[发明专利]一种金刚石-高钒钛硬质合金聚晶复合片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料制备领域，特别地涉及一种金刚石高钒钛硬质合金聚晶复合片及其制备方法，适用于地质钴探用低成本、高韧性、高抗冲击金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片是一种金刚石聚晶与硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性好的特点。现有聚晶金刚石-硬质合金复合片通常采用钨钴类硬质合金作为基体材料，然后在高温(通常1200～1600℃)、高压(通常5Gpa以上)的一次合成。其他的，如在硬质合金上进行CVD或者PVD金刚石或者立方氮化硼、氮化钛涂层。该技术已经应用多年，但该技术仅仅是为提高硬质合金的切削性能，是硬质合金性能提升的拓展延续。采用CVD、PVD处理的金刚石涂层硬质合金，主要应用在金属切削方面。

地质钴探用材料通常要求材料具有高硬度、高强度，高耐磨性、抗冲击，要求材料具有好的综合性能而不是单一性能。采用硬质合金进行CVD或者PVD处理的材料难以适应高性能地质钴探的使用要求，尤其是石油钴探高钴探深度的要求，这类钴探最忌讳井底损坏。

为了实现钴探用材料的抗冲击性，一般选用高含钴量的钨钴类硬质合金。高含钴量的硬质合金对金刚石聚晶的直接影响就是对金刚石使用过程的反催化，促使金刚石石墨化，从而降低了金刚石聚晶的性能。

钨钴类硬质合金具有强度高、硬度高的特点，但其韧性差、抗冲击性能差，在地质钴探等场合难以适应要求。目前，为改善此类基底硬质合金的性能，还集中在添加晶粒细化剂等研究方向上，硬质合金中添加碳化钒即属于此。对于基底材料采用功能梯度硬质合金来发挥和改善材料性能还未见研究和报道。

采用CVD聚晶切割片增强的聚晶复合片，是制造金刚石聚晶复合片的另外工艺。采用CVD法可生产大尺寸、高厚度聚晶金刚石块体。但在聚晶金刚石块体与基底材料的复合上，目前还鲜有研究。采用CVD聚晶切割片增强的制造方法，如公开号为102700191A，公开日为2012年10月3日的中国发明专利ZL201210200657.3公开了一种制造方法，但该方法只是采用简单的热压烧结工艺，聚晶CVD金刚石增强条与金刚石聚晶微粉之间无法形成有效的C-C共价键的化学键结合，聚晶微粉与微粉之间也未形成有效的C-C共价键的化学键结合，只是简单的聚晶混合烧结体，产品性能差是工艺缺陷的必然。另外，将CVD聚晶切割片与金刚石聚晶微粉埋入硬质合金粉末中进行压制、烧结，尤其是在氢气气氛下进行烧结，由于钴的“反催化”及氢气的“脱碳”效应，会显著降低金刚石聚晶及聚晶复合片的性能，此种制造方法有待进一步提升。

钨属于难熔金属，属于保护性开采资源，价格昂贵。钛属于地壳中分布最广和丰度高的元素之一；中国钛资源居于世界首位，占世界已开采量的64％左右。钒也属于中国的优势资源，中国的钒资源占世界一半左右，其资源储量达数十倍于钨。利用廉价的资源代替部分钨，可有效降低成本，同时符合国家达长期战略利益。然而，用于制造硬质合金的碳化钨硬度与金刚石相近；碳化钛功能陶瓷粘接相差异较大；碳化钛陶瓷还仅用于金属精密加工等方面。碳化钛金属陶瓷在500℃以上硬度急剧降低，不能用于高温使用的耐磨材料。但碳化钛金属陶瓷具有高韧性、抗冲击等特点。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，利用廉价的钛、钒资源，利用碳化钛基、碳化钒基陶瓷的韧性、抗冲击性与钨钴类硬质合金的高硬度、高耐磨性，生产一种具有复合功能的功能梯度复合材料，既可解决一般钨钴硬质合金的不足，又可提高产品综合性能，同时降低产品生产成本，是一举多得的方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种金刚石-高钒钛硬质合金聚晶复合片，通过改进原料使用结构与合金基底结构，以及优化各层材料的配比、各层材料的性能，使得金刚石聚晶复合片具有低成本、高韧性、抗冲击的优点。

本发明的又一目的在于提供一种金刚石-高钒钛硬质合金聚晶复合片的制备方法，用于通过改进的原料，制备工艺以及合金基底结构，提供了一种生产具有低成本、高韧性、抗冲击金刚石聚晶复合片的新工艺，通过产品的功能复合达到最终目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种金刚石-高钒钛硬质合金聚晶复合片的制备方法，包括以下步骤：

S10，硬质合金准备