一种高性能孕镶金刚石钻头胎体及钻头的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于加工结构陶瓷的钻头及其制备方法，特别设及一种高性能孕 镶金刚石钻头胎体及钻头的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球业界对高精密度、高耐磨耗、高可靠度机械零组件或电子元件的要求日 趋严格，陶瓷产品的市场成长率日益可观。结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传 导、耐高溫、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高溫强度等性能，在非常严苛的工程应用条件或环境 下，也可W展现出稳定性优异的机械性能，因此其在材料工业上倍受瞩目，使用范围亦日渐 扩大。结构陶瓷的运些性能，使得孕镶金刚石钻头在其机械加工中得到广泛应用。而孕镶金 刚石钻头的加工性能取决于其胎体配方和制备方法。
[0003] 目前，孕镶金刚石钻头的主要缺点在于无法实现金刚石磨粒的磨损速度与胎体的 磨损速度保持同一，胎体磨损过快或磨损过慢均会降低金刚石钻头的加工效率W及加工寿 命。因此，研制性能优异的孕镶金刚石钻头胎体具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004] 发明目的:本发明的第一目的是提供一种能够提高结构陶瓷的加工效率和加工寿 命的高性能孕镶金刚石钻头胎体，本发明的第二目的是提供一种包含该胎体的高性能孕镶 金刚石钻头的制备方法。
[0005] 技术方案:本发明所述的高性能孕镶金刚石钻头胎体，按重量份数包括如下原料： 纯化粉45~55份，纯Co粉20~30份，纯Sn粉12~18份，纯Ti粉3~8份，纯化粉3~8份。
[0006] 纯化粉优选为48~52份;纯Co粉优选为24~27份;纯Sn粉优选为14~16份;纯Ti粉 优选为4~6份;纯化粉优选为4~6份。
[0007] 本发明所述的包含上述胎体的高性能孕镶金刚石钻头的制备方法，包括如下步 骤：
[000引（1)按重量份数配制胎体，将浓度为75%的金刚石与胎体混合、装入石墨模具中热 压烧结，当混合料接近塑性状态时加压成型，烧结制成金刚石烧结体，其中，烧结溫度为660 ~700°C，烧结压强为14.6~14.8MPa;
[0009] (2)将金刚石烧结体保溫1.8~2.4min后，冷却至室溫；
[0010] (3)待金刚石烧结体冷却后，将其针焊固定在金属基体上制成金刚石钻头。
[0011] 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于：（1)本发明制备的高性能孕 镶金刚石钻头胎体能够与金刚石紧密结合，对金刚石有较好的粘结性能，能增加金刚石磨 粒的出露高度，提高了磨粒对孔底陶瓷的刻取量;而且胎体的磨损特性较好，良好的磨损特 性则使胎体具有一定的磨损速度，不至于磨损太慢而影响后续金刚石磨粒的出露，金刚石 时刻保持自锐性，保证金刚石磨粒磨损速度与胎体磨损速度的同一性，能够高效率加工高 强度、高硬度的结构陶瓷材料，结构陶瓷产生的裂纹较少；（2)包含本发明的胎体的孕镶金 刚石钻头具备较好的耐磨性，加工质量高，加工结构陶瓷的工作寿命可达到2200mmW上。
【附图说明】
[001^ 图巧本发明制备的高性能孕镶金因阳钻头胎体的断面图；
[0013] 图2本发明制备的高性能孕镶金刚石钻头胎体的磨损形貌图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0015] 本发明的高性能孕镶金刚石钻头胎体，按重量份数包括如下原料:纯Cu粉45~55 份，纯Co粉20~30份，纯Sn粉12~18份，纯Ti粉3~8份，纯化粉3~8份。
[0016] 该胎体WCu和Co为主要金属，铜与钻结合，烧结时，两者能够很好地合金化，制得 的胎体对金刚石有较强的包镶作用。其中，铜与碳化物及骨架材料的相容性很好，有助于提 高胎体的成型性和可烧结性，同时，W铜粉为原料，能够有效降低胎体的烧结溫度，减少高 溫对金刚石质量的损害;钻抗弯强度高，加入钻可提高胎体的抗弯强度，并且，钻对金刚石 有较好的润湿性，钻的存在有助于其他碳化物的生成。
[0017]而且，本发明在铜粉和钻粉中添加适量的Sn、Ti、化等金属粉末进行合金化，改善 胎体对金刚石的润湿性，使金刚石钻头具有较好的初性和自锐性，获得较好的加工性能。
[0018] 圆锥体扩口圆直径与孔径比值（崩豁比）和锥体高（崩豁深度)通常作为钻头性能 评价参数之一，相同钻压下崩豁比及崩豁深度越小，钻头性能越好，反之则钻头性能越差。 使用本发明的胎体配方制得的孕镶金刚石钻头性能优越，加工结构陶瓷时，崩豁比及崩豁 深度较其他类型钻头的数值小，且本发明中的孕镶金刚石钻头的磨损量较小，加工结构陶 瓷的工作寿命可达到2200mmW上。
[0019] 如图1，从胎体断面可W看出，金刚石磨粒与胎体间结合紧密，且脆性断裂特征明 显，运一方面说明胎体对金刚石磨粒有较好的粘结性能，另一方面也说明胎体的磨损特性 较好。良好的粘结性能增加了金刚石磨粒的出露高度，提高了磨粒对孔底陶瓷的刻取量；良 好的磨损特性则使胎体具有一定的磨损速度，不至于磨损太慢而影响后续金刚石磨粒的出 露。如图2,从胎体磨损形貌可W看出，金刚石磨粒周围形成了明显流沙现象，磨粒出露高度 高，其前端及侧面沟槽的深度稍深，从而有能力排出钻削过程中产生的大量磨屑，同时由于 钻头胎体和孔底间隙增大，使冷却液的正常冲洗得到保证，也使金刚石磨粒得到充分冷却， 保证了结构陶瓷工件的加工质量。
[0020] 本发明的包含上述胎体的高性能孕镶金刚石钻头的制备方法，步骤包括:配制胎 体，将金刚石与胎体混合、热压烧结制成金刚石烧结体;将金刚石烧结体保溫、然后冷却至 室溫;待金刚石烧结体冷却后，将其针焊固定在金属基体上制成金刚石钻头。通过控制烧结 溫度和烧结压强、保溫时间，可使胎体粉末很好地烙合并合金化，同时不会损害金刚石质 量，确保形成的胎体对金刚石良好的浸润及包镶能力，且胎体具备合适的耐磨性。
[0021] 实施例1
[0022] 原料:纯Cu粉50份，纯Co粉25份，纯Sn粉15份，纯Ti粉5份，纯Cr粉5份。
[0023] 制备方法：（1)将上述原料混合形成胎体，将浓度为75%的金刚石与胎体混合、装 入石墨模具中，控制溫度为660°C、压强为14.7MPa，热压烧结；当混合料接近塑性状态时加 压成型，烧结制成金刚石烧结体；（2)将金刚石烧结体保溫2min，然后冷却至室溫；（3)待金 刚石烧结体冷却后，将其针焊固定在金属基体上制成金刚石钻头。
[0024] 此处"浓度为75%的金刚石"是指金刚石浓度为75%。金刚石浓度采用400%浓度 审IJ，即金刚石浓度为100 %时胎体中金刚石体积浓度为25 %。
[0025] 实施例2
[0026] 原料:纯Cu粉45份，纯Co粉30份，纯Sn粉12份，纯Ti粉3份，纯Cr粉8份。
[0027] 制备方法参照实施例1，不同之处在于，控制溫度为680°C，压强为14.6MPa，保溫时 间为1 .Smin。
[0028] 实施例3
[0029] 原料:纯Cu粉55份，纯Co粉20份，纯Sn粉18份，纯Ti粉8份，纯Cr粉3份。
[0030] 制备方法参照实施例1，不同之处在于，控制溫度为700°C，压强为14.8MPa，保溫时 间为 2.4min。
[0031] 实施例4
[00创原料:纯Cu粉48份，纯Co粉24份，纯Sn粉16份，纯Ti粉4份，纯Cr粉4份。
[0033] 制备方法参照实施例1。
[0034] 实施例5
[00对原料:纯Cu粉52份，纯Co粉27份，纯Sn粉14份，纯Ti粉6份，纯Cr粉6份。
[0036] 制备方法参照实施例1。
[0037] 实施例6
[003引参照实施例1，设计7组平行试验，其中纯Cu粉的含量分别为40份、45份、48份、50 份、52份、55份和60份，其余组分含量不变。
[0039] 制备方法与实施例1相同。所得孕镶金刚石钻头的性能如表1。
[0040] 表1化粉含量对孕镶金刚石钻头的性能影响
[0042] 由表1可知，胎体中铜粉的含量影响胎体对金刚石的包镶能力