聚晶金刚石复合片界面微观结构对性能的影响

以硬质合金基体及优选的主晶为25μm的金刚石颗粒为原料,在2种工艺下用国产铰链式六面顶压机高温高压制备聚晶金刚石复合片(PDC),研究PDC界面处微观结构对其性能的影响。结果表明：工艺1制备的PDC界面处存在类树枝状枝晶金属池,其是硬质合金中的金属元素向聚晶金刚石层方向迁移形成的,主要元素为C、W、Co;而工艺2制备的PDC中不存在此类现象。工艺1制备的PDC的耐热温度为870℃,抗冲击等级为32,磨口面积为5.860 mm²;工艺2制备的PDC的耐热温度为920℃,抗冲击等级为45,磨口面积为5.166 mm²。工艺2制备的PDC相对于工艺1制备的PDC,其耐热温度、抗冲击性能和耐磨性能分别提高50℃、40.6%和11.8%。     

钻探用聚晶金刚石复合片的显微组织及性能

采用上层为细粒度金刚石、下层与硬质合金接触的为粗细度金刚石的分层设计理念，制备钻探用多金刚石层的聚晶金刚石复合片（PDC），对比不同粒度的单层金刚石PDC与多层金刚石PDC的显微组织与性能的差异。利用超声波扫描、扫描电子显微镜（SEM）表征每种PDC的内部缺陷和表面形貌等，并分别对PDC的耐热性、抗冲击性和耐磨性进行测试。结果表明：多层金刚石PDC的综合性能良好，其表层耐磨，下层更耐冲击，且其具有更加均衡的耐热性、抗冲击性和耐磨性。细粒度金刚石层PDC的耐磨性更高，但耐热性和抗冲击性较低，而粗粒度金刚石层PDC的耐热性和抗冲击性能更好，但耐磨性较差。     

XRD方法在聚晶金刚石复合片界面应力表征中应用的研究

借助XRD方法对不同生产工艺、无齿、有齿型硬质合金基底制备的PDC制品进行了研究。表明：聚晶金刚石复合片在聚晶金刚石层内存在着宏观应力和微观应力；聚晶金刚石复合片表面应力大小可以反映聚晶金刚石层的应力存在状况；聚晶金刚石复合片残余应力的大小与XRD图谱的斜率成正比，因此XRD方法可以用于聚晶金刚石复合片应力的表征。     

聚晶金刚石复合片的残余应力测试与研究

聚晶金刚石复合片产品内部普遍存在残余应力,这是造成其非正常失效的主要因素。我们详细研究了金刚石复合片内部残余应力的组成,并采用X射线衍射仪建立了聚晶金刚石复合片残余应力的检测方法,研究了聚晶金刚石复合片的残余应力分布规律。利用XRD检测残余应力的方法,分别研究了聚晶金刚石层厚度、金刚石粒度尺寸、两相界面结合形状以及金属Co对复合片的残余应力的影响规律,为控制PDC内部应力提供参考。结果显示:金刚石层表面残余应力最大的压应力在中心位置,从中心到边缘,应力的大小逐渐降低;PCD层与硬质合金基体界面附近的应力值对PDC使用性能的影响最大。      

PDC性能优化及其钎焊技术研究现状

聚晶金刚石复合片（PDC）因其优良的性质，广泛应用于机械加工、能源开采、地质勘探等方面。但是PDC温度敏感性较高，在高温下内部残余应力增大、金刚石层发生氧化、石墨化等现象，导致PDC金刚石骨架撕裂、金刚石颗粒剥落、甚至复合片失效。从PDC表面改性、粘结剂优化、PDC结构设计、晶粒细化以及PDC钎焊技术等五个方面综述了PDC国内外研究现状，讨论了PDC存在的共性问题，并对未来的研究方向进行了展望。     

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...     

粗颗粒聚晶金刚石复合片显微结构的分析

利用扫描电镜、光学影像仪等分析检测仪器,在不损伤被检样品的物理性能、状态和内部结构的条件下,从聚晶金刚石层与基体的界面结构,微观的均匀性以及金刚石层D—D键的结合情况等方面定性判断PDC性能的优劣。研究发现：金刚石和硬质合金界面结构为非平面连接时,其性能优于传统的平面结合型;PDC材料聚晶金刚石层中金刚石在空间相连形成D-D结合立体网络状结构,这是PDC材料力学性能优异的主要原因,且D—D键越多,复合片性能越好。     

聚晶金刚石复合片脱Co增强性能研究

在制备普通聚晶金刚石复合片（PDC）的基础上,将一次合成的聚晶金刚石进行脱Co处理,再重新组装进行二次合成。新合成PDC的耐磨性、抗冲击性能和耐热性等有很大提高,其平均体积磨耗比达到5.20×106,比普通产品的磨耗比高约40%;金刚石层中Co的减少并未造成其抗冲击性能的下降;耐热性能也大幅度提高。脱Co处理能有效减少金刚石层中的Co含量,并改善其结合剂分布的均匀性,抑制结合剂的局部聚积,最终使金刚石层中D-D键数量明显增多,PDC的耐磨性提高。      

聚晶金刚石复合片的磨损规律

通过观察切削花岗岩过程中聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的磨损过程和磨损形貌,研究PDC刀具的磨损规律。研究结果表明:切削花岗岩时,受切削力及其冲击的作用,PDC刀具产生近乎平行岩石表面的磨损形式,磨损机理为机械作用引起聚晶金刚石层微观裂纹产生并扩展而导致的金刚石颗粒的微观破碎。     

聚晶金刚石复合体复合机理的研究

本文对超高压合成的PDC,采用SEM、EDS等分析方法研究了：PCD界面结构,分析了粘结相钴扩散规律及聚晶金刚石复合体复合机理。实验结果表明,WC—Co与金刚石界面的结合实际上就是WC-Co-金刚石界面的结合,WC—Co与金刚石界面的结合强度不仅与界面钴含量有关,而且与界面上的钴的组织结构有关：D—D结合区域中的D—D结合界面处钴浓度远低于D-Co—D结合区域的晶粒间界钴的浓度,说明D-D结合区域和D—Co—D结合区域的晶粒间界中钴的存在形式是不同的。     

界面结构对PDC抗冲击性能的影响

本文采用重陀倾斜式方法测试了不同界面结构的PDC的抗冲击韧性,并对PDC冲击破坏机理进行了讨论,对界面结构以及其它因素对PDC抗冲击性能的影响进行了探讨和研究.结果表明:重陀倾斜式方法能够较好地反应PDC钻头工作时的实际受力情况;在同一工艺参数下,PDC层与硬质合金基体之间的界面结构对PDC的抗冲击性能影响很大;随着界...     

金刚石复合片的界面形态及性能特点

聚晶金刚石复合片的失效主要发生在金刚石与基体之间的界面处,改变界面的化学组分和形状可以改善复合片的使用性能。本文介绍了几种优质复合片的界面形态及其性能特点。在金刚石层与基体之间添加镀碳的钨片,或在金刚石层外镀上几层金属,可以改善金刚石与基体的不匹配问题;在基体上加工出沟槽或锯齿,使复合片抗冲击性能显著提高;为了避免直线型沟槽的方向性以及降低在尖端出现的应力集中,将沟槽或锯齿做成环形并使其尖角改成光滑的圆角;降低锯齿尖端粘结剂的含量,可使基体与金刚石的膨胀系数和弹性模量更接近而提高热稳定性;把界面做成波浪形,并且使界面与复合片的轴线不垂直,以此来分散应力。     

含硼聚晶金刚石复合片(B-PDC)的研究

利用国产六面顶压机,在高温高压的条件下,采用黏结剂Co熔渗催化方法合成含硼聚晶金刚石复合片。对加入不同体积分数的含硼金刚石合成的样品进行性能测试,最后对样品的性能测试结果进行讨论分析,并对聚晶金刚石层微观结构做了扫描电镜观察和XRD物相分析。结果表明:样品的抗冲击韧性和耐热性比普通金刚石复合片有显著提高,当添加含硼金刚石微粉体积分数为2a%～3a%时综合性能最好。     

金刚石-硬质合金复合片的耐磨性测试方法研究

金刚石-硬质合金复合片的耐磨性是一个非常重要的技术指标,但迄今为止国际上尚无统一的PDC耐磨性测试标准。本文在分析我国和乌克兰评价PDC耐磨性方法优缺点的基础上进行了对比性研究,指出乌克兰超硬材料研究所按复合片在实验台上切削岩块的磨损高度和面积来评价的方法,更接近于孔底岩石破碎过程,PDC的几何磨耗量可更全面真实地反映复合片在钻探生产中的工作寿命。同时,讨论了乌克兰方法需要完善的地方。     

影响聚晶金刚石复合片性能的因素及改进方法

聚晶金刚石复合片作为PDC钻头的切削元件，其质量的好坏直接影响着整个钻头的钻进速率及使用寿命。影响复合片质量和性能的主要因素是金刚石与粘接剂的配比、粘接剂的种类、金刚石的粒度、金刚石／硬质合金界面结构以及烧结工艺等。本文探讨了不同种类粘接剂的优、缺点；介绍了如何通过改变金刚石颗粒的粒度分布提高复合片的耐磨性和抗冲击性能；在金刚石，硬质合金界面处添加碳化物形成元素薄片以及采用金属镀层(如W等)实现界面的冶金结合，从而提高界面的结合强度；采用锯齿形界面并伴随成分梯度过渡、以及采用正弦曲线形界面结构可明显改善复合片的性能。这些方法可为工业上生产优质复合片提供参考。     

金刚石复合片主要缺陷及产生的原因讨论

本文简要介绍了在金刚石复合片（PDC）的生产和检验过程中经常出现的几种主要缺陷：如分层、欠烧、表面出现针眼和黑点等,对这些缺陷产生的原因从生成机理上进行了初步的分析,并结合作者的实践经验,提出了一些解决问题的思路和方法。     

聚晶金刚石复合片(PDC)应力表征方法的探讨

聚晶金刚石复合片是采用HPHT方法生产的,所以不可避免地在界面处、以及聚晶金刚石层内部的缺陷处存在大量的残余应力。本文主要围绕聚晶金刚石复合片的应力表征问题进行了实验和理论分析。实验、研究表明,聚晶金刚石复合片在聚晶金刚石层内存在着宏观应力和微观应力,即第一类内应力、第二类内应力;聚晶金刚石表面应力的大小可以反映聚晶金刚石层的应力存在状况;XRD方法可以用于聚晶金刚石复合片应力的表征。