[发明专利]一种钎焊-热压烧结金刚石工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及磨削、抛光或刃磨用的工具，具体涉及一种钎焊-热压烧结金刚石工具及其制造方法。

背景技术

金刚石的高硬度和优良物理机械性能使得金刚石工具成为加工各种坚硬材料不可缺少的有效工具，主要用于石材、混凝土、PVC、玻璃、陶瓷、水晶、硬质合金等材料的切割，包括金刚石锯片、金刚石绳锯串珠、雕刻用金刚石指状铣刀、钻孔用金刚石钻头。金刚石工具目前按制造方法和工艺通常可分为电镀、烧结和钎焊工具产品，各种不同工艺制造的金刚石工具各有优劣。电镀金刚石工具电镀工艺简单，制作容易，但电镀金刚石工具上电沉积的镀层金属与磨料和磨具基体的界面上均不存在牢固的化学冶金结合，磨料只是被机械包覆在镀层与基体之间，因此金属镀层对金刚石磨粒的把持力小，极容易因磨料脱落和镀层成片剥离导致砂轮的整体失效。

烧结金刚石工具是预合金粉末胎体和金刚石颗粒混合压坯烧结而成，金刚石孕镶在预合金粉末胎体中，金刚石与一般金属合金之间具有很高的界面能，金刚石颗粒不能为一般低熔点合金所浸润，粘结性差。在传统的制造技术中，金刚石颗粒仅靠胎体收缩后产生的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中，而没有形成牢固的化学键结或冶金结合，导致金刚石颗粒在工作中易与胎体金属基分离，大大降低了金刚石工具的寿命及性能水平。大部分孕镶式工具中金刚石的利用率较低，大量昂贵的金刚石在工作中脱落流失于废屑之中。因此，不少人致力于在烧结过程中实现金刚石表面金属化的研究，在胎体材料中添加或在金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石在未加热前，并未与镀层发生化学反应，只能属于金刚石包衣)，以期望它们在烧结过程中实现对金刚石的化学键结合。但在固相烧结条件下(有时有少量低强度低熔点的金属或合金液相)，胎体对金刚石的化学键结或冶金结合力非常弱甚至根本不会形成，镀覆后的金刚石在烧结成锯(钻)齿后，其折断面上暴露出的金刚石失去了镀层，而脱落金刚石的残留坑表面十分光滑，这种现象说明了金刚石与胎体还未能达到化学包镶的水平。因而即使实现了金刚石的表面预金属化，传统的固相粉末冶金烧结法也不可能实现金刚石与胎体材料间的牢固结合。因此这种工具表面上的金刚石磨料在重负荷作业时都会因把持力不够而过早脱落，磨料利用率低。同时，金刚石在刀头上分布没有规律，不能有效发挥工间形状结构特点，工具切削负荷不均匀，直接导致切削效率低。但从另一方面来讲，由于胎体包镶着多层无序排列的金刚石，因此烧结工具的切削寿命要比单层的电镀、钎焊工具高很多。

上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用在金刚石表面涂覆某些过渡族元素(如Ti、Cr、W等)作为结合剂，并与其发生化学反应，在表面形成碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合，从而实现真正的金刚石表面金属化，这就是金刚石钎焊的原理。从已发表的专利和文章中可以看出，该技术可使金刚石最大出刃值达到粒径的2/3，工具寿命提高3倍以上，而常规下该值不足1/3，允许出刃值可用开刃作业达稳定出刃值时来获取。所以，采用钎焊技术可望实现胎体金属(钎料)、母体材料(金刚石)、钢基体之间的牢固结合。该方法中金刚石磨粒钎焊在金属基体周面上，解决了工具上金刚石磨粒把持力不够的问题，同时也带来新的问题：这种钎焊金刚石工具，由于金刚石钎焊锯片粘结金刚石的面仅为锯片外圆周面，单层超硬材料涂敷的产品仅有一层超硬材料，整体使用寿命很低；多层超硬材料涂敷的产品因超硬材料被很厚的焊料层所覆盖，其出刃效果不佳，影响切削效率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种金刚石工具，该金刚石工具不仅实现了金刚石与结合剂、合金胎体间牢固的化学冶金结合，而且实现了金刚石在预合粉金胎体三维空间内的预定有序分布。

本发明的另一目的在于提供了一种金刚石工具的制造方法，采用钎焊和真空热压烧结相结合的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：