聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究
聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究
贾乾忠;李嫚;张弘弢;董海;屈福政
【摘要】Grinding of polycrystalline diamond (PCD ) is an important process in PCD cutter manufacturing . The grinding parameters can strongly influence the removal form of PCD , and determine the performance of the cutting tool . Non-brittle removal mechanism of PCD including scoring effect ,sliding effect and thermochemical reaction ,as well as their relations with grinding parameters ,are investigated by examining the surface micro-morphology of pre-etched PCD specimens using scanning electron microscopy .The experimental results indicate that scoring effect ,which is functional in the initial stage of wet
grinding ,happens only when the wear particles of diamond wheel are sharp .On the contrary ,sliding effect and thermochemical reaction ,which happen simultaneously , are the main removal mechanisms when wear particles of diamond wheel are blunt .At last ,a special group of grinding experiments are carried out and the existence of a softened layer caused by thermochemical reaction on the ground surface of PCD is confirmed indirectly .%聚晶金刚石(polycrystalline diamond ,PCD)的磨削是PCD刀具制造中的关键环节 ,磨削参数的变化影响PCD的去除方式 ,进而决定刀具的切削性能.通过扫描电镜观察分析腐蚀后的PCD磨削表面微观形貌 ,研究了金刚石砂轮磨削PCD中的刻划作用、滑擦作用和热化学反应等非脆性去除机理 ,及其与磨削参数的关系.结果表明 :刻划作用仅在砂轮磨粒较锋利时产生作用 ,多存在于湿磨初期 ;砂轮磨钝后 ,滑擦作用和热化学反应是PCD的主要去除方式 ,且滑擦作用与热化学反应
同时发生.通过设计一组特殊磨削试验 ,间接证明了磨削后的PCD表面存在由热化学反应产生的软化层.
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2015(055)003
【总页数】5页(P281-285)
【关键词】聚晶金刚石;磨削;金刚石砂轮;刻划;滑擦;热化学反应
【作者】贾乾忠;李嫚;张弘弢;董海;屈福政
【作者单位】大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024
【正文语种】中文
【中图分类】TG580.11
聚晶金刚石(polycrystalline diamond，简称PCD)，是由少量金属粉末催化剂混合在金刚石微粉中，在高温高压下烧结而成的一种超硬材料．在烧结过程中金刚石颗粒之间会形成牢固的C—C键，因此PCD具有接近单晶金刚石的硬度、耐磨性和较高的强度，是一种理想的刀具材料[1]．PCD复合片包括PCD层和硬质合金层，是直接在韧性较好的硬质合金基体上烧结而成[2]．PCD复合片集金刚石的高硬度与硬质合金的良好韧性于一身．然而，因为PCD的高硬度和高耐磨性，PCD 刀具的加工变得非常困难．目前，主要有4种加工PCD刀具的方法，包括电火花磨削加工、热铸铁盘加工、超声振动研磨和金刚石砂轮磨削[3-5]．其中，金刚石
砂轮磨削技术相对比较成熟，工艺易于掌握，已经广泛应用于PCD刀具的实际生产中．但是金刚石砂轮磨削PCD的加工效率低，导致PCD刀具的加工成本较高，已经严重妨碍了PCD刀具的推广应用．为了解决这一技术瓶颈问题，研究PCD
材料的去除机理成为迫在眉睫之事．
通过深入研究PCD不同磨削参数下的去除率Qw和磨耗比Rg，德国学者Kenter 提出了4种PCD磨削中磨粒去除的方式，包括滚压、振动、滑擦和刻划，其中起主要作用的是滑擦和刻划．认为可能存在修锐后金刚石砂轮磨粒压入PCD微小深度并形成切屑的状态；也曾在PCD的刃口处发现了与磨削方向相同的少量划痕[6-8]．但其研究以提高PCD的磨削效率为导向，侧重于比较磨削参数对Qw和Rg
的影响．研究中Kenter没有给出化学去除存在的证据，对PCD去除机理的研究
并不充分．张建华等对砂轮磨削PCD时的磨削区域温度进行了估算和测量，认为PCD的去除机理分为3种：磨粒机械磨耗磨削，热化学磨削，破碎磨削[9]．然而，其没有对热化学磨削进行充分验证，仅从PCD磨削表面的SEM照片一个方面来
判断热化学反应的发生有失片面．研究中的PCD复合片中存在直径达50 μm的
金刚石晶粒，与当今市场主流PCD复合片的晶粒直径相差较大．
在之前的研究中，曾发现金刚石砂轮加工PCD干磨和湿磨的去除机理存在较大差异[5]．干磨时主要是热化学去除和机械热去除，基本不发生疲劳脆性去除；湿磨
时则主要是疲劳脆性去除，同时也存在局部热化学去除．通过进一步探讨金刚石砂轮磨削PCD时的脆性去除机理，提出PCD的脆性去除方式包括微细破碎、沿晶
破碎和疲劳解理破碎[10]．然而，对于PCD磨削中的刻划作用、滑擦作用和热化
学反应等非脆性去除方式缺少深入的研究．本文试验中，对不同磨削条件下的PCD样本进行腐蚀，并对其磨削表面微观形貌进行观察分析，探讨金刚石砂轮磨
削PCD中的刻划作用、滑擦作用，及其与热化学反应之间的关系．
试验选用Element Six公司生产的3种PCD复合片，SYNDITE CTB002、
CTB010、CTB025(粒度分别是2、10、25 μm)，其PCD层厚度均为0.75 mm．磨削试验在PCD&PCBN刀具专用磨床FC-200D上进行，磨床工作台调定压力为129 N．选用3种杯型砂轮，分别为用于粗磨的陶瓷结合剂砂轮W40和W14，型号为6A2 150×40×15×5 V100；用于精磨的金属结合剂砂轮W7，型号为6A2 150×40×15×5 M100．试验中，固定参数如下：砂轮修锐时间20 s，摆频40 次/min，摆幅20 mm．磨削试验参数如表1所示．其中，湿磨中的磨削液为含1%TSM-1水剂的水溶液．磨削后的PCD用王水进行腐蚀，然后用JSM-6360LV型扫描电镜观察分析试样的表面微观形貌．
图1为磨削后的PCD表面微观形貌SEM照片．其中图1(a)未腐蚀，图中白色区域由原子序数较高的Co元素富集而成，灰色区域为金刚石颗粒，灰黑色剥落坑则是磨削过程中形成的．图1(b)为用王水腐蚀2 min后得到的磨削表面形貌．从图中可以看到，腐蚀后的磨削表面更清晰，黏结物和黏结剂Co被去除，金刚石固架依然保持完整．这是因为王水在常温下对金刚石几乎没有腐蚀作用，而对黏结剂Co却有较强的腐蚀能力．
金刚石砂轮磨削加工PCD与传统磨削加工方式相差很大，其实质是砂轮中的金刚石磨粒与PCD中的金刚石颗粒相互作用的过程．磨削中，砂轮既绕其轴线做旋转运动vc，也做径向摆动vr；PCD复合片受切向力Ft、径向力Fr和法向力Fn的共同作用，如图2所示．相对于较平滑的PCD表面，金刚石砂轮上既有比较尖锐的磨粒(磨粒1)，也有较为平滑的磨粒(磨粒2)．一般而言，磨削前期，砂轮经过修锐，磨粒多处于磨粒1的尖锐状态；随着磨削的进行，磨粒逐渐磨损，磨削后期很多磨粒会变得如同磨粒2般平滑，这也将导致PCD的磨削机理发生变化．
2.1 刻划作用
刻划作用是指金刚石砂轮中的磨粒压入PCD并形成划痕的过程．
图3与4是在试验中发现的PCD磨削表面上因刻划作用而形成的划痕(箭头所指
的方向为磨削方向)．其中，图3较清晰，且划痕位于PCD刃口附近．图3中划
痕是在湿磨状态下发现的，且长度都很短，这与Kenter的研究结果吻合[8]．图4为PCD刃口50 μm以下，磨削表面上刻划作用留下的划痕．其中，图4(b)是图
4(a)中椭圆区域的放大图．可以发现，A处划痕很短，在局域放大的SEM照片上
才较为明显．除了轻微划痕，图4(b)中PCD表面B处为微细破碎而生成的剥落坑，说明磨削中多种去除方式共同发生．与Kenter 的发现不同的是，图3与4上的划痕都是在CTB010型复合片上发现的，未在CTB025试样上观察到刻划作用留下
的划痕，这与CTB025较高的硬度和耐磨性有关．陈石林研究了2～25 μm粒度
范围的PCD，发现PCD的硬度和耐磨性随其粒度的增大而提高[11]．
理论上，因为砂轮中金刚石磨粒和PCD中金刚石颗粒的任意取向性，磨削过程中必然会存在砂轮中的金刚石磨粒硬度大于PCD中的金刚石颗粒硬度的状态，刻划作用随之发生．然而，实际观察中，在PCD的磨削表面很难看到因刻划作用留下的划痕．Kenter只在CTB002型PCD的刃口处发现了少量较明显的划痕，在刃
口50 μm以下则没有发现任何划痕[8]．这种现象的出现有以下两个原因：一是由于硬度接近，金刚石磨粒不可能压入PCD过深，形成不了较深的划痕；二是因为PCD较硬，砂轮上的磨粒磨损非常快，很可能在与PCD接触后很短时间内就因磨损而变得平滑(如图2中的磨粒2)，结果就很难在PCD上留下划痕．所以，刻划
作用仅能在磨削初期磨粒锋利时发生，当砂轮磨损以后将变得不太明显．湿磨比干磨更有利于保持磨粒的锋利度，这也是Kenter和本文试验中的划痕都是在湿磨条件下发现的原因．
2.2 滑擦作用与热化学反应
图5为滑擦作用示意图．金刚石砂轮中的磨粒在磨钝后不足以产生刻划作用，其
在PCD表面产生的局部应力也不能使PCD产生微细破碎时，磨粒在PCD上只能起到摩擦作用，导致PCD磨耗式去除，称为滑擦作用[12]．
图6为滑擦作用形成的典型PCD磨削表面．因为滑擦作用导致的PCD磨耗去除
非常缓慢，最终会形成非常光滑的PCD磨削表面．图1(b)中的光滑表面，也主要是由滑擦作用形成的．因为金刚石砂轮中的磨粒磨损很快，在磨削PCD的过程中，滑擦作用是广泛存在的．采用金刚石砂轮磨削PCD时，在以下3种情况下滑擦作用都会发生：金刚石磨粒已经磨钝；PCD中的金刚石颗粒硬度超过金刚石砂轮中
的磨粒硬度；砂轮磨粒与PCD表面的接触应力不足以造成PCD的微细破碎．
在PCD的磨削过程中，肯定不是一种磨削去除机理发生作用，往往是多种去除方式同时作用．当砂轮被磨钝以后，伴随滑擦作用必将产生大量的摩擦热，使磨削区域的温度升高．而PCD中的Co在磨削压力与高温作用下具有较高的化学活性，
很可能会促使PCD在磨削过程中产生金刚石的氧化、石墨化、无定形碳化等热化学反应．王适等对3种PCD复合片热稳定性进行了研究，发现CTB002、
CTB010、CTB025在空气中的热稳定性表征温度分别是650、690、
720 ℃[13]．张建华等发现当金刚石磨削速度为15 m/s时，磨削区温度的变化范围是200～500 ℃，当磨削速度提高至30 m/s时，磨削区域的温度可高达
900 ℃[9]．本文试验中的磨削速度介于5.5 m/s与15.3 m/s之间，然而，PCD
的热化学反应不仅与温度有关，黏结剂Co的含量、PCD的质量、磨削应力以及
磨床振动等都可能对热化学反应过程产生影响．这就使PCD砂轮磨削时的热化学反应过程变得非常复杂．
目前还没有公认的研究结果来解释金刚石砂轮磨削PCD时热化学反应的具体过程，文献中也缺少令人信服的证据．因此，本文对PCD复合片的磨削顺序进行设计，以期能发现热化学反应在PCD磨削表面产生的软化层．
2.3 PCD表面软化层
首先，用W7砂轮将试样CTB002和CTB010在1 200 r/min转速下干磨成镜面；其次，在1 947 r/min转速下，用修锐后的W14砂轮在各试样一半宽度处进行少
于5 s的短时间湿磨；然后，用SEM观察PCD干湿磨分界线上下的表面微观形貌．图7显示了试样干磨与湿磨界面处微观形貌，其中下部为干磨后的镜面，上部为
W14砂轮再次湿磨后的表面．从图中可以看到，不仅在CTB002和CTB010的干湿磨分界线处存在清晰的划痕，还可以在上部湿磨后的PCD表面上发现较长的划痕．在图7(b)中的上部可以清晰地看到，数条较粗的划痕穿过多个金刚石颗粒，
该划痕显然是由同一颗磨粒因犁沟效应而生成．反观图3和4，因刻划作用形成的划痕长度很短、深度也很浅，与图7中发现的长划痕明显不同．在讨论刻划作用时，知道砂轮上的磨粒磨损非常快，正常情况下不会出现图7中的长划痕．由此
可以断定，W7砂轮在1 200 r/min的转速下将CTB002和CTB010干磨成镜面时，PCD表面发生了热化学反应，并形成了软化层．因为软化层的硬度比金刚石
砂轮中的磨粒硬度低，用修锐后的W14砂轮对PCD进行磨削时，磨粒压入软化层，在犁沟作用下形成了图7中的长划痕．
(1)研究了金刚石磨削PCD过程中的非脆性去除方式机理，包括刻划作用、滑擦作用和热化学反应．
(2)刻划作用仅在磨削初期砂轮磨粒较锋利的时候发挥作用，且多存在于湿磨PCD 的刃口附近．
(3)当砂轮磨钝以后，刻划作用很难发生，而滑擦作用与热化学反应成为PCD的主要去除方式．
(4)通过设计特殊的磨削试验，间接证明了PCD磨削表面由热化学反应产生的软化层的存在．
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金刚石复合片
金刚石复合片(polycrystalline diamondcompact PDC)作为一种新型复合材料，其发展历史仅有十几年，但其应用范围已发展到各行各业，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。它的表层为金刚石粒度不同的粉末烧结而成的多晶金刚石，具有极高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命;底层一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的韧性，为表层聚晶金刚石提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。目前国内外一般都采用超高压高温烧结的方法制造聚晶金刚石-硬质合金复合片。由于它的使用范围扩大，对其性能的要求提高，因而相应的性能检测方法也经过了一个快速的发展过程，在检测的准确性和有效性方面都趋于成熟。 1金刚石复合片的性能 金刚石复合片之所以应用如此广泛，主要是因为其具有其他材料无与伦比的优越的性能。 (1)高的硬度和耐磨性(磨耗比)。复合片的硬度高达10 000 HV左右，是目前世界上人造物质中最硬的材料，比硬质合金及工程陶瓷的硬度高得多。由于硬度极高，并且各向同性，因而具有极佳的耐磨性。一般通过磨耗比来反映复合片的耐磨性，在20世纪80~90年代中期，复合片磨耗比为4~6万(国外为8~12万); 20世纪90年代中期至现在，复合片的磨耗比为8~30万(国外10~50万)。 (2)热稳定性。复合片的热稳定性确定了其使用范围，复合片的热稳定性[2]即为耐热性，与其强度和磨耗比一样，是衡量PDC质量的重要性能指标之一。耐热稳定性是指在大气环境(有氧气存在)下加热到一定的温度，冷却以后聚晶层化学性能的稳定性(金刚石墨化的程度)、宏观力学性能的变化和对复合层界面结合牢固程度的影响。热稳定性的变化在750℃烧结以后，国内部分厂家产品表现为磨耗比上升5% ~20%，抗冲击韧性变化不大，部分厂家产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。 (3)抗冲击韧性。PDC作为切削工具，被广泛地应用于油气钻井作业中。在钻井过程中，由于轴向力和水平切削力的联合作用、钻具与孔壁的摩擦、钻杆柱的弯曲、孔底不平及残留岩粉、钻机振动等因素的影响，使得钻头上的PDC受到极大的冲击力。PDC抗冲击性能反映了复合片的韧性和粘结强度，是一综合性指标，也是决定其使用效果好坏的关键所在。在20世纪80~90年代中期，复合片的抗冲击韧性为100~200 J(国外为200~300 J); 20世纪90年代中期至现在，抗冲击韧性为200~400 J(国外大于400 J)。 2复合片的性能检测方法 2.1耐磨性 复合片的耐磨性一般是通过磨耗比这个指标来衡量的，但迄今为止国际上也没有制定统一的测试标准，几个主要的PDC生产国均有其自己的测试方法。美国的GE公司采用的方法是用PDC来车削一种结构均匀的花岗岩棒，切削速度为180 m/min，切深为1 mm，进给量为0. 28 mm/r。车削时用测力计测PDC的受力大小。车削一定数量的花岗岩后，观察PDC 的磨损量。磨损量是用投影显微镜测量被磨损部位的长宽尺寸，然后用计算机算出其体积，进行比较。英国De Beers公司的方法与GE公司类似。前苏联对PDC耐磨性的测定是用
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耐磨耐冲击聚晶金刚石复合片及其制备方法聚晶金刚石复合片是一种具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐冲击 性的新材料，广泛应用于切割、打磨和研磨等领域。本文将介绍耐磨耐冲 击聚晶金刚石复合片的制备方法，并对其性能进行详细阐述。 聚晶金刚石复合片的制备方法包括以下步骤： 1.原料选择：选择高纯度的金刚石颗粒和合适的基体材料作为原料。 金刚石颗粒可以使用工业金刚石，基体材料可以选择金属或陶瓷材料。 2.混合：将金刚石颗粒与基体材料进行混合。可以通过机械球磨或湿 法混合的方式，使金刚石颗粒与基体材料均匀分散，以提高复合片的硬度 和强度。 3.成型：将混合好的金刚石颗粒与基体材料填充到模具中，进行成型。可以采用热压、热等静压等方法进行成型，使金刚石颗粒与基体材料紧密 结合。 4.烧结：将成型好的材料进行烧结处理。烧结温度和时间需要根据具 体的材料和工艺进行控制，以获得均匀致密的复合片。 5.研磨和抛光：将烧结好的复合片进行研磨和抛光处理，使其表面光 滑平整，提高耐磨性和耐冲击性。 1.高硬度：金刚石是目前已知最硬的物质之一，具有极高的硬度。聚 晶金刚石复合片由金刚石颗粒组成，在表面受到磨削或冲击时能够保持较 高的硬度，不易磨损。 2.高强度：金刚石颗粒与基体材料的紧密结合使聚晶金刚石复合片具 有高强度，能够承受较大的外力冲击而不易破裂。
3.高耐磨性：由于金刚石颗粒的高硬度和基体材料的高强度，聚晶金 刚石复合片具有极高的耐磨性，能够在高速摩擦和重负荷环境下长时间使用。 4.高耐冲击性：聚晶金刚石复合片具有优异的耐冲击性能，不易受到 冲击损坏，能够在高速冲击和振动的条件下保持稳定性。 5.广泛应用：聚晶金刚石复合片可用于切割、打磨、研磨和磨光等领域。比如用于切割石材、金属和陶瓷等硬质材料，以及用于制造电子元件 和光学器件等高精密度工艺。 总结起来，耐磨耐冲击聚晶金刚石复合片具有高硬度、高强度、高耐 磨性和高耐冲击性等优异性能，制备方法简单可行，具有广泛的应用前景。未来的研究方向可以进一步改进制备方法，提高复合片的性能，扩大其应 用范围。
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聚晶金刚石复合片
聚晶金刚石复合片 贾成厂;李尚劼 【期刊名称】《金属世界》 【年(卷),期】2016(000)003 【总页数】6页(P18-23) 【作者】贾成厂;李尚劼 【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;深圳市海明润超硬材料股份公司,深圳 518128 【正文语种】中文 内容导读 聚晶金刚石复合片采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成。聚晶金刚石复合片既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料，也是功能材料的新突破。 聚晶金刚石复合材料是将聚晶金刚石薄层附着黏结在硬质合金衬底上的复合材料。聚晶金刚石复合片兼有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性。金刚石层刃口锋利而且具有自锐性，能够始终保持切削刃的锐利，因此非常适用于石油和地质钻探中的软地层直至中硬地层的勘探，效果非常好。聚晶金刚石复合片中的金刚石含量高达99%，故金刚石层硬度极高、耐磨性极好，其努氏硬度为 6.5×104～ 7.0×104MPa，甚至更高［知识小贴士1］。硬质合金基体克服了聚晶金刚石硬而脆的不足，大大提高了产品整体的抗冲击韧性。硬质合金的易焊接性则
解决了聚晶金刚石很难通过焊接方法与其他材料结合的难题，可以使聚晶金刚石复合片竖直镶焊在钻头上。聚晶金刚石复合片因自身性能优越，国内外竞相研制和生产，从而品种规格日益繁多，如图1所示。 1）具有极高的硬度。聚晶金刚石的硬度为HV7500～9000，仅次于天然金刚石。而且其硬度和耐磨性各向同性，不需选向。其强度由于有韧性较高的硬质合金支撑，复合抗弯强度可达1500 MPa。 2）具有很高的耐磨性。聚晶金刚石的耐磨性一般为硬质合金的60～80倍。在切削硬度较高（＞HV1500）的非金属材料时，耐用度极高。 3）具有较低的摩擦因数。聚晶金刚石与有色金属的摩擦因数为0.1～0.3，而硬 质合金与有色金属的摩擦因数是0.3～0.6。由聚晶金刚石（简称PCD）材料制作 的PCD刀具，与硬质合金刀具相比可降低切削力和切削温度约1/2～1/3。 4）具有很高的导热性。聚晶金刚石的导热系数是硬质合金的1.5～7倍，可以大 大降低切削区的温度，提高刀具耐用度。 5）具有较小的膨胀系数。聚晶金刚石的线膨胀系数很小，约为一般钢的1/10。 另外，因为刀刃锋利，已加工表面加工硬化程度仅为硬质合金刀具的1/3左右， 所以加工精度好。 6）可以根据需要制作成各种尺寸和形状。 7）表现出比单晶金刚石明显优越的韧性和抗冲击性能，在一定程度上弥补了单晶金刚石脆性大、易解理破裂的缺点。 人们对制造聚晶金刚石的设想大概来源于对天然“卡布纳多”金刚石的认识—— 这种金刚石由无数微小的金刚石颗粒组成，含有少量的杂质，颗粒呈无序排列、无解理面，具有很高的硬度、强度和耐磨性，在自然界很稀少。从20世纪60 年代起，美国与前苏联的科学家就尝试人工合成“卡布纳多”。1964 年GE公司的Delai 首次以“某些金属添加剂能使金刚石与金刚石之间产生直接结合”申请了美
金刚石复合片的合成工艺技术研究
金刚石复合片的合成工艺技术研究 金刚石复合片是一种由金刚石和其他材料组成的复合材料，在工业领域中具有广泛的应用。金刚石作为一种硬度极高的材料，具有优异的耐磨性和耐高温性能，然而其脆性较高，容易发生裂纹和断裂。为了克服金刚石的脆性问题，提高其使用寿命和工作性能，研究人员开始探索金刚石与其他材料的复合加工技术。 金刚石复合片的合成工艺技术主要包括三个步骤：底材制备、金刚石合成和金刚石复合。 底材的选择对金刚石复合片的性能具有重要影响。常见的底材有硬质合金、陶瓷和金属等。硬质合金底材具有较高的硬度和耐磨性，能够提供良好的支撑作用；陶瓷底材具有优异的耐高温性能，能够有效减少金刚石与底材之间的热膨胀不匹配问题；金属底材则具有良好的导热性能，能够提高金刚石复合片的散热能力。底材的制备需要考虑其与金刚石的化学相容性和热膨胀系数等因素。 金刚石的合成是金刚石复合片制备的关键步骤。金刚石的合成方法主要有高温高压合成法、化学气相沉积法和热解石墨法等。高温高压合成法是目前最常用的金刚石合成方法，通过在高温高压条件下使石墨转变为金刚石。化学气相沉积法采用化学气相沉积技术，在金属基底上沉积金刚石薄膜。热解石墨法则是将石墨材料加热至高温，使其分解生成金刚石。这些合成方法各有优缺点，需要根据具
体应用需求选择合适的方法。 金刚石复合是将金刚石与底材进行连接，形成一体化的金刚石复合片。金刚石与底材之间的连接方式有焊接、电镀和粘结等。焊接是将金刚石与底材进行熔接，形成强固的连接。电镀是在底材表面电镀一层金属，然后将金刚石镶嵌在金属层上。粘结则是使用粘合剂将金刚石与底材粘结在一起。这些连接方式各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。 金刚石复合片的制备过程中还需要考虑金刚石的配比和制备工艺参数等因素。金刚石的配比可以根据具体应用需求进行调整，以获得最佳的性能。制备工艺参数包括温度、压力、时间等，对金刚石的合成和复合过程具有重要影响。合理选择和控制这些参数，能够提高金刚石复合片的质量和性能。 金刚石复合片的合成工艺技术研究是一项复杂而关键的工作。通过合理选择底材、金刚石合成和复合方法，以及优化制备工艺参数，可以获得具有优异性能的金刚石复合片。金刚石复合片的研究不仅对提高金刚石的使用寿命和工作性能具有重要意义，还对推动工业领域的发展具有积极作用。
聚晶金刚石( PCD )和聚晶金刚石复合片( PDC )
聚晶金刚石（PCD）和聚晶金刚石复合片 （PDC） 与大单晶金刚石相比，作为刀具材料的聚晶金刚石（PCD）以及聚 晶金刚石复合刀片（PDC）具有以下优点：①晶粒呈无序排列，各向同性，无解理面，因此它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬 度以及耐磨性有较大区分，以及因解理面的存在而呈现脆性。②具有较 高的强度，特别是PDC材料由于有硬质合金基体的支撑而有较高的抗冲 击强度，在冲击较大时只会产生小晶粒碎裂，而不会像单晶金刚石那样 大块崩缺，因而PCD或PDC刀具不仅可以用来进行精紧密削加工和一般 半精密加工，还可用作较大切削量的粗加工和断续加工（如铣削等）， 这大大扩充了金刚石刀具材料的使用范围。③可以制备大块PDC金刚石 复合片刀具坯料，充足大型加工刀具如铣刀的需要。④可以制成特定形 状以适合于不同加工的需要。由于PDC刀具大型化和加工技术如电火花 和激光切割技术的提高，三角形、人字形以及其他异形刀坯均可加工成形。为适应特别切削刀具的需要还可设计成包裹式、夹心式与花卷式PDC刀具坯料。⑤可以设计或推测产品的性能，给与产品必要的特点以 适应它的特定用途。比如选择细粒度的PDC刀具材料可使刀具的刃口的 质量提高，粗粒度的PDC刀具材料能够提高刀具的耐用度，等等。 总之，随着PCD、PDC金刚石复合片刀具材料的讨论进展，其应用 已经快速扩展到很多制造工业领域，广泛应用于有色金属（铝、铝合金、铜、铜合金、镁合金、锌合金等）、硬质合金、陶瓷、非金属材料（塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等）、复合材料（纤维加强塑料、金属基复合材料MMCs等）的切削加工，尤其在木材和汽车加工业，已 经成为传统硬质合金的高性能替代产品。 切削刀具用PDC、PCD材料要求：①金刚石颗粒间能广泛地形成D—D自身结合，残余粘结金属和石墨尽量少，其中粘结金属不能以聚结态或呈叶脉状分布，以保证刀具具有较高的耐磨性和较长的使用寿命。 ②溶媒金属残留量少。最好是在烧结过程中能起溶媒作用，而在烧结过 程完成后将以不起溶媒作用的合金形式充填于烧结金刚石晶粒间隙中，
金刚石复合片脱钴技术研究
金刚石复合片脱钴技术研究 仝斐斐;王海阔;刘俊龙;邵华丽;徐三魁 【摘要】对金刚石复合片进行脱钴处理可大幅提高其耐磨性与热稳定性.文章在分析国内外金刚石复合片脱钴技术的基础上,设计了以路易斯酸-氯化铁(FeCl3)-盐酸作为脱钴试剂对金刚石复合片进行脱钴的方案.对比研究了路易斯酸-氯化铁-盐酸与王水对金刚石复合片脱钴的效果及路易斯酸-氯化铁加入量、脱钴时间、脱钴温度等因素对金刚石复合片脱钴效果的影响.X射线衍射、扫描电镜分析结果表明路易斯酸-氯化铁的脱钴效果优于王水,脱钴深度随着脱钴时间、脱钴温度的增加不断增加;差热实验表明,当金刚石复合片中的金属Co完全被脱去时,其热稳定性得到明显提高. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2017(029)004 【总页数】7页(P1-7) 【关键词】金刚石复合片;热稳定性;耐磨性;脱钴 【作者】仝斐斐;王海阔;刘俊龙;邵华丽;徐三魁 【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001;河南工业大学材料压处理研究所,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001
【正文语种】中文 【中图分类】TQ164 金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,简称PDC)由金刚石层与硬质合金层组成,金刚石层内金刚石晶粒晶向随机分布,克服了金刚石单晶各向异性的缺点,被广泛用于超硬刀具、地质勘探、石油和天然气开采等领域[1-4]。在高温高压条件下,将金刚石层烧结在硬质合金衬底上可合成PDC,PDC既具有聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,简称PCD)的高硬度和高耐磨性,又具有硬质合金的可焊接性。 PDC常用的烧结助剂为钴,也可以使用金属铁、镍及其合金等。在高温高压烧结过程中,金属烧结助剂促使大量金刚石-金刚石晶粒直接成键(D-D键),使PDC具有较高的强度和耐磨性[5]。PDC多在高温、高应力条件下工作,由于金属烧结助剂与金刚石的热膨胀系数差别很大,在工作过程中容易造成金刚石层内金刚石晶粒脱落,因此会降低PDC的使用性能。另外,当温度高于700℃时,烧结助剂金属钴、铁等会催化金刚石向石墨发生逆转变,使PDC的硬度和耐磨性急剧下降[6-12]。因此,除去PDC金刚石层中的金属烧结助剂,可大幅提高PDC的使用性能。 国内外对PDC脱钴技术进行了报道[5,13-17],多采用腐蚀性强酸或几种强酸的混合溶液作为脱钴试剂,利用强酸试剂的强腐蚀性来达到脱钴的效果。虽然强酸试剂的强腐蚀性能够实现一定程度的脱钴效果,提高了PDC的使用性能,但强酸试剂的使用具有较高的危险性、且对环境造成污染;与此同时,强酸会对PDC基体结合层和内部结构造成损害,从而降低PDC的使用性能。 本实验基于国内外脱钴处理的相关研究[5,13-17],设计了以路易斯酸-氯化铁(FeCl3)-盐酸作为脱钴试剂对金刚石复合片进行脱钴的方案,对比研究了路易斯酸-氯化铁-盐酸与王水对金刚石复合片脱钴的效果及路易斯酸-氯化铁加入量、脱钴时
2023年聚晶金刚石复合片行业市场研究报告
2023年聚晶金刚石复合片行业市场研究报告 聚晶金刚石复合片是一种高性能的切割工具，在切割硬质材料（如石材、陶瓷等）和高硬度材料（如金刚石、硬质合金等）时具有很高的切割效率和切割质量。随着建筑、矿山和工业领域的快速发展，对切割工具的需求也越来越大，使得聚晶金刚石复合片成为了市场上的热门产品之一。 聚晶金刚石复合片是利用金刚石和金属粉末等材料进行高温烧结制成的，具有金刚石的硬度和耐磨性，同时也具有金属的韧性和导热性。聚晶金刚石复合片的制作工艺复杂，需要先将金刚石和金属粉末进行混合，然后进行烧结处理，最后进行加工和抛光等工序，制成成品。 聚晶金刚石复合片具有很多优点。首先，它具有很高的硬度和耐磨性，可以在切割过程中保持稳定的切割效率和切割质量。其次，它具有较高的导热性，可以快速散热，避免切割过程中产生过热现象。第三，聚晶金刚石复合片的成本相对较低，使用寿命较长，对用户来说是一种经济实惠的选择。最后，它还具有较好的切割平整度和切割精度，在切割过程中产生的噪音和振动较少，对工作人员和设备的影响较小。 目前，聚晶金刚石复合片的市场需求呈增长态势。首先，建筑行业对切割石材的需求不断增加，推动了聚晶金刚石复合片的需求。随着城市化进程的不断推进，城市建设中需要大量使用石材，如大理石、花岗岩等。而聚晶金刚石复合片具有快速、高效、精确的切割能力，能够满足建筑行业对切割石材的需求。 其次，矿山行业对切割矿石和岩石的需求也在增加。随着矿山的开采规模不断扩大，对切割工具的要求也越来越高。聚晶金刚石复合片具有切割硬质材料和高硬度材料的能力，能够满足矿山行业对切割工具的需求。
最后，工业领域对切割工具的需求也在增加。随着工业生产的快速发展，对高精度、高效率的切割工具的需求也越来越大。聚晶金刚石复合片具有较好的切割平整度和切割精度，能够满足工业领域对切割工具的需求。 然而，聚晶金刚石复合片行业也面临着一些挑战。首先，制造聚晶金刚石复合片的技术要求较高，需要具备先进的制造设备和工艺。其次，聚晶金刚石复合片的市场竞争激烈，需要不断提升产品质量和技术创新能力才能在市场上立足。最后，金刚石资源的供应也是制约聚晶金刚石复合片行业发展的一个重要因素。 综上所述，聚晶金刚石复合片是一种具有很大发展潜力的切割工具。随着建筑、矿山和工业领域的快速发展，对切割工具的需求也在增加，推动了聚晶金刚石复合片市场的发展。然而，聚晶金刚石复合片行业也面临着一些挑战，需要不断提高技术水平和产品质量，以满足市场需求。
金刚石的研究论文
金刚石刀具性能及其应用研究 作者：韩波峰 摘要：描述了金刚石的物理特性，对金刚石刀具的分类及其性能行了介绍，包括天然金刚石、聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片、化学气相沉积金刚石涂层刀具。分析和对比了不同类型金刚石刀具的应用场合，为企业在加工难加工材料时选用超硬金刚石材料刀具时提供参考。 1 引言 金刚石是精密和超精密加工的超硬刀具材料之一，金刚石刀具具有极 高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系 数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石 墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的 精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀 具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。 2 金刚石材料特性 金刚石为单—碳原子的结晶体，其晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系 原子密度最高)。金刚石中碳原子间连接键为sp3杂化共价键，具有很 强的结合力、稳定性和方向性。人工合成金刚石性能取决于sp3 价键与非晶无定形碳sp2杂化共价键相对比率。如果sp3含量过低得到 二者混合物体为类金刚石(Diamond－Like Carbon，简称DLC)。 晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨 损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。如表1所示，可见单晶金刚石硬度最高，热导率最大，热膨胀系数最小，故其综合物理 性能最佳。 3 金刚石刀具类型及其性能 目前，工业用金刚石刀具根据成分和结构不同可分为五种： 1.天然金刚石Natural Diamond(ND)； 2.人造聚晶金刚石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD)； 3.人造聚晶金刚石复合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC)；化学气相沉积涂层金刚石刀具Chemical Vapor Deposition Diamond Coated Tools(CVD)。 4.沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜Thick Diamond Film(CD)； 5.在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层Coated Thin Diamond Film(CD)。 根据CVD金刚石涂层刀具中金刚石微粒尺寸分为：微晶金刚石涂层Microcrystalline Diamond(MCD)和纳米金刚石Nano Crystalline Diamond(NCD)两种。传统的金刚石涂层是由平面形晶体组成，其尺寸为1.5µm。纳米晶体的金刚石涂层晶体结构为特殊结构，晶体尺寸仅为(0.01～0.2)nm。由于金刚石刀具类型繁多，刀具结构和性能差异明显，适合的不同的场合。
纳米聚晶金刚石的研究进展
纳米聚晶金刚石的研究进展 刘俊龙;李颖;王海阔;邵华丽 【摘要】纳米聚晶金刚石(NPD)是由石墨在高温高压下直接转变而成的,具有良好的热稳定性、耐磨性、高于金刚石单晶的硬度,同时具有金刚石单晶所不具备的各向同性.NPD优良的力学性能及纳米尺度的微观结构又使其具有极高的加工精度和使用寿命,因而应用领域广泛.文章综述了NPD国内外最新的研究进展,重点论述了NPD的制备和结构性能,并在最后对NPD存在问题和发展方向进行了阐述和展望.【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2016(028)004 【总页数】5页(P37-41) 【关键词】纳米聚晶金刚石;高温高压;块体材料 【作者】刘俊龙;李颖;王海阔;邵华丽 【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001;河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001 【正文语种】中文 【中图分类】TQ164 金刚石虽是最硬的天然材料,但金刚石单晶具有脆性,易沿111解理面破碎,已经商业化生产的聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond，简称PCD)虽没有这样的断裂特性和各向异性,但含有金属Co、Ni、SiC陶瓷等粘结剂，却直接影响聚晶金刚石的
硬度、耐磨性和热稳定性[1]。几种常见的天然聚晶金刚石如卡博纳多、巴拉斯等，可被用作地质钻头和切割工具，但这些天然材料中往往含有杂质，结构也不均匀，无法满足实际加工中的需要，所以急需一种具有均匀结构的高纯纳米聚晶金刚石。仅含单一相的纳米聚晶金刚石(Nano-Polycrystalline Diamond，简称NPD)是由石墨(或其它碳源)在不添加任何烧结助剂的条件下经高温高压相变直接转变而得到的。这种聚晶金刚石由均一的纳米颗粒组成，晶粒之间通过金刚石-金刚石直接成 键连接而形成非常致密的结构[2,3]。与单晶金刚石(Single Crystal Diamond，简称SCD)相比，NPD具有更高的硬度，室温下的努普硬度达到120～140 GPa， 明显高于I型SCD，是PCD硬度的两倍多[1]。SCD的硬度主要取决于晶面取向，而NPD的硬度主要取决于它的微观结构, NPD的微观结构由随机取向的颗粒(晶粒尺寸在十几到几十纳米)和沿111面堆叠的层状结构组成[3],因此NPD既没有解理特征，也没有各向异性；并且，NPD不仅在高温下具有良好的热稳定性，同时还 具有较高的耐磨性[4-6]。 超硬材料及制品广泛应用于航天军工、地质勘探、电子机械、精密制造等重要领域，近几年来随着高品级金刚石、立方氮化硼的快速发展，超硬材料在国民经济中运用的比重也越来越大，对高品级超硬材料的研发相应加快了脚步。NPD的研究在国 外起步较早，已经逐步迈入商业化的进程，日本、德国、美国等都投入了大量的人力物力开展NPD块体的研发，而国内仅有四川大学成功制备出NPD的报道[6]，燕山大学和吉林大学正在开展相关的研究工作。 NPD的成功制备对科研和工业应用都具有非常重大的意义,尤其是超高速、高效率、高精度的切削,优势非常明显。本文将就NPD的制备、NPD性能以及研究进展进 行综述，并对相关问题和发展方向进行阐述和展望。 1.1 合成NPD的超高压装置 人们为了合成高纯聚晶金刚石，已经尝试了很多方法，如爆轰法、静高压加热法、
聚晶金刚石复合片钻头项目可行性研究报告立项报告模板
聚晶金刚石复合片钻头项目可行性研究报告立项报告模 板 一、项目背景 聚晶金刚石复合片钻头是一种新型的钻具，相较于传统的钻头具有更 高的硬度、更长的使用寿命和更好的钻探效果。在石油勘探、水泥采掘、 地下管道铺设等领域有着广泛的应用前景。钻头市场潜力巨大，但目前国 内的聚晶金刚石复合片钻头生产技术相对滞后，市场主要依赖进口。因此，开展聚晶金刚石复合片钻头项目的可行性研究具有重要意义。 二、项目目标 1.研发生产一种具有自主知识产权的聚晶金刚石复合片钻头，并通过 检测和试验确保其质量和性能达到国际水平； 2.实现国内聚晶金刚石复合片钻头市场的自主供应，减少对进口产品 的依赖； 3.推动聚晶金刚石复合片钻头生产技术的创新和产业发展，提升我国 在相关领域的竞争力。 三、项目内容和关键技术 1.项目内容包括聚晶金刚石复合片钻头的设计、生产工艺的研发以及 产品的检测与试验； 2.关键技术包括聚晶金刚石与钻具基体的复合技术、钻头刀翼的结构 设计和切削材料的选择； 3.项目将建立试制线，并进行大量实验和测试，优化产品方案，确保 产品性能。
四、项目进展计划 1.前期工作（3个月）：收集国内外聚晶金刚石复合片钻头的相关资料，了解市场需求； 2.技术研究（6个月）：研发聚晶金刚石复合片钻头的设计方案，确 定关键技术路线； 3.试制工艺（12个月）：建立试制线，生产聚晶金刚石复合片钻头，并进行产品性能测试； 4.产品改进（6个月）：根据实验结果和用户反馈，优化产品设计和 工艺流程； 5.产业化推进（6个月）：寻求合作伙伴，进行技术转让和市场推广。 五、投资估算和资金筹措 根据初步估计，该项目的总投资为XXX万元，主要用于研发设备和生 产线设备的购置、试制过程中的材料购买、实验检测设备的购置和人员培 训等。资金筹措方式主要包括企业自筹、银行贷款和政府支持。 六、市场分析 当前，国内聚晶金刚石复合片钻头市场主要依赖进口，国内生产技术 相对滞后，市场潜力巨大。随着国家对石油勘探、水泥采掘等领域的重视 和投入增加，聚晶金刚石复合片钻头的需求量将不断增加。本项目研发的 聚晶金刚石复合片钻头具有自主知识产权和高性价比的优势，具备较大的 市场竞争力。 七、风险分析
碳纳米管增强聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性及其机制
碳纳米管增强聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性及其机制 段植元;汪冰峰;崔刊;刘岚逸;陈作林;董婉冰;王晓燕;褚新 【摘要】The impact toughness of polycrystalline diamond compacts reinforced by carbon nanotubes was investigated by automatic balls drop impact testing. The fracture morphology of the compacts was observed by scanned electron microscope ( SEM ) . The results of SEM indicate that carbon nanotubes are dispersed among polycrystalline diamond particles. In the case of no cluster of carbon nanotubes, the impact resistance toughness of the polycrystalline diamond compacts is increased significantly with the addition of carbon nanotubes. When the mass fraction of the added carbon nanotubes is about 5%, the impact toughness of the polycrystalline diamond compacts is approximately 9 times as much as that of the compacts without carbon nanotubes. The strengthening mechanism of the polycrystalline diamond compacts reinforced by carbon nanotubes is that the carbon nanotubes improve the intergranular bonding mode of polycrystalline diamonds, so as to coordinate the deformation and control the expansion of cracks.%利用自动落球冲击试验机测试了碳纳米管增强聚晶金刚石复合片材料的抗冲击韧性，采用扫描电子显微镜观测了复合片材料的冲击断口形貌。结果表明：碳纳米管弥散地分布在聚晶金刚石颗粒之间；在碳纳米管没有团聚的情况下，添加碳纳米管能显著增强复合片材料的抗冲击韧性；当添加碳纳米管的质量分数达到5％时，聚晶金刚石复合片的抗冲击韧性大约是不添加碳纳米管复合片的9倍。碳纳米管增强聚晶金刚石复合片材料的
聚晶金刚石的特点、应用、分类及聚结机理
聚晶金刚石的特点、应用、分类及聚结机理 超/硬/天/地 文/邹芹，王明智，李艳国，赵玉成 摘要：本文主要介绍了聚晶金刚石的特点及应用、烧结型聚晶金刚石的分类、烧结型聚晶金刚石的聚结机理。聚晶金刚石除了具有金刚石的一些性能外，还具有一些其它的优异性能，如：可以直接合成或加工成特定规整形状；可以设计或预测新产品的性能，赋予产品必要的特点等。PCD目前主要用于切削工具、石油钻探工具、拉丝模、矿山开采和耐磨元件等领域。根据PCD中晶粒结合情况可把PCD分为自身烧结和中介结合烧结两种。烧结型PCD可分为无添加剂和有添加剂两种。 0 引言 单晶金刚石由于存在各向异性，导致其在加工、使用过程中会存在方向性的问题，且大块单晶金刚石的制备在目前的合成条件下很难实现，由此人们想到了用聚晶金刚石（PCD）来代替单晶金刚石。 在自然界中存在的天然PCD有卡布那多（Carbonado）和巴拉斯（Ballas）两种。卡布那多是一种由许多细粒金刚石与其它物质聚结成的块状PCD，很早人们称其为黑金刚石。巴拉斯其外形似球，坚硬的外壳由辐射状金刚石构成。它们除具有高硬度外，还具有高韧性、无方向性、无解理面等特点。但自然界中储量甚少。自从人造金刚石问世以来，50年代起人们就试图在超高压高温条件下能合成出其性能及结构与卡布那多及巴拉斯相似的PCD，其国家先后有美国、前苏联、南非、中国等。70年代初期已有产品开始用于工业领域，如美国通用电气公司（GE）在1972年推出的Compax商品，是一种带硬质合金衬底的多晶金刚石复合体；英国De Beers公司在1976年推出的Syndite也属同类型商品；中国在1972年推出的JRS 产品是一种整体式的柱状PCD。 人工合成的PCD是一种以许多细金刚石为原料，在有或无添加剂参与和超高压高温条件下聚结而成的金刚石聚集体。 1 聚晶金刚石的特点及应用 与单晶金刚石相比PCD具有以下特点：①可以直接合成或加工成特定规整形状；②可以设计或预测新产品的性能，赋予产品必要的特点，从而适应特定用途。正因如此PCD超硬材料才显示了强大的生命力。表1列出了PCD超硬材料与其它工具材料性能对比。 PCD目前主要用于切削工具、石油钻探工具、拉丝模、矿山开采和耐磨元件等。由于聚晶是多晶结构，磨损无方向性，晶粒间隙可储存润滑油，用于拉丝模，不仅使用寿命比天然单晶拉丝模高，而且拉拔金属丝的表面质量好。PCD被成功地用于制造各种刀具，包括车刀、铣刀和镗刀等，用于加工高硬、耐磨的金属及非金属材料，其性能远远高于硬质合金或单晶金刚石刀具。有人预言PCD的出现意味着刀具材料的又一次革命。
聚晶金刚石复合片的设计方法和应变能的利用(doc 12页)
聚晶金刚石复合片（PDC）的设计方法与应变能的利用 摘要：聚晶金刚石复合片（PDC）钻头由于其高渗透率，使用寿命长和生产工艺简单等优点，已经在石油和天然气钻探领域得到了广泛的商业性认可。不过，PDC钻头应用在钻孔高抗压强度和高耐磨性岩石方面所取得的成功却很有限，原因之一就在于刀具容易发生折断。本篇论文就是试验用结构所能承受的应变能的能力来作为在动态和静态负荷条件下刀具抗折断能力的一个指标。当刀具向下钻孔时，刀具会受应力产生形变因此，钻孔时的冲击力就被刀片和PDC钻头吸收转化为应变能。刀具本身能承载的应变能越高，就能吸收越多的冲击能，使应力形变不超过金刚石的拉伸极限。PDC刀具中的各种金刚石/碳化物界面的几何形状和金刚石厚度可以用有限元分析法（FEA）来模拟。这种FEA模型包括了剩余应力负载和模拟冲击负载。应变能承载能力可以通过调整冲击负载使金刚石表面产生临界拉伸压力之后计算出来。之后对每个计算得出的设计结果进行实验室落塔冲击实验。然后将这些设计结果依计算出的承受应变能能力和落塔实验的结果排序。使用这种方法和工具，可以在工具设计时直观的在显示屏上快速的进行性能预测，而不必冒风险去实际钻一个向下钻眼，而且这种方法也可以将剩余应力和钎焊应力合并进去，因此是非常有意义的。 简介：PDC刀具面世20多年来，已经对石油和天然气钻探产业产生了巨大的影响。如今在所有钻进进尺中，使用装配了PDC刀片的钻头的比例已经很大。高渗透率、长寿命和工艺简单是PDC钻头的显著优点。但是在钻孔高抗压强度和高耐磨岩石时，PDC钻头表现一般，原因之一就是钻孔坚硬的岩石时容易折断刀具。PDC刀具的断裂韧性是钻头工作是尤其重要的一项指标。 新的PDC刀具设计时必须在工地实际应用前对其进行断裂韧性的评估。如何正确的模拟钻孔时刀具受到的冲击是已经被广泛研究的一项课题，并且已经有几种不同的方法被使用。有些是通过对带有标靶和抗冲击板的刀头进行动态冲击的严格冲击实验，还有些是在动态岩石切割实验中被更准确的检测。 本篇论文提出了一种新型的方法去评估刀具的韧性。首先将含有各种几何形状的金刚石/碳化物界面和金刚石厚度的PDC钻头用有限元分析法（FEA）进行模拟。这种FEA模型同时包括残余应力负载和模拟冲击负载。应变能承载能力可以通过调整冲击负载使金刚石表面产生临界拉伸压力之后计算出来。使这种应变能作为在动态和静态负荷条件下刀具抗折断能力的一个指标。应变能承载能力越高的PDC刀具的抗折断能力也越高。 为验证模型得到的结果，对每个计算出的设计结果进行是实验室落塔实验。从而建立计算所得的应变能承载能力与实际落塔实验的结果之间的对应关系。进而研究出其静态强度与落塔实验结果直接的对应关系。最终我们得到了一种实验室向下冲击试验的方法。 数值建模程序： 从能量角度分析可以有效地评估动力在力学负载诸多问题。在实验室冲击试验中，能量是从试验设备转移到PDC刀具。在向下钻孔的情况下，能量从PDC刀具传递到形成的坑中。动态负载下的刀具变形将取决于一般的力学参数以及应变波的波速。对应变波的影响一直被忽视此分析，由于声音在PDC的高速传播10公里/秒）[6]。这个假设可能是无效的PDC的假设，供所有加载情况。有了这个假设，动态负荷可近似为一产生相同的最大偏转的等效静负荷。在刀具形变的过程中等效静载荷所作的功相当于将应变能储存在了刀具中。 高应变能量容量的设计可以吸收更多的冲击力在失败前。举个例子，假设有两个悬臂梁结构，
金刚石聚晶复合片工艺流程
金刚石聚晶复合片工艺流程 English Response: The fabrication process of polycrystalline diamond (PCD) composites involves several key steps: 1. Substrate Preparation: A suitable substrate, such as tungsten carbide, is selected and prepared by surface grinding and polishing to achieve the desired surface roughness and flatness. 2. Diamond Layer Deposition: Synthetic diamond particles are deposited onto the substrate using various techniques, including chemical vapor deposition (CVD) or high-temperature high-pressure (HTHP) synthesis. The diamond particles are sintered together under high pressure and temperature to form a dense and wear-resistant diamond layer. 3. Composite Layer Formation: A composite layer is