[发明专利]一种具有良好导热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法

说明书

本申请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热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法。所述聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和设于硬质合金基体上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括以下重量百分比的原料：石墨烯包覆金刚石微粉75～85%、金刚石微粉10～15.5%、碳纳米管0.2～0.3%、石墨烯0.1～0.2%和结合剂4.7～9%。本发明采用具有金刚石和石墨烯双重特性的石墨烯包覆金刚石微粉，改善了金刚石颗粒与结合剂的润湿性，有效增加了金刚石与结合剂的接触面积，极大的改善了金刚石与结合剂界面处的导热性能，制备的聚晶金刚石复合片兼具优异的力学和热学性能。

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热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片是由金刚石粉与硬质合金基体在高温高压环境下烧结而成的复合材料，它是由聚晶金刚石层和硬质合金基体构成，由于聚晶金刚石层硬度高、耐磨性好，加上硬质合金基体的良好韧性和可焊性，使其在地质与矿产钻探、非金属材料加工及有色金属切削中得到广泛应用。

现有技术中，采用钴、镍、铁作为结合剂制作的聚晶金刚石复合片，由于钴的催化作用，金刚石颗粒之间相互直接烧结一起形成金刚石-金刚石结合结构，该结构的聚晶金刚石是由具有相连骨架结构的金刚石相和分布金刚石颗粒之间的孔隙空间中金属相组成，制作的聚晶金刚石复合片具有较高的耐磨性能。但是由于金刚石与金属相的润湿性极差，两相结合不紧密会造成很多结构缺陷和空隙，致使聚晶金刚石界面处形成了很大的热阻，导致其热导率远远未能达到预期。对金刚石颗粒表面进行表面处理，如：表面镀覆是解决该问题的主要研究思路，由于金刚石表面镀覆层的导热率太低（如W、Ti分别为178 W/m.K和21.9W/m.K），导致其界面热阻太大，因此对聚晶金刚石复合片的热导率提升效果有限。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种具有良好导热性能的聚晶金刚石复合片及其制备方法，可以解决目前聚晶金刚石复合片导热率不高的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有良好导热性能的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和设于硬质合金基体上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括以下重量百分比的原料：石墨烯包覆金刚石微粉80～90%、金刚石微粉5～10.5%、碳纳米管0.2～0.3%、石墨烯0.1～0.2%和结合剂4.7～9%。

优选的，所述石墨烯包覆金刚石微粉是由2～4µm、5～10µm、8～12µm、20～25µm四种粒径分布的微粉组成，其中，四种粒径在石墨烯包覆金刚石微粉中的重量百分含量分别为5～15%、15～17%、25～28%、45～50%。

优选的，所述金刚石微粉为亚微米金刚石微粉，其粒径为0.5～1.0μm。

优选的，所述石墨烯可以选用厚度6～8nm、宽为5μm的石墨烯纳米片；所述碳纳米管为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的外径为5～10nm、长度为5～20μm。本发明的石墨烯和碳纳米管可直接购买普通市售产品，如购自北京德科岛金科技有限公司。

优选的，所述结合剂由以下重量百分比的原料组成：Co粉95～98%、Ni粉1.5～4%、W粉0.2～0.4%、Ta粉0.15～0.3%、Mo粉0.1～0.2%和稀土元素0.05～0.1%。本发明中涉及的各原料粉均为能直接购买到的普通市售产品。

进一步优选的，所述稀土元素为Nd、Pr或Pm；所述Co粉、Ni粉、W粉、Ta粉、Mo粉的粒径为20～40nm，稀土元素的粒径为30～40nm。