一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品及其制备方法与流程

1.本发明涉及超硬材料技术领域，尤其涉及一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品及其制备方法。


背景技术：

2.聚晶金刚石是指将金刚石微粉添加一定的金属粘结剂后，在高温高压条件下烧结而成。因其具有金刚石的高硬度、高耐磨性，同时具有各向同性的优点，目前在石油钻探、地质钻探、线材拉拔、机械加工等领域得到广泛应用。
3.传统的聚晶金刚石制品在制备时，首先需进行混料，即将金刚石微粉同粘结剂以一定比例混合，之后采用球磨机将二者混合均匀。然而，由于粘结剂一般为较细粒度粉末，比表面积大，吸附性强，混料过程中极易出现团聚。从而使得高温高压烧结后的聚晶金刚石内部出现成分偏析，微观组织均匀性差，造成聚晶金刚石制品内应力大，实际应用过程中会出现软硬不均、甚至开裂等缺陷，严重影响聚晶金刚石的性能稳定。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品及其制备方法，以解决现行传统制造工艺中存在的聚晶金刚石微观组织均匀性差，制品内应力大，实际应用过程中会出现软硬不均、甚至开裂等缺陷问题为解决上述技术问题，本发明提供一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品，组织成分包括金刚石颗粒和粘结剂，微观下组织均匀，无粘结剂团聚。
5.进一步地，所述金刚石微粉为单一粒度或多粒度混合物，微粉粒度范围为0.01~100μm。
6.进一步地，所述金刚石微粉的镀膜方法包括物理气相沉积法（pvd）和化学气相沉积法（cvd）。
7.进一步地，所述金刚石微粉镀膜材质为fe、co、ni和si中的一种或一种以上组合。
8.进一步地，所述金刚石微粉和镀膜重量百分比为：金刚石微粉65~95%、镀膜重量5%~35%。镀膜重量通过金刚石微粉镀膜前、后重量差来控制。
9.进一步地，所述高温高压烧结条件为压力4-8gpa，温度1300-1800℃。
10.一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品的制备方法，包括以下步骤：s1.将金刚石微粉进行表面镀膜，镀膜成分同粘结剂成分一致，镀膜重量与粘结剂预加重量一致；s2.将已镀膜的金刚石微粉混合，置于混料机混合均匀；s3.将已混合均匀的粉料进行组装装配，在高温高压条件下进行烧结，从而制备出微观组织均匀的聚晶金刚石制品。
11.与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：本发明采用pvd、cvd等镀膜法将粘结剂成分以薄膜形式均匀镀覆在金刚石微粉表
面，避免单独添加粘结剂，从而避免球磨混料过程中产生粘结剂团聚，从而经过高温高压烧结后，得到微观组织均匀的聚晶金刚石制品。
附图说明
12.图1是实施例1的聚晶金刚石制品500倍下sem图；图2是传统聚晶金刚石内粘结剂团聚500倍下sem图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料；所涉及的加工制作方法，如无特别说明，均为常规方法。
14.实施例1：如图1所示，一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品的sem图，放大500倍下，可见图中黑色的金刚石颗粒与白色ni粘结剂均匀分布，无粘结剂团聚，微观组织均匀一致。
15.上述微观组织均匀的聚晶金刚石制备方法如下：1）将粒度为4-8、2-4的金刚石微粉称重50g，置于托盘中均匀平铺；2）采用pvd法中的一种—磁控溅射法进行金刚石微粉表面粘结剂镀膜，具体操作如下：将装有金刚石微粉的托盘放置于磁控溅射腔体内，安装ni靶材。通过真空泵将腔体内真空抽至1*10-3pa以下，通入氩气，流量为50sccm。至真空度为3.0pa时，调整溅射功率为150kw，调整靶材电压为0.10kv，开始进行ni材料溅射，此时金刚石微粉表面开始形成ni薄膜；3）溅射3分钟后，关闭仪器，取出金刚石微粉称重，重量为51g，之后将金刚石微粉搅拌后重新平铺至托盘。多次重复步骤2，直至金刚石微粉重量为52.5g后停止镀膜过程；4）将已镀膜完毕的金刚石微粉置于混料机内，进行球磨混合；5）将混合完毕的粉料置于5.5gpa，1500℃下烧结，即可得图1所示聚晶金刚石制品。
16.作为对比，进行传统聚晶金刚石制备：称重4-8，2-4金刚石微粉50g，称重2.5g细粒度ni粉作为粘结剂，将二者置于混料机内搅拌混合。之后将混合粉料置于5.5gpa，1500℃下烧结，得到图2所示聚晶金刚石微观组织。图2可见，白色ni粘结剂存在团聚现象，均匀性差。可见本发明之有益效果。
17.实施例2本实施例采用cvd法进行金刚石微粉粘结剂镀膜，可得到同图1微观组织均匀性一致的聚晶金刚石制品。
18.上述微观组织均匀的聚晶金刚石制备方法如下：1）将粒度为10-20、4-8的金刚石微粉称重50g，置于托盘中均匀平铺；2）采用cvd法中的一种—微波等离子化学气相沉积法（mpcvd）进行金刚石微粉表面镀膜，具体操作如下：将装有金刚石微粉的托盘放置于mpcvd仪器腔体内，通过真空泵将腔体内真空抽至9*10-2pa以下，调整微波功率为4500w，待金刚石微粉温度升至600℃时，通
入硅烷蒸汽，流量为100sccm。此时金刚石微粉表面开始形成si薄膜；3）反应5分钟后，关闭仪器，取出金刚石微粉称重，重量为51g，之后将金刚石微粉搅拌后重新平铺至托盘。多次重复步骤2，直至金刚石微粉重量为55g后停止镀膜过程；4）将已镀膜完毕的金刚石微粉置于混料机内，进行球磨混合；5）将混合完毕的粉料置于6.0gpa，1550℃下烧结，即可得本发明所述聚晶金刚石制品。
19.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。


技术特征：
1.一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，组织成分包括金刚石颗粒和粘结剂，微观下组织均匀，无粘结剂团聚。2.根据权利要求1所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，所述金刚石微粉为单一粒度或多粒度混合物，微粉粒度范围为0.01~100μm。3.根据权利要求2所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，所述金刚石微粉的镀膜方法包括物理气相沉积法（pvd）和化学气相沉积法（cvd）。4.根据权利要求3所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，所述金刚石微粉镀膜材质为fe、co、ni和si中的一种或一种以上组合。5.根据权利要求4所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，所述金刚石微粉和镀膜重量百分比为：金刚石微粉65~95%、镀膜重量5%~35%；镀膜重量通过金刚石微粉镀膜前、后重量差来控制。6.根据权利要求5所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品，其特征在于，所述高温高压烧结条件为压力4-8gpa，温度1300-1800℃。7.根据权利要求1-6任一项所述的微观组织均匀的聚晶金刚石制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.将金刚石微粉进行表面镀膜，镀膜成分同粘结剂成分一致，镀膜重量与粘结剂预加重量一致；s2.将已镀膜的金刚石微粉混合，置于混料机混合均匀；s3.将已混合均匀的粉料进行组装装配，在高温高压条件下进行烧结，从而制备出微观组织均匀的聚晶金刚石制品。

技术总结
本发明提供一种微观组织均匀的聚晶金刚石制品及其制备方法，属于超硬材料技术领域，组织成分包括金刚石颗粒和粘结剂，微观下组织均匀，无粘结剂团聚。其制备方法如下：先将金刚石微粉进行表面镀膜，镀膜成分同粘结剂成分一致，镀膜重量与粘结剂预加重量一致。再将已镀膜的金刚石微粉混合，置于混料机混合均匀。之后将已混合均匀的粉料进行组装装配，在高温高压条件下进行烧结，从而制备出微观组织均匀的聚晶金刚石制品。本发明采用PVD、CVD等镀膜法将粘结剂成分以薄膜形式均匀镀覆在金刚石微粉表面，避免单独添加粘结剂，从而避免球磨混料过程中产生粘结剂团聚，从而经过高温高压烧结后，得到微观组织均匀的聚晶金刚石制品。得到微观组织均匀的聚晶金刚石制品。得到微观组织均匀的聚晶金刚石制品。


技术研发人员：万海啸 李新峰 荆留杰
受保护的技术使用者：河南景链新材料有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2022/4/29