一种陶瓷结合剂金刚石复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种界面结合性较好的陶瓷结合剂金刚石复合材料。
【背景技术】
[0002]金刚石硬度和熔点极高，热导率高，热容小，热膨胀率低，是一种性能极其优良的超硬材料，但是金刚石烧成时扩散系数很低，单一的金刚石并不能制成生产应用中所需的金刚石制品。因此，在工业生产中，一般通过其他材料，也就是通常所说的各类结合剂，通过各种方式把金刚石结合到一起，来制备可以投入实际应用的各类金刚石复合材料。陶瓷结合剂金刚石复合材料是一类重要的金刚石基复合材料，在工业各领域中均具有广泛的应用。
[0003]目前，对于陶瓷结合剂与金刚石界面结合方面的研究比较少，对其陶瓷结合剂与金刚石之间的结合机理认识还比较浅，这制约了新型陶瓷结合剂金刚石复合材料研究进展。Zhang X H等人研究了金刚石与硼硅玻璃体系结合剂的润湿性和反应性。李旭燕、栗正新等人研究了金刚石陶瓷结合剂界面结合对金刚石把持力的影响。杨雪峰等探索了提高陶瓷结合剂对于金刚石颗粒界面结合力的两种可行方法，一种方法是提高陶瓷结合剂的硬度，另一种方法是在金刚石颗粒表面涂覆一层氧化铝层。张小福等通过扫描电子显微镜对复合材料微观形貌的分析，以及复合材料的物相分析来研究复合材料中金刚石颗粒与陶瓷结合剂的界面结合情况。Wang P F等研究了Na20-B203_Si02系陶瓷结合剂与金刚石复合材料的界面结合情况，并分析了 Zn0，Fe203等添加剂对复合材料界面性能的影响。本发明没有采用氧化物添加或者研究基础配方来提高界面结合性，而是通过添加低熔点金属铜来改善两者界面结合性。
【发明内容】
[0004]本发明主要通过研究基础陶瓷结合剂成分，低熔点金属铜添加剂对陶瓷结合剂的性能影响，以及结合剂与金刚石之间界面润湿性、物相成分、界面结合强度等界面结合行为的影响，并通过X衍射仪、SEM等测试手段分析其界面结合状况，确定了本发明的陶瓷结合剂成分与添加剂最优添加量，从而改善了结合剂与金刚石间的界面结合状态，提供了一种界面结合性较好的陶瓷结合剂金刚石复合材料。
[0005]本发明通过如下技术得以实现，
[0006]—种陶瓷结合剂金刚石复合材料，原料组分及其质量比为陶瓷结合剂:金刚石颗粒:陶瓷粘结剂=20:100:7;
[0007]陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为:S1235wt%?45wt%、H3B0320wt% ?30wt%、Na2C〇3 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt% ?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt%，在此基础上外加铜粉末3.5￥丨％?4.5￥七％ ;
[0008]上述陶瓷结合剂金刚石复合材料的制备方法，具有如下步骤:
[0009](I)按原料组分及其质量百分比含量:S12 35wt%?45wt%、H3B0320wt%?30wt%、Na2C03 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt%?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt %进行配料，放入球磨机干磨6小时，球料比为2:1，过筛；
[0010](2)将步骤(I)过筛后的原料在电阻炉中于1300°C煅烧，之后水冷淬火，制得玻璃熔料；
[0011](3)将步骤(2)淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，过筛，得到基础陶瓷结合剂粉末；
[0012](4)在步骤(3)的基础陶瓷结合剂中，外加质量百分比含量为3.5?4.5%的铜粉末，制得本发明的陶瓷结合剂；
[0013](5)将步骤(4)的陶瓷结合剂与金刚石颗粒、陶瓷粘结剂按20:100:7的质量比混合，干压成为坯体，然后将坯体在高温烧结炉中烧结至750°C，之后室温自然冷却，制得陶瓷结合剂金刚石复合材料。
[0014]所述铜粉末为质量纯度99.9%的金属铜粉末。
[0015]所述陶瓷粘结剂为石蜡。
[0016]所述步骤(I)的原料过100目筛。
[0017]所述步骤(3)的玻璃熔料过250目筛。
[0018]所述步骤(4)的铜粉末的外加质量百分比含量为4%。
[0019]所述步骤(4)的陶瓷结合剂的耐火度为647°C，流动性为300%，结合剂与金刚石颗粒润湿角15°。
[0020]所述步骤(5)的温度制度为:310°C以下升温速率为3°C/min，于310°C保温90min;310°C 到 520°C 升温速率为 4°C/min，于 520°C 保温 30min;520°C 到 750°C 升温速率为 2°C/min，于 750°C 保温 120min。
[0021 ]所述步骤(5)的坯体为30毫米X 6毫米X 4毫米的矩形条状坯体。
[0022]本发明提供了一种成本低廉、工艺简单、综合性能优良、界面结合性较好的陶瓷结合剂金刚石复合材料。该复合材料中Cu添加量为4wt%，耐火度为647°C，流动性为300%，结合剂与金刚石颗粒润湿角15°，750 °C烧结后复合材料强度为56.24MPa。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1添加4wt.%Cu的扫描电镜微观形貌图；
[0024]图2为实施例1添加4wt.%Cu和不添加Cu的复合材料XRD图谱。
【具体实施方式】
[0025]本发明所用原料均为市售化工原料，下面结合具体实施例对发明作进一步的说明。
[0026]实施例1
[0027]1.用电子天平称取硼酸10克、二氧化硅7克、氧化铝2克、碳酸锂1.5克、碳酸钠1.5克、氧化钙2.5克，放入球磨罐中，用氧化铝球为介质，按照原料:氧化铝球的质量比为2:1，干磨6小时，将干磨后的粉料过100目筛；
[0028]2.过筛后的粉料在电阻炉中于1300 0C煅烧，水冷淬火，得到玻璃熔料；
[0029]3.将淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，最后过250目筛，得到基础陶瓷结合剂；
[0030]4.将高纯度金属铜粉末(99.9%)加入到基础陶瓷结合剂粉末中，外加量为4wt.% ,得到陶瓷结合剂；
[0031 ] 5.称取陶瓷结合剂与金刚石颗粒及陶瓷粘结剂混合，干压成为坯体，陶瓷结合剂:金刚石颗粒:陶瓷粘结剂=20:100:7;还体尺寸为30mmX6mmX4mm，成型压力100kN，保压时间5至1s，于750°C烧结，之后室温自然冷却，制得陶瓷结合剂金刚石复合材料。
[0032]本发明制品的测试方法如下:
[0033]采用三点弯曲法进行抗