[发明专利]Ti3SiC2‑Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石耐磨损材料的制备方法。

背景技术

金刚石超薄锯片材料是以金属、无机非金属、高分子或复合材料为基，以金刚石为增强相，用节能、绿色、少切屑或无切屑近净成形的粉末冶金技术制备的耐磨损材料。其广泛应用于特种陶瓷、硬质合金、磁性材料、宝石等脆硬材料的精细加工。应当前社会工业节能、绿色、高效的发展趋势，对金刚石超薄锯片的综合性能及寿命提出了更高要求，特别是航空航天、微电子、微加工等高端工业应用领域，急迫需求生产超薄、高强、可快速切削的金刚石超薄锯片。

Co元素因具有优良综合性能，与金刚石润湿性好而被用作金刚石超薄锯片材料的关键基体。但由于其存在高温软化、氧化、相变等缺点，缩短了金刚石超薄锯片的使用寿命，限制了其在快速切削(＞1000转/分)条件下的应用。因此，急需一种具有优良高温性能的新型黏结剂材料替代Co金属。

发明内容

本发明是针对Co基金刚石超薄锯片在快速切削条件下应用限制的研发领域现状，提供一种采用Ti₃SiC₂-Co基合金作为基体的金刚石超薄锯片材料的制备方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，

一种Ti₃SiC₂-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)按Ti₃SiC₂的化学计量式采用钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉为原料合成Ti₃SiC₂粉；

(2)按质量百分比，称取87～91％的Ti₃SiC₂、5～9％的Co、3.8～4％的人造金刚石MBD₈，在氩气气氛保护下球磨至少26小时，得到混合粉末；

(3)按质量百分比，称取96.5％的混合粉末、3.5％液体石蜡，搅拌均匀为填装料；

(4)将填装料置入模具中冷压成形为生坯；

(5)在真空条件下将生坯置于热压烧结炉中，于720～810℃烧结，至少保温4分钟；

(6)控制降温速率冷却，最后得到金刚石超薄锯片材料。

上述方法中，步骤(1)所述Ti₃SiC₂粉的合成，是按照摩尔质量比2.8：1.3：2.1：0.25，将钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉预混合1.5小时后，将预混合粉在氩气气氛保护下球磨14小时后；再在氩气气氛保护下于1450℃烧结，保温2小时，控制降温速率冷却，得到Ti₃SiC₂粉末。其中，球磨的球磨罐和磨球均为不锈钢，球磨介质为无水乙醇，料：球：无水乙醇＝1：19：0.3。烧结时的升温速率为5℃/min，降温速率为16℃/min。

步骤(2)所述人造金刚石MBD₈的平均颗粒尺寸为40μm。该步骤所述球磨，球磨罐为含尼龙内衬的不锈钢，磨球为硬质合金球，料球比为1：13。

步骤(4)所述冷压压力为90～110Mpa。

步骤(6)所述降温速率为20～30℃/min。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：

(1)本发明完全改变了已有方法中单纯采用Co金属及其合金作为基体制备金刚石超薄锯片的思路，而是采用一种Ti₃SiC₂-Co基粉末作为锯片材料的基体，并研究Ti₃SiC₂-Co基粉末配比、金刚石锯片原料组分、烧结组织和基体/金刚石界面之间的关系，即：对于Ti₃SiC₂-Co基金刚石超薄锯片材料，主轴转速＞1000转/分条件下保持较高加工精度的最佳Ti₃SiC₂-Co基粉末配比和金刚石锯片原料配比。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，克服了因Co金属高温相变和软化对金刚石超薄锯片高速切削性能的不良影响。