一種聚晶金剛石復合片浸出裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，包括：基座，所述基座上設置有酸蝕槽，所述酸蝕槽用于盛放強酸；設置在所述基座上的臺型凹槽，所述臺型凹槽用于放置聚晶金剛石復合片；所述臺型凹槽的上底面與所述酸蝕槽下底面相連通；所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層部分置于所述酸蝕槽中；所述臺型凹槽的上表面的尺寸與聚晶金剛石復合片的尺寸為過盈配合。本發明提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置和浸出方法能夠減少聚晶金剛石復合片中的殘余金屬含量，同時還能保護聚晶金剛石復合片中的硬質合金層。
【專利說明】—種聚晶金剛石復合片浸出裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及超硬材料【技術領域】，尤其涉及一種聚晶金剛石復合片浸出裝置。
【背景技術】
[0002]超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。金剛石是目前已知的世界上最硬的物質，立方氮化硼硬度僅次于金剛石。這兩種超硬材料的硬度都遠高于其它材料的硬度，包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質合金、高速鋼等硬質工具材料。因此，超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質材料方面，具有無可比擬的優越性，占有不可替代的重要地位。因而超硬材料在工業上獲得了廣泛應用。但是金剛石數量稀少、價格昂貴，遠遠不能滿足經濟發展的需要，因此，研究人員利用高壓合成技術合成了聚晶金剛石(PCD)，使金剛石的應用范圍擴展到勘探、航空、航天、汽車、電子、石材等多個領域。隨著金剛石應用的進一步拓展，與其相關的復合材料引起了研究者的廣泛興趣，聚晶金剛石復合片就是其中之一。
[0003]聚晶金剛石復合片是在高溫高壓下由許多細晶粒金剛石和硬質合金襯底聯合燒結而成的塊狀聚結體，由于其中聚晶金剛石的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體，其硬度及耐磨性雖低于單晶金剛石，但燒結體表現為各向同性，因此不會像天然金剛石那樣沿單一解理面裂開，經常作為加工工具主要用于石油、冶金、地質鉆頭、擴孔器等，具有高強度、高硬度、高耐磨性，特別是具有高的抗沖擊韌性，其鉆進速度和時效均為天然金剛石的許多倍，而且鉆進過程中還可以有效的保持孔徑。同時還可以用來切削非鐵金屬及其合金、硬質合金以及非金屬材料，切削速度為硬質合金刀具的上百倍，耐用度為硬質合金的上千倍。
[0004]現有技術中的聚晶金剛石復合片，由于制備的原因，會有殘余金屬留在金剛石顆粒的間隙內，這些殘余的金屬會加劇金剛石復合片使用時的石墨化或氧化，導致聚晶層失效，而且金屬相和硬質合金相的熱膨脹系數和彈性模量的不同，聚晶金剛石復合片在使用中容易出現裂紋、分層等現象，影響聚晶金剛石復合片磨耗和熱穩定性，從而縮短其使命壽命O
[0005]因此，如何減少聚晶金剛石復合片中的殘余金屬含量，成為業內亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，本發明提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置能夠減少聚晶金剛石復合片中的殘余金屬含量，同時還能保護聚晶金剛石復合片中的硬質合金層。
[0007]本發明提供了一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，包括:
[0008]基座，所述基座上設置有酸蝕槽，所述酸蝕槽用于盛放強酸；
[0009]設置在所述基座上的臺型凹槽，所述臺型凹槽用于放置聚晶金剛石復合片；所述臺型凹槽的上底面與所述酸蝕槽下底面相連通；[0010]所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層部分置于所述酸蝕槽中；
[0011]所述臺型凹槽的上表面的尺寸與聚晶金剛石復合片的尺寸為過盈配合。
[0012]優選的，所述置于所述酸蝕槽的聚晶金剛石層的厚度為聚晶金剛石層總厚度的30% ~80%。
[0013]優選的，所述臺型凹槽的母線與臺型凹槽的高的夾角為5~10°。
[0014]優選的，所述臺型凹槽的下底面與聚晶金剛石復合片的下底面相接觸，所述臺型凹槽的深度小于所述聚晶金剛石復合片的厚度，所述臺型凹槽的深度大于所述聚晶金剛石復合片的硬質合金層厚度。
[0015]優選的，所述臺型凹槽的深度與所述聚晶金剛石復合片的厚度的差值與所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層厚度的比值為(0.3~0.8):1。
[0016]優選的，所述臺型凹槽為圓臺型凹槽，所述臺型凹槽的上表面直徑小于臺型凹槽下表面直徑。 [0017]優選的，所述臺型凹槽的上表面直徑小于等于聚晶金剛石復合片的直徑。
[0018]優選的，所述臺型凹槽的上表面直徑比聚晶金剛石復合片的直徑小0.3~0.6mm。
[0019]優選的，所述酸蝕槽為圓柱型槽體，所述酸蝕槽的下底面直徑大于所述臺型凹槽的上表面直徑。
[0020]本發明提供了一種聚晶金剛石復合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0021]將聚晶金剛石復合片壓入上述任意一項技術方案所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置中，使得聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層的部分位于酸蝕槽中，然后向酸蝕槽中加入強酸進行浸出，得到浸出后的聚晶金剛石復合片。
[0022]本發明提供了一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，包括:基座，所述基座上設置有酸蝕槽，所述酸蝕槽用于盛放強酸；設置在所述基座上的臺型凹槽，所述臺型凹槽用于放置聚晶金剛石復合片；所述臺型凹槽的上底面與所述酸蝕槽下底面相連通；所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層部分置于所述酸蝕槽中。與現有技術相比，本發明提供的浸出裝置采用臺型凹槽和酸蝕槽結構，從而使聚晶金剛石復合片在裝置內，可以通過酸蝕減少聚晶層的殘余金屬含量，同時由于采用本發明的浸出方法，利用臺型凹槽的特殊結構以及高度上的設計，使得聚晶金剛石復合片置于圓臺型凹槽時，在臺型凹槽內形成正壓氣室，防止酸蝕槽內的強酸進入臺型凹槽內，從而保護聚晶金剛石復合片中的硬質合金層不被酸腐蝕。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置工作時的剖面結構示意圖；
[0024]圖2本發明實施例提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置的俯視結構示意圖；
[0025]圖3為本發明實施例1浸出后的聚晶金剛石復合片的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0026]為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。[0027]本發明提供了一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，包括:
[0028]基座，所述基座上設置有酸蝕槽，所述酸蝕槽用于盛放強酸；
[0029]設置在所述基座上的臺型凹槽，所述臺型凹槽用于放置聚晶金剛石復合片；所述臺型凹槽的上底面與所述酸蝕槽下底面相連通；
[0030]所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層部分置于所述酸蝕槽中；
[0031]所述臺型凹槽的上表面的尺寸與聚晶金剛石復合片的尺寸為過盈配合。
[0032]參見圖1，圖1為本發明實施例提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置工作時的剖面結構示意圖，其中，11為酸蝕槽，12為臺型凹槽，13為聚晶金剛石復合片放入臺型凹槽后形成的空腔，14為聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層，15為聚晶金剛石復合片的硬質合金層，16為基座。
[0033]本發明對所述聚晶金剛石復合片沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的聚晶金剛石復合片即可，優選由聚晶金剛石層14和硬質合金層15組成，當聚晶金剛石復合片在酸浸出過程中，聚晶金剛石復合片的上部分為聚晶金剛石層14，聚晶金剛石復合片的下部分為硬質合金層15。
[0034]本發明所述聚晶金剛石復合片浸出裝置包括基座16，基座為聚晶金剛石復合片浸出裝置的主體部分，設置有酸蝕槽11和臺型凹槽12。[0035]在本實施例中，基座材質為耐強酸高分子樹脂材料，以保證浸出裝置不被強酸腐蝕。在其他實施例中，基座可以選擇其他材質，以能夠耐強酸腐蝕為優選方案。
[0036]本發明所述聚晶金剛石復合片浸出裝置包括酸蝕槽11，所述酸蝕槽設置在基座16上，其作用是盛放強酸，用于浸出聚晶金剛石復合片聚晶金剛石層中的殘余金屬。
[0037]在本實施例中，酸蝕槽11為圓柱形槽體。在其他實施例中，酸蝕槽可以為其他形狀，以方便盛放強酸為優選方案。
[0038]本發明所述聚晶金剛石復合片浸出裝置包括臺型凹槽12，所述臺型凹槽12設置在基座16上，所述臺型凹槽12用于放置聚晶金剛石復合片，所述臺型凹槽12上表面與所述酸蝕槽11下底面相連通，其作用是放置以及固定聚晶金剛石復合片，所述臺型凹槽的上表面的尺寸與聚晶金剛石復合片的尺寸的關系為過盈配合。
[0039]在本實施例中，所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層14部分置于所述酸蝕槽11中，本發明所述部分置于所述酸蝕槽11中是指聚晶金剛石層14在厚度方向上一部分置于酸蝕槽11，一部分置于臺型凹槽12中其作用是保證聚晶金剛石層在酸浸出的過程中，硬質合金層15與聚晶金剛石層的結合面以及硬質合金層不被強酸腐蝕；所述部分優選為聚晶金剛石層厚度的30%~80%，更優選為聚晶金剛石層厚度的40%~70%。在其他實施例中，聚晶金剛石層也可以完全置于酸蝕槽中，以不腐蝕硬質合金層為優選方案。
[0040]在本實施例中，所述臺型凹槽的下底面與聚晶金剛石復合片的下底面相接觸，所述臺型凹槽的深度小于聚晶金剛石復合片的厚度，所述臺型凹槽的深度大于所述聚晶金剛石復合片的硬質合金層厚度；所述臺型凹槽的深度與所述聚晶金剛石復合片的厚度的差值與所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層厚度的比值優選為(0.3~0.8):1，更優選為(0.4 ~0.7):1。
[0041 ] 在本發明中，所述臺型凹槽的深度小于所述聚晶金剛石復合片的厚度，在聚晶金剛石復合片置于臺型凹槽內時，聚晶金剛石復合片上部的聚晶金剛石層14可以與酸蝕槽中的強酸有更大的接觸面積，增加聚晶金剛石層中殘余金屬的浸出速度。同時，所述臺型凹槽的深度與聚晶金剛石復合片厚度的差值小于聚晶金剛石層14的厚度，可以防止聚晶金剛石復合片在酸浸出過程中，聚晶金剛石層14與硬質合金層15的復合面被酸蝕槽中的強酸腐蝕，進而保護硬質合金層15。[0042]在其他實施例中，臺型凹槽的深度可以與聚晶金剛石復合片的厚度相同，以使聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層與酸蝕槽中的強酸充分接觸為優選方案。
[0043]在本實施例中，臺型凹槽12為圓臺型凹槽，以適應橫截面為圓形的聚晶金剛石復合片。所述臺型凹槽12的母線與臺型凹槽12的高的夾角優選為5~10°，更優選為6~9° ;當聚晶金剛石復合片置于圓臺型凹槽內后，在臺型凹槽內側四周形成的空腔13處成為正壓氣室，由于存在正壓，可以防止所述酸蝕槽中的酸液進入臺型凹槽內，從而保護聚晶金剛石復合片的硬質合金層不被腐蝕。
[0044]在其他實施例中，臺型凹槽也可以為棱臺型凹槽，以與聚晶金剛石復合片橫截面的形狀相適應為優選方案。
[0045]在本實施例中，所述臺型凹槽的上表面直徑與聚晶金剛石復合片的直徑為過盈配合，所述圓臺型凹槽的上底面直徑小于聚晶金剛石復合片的直徑，所述圓臺型凹槽的上底面直徑與聚晶金剛石復合片的直徑的差值優選為0.3~0.6mm,更優選為0.4~0.5mm。在本發明中，所述臺型凹槽的上表面的直徑小于聚晶金剛石復合片的直徑，聚晶金剛石復合片在外力的作用下卡入臺型凹槽內，可以使圓臺型凹槽上底面的圓周與聚晶金剛石復合片緊密結合，從而進一步防止所述酸蝕槽中的酸液進入臺型凹槽內，保護聚晶金剛石復合片的硬質合金層不被腐蝕。
[0046]在其他實施例中，圓臺型凹槽的上底面直徑可以與聚晶金剛石復合片的直徑相同，以使圓臺型凹槽上底面的圓周與聚晶金剛石復合片盡量緊密結合為優選方案。
[0047]在本實施例中，酸蝕槽的直徑大于臺型凹槽上底面的直徑，參見圖2，圖2本發明實施例提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置的俯視結構示意圖，其中，21為酸蝕槽，22為臺型凹槽。本發明酸蝕槽的直徑大于臺型凹槽的上底面直徑，在聚晶金剛石復合片置于臺型凹槽內時，聚晶金剛石復合片上部的聚晶金剛石層可以與酸蝕槽中的強酸有更大的接觸面積，增加聚晶金剛石層中殘余金屬的浸出速度。
[0048]在其他實施例中，酸蝕槽的直徑可以與臺型凹槽的上底面直徑相同，以使聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層與酸蝕槽中的強酸充分接觸為優選方案。
[0049]本發明還提供了一種聚晶金剛石復合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0050]將聚晶金剛石復合片壓入上述任意一項技術方案所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置中，使得聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層的部分位于酸蝕槽中，然后向酸蝕槽中加入強酸進行浸出，得到浸出后的聚晶金剛石復合片。
[0051]本發明提供的聚晶金剛石復合片浸出裝置的工作過程如下:
[0052]將聚晶金剛石復合片在外力的作用下壓入聚晶金剛石復合片浸出裝置中，聚晶金剛石復合片高于臺型凹槽，即聚晶金剛石層的一部分位于酸蝕槽中，同時，臺型凹槽的上表面直徑與聚晶金剛石復合片的直徑為過盈配合，使得聚晶金剛石復合片與臺型凹槽上表面達到密封的狀態。然后向酸蝕槽中注入強酸進行浸出，強酸不會流入到臺型凹槽內，最后得到浸出后的聚晶金剛石復合片。
[0053]本發明對聚晶金剛石復合片浸出裝置的材質沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的耐強酸的材質即可，優選采用耐強酸高分子樹脂；本發明對聚晶金剛石復合片沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的聚晶金剛石復合片即可，優選采用直徑19.05_，高度
13.20mm，聚晶金剛石層厚度為1.80mm的聚晶金剛石復合片(EP-H1913型，河南晶銳超硬材料有限公司)；本發明中所述強酸均為本領域技術人員熟知的用于浸出殘余金屬的無機酸，優選為硝酸、鹽酸、高氯酸中一種或幾種；本發明對所述注入強酸的量沒有特別限制，優選為(5~20)ml/g ;本發明對浸出的時間沒有特別限制，優選為24~108小時。
[0054]本發明按照上述步驟重復浸出50片聚晶金剛石復合片，用XRF(X-射線熒光光譜)進行檢測，實驗結果表明，浸出前聚晶金剛石層中的殘余金屬含量為8%，浸出后，在浸出區內的聚晶金剛石層中的殘余金屬含量為0.07%,同時用高倍顯微鏡觀察硬質合金層及聚晶金剛石層界面處，聚晶金剛石復合片的硬質合金層沒有出現分層現象，表明硬質合金層沒有受到酸的腐蝕。
[0055]本發明提供了一種聚晶金剛石復合片浸出裝置和浸出方法，通過向酸蝕槽放入強酸，浸出聚晶金剛石層中的殘余金屬，同時本發明在放置聚晶金剛石復合片的位置采用臺型凹槽和酸蝕槽結構以及臺型凹槽上底面的特別設計，使聚晶金剛石復合片在酸蝕過程中，保護聚晶金剛石和硬質合金復合面以及聚晶金剛石復合片中的硬質合金層不被強酸腐蝕，從而延長聚晶金剛石復合片的使用壽命。
[0056]實施例1
[0057]選取直徑為19.05mm,聚晶金剛石層厚度為1.80mm的聚晶金剛石復合片(EP-H1913型，河南晶銳超硬材料有限公司)，通過XRF測得聚晶金剛石復合片聚晶層中殘余金屬的含量為7.8%。將上述聚晶金剛石復合片壓入由耐強酸高分子樹脂材料制成的聚晶金剛石復合片浸出裝置中，浸出裝置的臺型凹`槽`上底面直徑為18.6mm，母線與臺高的夾角為5°，聚晶金剛石復合片高于臺型凹槽`1.0_，即聚晶金剛石層在浸出裝置的酸蝕槽中的厚度。
[0058]向酸蝕槽中注入15ml混合酸進行浸出，混合酸為體積比為3:1的鹽酸和硝酸。24小時后，得到浸出后的聚晶金剛石復合片。
[0059]將聚晶金剛石復合片浸出裝置按上述方法重復使用49次，得到50片浸出后的聚晶金剛石復合片。
[0060]對上述浸出后的聚晶金剛石復合片進行觀察，其硬質合金層沒有出現酸腐蝕現象。
[0061]對上述浸出后的聚晶金剛石復合片進行電鏡掃描，結果如圖3所示，圖3為本發明實施例1浸出后的聚晶金剛石復合片的掃描電子顯微鏡圖。由圖3可以看出，白線以上的區域為浸出區，其中白色為殘余金屬相，黑色為金剛石相。
[0062]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
[0063]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所 示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種聚晶金剛石復合片浸出裝置，包括: 基座，所述基座上設置有酸蝕槽，所述酸蝕槽用于盛放強酸； 設置在所述基座上的臺型凹槽，所述臺型凹槽用于放置聚晶金剛石復合片；所述臺型凹槽的上底面與所述酸蝕槽下底面相連通； 所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層部分置于所述酸蝕槽中； 所述臺型凹槽的上表面的尺寸與聚晶金剛石復合片的尺寸為過盈配合。
2.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述置于所述酸蝕槽的聚晶金剛石層的厚度為聚晶金剛石層總厚度的30%~80%。
3.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽的母線與臺型凹槽的高的夾角為5~10°。
4.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽的下底面與聚晶金剛石復合片的下底面相接觸，所述臺型凹槽的深度小于所述聚晶金剛石復合片的厚度，所述臺型凹槽的深度大于所述聚晶金剛石復合片的硬質合金層厚度。
5.根據權利要求4所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽的深度與所述聚晶金剛石復合片的厚度的差值與所述聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層厚度的比值為(0.3~0.8):1。
6.根據權利要求1所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽為圓臺型凹槽，所述臺型凹槽的上表面直徑小于臺型凹槽下表面直徑。
7.根據權利要求6所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽的上表面直徑小于等于聚晶金剛石復合片的直徑。
8.根據權利要求6所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述臺型凹槽的上表面直徑比聚晶金剛石復合片的直徑小0.3~0.6mm。
9.根據權利要求6所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置，其特征在于，所述酸蝕槽為圓柱型槽體，所述酸蝕槽的下底面直徑大于所述臺型凹槽的上表面直徑。
10.一種聚晶金剛石復合片的浸出方法，其特征在于，包括以下步驟: 將聚晶金剛石復合片壓入上述權利要求1~9任意一項所述的聚晶金剛石復合片浸出裝置中，使得聚晶金剛石復合片的聚晶金剛石層的部分位于酸蝕槽中，然后向酸蝕槽中加入強酸進行浸出，得到浸出后的聚晶金剛石復合片。
【文檔編號】C01B31/06GK103663446SQ201310693543
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】王曉, 李治海 申請人:河南晶銳超硬材料有限公司