发热体厚度和材质可以相同也可以不同，材质通常为耐高温高压的高电阻发热材料；优选地，所述发热体的材质为石墨、电热合金等。
[0021]上述用于合成聚晶复合片的组装件中，作为一种优选实施方式，所述保温传压介质的具有圆柱形中空腔的端面与所述发热体的板面(表面)接触。
[0022]本发明还提供一种聚晶复合片的合成方法，包括如下步骤:
[0023]步骤一，将聚晶复合片坯料和上述用于合成聚晶复合片的组装件组装在一起，以形成合成块；
[0024]步骤二，将所述合成块置于六面顶压机中，对位于上方的密封传压介质和导电钢帽施加压力，在加压的同时对位于上方的导电钢帽通电流，电流依次经由位于上方的导电钢帽和导电片导向发热体，再经位于下方的导电片和位于下方的导电钢帽流出，形成电流通路，由此，发热体对所述聚晶复合片合成腔体内的聚晶复合片坯料进行加热，最终得到聚晶复合材料产品。
[0025]上述聚晶复合片的合成方法，作为一种优选实施方式，所述步骤二中，施加的压力为5.5?6.5GPa，所述加热的温度为1450?1500°C，所述加热的时间为8_20min。
[0026]本发明产生有益效果是:
[0027]1)本发明提出了一种平面式加热方式可以通过发热片材质和厚度变化设计合成腔的温度场分布状态，用于聚晶复合材料合成。
[0028]2)本发明用于聚晶复合材料合成时，平面热源对合成腔体进行平面式热辐射，使得聚晶层和硬质合金基体结合界面温度一致性好，界面组织性能均匀，抗冲击韧性和耐磨性均比现有市面同等产品提高30%以上；多个复合材料合成腔的发热体对称设计可以使得聚晶复合片产品质量的稳定好，产品的合格率提高20 %以上。
[0029]3)本发明可以提高聚晶复合材料的产品质量及稳定性。随着产品直径的扩大和原料粉末粒度的细化，合成腔体温场保持均匀更加困难，本发明优势在于减小因合成腔体内尺寸扩大而引起的温度梯度。因此，尤其适合直径不小于13mm(比如直径为14mm、16mm、19mm、22mm、25mm)、原料粉末粒度小于 20 μm(比如粒度为 3 μm、5 μm、8 μm、10 μm、12 μm、15μπι、19μπι)的聚晶复合材料的合成。
【附图说明】
[0030]图1为三平面加热方式的聚晶复合片坯料和组装件构成的合成块的剖视图；
[0031]图2为三平面加热方式的电路示意图；
[0032]图中，1-密封传压介质；2_导电钢帽；3_导电片；4_平面发热体；5_保温传压介质；6_聚晶复合片坯料；7_绝缘屏蔽介质。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例，对本发明的【具体实施方式】做进一步详细说明。
[0034]如图1、图2所示的一种用于合成聚晶复合片的组装件，包括