[发明专利]用于蓝宝石掏棒的金刚石套料钻头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料工具制造技术领域，特别涉及一种用于蓝宝石掏棒的金刚石套料钻头及其制备方法。

背景技术

蓝宝石单晶具有一系列优异的物理化学性能：熔点2050℃，高硬度、耐高温、耐宇宙射线辐照能力强，良好的电绝缘性、热导性及化学稳定性，介电常数小，介质损耗低，在0.2μm～5.5μm波段具有良好的透过率。基于蓝宝石单晶的上述优异性能，蓝宝石的应用有以下方面：在蓝宝石底板上形成单晶硅薄膜，再利用CMOS工艺形成电路，作为采用具有良好绝缘性的蓝宝石的SOS底板，能够降低在底板上形成的电路耗电量。采用蓝宝石为主要原材料的LED灯，可以发出不同颜色的光。光学玻璃、高档手表壳的原材料也涉及到蓝宝石的应用，可以预计不久的将来，手机屏幕也会逐渐的由玻璃往蓝宝石方向发展。因此未来工业对于蓝宝石的需求量是非常大的。

由于蓝宝石属于硬脆材料，硬度仅次于金刚石，因此后续加工难度较大。蓝宝石生长成晶柱后，第一道工序就是用套料钻头把蓝宝石从晶柱中套出，形成一根根的蓝宝石柱体，然后再对蓝宝石柱体进行切割、研磨、划片等处理。现有技术中套料钻头在使用时存在以下问题：

(1)由于套料钻头的刀头厚度只有2mm左右，钻管的壁厚只有1mm左右，将刀头与钻管焊接在一起时，焊接的同心度不好控制，造成钻头在钻进的过程中发送抖动现象，晶体内部产生裂纹，形成废品，造成极大的浪费；同心度不好还会造成掏出的晶棒不直，影响后续的修磨；另外，钻管的壁薄，过大的荷载也容易使钻管产生变形，影响正常钻进。

(2)钻头的钻进效率不高，产生打滑现象，钻进过程有尖锐的声响，需要工人经常提钻在砂轮上修磨刀头，影响生产进度，严重情况会由于压力过大造成整个晶体的碎裂。

(3)钻头寿命短，增加了掏棒成本。

(4)钻头焊接强度不高，套料过程中有断齿或整体掉环等现象发生。

发明内容

为了至少解决金刚石套料钻头与钻管同心度差的问题，本发明提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石套料钻头及其制备方法。

一种用于蓝宝石掏棒的金刚石套料钻头，所述金刚石套料钻头包括：接头，一端安装在所述蓝宝石掏棒机的主轴上；钻管，呈筒状，所述钻管的底端与所述接头的另一端连接；以及金刚石刀头，呈环状且一体成型，所述金刚石刀头的底端通过激光焊接与所述钻管的顶端连接以使所述钻管和所述金刚石刀头形成中空腔体。

在上述金刚石套料钻头中，作为一种优选实施方式，所述金刚石刀头的环形底端面上设置有环形焊接台阶，所述环形焊接台阶的外径与所述钻管内径过盈配合并通过激光焊接的方式连接，以保证所述钻管和所述金刚石刀头的同心度最小。

在上述金刚石套料钻头中，作为一种优选实施方式，所述金刚石刀头包括：在所述金刚石刀头的底端指向所述金刚石刀头的顶端的方向上依次设置的过渡层和工作层；所述过渡层按重量份计由以下原料组成：35-71份的铁粉末，15-42份的铜粉末和3-12份的钴粉末；所述工作层按重量百分比计由以下原料组成：40-75％的金属粉末和25-60％的金刚石，其中，所述金属粉末按重量份计由以下原料组成：12-35份的铁粉末，18-34份的钴粉末，34-62份的铜粉末，2-5份的锡粉末。

在上述金刚石套料钻头中，作为一种优选实施方式，自所述金刚石刀头的顶端向所述金刚石刀头底端方向在所述金刚石刀头上均匀开有多个水槽，所述水槽的深度小于等于所述工作层的高度。

以上金刚石套料钻头中的优选实施方式可以任意组合使用。

一种用于蓝宝石掏棒的金刚石套料钻头(即上述金刚石套料钻头)的制备方法，所述金刚石套料钻头包括：由下至上依次连接的接头、钻管和金刚石刀头，所述制备方法包括：金刚石刀头粗加工制备步骤，制备出金刚石刀头毛坯；焊接步骤，将所述钻管和所述接头焊接在一起，将所述金刚石刀头毛坯和所述钻管激光焊接在一起，形成金刚石套料钻头毛坯；精加工制备步骤，对所述金刚石套料钻头毛坯的金刚石刀头毛坯进行修磨和开刃处理以及成品检测，得到金刚石套料钻头。