一种人造金刚石烧结体的制备工艺

摘要

本发明涉及一种人造金刚石烧结体的制备工艺。该制备工艺包括如下步骤：先将石墨垫棒分别装入并固定在石墨套的多个石墨孔中，向石墨孔中装入底部烧结粉；用定位棒将聚晶模芯压入到底部烧结粉中，再向石墨孔中装入面部烧结粉，所述底部烧结粉、聚晶模芯和面部烧结粉共同构成待烧结体；向石墨孔中放入石墨压棒,使石墨压棒压盖在面部烧结粉的上部；将石墨套、石墨垫棒和石墨压棒三者构成的组合体放在石墨烧结机上烧结；将石墨孔中的成品烧结体脱出石墨套，即可得到人造聚晶金刚石烧结体。本制备工艺不但可以实现批量烧结涂漆模具的目的，而且使得每一个烧结体的烧结温度都一致、均匀，同一批次烧结体的硬度、强度均得到保证。

说明书

技术领域

本发明属于制备涂漆模具的技术领域，具体涉及一种人造金刚石烧结体的制备工艺。

背景技术

现有技术中，加工制备聚晶涂漆模具时，是将若干单个装有待烧结体的石墨模套(通常是8个石墨模套为一个批次)一起放置在烧结定位底盘上进行烧结，各单个石墨模套彼此之间没有任何接触，烧结完毕后，石墨模套中的待烧结体变为烧结体。这种烧结结构由于石墨模套之间没有接触，因此单个石墨模套在烧结过程中会产生较大的温度差异，导致8个石墨模套中的烧结体有的硬度低于正常硬度，有的则高于正常硬度，烧结体密度不均衡，烧结体强度得不到保证，从而给涂漆模留下了质量隐患。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种人造金刚石烧结体的制备工艺，本制备工艺不但可以实现批量烧结涂漆模具的目的，而且使得每一个烧结体的烧结温度都一致、均匀，同一批次烧结体的硬度、强度均得到保证，杜绝了现有技术中单个石墨模套烧结所产生的质量问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本制备工艺中使用了石墨套，所述石墨套呈整体状，且石墨套自上而下设置有多个贯穿其本体的石墨孔，此多个石墨孔的中轴线彼此平行；

该制备工艺包括如下步骤：

S1.将石墨垫棒分别装入所述石墨套的多个石墨孔中，所述石墨垫棒的数量与石墨孔的数量相适配，且石墨垫棒固定于石墨孔中；

S2.向装有石墨垫棒的石墨孔中装入底部烧结粉；

S3.用定位棒将聚晶模芯压入到底部烧结粉中，然后拔出定位棒；

S4.向石墨孔中装入面部烧结粉，使面部烧结粉堆积在聚晶模芯和底部烧结粉的上部，所述底部烧结粉、聚晶模芯和面部烧结粉共同构成待烧结体；

S5.向石墨孔中放入石墨压棒,使石墨压棒压盖在所述面部烧结粉的上部；

S6.将装有待烧结体的石墨套、石墨垫棒和石墨压棒三者构成的组合体整体放在石墨烧结机上烧结；

S7.烧结完毕，拔出石墨压棒，将石墨孔中的成品烧结体脱出石墨套，得到人造聚晶金刚石烧结体。

优选的，所述石墨垫棒和石墨压棒两两一组彼此配合构成对待烧结体进行固定的夹具；所述石墨垫棒与所述石墨孔构成过盈配合；所述石墨压棒的外直径与石墨孔的内直径相吻合。

优选的，所述石墨套的外侧设置有温度测点。

优选的，所述定位棒的外直径与石墨孔的内直径相吻合，所述定位棒的顶部设置有与定位棒同轴的定位环，定位环的内侧形成用于嵌设聚晶模芯的定位槽，所述定位环的环内尺寸与所述聚晶模芯的尺寸相吻合；所述定位棒使得所述聚晶模芯沿水平方向置于待烧结体的中部。

优选的，相邻石墨孔的孔壁之间的最小间距＞3.5mm。

优选的，所述石墨垫棒的底面与石墨套的底面相平齐，所述石墨压棒的远离石墨垫棒的一端伸出在石墨套的外侧。

优选的，所述石墨压棒的靠近石墨垫棒的一侧端面上设置有定位凸起，所述定位凸起与石墨压棒同轴设置。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用了呈整体状的石墨套，且石墨套自上而下设置有多个贯穿其本体的石墨孔。在进行烧结之前，在每个石墨孔中均放入待烧结体，并采用夹具对石墨孔中的待烧结体进行夹持固定，然后将此整体状的石墨套放置在热压烧结机上进行烧结。

由于本发明中的石墨套呈整体状，因此在烧结过程中，石墨套各处的温度较为均匀一致，从而使得每一个烧结体的烧结温度都一致、均匀，同一批次烧结体的硬度、强度均得到保证，杜绝了现有技术中单个石墨模套烧结所产生的质量问题。

2)本发明中的夹具包括处于下部的石墨垫棒和处于上部的石墨压棒。所述石墨垫棒与多孔石墨套构成过盈配合，从而石墨垫棒与石墨孔之间没有间隙；所述石墨压棒的外直径与石墨孔的内直径相吻合，可以实现较好的压实效果。所述石墨压棒的上端伸出在石墨套的外侧，当需要烧结时，热压烧结机的上顶板压靠在石墨压棒的上端，热压烧结机的上顶板顶靠在多孔石墨套的下端面，此时热压烧结机的上顶板向石墨压棒施加向下的压力，从而使得待烧结体在烧结过程中一直处于被压实的状态。

3)本发明还包括定位棒，所述定位棒的顶部设置有与定位棒同轴的定位环。工作时将聚晶模芯放入定位环中，然后用定位棒将聚晶模芯压入到底部烧结粉中，由于所述定位棒的外直径与石墨孔的内直径相吻合，因此定位棒可以将聚晶模芯沿水平方向置于待烧结体的中部。

4)本发明中的石墨压棒的一端端部设有定位凸起，则当石墨压棒插入石墨孔中并压靠在待烧结体上时，待烧结体的上部将会被压出一个凹坑，烧结完毕所得到的烧结体的上部自然也就带有一个凹坑，从而可以便于工作人员区分烧结体的上下两面。

5)原涂漆模烧结石墨套单批次烧结的个数是8个，本发明中的多孔石墨套单批次烧结的个数可达15个，单次烧结数量比以前提高了将近一倍。

此外，本发明中的多孔石墨套的设计结构极大地减少了石墨套与空气的接触面积，从而减少了表面积散热，提高了石墨套的积热能力和保温能力。采用本发明中的多孔石墨套后，单批次烧结时间由原来的9分钟缩短至6分钟，其中保温时间由原本的4分钟缩短至1分钟，即整个烧结保温时间缩短了近30％。

综上所述，本发明专利不但极大地提高了涂漆模具的生产效率，同时节约了大量电能，降低了制造成本。

此外，经由本发明制造的烧结体具有稳定可靠的机械性能，其硬度偏差HRB值±1，密度波动±0.1g/cm³。

6)人造聚晶金刚石硬度高、耐磨性好，但脆性大、尺寸小，抗压强度和抗冲击性能较差，所以聚晶模芯不能直接镶入模套内进行超声波加工。

本发明在聚晶模芯的外侧设置烧结粉，然后将聚晶模芯和烧结粉一起烧结形成人造聚晶金刚石烧结体，这种制备方式一方面在超声波加工时为人造聚晶金刚石坯料提供补强，另一方面所制备的烧结体具有一定的塑性，连同人造聚晶金刚石镶嵌入模套内时，烧结体能够发生塑性变形与模套内孔紧密结合消除缝隙，保护人造聚晶金刚石不被挤压致变形开裂和模套不致变形；第三个重要作用则是烧结体的塑性能够有效地防止绝缘漆从烧结体和模套之间溢出。

附图说明

图1为多孔石墨套的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为装有待烧结体的多孔石墨套的结构示意图。

图4为烧结体的结构示意图。

图5a为带有定位凸起的石墨压棒的结构示意图。

图5b、5c为定位棒的结构示意图。

图6为装有石墨垫棒的多孔石墨套的结构示意图。

图7为装有底部烧结粉的多孔石墨套的结构示意图。

图8为采用定位棒压入聚晶模芯的示意图。

图9为被压入聚晶模芯后的状态示意图。

图10为装有面部烧结粉的多孔石墨套的结构示意图。

图11为石墨压棒压入多孔石墨套的结构示意图。

图12为待烧结体被压实后的多孔石墨套的结构示意图。

图13为多孔石墨套的烧结状态图。

图中标记符号的含义如下：

10-石墨套 11-石墨孔 12-温度测点

20-石墨垫棒

30-石墨压棒 31-定位凸起

40-待烧结体 41-底部烧结粉 42-聚晶模芯 43-面部烧结粉

40a-人造聚晶金刚石烧结体

50-定位棒 51-定位环 52-定位槽

60a-热压烧结机上顶板 60b-热压烧结机下顶板

70-电线

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

多孔石墨套组合装置

一种批量烧结涂漆模具的多孔石墨套组合装置，该组合装置包括如下组成部分：

石墨套10，所述石墨套10呈整体状，且石墨套10自上而下设置有多个贯穿其本体的石墨孔11，此多个石墨孔11的中轴线彼此平行，如图1、图2所示；

夹具，所述夹具的数量与石墨孔11的数量相适配，夹具用于对所述石墨孔11中的待烧结体40进行夹持固定。

如图3所示，所述夹具包括分设在待烧结体40两侧的石墨垫棒20和石墨压棒30，石墨垫棒20和石墨压棒30两两一组彼此配合；所述石墨垫棒20设置在石墨孔11的下侧，且石墨垫棒20与所述石墨孔11构成过盈配合；所述石墨压棒30自上而下插设在所述石墨孔11中，且石墨压棒30的外直径与石墨孔11的内直径相吻合。

所述石墨垫棒20和石墨压棒30两两一组彼此配合的意思即为，每一个石墨垫棒20均与一个石墨压棒30相配合使用，且彼此配合的石墨垫棒20和石墨压棒30均用于同一个石墨孔11中。

为保证每个石墨孔受压时的抗压强度，相邻石墨孔11的孔壁之间的最小间距＞3.5mm。

如图3所示，所述石墨垫棒20的底面与石墨套10的底面相平齐，所述石墨压棒30的远离石墨垫棒20的一端伸出在石墨套10的外侧。

如图5a所示，所述石墨压棒30的靠近石墨垫棒20的一侧端面上设置有定位凸起31，所述定位凸起31与石墨压棒30同轴设置。所述定位凸起31用于在烧结体上形成凹坑，从而便于区分烧结体的上下两面。

如图5b、5c所示，该组合装置还包括用于将所述待烧结体40中的聚晶模芯42沿水平方向置于待烧结体40中部的定位棒50，所述定位棒50的外直径与石墨孔11的内直径相吻合，所述定位棒50的顶部设置有与定位棒50同轴的定位环51，定位环51的内侧形成定位槽52，所述定位环51的环内尺寸与所述聚晶模芯42的尺寸相吻合。

定位棒50有多种结构形式，为了保证压实后的聚晶模芯42的上端面与底部烧结粉41的上端面相平齐(如图9所示)，可以采用如图5c所示的定位棒50的结构，即定位槽52的底端面与定位棒50的上端面相平齐。

所述石墨套10的外侧设置有温度测点12。

实施例2

人造金刚石烧结体的制备工艺

该制备工艺中使用了如实施例1中所述的批量烧结涂漆模具的多孔石墨套组合装置，即所述石墨套10呈整体状，且石墨套10自上而下设置有多个贯穿其本体的石墨孔11，此多个石墨孔11的中轴线彼此平行；

该制备工艺包括如下步骤：

S1.如图6所示，将石墨垫棒20分别装入所述石墨套10的多个石墨孔11中，所述石墨垫棒20的数量与石墨孔11的数量相适配，且石墨垫棒20固定于石墨孔11中；

S2.如图7所示，向装有石墨垫棒20的石墨孔11中装入底部烧结粉41；

S3.如图8所示，用定位棒50将聚晶模芯42压入到底部烧结粉41中，然后拔出定位棒50；如图9所示，所压入的聚晶模芯42的上端面与底部烧结粉41的上端面相平齐；

S4.如图10所示，向石墨孔11中装入面部烧结粉43，使面部烧结粉43堆积在聚晶模芯42和底部烧结粉41的上部，所述底部烧结粉41、聚晶模芯42和面部烧结粉43共同构成待烧结体40；

S5.如图11所示，向石墨孔11中放入石墨压棒20,使石墨压棒20压盖在所述面部烧结粉43的上部；

S6.如图12、13所示将装有待烧结体40的石墨套10、石墨垫棒20和石墨压棒30三者构成的组合体整体放在石墨烧结机上烧结；

S7.烧结完毕，拔出石墨压棒20，将石墨孔11中的成品烧结体脱出石墨套10，得到人造聚晶金刚石烧结体40a，如图4所示。

所述石墨垫棒20和石墨压棒30两两一组彼此配合构成对待烧结体40进行固定的夹具；所述石墨垫棒20与所述石墨孔11构成过盈配合；所述石墨压棒30的外直径与石墨孔11的内直径相吻合。

如图13所示，所述石墨套10的外侧设置有温度测点12。

所述定位棒50的外直径与石墨孔11的内直径相吻合，所述定位棒50的顶部设置有与定位棒50同轴的定位环51，定位环51的内侧形成用于嵌设聚晶模芯42的定位槽52，所述定位环51的环内尺寸与所述聚晶模芯42的尺寸相吻合；所述定位棒50使得所述聚晶模芯42沿水平方向置于待烧结体40的中部。

相邻石墨孔11的孔壁之间的最小间距＞3.5mm。

如图6～13所示，所述石墨垫棒20的底面与石墨套10的底面相平齐，所述石墨压棒30的远离石墨垫棒20的一端伸出在石墨套10的外侧。

所述石墨压棒30的靠近石墨垫棒20的一侧端面上设置有定位凸起31，所述定位凸起31与石墨压棒30同轴设置。

本发明所制备的人造聚晶金刚石烧结体的物理性能如下：断面收缩率为15％-20％，洛氏硬度HRB60-70。

本发明中的人造聚晶金刚石烧结体既能为小尺寸人造聚晶金刚石在超声波加工过程中提供保护而不产生开裂现象，提高小尺寸人造聚晶金刚石的加工效率，同时由于烧结体塑性较好，为小尺寸人造聚晶金刚石提供外套保护作用，同时镶嵌入不锈钢套内，制得涂漆模具。