稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法，將金剛石粉末與稀土改性鎢基結合劑充分混合，該稀土改性鎢基結合劑包含鎢40～75份、鎳2～6份、鐵2～5份、錫8～30份、銅7～20份、錳0.4～1份、稀土元素0.1～1份；將上述混合物冷壓成型后，在900～960℃，90～200KN下進行真空熱壓燒結25～35分鐘；隨后在840～900℃，80～120MPa下進行熱等靜壓燒結5～10分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，即得金剛石超薄鋸片成品。本發明可以顯著提高金剛石顆粒的把持力，增加金剛石超薄鋸片的耐磨性，從而提高加工性能和金剛石超薄鋸片壽命。
【專利說明】稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法。
【背景技術】
[0002]金剛石超薄鋸片指厚度在1.0mm以下，具有高精度的金剛石鋸片，其切割刀縫窄，有利于在切割過程中節約貴重材料，廣泛應用于硅、碳化硅等光電材料的切割。常用金剛石超薄鋸片包括鐵基金屬結合劑金剛石超薄鋸片和鈷基金屬結合劑金剛石超薄鋸片。鐵基金剛石超薄鋸片具有較高的力學性能，對金剛石也有較好的潤濕性，并且成本低廉，但其自銳性欠佳；而鈷基金剛石超薄鋸片具有很好的成形性和可燒結性，對金剛石的潤濕性好，粘結力大，韌性好，自銳性也好，是金剛石工具領域應用最廣的一種金屬結合劑，但是鈷基金剛石超薄鋸片上的金剛石靠機械方式把持，導致金剛石顆粒不能完全出露進行有效切削，而且還會因拉拔力的作用使其嚴重損耗，使得金剛石顆粒脫落現象嚴重，影響金剛石超薄鋸片的切割效率和使用壽命。在金屬結合劑中，有時會添加少量鎢粉，這是因為金屬鎢除了能與其他金屬產生固熔強化外，還是強碳化物形成元素，可以和金剛石發生反應產生化學冶金結合力，與一般的金屬結合劑只是機械地將金剛石包裹和嵌合相比，化學冶金結合力的產生有利于提高對金剛石的包鑲力、增強把持力，因此可以預計鎢基結合劑金剛石超薄鋸片將具有優異的性能。但是鎢的熔點高達3940°C，以鎢作為金屬結合劑進行燒結所需要的溫度遠遠超過金剛石所承受的能力，容易導致金剛石顆粒的石墨化，因此目前大多都采用的是燒結溫度相對較低的碳化鎢基結合劑，單純的金屬鎢基結合劑還未見報道。但碳化鎢基結合劑一方面鎢元素本身已經形成碳化物，其與金剛石產生化學冶金結合力的效果被削弱；另一方面碳化鎢基結合劑所需的燒結溫度依然較高，只適合與耐熱性能較好的金剛石配合使用，成本較高，應用范圍窄。因此，若能解決金屬鎢基結合劑燒結溫度高的問題，將會為金剛石超薄鋸片的制造技術打開一扇新的大門。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片及其制造方法。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案之一是:
[0005]一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法，包括:
[0006]I)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結合劑充分混合，該稀土改性鎢基結合劑按質量份數包含以下組分:鶴40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳
0.4?I份、稀土元素0.1?I份；
[0007]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900?960°C，燒結壓力90?200KN，燒結時間25?35分鐘；
[0008]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度840?900°C，燒結壓力80?120MPa，燒結時間5?10分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0009]4)將金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。
[0010]一實施例中:所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%?125%，粒度為W40?W50
[0011]一實施例中:所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
[0012]一實施例中:所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。
[0013]本發明解決其技術問題所采用的技術方案之二是:
[0014]一種根據稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法制造的稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片。
[0015]本發明所述的金剛石濃度為行業術語，指單位體積金屬結合劑內金剛石的質量，以4.4克拉/厘米3為金剛石濃度100%。
[0016]本發明中所述的人造單晶金剛石粉末為目前市場上銷售的產品。
[0017]本發明中所述的鎢、鎳、鐵、錫、銅、錳均為單質金屬粉末，均為目前市場上銷售的女口廣叩ο
[0018]本發明中所述的鑭、氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭均為目前市場上銷售的產品。
[0019]本技術方案與【背景技術】相比，它具有如下優點:
[0020]1.本發明所提供的稀土改性鎢基結合劑，各組分相輔相成，將燒結溫度從近四千攝氏度降低至金剛石可承受的范圍，解決了一直以來鎢基結合劑因燒結溫度高而難以實際應用的缺陷，成功實現了鎢基結合劑金剛石超薄鋸片的制造，并利用鎢與金剛石反應產生的化學冶金結合力，提高了金剛石顆粒在金剛石超薄鋸片上的把持力，得到的金剛石超薄鋸片硬度高，切削力強，耐磨損，為高性能金剛石超薄鋸片的制造開創了新局面。
[0021]2.本發明在鎢基結合劑中加入了稀土元素，具有控制金屬結合劑晶粒長大的效果，且在本發明的較佳實施例中采用了稀土元素的化合物，晶粒大小可控性更好，得到的金屬結合劑晶粒不會過大或過小，粒徑更穩定，增強了金剛石超薄鋸片的硬度和韌性，也提高了耐磨性能和耐沖擊性能，效果比稀土元素單質更好，進一步提供了高性能金剛石超薄鋸片制造方法的新思路。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例具體說明本發明的內容:
[0023]實施例1
[0024]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢75%、鎳5%、鐵4%、錫8%、銅7%、錳0.5%、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0025]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，燒結壓力100KN，燒結時間30分鐘；
[0026]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，燒結壓力90MPa，燒結時間7分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0027]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為95%，硬度為HRC (洛氏硬度)64.9。
[0028]實施例2
[0029]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢70 %、鎳5 %、鐵4 %、錫11 %、銅9 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0030]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，燒結壓力100KN，燒結時間30分鐘；
[0031]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，燒結壓力90MPa，燒結時間7分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0032]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.5。
[0033]實施例3
[0034]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢60 %、鎳5 %、鐵4 %、錫17 %、銅13 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0035]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，燒結壓力100KN，燒結時間30分鐘；
[0036]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，燒結壓力90MPa，燒結時間7分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0037]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為96%，硬度為HRC65.1。
[0038]實施例4
[0039]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢55 %、鎳5 %、鐵4 %、錫20 %、銅15 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0040]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，燒結壓力100KN，燒結時間30分鐘；
[0041]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，燒結壓力90MPa，燒結時間7分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0042]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為97%，硬度為HRC65.2。
[0043]實施例5
[0044]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢40 %、鎳5 %、鐵4 %、錫30 %、銅20 %、錳0.5 %、氧化鑭0.5%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W40的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度100%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0045]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度950°C，燒結壓力100KN，燒結時間30分鐘；
[0046]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度850°C，燒結壓力90MPa，燒結時間7分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0047]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為97%，硬度為HRC64.2。
[0048]實施例6
[0049]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鎢65%、鎳2%、鐵5%、錫15%、銅10%、錳0.7%、氯化鑭0.1%，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W5的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度75%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0050]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度930°C，燒結壓力150KN，燒結時間25分鐘；
[0051]3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度900°C，燒結壓力120MPa，燒結時間5分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0052]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.3。
[0053]實施例7
[0054]I)制備稀土改性鎢基結合劑:以該稀土改性鎢基結合劑總質量計，包含以下組分:鶴50%、鎳4%、鐵2%、錫25%、銅18%、錳I %、硫酸鑭I %，上述組分充分混合后利用高能球磨研磨均勻即得；將粒度為W20的人造單晶金剛石粉末按金剛石濃度125%與上述稀土改性鎢基結合劑充分混合；
[0055]2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900°C，燒結壓力200KN，燒結時間35分鐘；
[0056]4)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度870°C，燒結壓力lOOMPa，燒結時間10分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品；
[0057]4)用金剛石滾輪和油石對金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。采用水重法檢測該金剛石超薄鋸片的致密度，采用洛氏硬度計檢測該金剛石超薄鋸片的硬度，經測試，其致密度為95%，硬度為HRC64.6。
[0058]以上實施例中，以金剛石超薄鋸片致密度和硬度最高為準則，實施例4效果較好。
[0059]以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的范圍，即依本發明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的范圍內。
【權利要求】
1.一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法，其特征在于:包括: 1)將金剛石粉末與稀土改性鎢基結合劑充分混合，該稀土改性鎢基結合劑按質量份數包含以下組分:鎢40?75份、鎳2?6份、鐵2?5份、錫8?30份、銅7?20份、錳0.4?I份、稀土元素0.1?I份； 2)根據所需金剛石超薄鋸片幾何外形的不同，利用相應的模具將上述混合物進行冷壓成型后，進行真空熱壓燒結，燒結溫度900?960°C，燒結壓力90?200KN，燒結時間25?35分鐘； 3)真空熱壓燒結后，進行熱等靜壓燒結，燒結溫度840?900°C，燒結壓力80?120MPa，燒結時間5?10分鐘，得到金剛石超薄鋸片粗品； 4)將金剛石超薄鋸片粗品進行修整，得到金剛石超薄鋸片成品。
2.根據權利要求1所述的一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法，其特征在于:所述金剛石粉末為人造單晶金剛石粉末，且其金剛石濃度為75%?125%，粒度為W40 ?W50
3.根據權利要求1所述的一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法，其特征在于:所述稀土元素為鑭或鑭的化合物中的至少一種。
4.根據權利要求3所述的一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法，其特征在于:所述鑭的化合物為氧化鑭、硫酸鑭、硝酸鑭、氯化鑭中的至少一種。
5.一種根據權利要求1所述的一種稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片制造方法制造的稀土改性鎢基結合劑金剛石超薄鋸片。
【文檔編號】C22C30/00GK104148642SQ201410355252
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】胡中偉, 徐西鵬, 郭樺, 黃輝, 姜峰 申請人:華僑大學