[发明专利]一种金刚石微粒表面镀钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石微粒表面镀钛的方法，属于微波冶金技术领域。

背景技术

金刚石是目前应用中已知的最硬物质，其具有其耐磨性和研磨能力在现有材料中也最高，其还具有高强度、高热导率、线膨胀系数小、介电常数低以及抗强酸强碱等一系列优异的物理化学特性，因而金刚石工具成为加工各种坚硬材料所必不可少的工具，在机械、电子、建筑、钻探、国防、医学、光学玻璃加工等工业领域得到广泛应用，如高硬切割刀具、钻头、磨削工具、拉丝模、精细研磨材料、耐磨涂层等等。

金刚石工具是金刚石与胎体材料组成的复合材料，其性能取决于金刚石颗粒与胎体材料的粘结强度。由于金刚石属于非金属，且性质稳定，和多数金属或合金之间的界面能很高，致使金刚石不能被一般胎体金属所浸润而牢固地粘结，导致金刚石工具在使用中金刚石过早脱落，不仅造成金刚石的浪费，而且严重影响超硬材料工具的使用性能和使用寿命。

为了提高金刚石颗粒与胎体金属的结合能力，现在广泛使用金刚石表面金属化的方法改进金刚石工具性能，即采用一定方法在金刚石表面镀覆一层强碳化物形成元素（W、Ti、Cr、V、Mo、Vb等）金属或合金薄膜，可以使金刚石在胎体材料中实现冶金结合，显著提高金刚石在胎体中的粘结强度，有效提高金刚石工具的性能与质量。其中镀覆强碳化物形成元素Ti改善金刚石颗粒表面与金属胎体浸润性效果较好，且镀覆相对较易，成本较低，因而被广泛应用。镀Ti显著改善金刚石颗粒与金属胎体之间的界面结合力的实质为：Ti在高温下向金刚石颗粒表面富集，在结合面处发生反应Ti+CTiC，TiC的形成使得金刚石和镀层发生牢固化学冶金结合，再者在TiC层之外还有一层未反应的金属Ti层，其和胎体金属具有很好的润湿性。

目前，国内外发展起来的金刚石表面镀钛的方法主要有真空物理气相沉积镀PVD（包括真空蒸发镀、磁控溅射镀及真空离子镀等）、化学气相沉积镀CVD、盐浴镀、粉末覆盖烧结镀和真空微蒸发镀，但现有技术均存在不同程度的缺点及局限性。PVD法存在的主要问题为单次镀覆量低，真空下从蒸发源高速运动的金属粒子只能沉积到堆积的金刚石表层，不能深入到内部沉积，不能实现微粉的均匀镀覆和无漏镀，而且因为各类PVD方法镀覆过程中金刚石的温度低于500℃，达不到钛与金刚石反应形成碳化钛所需的600℃以上温度,所以镀后镀层与金刚石之间只是物理附着，无化学冶金结合；对于CVD法来说，此种方法镀Ti，镀层与金刚石发生化学反应，形成了强力冶金结合，但温度一般在900℃~1200℃，损伤金刚石，同时与PVD一样存在反应气相难以渗入堆积的颗粒内部，单次镀覆量低，镀覆成本高的问题；盐浴镀法的镀覆温度高，镀后从盐浴中分离金刚石工艺复杂，镀覆成本较高；粉末覆盖烧结镀存在的问题同样是由于反应温度高于850℃，金刚石受氧化物侵蚀，强度降低，实际使用效果表明对金刚石工具性能改善不明显，工业化应用效果不好；最具有代表性的真空微蒸发法在650-800℃下于真空中可在金刚石表面蒸镀钛，避免了金刚石石墨化及热损伤，但是该方法需要特定的镀膜设备以及专人操作，成本也较高。

因此，寻求一种优质的金刚石表面镀钛工艺，在金刚石颗粒表面镀上一层均匀致密、质量和结合性能良好的钛层，且镀覆成本低廉显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种金刚石微粒表面镀钛的方法。本发明的目的在于针对现有金刚石表面镀钛成本高、镀层效果不好及工业化生产困难的缺点，提供了一种金刚石表面镀钛的方法，镀层致密均匀、成本低廉、简单高效，可实现工业化生产，本发明通过以下技术方案实现。

一种金刚石微粒表面镀钛的方法，其具体步骤如下：

（1）首先将金刚石微粒表面经除油、粗化后与氢化钛粉末按照质量比为1：0.3～0.8混合均匀然后置于陶瓷坩埚中后又置于碳化硅坩埚中，并放置于微波腔体中；

（2）将微波腔体中抽真空至真空度为0.1～5Pa，然后通入2500～3000ml/min保护性气体10～12min，再进行二次抽真空至真空度为5～10Pa，再次通入保护性气体到正压，并保持接通，将温度升至660～820℃条件下保温1～2h得到烧结混粉，将烧结混粉随炉冷却，冷却后的混粉进行研磨过筛后，用酒精于磁力搅拌下清洗，最后经真空干燥后得到表面镀钛的金刚石微粒表面。

所述金刚石微粒粒径为80～150μm，氢化钛粉末的粒径小于45μm，纯度为大于99%。