[发明专利]热压烧结金刚石工具用石墨模具抗氧化浸渍剂及其配制方法和处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗氧化浸渍剂，特别是涉及一种热压烧结金刚石工具用石墨模具抗氧化浸渍剂及其配制方法和处理方法。

背景技术

热压烧结金刚石工具用石墨模具，在金刚石工具制造过程中担负着发热元件和模具支撑的双重作用，石墨模具的质量优劣，直接影响到金刚石工具的尺寸精度、外观形状等。热压金刚石工具的烧结工艺要求：温度达到1000℃±2℃，成型压力为16～50MPa，保温保压时间为15～30min，环境为非真空状态。在此工况条件下，要求作为成型及发热元件的石墨模具具有导电性、较高的电阻率、足够的机械强度、较好的抗氧化性能和较长的使用寿命，以此确保热压金刚石工具的尺寸精度、优异性能及较长的使用寿命。

目前，国内高温热压金刚石工具用石墨模具，一般选用普通石墨或高纯石墨加工而成，经过不断地选型、研制和改进，其主要技术性能参数基本上能满足其热压烧结工艺的要求，但与当今国际先进水平相比，还有较大的差距。

欧、美、日等发达国家的热压金刚石工具用石墨模具，主要是超细颗粒结构、高纯度和高石墨化度的石墨材料，要求其平均粒径小于15μm，甚至10μm以下，中等气孔尺寸小于2μm。用超细颗粒的碳素原料做成的高石墨化度的石墨模具，具有气孔率小、结构致密，表面光洁度高，抗压、抗折强度高，电阻率高，抗氧化性强这些特点，由此能够确保热压金刚石工具的尺寸精度、表面光洁度和磨削性能。

由于碳素原材料的超细磨粉工艺难度极大，目前，只有欧、美、日等发达国家可以生产这种超细颗粒结构的石墨模具，国内生产的碳素颗粒，平均粒径只能达到37～45μm，个别生产厂家可以达到25μm，但还不能批量生产。同时，国内生产的高纯石墨，其纯度也远低于国外，由此生产的石墨模具结构疏松、颗粒较粗，模具表面光洁度低、气孔率高，抗氧化性能和抗压强度相对较低。因此，目前石墨模具在使用过程中普遍存在以下几个问题：（1）模具表面氧化速度过快，由于氧化腐蚀，引起模具表面气孔和表面粗糙度增大，外观和尺寸精度降低，不仅影响石墨模具使用寿命，而且影响金刚石工具加工精度。（2）模具在重复使用过程中，由于氧化腐蚀强度降低，常常在热压过程中模具出现断裂，这不仅造成石墨的巨大浪费，同时增加了金刚石工具制造成本，也带来了生产安全上的隐患。（3）模具导电、导热性能下降，影响金刚石工具的内在质量及其稳定性。因此，在高温热压过程中，为了确保金刚石工具质量的稳定性和生产安全性，不得不限定石墨模具的使用次数。目前，国内石墨模具使用次数在5～8次，仅为国外产品使用次数的四分之一，这不仅造成石墨材料的巨大浪费，同时增加了金刚石工具的制造成本。国内市场上超细结构石墨模具主要是依靠进口，且价格很高，是国内普通石墨模具报价的4～5倍。因此，针对高温热压制造金刚石工具用石墨模具开展抗氧化专题研究，选择一种工艺简单、成本低、易于工业化生产的抗氧化处理技术，具有非常重要的意义。

近年来，国内外学者对石墨抗氧化技术进行了大量研究，研究开发出了多种降低石墨材料氧化消耗新技术，例如：抗氧化表面涂层法、溶液浸渍法、自愈合和炭陶复合法等。在空气中石墨材料1600℃以下的抗氧化问题已经基本解决，但从石墨材料的综合性能以及用途考虑，仍然存在未能解决的技术问题，各种抗氧化处理方法也存在有一定的缺陷和局限性。表面涂层法成本价格高，涂层与石墨基体之间的热膨胀系数差别大，在高温热压过程中易脱落或产生裂纹，形成氧的扩散通道，会降低石墨模具的抗氧化性能；自愈合及炭陶复合法，是通过添加在石墨材料基体中的陶瓷粒子氧化，在石墨材料表面形成陶瓷膜，使石墨材料的表面具有一些陶瓷材料性能，尽管提高了石墨的抗氧化性和抗压强度，但是会引起石墨材料导电性下降、自润滑性降低等，对于热压烧结制造金刚石工具用石墨模具抗氧化处理受到限制；溶液浸渍法是针对石墨材料具有多孔性，选择配制特种抗氧化浸渍剂溶液，通过一定的处理工艺，使抗氧化剂对石墨材料的气孔进行封闭，并在表面形成一层防氧化保护层，阻止氧化性气体对石墨的氧化腐蚀。溶液浸渍法对石墨材料的特性影响较小，处理后基本保持了石墨材料的自身特性，缺点是抗氧化效果不如涂层法、自愈合及炭陶复合法。

发明内容

本发明的目的在于克服目前高温热压金刚石工具用石墨模具存在的缺陷，提供一种工艺简单、成本低、适用于热压烧结金刚石工具用高温石墨模具的抗氧化处理技术，即本发明要解决的技术问题是提供一种热压烧结金刚石工具用石墨模具抗氧化浸渍剂及其配制方法和处理方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：