论大腔体合成金刚石技术中的几个问题

回顾了六面顶液压机合成金刚石腔体大小发展的历程，简要地从设备、工艺、原材料三大方面探讨了Ф35mm以上腔体合成工艺中的一些问题，指出随着腔体的扩大，传压介质、组装结构的重要性更加突出。     

高品质油田钻探用金刚石复合片(PDC)的研制

采用生长法工艺,通过选择适当的金刚石粒度、合理的组装方式和合成工艺参数以及独特的界面形状设计,在高温超高压条件下合成出了高品质的油田钻探用PDC。并介绍了样品的性能检测结果及制成钻头后在油田的试用情况。对样品进行扫描电镜观察,表明PDC金刚石层存在广泛的金刚石颗粒之间的交互生长,这是生长法合成的PDC的结构特征之一。其高品质通过性能测试和实地钻井试验得到了验证。     

聚晶金刚石复合片耐磨性的表征

耐磨性是聚晶金刚石复合片(PDC)的一个重要性能指标, 现有的烧结体质量磨耗比实验和称量方法存在明显的缺陷, 为此建立了PDC体积磨耗比的计算方法, 能够用它评测PDC耐磨性的优劣。PDC车削花岗岩时的磨损过程可以分为初始磨损阶段、快速磨损阶段和稳定磨损阶段。PDC车削花岗岩过程中, 刀具的磨损是由于冲击与磨削同时作用的结果, 且以“磨为主, 冲为辅”。     

前角对PDC钻头性能的影响

1 前言 PDC(金刚石复合片)作为钻进岩石用新材料在20世纪70年代中期达到了实用化。PDC主要以人造金刚石粉未和碳化钨粉末为原料在5～6GPa压力和1300～1500℃的超高压、高温下烧结而成。直径8.2～50.8mm的PDC已经商品化。因为PDC直径比表镶金刚石钻头的单晶金刚石大得多,所以PDC钻头具有每转切削岩石的体积大,能够以低转数获得高效率,同时金刚石颗粒有自锐作用,由于磨     

金刚石合成用触媒材料的发展现状与前景

1 概述人造金刚石合成是碳的同素异形相变过程,触媒材料的参与大幅度降低了合成温度与压力,使人造金刚石的工业生产成为现实。静压法合成的金刚石的性能主要取决于如下因素,即合成温度和压力条件;触媒和碳素原料的种类以及合成腔体的组装设计。从已有的工作看,凡不能润湿石墨的金属均不能作触媒。一般来说,作为金刚     

粘结剂钴对于聚晶金刚石复合片热稳定性的作用机制

热稳定性是聚晶金刚石复合片(PDC)的一个重要性能指标。利用车削花岗岩法测定了PDC刀具的热稳定性能, 采用热分析法、工具显微镜和扫描电子显微镜观测了PDC刀具中粘接剂钴的分布与形貌以及热损伤情况。研究表明: 粘接剂Co热胀冷缩和氧化产生了热龟裂裂纹, 导致PDC刀具机械性能降低, 这是PDC刀具热稳定性下降的主要因素; PDC刀具中Co存在3种分布形式, 分别是金刚石间的球粒状Co颗粒、“Co岛”和叶脉状的Co分布, 其中以叶脉状分布的Co对PDC刀具的热稳定性影响最大。讨论了控制粘接剂Co分布与形貌以提高PDC热稳定性的方法。     

粉末工艺合成金刚石中参数的选取

通过实验考察了粉末材料合成金刚石中工艺参数对合成效果的影响, 讨论了粉末材料合成金刚石中工艺参数的选取原则。实验证明, 合成压力、温度与时间是影响合成效果的重要参数。合理的选取工艺参数, 有利于合成优质金刚石。     

合成腔的结构对合成金刚石的影响

在金刚石工业生产中,通用合成腔是横片结构。合成腔体结构与腔体尺寸直接影响着合成工艺、晶体的力学性质、晶粒尺寸、完整晶形、颜色和产量以及在同一腔体里合成质量相似的金刚石。为此,我们对合成腔结构进行了某些改进,来提高合成效果是必要的。本文介绍有关试验情况。     

无添加剂纳米晶聚晶金刚石块体合成及表征

以圆葱碳(OLC₁₁, 1 100 ℃及1 Pa条件下退火处理纳米金刚石所得)为原料, 在500～1 400 ℃/4～6 GPa/5～30 min条件下烧结合成无添加剂纳米晶聚晶金刚石(NPCD)块体。XRD、HRTEM、FESEM、维氏硬度等分析表明, 高温高压烧结后, OLC₁₁转变为金刚石, 同时金刚石颗粒长大连接形成D-D型NPCD块体。NPCD主要由金刚石组成, 还含有石墨和少量无定形碳。NPCD内存在大量纳米孪晶。烧结温度对NPCD的晶粒尺寸、密度、维氏硬度影响较大, 烧结压力的影响较小。1 200 ℃/5.5 GPa/15 min合成的NPCD平均晶粒尺寸、密度和维氏硬度指标较好, 分别为10.7 nm、2.70 g/cm3和32 GPa。烧结过程中, 高温高压使得OLC₁₁石墨层由内而外破裂形成金刚石颗粒, 相邻OLC₁₁通过悬键连接形成金刚石大颗粒, 再通过D-D键键合形成NPCD块体。     

微米金刚石含量对圆葱碳烧结制备聚晶金刚石(PCD)组织及性能的影响

以OLC₁₁(1 100 ℃/0.1 Pa条件下制得的OLC)与微米金刚石为原料, 在1 200 ℃/5.5 GPa/15 min条件下烧结制备了无添加剂聚晶金刚石(PCD), 研究了微米金刚石加入量对PCD组织及性能的影响。结果表明:微米金刚石加入量低于50%时, 随着微米金刚石加入量增加, OLC₁₁转化的金刚石晶粒尺寸逐渐均匀且越来越大, 微米金刚石与OLC₁₁转变的金刚石基体间结合得越好。当微米金刚石含量高于50%时, 随着微米金刚石含量增加, 微米金刚石与OLC₁₁转变的金刚石基体间不能有效结合, PCD硬度逐渐降低。微米金刚石含量为50%时, PCD硬度及晶粒尺寸最大, 分别为44.7 GPa及20 nm。加入适量的微米金刚石可以增强样品内部传压, 并作为晶种, 提高OLC转化率, 提升PCD性能。     

陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

采用Na₂O、B₂O₃和SiO₂为结合剂基本成分, 添加CaO制备出粘结金刚石的低熔陶瓷结合剂。应用陶瓷结合剂金刚石砂轮对PDC产品进行磨削加工, 实验结果表明,陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削PDC比树脂金刚石砂轮具有较大的优越性。     

一种新型滚动轴承在自磨机上的应用

采用专利号为200710065224.0的专利,成功地研制出了适合于自磨机的单列球面滚动轴承。该轴承进料端采用整体结构,出料端采用剖分结构,轴承的内、外圈采用GCr15SiMn,滚动体选用G20Cr2Ni4A优质渗碳轴承钢。与现有技术相比,该滚动轴承克服摩擦力矩所消耗的电能小,可节电达10%~15%。替换φ5500 mm×1800 mm自磨机滑动轴承进料端整体轴承最高温度10 ℃左右,出料端轴承最高温度20 ℃左右,节能效果显著。     

提纯膨润土制备复合黏结剂用于生产球团试验

为降低以磁铁矿粉为原料制备球团时黏结剂膨润土的添加量,探索低品位膨润土在球团工业中的应用,以朝阳某旋流器提纯后膨润土与有机黏结剂CMC进行复配为复合黏结剂,考察添加复合黏结剂对磁铁矿粉制备生球质量的影响。结果表明,在φ150 mm和φ75 mm两级旋流器串联,分级压力分别为0.1 MPa和0.2 MPa的条件下,膨润土原土蒙脱石含量从60.25%富集到81.04%,产率为60.93%、回收率为81.95%。以CMC配入量为提纯后膨润土质量的3%、螺旋挤压次数为3次时制得的复合黏结剂制备球团,可使球团中黏结剂的配比降低到0.8%,在此配比条件下制备的生球落下强度为5.2次,爆裂温度为475℃、生球抗压强度为12.85 N/个,满足球团性能要求。采用复合黏结剂制备球团有利于后续工艺的节能降耗,是未来球团工业发展的趋势之一。     

立式搅拌磨机在焙烧云母矿剥片磨矿中的应用研究

采用立式搅拌磨机对焙烧云母进行了剥片磨矿研究。介质球种类对比研究结果表明,特制的聚氨酯球作为磨矿介质对云母片料的剥片磨矿效果较好,产品粒度分布窄。采用聚氨酯球作介质球,进行了介质球配比、磨机转速、磨矿浓度等优化研究,结果表明,在Φ8 mm、Φ10 mm和Φ12 mm球配比为2∶5∶1,磨机转速240 r/min,磨矿浓度55%时,磨矿产品中0.020~0.045 mm粒级含量最多,符合剥片要求。研究成果对工业生产具有良好的指导意义。     

含氧超细TiN0.3粉体与烧结体的制备及氧对其组织结构的影响研究

采用机械合金化(MA)法制备了平均晶粒尺寸约10 nm的超细TiN_0.3粉体,分别采用机械合金化(MA)、空气中热处理、高压高温(HPHT)烧结、退火处理4种方式向TiN_0.3粉体中引入氧,研究氧引入量对TiN_0.3粉体及烧结体的物相组成、晶粒尺寸及晶格常数的影响。结果表明,空气中热处理氧引入量最多,而MA、真空退火处理、HPHT烧结过程氧引入量较少。MA、退火处理、空气中热处理过程氧引入量少时均会因TiN_xO_y的生成而导致晶格常数增大。MA过程氧的引入降低了球磨效率而导致晶粒尺寸增大,退火过程氧引入前后晶粒尺寸无明显变化。TiN_0.3粉体在空气中的起始氧化温度和终止氧化温度分别为315.6 ℃和654.1 ℃。TiN_0.3粉体起始氧化产物为TiN_xO_y,360 ℃时生成A-TiO₂(锐钛矿型TiO₂),同时开始向R-TiO₂(金红石型TiO₂)转变。700 ℃时A-TiO₂已完全转变为R-TiO₂。     

仿生高效切削齿试验研究

在仿生高效耐磨理论的指导下,以鼹鼠爪趾为仿生原型,引入了其经长期进化而具有的高效、耐磨的特性。选用CVD多晶金刚石为切削齿的切削单元,采用真空热压烧结工艺制备仿生高效切削齿,并将其与常规PDC齿、仿生PDC齿的耐磨性和切削效率进行对比试验,结果显示:仿生高效切削齿的耐磨性较常规PDC齿提高23%;切削效率较常规PDC齿提高1.49倍,较仿生PDC齿提高48%。初步证明了仿生高效切削齿工艺的可行性,为下一步高效切削钻头的研究奠定了坚实的基础。