專利名稱：含表面金屬化陶瓷相的金剛石工具制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種磨削堅(jiān)硬巖石及硬質(zhì)金屬或非金屬材料的孕鋃金剛石工具特別是金剛石鉆頭、鋸片、砂輪的制造方法它包括陶瓷相顆粒表面金屬化、胎體熱壓燒結(jié)等工藝，屬于孕鋃金剛石工具制造技術(shù)領(lǐng)域。
孕鋃金剛石工具在磨削堅(jiān)硬、致密、弱研磨性巖石或其它硬質(zhì)材料時(shí)，胎體部分往往磨損很慢，而金剛石因高應(yīng)力下的破碎、強(qiáng)烈磨損失去出刃而鈍化，因而出現(xiàn)磨損效率極低的“打滑”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工效。為了解決這一問題，傳統(tǒng)的方法是降低胎體的硬度，以使胎體加快磨損，保證金剛石及時(shí)出刃，這種方法大大縮短工具的壽命，且提高效率的作用非常有限。歐洲專利申請(qǐng)公開83303312.9公開了一種金剛石工具的制作方法，其方法是在工具胎體粉末中加入氧化鋁、碳化硼、碳化硅等打磨劑顆粒，這種方法雖可以使金剛石有較好的出露，但打磨劑與胎體粘結(jié)劑間的結(jié)合強(qiáng)度極低，胎體易出現(xiàn)裂紋和掉塊現(xiàn)象，工具壽命受到很大影響。美國(guó)專利US4399167公開了一種金剛石、立方氮化硼顆粒表面鍍覆金屬的方法，可使鍍層與磨粒間形成良好的化學(xué)結(jié)合。但使用該方法處理金剛石制成的工具不能解決“打滑”或“鈍化”現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于制造一種孕鋃金剛石工具，如鉆頭、鋸片、砂輪等，在磨削堅(jiān)硬、弱研磨性巖石或其它硬質(zhì)材料時(shí)，既能防止“打滑”或“鈍化”現(xiàn)象，又能使工具具有較長(zhǎng)的使用壽命。
本發(fā)明是在不降低胎體硬度的前提下，在制造金剛石工具時(shí)，在胎體中加入經(jīng)表面金屬化處理的碳化硅、碳化硼、剛玉、TiB2等陶瓷相，既調(diào)整胎體耐磨性和研磨性，克服“打滑”或“鈍化”現(xiàn)象;同時(shí)解決陶瓷相與胎體粘結(jié)劑間的結(jié)合問題，從而達(dá)到提高磨損效率和延長(zhǎng)使用壽命的目的。
本發(fā)明采用真空混料沉積反應(yīng)法對(duì)陶瓷相顆粒進(jìn)行表面金屬化處理。將能與陶瓷相形成良好化學(xué)結(jié)合的過渡族元素金屬粉末，如Ti、V、Nb、Zr、Ta、Cr、W中的一種或數(shù)種的混合物與陶瓷相顆粒均勻混合，過渡族金屬粉末與陶瓷相顆粒的混合比例不低于1∶1，所采用的金屬粉末的粒度小于75μm。混合料在真空中或非氧化性氣氛中，在不高于金屬的熔點(diǎn)溫度下加熱， 溫度一般為700～1200℃，并在此溫度下保溫20～60分鐘，真空壓力為1.33×10-5Pa或更低，陶瓷相顆粒經(jīng)表面金屬化處理后，在表面生成金屬化覆層，覆層內(nèi)層與陶瓷相反應(yīng)生成金屬碳化物、硅化物、硼化物等過渡層，外層則為純金屬層，金屬化覆層厚度為2～8μm，如圖1所示。將經(jīng)表面金屬化處理的陶瓷相顆粒與金剛石顆粒及胎體粉末均勻混合，陶瓷相顆粒在胎體中的體積含量為5～15%，粒度為425～106μm，為金剛石粒度的30～100%?；旌狭涎b模后經(jīng)熱壓燒結(jié)而成，燒結(jié)溫度為750～1050℃，壓力為10～25MPa，保溫時(shí)間為5～8分鐘。
采用本發(fā)明制得的金剛石工具，由于胎體含有硬脆性陶瓷相，當(dāng)其破碎或脫落后，可發(fā)揮磨削金剛石周圍胎體的作用，從而保證失去工作能力的金剛石及時(shí)脫落，使新的金剛石及時(shí)出露，同時(shí)由于經(jīng)表面金屬化處理的陶瓷相與胎體有較高的結(jié)合強(qiáng)度，有效避免了胎體裂紋和掉塊現(xiàn)象的發(fā)生，并且出露于胎體唇面未破碎的陶瓷相顆粒還能發(fā)揮磨削作用，減輕出刃金剛石的磨耗，延長(zhǎng)工具使用壽命。本發(fā)明制得的金剛石工具，由于具有研磨性強(qiáng)、耐磨能力適當(dāng)?shù)奶ンw，金剛石能夠適時(shí)出露和脫落，從而克服“打滑”或“鈍化”現(xiàn)象，提高效率20～70%;又由于胎體硬度較高、且陶瓷相顆粒與胎體結(jié)合牢固，壽命提高10～30%。


圖1.經(jīng)表面金屬化處理后的陶瓷相顆粒，其中，1-陶瓷相顆粒，2-金屬與陶瓷的化合物層，3-純金屬層。
實(shí)施例1.孕鋃金剛石工具的制作。陶瓷相為含鉻覆層的碳化硅，鍍覆過程為溫度為1100℃，保溫時(shí)間為60分鐘，初始真空壓力為1.33×10-5Pa，碳化硅粒度為150～106μm，碳化硅在胎體中的體積含量為10%，熱壓燒結(jié)溫度為980℃，壓力20MPa，保溫時(shí)間8分鐘。得到的鉆頭與不含陶瓷相的普通鉆頭比較，在鉆探可鉆性為8～10級(jí)的巖層時(shí)，鉆進(jìn)效率提高66%，降低鉆頭磨損15%;與含未經(jīng)表面金屬化處理碳化硅的金剛石鉆頭相比，降低磨損50～80%。
2.金剛石圓鋸片的制作。陶瓷相顆粒為含鈦鉻合金覆層的碳化硅，鍍覆工藝為溫度1150℃，保溫時(shí)間60分鐘，初始真空壓力為1.33×10-5Pa，碳化硅粒度為250～180μm，碳化硅在胎體中的體積含量為7%。鋸片熱壓燒結(jié)溫度為900℃，壓力為15MPa，保溫時(shí)間7分鐘。所制得的鋸片與普通金剛石鋸片相比，在功率消耗大致相同的情況下，鋸切花崗石板材，效率提高45%，鋸片壽命延長(zhǎng)10%。
權(quán)利要求
1.一種金剛石工具特別是鉆頭、鋸片、砂輪的制造方法，其特征在于采用真空混料沉積反應(yīng)法對(duì)陶瓷相顆粒進(jìn)行表面金屬化處理，從而在陶瓷相顆粒表面生成金屬化覆層，然后將經(jīng)表面金屬化處理的陶瓷相顆粒與金剛石顆粒及胎體粉末混合，混合料裝模后經(jīng)熱壓燒結(jié)而成，燒結(jié)溫度為750～1050℃，壓力為10～22MPa，保溫時(shí)間為5～8分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，陶瓷相顆粒在胎體中的體積含量為5～15%，粒度為425～106μm，為金剛石粒度的30～100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，陶瓷相顆粒表面金屬化處理是將過渡族金屬粉末與陶瓷相顆粒以不低于1∶1的比例混合，混合料在真空或非氧化性氣氛中加熱，最高溫度不高于金屬的熔點(diǎn)溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的最高溫度一般為700～1200℃，并在此溫度下保溫20～60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，表面金屬化處理采用的金屬粉末是過渡族金屬元素中的一種或多種的混合物，金屬粉末的粒度小于75μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的真空壓力等于或小于1.33×10-5Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的金屬化覆層厚度為2～8μm。
全文摘要
本發(fā)明為一種磨削堅(jiān)硬巖石及硬質(zhì)金屬或非金屬材料的孕鑲金剛石工具，特別是鉆頭、鋸片、砂輪的制造方法，包括陶瓷相顆粒表面金屬化、胎體熱壓燒結(jié)等工藝，屬于孕鑲金剛石工具制造技術(shù)領(lǐng)域。所制得的金剛石工具具有研磨性強(qiáng)、耐磨能力適當(dāng)?shù)奶ンw,金剛石能夠適時(shí)出露和脫落，從而克服“打滑”或“純化”現(xiàn)象；胎體硬度較高，且陶瓷相顆粒與胎體結(jié)合牢固，工具具有較高效率和壽命。
文檔編號(hào)E21B10/46GK1095007SQ9311140
公開日1994年11月16日 申請(qǐng)日期1993年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月11日
發(fā)明者王殿江 申請(qǐng)人:中南工業(yè)大學(xué)