一种高纯聚晶金刚石的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106518077A(43)申请公布日2017.03.22(21)申请号201610909641.8(22)申请日2016.10.19(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人贺端威刘进杜雁春(51)Int.Cl.C04B35/52(2006.01)C04B35/622(2006.01)C04B35/64(2006.01)C30B28/04(2006.01)C30B29/04(2006.01)权利要求书1页说明书8页(54)发明名称一种高纯聚晶金刚石的制备方法(57)摘要本发明涉及一种高纯聚晶金刚石的制备方法，属于超硬材料的合成领域。本发明的目的是提供一种高纯聚晶金刚石的制备方法，将金刚石或金刚石与非金刚石碳的混合物等原材料经过真空表面净化与高熔点包裹材料预压封装后，在8～20GPa，1200～3000℃条件下直接烧结合成高纯聚晶金刚石。本发明所述方法中作为原材料的金刚石的粒度为5纳米～100微米，金刚石在原材料中含量为20wt%以上，所述非金刚石碳成分可以是石墨、非晶石墨、石墨烯、富勒烯、C60、玻璃碳、非晶碳、碳纳米管中的一种或几种，通过对原料不同粒度与比例的调节，可以根据需求调整合成的聚晶金刚石的硬度、耐热性、耐磨性、抗冲击强度等性能，从而满足工业化大批量生产的需求。CN106518077ACN106518077A权利要求书1/1页1.一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于：该聚晶金刚石的制备方法包括如下步骤：第一步：选取金刚石或金刚石与非金刚石碳的混合物作为原材料；第二步：将上述第一步中选取的原材料经过真空表面净化，后放入高熔点包裹材料预压封装；第三步：将上述第二步封装得到的样品包裹体再次进行真空表面净化处理，之后放入增压合成元件中，进行高温高压烧结，烧结条件为：8～20GPa，1200～3000℃，烧结时间为1～100分钟。2.根据权利要求1所述的一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述第一步中的金刚石粉末的粒度为5纳米～100微米。3.根据权利要求1所述的一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述第一步中的非金刚石碳成分是石墨、非晶石墨、石墨烯、富勒烯、C60、玻璃碳、无序碳、碳纳米管中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述第一步中的金刚石粉末在原材料中含量为20wt%以上。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于所述第二步中的表面净化处理的条件是温度为200～1500℃，真空度为1Pa～1×10-5Pa，保温10～300分钟。6.根据权利要求1至4任一项所述的一种高纯聚晶金刚石的制备方法，其特征在于：所述第三步中的表面净化处理的条件是温度为200～1500℃，真空度为1Pa～1×10-5Pa，保温10～300分钟。2CN106518077A说明书1/8页一种高纯聚晶金刚石的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种高纯聚晶金刚石的制备方法，属于超硬材料的合成领域。背景技术[0002]多晶金刚石(polycrystallinediamond，PCD)属于新型超硬复合材料，是在高温高压条件下将金刚石层与基体一起烧结而成，烧结压强为5～6GPa，温度为1000～1500℃，烧结时，需借助粘结剂在高温下促进金刚石键中D-D键的形成，有利于金刚石层与基体的结合。基体一般采用碳化钨、碳化钛等碳化物烧制而成，粘结剂可以是钴、镍、钼、锰、铝、硅、碳化硅、碳化钛或其他陶瓷材料中的一种或几种。多晶金刚石具有高硬度与低摩擦系数、高耐磨性与导热性以及高加工精度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、模具、钻井和地质钻头、测量量具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴及其他耐磨工具的理想材料。[0003]采用传统合成工艺得到的多晶金刚石制品工具，在使用过程中，会出现金刚石层从基体上脱落从而导致工具失效的现象,引起这一现象的主要原因是：金刚石和粘结剂的膨胀系数差异很大,弹性模量也有较大差异,容易导致金刚石层从基体脱落；另外，使用多晶金刚石复合片制成的耐磨工具，在使用时因摩擦会产生很高温度，当温度超过一定范围，金刚石层中残留的粘结剂在高温条件下会破坏金刚石中的D-D键合，从而使金刚石向石墨转变，导致工具的耐磨性、热稳定性的下降，以上原因都会严重影响工具的使用寿命。[0004]纳米聚晶金刚石（nano-polycrystalinediamond，NPD）采用高纯晶态石墨等材料，在15GPa、2300℃以上的条件下通过高温高压纯相烧结合成。这种新型多晶金刚石物相单一，硬度与天然单晶金刚石相当，与传统工艺合成的多晶金刚石相比，其热稳定性，耐磨性，抗冲击强度提