[发明专利]一种陶瓷结合剂金刚石复合材料

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种界面结合性较好的陶瓷结 合剂金刚石复合材料。

背景技术

金刚石硬度和熔点极高，热导率高，热容小，热膨胀率低，是一种性能极其优良的超 硬材料，但是金刚石烧成时扩散系数很低，单一的金刚石并不能制成生产应用中所需的金 刚石制品。因此，在工业生产中，一般通过其他材料，也就是通常所说的各类结合剂，通 过各种方式把金刚石结合到一起，来制备可以投入实际应用的各类金刚石复合材料。陶瓷 结合剂金刚石复合材料是一类重要的金刚石基复合材料，在工业各领域中均具有广泛的应 用。

目前，对于陶瓷结合剂与金刚石界面结合方面的研究比较少，对其陶瓷结合剂与金刚 石之间的结合机理认识还比较浅，这制约了新型陶瓷结合剂金刚石复合材料研究进展。 ZhangXH等人研究了金刚石与硼硅玻璃体系结合剂的润湿性和反应性。李旭燕、栗正新 等人研究了金刚石陶瓷结合剂界面结合对金刚石把持力的影响。杨雪峰等探索了提高陶瓷 结合剂对于金刚石颗粒界面结合力的两种可行方法，一种方法是提高陶瓷结合剂的硬度， 另一种方法是在金刚石颗粒表面涂覆一层氧化铝层。张小福等通过扫描电子显微镜对复合 材料微观形貌的分析，以及复合材料的物相分析来研究复合材料中金刚石颗粒与陶瓷结合 剂的界面结合情况。WangPF等研究了Na₂O-B₂O₃-SiO₂系陶瓷结合剂与金刚石复合材料 的界面结合情况，并分析了ZnO，Fe₂O₃等添加剂对复合材料界面性能的影响。本发明没 有采用氧化物添加或者研究基础配方来提高界面结合性，而是通过添加低熔点金属铜来改 善两者界面结合性。

发明内容

本发明主要通过研究基础陶瓷结合剂成分，低熔点金属铜添加剂对陶瓷结合剂的性能 影响，以及结合剂与金刚石之间界面润湿性、物相成分、界面结合强度等界面结合行为的 影响，并通过X衍射仪、SEM等测试手段分析其界面结合状况，确定了本发明的陶瓷结 合剂成分与添加剂最优添加量，从而改善了结合剂与金刚石间的界面结合状态，提供了一 种界面结合性较好的陶瓷结合剂金刚石复合材料。

本发明通过如下技术得以实现，

一种陶瓷结合剂金刚石复合材料，原料组分及其质量比为陶瓷结合剂:金刚石颗粒:陶 瓷粘结剂﹦20:100:7；

陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：SiO₂35wt％～45wt％、H₃BO₃20wt％～ 30wt％、Na₂CO₃2wt％～6wt％、Li₂CO₃4wt％～8wt％、Al₂O₃4wt％～8wt％、CaO 10wt％～20wt％，在此基础上外加铜粉末3.5wt％～4.5wt％；

上述陶瓷结合剂金刚石复合材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)按原料组分及其质量百分比含量：SiO₂35wt％～45wt％、H₃BO₃20wt％～30wt％、 Na₂CO₃2wt％～6wt％、Li₂CO₃4wt％～8wt％、Al₂O₃4wt％～8wt％、CaO10wt％～20wt％进 行配料，放入球磨机干磨6小时，球料比为2:1，过筛；

(2)将步骤(1)过筛后的原料在电阻炉中于1300℃煅烧，之后水冷淬火，制得玻璃熔料；

(3)将步骤(2)淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，过筛，得到基础陶瓷结合剂粉末；

(4)在步骤(3)的基础陶瓷结合剂中，外加质量百分比含量为3.5～4.5％的铜粉末,制得 本发明的陶瓷结合剂；

(5)将步骤(4)的陶瓷结合剂与金刚石颗粒、陶瓷粘结剂按20:100:7的质量比混合，干压 成为坯体，然后将坯体在高温烧结炉中烧结至750℃，之后室温自然冷却，制得陶瓷结合 剂金刚石复合材料。

所述铜粉末为质量纯度99.9％的金属铜粉末。

所述陶瓷粘结剂为石蜡。