[发明专利]一种含有增强芯的聚晶金刚石超硬耐磨材料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种添加了如立方氮化硼c-BN、立方碳氮化硼c-BC₂N、碳化硼B₄C或纳米孪晶立方氮化硼nt-CBN作为增强芯的聚晶金刚石PCD超硬耐磨复合材料的合成方法，是一种高温高压烧结合成超硬复合材料的新方法，属于超硬材料领域。

背景技术

聚晶金刚石（PCD）具有无与伦比的优异性能，如高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高导热率、高加工精度等等，已在汽车和航空航天领域、木材加工行业、电子行业、石油地质钻探行业、线材模具、玻璃切割加工、宝石加工及其它领域中得到了愈加广泛的使用。

PCD材料是由大量精选的随机定向颗粒的金刚石颗粒通过高温高压条件下烧结而成得到的聚晶体，同时具有金刚石和聚晶结构的特性，即具有较高的硬度和极佳的韧性。

不过PCD材料的缺陷也较为明显。由于PCD在合成过程中基本都会采用催化剂（粘接剂），催化剂（粘接剂）不仅能促进金刚石晶粒生长，达到一定的条件后也能促使金刚石晶粒转换成石墨，同时不同材料的热膨胀率不尽相同，因此采用PCD的工具在工作时产生的热量等原因会导致PCD滑动界面中的金刚石晶粒产生氧化、石墨化、扩散、粘接、热应力破碎等现象。

PCD在一些特种加工领域以及某些特殊工况下也有硬度不足的表现。这些都限制了聚晶金刚石的应用。

立方氮化硼c-BN、立方碳氮化硼c-BC₂N、碳化硼B₄C和纳米孪晶立方氮化硼nt-CBN等都是具有超高硬度的材料，这几种材料仅仅是单一性能突出，极高的脆性使得其难以单独作为一种整体材料。

随着时间的推移，现代机械加工制造及石油、地质勘探行业对超硬耐磨材料的性能和质量的要求不断提高。

合成适应性强、兼具高硬度和韧性的超硬材料是当前超硬材料领域极有价值的研究方向。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种含有增强芯的聚晶金刚石超硬耐磨材料的制备方法，本发明制备的新型超硬耐磨复合材料，综合了超硬极限材料近似于天然金刚石的超高硬度和聚晶材料的韧性两种特性，拓宽了超硬极限材料和聚晶材料PCD的应用范围，也为机械制造及石油、地质勘探行业对超硬耐磨材料性能要求日渐提高的现况给出一种解决方式。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种含有增强芯的聚晶金刚石超硬耐磨材料的制备方法，所述方法包括下列步骤：

a、制备超硬材料增强芯：采用激光切割技术将增强芯超硬材料切割成增强芯柱体；

b、筛选金刚石微粉：金刚石微粉中325-460目占8-15份，460-700目占8-20份，700-1200目占50-70份，1200-1800目占10-30份；

c、粉体压制：按粘接剂比粉体总质量的质量比为1：（5-20）的比例在金刚石微粉中加入粘接剂混匀，并将混合料装入多孔石墨柱中，将1个或多个增强芯柱体埋入金刚石微粉混合料中，真空还原；

d、合成：将多孔石墨柱放入叶腊石块中组装好，将组装完成的叶腊石块放入压机中，在高压40-65MPa，加热电流30-55A，加热台阶在30-35MPa的合成条件下合成含有增强相的PCD超硬材料；

e、后处理：将获得的含有增强相的PCD超硬材料进行后处理。

本发明中，增强芯超硬材料为立方氮化硼c-BN、立方碳氮化硼c-BC₂N、碳化硼B₄C或纳米孪晶立方氮化硼nt-CBN中的一种或多种。

3、如权利要求1所述的含有增强芯的聚晶金刚石超硬耐磨材料的制备方法，其特征在于，金刚石微粉中杂质的重量含量小于1‰ 。

本发明中，增强芯柱体埋入金刚石微粉混合料使得增强芯柱体有70%以上的表面积处于金刚石微粉混合料包裹下。

本发明中，真空还原的时间大于24h。

本发明中，所述后处理为酸洗或球磨后酸洗。

本发明中，所述增强芯柱体的截面为圆形、方形或三角形。

本发明的有益效果为：本发明制备的新型超硬耐磨复合材料，综合了超硬极限材料近似于天然金刚石的超高硬度和聚晶材料的韧性两种特性，拓宽了超硬极限材料和聚晶材料PCD的应用范围，也为机械制造及石油、地质勘探行业对超硬耐磨材料性能要求日渐提高的现况给出一种解决方式。

附图说明

图1是一种外包裹体壳为圆柱形的含增强芯的PCD耐磨超硬材料。