一种金刚石均匀分布的刀头及其制备工艺的制作方法

本发明涉及金刚石的应用领域，更具体地说是指金刚石均匀分布的刀头及其制备工艺。

背景技术：

金刚石是自然界中最坚硬的物质，被广泛应用于工业生产中，如金刚石工具常用作建筑切割，打孔，道路修缮，精细抛磨、汽车轴承研磨等。

传统金刚石工具一般是将金刚石和金属粉末直接混合，先是由人工进行称料，再入模压制，最后进行无压烧结或者真空烧结而成。传统金刚石工具的生产工艺在制造及使用时存在以下缺陷：

一、金刚石一般为不规则的形状，在刀头胎体中为随机分布，混料机成型过程中很容易发生分布不均即偏析现象，导致局部金刚石量过多，而金刚石量过多的地方会出现部分金刚石颗粒未参与切削工作就脱落，在其分布少或没有金刚石的的地方会发生刀头磨损过快，进而影响锯片整体的切割效率和使用效果；

二、单纯金刚石是非金属，现有烧结工艺条件下，很难与胎体发生化学反应而粘附在一起，即胎体对金刚石的把持力相对较弱，切割过程受外力冲击极易造成金刚石过早脱落，影响产品寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种金刚石均匀分布的刀头及其制备工艺，其可以克服传统的金刚石刀头在生产工艺中容易使金刚石发生偏析，导致刀头胎体中局部金刚石浓度偏高，影响锯片的切割效率，同时生产出的金刚石刀头中胎体对金刚石的把持力差，切割过程中过快脱落，造成产品寿命短的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种金刚石均匀分布的刀头，包括刀头本体，所述刀头本体由多层薄片压制而成，而每层薄片又是由金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒按综合配比充分混合冷压而成；

所述金刚石球化颗粒由金属粉末涂层包裹金刚石球化而成；所述金刚石球化颗粒的大小为30～80目；

所述金属粉末球化颗粒由金属粉末直接球化而成；所述金属粉末球化颗粒的大小为15～120目；

所述金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒按10％～20％配比混合。

优选地，所述金属粉末涂层为fe、ni、cu、co、sn、zn、wc、石蜡、酒精中的一种或多种组呈的材料。

优选地，所述金属粉末为fe、ni、cu、co、cusn、zn、wc中的一种或多种组成的合金材料。

基于上述金刚石均匀分布的刀头的锯片，包括上述刀头和用于焊接上述刀头的基体。

优选地，所述基体为边缘具有多个均匀分布的齿基的圆盘结构，所述刀头呈弧形条状结构且有多个，多个刀头分别对应焊接于基体边缘的多个齿基上。

优选地，所述刀头的尺厚为1.8～15mm；所述刀头的齿高为4～15mm。

基于上述金刚石均匀分布的刀头的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：选取需要造粒的金刚石颗粒，并经过涂层球化处理得到在金刚石颗粒表面均匀涂有金属粉末涂层的金刚石球化颗粒，然后进行筛分得到所需大小的金刚石球化颗粒；

步骤二：选取需要的金属粉末，并经球化处理筛分得到所需大小的金属粉末球化颗粒；

步骤三：将制备的金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒放入氢气烧结炉中加热烧结并充分混合，温度控制在450～800℃之间，保温时间为1～2小时；在此过程中金刚石与涂覆在其表面的金属粉末涂层会进一步充分反应，进而在金刚石与金属粉末涂层中间形成过渡层，从而提高金刚石与金属粉末涂层的结合力；

步骤四：将加热烧结并充分混合的金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒进行分层冷压成型，即得到金刚石均匀分布的层状薄片；

步骤五：将金刚石均匀分布的层状薄片使用与刀头匹配的石墨模具摆装固定后，并通过热压烧结炉烧结，然后脱模并进行后处理，最终形成所需层数薄片的金刚石均匀分布的刀头。

优选地，所述步骤一中金刚石球化颗粒的制备工艺为：

首先准备由酒精5～10份、fecu粉5～10份、石蜡0.5～1份组成的固化液和金刚石颗粒，并将固化液和金刚石颗粒对应分别放入涂层机中，金刚石颗粒在涂层机的作用下高速旋转，而固化液在涂层机中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石颗粒上形成金刚石涂层；

接着将金刚石涂层和金属粉末涂层对应分别放到球化机中，金刚石涂层在球化机的作用下高速旋转，而金属粉末涂层在球化机中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石涂层上形成软质的金刚石球化颗粒初品；

再接着将软质的金刚石球化颗粒初品放到烧结炉中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金刚石球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金刚石球化颗粒通过筛子进行筛分，进而得到所需大小的金刚石球化颗粒成品。

优选地，所述步骤二中金属粉末球化颗粒的制备工艺为：

首先直接将准备好的金属粉末对应放到球化机中加热搅拌，然后喷淋并经高速旋转形成软质的金属粉末球化颗粒初品；

再接着将软质的金属粉末球化颗粒初品放到烧结炉中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒通过筛子进行筛分，进而得到所需大小的金属粉末球化颗粒成品。

优选地，所述步骤五中，脱模后需要对刀头做的后处理是：去毛刺、喷砂、研磨。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明制备的金刚石工具，在不影响后期制造的前提下，可防止刀齿金刚石偏析，避免了金刚石工具使用的不稳定性，且能够保持切削速度始终如一，为使用者提供良好的切割手感。

2)由于该金刚石刀头在生产过程中通过金刚石球化工艺对金刚石进行预处理，在金刚石表面形成一层致密的结合层，能够和胎体金属粉末在烧结过程中发生化学反应，使其合金化，从而提高金刚石的把持力，通过实验确认比一般工艺制备的金刚石脱落率降低20％～40％。

3)由于金刚石及金属粉末都采用了造粒的工艺即球化预处理，并且关联尺寸相互匹配，非常有利于成型自动化工作，适合大批量生产，提高工作效率，同时也避免了传统工艺生产过程中粉尘飞扬的问题，对改善操作现场环境有明显效果。

4)采用层状薄片成型设计能够满足三层、五层等不同加工对象设计需求，增加排屑，散热性提升，切削性能得到极大改善，切割对比锋利度提高20～40％，并且能够始终保证一致性。

附图说明

图1是本发明金刚石均匀分布的刀头的结构示意图；

图2是本发明具有金刚石均匀分布的刀头的锯片结构示意图；

图3是本发明金刚石球化颗粒在制备过程中所用的设备及工艺流程简图。

其中：1.涂层机；2.球化机；3.烧结炉；4.筛子；10.刀头；20.基体；21.齿基。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种金刚石均匀分布的刀头10，包括刀头本体，所述刀头本体由多层薄片压制而成，而每层薄片又是由金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒按综合配比充分混合冷压而成；

所述金刚石球化颗粒由金属粉末涂层包裹金刚石球化而成；所述金刚石球化颗粒的大小为30～80目；

所述金属粉末球化颗粒由金属粉末直接球化而成；所述金属粉末球化颗粒的大小为15～120目；

所述金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒按10％～20％配比混合。

优选地，所述金属粉末涂层为fe、ni、cu、co、sn、zn、wc、石蜡、酒精中的一种或多种组呈的材料。

优选地，所述金属粉末为fe、ni、cu、co、cusn、zn、wc中的一种或多种组成的合金材料。

上述金刚石球化颗粒的制备工艺为：

首先准备由酒精5～10份、fecu粉5～10份、石蜡0.5～1份组成的固化液和金刚石颗粒，并将固化液和金刚石颗粒对应分别放入涂层机1中，金刚石颗粒在涂层机1的作用下高速旋转，而固化液在涂层机1中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石颗粒上形成金刚石涂层；

接着将金刚石涂层和金属粉末涂层对应分别放到球化机2中，金刚石涂层在球化机2的作用下高速旋转，而金属粉末涂层在球化机2中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石涂层上形成软质的金刚石球化颗粒初品；

再接着将软质的金刚石球化颗粒初品放到烧结炉3中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金刚石球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金刚石球化颗粒通过筛子4进行筛分，进而得到所需大小的金刚石球化颗粒成品。

上述金属粉末球化颗粒的制备工艺为：

首先直接将准备好的金属粉末对应放到球化机2中加热搅拌，然后喷淋并经高速旋转形成软质的金属粉末球化颗粒初品；

接着将软质的金属粉末球化颗粒初品放到烧结炉3中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒通过筛子4进行筛分，进而得到所需大小的金属粉末球化颗粒成品。

需要说明的是，上述金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒在制备过程中所用的设备，涂层机、球化机、烧结炉、筛子等均采用现有技术中的常用设备，此处不再赘述。

优选地，所述涂层机1进行一次工作的时间设定在0.5～1小时，所述球化机2进行一次工作的时间设定在1～1.5小时，所述烧结炉3进行一次工作的时间设定在2小时左右。

如图2所示，基于上述金刚石均匀分布的刀头的锯片，包括上述刀头10和用于焊接上述刀头10的基体20。

优选地，所述基体20为边缘具有多个均匀分布的齿基21的圆盘结构，所述刀头10呈弧形条状结构且有多个，多个刀头10分别对应焊接于基体20边缘的多个齿基21上。

优选地，所述刀头10的尺厚为1.8～15mm；所述刀头10的齿高为4～15mm。

基于上述金刚石均匀分布的刀头的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：选取需要造粒的金刚石颗粒，并经过涂层球化处理得到在金刚石颗粒表面均匀涂有金属粉末涂层的金刚石球化颗粒，然后进行筛分得到所需大小的金刚石球化颗粒；

步骤二：选取需要的金属粉末，并经球化处理筛分得到所需大小的金属粉末球化颗粒；

步骤三：将制备的金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒放入氢气烧结炉中加热烧结并充分混合，温度控制在450～800℃之间，保温时间为1～2小时；在此过程中金刚石与涂覆在其表面的金属粉末涂层会进一步充分反应，进而在金刚石与金属粉末涂层中间形成过渡层，从而提高金刚石与金属粉末涂层的结合力；

步骤四：将加热烧结并充分混合的金刚石球化颗粒和金属粉末球化颗粒进行分层冷压成型，即得到金刚石均匀分布的层状薄片；

步骤五：将金刚石均匀分布的层状薄片使用与刀头匹配的石墨模具摆装固定后，并通过热压烧结炉烧结，然后脱模并进行后处理，最终形成所需层数薄片的金刚石均匀分布的刀头。

优选地，所述步骤一中金刚石球化颗粒的制备工艺为：

首先准备由酒精5～10份、fecu粉5～10份、石蜡0.5～1份组成的固化液和金刚石颗粒，并将固化液和金刚石颗粒对应分别放入涂层机1中，金刚石颗粒在涂层机1的作用下高速旋转，而固化液在涂层机1中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石颗粒上形成金刚石涂层；

接着将金刚石涂层和金属粉末涂层对应分别放到球化机2中，金刚石涂层在球化机2的作用下高速旋转，而金属粉末涂层在球化机2中被加热搅拌进而被喷淋到高速旋转的金刚石涂层上形成软质的金刚石球化颗粒初品；

再接着将软质的金刚石球化颗粒初品放到烧结炉3中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金刚石球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金刚石球化颗粒通过筛子4进行筛分，进而得到所需大小的金刚石球化颗粒成品。

优选地，所述步骤二中金属粉末球化颗粒的制备工艺为：

首先直接将准备好的金属粉末对应放到球化机2中加热搅拌，然后喷淋并经高速旋转形成软质的金属粉末球化颗粒初品；

再接着将软质的金属粉末球化颗粒初品放到烧结炉3中烧结并做氧化还原反应去除杂质，进而得到大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒；

最后将大小不一的硬质的金属粉末球化颗粒通过筛子4进行筛分，进而得到所需大小的金属粉末球化颗粒成品。

优选地，所述步骤五中，脱模后需要对刀头做的后处理是：去毛刺、喷砂、研磨。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明制备的金刚石工具，在不影响后期制造的前提下，可防止刀齿金刚石偏析，避免了金刚石工具使用的不稳定性，且能够保持切削速度始终如一，为使用者提供良好的切割手感。

2)由于该金刚石刀头在生产过程中通过金刚石球化工艺对金刚石进行预处理，在金刚石表面形成一层致密的结合层，能够和胎体金属粉末在烧结过程中发生化学反应，使其合金化，从而提高金刚石的把持力，通过实验确认比一般工艺制备的金刚石脱落率降低20％～40％。

3)由于金刚石及金属粉末都采用了造粒的工艺即球化预处理，并且关联尺寸相互匹配，非常有利于成型自动化工作，适合大批量生产，提高工作效率，同时也避免了传统工艺生产过程中粉尘飞扬的问题，对改善操作现场环境有明显效果。

4)采用层状薄片成型设计能够满足三层、五层等不同加工对象设计需求，增加排屑，散热性提升，切削性能得到极大改善，切割对比锋利度提高20～40％，并且能够始终保证一致性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。