一種mpcvd金剛石片制備鉆頭齒的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金剛石應(yīng)用鉆頭領(lǐng)域。一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于包括如下步驟：第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)，沉積一段時間后得到MPCVD金剛石片；第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑和高度；第三步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸；第四步，在MPCVD金剛石片的正中心位置切開圓孔；第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊料，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上，施加壓力使MPCVD金剛石片、焊料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；第六步，對填充好焊料的試樣進行焊接過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。該方法顯著提高了鉆頭的使用壽命以及穩(wěn)定性。
【專利說明】
-種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金剛石應(yīng)用鉆頭領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種MPCVD金剛石片應(yīng)用鉆頭領(lǐng)域，具 體設(shè)及到一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如高硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高縱波 聲速、高熱傳導(dǎo)率、高禁帶寬度、高擊穿電壓、高電子飽和速度、相對娃和神化嫁較低的介電 常數(shù)、從紫外(波長225皿巧Ij遠紅外都很高的透過率W及強化學(xué)穩(wěn)定性等。運使得金剛石在 金剛石工具、金剛石熱沉、光學(xué)元件的涂層、光學(xué)窗口材料、電子元器件、聲表面波器件等諸 多領(lǐng)域具有很廣泛的應(yīng)用。
[0003] 高質(zhì)量CVD金剛石片的性能與天然金剛石相同或相近。它具有很高的硬度(可W接 近天然金剛石達到70-100GPa，摩擦系數(shù)為0.1)，具有很好的斷裂初性和拉伸強度，還具有 很好的熱傳導(dǎo)性等，特別適合應(yīng)用于切削工具領(lǐng)域，可作為機床刀具，磨削工具的材料，還 可W制作拉絲模等。CVD金剛石可制造出超過實際天然金剛石的斷裂初性(抗斷裂性）。運個 特點在斷續(xù)切削和砂輪修整等進攻性機械加工中證實是很有益的。一般情況下，CVD金剛石 的機械牢固性類似于先進陶瓷的牢固性。精屯、設(shè)計制造 CVD金剛石獨立薄片的斷裂初性、強 度和其它要害性質(zhì)，能改善用于CN功定轉(zhuǎn)砂輪修整、高速或近似干加工侶和金屬基合成材料 的高性能刀具。CVD金剛石比PDC更耐磨，所W簡單地加大磨削砂輪的進給量會產(chǎn)生一個過 度的磨削力而損壞CVD金剛石刀具切削刃。CVD金剛石加工侶合金時的刀具壽命經(jīng)常是商用 PDC刀具壽命的1.55倍。一個汽車制造公司對一個侶制零件進行了精加工操作，CVD金剛石 刀片刀具不僅比PDC耐用30%，而且在刀具的整個壽命中，能連續(xù)加工出所要求的表面粗糖 度。
[0004] PDC常常被應(yīng)用于PDC鉆頭方向，但在硬質(zhì)地層方面，PDC鉆頭面臨使用壽命短和穩(wěn) 定性差的問題，而CVD金剛石相對于PDC具有使用壽命長和穩(wěn)定性高的優(yōu)點，因此在鉆頭領(lǐng) 域，CVD金剛石片鉆頭有非常廣闊的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有鉆頭使用壽命短和穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種 MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，該方法顯著提高了鉆頭的使用壽命W及穩(wěn)定性。
[0006] 為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案：
[0007] -種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于包括如下步驟：
[000引第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)，沉積一段時間（時間為100~30化)后得 到MPCVD金剛石片；
[0009]第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑和高度；
[0010]第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度力旺到要求尺寸；
[0011]第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片的正中屯、位置切開與焊接端圓柱體直徑 相對應(yīng)圓孔(即開一圓孔）；
[0012] 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度可為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的 焊接端圓柱體上，施加壓力(壓力可為1-10N)使MPCVD金剛石片、焊料和硬質(zhì)合金充分接觸， 得到試樣；
[0013] 第六步，對填充好焊料的試樣進行焊接過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。
[0014] 所述第二步中，硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體(上端圓柱體，硬質(zhì)合金的焊接端直徑小 于硬質(zhì)合金的下部直徑)直徑為4-1〇1111]1，高度1.5-2.51111]1。
[0015] 所述第Ξ步中，MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸為:直徑10-26mm，厚 度1.5-2.5mm。
[0016] 所述第四步中圓孔直徑為4.2-10.2mm(圓孔直徑大于焊接端圓柱直徑0.2mm)。
[0017] 所述第一步中沉積工藝參數(shù)為：甲燒氣體流量10-30sccm，氨氣氣體流量200- 400sccm，微波功率800-2400W，氣體壓強16-25kPa，襯底(襯底即鋼基片臺，在腔體中冷卻桿 上方，金剛石便沉積在襯底上)溫度為700-1200°CdMPCVD裝置為現(xiàn)有設(shè)備。
[0018] 第六步中進行焊接過程W及焊料，采用現(xiàn)有技術(shù)，由于具體焊接過程不屬于本發(fā) 明的保護重點，故在此不予累述。
[0019] 采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明將MPCVD金剛石片作 為一種材料焊接在鉆頭上，能有效增加鉆頭的使用壽命及穩(wěn)定性，并且MPCV的去制備金剛石 的方法操作簡單，效率相比其他金剛石制備方法具有沉積效率高，金剛石質(zhì)量好的優(yōu)點，有 利于應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的硬質(zhì)合金的示意圖（圖中上端為焊接端圓柱）。
[0021] 圖2是本發(fā)明激光切割機切割后的MPCVD金剛石片的示意圖。
[002^ 圖中：1-硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體，2-切割后的MPCVD金剛石片。
【具體實施方式】
[0023] 通過下面的實施例可W更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例。
[0024] 實施例1:
[0025] 第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)（甲燒的氣體流量20sccm，氨氣的氣體流 量300sccm，微波功率2400W，氣體壓強19kPa，襯底溫度為1000°C )，沉積一段時間（時間為 150h)后得到MPCVD金剛石片；
[0026] 第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑(直徑為6mm)和高度(高度為1.6mm);
[0027] 第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸(直徑16mm， 厚度1.6mm)，得到切割后的MPCVD金剛石片2;
[002引第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片正中屯、位置切開直徑為6.2mm的圓孔；
[0029]第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度可為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的 焊接端圓柱體上(涂有焊料的面接觸疊放），施加壓力（如1-10N)使MPCVD金剛石片、焊料和 硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；
[0030] 第六步，對填充好焊料的試樣進行針焊過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。
[0031] 使MPCVD金剛石片鉆頭與80粒度的陶瓷結(jié)合劑碳化娃平行砂輪在規(guī)定的裝置上相 互磨擦，得到磨耗比，如表1所示。
[0032] 實施例2:
[0033] 第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)（甲燒的氣體流量15sccm，氨氣的氣體流 量250sccm，微波功率2000W，氣體壓強18kPa，襯底溫度為950°C)，沉積一段時間（時間為 200h)后得到MPCVD金剛石片；
[0034] 第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑(直徑為9mm)和高度(2mm);
[0035] 第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸(直徑17mm， 厚度2mm);
[0036] 第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片正中屯、位置切開直徑為9.2mm大小的圓 孔；
[0037] 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的焊 接端圓柱體上(涂有焊料的面接觸疊放），施加壓力(壓力可為1-10N)使MPCVD金剛石片、焊 料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；
[0038] 第六步，對填充好焊料的試樣進行針焊過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。
[0039] 使MPCVD金剛石片鉆頭與80粒度的陶瓷結(jié)合劑碳化娃平行砂輪在規(guī)定的裝置上相 互磨擦，得到磨耗比，如表1所示。
[0040] 實施例3:
[0041 ]第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)（甲燒的氣體流量15sccm，氨氣的氣體流 量200sccm，微波功率1800W，氣體壓強20kPa，襯底溫度為1050°C)，沉積一段時間（時間為 220h)后得到MPCVD金剛石片；
[0042] 第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑(直徑為5mm)和高度2.5mm;
[0043] 第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸(直徑12mm， 厚度2.5mm);
[0044] 第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片正中屯、位置切開直徑為5.2mm大小的圓 孔；
[0045] 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度可為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的 焊接端圓柱體上(涂有焊料的面接觸疊放），施加壓力(壓力可為1-10N)使MPCVD金剛石片、 焊料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；
[0046] 第六步，對填充好焊料的試樣進行針焊過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。
[0047] 使MPCVD金剛石片鉆頭與80粒度的陶瓷結(jié)合劑碳化娃平行砂輪在規(guī)定的裝置上相 互磨擦，得到磨耗比，如表1所示。
[004引磨耗比測定方法根據(jù)的是中華人民共和國機械工業(yè)部部頒標準（JB3235-1999) 中，使人造金剛石燒結(jié)體和80粒度的陶瓷結(jié)合劑碳化娃平行砂輪在規(guī)定的裝置上相互磨 擦，得到磨耗比的值。
[0049] 實施例4:
[0050] 第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)（甲燒的氣體流量lOsccm，氨氣的氣體流 量200sccm，微波功率800W，氣體壓強16kPa，襯底溫度為700°C)，沉積一段時間后（300h)得 到MPCVD金剛石片；
[0051] 第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑(直徑為4mm)和高度(1.5mm);
[0052] 第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸(直徑10mm， 厚度 1.5mm);
[0053] 第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片正中屯、位置切開直徑為4.2mm大小的圓 孔；
[0054] 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度可為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的 焊接端圓柱體上(涂有焊料的面接觸疊放），施加壓力(壓力可為1-10N)使MPCVD金剛石片、 焊料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；
[0055] 第六步，對填充好焊料的試樣進行針焊過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。 [0化6] 實施例5:
[0057]第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)（甲燒的氣體流量30sccm，氨氣的氣體流 量400sccm，微波功率2000W，氣體壓強25kPa，襯底溫度為1200°C )，沉積一段時間后（lOOh) 得到MPCVD金剛石片；
[0化引第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑(直徑為10mm)和高度(2.5mm);
[0059] 第Ξ步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸(直徑26mm， 厚度2.5mm);
[0060] 第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片正中屯、位置切開直徑為10.2mm大小的圓 孔；
[0061] 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊 料(焊料的涂布厚度可為0.03-0.5mm)，然后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的 焊接端圓柱體上(涂有焊料的面接觸疊放），施加壓力(壓力可為1-10N)使MPCVD金剛石片、 焊料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣；
[0062] 第六步，對填充好焊料的試樣進行針焊過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。 [006；3]焊接后的MPCVD鉆頭性能好，如表1所示，表中數(shù)據(jù)為五個試驗結(jié)果(實施例1-5)的 平均值
[0064]表1針焊鉆頭的性能比較
[00化]__
[0066] 表1說明本發(fā)明的方法顯著提高了鉆頭的使用壽命W及穩(wěn)定性。
[0067] 本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，W及工藝參數(shù)(如氣體流量、微波功率、氣體壓 強等)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
[0068] 為了公開本發(fā)明的目的而在本發(fā)明中選用的實施例，當前認為是適宜的，但是，應(yīng) 了解的是，本發(fā)明旨在包括一切屬于本構(gòu)思和發(fā)明范圍內(nèi)的實施例的所有變化和改進。
【主權(quán)項】
1. 一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于包括如下步驟： 第一步，調(diào)節(jié)好MPCVD裝置沉積工藝參數(shù)，沉積一段時間后得到MPCVD金剛石片； 第二步，測量硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑和高度； 第三步，將沉積所得的MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸； 第四步，用激光切割機在MPCVD金剛石片的正中心位置切開與焊接端圓柱體直徑相對 應(yīng)圓孔； 第五步，MPCVD金剛石片的圓孔內(nèi)壁面和硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上分別涂上焊料，然 后將MPCVD金剛石片通過其圓孔套在硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體上，施加壓力使MPCVD金剛石 片、焊料和硬質(zhì)合金充分接觸，得到試樣； 第六步，對填充好焊料的試樣進行焊接過程，最終得到MPCVD金剛石片鉆頭齒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于:所述第 二步中，硬質(zhì)合金的焊接端圓柱體直徑為4-10mm，高度1.5-2.5mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于:所述第 三步中，MPCVD金剛石片的直徑和厚度加工到要求尺寸為:直徑10-26mm，厚度1.5-2.5mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MPCVD金剛石片制備鉆頭齒的方法，其特征在于:所述第 四步中圓孔直徑為4.2-10.2mm。
【文檔編號】C04B37/02GK106083128SQ201610628552
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月3日 公開號201610628552.6, CN 106083128 A, CN 106083128A, CN 201610628552, CN-A-106083128, CN106083128 A, CN106083128A, CN201610628552, CN201610628552.6
【發(fā)明人】馬志斌, 丁康俊, 王傳新, 付秋明
【申請人】武漢工程大學(xué)