具体实施方式

下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图1-2及具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

一种利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺，包括成型粉料制备步骤、温压成型步骤、溶剂脱除步骤和脱酯烧结成型步骤；

所述温压成型步骤包括以下具体步骤：

S1)将所述成型粉料制备步骤制得的金刚石胎体喂料放入温压成型模具，然后将成型压板放在所述金刚石胎体喂料的表面上；

S2)将压有所述成型压板的所述温压成型模具放入微波加热装置，微波加热至所述金刚石胎体喂料的温度达到100-150℃的温压成型温度，保持微波加热20-50秒，即制得金刚石胎体毛坯；

所述金刚石胎体喂料含有金刚石颗粒、合金粉末和粘合剂；所述温压成型模具的材质为聚四氟乙烯。

本发明所述的利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺，采用的温压成型模具的材质为聚四氟乙烯，具有微波可穿透的特性，并且耐高温、耐腐蚀和保温性能均较好；使用聚四氟乙烯制成的温压成型模具的表面摩擦系数极低，压力传递性好，脱模性能佳，成型的所述毛坯脱模后外形保持完整；上述微波加热的温压成型温度为100-150℃，微波加热的时间为20-50秒，采用微波辐射加热升温速度快，加热时间短，具有良好的生产效率，并且能耗低。

所述温压成型模具的内腔的形状尺寸可根据工具的外形设计尺寸开设，并且材质为聚四氟乙烯的温压成型模具的加工成型难度低。

图1和图2示出的是材质为聚四氟乙烯的温压成型模具，以及成型前后的状态。

具体的，步骤S1)中，所述成型压板施加于下方的所述金刚石胎体喂料的压力为50-100kg/cm²；

步骤S2)中，所述温压成型模具置于微波加热装置中的旋转架上加热，加热的微波频率为2450MHz，微波波长为122mm。

将盛有金刚石胎体喂料的温压成型模具置于微波加热装置的旋转架上加热，金刚石胎体喂料在旋转中吸收微波能量，可使金刚石胎体喂料的受热更为均匀，避免金刚石胎体喂料因温度分布不均，而导致成型后的毛坯固化不均匀。

在100-150℃下温压成型，并施加50-100kg/cm²的压力，是为了让熔融状态的金刚石胎体喂料之间的间隙被填充，间隙里的空气被完全排除，使制得的毛坯的内部均匀无孔，具有更好的金刚石颗粒把持强度。

现有技术的干压成型工艺，由于模具内的金刚石粉末的压力传递不均匀，导致造成烧结后的金刚石胎体的收缩不均，产生的形变大，因此，现有技术的干压成型不适用于形状复杂的金刚石粉末毛坯的成型，具有变形大、使用寿命短的缺点。

本发明的所述利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺，温压成型的金刚石胎体喂料中含有粘结剂，当加热温度达到粘结剂的塑性懦变流动温度时，受到压力作用的金刚石胎体喂料和粘结剂一起在模具中懦变流动，可有效地传递压力至模具的各个部位，金刚石胎体喂料分布均匀且无气孔，烧结后毛坯的整体收缩均匀，并且尺寸精度高。

进一步的，所述成型粉料制备步骤包括以下具体步骤：

P1)按比例分别称取金刚石金属胎体粉末和粘结剂，并加入混炼机中搅拌，加热至混炼温度，混炼1小时后冷却至室温，制得混炼料；

P2)将所述混炼料用破碎机粉碎，即制得所述金刚石胎体喂料；

所述金刚石金属胎体粉末含有所述金刚石颗粒和所述合金粉末，所述合金粉末含有钼金属粉末或钨金属粉末。

通过加热混炼，使金刚石金属胎体粉末和粘结剂分散均匀，破碎后形成金刚石金属胎体粉料。

金刚石金属胎体粉末含有的金刚石颗粒的比例和粒径可根据具体的金刚石工具的性能要求设计；合金粉末含有钼金属或钨金属的粉末，具体可根据耐热要求和切割的材料硬度和特性设计需要的合金成分。

具体的，步骤P1)中，按照质量百分比计算，所述金刚石金属胎体粉末和所述粘结剂的含量分别为85-90％和10-15％；

所述粘结剂包括水溶性溶剂和非水溶性的热塑性树酯，所述水溶性溶剂和所述热塑性树酯的质量比为1-2:10；

所述水溶性溶剂为聚乙二醇、脂肪族乙烯酯、甘油脂肪酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基甲基醚、聚乙烯乙基醚和丙烯酸乙烯酯中的至少一种；

所述热塑性树酯为丙烯酸酯、乙烯基聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯和聚甲醛中的至少一种；所述热塑性树酯含有与微波产生谐振的极性分子结构。

在温压成型的过程中通过粘结剂使金刚石金属胎体粉末粘结为一体；质量百分比为10-15％的粘结剂可以确保金刚石金属胎体粉末的粘结效果，不会过多或过少，可以降低后期脱除溶剂和脱酯的难度。

丙烯酸酯(VA)、乙烯基聚醋酸乙烯酯(EVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)和聚甲醛(POM)等非水溶性的热塑性树酯，均含有与微波产生谐振的极性分子结构，可吸收微波加热器辐射的电磁波软化而具有较好的粘性，可以提高粘合后的金刚石金属胎体粉末的抗拉强度。

使用水溶性的聚乙二醇、脂肪族乙烯酯、甘油脂肪酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基甲基醚、聚乙烯乙基醚或丙烯酸乙烯酯作为溶剂，可以使残余的溶剂在粘结后挥发，还可以在烧结成型前使用水或者乙醇等容易溶解清除，清除难度低，清除后的残留量少，更有利于保持制得的金刚石工具的使用寿命。

进一步的，步骤P1)中，所述混炼温度为130-160℃；

步骤P2)中，制得的所述金刚石胎体喂料的粒度小于3mm。

在130-160℃略高于热塑性树酯的塑性懦变流动温度的温度范围内，丙烯酸酯(VA)、乙烯基聚醋酸乙烯酯(EVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)和聚甲醛(POM)等热塑性树酯处于熔融状态，更容易分散。

粒度小于3mm的金刚石胎体喂料混炼后的分散性更好，粘合后的强度更高。

进一步的，所述溶剂脱除步骤包括如下：

T1)将步骤S2)制得的所述毛坯放入40-50℃的脱脂溶剂中，浸泡，取出干燥，即制得脱脂毛坯。

通过溶剂脱除步骤清除毛坯中残余的水溶性溶剂，避免残余的水溶性溶剂影响制成的金刚石工具的性能和寿命。

具体的，步骤T1)中，浸泡时间为5-10小时；所述脱脂溶剂为纯净水和酒精中的至少一种。

本发明的粘合剂中选用的溶剂为水溶性溶剂，可通过纯净水或酒精浸泡清除残留的溶剂，通过5-10小时的浸泡以使毛坯中的溶剂得以充分析出，操作简便且成本低。

进一步的，所述脱酯烧结成型步骤包括如下具体步骤：

M1)将步骤T1)制得的所述脱脂毛坯放入真热烧结炉，以50℃/小时的升温速度升温至500℃，并保温1小时；

M2)抽真空后通入惰性气体加压，然后再以250℃/小时的升温速度升温至烧结温度，保温0.5小时；

M3)降温至100℃以下出炉，静置冷却24小时均质化，即完成所述金刚石工具的制备。

通过步骤M1)，除去所述脱脂毛坯中剩余的水溶性和非水溶性粘结剂。

在900℃和含有惰性气体环境下烧结，并保温0.5小时，即可以避免金刚石颗粒和合金粉末被氧化，又可以使金刚石颗粒与其表面包裹的合金粉末充分熔融粘合为一体。

具体的，步骤M2)中，抽真空的真空压力为10MPa，所述烧结温度为900℃，所述惰性气体为氩气。

在500℃保温1小时，可以使脱脂毛坯中的合金粉末粘合体再软化而懦动，进一步提高脱脂毛坯内部的致密性。

惰性气体可使用氩气、氦气或者其它不会与石墨在高温状态不会发生化学反应的多星期地。

在900℃、10MPa的高温高压且无氧的条件下，金刚石颗粒的表面的碳分子发生化学反应形成碳化钼合金膜或碳化钨合金膜，可进一步提高金刚石工具中的金刚石颗粒的把持力，具有更好的切割效率和使用寿命。

实施例

1、根据下表1和表2所列的原料成分和工艺参数分别制备各实施例和各对比例的金刚石锯片，有关各实施例和各对比例的毛坯重量和检测结果分别见表1和表2。

2、各实施例和各对比例的金刚石工具的制备包括成型粉料制备步骤、温压成型步骤、溶剂脱除步骤和脱酯烧结成型步骤。

所述成型粉料制备步骤包括以下具体步骤：

P1)按比例分别称取金刚石金属胎体粉末和粘结剂，并加入混炼机中搅拌，加热至混炼温度，混炼1小时后冷却至室温，制得混炼料；

P2)将所述混炼料用破碎机粉碎，即制得所述金刚石胎体喂料；

所述金刚石金属胎体粉末含有所述金刚石颗粒和所述合金粉末，所述合金粉末含有钼金属粉末或钨金属粉末。

其中，温压成型步骤包括以下具体步骤：

S1)将所述成型粉料制备步骤制得的金刚石胎体喂料放入温压成型模具，然后将成型压板放在所述金刚石胎体喂料的表面上；

S2)将压有所述成型压板的所述温压成型模具放入加热装置，加热至所述金刚石胎体喂料的温度达到温压成型温度，保持一段时间后，即制得金刚石胎体毛坯；

所述金刚石胎体喂料含有金刚石颗粒、合金粉末和粘合剂；

还有的，溶剂脱除步骤包括：

T1)将步骤S2)制得的所述毛坯放入40-50℃的脱脂溶剂中，浸泡，取出干燥，即制得脱脂毛坯。

再有的，脱酯烧结成型步骤包括如下具体步骤：

M1)将步骤T1)制得的所述脱脂毛坯放入真热烧结炉，以50℃/小时的升温速度升温至500℃，并保温1小时；

M2)抽真空后通入惰性气体加压，然后再以250℃/小时的升温速度升温至烧结温度，保温0.5小时；

M3)降温至100℃以下出炉，静置冷却24小时均质化，即完成所述金刚石工具的制备。

3、记录各实施例和对比例的加热时间，并检测确认温压成型后的毛坯质量是否合格，各对比例和实施例的能耗和检测结果分别详见下表1和表2。

表1实施例的有关数据和检测结果

表2对比例的有关数据和检测结果

根据以上数据对比分析如下：

1、实施例1-5、对比例1和2制得的金刚石锯片均合格；说明本发明的所述利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺是有效的。

2、对比例1和2与对应的实施例1和2的不同之处仅在于温压成型使用的加热装置和加热源不同；对比例1和2使用的现有技术的马弗炉，通过电阻丝发热；实施例1和2使用的是具有旋转加热架的微波炉，加热源为波长为122mm频率为2450MHz的微波；

对比例1的能耗为500kVA，实施例1的能耗为6.67kVA,实施例1的能耗为对比例1的能耗的1.67％，节能98.33％；

对比例2的能耗为750kVA,实施例2的能耗为9.72kVA，实施例2的能耗为对比例2的能耗的1.94％，节能98.06％。

说明本发明的所述利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺包括的温压成型工艺具有非常低的能耗水平，相比现有技术的马弗炉的电阻式温压加热工艺节能效率提高了98％，并且本发明的温压成型的加热时间不超过1分钟，具有非常高的生产效率。

3、对比例3和4与实施例5的不同之处在于温压成型中使用的压板压力不同，对比例3和对比例4的压板压力分别为110kg/cm²和30kg/cm²，都超出了50-100kg/cm²的范围；对比例3的压力过大，导致对比例3制得的毛坯的尺寸偏小而不合格；对比例4的压力不够，导致对比例4制得的毛坯的尺寸偏大而不合格，并且由于粘合剂懦动分散不够均匀，导致制得的金刚石锯片在切割实验中出现金刚石颗粒松脱的现象，因此，本发明的温压成型的压板压力设置为50-100kg/cm²的范围是较为适宜的。

4、对比例5和6与不同之处在于温压成型中的微波加热时间不同，对比例5和对比例6的微波加热时间分别为60秒和10秒，都超出了20-50秒的范围；对比例5的加热时间过长，造成温压成型的温度过高超过了150℃，导致对比例5的毛坯在温压成型中的溶剂挥发过快，粘合效果差，从而导致对比例5制得的金刚石锯片因金刚石颗粒的把持力差，在切割实验中出现金刚石颗粒松脱的现象而不合格；对比例6的加热时间过短，造成温压成型的温度过低只有95℃不到100℃，导致对比例6的毛坯在温压成型中的热塑性树酯流动性差，粘合效果差，从而导致对比例6制得的金刚石锯片因金刚石颗粒的把持力不够，在切割实验中出现金刚石颗粒松脱的现象而不合格，因此，发明的温压成型的微波加热时间设置为20-50秒的范围是较为适宜的。

综上所述，本发明所述的利用微波加热成型的金刚石工具的制备工艺，采用的温压成型模具的材质为聚四氟乙烯，具有微波可穿透的特性，采用微波辐射加热升温速度快，加热时间短，具有良好的生产效率，并且能耗低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理；而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释；本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式；这些方式都将落入本发明的保护范围之内。