本实用新型属于超硬复合材料技术领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合片。
背景技术：
由于聚晶金刚石片的硬度高、耐磨性好以及良好的可焊接性现已广泛应用在切削刀具材料中，但是由传统的金刚石颗粒制备的的聚晶金刚石片的导热系数较低，降低了聚晶金刚石片的耐热性。而且聚晶金刚石片的抗冲击性能较差，在使用时无法承受巨大的冲击力，使聚晶金刚石片的使用性能急剧降低。
针对上述问题，现有技术中有人在聚晶金刚石层添加自支撑金刚石膜来提高聚晶金刚石片的导热性能，但是它仍然无法均匀地使聚晶金刚石片的导热性能得到提升，而且而且聚晶金刚石片的抗冲击性能仍无法解决。因此目前亟待寻找一种新型的聚晶金刚石片来使抗冲击性和耐磨性得到有效的提升。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种导热性能好，抗冲击性能好的聚晶金刚石复合片。
本实用新型提供了一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和设于所述硬质合金基体上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括自支撑金刚石膜和金刚石颗粒，所述自支撑金刚石膜包括一第一柱状自支撑金刚石膜和分布于所述第一柱状自支撑金刚石膜周围的多个第二柱状自支撑金刚石膜，所述第一柱状自支撑金刚石膜和所述第二柱状自支撑金刚石膜均垂直设置于所述硬质合金基体的表面，所述第一柱状自支撑金刚石膜横截面的面积大于所述第二柱状自支撑金刚石膜横截面的面积，所述金刚石颗粒均匀地分散于所述第一柱状自支撑金刚石膜和所述第二柱状自支撑金刚石膜周围。
其中，所述聚晶金刚石层还包括碳化硼颗粒，所述碳化硼颗粒均匀地分散于所述第一柱状自支撑金刚石膜和所述第二柱状自支撑金刚石膜周围。
其中，所述第一柱状自支撑金刚石膜设置于所述聚晶金刚石层的中心。
其中，所述第二柱状自支撑金刚石膜均匀地分布于所述第一柱状自支撑金刚石膜的周围。
其中，所述第一柱状自支撑金刚石膜和所述第二柱状自支撑金刚石膜为圆柱状或棱柱状，
其中，所述第一柱状自支撑金刚石膜和所述第二柱状自支撑金刚石膜的横截面为三角形、四边形、多边形或圆形。
其中，所述自支撑金刚石膜的体积占所述聚晶金刚石层总体积的30％-50％。
其中，所述聚晶金刚石层的厚度为0.5-2mm。
其中，所述第一柱状自支撑金刚石膜横截面的面积为50-160mm2。
其中，所述第二柱状自支撑金刚石膜横截面的面积为3-12mm2。
本实用新型提供的聚晶金刚石复合片，首先自支撑金刚石膜是由柱状晶组成的的，相较于现有技术的金刚石颗粒来说，自支撑金刚石膜由于其晶界界面较少，热量传到过程中经过的晶界壁垒较少。因此其导热系数较高；其次横截面面积较大的第一柱状自支撑金刚石膜起主要的导热作用，而分散于第一柱状自支撑金刚石膜周围的横截面面积较小的第二柱状自支撑金刚石膜则在起到导热作用的同时，还可以提高聚晶金刚石复合片的抗冲击能力。因此本实用新型提供的聚晶金刚石复合片具有优异的导热性能，抗冲击性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1为本实用新型实施例一中聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一中聚晶金刚石层横截面的示意图；
图3为本实用新型聚晶金刚石复合片制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
请参考图1-图2，本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片100，包括硬质合金基体1和设于硬质合金基体1上的聚晶金刚石层2，聚晶金刚石层2包括自支撑金刚石膜21和金刚石颗粒22，自支撑金刚石膜21包括一第一柱状自支撑金刚石膜211和分布于第一柱状自支撑金刚石膜211周围的多个第二柱状自支撑金刚石膜212，第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212均垂直设置于硬质合金基体1的表面，第一柱状自支撑金刚石膜211横截面的面积大于第二柱状自支撑金刚石膜212横截面的面积。
首先本申请采用部分的自支撑金刚石膜21来代替传统的金刚石颗粒。因为自支撑金刚石膜21是由柱状晶组成的的，相较于现有技术的金刚石颗粒来说，自支撑金刚石膜21由于其晶界界面较少，热量传到过程中经过的晶界壁垒较少。因此其导热系数较高，优选地，本实用新型所采用的自支撑金刚石膜21的热导率在1200-2000W/(m.K)。
其次第一柱状自支撑金刚石膜211由于其横截面面积较大起主要的导热作用。当聚晶金刚石片100在使用过程中，第一柱状自支撑金刚石膜211会更多地接触工件表面，而且热量也更易从横截面面积更大，导热系数更大的第一柱状自支撑金刚石膜211中进行传导。分散于第一柱状自支撑金刚石膜211周围的横截面面积较小的第二柱状自支撑金刚石膜212则在起到导热作用的同时，由于其相比于金刚石颗粒具有更高的硬度，还可以提高聚晶金刚石复合片的抗冲击能力。虽然大量的热量都会从第一柱状自支撑金刚石膜211导出，但仍有部分的热量会由多个第二柱状自支撑金刚石膜212来传导，使整个聚晶金刚石片100的热量可以更充分、均匀地传导到硬质合金基体中。
本实用新型优选实施方式中，所述聚晶金刚石层2还包括碳化硼颗粒(未在图中示出)，所述碳化硼颗粒均匀地分散于所述第一柱状自支撑金刚石膜211和所述第二柱状自支撑金刚石膜212周围。
分散在第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212周围的碳化硼颗粒在制备过程中会与从硬质合金基体1中扩散到聚晶金刚石层中的钴元素生成硼化钴。而硼化钴的产生不仅可以大大减弱单质钴对聚晶金刚石层2的石墨化作用，还可以阻挡硬质合金基体1中的钴元素进一步向聚晶金刚石层2中扩散，提高了硬质合金基体1与聚晶金刚石层2的结合力，使聚晶金刚石片100的耐磨性得到提升。
本实用新型优选实施方式中，第一柱状自支撑金刚石膜211设置于聚晶金刚石层2的中心。聚晶金刚石层2的中心是聚晶金刚石片100在加工过程中受力最大的部位，也是接触最频繁的部位，即热量产生最多与最高的部位。因此，将第一柱状自支撑金刚石膜211设置于聚晶金刚石层2的中心处可以更加充分地传导热量，使聚晶金刚石片100的耐热性能得到进一步的提升。
本实用新型优选实施方式中，第二柱状自支撑金刚石膜212均匀地分布于第一柱状自支撑金刚石膜211的周围。均匀分布的第二柱状自支撑金刚石膜212首先可以均匀地传导聚晶金刚石片100四周的热量，使聚晶金刚石片100的热量可以更好地传导出去，提高聚晶金刚石片100的耐热性。其次均匀分布的第二柱状自支撑金刚石膜212可以良好地抵御加工时产生的撞击力，提高聚晶金刚石片100的抗冲击性能。
优选地，第二柱状自支撑金刚石膜212呈圆形排列且均匀地分布于第一柱状自支撑金刚石膜211的周围。更优选地，第二柱状自支撑金刚石膜212呈内外两层圆形排列且均匀地分布于第一柱状自支撑金刚石膜211的周围。
本实用新型优选实施方式中，第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212为圆柱状(如图1和图2所示)或棱柱状，第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212的横截面为三角形、四边形、多边形或圆形。第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212的形状或横截面的形状取决于聚晶金刚石片100即硬质合金基体1的形状。第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212的形状与硬质合金基体1的形状相同可以使第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212与硬质合金基体1相互搭配，不仅可提高第二柱状自支撑金刚石膜212的数量，还可以提高聚晶金刚石片100的耐热性和抗冲击性能。优选地，硬质合金基体1的形状为圆形，所以第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212的横截面也为圆形。
本实用新型优选实施方式中，第一柱状自支撑金刚石膜211横截面的面积为50-160mm2，高度为0.5-2mm。第二柱状自支撑金刚石膜212横截面的面积为3-12mm2，高度为0.5-2mm。优选地，当第一柱状自支撑金刚石膜211和第二柱状自支撑金刚石膜212的横截面为圆形时，第一柱状自支撑金刚石膜211横截面圆的半径为4-7mm，第二柱状自支撑金刚石膜212横截面圆的半径为1-2mm。金刚石颗粒的晶粒大小为5-65μm，碳化硼颗粒的晶粒大小为5-10μm。硬质合金基体1中的钴元素的含量为15-30％。
本实用新型优选实施方式中，自支撑金刚石膜21的体积占聚晶金刚石层总体积的30％-50％。优选地，自支撑金刚石膜21的体积占聚晶金刚石层总体积的30％，40％，50％，其他的部分由金刚石颗粒22组成。
本实用新型优选实施方式中，金刚石颗粒和碳化硼颗粒的质量比为3-9:1。优选地，金刚石颗粒和碳化硼颗粒的质量比为3:1,4:1,5:1,6:1,7:1,8:1,9:1。其中聚晶金刚石层2的厚度为0.5-2mm。优选地，聚晶金刚石层2的厚度为0.5mm，1mm，1.5mm，2mm。
请参考图3，本实用新型实施例提供的本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片100的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将自支撑金刚石膜21切割成一第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212，第一柱状自支撑金刚石膜211横截面的面积大于第二柱状自支撑金刚石膜212横截面的面积；优选地，取市售的自支撑金刚石膜21或用化学气相沉积制备的自支撑金刚石膜21，将其切割成待用的大小不一的第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212。
步骤2：将一第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212垂直放置于模具中，优选地，模具为金属钼杯。使第二柱状自支撑金刚石膜212环绕在第一柱状自支撑金刚石膜211的周围，随后将含有金刚石颗粒22和碳化硼颗粒的混合颗粒料填充于模具的空隙中，使混合颗粒料覆盖第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212。优选地，混合颗粒料恰好覆盖第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212，或者混合颗粒料的高度大于第一柱状自支撑金刚石膜211和多个第二柱状自支撑金刚石膜212的高度。具体情况的选择需要看用户的需要以及模具的大小。最后将硬质合金基体1放置于混合颗粒料上，得到组装好的模具。
步骤3：将组装好的模具进行真空处理，真空处理可以将模具内的空气成分去除，使模具内聚晶金刚石片100的各个组分紧密地结合在一起，没有空气成分的干扰，提高了聚晶金刚石片100的综合性能。随后置于叶腊石中进行高温高压烧结，形成烧结体，即被叶腊石和模具包裹的聚晶金刚石片100。叶腊石可以起到一个很好的保护作用，保护模具内的聚晶金刚石片100良好烧结的同时，不被外界环境所干扰。再将烧结体进行抛光和喷砂操作，以去除叶腊石和模具。通过抛光和喷砂操作将其外表面包裹的叶腊石和模具去掉，使自支撑金刚石膜21裸露。还可以对其继续加工至目标尺寸，最终得到聚晶金刚石复合片100。
本实用新型优选实施方式中，真空处理时的温度为500-700℃，时间为2-10h。高温高压烧结时的温度为1500-1700℃，压强为5-7GPa，时间为10-15min。
本实用新型实施例提供的聚晶金刚石复合片100的制备方法，该制备方法简单易操作，适合工业化生产，可以制备出耐热性能好，抗冲击性能好，膜基结合力高，耐磨性好的聚晶金刚石片100。
下面分多个实施例对本实用新型实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用激光切割机将化学气相沉积法得到的自支撑金刚石膜21切割成一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212。其中第一自支撑金刚石膜圆柱211的直径为4mm，高度为0.5mm，第二自支撑金刚石膜圆柱的直径为1mm，高度为0.5mm。
步骤2：首先将金刚石微颗粒与碳化硼颗粒混合均匀。其中金刚石颗粒和碳化硼颗粒的质量比为3:1，金刚石颗粒的晶粒大小为5μm，碳化硼颗粒的晶粒大小为5μm；其次将一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212垂直放置于金属钼杯中。使第一自支撑金刚石膜圆柱211放置于金属钼杯的中心，使第二自支撑金刚石膜圆柱212呈圆形排列均匀地环绕在第一自支撑金刚石膜圆柱211的周围，随后将含有金刚石颗粒22和碳化硼颗粒的混合颗粒料填充于模具的空隙中。再将圆形的硬质合金基体1装入到金属钼杯中颗粒末上方，将钼杯组装完成。其中硬合金基体1的直径为13mm，硬合金基体1中的钴元素的含量为15％。
步骤3：将组装好的金属钼杯在500℃下真空处理10小时，再将经过真空处理后的金属钼杯置于叶腊石块中，放入高压设备进行高温高压烧结。其中烧结温度为1500℃，压强为5GPa，烧结时间为15min。随后撤去压力载荷，随炉冷却至室温，得到烧结体，即被叶腊石和金属钼杯包裹的聚晶金刚石片100。再在金刚石抛光机上对烧结体进行抛光，随后进行喷砂操作，使第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212裸露，最后加工聚晶金刚石复合片100至目标尺寸，得到聚晶金刚石复合片100。
实施例2
一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用激光切割机将化学气相沉积法得到的自支撑金刚石膜21切割成一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212。其中第一自支撑金刚石膜圆柱211的直径为6mm，高度为1.5mm，第二自支撑金刚石膜圆柱的直径为1.5mm，高度为1.5mm。
步骤2：首先将金刚石微颗粒与碳化硼颗粒混合均匀。其中金刚石颗粒和碳化硼颗粒的质量比为6:1，金刚石颗粒的晶粒大小为35μm，碳化硼颗粒的晶粒大小为7μm；其次将一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212垂直放置于金属钼杯中。使第一自支撑金刚石膜圆柱211放置于金属钼杯的中心，使第二自支撑金刚石膜圆柱212呈圆形排列均匀地环绕在第一自支撑金刚石膜圆柱211的周围，随后将含有金刚石颗粒22和碳化硼颗粒的混合颗粒料填充于模具的空隙中。再将圆形的硬质合金基体1装入到金属钼杯中颗粒末上方，将钼杯组装完成。其中硬合金基体1的直径为16mm，硬合金基体1中的钴元素的含量为25％。
步骤3：将组装好的金属钼杯在600℃下真空处理6小时，再将经过真空处理后的金属钼杯置于叶腊石块中，放入高压设备进行高温高压烧结。其中烧结温度为1600℃，压强为6GPa，烧结时间为13min。随后撤去压力载荷，随炉冷却至室温，得到烧结体，即被叶腊石和金属钼杯包裹的聚晶金刚石片100。再在金刚石抛光机上对烧结体进行抛光，随后进行喷砂操作，使第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212裸露，最后加工聚晶金刚石复合片100至目标尺寸，得到聚晶金刚石复合片100。
实施例3
一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用激光切割机将化学气相沉积法得到的自支撑金刚石膜21切割成一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212。其中第一自支撑金刚石膜圆柱211的直径为7mm，高度为2mm，第二自支撑金刚石膜圆柱的直径为2mm，高度为2mm。
步骤2：首先将金刚石微颗粒与碳化硼颗粒混合均匀。其中金刚石颗粒和碳化硼颗粒的质量比为9:1，金刚石颗粒的晶粒大小为65μm，碳化硼颗粒的晶粒大小为10μm；其次将一第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212垂直放置于金属钼杯中。使第一自支撑金刚石膜圆柱211放置于金属钼杯的中心，使第二自支撑金刚石膜圆柱212呈圆形排列均匀地环绕在第一自支撑金刚石膜圆柱211的周围，随后将含有金刚石颗粒22和碳化硼颗粒的混合颗粒料填充于模具的空隙中。再将圆形的硬质合金基体1装入到金属钼杯中颗粒末上方，将钼杯组装完成。其中硬合金基体1的直径为19mm，硬合金基体1中的钴元素的含量为30％。
步骤3：将组装好的金属钼杯在700℃下真空处理2小时，再将经过真空处理后的金属钼杯置于叶腊石块中，放入高压设备进行高温高压烧结。其中烧结温度为1700℃，压强为7GPa，烧结时间为10min。随后撤去压力载荷，随炉冷却至室温，得到烧结体，即被叶腊石和金属钼杯包裹的聚晶金刚石片100。再在金刚石抛光机上对烧结体进行抛光，随后进行喷砂操作，使第一自支撑金刚石膜圆柱211和多个第二自支撑金刚石膜圆柱212裸露，最后加工聚晶金刚石复合片100至目标尺寸，得到聚晶金刚石复合片100。
以上对本实用新型实施方式所提供的聚晶金刚石复合片进行了详细介绍，本文对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。