[发明专利]含有金刚石的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有金刚石的复合材料及其制备方法。

背景技术

金刚石是目前已知的最硬物质，其显微硬度可达10,000HV，同时由于金刚石还具有高热导率和耐磨损性，使得金刚石材料在用作超硬刀具方面具有很大的优势。在制作超硬刀具过程中，所采用金刚石原材料包括天然和人造两种，包括单晶金刚石(有天然和人造两种)、人造聚晶金刚石(PCD)和CVD金刚石。

在这些材料中，天然单晶金刚石资源稀少，由其所制成的刀具价格昂贵；而由人造聚晶金刚石制作刀具，需要利用钴等金属结合剂在高温(1800℃)、高压(5-6Gpa)下将金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料，制作过程中需采用高压腔体，这种设备复杂，且所制备的材料尺寸小，往往＜φ80mm，这就提高了制作成本，同时也限制了刀具的制作尺寸。另外，CVD金刚石是在硬质合金基体上沉积一层厚度约10-30μm的多晶组成的膜状金刚石，由于金刚石薄膜与基体材料间的粘着力较小，限制了它的应用范围。

由于天然单晶金刚石资源稀少，人造聚晶金刚石又具有上述缺点，所以需要开发出一种具有品质优良、制备工艺简单的金刚石复合材料。

发明内容

本发明目的在于，克服现有技术的不足，提供一种烧结温度较低(＜1600℃)，制备工艺简单易行的含有金刚石的复合材料的制备方法。

为此，本发明提供了一种含有金刚石的复合材料的制备方法，包括如下步骤：将金刚石粉、碳粉加入具有一定粘度的液态有机材料中混合均匀形成混合浆料A，固化后研磨成粉料B；将粉料B经热模压成型，制得素坯；在气相硅环境中，高温烧结素坯，使硅元素渗透到素坯中与素坯中的碳元素反应生成碳化硅，制得含有金刚石的复合材料。

进一步地，上述粉料B中按重量份计包括30％～80％的金刚石粉、10～40％的碳粉以及10～30％的有机材料。

进一步地，上述碳粉为石墨粉，有机材料为酚醛树脂。

进一步地，上述形成混合浆料A的步骤进一步包括：将金刚石粉、碳粉加入具有一定粘度的有机材料后，球磨10～20h制得混合浆料A。

进一步地，上述将粉料B经热模压成型的步骤中，模压温度为150～250℃，模压压力为 10～30MPa。

进一步地，上述高温烧结素坯的步骤在高温真空炉中进行，其中烧结温度为1450～1600℃、真空度为20～200Pa、保温1～6小时。

进一步地，上述金刚石粉的目数为50～400目，碳粉的目数为200～400目。

同时，在本发明中还提供了一种含有金刚石的复合材料，包括金刚石和碳化硅，金刚石呈颗粒状均匀分散在碳化硅基体中。

进一步地，上述金刚石是目数为50～400目的颗粒。

进一步地，上述金刚石占复合材料总体积的20～70％。

本发明的有益效果：本发明所提供的含有金刚石的复合材料的制备方法，烧结温度较低(＜1600℃)，制备工艺简单易行。同时，由该方法所制备含有金刚石的复合材料具有高硬度、耐磨性好、热导率高以及模量高的特性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1中示出了本发明含有金刚石的复合材料的显微结构图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的发明人旨在提供一种硬度高，耐磨性好且热导率高的复合材料代替传统的金刚石材料，如何在较低生产成本的基础上制作出这种硬度较高，耐磨性好且热导率高的复合材料，找到合适的原材料以及合适的成型工艺是关键。本发明发明人经反复研究，认为碳化硅材料的硬度仅次于金刚石材料，且碳化硅和金刚石二者具有相似的晶体结构，适宜制成新型复合材料。如果能将金刚石和碳化硅复合制成金刚石增强碳化硅复合材料，则既具有金刚石材料高硬度、耐磨损的优点，也具有SiC陶瓷材料易整体成型的优势，能充分发挥出金刚石刀具材料的耐磨性能和热稳定性能，并实现材料的大尺寸、低成本制备。