聚晶金刚石晶粒度
聚晶金刚石的晶粒度是指金刚石颗粒的大小和分布情况。晶粒度越细，金刚石的硬度和耐磨性通常越高，但强度可能较低。晶粒度越粗，金刚石的强度通常会提高，但硬度和耐磨性可能会降低。
聚晶金刚石的晶粒度有多种规格，例如30/40 Mesh表示晶粒直径约为0.6毫米到0.42毫米。不同应用领域对晶粒度的要求不同，例如超硬磨削通常需要更细的晶粒度以获得更好的磨削效果。
金刚石材料 基本概念：金刚石就是我们常说的钻石（钻石是它的俗称），它是一种由纯 碳组成的矿物。金刚石的化学式NC----N个C,金刚石是原子晶体,一块金刚 石是一个巨分子,N个C的聚合体.只能用它的结构式表示. 代表材料：天然单晶金刚石，人造单晶金刚石，人造聚金刚石，CVD金刚石膜 1、天然单晶金刚石 天然单晶金刚石是一种各向异性的单晶体。硬度达HV9000-10000，是自 然界中最硬的物质。这种材料耐磨性极好，制成刀具在切削中可长时间保持尺 寸的稳定，故而有很长的刀具寿命。天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋 利。可用于制作眼科和神经外科手术刀；可用于加工隐形眼镜的曲面；可用于金刚石手术刀 切割光导玻璃纤维；用于加工黄金、白金首饰的花纹；最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。如铝、黄金、巴氏合金、铍铜、紫铜等。用天然金刚石制作的超精加工刀具其刀尖圆弧部分在400倍显微镜下观察无缺陷，用于加工铝合金多面体反射镜、无氧铜激光反射镜、陀螺仪、录像机磁鼓等。表现粗糙度可达到Ra(0.01-0.025)μm。 天然金刚石材料韧性很差，抗弯强度很低，仅为(0.2-0.5)Gpa。热稳定性差，温度达到700℃-800℃时就会失去硬度。温度再高就会碳化。另外，它与铁的亲和力很强，一般不适于加工钢铁。 2、人造单晶金刚石 人造单晶金刚石作为刀具材料，市场上能买到的目前有戴比尔斯(DE-BEERS) 生产的工业级单晶金刚石材料。这种材料硬度略逊于天然金刚石。其它性能都与 天然金刚石不相上下。由于经过人工制造，其解理方向和尺寸变得可控和统一。人造单晶金刚石刀具 随着高温高压技术的发展，人造单晶金刚石最大尺寸已经可以做到8mm。由于这种材料有相对较好的一致性和较低的价格，所以受到广泛的注意。作为替代天然金刚石的新材料，人造单晶金刚石的应用将会有大的发展。 3、人造聚晶金刚石 人造聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材 料。一般情况下制成以硬质合金为基体的整体圆形片，称为聚晶金刚石复合片。根据 金刚石基体的厚度不同，复合片有1.6mm、 3.2mm、4.8mm等不同规格。而聚晶金Pcd 金刚石刀具 刚石的厚度一般在0.5mm左右。目前，国内生产的PCD直径已经达到19mm，而国外如GE公司最大的复合片直径已经做到58mm，戴比尔斯公司更达到了74mm。 根据制作刀具的需要可用激光或线切割切成不同尺寸和角度的刀头，制成车刀、镗刀、铣刀等。 PCD的硬度比天然金刚石低(HV6000左右)，但抗弯强度比天然金刚石高很多。另外，通过调整金刚石微粉的粒度和浓度，使PCD制品的机械物理性能发生改变，以适应不同材质、不同加工环境的需要，为刀具用户提供了多种选择。 PCD刀具比天然金刚石的的抗冲击和抗震性能高出很多。与硬质合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性和寿命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可达到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度稳定。 PCD同天然金刚石一样，不适合加工钢和铸铁。这种刀具主要用于加工有色金属及非金属材料，如：铝、铜、锌、金、银、铂及其合金，还有陶瓷、碳纤维、橡胶、塑料等。PCD
大直径聚晶金刚石复合片的合成及表征 李思成;方海江 【摘要】利用国产六面顶压机，合成出了直径为51 mm 的国内最大的聚晶金刚石复合片。超声波微成像分析表明，样品无大批量分层、裂纹、金刚石厚度不均等缺陷。切削试验显示，在切削硬质合金时，样品与国外同类产品性能相当。%The largest polycrystalline diamond compact in China which is of a diameter of 5 1 mm has been synthesized by domestic cubic press. Scanning Acoustic Microscope (SAM)analysis shows that there is no any defect such as delamination,cracks or uneven thickness for the majority of the samples.Cutting test indicats that the cutting perform-ance of the sample is similar to that of the same type of product abroad when cutting ce-mented carbide. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】4页(P6-9) 【关键词】大直径;聚晶金刚石复合片;超声波微成像;切削试验 【作者】李思成;方海江 【作者单位】河南四方达超硬材料股份有限公司，河南郑州 450016;河南四方达超硬材料股份有限公司，河南郑州 450016 【正文语种】中文
2023年聚晶金刚石复合片行业市场分析现状 聚晶金刚石复合片是一种较新型的超硬材料，以金属基底和人造聚晶金刚石薄膜组成。它具有金属的强度和人造聚晶金刚石的硬度，可以用于切割、磨削、磨光等各种工业加工领域。本文将对聚晶金刚石复合片行业的市场分析现状进行分析，内容包括市场规模、供需关系、竞争格局和发展趋势等方面。 首先，聚晶金刚石复合片行业的市场规模正在迅速扩大。随着工业技术的发展和工业生产的需求增加，对于高效、耐磨的工具材料的需求也在增加。聚晶金刚石复合片正是一种满足这种需求的新型材料，因此市场需求量呈现出较快的增长态势。据统计，聚晶金刚石复合片的年销售额已经超过10亿元，并且还在不断增长。 其次，聚晶金刚石复合片行业的供需关系相对紧张。目前市场上的聚晶金刚石复合片供应量尚不能满足市场需求的增长速度，导致供需矛盾加剧。特别是在一些高端领域，如航空航天、国防军工等，对聚晶金刚石复合片的需求量更为旺盛。因此，提高生产能力和扩大产能规模成为行业发展的重点。 再次，聚晶金刚石复合片行业的竞争格局逐渐形成。随着行业规模的增大，越来越多的企业进入到这个领域竞争。目前聚晶金刚石复合片行业中主要的竞争企业包括国内外的知名金刚石材料企业，如中国恩菲、苏州金工仪器、德国额尔克等。随着技术的不断创新，产品质量的提升和成本的降低成为企业竞争的关键。那些能够适应市场需求、提供高质量产品并且具备较低价格的企业有望在竞争中取得优势。 最后，聚晶金刚石复合片行业的发展趋势值得关注。一方面，随着技术的进步，聚晶金刚石复合片的性能将不断提高，应用领域将进一步扩大。另一方面，随着行业市场
规模的扩大，企业间的竞争将越来越激烈，行业整合和重组的趋势将逐渐明显。此外，聚晶金刚石复合片的国际市场也将逐步打开，国内企业需要加大国际市场的开拓力度。综上所述，聚晶金刚石复合片行业市场分析现状表明，市场规模大、供需关系紧张、竞争格局逐渐形成，同时行业发展趋势向好，机遇和挑战并存。聚晶金刚石复合片行业具有广阔的市场前景，有望成为工业材料领域的重要产品。因此，企业应加大科研投入，提高技术创新能力，提高产品质量和性能，以满足市场需求，抢占市场份额。同时，加强行业内合作，加大国际市场的开拓力度，提高产品的竞争力，推动行业的健康发展。
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
刀具材料应具备的基本性能 1.高硬度和高耐磨性: 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2.足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 3.高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4.良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 如何选购钻石：外形美观（净度高，颜色白，切工好），性价比高。 金刚石刀具为什么不适合加工铁基材料 用金刚石刀具加工铁系材料，金刚石表面碳元素易与切屑、切割表面发生粘
附，导致刀具不锋利，引起加工区域温度升高，温度一高，加之有空气中的氧气，金刚石就容易发元素碳化，宏观表现为金刚石石墨化。 刀具材料的种类 1.高速钢：高速钢特别适用于制造结构复杂的成形刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等；由于高速钢硬度，耐磨性，耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。高速钢按其性能分成两大类：普通高速钢和高性能高速钢。 2.硬质合金：硬质合金大量应用在刚性好，刃形简单的高速切削刀具上，随着技术的进步，复杂刀具也在逐步扩大其应用。 3.涂层刀具材料：硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。 4.其它刀具材料： （1）陶瓷刀具：是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 （2）人造金刚石：它是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，显微硬度达10000HV。 影响材料硬度的因素：晶体结构，价键 测量刀具材料硬度的两种基本方式：洛氏，维氏。 洛氏硬度与维氏硬度区别： 1.洛氏硬度（HR）
金刚石热稳定性 1 前言 天然金刚石是自然界中最硬的物质，并具有许多卓越的性能。这些其他材料很难比拟的优秀品质，对切削加工来说是至关重要的。然而，天然金刚石的价格非常昂贵，多用于特殊场合。自从1954 年人工合成金刚石以来，在世界范围内，人造金刚石已经经历了三个发展阶段[1]：(1)50 年代人造金刚石的合成，使金刚石生产工业化成为现实;(2)70 年代聚晶金刚石(PCD)的出现，使人造金刚石进入全面代替天然金刚石而制作工具的新时期;(3)80 年代成熟的低压气相生长金刚石薄膜(CVD)的成功开始了金刚石作为功能性新材料应用的新时代。人造金刚石工具的用途很多，可用作刀具、磨具、锯切工具、钻具、拉拔工具、修整工具和其他工具。金刚石工具的使用，对切削加工业产生了革命性的影响，提高了加工速度和生产率，延长了刀具使用寿命，并且可获得满意的加工效果。随着对加工质量要求的不断提高，以及一些难加工材料的特殊加工要求，人们对金刚石工具的质量与使用性能提出了更高的要求与期望。 作为金刚石工具重要性能指标之一，热稳定性(Thermal Stability)的研究越来越受到各国金刚石工具生产制造者和使用者的重视。英国De Beers 和美国GE 公司近年来加大了对其金刚石产品热稳定性能的测试[1]，进行了诸多方面的研究来改进金刚石工具的热稳定性，并不断推出热稳定性更好的产品[2]。从生产到实际应用，金刚石工具要经历两次受热过程：(1)将其制作成刀具时，所经历的切割及焊接加热过程，如果金刚石产品的热稳定性低，较高的焊接加热温度将会引起金刚石层损伤，对其组织结构产生不利影响，从而影响刀具的使用性能;(2)在切削加工过程中，切削刃受热，此时，如果金刚石产品的热稳定性低，刀具就会很快磨损，从而影响加工质量，降低刀具的使用寿命，使生产效率下降、增加生产成本等。由此可见，金刚石工具的热稳定性直接关系到其本身的应用的发展前途。渐渐地，对金刚石工具产品性能的评估，不再局限于强度、硬度、耐磨性等，而是加入热稳定性指标的综合评价。 2 单晶金刚石的热稳定性研究 在国外，热稳定性被作为确定金刚石应用领域最重要的依据。国际上研究单晶金刚石热稳定性的经典方法是在马弗炉中，取两个温度点900℃、1100℃加热，分别保温30min，然后考察加热前后样品重量、强度的变化[3]。目前国内对于单晶金刚石热稳定性的检测还没有统一的测试标准，一般是进行差热分析和热重分析，测出样品失重与加热温度的关系;也有在对样品加热后，测试试件机械性能的下降程度，并以此来
聚晶金刚石复合片及其生产工艺简述 （1）聚晶金刚石复合片 全部选用国产原材料，经过重新整形、提纯、净化、配料、组装等工序，在国产六面顶（液）压机上，采用先进的超高压-高温合成工艺，生产聚晶金刚石 复合片坯料 (1) Polycrystalline diamond compact (PDC) Select and use domestic raw materials, and after the procedures of re-coining, purification, purging, burdening and assembling, use advanced ultra high pressure-high temperature synthesis technology to produce polycrystalline diamond compact (PDC) billet on the domestic cubic (hydraulic) press. 聚晶金刚石复合片具体生产工艺简述： 1）根据订单和公司计划下达生产任务单； 2）原料、辅料的购置； 3）整形：对金刚石的形状进行严格控制，对所购原料进行重新整形，尽量去除长条形等不规则形状的金刚石颗粒，获得圆度好的、基本上为球形的金刚石 颗粒； Introduction of the specific production technology of polycrystalline diamond compact (PDC): 1) Assign production tasks in accordance with the orders and company plan; 2) Purchase raw materials and auxiliary materials; 3) Coining: strictly control the diamond shape, re-coin the purchased raw materials, and do the best to eliminate the diamond particles with irregular shapes such as strip ones to obtain diamond particles with good roundness and which are basically spherical. 4) 分级：将混合粉料放入烧杯中，加入超净化去离子水，搅拌混合均匀，根据不同粒度沉降时间不同的原理选取所需粒度，使用激光粒度分析仪对粒度的 分布进行精确测量； 5）净化：对金刚石微粉、钴粉及其他原料进行氢气还原处理；氢气还原处理工艺：在氢气还原炉中处理，依据材料的不同选择不同的处理温度，大致范围 为500-800℃； 4) Classification: put the mixed powder into the beaker, add super-purgative deionized water, stir and mix it evenly, select required particle size in accordance with the settling time theory of different particle sizes, and use the laser particle size analyzer to accurately measure the distribution of particle sizes; 5) Purification: perform hydrogen reductive treatment to diamond micro-powder, cobalt powder and other raw materials; hydrogen reductive treatment techniques: process it in the hydrogen reducing furnace, select different treatment temperatures in accordance with different materials, and the proximate range should be between 500-800℃; 6）配料：按照一定的比例将金刚石与钴粉、以及少量的微量元素进行混合，其中金刚石的粒
2023年聚晶金刚石复合片行业市场调研报告 1. 市场概述 聚晶金刚石复合片是一种人造合成材料，由高温高压处理而成。它具有优异的硬度、强度、热稳定性和化学稳定性，使其用途广泛。目前市场上的聚晶金刚石复合片主要分为钻石工具、电子行业和光学行业三个应用领域。 2. 行业发展趋势 聚晶金刚石复合片行业市场呈现出以下四个主要趋势： （1）应用领域拓展：除了钻石工具、电子和光学领域，聚晶金刚石复合片还可以用于药剂物理学和生物物理学领域，如实验室试剂、药品医疗设备等。 （2）技术升级：目前聚晶金刚石复合片不仅是针对不同的应用领域设计和制造，而且也出现了具有不同形状和尺寸的产品，如薄片、管道、板材等。 （3）市场竞争加剧：目前，聚晶金刚石复合片市场上的主要企业包括合成工艺、Element Six、Megascope等。 随着市场对聚晶金刚石复合片应用领域的不断拓展和技术升级，市场竞争会越来越激烈。 （4）市场前景广泛化：随着人们对高硬度、高强度、高热稳定性和化学稳定性要求的提高，聚晶金刚石复合片在汽车、航空航天、船舶、建筑等行业，也会逐渐得到广泛应用。 3. 市场规模与结构
聚晶金刚石复合片作为一种新型的合成材料，目前市场规模和结构仍然在不断扩大和完善。根据市场调查显示，聚晶金刚石复合片2020年全球市场规模预计达到1, 240.1亿美元，年复合增长率约为6.8%，其中，中国市场占据了全球市场的52.6%。 4. 重点推荐品牌 在聚晶金刚石复合片行业中，一些品牌已经脱颖而出，在市场竞争中占得了一席之地。我们重点推荐以下三个品牌： （1）合成工艺：成立于2003年，是国内知名的聚晶金刚石复合片品牌。公司致力 于聚晶金刚石复合片的研究、开发、制造和推广，已经在钻石工具和电子行业领域取得了显著的成效。 （2）Element Six：成立于1947年，总部位于英国伦敦。是世界顶级的合成金刚石和CBN生产厂商之一。在聚晶金刚石复合片制造领域有着丰富的经验和技术力量。（3）Megascope: 成立于1992年，是一家以生产聚晶金刚石复合片为主的企业。 企业曾与科技成果转化市场建立了合作关系，生产出具有较高品质和市场竞争力的聚晶金刚石复合片产品。 5. 竞争格局与趋势 在聚晶金刚石复合片市场上，虽然大品牌占据着市场份额，但是小品牌也在市场中不断壮大。未来，聚晶金刚石复合片市场竞争会更加激烈，产品的技术水平和质量将成为企业竞争的关键。同时，产品的价格也会逐渐降低，以满足不同领域的需求。
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
镀钛金刚石制备金刚石聚晶的研究 王连儒;王琰弟;马红安;贾洪声;陈会;贾晓鹏 【摘要】在国产六面顶高压设备上,以镀钛金刚石为原料,镍基合金为烧结助剂,采用熔渗法成功制备了金刚石聚晶(PCD),通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等测试方法,研究了不同烧结压力和温度对镀钛金刚石聚晶组织形貌的影响,与普通金刚石聚晶进行了物相成分及残余应力的对比分析.实验结果表明:烧结条件为5.4～5.6GPa,1350℃～1450℃下的镀钛PCD具有较高的致密性和机械性能;镀钛PCD的衍射峰中有NiMnCo、碳化钛和TiMnC化合物.镀钛PCD 相比普通的PCD表面残余应力略大. 【期刊名称】《超硬材料工程》 【年(卷),期】2010(022)004 【总页数】4页(P6-9) 【关键词】熔渗法;镀钛金刚石;金刚石聚晶 【作者】王连儒;王琰弟;马红安;贾洪声;陈会;贾晓鹏 【作者单位】吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;河南理工大学材料科学与工程学院,河南,焦作,454000 【正文语种】中文
【中图分类】TQ164 本文中,我们通过SEM、XRD、Ram an对制备的镀钛PCD样品进行了表征和分析。 实验采用镍基合金作为烧结助剂,镀钛金刚石微粉为原料,把净化后的镀钛金刚石微粉与镍基触媒封装在钼套内进行烧结实验[8]。合成的压力和温度条件分别为4.9～5.8GPa,1200℃～1500℃。烧结时间为10～30min。组装如图1所示。烧结后的样品表面及断面净化处理后,对其进行了SEM,XRD和Ram an分析。 为了更好地说明各个条件对烧结镀钛金刚石聚晶组织形貌的影响,我们对处理后的镀钛金刚石微粉进行了SEM扫描,照片如图2所示.从图中我们可以发现,经过净化处理后的微粉颗粒表层有很薄的金属钛层,其形状不规则,棱角分明。 图3分别给出了在相同的温度条件下,5.0～5.6GPa时镀钛PCD的SEM照片,图中可以看出,高温高压下金刚石微粉发生了塑性形变,随着压力的提高,颗粒间的空隙减少。 不同压力下合成PCD特性的对比研究表明,压力越高,聚晶的致密度越大,耐磨性能也相应的提高。金刚石颗粒在高压作用下,颗粒发生滑移重排,由原来的点接触变成了面接触,大的金刚石颗粒发生破碎,小颗粒嵌合在大颗粒之间的空隙中,是致密性提高的一个原因,同时,一些溶解在金属溶剂中的碳在过剩压的驱动力下自发成核呈微晶填充在大颗粒间的空隙处并与之粘结生长在一起,形成D-D键,使得其各个颗粒间结合更牢固,耐磨性提高。 图4我们可以清楚地发现,温度过低,微粉表面的钛层还没熔化,即使粘结在一起,也是金属间的结合,性能远没有D-D键结合的样品好。随着温度的进一步提高,钛层熔化,出现了金刚石间的直接接触,图4中1250℃～1450℃的样品可以看出,镀钛金刚石微粉形貌已经发生很大变化,形成了颗粒间的相互连接,形成了大面积的金刚石与金刚石的直接结合的聚晶层。
3 聚晶金刚石的热稳定性研究 聚晶金刚石的热稳定性确定了其应用范围[12] ，对其研究越来越受到人们的关注。由于 聚晶金刚石受热后，其使用性能会受到很大影响，所以很自然地从受热前后聚晶金刚石性能的改变来研究其热稳定性。并有定义[13] 为：聚晶金刚石复合片的耐热性是指它在空气中或保护气氛中加热而耐磨性基本保持不变所能承受的温度与相应的时间。单以耐磨性来评定聚晶金刚石的热稳定性， 未免有失偏颇。目前，测量加热后聚晶金刚石性能改变量成为研究其热稳定性的主要手段。在世界范围内，测定耐热性的方法主要有三种[1] ：(1)英国De Beers 公司是将其置于空气中用马弗炉加热，同时将其置于还原气氛(95%H2+5%N2)中用还原炉加热，至某一温度，并保持一段时间，然后测定其失重、耐磨性、石墨化程度和抗冲击性能;(2) 英国De Beers 公司还有用热量—差热分析仪，并配以高温显微镜，来测定其初始氧化温度，以此来确定氧化度、耐热性;(3)美国GE 公司是将加热过的烧结体，用扫描电镜作断口分析及车削试验，切削速度为107〜168m/min，进给量为0.13mmPR。国内的研究手段大多类似于方法二，采用差热—热重法。并用差热、热重曲线来分析温度点，以此来确定聚晶金刚石的氧化温度、石墨化温度等。研究表明，聚晶金刚石的热稳定性与许多因素有关。 3.1 聚晶金刚石热稳定性与环境的关系 与单晶金刚石的热稳定性类似，在不同环境中，聚晶金刚石的热稳定性差别很大。分别在氢气、氮气、空气中，将去掉硬质合金基体的聚晶金刚石复合片从600 C加热到800 C [14]。在对PCD表面显微分析中得出：氢气中，PCD表面从700 C〜750 C开始有明显的恶化；氮 气中，几乎在600 C粘结相就开始从晶界渗出，随着温度的升高越来越明显，至约750C时发现PCD表面有碎裂的迹象，达到800C时则损伤相当严重；空气中，在约600C时，PCD 面出现损伤，并伴随着Co 粘结相被挤出PCD 表面，其形状为球形，主要是因为粘结相的氧化物与金刚石的氧化物互不润湿。而且发现在细微晶粒间有微小裂纹的存在。可见，不同的环境对热腐蚀的进程，分别有促进和抑制的作用。 3.2 聚晶金刚石热稳定性与粘结剂的关系 粘结剂的种类、多少和有无对聚晶金刚石的热稳定性影响非常大。许多新型的聚晶金刚 石刀具产品的热稳定性能好的原因主要就是因为对粘结剂的调整。在PCD 的制作工艺过程中，基体的WC-Co 起到润湿金刚石颗粒作用的同时，也会出现在最终形成的产品中。这些残余的金属相对其性能产生很大的影响。例如，Syndite(De Beers 公司的注册商标)是以Co 作为粘结剂的。一般认为其受热不宜超过700 C。钴在高温低压下与碳具有较强的亲和力， 促使金刚石转化为石墨，从而降低它的强度；再者，金刚石和钴之间的热膨胀系数不同，在高温下将导致应力增加，而在PCD 内部形成微裂纹。不同的粘结剂具有不同的效果[2]。Be Deers公司的产品Syndax3是以陶瓷材料3 -SiC作为粘结剂的，此粘结剂化学性稳定，且其热膨胀系数与金刚石接近。 因些，在惰性气氛中，其热稳定性可以允许加热到1200C。而以Ni基合金作为粘结 剂的SDB 1000 产品比以Co 作作为粘结剂的SDA 产品具有高的热稳定性，是因为Ni 基合金导致晶粒显示出特别的立方八面体结构，致使在车削中晶粒破裂失效的方式不同，从而改变了其磨损性能，提高了热稳定性。用Si-Ti-B 系粘结剂的聚晶金刚石，热稳定性可达1100〜1300 C。粘结剂添加量的多少亦会产生较大的影响。实践证明，以添加10%〜15%粘结剂的
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，
金刚石工具的用途 金刚石工具在有色金属和耐磨材料的加工应用中，有杰出的适应性。 在工具材料中，金刚石是最硬的。在合适的加工条件下，金刚石 比高速钢、硬质合金、陶瓷以及聚晶立方氮化硼的使用寿命都长。它也 有不足之处，就是：一般不适用于黑色金属材料的加工。但在高速大批 量生产中，加工诸如铝和石墨等材料，金刚石往往是最有效的工具。 在使用金刚石工具时，用户可以有两种选择：一种是聚晶金刚石（PCD），另一种是较新的化学气相沉积（CVD）金刚石。 使用性能早经证明 聚晶金刚石具有天然金刚石的硬度、强度和抗磨性，但没有天然 金刚石对破损的敏感性。它是在高温、高压下，由人造金刚石颗粒聚合 而成。在工艺过程中，形成聚晶的颗粒同时被整体粘接到一块硬质合金 基体上，以提高机械强度和抗冲击性能。 依照GE公司超级磨料部的说法，PCD很适用于铝的高速切削，特 别适于须达到良好表面粗糙主的场合，它在加工高耐磨性材料时，也表 现出优异的性能。通常，PCD推举用于切削高硅铝合金，也用于黄铜、 紫铜、青铜以及碳化物的加工。使用的工序包括车、镗、仿形、切槽、 铣和孔加工等。 由于金刚石和铁之间化学作用，一般来说PCD不适用于加工黑色 金属材料。但是它能应付双金属材料的加工，包括铝和铸铁的组合在内。例如：某汽车零件供应商在加工铝和铸铁双金属汽缸体时，使用直径 305mm的刀夹式面铣刀，刀尖圆弧2.36mm，带修光刀，切削速度 304.8m/min，进给0.10mm/齿，切深5mm，加工达5000个汽缸体后，刀 片才需转位一次。 GE公司的应用规划经理认为PCD的应用，受到了大批量生产工业界，重要是汽车工业日益提高铝件加工速度的推动。与此同时，汽车制
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。