[发明专利]一种具有良好导电性能的金刚石聚晶复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石与硬质合金复合材料技术领域，具体涉及一种具有良好导电性能的金刚石聚晶复合片及其制备方法。

背景技术

金刚石聚晶复合片是以金刚石微粉为原料，硬质合金作为基体，通过特定的合成工艺在高温高压条件下烧结而成的一种超硬复合材料。复合片兼具金刚石硬度高、耐磨性好以及硬质合金抗冲击性能强的优点，广泛应用于有色金属和难加工非金属材料的切削加工领域。现有技术中常见的金刚石聚晶复合片，一种是由金刚石-钴系烧结而成，其结合相由钴构成，具备了一定的导电性，具有放电加工的优点，但是，正是由于结合相为金属钴，因此有耐热性低的弱点，仅具备700℃左右的耐热性。另一种是由金刚石-碳酸盐系烧结而成，其结合相由碳酸盐构成，其耐热性非常优异，但不具有导电性，因此无法进行放电加工。上述金刚石聚晶复合片在制做刀具时，由于不能同时兼具良好的导电性和耐热性，造成放电、焊接加工困难或者根本无法进行放电、焊接加工。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种同时具有良好导电性和良好耐热性能，同时满足放电加工和焊接加工要求的金刚石聚晶复合片，同时，提供一种该金刚石聚晶复合片的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种金刚石聚晶复合片，包括金刚石聚晶层和硬质合金基体，所述金刚石聚晶层由下述重量百分含量的原料组成：金刚石微粉75～85%、硬质合金粉12～20%和纳米金属结合剂3～5%，所述金刚石微粉由下述重量百分含量的原料组成：不含硼金刚石微粉60～70%、含硼金刚石微粉30～40%，所述硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉 85～90%、Co粉8～12%、Ti粉1.5～2%和TaC粉0.5～1%，该硬质合金粉的各原料以使用分析纯为佳。

所述金刚石微粉粒度为0.5～40µm。

所述含硼金刚石微粉的硼元素含量为0.0005～0.015%。

所述硬质合金粉中WC粉和Co粉的粒径为1～3μm，Ti粉和TaC粉的粒径为1.5～2μm。

所述纳米金属结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉 97～99%、Ni粉0.45～2%、W粉0.5～0.9% 、B粉0.05～0.1%，该结合剂的各原料以使用分析纯为佳。

所述纳米金属结合剂中Co粉和Ni粉的粒径为20～30nm，W粉和B粉的粒径为30～40nm，该粒度范围内的结合剂原料，更利于增强金刚石聚晶复合片的冲击韧性、耐磨性能和耐热性。

所述硬质合金基体由下述重量百分含量的原料组成： WC粉88～92%、Co粉7～10% 、TiC粉0.5～1%和NbC粉0.5～1%。

所述硬质合金基体中的WC粉的粒径为1.8～2.2µm，Co粉、TiC粉和NbC粉的粒径为1.0～1.2µm，该配方的硬质合金基体利于增加金刚石聚晶复合片的耐磨性能，延长使用寿命。

本申请的硬质合金基体采用本领域的常规方法预先制备即可。

一种上述金刚石聚晶复合片的制备方法，包括如下步骤：

1）净化与还原处理：分别将金刚石微粉和硬质合金粉先用20～30%的氢氧化钠水溶液煮沸10～15min，用去离子水洗涤至中性，再用硫酸和硝酸体积比例为1:1的混酸溶液煮沸10～15min，并用去离子水洗涤至中性，然后再用盐酸与硝酸体积比例为1:1的混合溶液煮沸10～15min，并再用去离子水洗涤至中性，备用；将纳米金属结合剂在氢气还原炉中于650～700℃温度下还原处理3～4h，备用；

2）混料：按所述配比称取处理过的金刚石微粉、硬质合金粉和纳米金属结合剂，放入三维混料机内进行预混，三维混料机转速为80±5r/min ，三维混料时间为20±5h；然后将三维混好的料，再投入球磨机进行湿混，料和球的重量比为1:3～4，并从球磨罐端部加入无水乙醇和液体石蜡，液体石蜡与无水乙醇的体积比为1.6∶1000，无水乙醇和液体石蜡的总体积与料和硬质合金球的总体积之比为1:1～2，球磨机的转速为：75±5 r/min，球磨时间：12±4h；

3）复合体组装与真空处理：将混合好的金刚石微粉、硬质合金粉和纳米金属结合剂倒入圆柱形钼、锆杯内，然后放入硬质合金基体并扣上钼盖得复合体组件；将复合体组件置于真空烧结炉中，真空状态下按每个复合体组件1～1.5升氢气的比例通入一定量的氢气，在不大于3×10^-4Pa的真空条件下于700～750℃温度下保温3～4h；