[发明专利]一种聚晶金刚石复合片的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：1)根据金刚石聚晶层的配方称取金刚石和金属催化剂，混合均匀后置于氢气气氛中于400‑550℃条件下还原，然后升温至550‑1100℃进行氢化反应，使金属催化剂反应生成金属氢化物，之后保持氢气气氛降温至常温，得到聚晶层混合粉料；2)获得硬质合金基体；3)将所得聚晶层混合粉料和硬质合金基体置于保温传压介质中，进行高温高压合成，即得。本发明在常压条件下对金刚石和金属催化剂进行特定的热处理，与现有常规的对金刚石和金属催化剂的前处理工艺相比，不仅简化了工艺，而且降低了前处理的成本乃至聚晶金刚石复合片的生产成本，更易于产业化。

技术领域

本发明涉及一种超硬复合材料，具体涉及一种聚晶金刚石复合片的制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合材料(聚晶金刚石复合片)主要是用金刚石颗粒与金属催化剂(也称为粘合剂，具体为铁、钴或镍)在硬质合金(碳化钨-钴)衬底表面聚合而成的一种层状复合超硬材料。聚晶金刚石复合材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采钻头上和机械加工刀具等行业，在机械加工中主要应用于铝合金，铜的合金，钛合金，木材等材料的精加工。

目前，聚晶金刚石复合片的制备方法通常是分别获得聚晶层混合粉料(或聚晶层圆片)和硬质合金基体，然后将所得聚晶层混合粉料和硬质合金基体置于保温传压介质中进行高温高压合成。但现有的获得聚晶层混合粉料(或聚晶层圆片)的方法中，对金刚石粉和金属催化剂的前处理条件较为苛刻，体现在：1)金刚石粉料需要进行一系列的净化处理(如公开号为CN103722174A的发明专利)，其中至少包括化学酸碱处理净化，在与金属催化剂混合后，为防止金属催化剂被氧化，需要进行还原处理，而在还原后需要真空保存以防止金属催化剂再次被氧化，同时还要防止金刚石吸附空气中的气体；2)遇空气后混合粉料需要在短时间内用完，对于使用后剩余的混合粉料则需要再一次进行还原并脱除，而脱除金刚石粉料中吸附的空气需要使用到高真空(真空度高达1×10^-4Pa)并具备高温的设备(如L1215Ⅲ型单位卧式真空气氛炉，该炉开启后需要连续不间断开启扩散泵抽真空才能保持炉内真空度，使用时需要不间断通入冷却水)，而这些操作也不可避免地增加了材料的保存和生产成本，一方面高真空并具备高温的设备的使用成本和维护成本度都较高，另一方面，高真空设备内做热处理需要特殊的热保护，防止密封橡胶垫被烧坏，导致使用成本高。现有的前处理方法不仅提高了聚晶金刚石复合片的生产成本，而且增加了工艺的操作难度，使得聚晶金刚石复合片进一步的推广应用受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产成本低的聚晶金刚石复合片的制备方法。

本发明所述的聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：

1)根据金刚石聚晶层的配方称取金刚石和金属催化剂，混合均匀后置于氢气气氛中于400-550℃条件下还原，然后升温至550-1100℃进行氢化反应，使金属催化剂反应生成金属氢化物，之后保持氢气气氛降温至常温，得到聚晶层混合粉料；

2)获得硬质合金基体；

3)将所得聚晶层混合粉料和硬质合金基体置于保温传压介质中，进行高温高压合成，即得到金刚石聚晶复合片。

本发明所述方法将金刚石和金属催化剂置于氢气气氛中先还原，然后升温至550-1100℃，一方面使金属催化剂被氢化生成金属氢化物MeH_x(x＝1-3)；另一方面金刚石颗粒在此过程中会吸附氢气，达到现有常规前处理过程中脱险空气中的气体的目的；再者，在氢化过程中生成的金属氢化物以及金刚石颗粒吸附的氢均会在后续的高温高压合成过程中以氢气的方式释放出来，从而回归到金属催化剂本身及未吸附其它气体的金刚石颗粒。而释放出来的氢气可以选用对氢气吸附性更好的金属材料(优选如锆和铌)制作的容器盛装所得的聚晶层混合粉料以实现保护合成过程安全的目的。