金刚石聚晶的性能特征及应用

1金刚石聚晶的性能与特点 金刚石聚晶有许多优异性能：晶粒呈无序排列、各向同性、无理解面；具有较高冲击强度，冲击时只产生小晶粒破碎，不像单晶金刚石那样大块崩裂。金刚石聚晶的性能与粘结剂关系密切，而不同的粘结剂在聚晶烧结过程中的作用及成品中的存在形式有较大差异，目前主要选用Ti—Si系列的陶瓷类粘结剂和以钴为主的金属类粘结剂。原材料金刚石的自身品质和烧结工艺对聚晶性能的影响明显。金刚石聚晶最重要的性能指标是耐热性、耐磨性和冲击强度，而硬度、强度、加工性、焊接性等在某些情况下也较重要，不同用途对金刚石聚晶的性能要求也不相同。     

对体积法检测人造金刚石烧结体磨耗比的探讨

针对磨耗比测试中繁琐的测试过程，本文提出了一种新的测试方法——体积法。主要是利用读数显微镜测量磨损面的边长，再利用公式E=M砂轮／M聚晶计算磨耗比。本文给出了两种形状人造金刚石烧结体一棱柱型和圆柱型人造金刚石烧结体磨耗比的数学公式推导过程及结果，并用试验证明了此方法在不影响测试结果的前提下既简化了测试过程又提高了工作效率。     

聚晶烧结扩孔器工艺的几点改进

聚晶人造金刚石扩孔器是金刚石小口径地质勘探的必备工具。它是以小直径人造聚晶金刚石为切磨材料，采用无压浸渍法制造的一种金刚石辅助钻具。无压浸渍法制造扩孔器是粉末冶金的一种形式，它是将给定量的骨架粉末装入粘有聚晶的扩孔器模具中，经过适当敲振     

含硼黑金刚石聚晶的研制及其性能的测试

一九七六年七月份,吉林大学、郑州磨料所与天津市砂轮厂实行厂、所、校三结合,组成了黑金刚石聚晶科研协作组,于一九七六年十二月上旬在天津砂轮厂金刚石车间研制成功了具有特殊优异性能的大颗粒黑金刚石聚晶。这种聚晶具有较高的磨耗比,一般平均磨耗比可稳定在4方(1:40000)左右。其热稳定性也较高,在没有保护气氛的情况下,能在950℃～1050℃保持稳定,不降低质量,比普通黄金刚石合成的聚晶的热稳定性温度约高200℃。黑金刚石聚晶的这种优异性能,为制造红硬性高的金刚石制品,创造了有利条件,从而扩大了金刚石的使用范围。同时还从理论上预言,实践上证实,它还有化学惰性好的特性,可以用来加工铁族材料。这是一种有重要用途的新材料,且生产成本不高,可以大量投产。本文将报道这种聚晶的研制工艺和性能测试结果。     

金刚石复合片掺杂烧结的微观结构研究

本实验选用ＴｉＨ２及其它微量元素做粘结剂，在ＤＳ－０２９Ｂ型六压机上烧结人造金刚石复合片，实验中，采取了ＴｉＨ２脱氢与金刚石净化同时进行了的工艺，在高真空和一定温度下脱氢，得到高活民生的新鲜钛，使其具有更强的粘结作用，以获得高磨耗比的金刚石复合片，从实验以及对复合片的的扫描电子显微镜，光电子能谱分析可知，在复合片金刚石层中金刚石颗粒间有粘结相存在，并通过这种粘结相粘结起来，其主成分是ＳｉＣ，ＴｉＣ     

小直径聚晶金刚石麻花钻头的放电加工工艺研究

本文介绍了近年来国际上人造聚晶金刚石麻花钻头工艺研究情况，着重介绍了作者在已完成的ＤＫ６８２５旋转式数控电加工机床上利用放电加工进行小直径（Ф６以下）聚晶金刚石麻花钻头的工艺研究情况；介绍了放电加工时采用的设备，附件和主要工艺方法。     

钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件研究

本文探讨了钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件，发现钛硅结合剂聚晶烧结必须在钛熔点和钛熔点以上温度进行。在霍尔纯金刚石烧结条件图上，勾划出了实用的钛硅结合剂聚晶烧结工艺条件曲线。     

金刚石微粉烧结中的一些特征

平均粒度为28/20μm的金刚石微粉在6.0GPa和8.0Gpa的高压下,在不同的烧结时间中于1600℃、1700℃和1800℃的温度下烧结,目的在于获得达到强度要求的聚晶压坯。采用直径为13.5mm的环凹状顶锤形高压装置进行试验。观察到样品直径4.5mm、高5.0mm。描绘出在上述烧结条件下聚晶金刚石密度与工艺周期的关系曲线。采用X-射线衍射研究了粉末固结的动力学,以证实烧结过程中发生的金刚石(331)面增大和结构变化的关系。另一个目的是研究在烧结参数的作用下金刚石的石墨化动力学。结论是除固结机理外,局部剪切机理也在起作用。金刚石微粉烧结中的一些…     

小直径聚晶金刚石麻花钻头的放电加工工艺研究

本文介绍了近年来国际上人造聚晶金刚石麻花钻头工艺研究情况．着重介绍了作者在已完成的ＤＫ６８２５旋转式数控电加工机床上利用放电加工进行小直径（６以下）聚晶金刚石麻花钻头的工艺研究情况；介绍了放电加工时采用的设备、附件和主要工艺方法。     

钛、氮离子注入改善人造金刚石性能的试验研究

金刚石固有的缺陷，如裂纹和磁性包裹体的存在降低了其力学性能和热稳定性，也使金刚石工具的使用性能降低。本文利用离子束注入技术，对金刚石表面同时注入钛、氮离子来改善人造金刚石的性能进行了试验研究。测量了经离子注入处理的金刚石的抗压强度和热稳定性，以及孕镶金刚石复合材料的抗弯强度和磨耗比。试验结果表明：钛、氮离子注入后，填补了金刚石晶体表面的缺陷，从而提高了金刚石的抗压强度和热稳定性，其抗压强度提高了6～34％，热失重率降低了20％。此外，和离子注入前相比，用离子注入后的金刚石烧结的复合材料的抗弯强度和磨耗比也有了较大幅度的提高。     

直接转化法合成大尺寸纯相多晶金刚石

在不同热力学条件下,以不同碳源为初始材料,采用直接转化法合成不同晶粒尺寸、不同颜色的纯相多晶金刚石块体（φ6 mm×6 mm）,并用X射线衍射、Raman光谱及扫描电镜等方法检测验证。采用维氏压痕法测得纳米结构的黄色透明样品硬度为130~270 GPa（加载3 N）。对黄色透明样品进行砂轮对磨实验,其磨耗比达1.658×106,约为现在市场上主流钴基石油用金刚石复合片的25倍。差热分析表明:黄色透明样品的热稳定性与克拉级单晶金刚石基本持平;以纳米结构多晶金刚石与金刚石大单晶对磨,测定其磨耗比为2.5,表现出比金刚石大单晶更优越的耐磨性。      

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。      

人造金刚石烧结体的磨料粒度配比研究

金刚石烧结体具有许多优异的物理机械性能。由于金刚石的硬度与弹性模量极高,在烧结时很难发生塑性变形。本文通过理想化模型,得到最佳粒度配比。对按照此配方制做的烧结体进行了磨耗比检测,结果表明磨耗比提高了37.08％。     

Effects of diamond magnetism on the microstructure of electrodeposited diamond composites

Electroformed diamond tools have been used for many years in grinding and cutting fields while electrodeposited diamond composite coatings have been widely studied due to their desirable hardness, wear and corrosion resistance. This article reports the detrimental impact of diamond magnetism on the composites microstructure and gives explanations. Microstructure differences between composites that, respectively, contained no - further - treated diamond, magnetism - strengthening treated diamond and magnetism weakening treated diamond were carefully observed. It is shown that diamond magnetization treatment drastically harms the composite microstructure （e. g. , roughening the coating surface, coarsening the matrix grain, and more seriously, reducing the mechanical retention of diamond grains in the matrix） while demagnetization treatment does the opposite. All the observed facts could be explained by the electromagnetic interaction between magnetic fields produced by magnetic diamond grains and electric current （moving cations） during the electrodeposition process.     

Effect of cobalt content on the performance of polycrystalline diamond compacts

Cobalt was an indispensable role in the damage of a PDC cutter due to its inevitable adverse thermal effect like thermal catalysis, thermal expansion and thermal oxidation in the welding and drilling process, while the quantitative studies on its serial thermal damage effect were still seldom reported. In order to understand the damage mechanism of a PDC cutter and therefore design better products, it was quite necessary to study the roles of cobalt in the PDC cutter by a quantitative means. In present study, the total cobalt content of the PCD layer of polycrystalline diamond compacts were adjusted by blending different amount of microsized cobalt powder in the mixed diamond grains and the infiltrated cobalt from the cemented carbide cylinder during the HTHP sintering process. The sintered PDC cutters were examined by XRD, SEM, EDX, vertical lathe tests, and impact tests, and it was found that the abrasive ratios of the fabricated PDC cutters were strongly dependent on the cobalt content of sintered diamond layers. The PDC cutter without adding cobalt powder exhibited the best resistance to the abrasion, while the PDC cutters sintered by adding 4% mass of cobalt powder demonstrated the worst abrasive ratio, which was the direct proof confirming that by decreasing the content of residual cobalt in the PCD layer the resistance of the PDC cutter to the abrasion would be improved significantly. A non-destructive characterization method was adopted based on the statistical calculation was proposed by using Matlab and Image-J software to quantitatively explore the relationship between the cobalt content as well as the average size of residual cobalt in the PCD layer and the abrasion performance, which opened a new technical route for the disclosure of cobalt-dependent abrasion resistance for the PDC cutter analysis. Moreover, a cobalt-rich narrow zone was found to appear in the interface of PCD/cemented carbide, which was deduced to be the main reason to cause the delamination of PCD layer from the cemented carbide. It was also interesting to find that the percentage of added cobalt powders seemed no adverse effect on the impact performance of the PDC cutters. The conclusion of present study about the cobalt role in the PDC performance was quite good for understanding the PDC damage modes and helped for the better design and fabrication of PDC.     

用感应加热摩擦法在屏蔽金刚石表面涂覆Ti涂层

提出一种在金刚石表面制备Ti涂层的新方法，将感应加热到一定温度的Ti棒，在电磁屏蔽保护下的聚晶金刚石表面以旋转挤压的方式进行摩擦涂覆，实现了金刚石表面的金属化。通过红外测温仪测试聚晶金刚石表面温度，利用扫描电子显微镜观察Ti涂层的界面形貌、内表面形貌以及聚晶金刚石/硬质合金之间的界面形貌，采用X射线衍射仪检测Ti涂层内表面物相组成，通过能谱分析仪对Ti涂层界面和内表面进行元素分析。研究结果发现:高温Ti棒与聚晶金刚石表面进行摩擦涂覆，在聚晶金刚石与Ti涂层界面处发生了C、Ti元素的相互扩散，且在界面处产生有点状碳化物TiC。将聚晶金刚石置于具有电磁屏蔽的装置中，可有效避免聚晶金刚石/硬质合金界面处的热损伤。Ti涂层的形成过程可分为三个阶段:新鲜表面相互接触、初始扩散、扩散带形成。本文提出的感应加热摩擦法工艺简便，能够显著提高涂覆效率，可以有效避免金刚石热损伤。     

还原气氛热压烧结技术及其节能减排效益的研究

采用还原气氛带压的钟罩炉烧结(以下简称还原热压烧结)和传统热压烧结两种方式制备金属结合剂试样条和金刚石节块,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度计、电子万能试验机、磨耗比测定仪和氮/氧分析仪等手段,研究两种烧结技术制备的金属结合剂试样条和金刚石节块的微观组织与宏观性能。结果表明,利用两种不同的烧结方式制备的金属结合剂试样条在微观上表现物相结构相同,低熔点Cu-Zn合金组份没与高熔点Fe-Ni合金组份产生冶金结合;在宏观上还原热压烧结制备的金属结合剂试样条的硬度略低于传统热压烧结的,而其抗弯强度和耐磨性均较优。与传统热压烧结工艺相比,还原热压烧结技术在低温低压下既可提高结合剂对金刚石的把持力,又可降低金刚石的热腐蚀。此外,利用还原热压烧结技术能大大降低成本和减少废气的排放。在实际产品应用中,利用还原热压烧结技术制备的φ350 mm金刚石锯片深受国内外客户的好评。     

新型碳纸可提高合成金刚石的质量

通过理论分析及对比实验,研究了碳纸结构对金刚石合成的影响,探索出了新型合成碳纸。生产验证表明:同使用正常碳纸相比,使用新型碳纸后,导电堵头的烧蚀率比降低了30%,金刚石合成过程更加稳定;而且所合成的金刚石中,连聚晶的比例降低10%,极大地提高了合成金刚石的质量。     

超硬高韧微米颗粒聚晶金刚石块材的超高压制备

以微米级金刚石微粉为初始材料,利用自主研发的二级6-8型超高压大腔体装置,不添加黏结剂,在15 GPa左右条件下制备了超硬、高韧的厘米级块体聚晶金刚石,聚晶块体由高压硬化所致的、具有纳米亚结构的微米级金刚石颗粒组成。该材料的维氏硬度与单晶金刚石的最高维氏硬度（~120 GPa）相当,断裂韧性（18.7 MPa·m1/2）可媲美高性能硬质合金。