一种金刚石锯片及其生产工艺的制作方法

本发明涉及金刚石锯片，特别涉及一种金刚石锯片及其生产工艺。

背景技术：

1、金刚石锯片的基本结构包括金属基体和安装（一般是焊接安装）在基体上的刀头，其中刀头是金属胎体（一般为铜、铁、镍等）包裹金刚石颗粒的结构，在金属胎体中混合金刚石颗粒，烧结成刀头，或者利用钎料钎焊成刀头。

2、切割过程中，金刚石颗粒受到切削热的影响，表面发生石墨化，和胎体的结合力降低：一般认为，即使是在湿切的过程中，冷却液也仅对胎体、金属基体起冷却作用，金刚石颗粒几乎得不到冷却，导致金刚石颗粒温度高，容易化学反应。另一方面，金刚石颗粒在切割过程中，受到来自切割对象的间断的冲击力，加上金刚石颗粒、胎体之间热膨胀系数的巨大差异，金刚石颗粒也容易和胎体发生剥离。

3、目前，采用在金刚石颗粒表面镀钛的手段，可以提高金刚石颗粒和胎体的结合力，但仍存在提升需求和空间。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种金刚石锯片及其生产工艺，可以有效解决背景技术中金刚石颗粒容易从胎体上脱落且刀头磨损变形后随金属基体整体废弃，浪费资源的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种金刚石锯片，包括锯片基体和安装在锯片基体上的刀头；

3、所述刀头为金属胎体包裹金刚石颗粒的结构，金刚石颗粒表面具有钛结合层，金刚石颗粒和钛结合层之间设置有增强层，所述增强层包括ti子层和siox子层的周期堆叠结构，周期堆叠结构以ti子层开始。

4、优选地，所述siox为富硅氧化硅，x大于1且小于2。

5、优选地，所述增强层中的siox子层的si，和金刚石上未被增强层中的ti子层所覆盖的表面形成sic，从而使得增强层和金刚石颗粒表面具有强结合力。

6、优选地，所述增强层中的ti子层厚度为20-100nm，siox子层厚度为10-80nm，且ti子层厚度大于siox子层，周期数3-20，siox虽然具有合适的热膨胀系数但是脆性大，单层厚度超过80nm则损伤金刚石镀层的整体机械强度，而周期数大于3，例如3-20，周期结构更有利于释放应力，但是周期过多则工艺复杂，生产成本增加。

7、优选地，所述ti子层的厚度为a，而siox子层的厚度在远离金刚石颗粒的方向上，由b逐渐增加到c，且c小于a，这是因为，siox层为脆性材料，在提高结合强度上不如金属ti子层，如果一开始就使用大厚度的siox容易造成和金刚石颗粒的结合强度不高，但是始终采用低厚度的siox，则提供的压应力不足，不能束缚ti子层在受热时的热膨胀张应力，因此，起始的siox子层采用较薄的厚度而逐渐增厚。

8、优选地，所述增强层还进一步包括ti/siox周期堆叠结构和金刚石颗粒之间的w层，w层的内层和金刚石颗粒表面形成wc，厚度60-400nm。

9、优选地，增强层，最靠近金刚石颗粒的第一层，含有fe元素，摩尔含量0.5%-1.5%。

10、优选地，所述增强层中的ti子层为多孔钛结构。

11、一种金刚石锯片的生产工艺，包括：

12、a1：将ti子层镀覆在金刚石颗粒表面；

13、a2：再将siox子层镀覆在ti子层表面；

14、a3：重复上述步骤a1和a2，使得ti子层和siox子层形成周期堆叠结构；

15、a4：在增强层沉积完成后，进行750-900℃加热，使得ti子层和siox子层之间形成热稳定的tisi2金属硅化物，在增强层沉积完成后，执行750-900℃的独立加热步骤，或者利用烧结或钎焊时的加热，在siox子层和ti子层之间形成热稳定的tisi2金属硅化物。在增强层沉积完成后，在烧结、钎焊前执行750-900℃的独立加热步骤，而不是依赖于后续的烧结或钎焊，能使得加热条件的控制更加灵活，促进siox子层和ti子层的结合；

16、a5：在增强层表面镀覆钛结合层；

17、a6：采用脉冲热退火方式进行烧结处理，脉冲峰值温度950-1100℃，促进富硅氧化硅中的硅析出和结晶生长，进而促进形成tisi2金属硅化物的形成，金刚石颗粒镀覆完成增强层、钛结合层后，和胎体的烧结温度一般为800℃、900度左右，富硅氧化硅中的富裕硅在此温度下会析出，但尚不足以形成si结晶颗粒，而是以非晶硅团簇的形式存在，为了使硅充分析出和结晶生长，促进和ti反应形成tisi2，也促进和金刚石颗粒表面反应生成sic，在增强层镀覆完成后，单独执行1100℃的热处理。为了防止高温热处理使金刚石颗粒碳化，优选热退火采用脉冲快速光热退火，热量对金刚石颗粒外层的镀层加热但尚不足以显著加热金刚石颗粒，一个加热周期便已经结束；高的光子能量还能降低富硅氧化硅中的富裕硅的晶化温度；脉冲光热退火的脉冲宽度优选1—5秒，例如1秒、2s、3s、5秒，脉冲峰值温度950-1100℃，例如950℃，1000℃、1050℃、1100℃，一个脉冲周期例如3—10s，总退火时间例如10—30min。例如，脉冲光热退火的脉冲宽度2秒，脉冲周期6秒，一共加热20min，峰值温度1000℃。可选地，在950-1100℃脉冲热退火后，可进一步执行热退火，即常规的连续热退火，氮气氛围内500-600℃退火30min—1小时，例如500℃退火1小时，消除脉冲热退火的应力。

18、与现有技术相比，本发明一种金刚石锯片及其生产工艺，具有如下有益效果：

19、本发明中，利用siox中未反应完全的si来吸收氧以及和金刚石表面反应形成sic来补充未被ti子层覆盖的金刚石表面并进一步隔离氧，同时提高增强层和金刚石颗粒之间以及增强层的子层之间的结合力，特别有益的，siox是小热膨胀材料，热膨胀系数接近金刚石颗粒，而反应形成的sic的热膨胀系数3.3，同样是小热膨胀材料，和增强层需要小的热膨胀系数相符合，而且具有极高的热导率和热稳定性，对于传递金刚石颗粒的切削热是有利的，还特别有益的，sic层具有极强的抗氧化能力，能够保护金刚石表面免受氧的侵蚀，采用siox子层来和ti子层形成堆叠结构，siox是在综合考虑了多个方面影响的基础上而选定的材料，具有特别优良的效果，其中，增强层为ti子层和siox的周期堆叠结构时，第一层ti子层中可以含有fe元素；增强层除了ti子层和siox的周期堆叠结构外，进一步包括直接接触金刚石颗粒的w层时，w层中含有fe元素，w也是小热膨胀材料，且能和金刚石颗粒表面形成同样是小热膨胀系数的、热稳定的wc界面层。fe元素对金刚石表面具有轻微的腐蚀作用，使金刚石表层粗糙化，增加金刚石颗粒和增强层之间的固持力；而ti子层设置为多孔钛子层，多孔结构能够增加子层的变形性，进一步防止ti子层的破裂和剥离，金刚石颗粒在锯片的胎体中更加紧固稳定，不易脱落。

技术特征：

1.一种金刚石锯片，包括锯片基体（1）和安装在锯片基体（1）上的刀头（2）；

2.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述siox为富硅氧化硅，x大于1且小于2。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述增强层（203）中的siox子层（2032）的si，和金刚石上未被增强层（203）中的ti子层（2031）所覆盖的表面形成sic。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述增强层（203）中的ti子层（2031）厚度为20-100nm，siox子层（2032）厚度为10-80nm，且ti子层（2031）厚度大于siox子层（2032），周期数3-20。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述ti子层（2031）的厚度为a，而siox子层（2032）的厚度在远离金刚石颗粒（201）的方向上，由b逐渐增加到c，且c小于a。

6.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述增强层（203）还进一步包括ti子层（2031）/siox子层（2032）周期堆叠结构和金刚石颗粒（201）之间的w层，w层的内层和金刚石颗粒（201）表面形成wc。

7.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：增强层（203）中，最靠近金刚石颗粒（201）的第一层，含有fe元素，摩尔含量0.5%-1.5%。

8.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片，其特征在于：所述增强层（203）中的ti子层（2031）为多孔钛结构。

9.一种金刚石锯片的生产工艺，用于制备权利要求1-8任意一项所述的一种金刚石锯片，其特征在于，所述种金刚石锯片的生产工艺包括：

技术总结
本发明公开了一种金刚石锯片及其生产工艺，涉及金刚石锯片技术领域，包括锯片基体和安装在锯片基体上的刀头；刀头为金属胎体包裹金刚石颗粒的结构，金刚石颗粒表面具有钛结合层，金刚石颗粒和钛结合层之间设置有增强层。本发明中，利用SiOx子层中未反应完全的Si来吸收氧以及反应形成SiC来补充未被Ti子层覆盖的金刚石表面并进一步隔离氧，同时提高增强层和金刚石颗粒之间以及增强层的子层之间的结合力，多孔结构的Ti子层能够增加子层的变形性，进一步防止Ti子层的破裂和剥离，金刚石颗粒在锯片的胎体中更加紧固稳定，不易脱落。

技术研发人员：董永芬,张敏捷
受保护的技术使用者：富耐克超硬材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17