[发明专利]一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法

说明书

本发明提供了一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法，所述高硬度聚晶金刚石烧结设备包括六面顶压机、高硬度聚晶金刚石烧结组件以及直流电源，所述高硬度聚晶金刚石烧结组件包括：加热管、绝缘管、熔渗腔、金属粘结剂、金刚石粉。本发明得到的金刚石聚晶维氏硬度值在9.8N载荷下为106GPa，比同载荷下国内传统金刚石聚晶的维氏硬度高51％；4.9N载荷下为150GPa，高于人工合成的金刚石单晶(100)面的维氏硬度(90GPa)。

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法。

背景技术

金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时金刚石不是只有在地球才有产出，现发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品和工业中的切割工具。

石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，目前人们对于金刚石的工业应用主要是利用金刚石的高硬度特性，对于金刚石的电学特性的利用较少。

但是现有工艺制备的传统金刚石聚晶的维氏硬度(9.8N载荷)在70GPa左右，明显低于金刚石单晶的硬度，这说明金刚石聚晶内部颗粒间的粘接强度较低，颗粒间的粘接强度有待进一步提升。

比如，吉林大学的专利2014102730511中公开了一种聚晶金刚石的烧结方法，该专利中虽然用到了金属扫越技术，降低了其中的杂质含量，但是所制备出的聚晶金刚石的硬度也仅仅能够达到70Gpa，与金刚石本身具有较大差距。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高硬度金刚石制备设备和组件以及制备方法。

具体而言，一方面本发明提供一种高硬度聚晶金刚石烧结设备，所述高硬度聚晶金刚石烧结设备包括六面顶压机、高硬度聚晶金刚石烧结组件以及直流电源，所述高硬度聚晶金刚石烧结组件包括：加热管、绝缘管、熔渗腔、金属粘结剂、金刚石粉，

所述加热管位于所述烧结组件的最外层，

所述绝缘管位于所述加热管内部，紧贴所述加热管，所述绝缘管内部形成第一中空腔体，

所述熔渗腔位于所述第一中空腔体内部，并且所述熔渗腔的内部形成第二中空腔体，所述金属粘结剂和所述金刚石粉填充在所述第二中空腔体中，金属粘接剂和金刚石颗粒的比例为2:7，

所述高硬度聚晶金刚石烧结设备在使用时，将高硬度聚晶金刚石烧结组件置于所述六面顶压机内，通过直流电源为加热管供电实现加热。

在一种优选实现方式中，所述加热管呈圆柱状，该圆柱状加热管的上下两端通过导电发热片封闭，所述金属粘结剂和所述金刚石粉分别形成金属粘结剂层和金刚石层，所述金刚石层与所述金属粘结剂层彼此平行地置于所述第二中空腔体内部，所述金刚石层位于所述金属粘结剂层的下方。这些构造与现有技术中基本相同，本发明的主要特点在于材料的配比和工艺的控制。

另一方面本发明提供一种利用所述的高硬度金刚石烧结设备获取高硬度聚晶金刚石的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述六面顶压机以高于1300度的烧结温度和6GPa的压力对所述高硬度聚晶金刚石烧结组件进行高压烧结。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

本发明得到的金刚石聚晶维氏硬度值在9.8N载荷下为106GPa，比同载荷下国内传统金刚石聚晶的维氏硬度高51％；4.9N载荷下为150GPa，高于人工合成的金刚石单晶(100)面的维氏硬度(90GPa)。

附图说明

图1为本发明的一个实施例所采用烧结组件的剖视结构示意图。

图2为本发明一个实施例的烧结方法所获得的高硬度聚晶金刚石的电镜图。