[发明专利]金刚石复合片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种金刚石复合片及其制备方法，涉及超硬复合材料技术领域。本发明金刚石复合片包括金刚石层和碳化钨/钴硬质合金层，其中金刚石层加入有晶粒抑制剂，晶粒抑制剂作为硬质相掺杂于聚晶体内部，缓解了金刚石晶粒的异常长大现象；同时，本发明还在在碳化钨/钴硬质合金层中掺杂金刚石微粉，也可以抑制Co元素在界面处对于晶粒长大的促进作用，此外，由于金刚层与碳化钨/钴硬质合金衬底层均含有金刚石，也提高了本发明金刚石复合片在界面处的结合力，使复合片的结合更为紧密。因此，本发明上述金刚石复合片具有晶粒细小，显微结构致密的优点。

技术领域

本发明涉及超硬复合材料技术领域，尤其是涉及一种金刚石复合片及其制备方法。

背景技术

金刚石复合片，又称金刚石与硬质合金复合材料，其是由0.5～1.0mm厚的金刚石与几毫米厚的WC/Co(碳化钨/钴)硬质合金衬底在高温高压下烧结而成的。这种材料具有金刚石的硬度与耐磨性，又由于硬质合金衬底的存在而具有优越的耐冲击性，是一种优良的复合材料。它被广泛地应用于制造石油钻头、地质钻头和切削工具。金刚石复合片中金刚石的晶粒尺寸对产品性能有着重要的影响，其晶粒越小，其冲击韧性越好，同时可以兼具硬度、耐磨性，特别适合对材料的精密/超精密加工。例如晶粒尺寸小于1μm、显微结构均匀的金刚石聚晶在做切削工具或拉丝模时具有优异的性能。

由于制备过程中超高压下的塑性变形和空隙的存在使金刚石原料局部处于高温低压的热力学不稳定状态，极易导致金刚石粉末产生石墨化现象。在高温高压烧结过程中，WC/Co硬质合金衬底中的Co渗透到金刚石颗粒之间，在Co相的作用下，上述的金刚石粉末产生的石墨不断的与金刚石晶粒直接键结合，导致金刚石复合片的金刚石层存在晶粒异常长大的现象，金刚石粉料越细，往往异常长大现象就越严重。

现有技术中为应对上述问题，往往采用减少WC/Co硬质合金衬底中Co相组分含量的办法，但是Co相的存在，又对金刚石复合片的致密化产生关键的作用。因此，减少WC/Co硬质合金衬底中Co相组分含量的方法又导致了金刚石复合片的致密化不够的问题。

因此，针对现有的金刚石复合片的组成成分和制备方法进行改进，研究开发出一种可以在高温高压烧结过程中抑制金刚石层中金刚石晶粒异常长大的方法，进而制备出晶粒细小，显微结构致密的金刚石复合片，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种金刚石复合片，所述金刚石复合片具有晶粒细小，显微结构致密等优点，有效缓解了在高温高压烧结过程中金刚石层中金刚石晶粒异常长大的现象。

本发明的第二目的在于提供一种所述金刚石复合片的制备方法，该方法先将金刚石层原料在苯溶剂中进行分散混匀，随后进行真空干燥得到金刚石层粉料，最后对金刚石复合体进行高温高压合成，得到金刚石复合片。该方法制备得到的金刚石复合片具有晶粒细小，显微结构致密的特点。

本发明提供的一种金刚石复合片，所述金刚石复合片包括金刚石层和碳化钨/钴硬质合金层；

所述金刚石层，按重量份数计，主要由以下原料组成：金刚石微粉77～89份、晶粒抑制剂1～8份；

所述碳化钨/钴硬质合金层，按重量份数计，主要由以下原料组成：碳化钨粉75～80份的、钴粉5～17份以及金刚石微粉8～15份组成。

进一步的，所述晶粒抑制剂主要由SiC、WC和cBN以任意比例混合组成。

进一步的，所述金刚石微粉的粒度为0.1～1μm；

优选的，所述金刚石微粉的粒度为0.1～0.5μm。

进一步的，所述晶粒抑制剂的粒度为0.1～0.5μm；

优选的，所述晶粒抑制剂的粒度为0.1～0.3μm。