人造金刚石复合片合成用金属杯材料的初步研究 摘要在人造金刚石复合片的合成中，金属杯屏蔽材料对产品的合成有至关重要的作用。本文在日常生产的基础上，对部分不同材质的金属杯进行了对比分析实验，就常用的几种金属杯材料做出较为科学的判断、选择。 关键词复合片金属杯合成温度控制 一、前言 人造金刚石复合片是在高温高压条件下，将金刚石和硬质合金复合烧结在一起制成的复合材料，这种材料既有金刚石的高耐磨性，又有硬质合金的抗冲击韧性和可焊性，性能非常优越。作为性能优异的复合材料，金刚石复合片的出现对石油地质勘探、煤炭开采和机械加工等行业的发展起到了非常重要的作用。在石油地质勘探、煤炭开采以及工程钻探等方面，过去使用最多的是硬质合金类的钻头、钻具，其钻进效率低、使用寿命短，很大程度上制约了相关行业的发展；而将性能优异的人造金刚石复合片应用到这几个行业领域，就达到了使用寿命延长、钻进效率大幅提高、生产成本明显降低等效果。同时，随着人造金刚石复合片生产技术的不断发展、提高，以及人们对这种产品的认识的不断提高，现在在一些其他领域如机械加工行业也在逐步使用人造金刚石复合片。所以，可以预见，未来的人造金刚石复合片的市场前景是十分广阔的。 在人造金刚石复合片在生产过程中，将会用到很多种原材料，包括叶腊石、碳管、盐管、金属杯等等，而这些原材料的选择在很大程
度上就直接决定了所生产的人造金刚石复合片的质量。在人造金刚石复合片用到的所有合成材料中，和金刚石微粉直接接触的金属杯的作用是至关重要的，它不仅起到一个屏蔽保护的作用，防止外部杂质在合成过程中进入到复合片内部，而且它对复合片中钴的扩散及金刚石颗粒的生长、键合都起到很重要的作用。因此，选择一种合适的金属杯材料，对于整个复合片的合成生产的稳定性及最终产品的质量都有十分重要的意义。
金刚石复合片的性能检测及发展趋势 发布时间：2009-5-9 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
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
人造金刚石硬质合金复合片项目简介 一、项目概述 金刚石具有极其优异的力学、电学、热学、声学和光学等性质。其优异的力学性能突出地表现在其硬度在已发现的材料中最高的，可达到1000kg/mm2，加之其磨擦系数非常小（约0.05），因而可用作切削刀具、钻头、轴承、压模、拉丝模、精密量具的涂层等，不仅提高使用寿命，还可提高加工精度。从而大大提高机械加工效率。 在硬质合金基体上利用高温高压烧结一层厚度为0.5-0.7mm的金刚石微粉形成硬质合金-金刚石复合材料，称之为聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compacts，简称PDC）刀具材料。由于它既具有金刚石的高硬度和强度同时又具有硬质合金韧性，被广泛应用于石油地质钻头、拉丝模具、以及有色金属及其合金、木工材料、陶瓷材料、复合材料的精密及半精密的连续或断续切削加工，已经或正在全面取代天然或人造大颗粒金刚石单晶刀具和传统硬质刀具（如硬质合金刀具、涂层刀具、陶瓷刀具等）。随着现代制造业尤其是汽车制造业的快速发展，PDC超硬刀具材料的生产及应用也在超常速增长。据有关资料报导，八十年代末期PDC刀具全球销售额仅为50万美元，至1997年PDC刀具销售额已达2.3亿美元。其中大部分（约60%）用于汽车零件的切削加工，其次，PCD刀具近30%用于木工刀具。国内PDC刀具市场已超过1亿元人民币，其厂家主要分布在上海、北京、深圳、西安、郑州、长沙、廊坊等地。这些厂家一般采用国外G·E公司、Beer's公司复合片原材料，目前自主开发PDC超硬刀具材料的国内厂家很少。随着我国国内机床工业面临着升级换代，新的加工技术如CNC及数控机床将得到普遍广泛使用。可以预言，可实现高效率、高稳定性、高精度，长寿命的PDC超硬刀具的应用也会日益普及，PDC超硬刀具材料的市场发展前景十分看好。 本项目属于国家技术经济政策鼓励重点发展的两个高新技术产业领域：其一是新材料产业，本项目的原材料超硬材料属于新材料；其二是现代先进制造业，本项目产品是现代制造业必不可少的新型先进加工工具。发达国家超硬材料工具制造技术先进，产品档次高，附加值在10倍甚至20倍以上。而国内目前基本上是中低档产品，附加值3倍左右。高档工具主要靠进口，每年进口额超过25亿人民币。国内急需要大力开发超硬材料工具高档产品替代进口，满足国内市场需要。 二、市场分析
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910368415.7 (22)申请日 2019.05.05 (71)申请人 广东钜鑫新材料科技股份有限公司 地址 519000 广东省珠海市斗门区斗门镇 龙山二路567号（2号厂房） (72)发明人 戴文久 许洪新 张辰 (74)专利代理机构 珠海智专专利商标代理有限 公司 44262 代理人 郑丽君 (51)Int.Cl. B24B 9/06(2006.01) B24B 41/06(2012.01) (54)发明名称人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具及磨削与倒角装置(57)摘要本发明涉及人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具及磨削与倒角装置，专用夹具用于具有N个斜面的人造金刚石硬质合金复合片，专用夹具包括夹套和定位套，定位套包括容纳夹套的容纳腔，夹套包括夹持人造金刚石复合片的夹持腔；容纳腔轴线相对于定位套轴线以倾斜角度倾斜；夹持腔轴线与夹套轴线重合；夹套可在第一安装状态至第N安装状态下可拆卸地安装在容纳腔中，从第一安装状态到第N安装状态夹套依次绕夹套轴线旋转大于0°且小于等于180°的旋转角度，使得斜面依次垂直于定位套轴线。本发明能够方便地准确地对人造金刚石硬质合金的斜 面进行磨削与倒角。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 110026848 A 2019.07.19 C N 110026848 A
权 利 要 求 书1/2页CN 110026848 A 1.人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，所述人造金刚石硬质合金复合片包括圆柱形的主体以及设置在所述主体一端的端面，所述主体具有主体轴线，所述端面包括N个斜面，N为大于或等于2的整数，每个所述斜面与垂直于所述主体轴线的平面形成相同的倾斜角度；其特征在于： 所述专用夹具包括夹套和定位套，所述定位套包括容纳腔，所述夹套包括夹持腔；所述夹套具有夹套轴线，所述定位套具有定位套轴线，所述容纳腔具有容纳腔轴线，所述夹持腔具有夹持腔轴线； 所述容纳腔轴线相对于所述定位套轴线以所述倾斜角度倾斜；所述夹持腔轴线与所述夹套轴线重合；当所述夹套安装在所述容纳腔内时，所述夹套轴线与所述容纳腔轴线重合；当所述人造金刚石硬质合金复合片夹持在所述夹持腔内时，所述主体轴线与所述夹持腔轴线重合； 所述夹套可在第一安装状态至第N安装状态下可拆卸地安装在所述容纳腔中，从第一安装状态到第N安装状态所述夹套依次绕所述夹套轴线旋转大于0°且小于等于180°的旋转角度，使得N个所述斜面依次垂直于所述定位套轴线。 2.根据权利要求1所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述容纳腔具有第一底面，所述第一底面相对于垂直于所述定位套轴线的平面以所述倾斜角度倾斜； 所述夹持腔具有第二底面，所述第二底面垂直于所述夹套轴线。 3.根据权利要求2所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述第二底面上设有贯穿所述夹持腔底部的贯穿孔。 4.根据权利要求1至3任一项所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述夹套的外侧面设有凸块，所述容纳腔的内侧面设有从所述容纳腔的开口向内延伸的凹槽，所述凸块与所述凹槽配合。 5.根据权利要求4所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述凸块的数目为至少一个；所述凹槽的数目为至少N个。 6.根据权利要求1至3任一项所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述夹套的侧面设有连通所述夹持腔的第一通孔，所述第一通孔与第一顶丝配合。 7.根据权利要求6所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述第一通孔的数目为至少一个；所述第一顶丝的数目为至少一个。 8.根据权利要求1至3任一项所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述定位套的侧面设有连通所述容纳腔的第二通孔，所述第二通孔与第二顶丝配合。 9.根据权利要求8所述的人造金刚石硬质合金复合片的专用夹具，其特征在于： 所述第二通孔设置在所述定位套的外侧面相对于所述容纳腔的内侧面在垂直于所述定位套轴线方向上的最远距离处。 10.人造金刚石硬质合金复合片的磨削与倒角装置，包括转动装置、夹具和磨具，其特征在于： 2