本发明涉及金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的制备方法，具体涉及一种采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法。
背景技术：
：al2o3、zro2等先进功能陶瓷材料因具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等优良的性能，在航空航天、电子、能源、汽车、生物医疗、led、冶金等领域得到重要的应用，被认为是推动二十一世纪工业进步的重要材料之一，已形成一个巨大的高新技术产业。但是，因为陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐磨性等特点，使其成为典型的难加工材料。相对而言，采用金刚石工具对先进功能陶瓷材料进行加工仍是最有效的加工方法，也是最实用、最经济的方法。套料和打孔是先进功能陶瓷加工的重要工序，开发出一种高效率、质量可靠、寿命稳定的陶瓷材料专用的套料及打孔钻头，对促进功能陶瓷材料的发展具有重要意义。现有的金刚石套料钻头主要采用电镀法及热压烧结法制作，更以热压烧结法为主，但热压烧结法存在模具损耗大、效率低、能耗高等不足，难以适应当前国家节能环保发展要求。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法。该方法工艺简单、操作简便，适合规模化生产，且生产成本低，同时制得的钻齿强度更高。本发明所述的采用无压烧结法制备金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的方法，所述金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿呈环形结构，包括与钻头基体相连接的工作齿和水口块，所述工作齿于基体上圆周均布，所述水口块设于相邻两个工作齿之间，所述工作齿在其高度方向上由上至下包括工作层、过渡层和焊接层，具体的制备方法包括以下步骤：1)根据具体钻进对象确定工作齿的工作层、过渡层和焊接层的配方以及水口块的配方，将各配方分别混料，分别得到工作料、过渡料、焊接料和水口料；2)将水口料置于冷压成型机中，按设计要求压制成水口块成型坯，然后将水口块成型坯均匀放置于环形冷压成型模具中，在相邻两个水口块成型坯之间填充各配方料，具体是按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充，然后将填充有各配方料的环形冷压成型模具置于冷压成型机中压制成型，得到成型块；其中，在成型过程中，控制所得成型块的相对密度为55-80％；3)将所得成型块置于500-600℃条件下预烧结40-60min，再于900-1000℃条件下烧结10-20min，即得到金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿；其中，预烧结和烧结过程在气氛保护条件下进行。上述方法中，所述金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的尺寸通常为：内径为2-8英寸，高度为6-20mm，内、外径之差为1.5-3.5mm；工作齿的工作层高度为2-14mm，过渡层高度为2-3mm，焊接层高度为2-3mm，水口块的高度低于工作齿的高度。优选的，钻齿的内径为2-4英寸，高度为8-12mm，内、外径之差为1.5-2.0mm；工作齿的工作层高度为4-8mm，过渡层高度为2mm，焊接层高度为2mm，水口块的高度为4-6mm。钻齿中水口块的数量为至少2个，通常为4-6个。上述方法中，所述钻头基体通常为钢体，其中的工作层即为钻齿用于钻进的工作部分，焊接层即为与基体焊接的部分，过渡层则处于工作层与焊接层之间，以实现工作层和焊接层之间的应力、脆性、强度等的逐渐过渡，减少其发生断裂的情况。上述方法的步骤3)中，优选在500-550℃条件下进行预烧结，并优选在900-950℃条件下进行烧结。优选升温速率为100-300℃/h，更优选为150-250℃/h。在进行预烧结和烧结时，所述的保护气氛具体可以是采用氨分解气、真空、氮气或惰性气体(如氩气、氖气或氦气等)进行保护。与现有技术相比，本发明的特点在于：1、本发明通过在特定低温条件下进行相对较长时间的无压预烧结，使烧结体内原子扩散迁移时间、迁移距离得到适当增长、增大，并基本消除晶粒间的孔隙；之后再置于较高温度下短时间的无压烧结，以进一步增长、增大烧结体内原子扩散迁移时间和迁移距离，孔隙由不规则多面体收缩为球形或者类球形，孔隙尺寸及数量进一步减少，从而使所得钻齿的强度更高；2、本发明所述方法采用无压烧结，与现有热压烧结法相比，工艺更为简单、操作更简便，特别适合于自动化、规模化生产，可有效提高规模化生产水平，大幅降低生产成本。附图说明图1为本发明所述金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的结构示意图。图中标号为：1工作层；2过渡层；3焊接层；4水口块。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。图1为本发明要制备的金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的结构示意图，该钻齿呈环形结构，包括与钻头基体相连接的工作齿和水口块4，所述工作齿于基体上圆周均布，水口块4设于相邻两个工作齿之间，水口块4的数量可以在4-6个之间，在图1中具体为5个；所述工作齿在其高度方向上由上至下依次包括工作层1、过渡层2和焊接层3，其中的工作层1即为钻齿用于钻进的工作部分，焊接层3即为与基体焊接的部分，过渡层2则处于工作层1与焊接层3之间。所述金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的尺寸通常为：内径为2-8英寸，高度为6-20mm，内、外径之差为1.5-3.5mm；工作齿的工作层1高度为2-14mm，过渡层2高度为2-3mm，焊接层3高度为2-3mm，水口块4的高度通常为4-6mm。实施例1设计的金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的内径为2英寸，内、外径之差为2mm，钻齿整体高度为6mm，工作层高度为2mm，过渡层高度为2mm，焊接层高度为2mm，水口块设计为5个，高度为4mm。根据上述要求设计钻齿各个部位配方，具体如下：①工作层配方按重量百分比由以下成分组成：钨5％、铜60％、镍5％、铜锡154％、铁15％、钴5％、锌6％；所含金刚石浓度(体积浓度)为10％，金刚石粒度为40/45目、50/60目、60/70目三种组合而成，三种粒度组合比例为1：2：1，重量比。②过渡层配方按重量百分比由以下成分组成：铜60％、镍5％、铜锡155％、铁25％、钴5％。③焊接层配方按重量百分比由以下成分组成：铜3％、铁70％、钴20％。④水口块配方与过渡层配方一致。具体的制备方法为：1)将工作层配方、过渡层配方、焊接层配方和水口块配方分别进行混料，分别得到工作料、过渡料、焊接料和水口料；2)将水口料置于冷压成型机中，按2mm厚度尺寸要求压制成水口块成型坯，然后将水口块成型坯均匀放置于环形冷压成型模具中，在相邻两个水口块成型坯之间填充各配方料，具体是按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充，然后将填充有各配方料的环形冷压成型模具置于冷压成型机中压制成型，得到成型块；其中，在成型过程中，控制所得成型块的相对密度为80％；3)将所得成型块置于于隧道窑式烧结炉中，升温至500℃(升温速率为200℃/h)保温预烧结60min，再升温至900℃(升温速率为200℃/h)保温烧结10min，即得到金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿；其中，预烧结和烧结过程在氨分解气条件下进行。对比例1重复实施例1，不同的是，步骤3)按以下工艺操作：3)将所得成型块置于于隧道窑式烧结炉中，升温至875℃(升温速率为300℃/h)保温烧结60min，即得到金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿；其中，结过程在氨分解气条件下进行。实施例2设计的金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的内径为8英寸，内、外径之差3.5mm，钻齿整体高度为20mm，工作层高度为14mm，过渡层高度为3mm，焊接层高度为3mm，水口块设计为6个，高度为6mm。根据上述要求设计钻齿各个部位配方，具体如下：①工作层配方按重量百分比由以下成分组成：钨5％、铜40％、镍5％、铜锡154％、铁30％、钴10％、锌6％；金刚石浓度(体积浓度)为25％，金刚石粒度为40/45目、60/70目两种组合而成，两种粒度组合比例为2：1，重量比。②过渡层配方按重量百分比由以下成分组成：铜32％、镍10％、铜锡153％、铁50％、钴5％。③焊接层配方按重量百分比由以下成分组成：铜10％、铁80％、钴10％。④水口块配方与过渡层配方一致。具体的制备方法为：1)将工作层配方、过渡层配方、焊接层配方和水口块配方分别进行混料，分别得到工作料、过渡料、焊接料和水口料；2)将水口料置于冷压成型机中，按3.5mm厚度尺寸要求压制成水口块成型坯，然后将水口块成型坯均匀放置于环形冷压成型模具中，在相邻两个水口块成型坯之间填充各配方料，具体是按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充，然后将填充有各配方料的环形冷压成型模具置于冷压成型机中压制成型，得到成型块；其中，在成型过程中，控制所得成型块的相对密度为55％；3)将所得成型块置于于隧道窑式烧结炉中，升温至600℃(升温速率为350℃/h)保温预烧结60min，再升温至900℃(升温速率为350℃/h)保温烧结15min，即得到金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿；其中，预烧结和烧结过程在氨分解气条件下进行。实施例3重复实施例2，不同的是，步骤3)改为：3)将所得成型块置于于隧道窑式烧结炉中，升温至550℃(升温速率为100℃/h)保温预烧结50min，再升温至1000℃(升温速率为350℃/h)保温烧结20min，即得到金刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿；其中，预烧结和烧结过程在真空条件下进行。对按实施例1-3及对比例1所述方法制得的刚石薄壁套料打孔钻头整体式钻齿的相对密度、洛氏硬度和抗弯强度进行测试，结果如下述表1所示：表1：相对密度(％)洛氏硬度(hrc)抗弯强度(mpa)实施例196.542.11201.3对比例195.441.81050.1实施例297.140.51198.5实施例396.841.31208.7当前第1页12