用于藍寶石掏棒的金剛石套料鉆頭及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超硬材料工具制造技術領域，特別涉及一種用于藍寶石掏棒的金剛石套料鉆頭及其制備方法。
【背景技術】
[0002]藍寶石單晶具有一系列優(yōu)異的物理化學性能:熔點2050°C，高硬度、耐高溫、耐宇宙射線輻照能力強，良好的電絕緣性、熱導性及化學穩(wěn)定性，介電常數(shù)小，介質(zhì)損耗低，在
0.2 μ m?5.5 μ m波段具有良好的透過率。基于藍寶石單晶的上述優(yōu)異性能，藍寶石的應用有以下方面:在藍寶石底板上形成單晶硅薄膜，再利用CMOS工藝形成電路，作為采用具有良好絕緣性的藍寶石的SOS底板，能夠降低在底板上形成的電路耗電量。采用藍寶石為主要原材料的LED燈，可以發(fā)出不同顏色的光。光學玻璃、高檔手表殼的原材料也涉及到藍寶石的應用，可以預計不久的將來，手機屏幕也會逐漸的由玻璃往藍寶石方向發(fā)展。因此未來工業(yè)對于藍寶石的需求量是非常大的。
[0003]由于藍寶石屬于硬脆材料，硬度僅次于金剛石，因此后續(xù)加工難度較大。藍寶石生長成晶柱后，第一道工序就是用套料鉆頭把藍寶石從晶柱中套出，形成一根根的藍寶石柱體，然后再對藍寶石柱體進行切割、研磨、劃片等處理。現(xiàn)有技術中套料鉆頭在使用時存在以下問題:
[0004](I)由于套料鉆頭的刀頭厚度只有2mm左右，鉆管的壁厚只有Imm左右，將刀頭與鉆管焊接在一起時，焊接的同心度不好控制，造成鉆頭在鉆進的過程中發(fā)送抖動現(xiàn)象，晶體內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，形成廢品，造成極大的浪費；同心度不好還會造成掏出的晶棒不直，影響后續(xù)的修磨；另外，鉆管的壁薄，過大的荷載也容易使鉆管產(chǎn)生變形，影響正常鉆進。
[0005](2)鉆頭的鉆進效率不高，產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，鉆進過程有尖銳的聲響，需要工人經(jīng)常提鉆在砂輪上修磨刀頭，影響生產(chǎn)進度，嚴重情況會由于壓力過大造成整個晶體的碎裂。
[0006](3)鉆頭壽命短，增加了掏棒成本。
[0007](4)鉆頭焊接強度不高，套料過程中有斷齒或整體掉環(huán)等現(xiàn)象發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了至少解決金剛石套料鉆頭與鉆管同心度差的問題，本發(fā)明提供了一種用于藍寶石掏棒的金剛石套料鉆頭及其制備方法。
[0009]一種用于藍寶石掏棒的金剛石套料鉆頭，所述金剛石套料鉆頭包括:接頭，一端安裝在所述藍寶石掏棒機的主軸上；鉆管，呈筒狀，所述鉆管的底端與所述接頭的另一端連接；以及金剛石刀頭，呈環(huán)狀且一體成型，所述金剛石刀頭的底端通過激光焊接與所述鉆管的頂端連接以使所述鉆管和所述金剛石刀頭形成中空腔體。
[0010]在上述金剛石套料鉆頭中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述金剛石刀頭的環(huán)形底端面上設置有環(huán)形焊接臺階，所述環(huán)形焊接臺階的外徑與所述鉆管內(nèi)徑過盈配合并通過激光焊接的方式連接，以保證所述鉆管和所述金剛石刀頭的同心度最小。
[0011]在上述金剛石套料鉆頭中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述金剛石刀頭包括:在所述金剛石刀頭的底端指向所述金剛石刀頭的頂端的方向上依次設置的過渡層和工作層；所述過渡層按重量份計由以下原料組成:35-71份的鐵粉末，15-42份的銅粉末和3_12份的鈷粉末；所述工作層按重量百分比計由以下原料組成:40-75%的金屬粉末和25-60%的金剛石，其中，所述金屬粉末按重量份計由以下原料組成:12-35份的鐵粉末，18-34份的鈷粉末，34-62份的銅粉末，2-5份的錫粉末。
[0012]在上述金剛石套料鉆頭中，作為一種優(yōu)選實施方式，自所述金剛石刀頭的頂端向所述金剛石刀頭底端方向在所述金剛石刀頭上均勻開有多個水槽，所述水槽的深度小于等于所述工作層的高度。
[0013]以上金剛石套料鉆頭中的優(yōu)選實施方式可以任意組合使用。
[0014]一種用于藍寶石掏棒的金剛石套料鉆頭(即上述金剛石套料鉆頭)的制備方法，所述金剛石套料鉆頭包括:由下至上依次連接的接頭、鉆管和金剛石刀頭，所述制備方法包括:金剛石刀頭粗加工制備步驟，制備出金剛石刀頭毛坯；焊接步驟，將所述鉆管和所述接頭焊接在一起，將所述金剛石刀頭毛坯和所述鉆管激光焊接在一起，形成金剛石套料鉆頭毛坯；精加工制備步驟，對所述金剛石套料鉆頭毛坯的金剛石刀頭毛坯進行修磨和開刃處理以及成品檢測，得到金剛石套料鉆頭。
[0015]在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述金剛石刀頭粗加工制備步驟包括:金剛石刀頭胎體粉制備子步驟，按照重量份計將35-71份的鐵粉末，15-42份的銅粉末和3-12份的鈷粉末進行混料，得到所述金剛石刀頭的過渡層的胎體粉；按照重量百分比計將40-75%的金屬粉末和25-60%的金剛石進行混料，得到所述金剛石刀頭的工作層的胎體粉，其中，所述金屬粉末的成分按重量份計為:12-35份的鐵粉末，18-34份的鈷粉末，
34-62份的銅粉末，2-5份的錫粉末；燒結子步驟，將所述金剛石刀頭的工作層的胎體粉和所述金剛石刀頭的過渡層的胎體粉填入模具中進行熱壓燒結，冷卻后進行脫模處理，得到金剛石刀頭毛坯；優(yōu)選地，在所述金剛石刀頭胎體粉制備子步驟中，原料銅粉末和鐵粉末預先進行了還原處理。更優(yōu)選地，在所述金剛石刀頭胎體粉制備子步驟中，在按照重量份計將
35-71份的鐵粉末，15-42份的銅粉末和3_12份的鈷粉末進行混料時還加入酒精，所述混料時間不少于4小時；在按照重量百分比計將40-75 %的金屬粉末和25-60 %的金剛石進行混料時還加入甘油和酒精，所述混料時間不少于2小時；
[0016]在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述金剛石刀頭胎體粉制備子步驟之后、所述燒結子步驟之前還包括:制粒子步驟，在所述金剛石刀頭的工作層的胎體粉和所述金剛石刀頭的過渡層的胎體粉中分別加入粘結劑進行制粒，之后進行篩分以及烘干處理；優(yōu)選地，所述篩分后得到的工作層胎體粉和過渡層胎體粉的粒徑不大于0.7mm。
[0017]在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述燒結子步驟中，先將所述金剛石刀頭的工作層的胎體粉裝入所述模具，之后將所述金剛石刀頭的過渡層的胎體粉裝入所述模具，所述熱壓燒結處理的燒結溫度為750-850 °C，燒結壓力為15-25MPa，保溫時間為3-5min ;優(yōu)選地，所述冷卻是指將燒結后的模具放入保溫砂箱內(nèi)緩冷8h。
[0018]在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述焊接步驟中，將所述金剛石刀頭毛坯和所述鉆管激光焊接在一起具體包括:在所述金剛石刀頭毛坯的與所述鉆管連接的端面上沿所述金剛石刀頭毛坯的軸向加工出環(huán)形焊接臺階，所述環(huán)形焊接臺階裝入所述鉆管內(nèi)空腔，且所述環(huán)形焊接臺階外徑與所述鉆管內(nèi)徑過盈配合，之后通過激光焊接將所述金剛石刀頭毛坯焊接于所述鉆管上。
[0019]在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，在所述焊接步驟和所述精加工制備步驟之間還包括水槽加工步驟，在金剛石刀頭毛坯的工作層上沿所述金剛石刀頭毛坯的軸向均勻切割出多個水槽，所述水槽的深度小于等于所述工作層的高度。
[0020]以上方法中的優(yōu)選實施方式可以任意組合使用。
[0021]本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0022]通過采用激光焊接將環(huán)形一體成型的金剛石刀頭焊接在鉆管上，提高了金剛石刀頭與鉆管的同心度，即同心度的值降低，進而實現(xiàn)了金剛石套料鉆頭的掏棒成材率高，在掏棒過程中平穩(wěn)；同時還增加了金剛石刀頭與鉆管的焊接強度，大大減少了鉆進過程中發(fā)生掉環(huán)和掉齒的現(xiàn)象。通過在金剛石刀頭過渡