[发明专利]一种聚晶金刚石复合片及其制备方法

权利要求书

1.一种聚晶金刚石复合片，包括圆柱状的复合片基体和工作端面，所述复合片基体包括硬质合金基层和硬质合金基层上表面覆盖的聚晶金刚石层，所述工作端面位于聚晶金刚石层的上端面，其特征在于，所述工作端面上设有多层纳米金刚石层，每层纳米金刚石层包括两层平均晶粒尺寸不同的纳米晶层；

制备复合片基体的具体操作为：将金刚石粉和粘结剂混合，与硬质铝合金基体在5～5.5GPa、1400～1600℃下烧结3～8min 得到硬质合金基层上表面覆盖有聚晶金刚石层的复合片基体毛坯，将复合片基体毛坯通过磨加工、精加工处理后得到聚晶金刚石层的上端面加工有工作端面的复合片基体；以体积百分比计，所述金刚石粉为45～90%、粘结剂为10～55% ；所述粘结剂为超硬耐高温陶瓷氮化物材料；所述金刚石粉按以下体积份数配制：0.5～1μm 金刚石粉55～60 份、2～4μm 金刚石粉30～40 份、6 ～ 8μm 金刚石粉5～20 份。

2.如权利要求1 所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述聚晶金刚石层的侧面或复合片基体的侧面上均设有多层纳米金刚石层。

3.如权利要求1 或2 所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于，每层纳米金刚石层包括的两层纳米晶层的平均晶粒尺寸分别为20～40nm 和60～80nm；每层纳米晶层的厚度为0.3～0.5um。

4.如权利要求3 所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于，多层纳米金刚石层的总厚度为6～20μm。

5.一种聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备复合片基体：所述复合片基体包括硬质合金基层和硬质合金基层上表面覆盖的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的上端面加工有工作端面；

（2）前处理：将复合片基体表面抛光、除油、清洗和烘干后，经王水酸化2 ～ 5s 或用喷砂机对其表面喷砂后，再经表面除油、清洗、烘干后进入镀膜工序；

（3）CVD 镀膜：将经过前处理后的复合片基体置于CVD 热丝金刚石设备的基片台上，在复合片基体的工作端面沉积多层纳米金刚石层，每层纳米金刚石层包括两层平均晶粒尺寸不同的纳米晶层；

（4）对纳米金刚石层表面抛光处理即得聚晶金刚石复合片；

制备复合片基体的具体操作为：将金刚石粉和粘结剂混合，与硬质铝合金基体在5 ～5.5GPa、1400 ～1600℃下烧结3 ～ 8min 得到硬质合金基层上表面覆盖有聚晶金刚石层的复合片基体毛坯，将复合片基体毛坯通过磨加工、精加工处理后得到聚晶金刚石层的上端面加工有工作端面的复合片基体；以体积百分比计，所述金刚石粉为45～90%、粘结剂为10～55% ；所述粘结剂为超硬耐高温陶瓷氮化物材料；所述金刚石粉按以下体积份数配制：0.5～ 1μm 金刚石粉55～60 份、2～4μm 金刚石粉30 ～ 40 份、6～ 8μm 金刚石粉5～20份。

6.如权利要求5 所述的聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，在对复合片基体的工作端面沉积多层纳米金刚石层的同时，对聚晶金刚石层的侧面或复合片基体的侧面上沉积多层纳米金刚石层。

7.如权利要求6 所述的聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为位于化学元素周期表中IVB、VIB、IIIA、IVA 元素的氮化物中的一种或两种以上的组合。

8.如权利要求7 所述的聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为TiN、ZrN、CrN、AlN 和SiN 中的三种或三种以上的混合物。

9.如权利要求5 或6 或7 或8 所述的聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，CVD镀膜具体包括以下步骤：

a）将复合片基体置于CVD 热丝金刚石设备的基片台上，抽真空至0.6 ～ 0.8Pa 加热基体温度至700 ～ 900℃，通入CH4和H2，真空度至0.1 ～ 0.3Pa，复合片基体表面形核，同时通入惰性气体保护，惰性气体的气压0.1 ～ 0.5Pa ；b）调整热丝温度，在复合片基体的工作端面上沉积一层0.3 ～ 0.5μm 厚的纳米晶层，该纳米晶层的平均晶粒尺寸为20 ～40nm ；

c）调整热丝温度，在上一步骤形成的纳米晶层上再沉积一层0.3 ～ 0.5μm 厚的纳米晶层，该纳米晶层的平均晶粒尺寸为60 ～ 80nm ；

d）重复步骤b）和c）直至镀膜结束。