[发明专利]一种聚晶金刚石及其制备方法和用途

说明书

本申请提供了一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。所述制备方法包括以下步骤：将纳米金刚石预压坯表面进行包覆，放入模具中，进行升压升温烧结，保温后降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，得到聚晶金刚石；其中，包覆所用的材料包括六方氮化硼、氧化镁或钽中的任意一种或至少两种的组合；不同晶粒尺寸的聚晶金刚石采用不用的包覆材料。通过在聚晶金刚石制备过程中包覆烧结，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到了具有高密度以及超强硬度的聚晶金刚石样品，提高了纳米金刚石硬度与韧性，拓宽了其应用领域。

技术领域

本申请属于超硬材料的技术领域，涉及一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。

背景技术

纳米材料在原子级别的层次上对于传统材料进行重新组构，使得材料的性能得以更加卓越突出，在诸多的技术应用领域开拓了广阔的前景。纳米金刚石具有比单晶金刚石更高的强度与韧性。现有国、内外制备金刚石聚晶采用高温高压与微波CVD两种方法烧结制备。

上述两种方法均不好控制聚晶金刚石的晶粒尺寸，不容易得到目标晶粒尺寸的聚晶金刚石。

发明内容

本申请的目的在于提供一种聚晶金刚石及其制备方法和用途。通过在聚晶金刚石烧结制备过程中包覆烧结，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到了具有高密度以及超强硬度的聚晶金刚石样品，提高了纳米金刚石硬度与韧性，拓宽了其应用领域。

为达到此申请目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种聚晶金刚石的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米金刚石粉体进行加热净化处理，然后压制成型，得到纳米金刚石预压坯；

(2)将步骤(1)所述纳米金刚石预压坯表面进行包覆，放入模具中，进行升压升温烧结，保温后降温降压，随后将样品表面的包覆物进行剥离，得到聚晶金刚石；

其中，所述包覆所用的材料包括六方氮化硼、氧化镁或钽中的任意一种或至少两种的组合；不同晶粒尺寸的聚晶金刚石采用不用的包覆材料。

本申请通过在烧结前的金刚石样品表面进行包覆，有效地控制了金刚石晶粒的异常生长，本申请所提供的包覆材料有利于控制晶粒的生长，使的纳米金刚石在烧结时晶粒可以基本不继续生长或者较小幅度的生长，提高了聚晶金刚石材料的密度和硬度。同时，在高温高压以及不同的包覆材料下，有效地调控了金刚石的晶粒尺寸以及生长情况，得到不同晶粒尺寸的聚晶金刚石。

在一种可能的实施方式中，包覆材料为六方氮化硼，聚晶金刚石的晶粒尺寸为微米级。

在一种可能的实施方式中，包覆材料为氧化镁，聚晶金刚石的晶粒尺寸为纳米级。

在一种可能的实施方式中，包覆材料为钽，聚晶金刚石的晶粒尺寸为毫米级。

优选地，步骤(1)所述加热净化的温度为700～1150℃。

优选地，步骤(1)所述加热净化后的保温时间为50～300min。

优选地，步骤(1)所述加热净化的升温速率为3-50℃/min。

优选地，步骤(1)所述加热净化的降温速率为3-50℃/min。

优选地，步骤(1)所述加热净化的气氛为保护性气氛。

优选地，所述保护性气氛的气体流速为10～100ml/min。

优选地，所述保护性气氛包括氩气、氮气、氩氢混合气、氮氢混合气。

优选地，步骤(1)所述压制成型的方法包括冷压成型。

优选地，步骤(2)所述包覆的厚度为0.1～0.5mm。