[发明专利]一种自蔓延制备金刚石节块工具的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石工具的制备方法，尤其涉及一种激光诱导自蔓延真空制备金刚石节块工具的方法。

背景技术

金刚石节块，广泛运用于制备诸如金刚石锯片、磨轮、刀头等金刚石工具。金刚石节块工具通常由工具基体、金刚石节块等组成，其中金刚石节块是其制备的核心。金刚石节块工具按其制备的结合剂种类可以分为三种：金属结合剂、陶瓷结合剂和树脂结合剂。其中，金属结合剂金刚石节块工具具有良好的磨粒把持力、较高的切削效率和优良的使用寿命，广泛运用于石材、混凝土、耐火砖、陶瓷、玻璃等硬脆性材料加工领域。

制备金属结合剂金刚石节块工具通常采用粉末冶金烧结法。粉末冶金法制备主要有冷压-浸渍法、预压-煅烧-热压烧结法和预压-热压烧结法。

冷压-浸渍法是利用冷压机将金刚石与结合剂混合在钢模具中施加一定压力压制出毛坯，卸模后再将熔化的结合剂粘结金属熔渗进金刚石与高熔点粗颗粒的结合骨架相中。

预压-煅烧-热压烧结法是将混合料冷压成型后，在一定的温度下煅烧之后，送入热压机预压，通电加热至工艺温度，保温保压一定时间后卸压冷却，最后卸下热压模具。

预压-热压烧结法是将金刚石混合料预压具有一定密度的压坯后，再用热压烧结机烧结制备金刚石节块。目前国内普遍采用此方法制造金刚石节块。

目前，上述几种传统粉末冶金烧结法制备金刚石节块，所需的热量均是由外部热量提供，烧结体系自身并不能自发反应产生热量，磨粒与胎体之间不能产生化学冶金结合；生产周期长，能耗高，生产效率较低，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有制备金刚石节块工具的缺点，提出一种利用激光诱导的自蔓延真空制备金刚石节块工具，以实现制备高性能金刚石节块工具，提高工具的使用寿命和加工效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

（1）选用平均粒径≤38微米的Ni-Al-Cr-Ti-Co-Ce金属粉末，各组分摩尔比例分别为：Ni：40-70%；Al：10-30%；Cr：5-20%；Ti：5-25%；Co：0-5%；稀土Ce合金：0.05-1%，磨料为金刚石，金刚石浓度为20-100%（即单位体积所含金刚石磨料的重量,参见GB/T6409.1-94），将金属粉末按一定比例在球磨机中均匀混合6-36小时，得到混合均匀的金属粉末混合料；

（2）将步骤（1）得到的金属粉末混合料与一定浓度的金刚石磨料在混料机中混匀4-24小时，得到节块混合料；

（3）将步骤（2）得到的节块混合料根据金刚石工具形状，在模具中压制成型（例如扇形、矩形或圆柱形等形状），压制过程保压5-30分钟，得到节块压块；

（4）将步骤（3）得到的节块压块放置于80-120℃恒温箱中，保温1-3小时，去除节块压块中的水分和相关气体成分，将恒温处理后的节块压块置于真空自蔓延反应容器的工作台上，调整节块压块的位置使激光光斑能够加热覆盖到整个节块，封闭反应容器，抽真空直至真空度达到≤10^-2Pa，用激光覆盖加热节块压块，调整激光引燃功率，节块压块引燃自蔓延反应后，停止激光加热，节块压块依靠自身反应放出的热量来维持反应继续进行，直至合成金刚石节块；

（5）将步骤（4）得到的金刚石节块经过修磨、加工，通过诸如钎焊等相关的连接技术装配组合成相应金刚石工具。

本发明采用激光诱导自蔓延真空制备金刚石节块工具，该方法利用激光诱导加热方法，可以实现节块的快速选区加热，并且对金刚石和胎体的热影响较小。金刚石磨料和胎体材料通过化学冶金结合，提高了节块的机械性能，进而提高了节块使用寿命和加工效率。与已有技术相比，本发明优点在于：