[发明专利]金刚石硬质合金复合片的高温高压合成装置及其方法

说明书

本发明涉及金刚石硬质合金复合片的高温高压合成装置及其方法，包含外盐管、内盐管以及叶腊石，叶腊石具有用于配装外盐管和导电钢圈的通孔，外盐管装于其内，外盐管内配装碳管，碳管内配装内盐管，金属杯放入内盐管内，上下端口封装有盐片，叶腊石的通孔上下端再装入碳片和导电钢圈，碳片与外盐管、碳管、内盐管以及盐片相贴合。应用时，碳管同时加热内盐管和外盐管，同时产生两个熔化盐所形成的等静压区域，即内等静压池和外等静压池，内等静压池提供适合金刚石硬质合金复合片烧结的各向压力均等的热等静压环境，外等静压池为其内的碳管提供受力均匀的压力环境，碳管受力均衡；显著提升金刚石硬质合金复合片的烧结品质。

技术领域

本发明涉及一种金刚石硬质合金复合片的合成装置及其方法，尤其涉及一种双池热等静压条件下高温高压合成装置及其合成工艺。

背景技术

金刚石硬质合金复合片由金刚石微粉和硬质合金基座在高温高压条件下烧结而成，其具有金刚石的高硬度、高耐磨性和硬质合金的抗冲击性能，用于制造金刚石钻头，最终用于石油、天然气、页岩气的勘探和开采。

目前，金刚石硬质合金复合片的生产工艺步骤如下：①对金刚石微粉进行酸、碱净化处理；②硬质合金基座表面喷砂去除杂质；③将净化处理过的硬质合金基座和金刚石微粉装入高熔点金属杯内；④将前述已装入硬质合金基座和金刚石微粉的金属杯放入真空炉内进行高温净化处理；⑤将前述净化处理后的金属杯扣上盖杯，装入合成块。⑥将合成块放入六面顶压机内进行高温高压烧结；⑦最后将烧结所得到的金刚石硬质合金复合片加工成符合商品化要求的产品。六面顶压机工作时，60～100MPa的高压油注入直径500～850mm的油缸，推动六只活塞向中心移动，当前部的顶锤接触到合成块(六面体)的六个面后挤压合成块，合成所需高压通过叶腊石传递，加热用电流通过上下导电钢圈传入碳片和碳管，使其发热，且将碳管内的盐和高熔点金属杯加热至1400～1500℃，盐在此高温下熔化，由固相变成液相，构成一个等静压的传压环境，使得其内的高熔点金属杯所包裹的金刚石微粉和硬质合金基座处于温度1400～1500℃，压力6～7GPa热等静压环境中进行烧结。由于通过叶腊石传导的外加压力非常高，会使得承担加热作用的碳片和碳管发生变形，致使发热场空间扭曲变形，影响热场的空间均匀性，进而影响金属杯的受热均匀性，最终使得杯内金刚石硬质合金复合片在烧结过程中受热不均，降低其烧结质量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种金刚石硬质合金复合片的高温高压合成装置及其方法，旨在改善金刚石硬质合金复合片的高温受热的均匀性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

金刚石硬质合金复合片的合成装置，特点是：包含外盐管、内盐管以及叶腊石，叶腊石具有用于配装外盐管和导电钢圈的通孔，外盐管装于其内，外盐管内配装碳管，碳管内配装内盐管，金属杯放入内盐管内，上下端口封装有盐片，叶腊石的通孔上下端再装入碳片和导电钢圈，碳片与外盐管、碳管、内盐管以及盐片相贴合。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，内盐管采用NaCl纯度高于99.5％的高纯盐。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，内盐管由NaCl纯度高于99.5％的高纯盐通过冷等静压高压成型，内盐管密度高于2.15g/cm³。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，内盐管的径向厚度为2～5mm。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，外盐管由NaCl与保温粉体材料压制而成。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，保温粉体材料的质量比为5～30％。

进一步地，上述的金刚石硬质合金复合片的合成装置，其中，保温粉体材料为Si₃N₄、CrO₂或AL₂O₃。