[发明专利]一种消除金刚石复合片残余应力的方法

说明书

本发明公开了一种消除金刚石复合片残余应力的方法，包括以下步骤：将金刚石复合片于真空加热炉内，抽真空至炉内压力小于5×10^‑2Pa，开始进行梯度升温并充入混合气体，最终使炉内温度为560~800℃、炉内压力为1~3MPa，并保持60~180分钟，待炉内温度降至80℃以下，排出炉内气体，取出金刚石复合片；所述混合气体是氮气中混有少量氢气、甲烷及二氧化碳。本发明保持炉内一定压力来抑制金刚石在高温下的石墨化倾向，通过温度调节金属成分应力，通过甲烷分解产生的微量碳原子沉积现象充填金刚石裂隙；有效地降低或消除金刚石复合片内部的残存应力，从而提高金刚石复合片刀具的成品率，延长刀具的使用寿命。

技术领域

本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种消除金刚石复合片残余应力的方法。

背景技术

机械刀具类超硬材料复合片包括人造金刚石类复合片和立方氮化硼复合片，具有较高的硬度与耐磨性，切削精度高，适用于切削木材、陶瓷等非金属，以及高硬度合金、非铁金属及其他金属的切削及加工。超硬材料复合片还可根据用户需要，将超硬材料复合片加工成长方形、三角形、扇形等形状。

金刚石复合片是将金刚石依附在硬质合金基体上经高温高压复合而成，由于金刚石层与硬质合金基体在弹性模量、热膨胀系数等物理性能上有很大的差异，从而致使金刚石复合片在复合合成过程中产生较大的残余应力，残余应力的大小和分布区域对金刚石复合片的性能具有较大影响。这种残余应力的存在使金刚石复合片强度降低，使得金刚石复合片在切割和研磨制备刀齿的过程中或切割过程中，出现“崩边”现象，如：图1（a）中刀具右下角出现掉角，图1（b）中刀具顶角出现掉角，图1（c）中刀具下边缘处出现崩边现象；残余应力的存在还会致使出现裂纹缺陷，如图2所示。

因此，对于金刚石复合片残余应力消除方法的研究具有非常重要的意义。目前金刚石复合片有两种，一种是金刚石层中的金刚石颗粒在合成过程中已生长交连在一起的高档金刚石复合片，能承受复合片切、磨加工成任意形状，适应高速切削刀具制造等较高要求；另一种是金刚石层中的金刚石颗粒分别独立存在，很少或无颗粒之间的交连，所制复合片需基本整体应用，不适应切磨成其它形状，也不能用于刀具用途。由于刀具一般具有特定的规格和型号，所以在不改变刀具结构及材料的前提下，从加工工艺角度寻求消除残余应力的方法，更适用于企业大规模生产。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种消除金刚石复合片残余应力的方法，可有效降低或消除金刚石复合片内部的残存应力，更特别适用于提高金刚石复合片切割刀具的成品率，延长刀具的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种消除金刚石复合片残余应力的方法，包括以下步骤：将金刚石复合片置于真空加热炉内，抽真空至炉内压力小于5×10^-2 Pa，开始进行梯度升温，在梯度升温的过程中向炉内充入混合气体，最终使炉内温度为560~800℃、炉内压力为1~3 MPa，并保持60~180分钟，停止加热，待炉内温度降至80℃以下，排出炉内气体，取出金刚石复合片；

其中，所述混合气体由以下体积百分比的组分组成：氢气 0.1~3%、甲烷 1.0~8.0%、二氧化碳0.1~1.5%，余量为氮气。

优选地，所述梯度升温的过程为：首先于20~40分钟内由室温升温至190~210℃，并保温5~20分钟；然后于20~40分钟内升温至390~410℃，并保温20~40分钟；最后于30~60分钟内升温至560~800℃。

优选地，梯度升温过程中，前20~40分钟保持炉内压力小于5×10^-2 Pa，然后再充入混合气体。