PDC的主要特性與應用

第19卷第5期越硬村料程Vol 192007年10月SUPERHARD MATERIAL ENGINEERINGOct.2007PDC的主要特性與應用柴津萩,王光祖(鄭州磨料磨具磨削研究所,河南鄭州450013)摘要:文章對PDC的主要特性及應用領(lǐng)域進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。隨著(zhù)現代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PDC廣泛應用于汽車(chē)、石油地質(zhì)鉆探、木材加工、金屬絲拉撥等工業(yè)領(lǐng)域。關(guān)鍵詞:PDC;主要特性與應用;綜述中圖分類(lèi)號:TQ164文獻標識碼:A文章編號:1673-1433(2007)05-036-07Main characteristics and application of pDcCHAI Jin-qiu, WANG Guang-zu(Zhengzhou Abrasives and Grinding Research Institute, Zhengzhou, Henan, 450013)Abstract:a brief comment was made on the main characteristics of PDC and itsapplication fields in the paper. With the development of modern industry and high-techPDC is expanding its use in many industry fields such as automobile, oil geologicadrilling, carpentry, metal wire pulling and drawing and so onKeywords: PDC; main characteristics and application; comment耐磨性、熱穩定性和抗沖擊韌性是PDC最重要耐磨性的主要因素有的性能指標,在某些情況下,強度、可加工性、自銳性(1)制造工藝。燒結時(shí)間較短,且燒結溫度較高也可能成為重要參數。PDC具有單晶金剛石所不具時(shí),PDC耐磨性較好;燒結溫度偏低時(shí),PDC耐磨性備的一些優(yōu)良特征。在PDC中,晶粒呈無(wú)序排列,各差;燒結時(shí)間過(guò)長(cháng),金剛石石墨化趨于嚴重,PDC耐向同性,無(wú)解理面?？梢灾瞥商囟ㄐ螤?以適合不同的磨性將急劇下降。用途。(2)一般來(lái)講金剛石的粒度越細,耐磨性越高;?？梢栽O計或預測產(chǎn)品的性能,賦予產(chǎn)品必要的特度配比對耐磨性同樣影響較大點(diǎn),以適應它的特定用途,如選擇細粒度的PDC刀具(3)若PDC中的粘接劑基本上呈線(xiàn)條狀或絮狀,材料,可使刀具的刃口質(zhì)量提高;粗粒度的PDC刀具且較均勻地分布在金剛石周?chē)?并與其相互作用形成材料,可使刀具的耐用度提高。較髙熔點(diǎn)的高強度物相,金剛石顆粒就能很好的燒結在一起,而得到高熱穩定性和高耐磨性的PDC1PDC的主要特性(4)控制晶粒的異常長(cháng)大。晶粒的異常長(cháng)大是金剛石在金屬觸媒中的再結晶過(guò)程引起的,在催化劑較1.1耐磨性多的地方容易產(chǎn)生。在Fe-金剛石體系的燒結過(guò)程中,中的抗磨損能力,一般用磨耗比來(lái)評價(jià)影響PDC的和的形成在一定程度上可抑制晶粒的異常長(cháng)耐磨性是指PDC在切削、鉆井、修整砂輪等過(guò)程FeC中國煤化工相燒結時(shí)發(fā)現在金CNMHG①收稿日期:2007-02-20作者簡(jiǎn)介柴津秋(1957—),女,工程師主要從事科研管理方面的工作,36剛石與鈷的混料中添加碳化物粉有助于減少液相存氧化溫度、石墨化溫度。(在,遏制晶粒的異常長(cháng)大。另外,在燒結PDC時(shí),添加總之,PDC的熱穩定性與許多因素有關(guān),而且各適量細粒度cBN(粒徑小于0.5m),可抑制金剛石晶因素之間相互影響。比如,與所處環(huán)境的關(guān)系、與粘接粒的異常長(cháng)大{3劑的關(guān)系、與金剛石微晶粒度的關(guān)系等1.2機械磨損機理提高熱穩定性的一些方法有般來(lái)說(shuō),金剛石聚晶純機械磨損機理可以大致(1)選擇適當的粘接劑,并調節粘接劑的含量;分為四種類(lèi)型:研磨磨損、沖擊磨損、切削磨損和混合(2)選擇適當的金剛石粒度型磨損(3)加入適量的硼;(1)研磨磨損金剛石聚晶層的磨損大都發(fā)生在(4)通過(guò)酸處理,鋅液吸收,電解等方法除掉金屬切削力不大的連續切削/磨削場(chǎng)合。磨損方式以中間相相的磨損及脫落開(kāi)始,使得金剛石顆粒裸露出來(lái)。在1.3抗沖擊韌性反復摩擦作用力的作用下,金剛石表面產(chǎn)生裂紋。隨抗沖擊韌性是指PDC承受沖擊載荷的能力,主著(zhù)切削過(guò)程的進(jìn)行,裂紋不斷地擴展,新的裂紋的不要體現為在沖擊力作用下金剛石顆粒不脫落,金剛石斷產(chǎn)生,并連成網(wǎng),導致細小的金剛石碎片剝落,產(chǎn)生層不裂紋崩刃,不分層。磨損?？箾_擊韌性作為PDC的重要性能指標之一,被(2)沖擊磨損沖擊磨損通常發(fā)生在切削力較廣泛關(guān)注。業(yè)已研究出若干提高PDC的抗沖擊韌性大,被加工材料組織不均勻或斷續切削場(chǎng)合。由于沖的方法,如在PDC層上覆蓋一層粘接劑或類(lèi)似材料擊力較大,金剛石聚晶的破壞主要取決于材料的斬斷作保護層,像一層致密的網(wǎng)罩住所有金剛石,形成裂強度、中間相對金剛石顆粒的把持力及聚晶的斷裂個(gè)完整、穩定的結構,從而提高它的抗沖擊韌性韌性。對斷裂表面的觀(guān)察可見(jiàn)到金剛石顆粒的整體破PDC界面最初為一個(gè)平面,在實(shí)際使用過(guò)程中證明碎及較大塊金剛石的脫落現象。很明顯,較小的金剛這種結構并不是很理想,因為在界面處很容易因為強石顆粒尺寸和韌性較好的中間相對提高聚晶的沖擊度不夠而出現金剛石層的剝落損壞,針對這一現象,磨損能力是有益的。眾多研究人員提出了多種解決方案,如在金剛石和基(3)切削磨損切削磨損通常發(fā)生在切削力較體之間添加鎢片;將基體界面做成溝槽或鋸齒狀;把大、切削速度較高的場(chǎng)合。此時(shí),在較大摩擦力的作用溝槽或鋸齒做成環(huán)形,并把尖角改成圓角;降低鋸齒下,金剛石與工件接觸表面的溫度較高金剛石變軟,尖端粘接劑的含量;把界面做成波浪形等等在磨削力的作用下金剛石自身被切削。這種情況通常1.4PDC的主要缺陷伴隨有工件與金剛石之間的化學(xué)反應發(fā)生。反映在金PDC在生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的幾種主要缺陷如表1剛石表面的磨損、磨痕呈連續的溝槽狀,而且溝槽處所列極少見(jiàn)到裂紋(4)混合型磨損基本上是以幾種磨損形式的聯(lián)表1PDC的主要缺陷與產(chǎn)生原因Table 1 Major defect of PCD and its cause合出現PDC的耐熱性是指它在空氣中或保護氣氛中加主要缺陷缺陷產(chǎn)生的原因熱而耐磨性基本保持不變所能承受的溫度和相應的分層1.高溫時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)間。在世界范圍內,測定熱穩定性的主要方法有三2.殘余應力過(guò)大種:一是, De beers公司的將PDC置于空氣中用馬弗3硬質(zhì)合金基體本身的質(zhì)量較差爐加熱,同時(shí)將其置于還原氣氛(95%H2+5%N)中欠燒1.原材料受到污染用還原爐加熱至某一溫度,并保持一段時(shí)間,然后測2.溫度過(guò)低或高溫時(shí)間保持不夠定其失重、耐磨性、石墨化程度和抗沖擊性能;二是,3.硬質(zhì)合金基體結合劑含量不足De beers公司還用熱量一差熱分析儀,并配以高溫針眼合成PDC使用的金剛石微粉通常只有幾十微米或幾顯微鏡,來(lái)測定其初始氧化溫度,以此來(lái)確定氧化度微米大小,因而比表面積極大,易吸附大量氣體,燒結耐熱性;再一是,GE公司是用掃描電鏡對加熱過(guò)的TH中國煤化工在金剛石層中燒結體作斷口分析和作車(chē)削試驗;切削速度為107CNMHG168m/min,進(jìn)給量為0.13mm/ro4裂紋高溫時(shí)間過(guò)長(cháng)國內一般采用差熱一熱重法研究PDC的熱穩定性,并用差熱、熱重曲線(xiàn)來(lái)分析溫度點(diǎn),以此來(lái)確定其由于表1中的缺陷大部存在于聚晶金剛石層的的抗折強度下降,產(chǎn)生這種現象的原因是因為在燒結外表面,可以用肉眼或在顯微鏡下直接檢測但是要及隨后的試樣制備過(guò)程中,試樣內部及表面總會(huì )有檢測PDC復合片內部的燒結質(zhì)量問(wèn)題即聚晶金剛些微裂紋產(chǎn)生。裂紋的大小與金剛石顆粒尺寸無(wú)關(guān)石層與硬質(zhì)合金基體之間的界面結合是否牢固,很難但裂紋與金剛石顆粒尺寸的比值則決定斷裂的類(lèi)型。從常規的性能檢測中發(fā)現。目前,國外檢測PDC內部如果裂紋的尺寸為c,而金剛石的顆粒尺寸為d,則比質(zhì)量采用超聲波檢測法。超聲波法在國內則主要用于值c/d決定材料的破壞行為。比值大于1決定材料斷PDC鉆頭的質(zhì)量檢測。裂行為的因素主要與金剛石單晶的斷裂韌性有關(guān),比1.5幾種金剛石聚晶的綜合特性值小于1,材料的破壞與多晶體斷裂的韌性有關(guān)從表2可見(jiàn),隨著(zhù)金剛石顆粒尺寸的增加,PCD表2幾種金剛石聚晶的綜合特性Table 2 Overall characteristics of several kinds of polycrystalline diamond性能Co中介相wc襯底復合片Co中介相聚晶siC中介相聚晶顆粒尺寸(m)中介物含量(%)密度(g/cm3)4.153.773.833.793.43抗折強度(MPa)1550440抗拉強度(MPa)抗壓強度(MPa)4200斷裂韌性,MPam2泊桑比0.070.070.070.0730.086楊氏模量(GPa)925不同的金剛石顆粒尺寸的聚晶,產(chǎn)生不同的破壞表4試驗用原料的純度及粒度機理的臨界cd比值如表3所示Table 4 Purity and grain size ofraw materials for experiment表3金剛石聚晶顆粒尺寸與臨界裂紋長(cháng)度原材料純度(%)粒度(mm)Table 3 Grain size of polycrystalline>99.9diamond and critical crack length0.049顆粒直徑d(pm)2123095125150>99.4臨界裂紋長(cháng)度c(m)61618689110LaNis31.330.600.720.780.70>99.9999金剛石0.250~0.212m1.6LaNi對金剛石復合材料性能的影響稀土元素及其化合物具有一系列獨特的物理和表5LaNi5含量對硬質(zhì)合金性能的影響化學(xué)性能,許多研究都證實(shí),其能改善硬質(zhì)合金的組Table 5 Influence of content of織結構,提高其強度、沖擊韌性、抗氧化性和耐磨性L(fǎng)aNis on performance of carbide序號w(LaNi5)%抗彎強度(MPa)硬度(HRA)為提高金剛石一硬質(zhì)合金復合柱齒的綜合性能采用粉末冶金熱壓法,分別在硬質(zhì)合金及金剛石一硬中國煤化工質(zhì)合金復合材料中添加適量的稀土元素,研究了其對CNMH材料力學(xué)的影響。表4為試驗所用原料的情況,表5為L(cháng)aNi5對硬質(zhì)合金性能的影響。由表5可見(jiàn),隨著(zhù) Lanis含量的增加,硬質(zhì)合金的位濃度,降低空位擴散速度,從而在變形過(guò)程中推遲抗彎強度首先提高,當w( Lanis)為0.5%時(shí),達到最孔洞的長(cháng)大、聚集和連接成為連續裂紋的過(guò)程大值1532MPa,比未加時(shí)提高了4%;繼續提高LaN5另外,La和負電性大的雜質(zhì)元素S、O、N相互吸的添加量,抗彎強度開(kāi)始下降。但硬質(zhì)合金的硬度值引,共同偏聚在細小的碳化物界面上,成為沒(méi)有固定變化不大(最高提高幅度為2HRA)。成分比的厚度為幾個(gè)原子層的偏聚膜,其結果是分散復合柱齒的超硬層是由金剛石與硬質(zhì)合金構成和固定了一部分雜質(zhì)元素,使這些元素不容易形成大的復合材料,其性能的優(yōu)劣直接影響鑿巖柱齒的工作顆粒的有害夾雜物。性能及金剛石的有效利用率。而硬質(zhì)合金能否與金剛稀土元素La的加入量過(guò)多時(shí),會(huì )生成大量的稀石實(shí)現良好的浸潤和粘結,則是影響復合材料性能的土化合物,而稀土化合物的增多既影響硬質(zhì)合金的燒決定性因素。由于目前還沒(méi)有方便、可靠的方法或手結性能,又會(huì )降低其對金剛石的燒結性能,從而使硬段用于直接測量金剛石與胎體材料之間的浸潤行為質(zhì)合金以及金剛石復合材料的強度降低。和粘結強度。因此,多采用對比不含金剛石胎體的抗1.7CeO2對硬質(zhì)合金復合材料的影響彎強度(o)和含金剛石胎體的抗彎強度(d)的方CeO2對硬質(zhì)合金復合材料性能的影響如表7所法。顯然,dd與o的值差別起越小,說(shuō)明胎體對金剛示。石的粘結性能起越好。LaNi5對金剛石一硬質(zhì)合金復合材料性能的影表7CeO2含量對金剛石復合材料性能的影響響如表6所列。able 7 Influence of CeO2 content on theperformance of diamond composite material表6LaNi5含量對金剛石復合材料性能的影響(CeO2)%抗彎強度c(MPa)磨耗比ETable 6 Influence of content of lanis462312the performance of diamond composite material編號w(LaNi5)/%抗彎強度c(MPa)磨耗比E4500.30278560270由表7可見(jiàn),隨著(zhù)CeO2含量的增加,金剛石復合材料的抗彎強度迅速提高,當v(CeO2)為0.21%時(shí)由表6可見(jiàn),添加適量的LaNi可以使金剛石復達到最大值0.30MPa,比未添置CeO2時(shí)提高了34%合材料的抗彎強度和耐磨性同時(shí)提高,說(shuō)明其可以改繼續提高CeO2的含量,抗彎強度開(kāi)始下降。金剛石復善硬質(zhì)合金與金剛石的粘結性能。當LaNi5的含量為合材料的耐磨性則隨著(zhù)ceO2的加入呈下降趨勢。0.3%時(shí),d出和E均達到實(shí)驗范圍內的最大值關(guān)于CeO2的作用機理——彌散強化作用。Ni及670MPa和340,比未添加LaNi5時(shí)分別提高51%和Ni-WC固溶體的強度都比Co及Co-WC固溶體的強10%。但繼續增加v(LaNi3)值時(shí),金剛石復合材料的度低。本文試驗中,用Co/Ni作粘溶劑的硬質(zhì)合金要性能開(kāi)始下降比純Co作粘結劑的硬質(zhì)合金強度高,這一方面是由當合金中添加微量 Lani時(shí),因為L(cháng)a是活性元于Ni及稀土降低了磷在晶界的偏析程度,改善了磷素,在熱力學(xué)條件得到滿(mǎn)足時(shí),向晶界和相界擴散,產(chǎn)共晶的形態(tài),另一方面則是由于加入稀土氧化物生界面偏聚,這種偏聚往往只有幾個(gè)至幾十個(gè)原子CeO2后,Ni因ceO2的彌散強化而使其強度大大提層,這種富集的La的層,一方面阻止碳磷向晶界高,V中國煤化工,而隨著(zhù)稀土氧化物偏聚,降低碳、磷在晶界的含量;另一方面它分布在碳(R,CNMHG,為1%時(shí),N的b化物周?chē)?減小了碳化物的長(cháng)大速度,使分散的碳化值達到a四此,理出認為,CeO2對粘結相Ni物不容易連接起來(lái)形成網(wǎng)狀組織。La在晶界和相界起到了彌散強化作用偏聚的第三個(gè)作用是填充一部分空位,試減少界面空根據彌散強化理論,當彌散粒子加入量適當時(shí),能強化基體的性能;當過(guò)量時(shí),會(huì )產(chǎn)生彌散粒子的聚程中形成的。在燒結過(guò)程中,特別是在燒結前期形成集從而導致基體性能下降。的裂紋有可能在其后的燒結過(guò)程中得以愈合,也可以關(guān)于CeO2對合金組織的均勻化、細化作用。采用通過(guò)塑性變形及金剛石的再結晶或碳化硅的生成來(lái)Ni+Co作粘結劑,與Co相比,WC在N中溶解度較得以消除。大,故在相同條件下,WC的溶解度一析出量較大,其(2)金剛石顆粒之間的結合重結晶速度高,所以晶粒較為粗大。加入CeO2后,部高壓高溫燒結后,復合片中金剛石顆粒之間是怎分稀土質(zhì)點(diǎn)吸附在WC顆粒的表面上,降低了WC晶樣結合的?為了研究高壓高溫燒結時(shí),金剛石顆粒之粒表面能,因而降低其在液相中的溶解度,阻礙晶粒間的結合過(guò)程和結合方式,可以用腐蝕的方法,把金燒結時(shí)溶解一析出過(guò)程,這就減少了wC晶粒的不均剛石顆粒中間的中間物質(zhì)腐蝕掉。腐蝕后,金剛石作勻長(cháng)大為骨架存留下來(lái)。根據金剛石顆粒的形貌及金剛石顆根據 Gurland提出的改善硬質(zhì)合金強度的理論,粒之間的結合方式,即可判斷在高壓高溫燒結過(guò)程中即細顆粒的合金其強度和硬度都可達較高值;發(fā)生的變化。Burland也指出,減小WC晶粒尺寸或使粘結相均勻由于采用的中間物質(zhì)不同,金剛石顆粒之間的結分布都可提高硬質(zhì)合金的抗彎強度2。由于稀土具合方式有兩種類(lèi)型:其一為金剛石顆粒之間通過(guò)中間有細化晶粒使組織均勻改善潤濕性等作用,因而加相結合,這種結合以SC作為中間相最常見(jiàn),金剛石入稀土后能夠提高合金的抗彎強度顆粒獨立存在,其周?chē)怯蒘C構成的骨架相。其二1.8塑性變形是金剛石顆粒之間直接鍵合。131對于以Co作為中間相的金剛石復合片,由于金剛石的濃度較高在高壓高溫燒結時(shí)高的燒結溫度2PDC的主要應用領(lǐng)域及高壓力足以使金剛石顆粒內部產(chǎn)生大量的塑性變形。這種塑性變形主要表現形式是孿晶、位錯、滑移帶現代機械加工技術(shù)正朝著(zhù)高精度、高效率、柔性及位錯纏結?；妥詣?dòng)化方向飛速發(fā)展,新型技術(shù)設備和數控機金剛石的塑性變形可分為兩個(gè)階段:床、加工中心以及性能極為優(yōu)良新材料的應用日益廣第一個(gè)階段,合成初期,當某一金剛石尖端與另泛,因而對刀具的要求越來(lái)越高。作為21世紀的刀具一金剛石顆粒的晶面接觸時(shí),金剛石顆粒的尖部將壓材料,聚晶金剛石以其優(yōu)越的性能充分體現了現代制入被壓金剛石晶面中這樣無(wú)論金剛石尖部還是金剛造業(yè)對材料的要求?，F代電子、電器等高科技產(chǎn)品對石晶面,都會(huì )發(fā)生較大的塑性變形。電線(xiàn)電纜、金屬線(xiàn)材的精度要求越來(lái)越高,由于PDC第二階段,合成期,大量塑性變形的結果是,金剛超硬耐磨且各向同性,在金屬線(xiàn)材拉絲模領(lǐng)域有著(zhù)極石尖部變飩,其與被壓金剛石晶面的接觸面積增大,其廣泛的應用前景,發(fā)揮著(zhù)日益重大的作用。在石油從而導致接觸壓力的下降,塑性變形量逐漸減小,最地質(zhì)鉆探中,PDC鉆頭不斷刷新鉆井尺度的記錄,為后塑性變形停止。在合成金剛石聚晶過(guò)程中,這種變人類(lèi)創(chuàng )造了巨大的財富?；l(fā)生在整個(gè)合成腔體內。最后的結果是,金剛石顆2.1在石油地質(zhì)鉆探中的應用粒相互嵌鑲在一起,形成三維網(wǎng)狀結構。石油與天然氣鉆探中PDC鉆頭的應用范圍、使(1)壓縮裂紋的產(chǎn)生與愈合用數量及其完成鉆井工作量日益增加。目前,在世界在金剛石顆粒發(fā)生塑性形變時(shí),由于所加的壓力鉆頭市場(chǎng)中PDC鉆頭估計占市場(chǎng)總額的35%以上,較大,金剛石除發(fā)生較大的塑性變形外,同時(shí)也將由隨著(zhù)PDC本身品質(zhì)的不斷提高,PDC鉆頭不僅適合于塑性變形應變導致的發(fā)生在(110)晶面的應變誘發(fā)于軟一中地層的鉆探,而且在強研磨性地層、硬地層、裂紋和產(chǎn)生于(11面的解理裂紋。如果這些裂紋破碎點(diǎn)杜探中也有良好的表現中國煤化不能夠在其后的合成過(guò)程中愈合或減少,則將會(huì )對金與突的重量輕、鉆速快、剛石的性能產(chǎn)生不利影響在對金剛石燒結復合片試進(jìn)尺CNMH效益好等優(yōu)點(diǎn)越加顯樣的顯微鏡觀(guān)察所證實(shí),確有部分裂紋存在。但根據著(zhù)許多油田PDC鉆頭已取代了硬質(zhì)合金牙輪鉆頭其大小和形貌這些裂紋可能是在燒結后期冷卻過(guò)的主導地位目前世界范圍內的石油、天然氣鉆井廣泛使用聚表8PDC刀具適用的被加工材料及對象晶金剛石復合片鉆頭這種鉆頭與硬質(zhì)合金牙輪鉆頭Table 8 The appropriate material and相比,硬度和耐磨性高,切削速度快,而且沒(méi)有運動(dòng)部objects manufactured by PDC cutting tool件,在很大程度上降低了成本提高了效率,還從結構被加工材料加工對象上消除了事故隱患,因而深受用戶(hù)歡迎。在地層相同鋁、鋁合金飛機、汽車(chē)、摩托車(chē):活塞、氣缸、輪轂、傳動(dòng)箱、泵體、的情況下,PDC鉆頭與牙輪鉆頭相比,機械鉆速可以進(jìn)氣管、壓縮機零件、各種殼體零件等精密機械:各種燃器具、照相機、復印機、縫紉機、計量提高33%~100%,成本可以降低30%~50%單回次僅器零件通用機械:各種泵體、油壓機、機械零件等進(jìn)尺可增加3~4倍銅、銅合金內燃機、船舶:各種軸軸瓦軸承、泵體、齒輪、轉子葉美國的生產(chǎn)試驗表明,在水電工地致密砂巖中,片一個(gè)直徑76mm金剛石強化柱齒釬頭進(jìn)尺為1770m,電子儀器:各種儀表、電機、整流子等通用機械:各種軸承軸瓦、閥體、殼體等而硬質(zhì)合金釬頭僅91m,壽命約提高20倍,鉆巖效率硬質(zhì)合金各種閥座、氣缸等燒結品及半燒結品提高25%。100多個(gè)金剛石強化柱齒潛孔鉆頭在油井其它鈦、鎂、鋅、鉛等各種有色金屬鉆進(jìn)中,比普通硬質(zhì)合金潛孔鉆頭平均進(jìn)尺提高木材各種刨花板及人造耐磨纖維板制品90%,平均鉆速提高25%,每米鉆井成本降低51%。在增強塑料玻璃纖維、碳纖維增強塑料油井牙輪鉆進(jìn)中,21個(gè)直徑200mm的 IAIDO527型橡膠橡膠結合劑砂輪、紙用軋輥、橡膠環(huán)等鉆頭對比試驗表明,金剛石強化柱齒牙輪鉆頭平均進(jìn)石墨碳棒等尺提高21%。鉆時(shí)增加13%,鉆速提高8%,鉆井成本陶瓷密封環(huán)、柱塞等燒結及半燒結品下降1276%。采用美國梅加金剛石強化柱齒加工成直徑160mm潛孔鉆頭在訌蘇錦屏磷礦f=14~16致表9PDC刀具各應用領(lǐng)域的比例Table 9 Application field of PDC cutter密花崗巖中鉆進(jìn),比普通硬質(zhì)合金潛孔鉆頭進(jìn)尺提高項目比例(%)5~6倍,鉆速提高80%,說(shuō)明金剛石強化柱齒在破碎汽車(chē)工業(yè)與鉆進(jìn)礦巖上的優(yōu)越性。141木材加工22在寶石加工中的應用航天航空PDC在寶石加工上的應用是近年來(lái)開(kāi)拓的新領(lǐng)其它域,市場(chǎng)前景十分看好。這種新PDC的硬度遠低于鉆表10PDC刀具被加工材料的應用比例探等領(lǐng)域應用的PDC。為適應寶石加工的需作一些特Table 10 Application proportion of殊的處理,在性能與普通PDC有所區別,它不需要material manufactured by PDc cutting tool味追求極高的硬度和耐磨性,而是根據加工寶石的具項目比例(%)體要求進(jìn)行結構設計鋁及鋁合金目前,國內許多公司生產(chǎn)此類(lèi)聚晶金剛石,產(chǎn)品銅及銅合金大多出口國外。近年來(lái),淅江、廣東一帶的寶石生產(chǎn)廠(chǎng)家也開(kāi)始使用這一新技術(shù),產(chǎn)品極具發(fā)展潛力。其它2.3汽車(chē)和航天航空等領(lǐng)域中的應用PDC在許多制造工業(yè)領(lǐng)域,尤其是汽車(chē)和木材加工強化復合地板耐磨層時(shí)普遍采用的一種刀具加工工業(yè),成為傳統的硬質(zhì)合金刀具的高性能替代產(chǎn)方面,強化復合地板的耐磨層一般是A1O3顆粒與密品。PDC刀具適用的被加工材料及對象、各應用領(lǐng)胺樹(shù)脂浸漬而成;另一方面,由于PDC是單晶金剛石域的比例及被加工材料的應用比例見(jiàn)表8表9、表10。微粉同金屬結合劑經(jīng)高溫高壓合成的既具有較高的2.4在木材加工行業(yè)中的應用硬月耐磨性和熱傳導性。相對于傳統的隨著(zhù)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展,作為一種特殊的人造板高速中國煤化工用PDC刀具加工強材一強化復合地板得到了廣泛的應用其加工工藝也化復CNMH(電好的切削質(zhì)量、加工逐漸引起人們的普遍關(guān)注。PDC刀具是近年來(lái)人們效率和刀具耐用度,充分體現刀具較高性?xún)r(jià)比。PCD木工刀具的主要加工對象見(jiàn)表11。表11PCD木工刀具主要加工對象Table 11 Main manufacturing objects of PCD carpentry cutting tool雖化復合板維板刨花板膠合板實(shí)木地板其它板應用比例(%2725在線(xiàn)材模具中的應用min;而鉆削鋁、鑄鐵和普通鋼分別為30000/min、拉絲模是各種金屬線(xiàn)材生產(chǎn)廠(chǎng)家如電纜電線(xiàn)廠(chǎng)、2000/min與1000/min。在來(lái)高速切削中,聚晶金鋼絲廠(chǎng)、焊條焊絲廠(chǎng)等拉制線(xiàn)材的一種非常重要的模剛石材料將發(fā)揮重要的作用。具。拉絲模的適用范圍十分廣泛,主要拉撥棒材、絲(7)長(cháng)期以來(lái),天然金剛石被認為是理想的、不能材、線(xiàn)材、管材等直線(xiàn)難加工物體,適用于鋼鐵、銅、替代的超精密切削刀具材料。研究表明,當進(jìn)給速度鎢、鉬等金屬和合金材料拉撥加工為1m/r時(shí),PDC刀具切削鏡面的表面粗糙度達到隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,聚晶金剛石線(xiàn)Ra≤0.01m,因此,在一定條件下,廉價(jià)的PDC刀具材模具的種類(lèi)也在增多,除了常用的電線(xiàn)電纜外,還有可能替代昂貴的天然金剛石刀具。有機電、電器、變壓器等漆包線(xiàn)模具,集成電路等精密內引線(xiàn)模具(如稀土金屬拉絲模),不銹鋼、合金鋼模參考文獻:具(如一次性注射針頭拉絲模),電力線(xiàn)、銅線(xiàn)鋁線(xiàn)壓1]司效東金剛石復合片燒結體磨耗比的提高[小大慶石油學(xué)院縮紋合用拉絲模,適用于黃銅管和白鐵管的抽管線(xiàn)用學(xué)報,2004(1):86-88拉絲模,適用于筆芯、陶瓷材料或電阻擠出成形型的[2]洪時(shí)明,金剛石燒結體中的異常晶粒成長(cháng)過(guò)程[].人工晶體學(xué)報,1991,20(3/4):5-9.擠出用拉絲模等。[3]周正君,等,摻雜立方氮化硼對金剛石聚晶致密化和顯微結構的影響[門(mén)]高壓物理學(xué)報,2001(3):22-2343展望[4]方嘯虎,超硬材料基礎與標準[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,19(1)PDC具有一系列其它材料無(wú)法比擬的卓越5王適等,聚晶金剛石熱穩定性的研究[冂哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005(3):36性能,具有很大的潛在市場(chǎng)。隨著(zhù)PDC性能研究的深(6]陳石林陳啟武,等.聚晶金剛石復合體界面組織及界面反應研入和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及納米金剛石的應用,PDC的究[].礦冶工程,2003,23(6);8285應用領(lǐng)域將日益拓展。[7]焦淑靜,高萬(wàn)夫金剛石復合片的界面形態(tài)及性能特點(diǎn)[]金剛(2)近年來(lái),雖然我國PDC產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力和石與磨料磨具工程,2004(2):61-66出口量持續增長(cháng),但產(chǎn)品在技術(shù)含量上與國外比仍有8]劉芳范文捷聚晶金剛石復合片無(wú)損檢測方法的探討門(mén)金剛石與磨料磨具工程,2006(4):32-34較大差距。因此,我國應盡快建立新的高效、高附加值[9]羊建高熊繼,稀土硬質(zhì)合金的研究現狀及發(fā)展趨勢[]稀土的發(fā)展模式,加強對PDC技術(shù)的創(chuàng )新力度,大力開(kāi)發(fā)1992,13(4):45-47中高檔、高附加值PDC產(chǎn)品。[10]李規華,嚴蘭英,李忠昌.稀土元素在硬質(zhì)合金中的應用[J粉(3)對PDC材料品質(zhì)的要求呈多元化的發(fā)展趨末冶金技術(shù),1986,4(1):25-29[]羅重麟,稀土元素對硬質(zhì)合金性能影響的研究[].硬質(zhì)合金,1991(2):12-19(4)建立在實(shí)驗基礎上的對PDC材料的理論研[12]國外硬質(zhì)合金編寫(xiě)組,國外硬質(zhì)合金[M]北京:冶金工業(yè)出究必將日益深入,從而推動(dòng)PDC制造技術(shù)和應用技版社,1976.術(shù)的不斷發(fā)展[13]李穎,等,金剛石復合片機械性能的研充[J]金剛石與磨料磨(5)理論和實(shí)驗及生產(chǎn)、應用緊密結合的研究模具工程,2001(5):27-30.式才是提高我國PDC品質(zhì)的保證[14]李杰,等.提高煤田采掘用PCD截齒性能的研究[]金剛石與(6)未來(lái)高速切削的切削速度目標是:銑削鋁為中國煤化工[15及應用[J]金剛石與磨料磨1000m/min;鑄鐵為5000m/min;普通鋼為2500m/CNMHG