一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法与流程

本发明涉及超硬材料，具体涉及一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法。

背景技术：

1、聚晶金刚石复合材料合成工艺相关的专利及文献研究资料较少，普遍采用压力曲线为金刚石石墨平衡线以上压力，单一压力曲线，分为升压段，保压段，降压段；合成温度曲线一般为功率或者电压曲线，分为升温段，保温段，降温段。

2、现有的合成工艺，工艺简单，稳定可靠。但合成出的复合超硬材料未能充分增加金刚石之间的键合，多数单晶之间靠粘结剂粘接在一起，导致合成后的聚晶金刚石材料强度低，耐磨性不足。尤其进行金属催化剂萃取处理后，由于金属催化材料等粘结剂的去除，导致耐磨性反而大大降低。

3、因此，需要提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，以解决上述现有存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，能够显著提高聚晶金刚石材料的d－d键结合，提升材料强度，增加耐磨性。

2、为达到上述技术效果，本发明提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，采用如下技术方案：

3、一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，包括以下步骤：

4、步骤1、初步压缩初始材料，将初始材料金刚石放入六面顶压机内，六面顶压机内设置压力为p1，温度为t1，使温度t1和压力p1保持的时间为t1，使金刚石颗粒表面软化，并促进金刚石颗粒表面石墨化；

5、步骤2、石墨中碳原子的溶解，将步骤1中六面顶压机内的压力由p1升为p2，温度由t1升为t2，使温度t2和压力p2保持的时间为t2，金属催化剂开始融化，溶解石墨中的碳原子；碳原子在金属催化剂中达到过饱和状态时，开始在金刚石颗粒之间结晶出金刚石，形成d－d键结合；

6、步骤3、金刚石的继续结晶，将步骤2中六面顶压机内的压力由p2升为p3，温度保持为t2，使温度t2和压力p3保持的时间为t3，使压力p3、温度t2位于金刚石热力学稳定区的中上部，增加金刚石结晶的速度和数量，使压力p3和温度t2保持一定时间，步骤2中溶解石墨的碳原子完全结晶为金刚石材料；

7、步骤4、降低步骤3中金刚石材料内应力，先将步骤3中六面顶压机内的温度由t2降为t3，然后将步骤3中六面顶压机内的压力由p3降为p4，使温度t3和压力p4保持的时间为t4，压力p4和温度t3位于金属催化剂熔点线右边和金刚石石墨平衡线左边区域，此段压力温度显著降低聚晶金刚石材料内应力，提高性能。

8、步骤5、将步骤4中的温度t3降为室温，将步骤4中的压力p4降为常压，并从六面顶压机内取出金刚石材料，此时的金刚石材料为聚晶金刚石复合材料。

9、进一步的，所述步骤1中，温度t1为1400－1600℃，压力p1为2.5－4gpa，时间t4为1－5min。

10、进一步的，所述步骤2中，温度t2为1600－2000℃，压力p2为6.5－8gpa，时间t2为2－8min。

11、进一步的，所述步骤3中，温度t2为1600－2000℃，压力p3为7.5－10gpa，时间t3为3－10min。

12、进一步的，所述步骤4中，温度t3为900－1100℃，压力p4为2.8－3.5gpa，时间t4为1－5min。

13、进一步的，所述步骤2中的金属催化剂为铁钴镍或者其合金。

14、进一步的，所述步骤4中的温度t3低于金属催化剂触媒熔点。

15、本发明的上述技术方案至少包括以下有益效果：

16、1、本发明显著提高聚晶金刚石材料的d－d键结合，提升材料强度，增加耐磨性；

17、2、本发明合成的材料内应力小，冲击性好，良品率高，质量稳定，尤其是进行产品金属催化剂去除处理后，耐磨性提升50％以上。

技术特征：

1.一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤1中，温度t1为1400－1600℃，压力p1为2.5－4gpa，时间t4为1－5min。

3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤2中，温度t2为1600－2000℃，压力p2为6.5－8gpa，时间t2为2－8min。

4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤3中，温度t2为1600－2000℃，压力p3为7.5－10gpa，时间t3为3－10min。

5.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤4中，温度t3为900－1100℃，压力p4为2.8－3.5gpa，时间t4为1－5min。

6.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤2中的金属催化剂为铁钴镍或者其合金。

7.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，其特征在于，所述步骤4中的温度t3低于金属催化剂触媒熔点。

技术总结
本发明提供一种聚晶金刚石复合材料合成工艺方法，属于超硬材料技术领域，本发明显著提高聚晶金刚石材料的D－D键结合，提升材料强度，增加耐磨性；本发明合成的材料内应力小，冲击性好，良品率高，质量稳定，尤其是进行产品金属催化剂去除处理后，耐磨性提升50％以上。

技术研发人员：万海啸,李新峰,荆留杰
受保护的技术使用者：河南景链新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13