覆盖强结合CVD金刚石层的聚晶金刚石复合片的制备方法

摘要

本发明公开了一种覆盖强结合CVD金刚石层的聚晶金刚石复合片及其制备方法，属于材料、机械以及工具领域。本发明通过向聚晶金刚石层中植入形核面朝外的CVD金刚石小圆柱，使得用直流电弧等离子体CVD技术能够在聚晶金刚石层表面沉积出强结合、高质量的CVD金刚石层。经覆盖强结合CVD金刚石层后，新型的聚晶金刚石复合片的耐高温性和耐磨性将得到很大程度的提升，改进后的聚晶金刚石复合片将更适应于石油与地质钻探和机械加工领域越来越高的钻探效率和加工效率要求。

主权项

一种覆盖强结合CVD金刚石层的聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征是制备步骤如下：（1）使用直流电弧等离子体CVD技术制备直径60~120mm、厚度2~3mm的CVD金刚石自支撑膜，并脱膜；（2）使用激光切割机将CVD金刚石自支撑膜沿其生长方向切割成若干2~3mm高的小圆柱； （3）将10‑1000个CVD金刚石小圆柱形核面朝外埋入金刚石粉中并与硬质合金基体一起压制成坯，然后在氢还原气氛下热压烧结，并退火处理以消除残余应力和热应力；具体操作过程是：①将含有CVD金刚石小圆柱的混合粉料置于不锈钢磨具中，用油压机加压至30MPa制成毛坯；②将冷压成型的毛坯密封进石墨炉胆，并将石墨炉胆放入压力烧结炉中；③向炉内通入流动氢气营造还原气氛，然后在保持压力P≥80kN的条件下使炉内温度以20℃/min的升温速度从室温升到700℃，保温30min；④再以10℃/min的升温速度从700℃升至最终的烧结温度950℃，并保持5min；⑤继续保持压力和氢还原气氛，以10℃/min的降温速度降至500℃，保温10min；⑥撤去压力载荷，随炉冷却至室温，制得的PDC复合片；（4）在金刚石抛光机上将制得的PDC复合片的PCD面抛光至埋入的CVD金刚石小圆柱露出纯净的形核面；（5）将露出纯净的形核面的PCD层面浸泡入HCL溶液或HNO₃溶液中一小时去除表面及一定深度处的Co金属元素，并清洗干净；（6）将PDC复合片置于直流电弧等离子体CVD真空腔室中的基片台上，控制沉积温度在600℃~1050℃，沉积覆盖一层0.1~2mm的CVD金刚石层。