[发明专利]一种金刚石表面形成高温稳定覆层的方法

说明书

本发明公开了一种金刚石表面形成高温稳定覆层的方法，包括：将Si粉、Co粉和TiC或者WC混合后进行球磨，得到金属化混合粉末；将表面镀覆硅层的金刚石微粉和金属化混合粉末以及有机溶剂混合均匀，烘干后得到混合浆料；将混合浆料加热反应，得到表面具有高温稳定覆层的金刚石。本发明所述金刚石表面形成高温稳定覆层的方法，通过在金刚石微粉表面形成碳化硅与高温稳定性的金属化层，能够明显提高金属合金镀层与金刚石之间的结合强度，并且能够在高温场合使用。

技术领域

本发明涉及金刚石表面处理的技术领域，尤其涉及一种金刚石表面形成高温稳定覆层的方法。

背景技术

金刚石本身除了具有硬度高、抗腐蚀、耐磨性等优异性能，还具有优良的光学、声学、热学和电学等性质。半个多世纪以来，人造金刚石的生产及应用技术的发展突飞猛进，其在数量、质量和许多性能上已达到甚至超过了天然金刚石。金刚石及其制品不仅广泛应用于机械、冶金、建工、交通、国防等各个工业技术领域，更已拓展到高性能的耐热件、耐蚀件、导热元件和芯片等重要领域。以金刚石等为主的超硬材料已成为现代制造技术的基本手段，对国有支柱产业和国防工业起着支撑和促进作用。据国外权威人士统计，世界金刚石的需求正以平均8％左右的年增长速度递增，目前工业金刚石50％左右用于制造石材加工工具。可以预见，当金刚石产品普及后，人类的物质文明就会更上一层楼，乃至达到巅峰，进入永恒的金刚石时代。

金刚石与大部分金属、陶瓷等材料界面之间性能差异较大，界面能较高，使得金刚石与金属或合金间难以有效地润湿，界面结合力较差，即金刚石磨粒与结合剂之间一般是机械镶嵌，在磨削力的作用下极易脱落，降低了磨具的使用寿命。据估算孕镶式金刚石工具中金刚石利用率仅为60％左右，每年有数百万克拉的昂贵金刚石脱落而流失于废屑之中，损失以千万元计。

为提高金刚石工具的寿命，采用金刚石表面改性方法提高金刚石表面与金属间的浸润性和结合强度成为比较合理的方法。目前国内镀覆比较均匀的是采用磁控溅射、化学镀、电镀、PVD、CVD等方法在金刚石表面沉积金属层或碳化物层来提高金刚石与金属间的结合力。然而，这些金刚石表面形成的金属层或碳化物层，要么结合不够紧密，要么在高温条件下解离。因此，本领域迫切需要一种显著改善金刚石与金属间的结合性能且能保证在高温场合使用的金刚石表面改性的方法。

发明内容

基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种金刚石表面形成高温稳定覆层的方法，通过在金刚石微粉表面形成碳化硅与高温稳定性的金属化层，能够明显提高金属合金镀层与金刚石之间的结合强度，并且能够在高温场合使用。

本发明提出的一种金刚石表面形成高温稳定覆层的方法，包括如下步骤：

S1、按重量百分比将20-50wt％的Si粉、30-60wt％的Co粉和10-30wt％的TiC或者WC混合后，加入无水乙醇作为介质进行球磨，球磨20-30h后烘干，过筛后得到金属化混合粉末；

S2、将表面镀覆硅层的金刚石微粉和S1得到的金属化混合粉末以及有机溶剂混合均匀，烘干后得到混合浆料；

S3、将S2得到的混合浆料在真空条件下或在惰性气体保护下加热反应，加热反应的温度为1000-1300℃，时间为30-60min，冷却后过筛去掉多余的金属化混合粉末，得到表面具有高温稳定覆层的金刚石。

优选地，S1中，所述Si粉的粒度≤5um，纯度≥99wt％；所述Co粉的粒度≤3um，纯度≥99wt％；所述TiC的粒度≤2um，纯度≥99wt％；所述WC的粒度≤2um，纯度≥99wt％。