[发明专利]用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物及其制备方法

摘要

本发明属于硬脆材料加工领域，提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物，所述组合物包括金刚石和胎体粉，所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：超细钴粉20‑30份，羰基镍粉5‑15份，铜锡预合金粉10‑20份，超细铁粉10‑20份，磷铜粉1‑10份，钨铜预合金粉5‑15份，β‑碳化硅晶须1‑5份。本发明还提供了一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头的制备方法。本发明提供的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物制备得到的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头具有韧脆俱佳、金刚石出刃好、掏棒效率高、钻头寿命长、掏棒成材率高等优点。 1

主权项

1.一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物，所述组合物包括金刚石和胎体粉，所述金刚石的浓度为30％‑60％，所述金刚石的粒径为150‑250μm，所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：

超细钴粉20‑30份，所述超细钴粉的粒径为2‑5μm，

羰基镍粉5‑15份，所述羰基镍粉的粒径为3‑8μm，

铜锡预合金粉10‑20份，所述铜锡预合金粉末的粒径为20‑35μm，

超细铁粉10‑20份，所述超细铁粉的粒径为3‑8μm，

磷铜粉1‑10份，所述磷铜粉的粒径为25‑40μm，

钨铜预合金粉5‑15份，所述钨铜预合金粉的粒径为1‑2μm，

β‑碳化硅晶须1‑5份，所述β‑碳化硅晶须的直径小于等于2.5μm，长度为50‑500μm，长径比大于20；

所述铜锡预合金粉末中锡的重量百分含量为18‑22％；所述磷铜粉中磷的重量百分含量为20‑24％；所述钨铜预合金粉中铜的重量百分含量为23‑27％。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，

所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：

超细钴粉 22‑28份，

羰基镍粉 7‑13份，

铜锡预合金粉 12‑18份，

超细铁粉 12‑18份，

磷铜粉 3‑9份，

钨铜预合金粉 7‑13份，

β‑碳化硅晶须 1‑4份。

3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，

所述胎体粉包括按照重量份数计的如下成分：

超细钴粉 24‑26份，

羰基镍粉 9‑11份，

铜锡预合金粉 14‑16份，

超细铁粉 14‑16份，

磷铜粉 5‑7份，

钨铜预合金粉 9‑11份，

β‑碳化硅晶须 2‑3份。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，

所述金刚石的浓度为35％‑55％，

所述金刚石的粒径为170‑230μm，

所述超细钴粉的粒径为3‑4μm，

所述羰基镍粉的粒径为4‑7μm，

所述铜锡预合金粉末的粒径为22‑34μm，

所述超细铁粉的粒径为4‑7μm，

所述磷铜粉的粒径为27‑38μm，

所述钨铜预合金粉的粒径为1.2‑1.8μm，

所述β‑碳化硅晶须的直径小于等于0.5‑2μm，长度为100‑450μm，长径比为21‑50。

5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，

所述金刚石的浓度为40％‑50％。

6.一种用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头的制备方法，所述方法包括将权利要求1‑5中的任意一项所述的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物中的各个成分进行充分混合，然后进行造粒和压型的操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括在进行所述混合操作之前，对所述β‑碳化硅晶须的表面进行预处理的操作，所述预处理的操作包括以体积分数为50％‑60％的乙醇为分散介质，以聚乙二醇为表面活性物质，对所述β‑碳化硅晶须进行均匀分散，制成含有β‑碳化硅晶须的悬浮溶液。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述乙醇的体积分数为55％。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

对所述β‑碳化硅晶须的表面进行预处理的操作时，所述分散介质的用量为：以100重量份的β‑碳化硅晶须为基准，乙醇的用量为50‑70重量份；所述表面活性物质的用量为：以100重量份的β‑碳化硅晶须为基准，聚乙二醇的用量为30‑50重量份；对所述β‑碳化硅晶须进行均匀分散采用超声振荡的方式，超声振荡时间为20‑30分钟，。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

对所述β‑碳化硅晶须的表面进行预处理的操作时，所述分散介质的用量为：以100重量份的β‑碳化硅晶须为基准，乙醇的用量为60重量份；所述表面活性物质的用量为：以100重量份的β‑碳化硅晶须为基准，聚乙二醇的用量为40重量份；对所述β‑碳化硅晶须进行均匀分散采用超声振荡的方式，超声振荡时间为25分钟。

11.根据权利要求7或9所述的方法，其特征在于，

所述混合包括将权利要求1‑6中的任意一项所述的用于蓝宝石掏棒的金刚石钻头组合物中的各个成分中除了β‑碳化硅晶须之外的成分，按照权利要求1‑6中的任意一项所述的配方比例混合后以无水乙醇为研磨介质湿磨2‑3小时，然后加入所述含有β‑碳化硅晶须的悬浮溶液继续研磨6‑8小时。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述研磨的速度为200rpm‑400rpm，球料比为(3‑5):1。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述研磨的球料比为(3.5‑4.5):1。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述混合还进一步包括将经过所述研磨之后获得的料浆进行干燥处理的步骤；所述干燥处理包括：在真空氛围内，先在低于80℃的温度下处理15‑25分钟，再在100℃及以上的温度下处理50‑70分钟。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述混合还进一步包括将经过所述研磨之后获得的料浆进行干燥处理的步骤；所述干燥处理包括：在真空氛围内，先在60℃‑79℃的温度下处理20分钟，再在100℃‑130℃的温度下处理60分钟。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，经过所述造粒处理后，所述组合物粉末形成粒度为30～60目的组合物微粒。

17.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述压型的操作包括：将经过所述造粒处理后获得的组合物微粒放入模具中，然后在热压烧结机中烧结，烧结的温度为830‑870℃，压力为22‑27MPa，保温时间为150‑210s。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征