一种聚晶金刚石复合片浸出装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种聚晶金刚石复合片浸出装置，包括：基座，所述基座上设置有酸蚀槽，所述酸蚀槽用于盛放强酸；设置在所述基座上的台型凹槽，所述台型凹槽用于放置聚晶金刚石复合片；所述台型凹槽的上底面与所述酸蚀槽下底面相连通；所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层部分置于所述酸蚀槽中；所述台型凹槽的上表面的尺寸与聚晶金刚石复合片的尺寸为过盈配合。本发明提供的聚晶金刚石复合片浸出装置和浸出方法能够减少聚晶金刚石复合片中的残余金属含量，同时还能保护聚晶金刚石复合片中的硬质合金层。
【专利说明】—种聚晶金刚石复合片浸出装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及超硬材料【技术领域】，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片浸出装置。
【背景技术】
[0002]超硬材料主要是指金刚石和立方氮化硼。金刚石是目前已知的世界上最硬的物质，立方氮化硼硬度仅次于金刚石。这两种超硬材料的硬度都远高于其它材料的硬度，包括磨具材料刚玉、碳化硅以及刀具材料硬质合金、高速钢等硬质工具材料。因此，超硬材料适于用来制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬质材料方面，具有无可比拟的优越性，占有不可替代的重要地位。因而超硬材料在工业上获得了广泛应用。但是金刚石数量稀少、价格昂贵，远远不能满足经济发展的需要，因此，研究人员利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD)，使金刚石的应用范围扩展到勘探、航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。随着金刚石应用的进一步拓展，与其相关的复合材料引起了研究者的广泛兴趣，聚晶金刚石复合片就是其中之一。
[0003]聚晶金刚石复合片是在高温高压下由许多细晶粒金刚石和硬质合金衬底联合烧结而成的块状聚结体，由于其中聚晶金刚石的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，其硬度及耐磨性虽低于单晶金刚石，但烧结体表现为各向同性，因此不会像天然金刚石那样沿单一解理面裂开，经常作为加工工具主要用于石油、冶金、地质钻头、扩孔器等，具有高强度、高硬度、高耐磨性，特别是具有高的抗冲击韧性，其钻进速度和时效均为天然金刚石的许多倍，而且钻进过程中还可以有效的保持孔径。同时还可以用来切削非铁金属及其合金、硬质合金以及非金属材料，切削速度为硬质合金刀具的上百倍，耐用度为硬质合金的上千倍。
[0004]现有技术中的聚晶金刚石复合片，由于制备的原因，会有残余金属留在金刚石颗粒的间隙内，这些残余的金属会加剧金刚石复合片使用时的石墨化或氧化，导致聚晶层失效，而且金属相和硬质合金相的热膨胀系数和弹性模量的不同，聚晶金刚石复合片在使用中容易出现裂纹、分层等现象，影响聚晶金刚石复合片磨耗和热稳定性，从而缩短其使命寿命O
[0005]因此，如何减少聚晶金刚石复合片中的残余金属含量，成为业内亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚晶金刚石复合片浸出装置，本发明提供的聚晶金刚石复合片浸出装置能够减少聚晶金刚石复合片中的残余金属含量，同时还能保护聚晶金刚石复合片中的硬质合金层。
[0007]本发明提供了一种聚晶金刚石复合片浸出装置，包括:
[0008]基座，所述基座上设置有酸蚀槽，所述酸蚀槽用于盛放强酸；
[0009]设置在所述基座上的台型凹槽，所述台型凹槽用于放置聚晶金刚石复合片；所述台型凹槽的上底面与所述酸蚀槽下底面相连通；[0010]所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层部分置于所述酸蚀槽中；
[0011]所述台型凹槽的上表面的尺寸与聚晶金刚石复合片的尺寸为过盈配合。
[0012]优选的，所述置于所述酸蚀槽的聚晶金刚石层的厚度为聚晶金刚石层总厚度的30% ~80%。
[0013]优选的，所述台型凹槽的母线与台型凹槽的高的夹角为5~10°。
[0014]优选的，所述台型凹槽的下底面与聚晶金刚石复合片的下底面相接触，所述台型凹槽的深度小于所述聚晶金刚石复合片的厚度，所述台型凹槽的深度大于所述聚晶金刚石复合片的硬质合金层厚度。
[0015]优选的，所述台型凹槽的深度与所述聚晶金刚石复合片的厚度的差值与所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层厚度的比值为(0.3~0.8):1。
[0016]优选的，所述台型凹槽为圆台型凹槽，所述台型凹槽的上表面直径小于台型凹槽下表面直径。 [0017]优选的，所述台型凹槽的上表面直径小于等于聚晶金刚石复合片的直径。
[0018]优选的，所述台型凹槽的上表面直径比聚晶金刚石复合片的直径小0.3~0.6mm。
[0019]优选的，所述酸蚀槽为圆柱型槽体，所述酸蚀槽的下底面直径大于所述台型凹槽的上表面直径。
[0020]本发明提供了一种聚晶金刚石复合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0021]将聚晶金刚石复合片压入上述任意一项技术方案所述的聚晶金刚石复合片浸出装置中，使得聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的部分位于酸蚀槽中，然后向酸蚀槽中加入强酸进行浸出，得到浸出后的聚晶金刚石复合片。
[0022]本发明提供了一种聚晶金刚石复合片浸出装置，包括:基座，所述基座上设置有酸蚀槽，所述酸蚀槽用于盛放强酸；设置在所述基座上的台型凹槽，所述台型凹槽用于放置聚晶金刚石复合片；所述台型凹槽的上底面与所述酸蚀槽下底面相连通；所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层部分置于所述酸蚀槽中。与现有技术相比，本发明提供的浸出装置采用台型凹槽和酸蚀槽结构，从而使聚晶金刚石复合片在装置内，可以通过酸蚀减少聚晶层的残余金属含量，同时由于采用本发明的浸出方法，利用台型凹槽的特殊结构以及高度上的设计，使得聚晶金刚石复合片置于圆台型凹槽时，在台型凹槽内形成正压气室，防止酸蚀槽内的强酸进入台型凹槽内，从而保护聚晶金刚石复合片中的硬质合金层不被酸腐蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例提供的聚晶金刚石复合片浸出装置工作时的剖面结构示意图；
[0024]图2本发明实施例提供的聚晶金刚石复合片浸出装置的俯视结构示意图；
[0025]图3为本发明实施例1浸出后的聚晶金刚石复合片的扫描电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0026]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。[0027]本发明提供了一种聚晶金刚石复合片浸出装置，包括:
[0028]基座，所述基座上设置有酸蚀槽，所述酸蚀槽用于盛放强酸；
[0029]设置在所述基座上的台型凹槽，所述台型凹槽用于放置聚晶金刚石复合片；所述台型凹槽的上底面与所述酸蚀槽下底面相连通；
[0030]所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层部分置于所述酸蚀槽中；
[0031]所述台型凹槽的上表面的尺寸与聚晶金刚石复合片的尺寸为过盈配合。
[0032]参见图1，图1为本发明实施例提供的聚晶金刚石复合片浸出装置工作时的剖面结构示意图，其中，11为酸蚀槽，12为台型凹槽，13为聚晶金刚石复合片放入台型凹槽后形成的空腔，14为聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层，15为聚晶金刚石复合片的硬质合金层，16为基座。
[0033]本发明对所述聚晶金刚石复合片没有特别限制，以本领域技术人员熟知的聚晶金刚石复合片即可，优选由聚晶金刚石层14和硬质合金层15组成，当聚晶金刚石复合片在酸浸出过程中，聚晶金刚石复合片的上部分为聚晶金刚石层14，聚晶金刚石复合片的下部分为硬质合金层15。
[0034]本发明所述聚晶金刚石复合片浸出装置包括基座16，基座为聚晶金刚石复合片浸出装置的主体部分，设置有酸蚀槽11和台型凹槽12。[0035]在本实施例中，基座材质为耐强酸高分子树脂材料，以保证浸出装置不被强酸腐蚀。在其他实施例中，基座可以选择其他材质，以能够耐强酸腐蚀为优选方案。
[0036]本发明所述聚晶金刚石复合片浸出装置包括酸蚀槽11，所述酸蚀槽设置在基座16上，其作用是盛放强酸，用于浸出聚晶金刚石复合片聚晶金刚石层中的残余金属。
[0037]在本实施例中，酸蚀槽11为圆柱形槽体。在其他实施例中，酸蚀槽可以为其他形状，以方便盛放强酸为优选方案。
[0038]本发明所述聚晶金刚石复合片浸出装置包括台型凹槽12，所述台型凹槽12设置在基座16上，所述台型凹槽12用于放置聚晶金刚石复合片，所述台型凹槽12上表面与所述酸蚀槽11下底面相连通，其作用是放置以及固定聚晶金刚石复合片，所述台型凹槽的上表面的尺寸与聚晶金刚石复合片的尺寸的关系为过盈配合。
[0039]在本实施例中，所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层14部分置于所述酸蚀槽11中，本发明所述部分置于所述酸蚀槽11中是指聚晶金刚石层14在厚度方向上一部分置于酸蚀槽11，一部分置于台型凹槽12中其作用是保证聚晶金刚石层在酸浸出的过程中，硬质合金层15与聚晶金刚石层的结合面以及硬质合金层不被强酸腐蚀；所述部分优选为聚晶金刚石层厚度的30%~80%，更优选为聚晶金刚石层厚度的40%~70%。在其他实施例中，聚晶金刚石层也可以完全置于酸蚀槽中，以不腐蚀硬质合金层为优选方案。
[0040]在本实施例中，所述台型凹槽的下底面与聚晶金刚石复合片的下底面相接触，所述台型凹槽的深度小于聚晶金刚石复合片的厚度，所述台型凹槽的深度大于所述聚晶金刚石复合片的硬质合金层厚度；所述台型凹槽的深度与所述聚晶金刚石复合片的厚度的差值与所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层厚度的比值优选为(0.3~0.8):1，更优选为(0.4 ~0.7):1。
[0041 ] 在本发明中，所述台型凹槽的深度小于所述聚晶金刚石复合片的厚度，在聚晶金刚石复合片置于台型凹槽内时，聚晶金刚石复合片上部的聚晶金刚石层14可以与酸蚀槽中的强酸有更大的接触面积，增加聚晶金刚石层中残余金属的浸出速度。同时，所述台型凹槽的深度与聚晶金刚石复合片厚度的差值小于聚晶金刚石层14的厚度，可以防止聚晶金刚石复合片在酸浸出过程中，聚晶金刚石层14与硬质合金层15的复合面被酸蚀槽中的强酸腐蚀，进而保护硬质合金层15。[0042]在其他实施例中，台型凹槽的深度可以与聚晶金刚石复合片的厚度相同，以使聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层与酸蚀槽中的强酸充分接触为优选方案。
[0043]在本实施例中，台型凹槽12为圆台型凹槽，以适应横截面为圆形的聚晶金刚石复合片。所述台型凹槽12的母线与台型凹槽12的高的夹角优选为5~10°，更优选为6~9° ;当聚晶金刚石复合片置于圆台型凹槽内后，在台型凹槽内侧四周形成的空腔13处成为正压气室，由于存在正压，可以防止所述酸蚀槽中的酸液进入台型凹槽内，从而保护聚晶金刚石复合片的硬质合金层不被腐蚀。
[0044]在其他实施例中，台型凹槽也可以为棱台型凹槽，以与聚晶金刚石复合片横截面的形状相适应为优选方案。
[0045]在本实施例中，所述台型凹槽的上表面直径与聚晶金刚石复合片的直径为过盈配合，所述圆台型凹槽的上底面直径小于聚晶金刚石复合片的直径，所述圆台型凹槽的上底面直径与聚晶金刚石复合片的直径的差值优选为0.3~0.6mm,更优选为0.4~0.5mm。在本发明中，所述台型凹槽的上表面的直径小于聚晶金刚石复合片的直径，聚晶金刚石复合片在外力的作用下卡入台型凹槽内，可以使圆台型凹槽上底面的圆周与聚晶金刚石复合片紧密结合，从而进一步防止所述酸蚀槽中的酸液进入台型凹槽内，保护聚晶金刚石复合片的硬质合金层不被腐蚀。
[0046]在其他实施例中，圆台型凹槽的上底面直径可以与聚晶金刚石复合片的直径相同，以使圆台型凹槽上底面的圆周与聚晶金刚石复合片尽量紧密结合为优选方案。
[0047]在本实施例中，酸蚀槽的直径大于台型凹槽上底面的直径，参见图2，图2本发明实施例提供的聚晶金刚石复合片浸出装置的俯视结构示意图，其中，21为酸蚀槽，22为台型凹槽。本发明酸蚀槽的直径大于台型凹槽的上底面直径，在聚晶金刚石复合片置于台型凹槽内时，聚晶金刚石复合片上部的聚晶金刚石层可以与酸蚀槽中的强酸有更大的接触面积，增加聚晶金刚石层中残余金属的浸出速度。
[0048]在其他实施例中，酸蚀槽的直径可以与台型凹槽的上底面直径相同，以使聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层与酸蚀槽中的强酸充分接触为优选方案。
[0049]本发明还提供了一种聚晶金刚石复合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0050]将聚晶金刚石复合片压入上述任意一项技术方案所述的聚晶金刚石复合片浸出装置中，使得聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的部分位于酸蚀槽中，然后向酸蚀槽中加入强酸进行浸出，得到浸出后的聚晶金刚石复合片。
[0051]本发明提供的聚晶金刚石复合片浸出装置的工作过程如下:
[0052]将聚晶金刚石复合片在外力的作用下压入聚晶金刚石复合片浸出装置中，聚晶金刚石复合片高于台型凹槽，即聚晶金刚石层的一部分位于酸蚀槽中，同时，台型凹槽的上表面直径与聚晶金刚石复合片的直径为过盈配合，使得聚晶金刚石复合片与台型凹槽上表面达到密封的状态。然后向酸蚀槽中注入强酸进行浸出，强酸不会流入到台型凹槽内，最后得到浸出后的聚晶金刚石复合片。
[0053]本发明对聚晶金刚石复合片浸出装置的材质没有特别限制，以本领域技术人员熟知的耐强酸的材质即可，优选采用耐强酸高分子树脂；本发明对聚晶金刚石复合片没有特别限制，以本领域技术人员熟知的聚晶金刚石复合片即可，优选采用直径19.05_，高度
13.20mm，聚晶金刚石层厚度为1.80mm的聚晶金刚石复合片(EP-H1913型，河南晶锐超硬材料有限公司)；本发明中所述强酸均为本领域技术人员熟知的用于浸出残余金属的无机酸，优选为硝酸、盐酸、高氯酸中一种或几种；本发明对所述注入强酸的量没有特别限制，优选为(5~20)ml/g ;本发明对浸出的时间没有特别限制，优选为24~108小时。
[0054]本发明按照上述步骤重复浸出50片聚晶金刚石复合片，用XRF(X-射线荧光光谱)进行检测，实验结果表明，浸出前聚晶金刚石层中的残余金属含量为8%，浸出后，在浸出区内的聚晶金刚石层中的残余金属含量为0.07%,同时用高倍显微镜观察硬质合金层及聚晶金刚石层界面处，聚晶金刚石复合片的硬质合金层没有出现分层现象，表明硬质合金层没有受到酸的腐蚀。
[0055]本发明提供了一种聚晶金刚石复合片浸出装置和浸出方法，通过向酸蚀槽放入强酸，浸出聚晶金刚石层中的残余金属，同时本发明在放置聚晶金刚石复合片的位置采用台型凹槽和酸蚀槽结构以及台型凹槽上底面的特别设计，使聚晶金刚石复合片在酸蚀过程中，保护聚晶金刚石和硬质合金复合面以及聚晶金刚石复合片中的硬质合金层不被强酸腐蚀，从而延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。
[0056]实施例1
[0057]选取直径为19.05mm,聚晶金刚石层厚度为1.80mm的聚晶金刚石复合片(EP-H1913型，河南晶锐超硬材料有限公司)，通过XRF测得聚晶金刚石复合片聚晶层中残余金属的含量为7.8%。将上述聚晶金刚石复合片压入由耐强酸高分子树脂材料制成的聚晶金刚石复合片浸出装置中，浸出装置的台型凹`槽`上底面直径为18.6mm，母线与台高的夹角为5°，聚晶金刚石复合片高于台型凹槽`1.0_，即聚晶金刚石层在浸出装置的酸蚀槽中的厚度。
[0058]向酸蚀槽中注入15ml混合酸进行浸出，混合酸为体积比为3:1的盐酸和硝酸。24小时后，得到浸出后的聚晶金刚石复合片。
[0059]将聚晶金刚石复合片浸出装置按上述方法重复使用49次，得到50片浸出后的聚晶金刚石复合片。
[0060]对上述浸出后的聚晶金刚石复合片进行观察，其硬质合金层没有出现酸腐蚀现象。
[0061]对上述浸出后的聚晶金刚石复合片进行电镜扫描，结果如图3所示，图3为本发明实施例1浸出后的聚晶金刚石复合片的扫描电子显微镜图。由图3可以看出，白线以上的区域为浸出区，其中白色为残余金属相，黑色为金刚石相。
[0062]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0063]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所 示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种聚晶金刚石复合片浸出装置，包括: 基座，所述基座上设置有酸蚀槽，所述酸蚀槽用于盛放强酸； 设置在所述基座上的台型凹槽，所述台型凹槽用于放置聚晶金刚石复合片；所述台型凹槽的上底面与所述酸蚀槽下底面相连通； 所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层部分置于所述酸蚀槽中； 所述台型凹槽的上表面的尺寸与聚晶金刚石复合片的尺寸为过盈配合。
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述置于所述酸蚀槽的聚晶金刚石层的厚度为聚晶金刚石层总厚度的30%~80%。
3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽的母线与台型凹槽的高的夹角为5~10°。
4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽的下底面与聚晶金刚石复合片的下底面相接触，所述台型凹槽的深度小于所述聚晶金刚石复合片的厚度，所述台型凹槽的深度大于所述聚晶金刚石复合片的硬质合金层厚度。
5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽的深度与所述聚晶金刚石复合片的厚度的差值与所述聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层厚度的比值为(0.3~0.8):1。
6.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽为圆台型凹槽，所述台型凹槽的上表面直径小于台型凹槽下表面直径。
7.根据权利要求6所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽的上表面直径小于等于聚晶金刚石复合片的直径。
8.根据权利要求6所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述台型凹槽的上表面直径比聚晶金刚石复合片的直径小0.3~0.6mm。
9.根据权利要求6所述的聚晶金刚石复合片浸出装置，其特征在于，所述酸蚀槽为圆柱型槽体，所述酸蚀槽的下底面直径大于所述台型凹槽的上表面直径。
10.一种聚晶金刚石复合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步骤: 将聚晶金刚石复合片压入上述权利要求1~9任意一项所述的聚晶金刚石复合片浸出装置中，使得聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的部分位于酸蚀槽中，然后向酸蚀槽中加入强酸进行浸出，得到浸出后的聚晶金刚石复合片。
【文档编号】C01B31/06GK103663446SQ201310693543
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】王晓, 李治海 申请人:河南晶锐超硬材料有限公司