一种高性能聚晶金刚石复合片技术领域
本发明涉及一种高性能聚晶金刚石复合片。
背景技术
聚晶金刚石(PCD)是由金刚石粉与结合剂在高温高压环境下烧结而成的复合材
料。PCD材料的硬度是硬质合金的数倍，接近金刚石单晶的硬度，具有良好的耐磨性和韧性，
同时还具有各向同性，可制成不同尺寸和形状的制品，大大扩充了工业金刚石的应用领域，
已被广泛应用于地质与矿产钻探、非金属材料的加工与有色金色切削等领域。
刘磊等(金刚石与磨料磨具工程，2015年8月，第4期)研究了硅钛结合剂聚晶金刚
石的制备与性能，其以粒度分别为25μm和10μm的金刚石粉以及结合剂Si-Ti-B粉末为原料，
经混料后在85MPa，3.0～3.8kW下合成硅钛结合剂聚晶金刚石。常规聚晶金刚石的合成多通
过优选结合剂的种类和用量来改善聚晶金刚石的耐热性或磨耗比等参数，但聚晶金刚石的
热稳定性、抗冲击、耐磨性能等综合性能难以得到兼顾，在实际应用中受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能聚晶金刚石复合片，其具有良好的热稳定性、抗
冲击及耐磨性能。
为了实现目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高性能聚晶金刚石复合片，由包括以下步骤的方法制备而成：
1)在真空条件下，将金刚石粉在750℃～1500℃下保温30～120min，得到微石墨化
产物；
2)向微石墨化产物中加入硅粉、卤化物混合均匀，得到混合料；
3)在硬质合金基体上放置混合料，然后在压力为5～8GPa、温度为1400～2000℃下
烧结，即得。
本发明提供的高性能聚晶金刚石复合片，首先对金刚石粉进行微石墨化反应，再
通过加入硅粉、卤化物并控制反应条件，在聚晶金刚石层内部形成纳米SiC颗粒或晶须，纳
米SiC颗粒或碳化硅晶须一方面可以起到阻碍裂纹扩展；另一方面可以填充金刚石间空隙，
与金刚石间形成化学键，桥连金刚石，同时SiC具有高的抗氧化特性，纳米SiC颗粒或晶须的
存在提高了金刚石复合片的热稳定性、耐磨性和抗冲击性能。
步骤1)中，所述真空条件的真空度为1×10-3～1×10-5Pa。
所述金刚石粉的粒径为0.1～40μm。所述金刚石粉是由金刚石颗粒经净化后得到
的。所述净化是采用酸、碱或丙酮进行洗涤。
酸为浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸中的一种或多种混合；碱为浓氨水、氢氧化钠溶液、双
氧水、次氯酸中的一种或多种混合。净化过程可除去金刚石颗粒表面的水分、氧化物等杂
质。
步骤2)中，硅粉的加入量为微石墨化产物质量的1％～10％，卤化物的加入量为微
石墨化产物质量的0.5％～3％。
优选的，所述硅粉的粒径为50nm～10μm。所述卤化物为氯化钠、氯化钾、氯化铁中
的一种或多种混合。
步骤3)中，所述硬质合金基体为含钴硬质合金，钴的质量含量为13％～20％。烧结
时，在1400～2000℃保温5～40min。
本发明的高性能聚晶金刚石复合片，原料简单易得，制备工艺过程易于控制，无需
增加生产设备，生产成本低，所得聚晶金刚石综合性能良好，适合大规模推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例中，净化过程所用浓硫
酸的质量浓度为98％，浓盐酸质量浓度为37％，浓硝酸质量浓度为65％，浓氨水质量浓度为
25％，氢氧化钠溶液质量浓度为40％，双氧水质量浓度为30％，次氯酸质量浓度为40％。硅
粉的粒径为50nm～10μm。
实施例1
本实施例的高性能聚晶金刚石复合片，由包括以下步骤的方法制备而成：
1)将金刚石颗粒用浓硫酸洗涤，干燥，得到金刚石粉；金刚石粉的粒径为0.1μm～
30μm；
2)将金刚石粉置于高真空炉中，在真空度为8×10-4Pa，温度为900℃下保温
120min，得到微石墨化产物；
3)向微石墨化产物中加入硅粉、氯化钠(硅粉、氯化钠的加入量分别为微石墨化产
物质量的5％、0.6％)混合均匀，得到混合料；
4)在Co质量含量为13％的硬质合金基体上放置混合料，然后在压力为7GPa、温度
为1750℃下烧结12min，即得。
实施例2
本实施例的高性能聚晶金刚石复合片，由包括以下步骤的方法制备而成：
1)将金刚石颗粒用浓氨水洗涤，干燥，得到金刚石粉；金刚石粉的粒径为0.1μm～
30μm；
2)将金刚石粉置于高真空炉中，在真空度为5×10-4Pa，温度为1100℃下保温
90min，得到微石墨化产物；
3)向微石墨化产物中加入硅粉、氯化钾(硅粉、氯化钾的加入量分别为微石墨化产
物质量的7％、0.7％)混合均匀，得到混合料；
4)在Co质量含量为16％的硬质合金基体上放置混合料，然后在压力为7.5GPa、温
度为1800℃下烧结10min，即得。
实施例3
本实施例的高性能聚晶金刚石复合片，由包括以下步骤的方法制备而成：
1)将金刚石颗粒用丙酮洗涤，干燥，得到金刚石粉；金刚石粉的粒径为5μm～35μm；
2)将金刚石粉置于高真空炉中，在真空度为5×10-4Pa，温度为1200℃下保温
30min，得到微石墨化产物；
3)向微石墨化产物中加入硅粉、氯化铁(硅粉、氯化铁的加入量分别为微石墨化产
物质量的10％、1％)混合均匀，得到混合料；
4)在Co质量含量为16％的硬质合金基体上放置混合料，然后在压力为8GPa、温度
为1900℃下烧结6min，即得。
在本发明的其他实施例中，净化过程可采用浓盐酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液、双氧
水、或次氯酸，采用与实施例1相同的工艺参数，可制备性能相当的聚晶金刚石复合片。