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。     

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。      

专利信息

有缺Co区的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片 本发明公开了一种有缺Co区的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片,包括硬质合金层和聚晶金刚石层;硬质合金层由碳化物（通常为碳化钨-WC）和结合剂（通常为Co）组成,聚晶金刚石层则由金刚石和催化粘结剂（通常为Co）组成;在金刚石层表面上刻划有刻槽 。     

金刚石—硬质合金复合片在石油、地质钻探中的应用

金刚石—硬质合金复合片是一种制造石油、地质钻头的复合超硬材料。这种材料是由0.5～1毫米厚的多晶金刚石层与几毫米厚的硬质合金衬底层在超高压高温下烧结而成,具有金刚石的硬度和耐磨性,又具有硬质合金的强度与耐冲击性。一九七三年美国克里斯坦森公司与GE公司合作研制成功了复合片钻头。现在复合片钻     

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。     

梯度聚晶金刚石复合材料的开发

应用粉末层铺法制备梯度聚晶金刚石复合片材料，并通过SEM、XRD、显微硬度等对该材料进行组织与性能分析。结果表明，在以钴作粘结剂的聚晶金刚石层中金刚石相实现了D-D结合，通过梯度过渡层与硬质合金基体结合既保证了聚晶金刚石的硬度，又改善了界面的结合状况，从而提高了聚晶金刚石复合片的性能和使用寿命。     

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     

用浸渍法制取金刚石复合片

金刚石聚晶材料,因其具有很高的硬度和耐磨性,被广泛用于制作钻头、切削、修整、石材加工等工具.金刚石聚晶材料是在金刚石热力学稳定区的温度、压力下,在高压装置中由金刚石粉末烧结制成.金刚石聚晶的制造,有用仅仅将金刚石粉末烧结的方法,也有用将金刚石与金属烧结活化剂混合物烧结的方法,还有用浸渍的方法.金刚石复合片是以硬质合金衬底的液相浸渍金刚石层的方式制成,像Stratapax(G.E.公司)这和复合片中,除了浸渍相外,不含有金属烧结活化剂.乌克兰在制造金刚石复合片时,使用镍作金刚石层的添加剂,以活化烧结过程.     

金刚石复合片机械性能的研究

本文主要介绍了金刚石复合片的结构，耐热性，机械性能，影响机械性能的主要因素及提高措施，检测其机械性能的方法，为金刚石复合片的工业应用提供一些参考。     

PCD刀具加工强化复合地板中磨损行为的断裂力学研究

本文首先利用断裂力学的理论，分析了聚晶金刚石刀具切削过程中的沿晶和解理两种磨损特征及其形成过程。通过采用SYNDITE聚晶金刚石刀具对Al2O3颗粒表层强化复合地板的切削加工实验，验证了理论分析的正确性。研究表明聚晶金刚石刀具铣削Al2O3表层强化复合地板的过程中，刀具的磨损特征主要由沿晶磨损和解理磨损组成。并且，理论和实验结果表明刀具的磨损特征受到金刚石晶粒尺寸的影响。粗粒度聚晶金刚石易产生解理磨损形貌，细粒度的聚晶金刚石易产生沿晶磨损形貌。同时，研究表明微观裂纹特征对聚晶金刚石刀具的磨损起着重要的作用。     

金刚石涂层立铣刀与PCD立铣刀切削铝合金性能研究

目的：研究金刚石涂层立铣刀和 PCD 立铣刀切削铝合金时,铝合金表面粗糙度以及刀具的使用寿命。方法通过实验比较1μm、5μm金刚石涂层四刃立铣刀和PCD立铣刀在高速干式切削条件下切削铝合金的性能,并通过走刀距离比较不同状态刀具的使用寿命以及在走刀过程中的粘刀情况,用表面粗糙度测量仪测量加工的铝合金表面粗糙度。结果1μm、5μm金刚石涂层立铣刀加工铝合金失效距离分别为25 m、75 m, PCD立铣刀加工铝合金96 m后失效;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值分别为1.07μm、1.10μm,PCD立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值为0.80μm。结论5μm金刚石涂层立铣刀是1μm金刚石涂层立铣刀寿命的5倍,PCD立铣刀使用寿命最长;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面较PCD立铣刀粗糙,在相同切削环境下切削铝合金时, PCD立铣刀使用寿命较金刚石涂层立铣刀提高,且在抑制粘刀方面效果十分明显。     

Study on wear mechanisms and grain effects of PCD tool in machining laminated flooring

Polycrystalline diamond (PCD) tools have gained increasing application in woodworking industry for the phenomenal tool life and cutting finish compared with carbide tools. In the paper, machining experiments with PCD tools were conducted to mill laminated flooring with Al₂O₃ overlay. Four kinds of PCD products with different original diamond grain sizes were used to fabricate the cutters. Wear volume was measured by optical microscopy and wear morphology was examined by SEM and optical microscopy.The experimental results show that the wear mechanisms of PCD tools, in the machining process, involve inter-granular wear and partial cleavage fracture. The microcracks in PCD tools are a key reason for the wear of tools. By comparing the flank wear, the experiments reveal that PCD tools with middle original diamond grain size have long tool life. The influences of original diamond grain size on cutting edge and wear properties have also been discussed in detail.     

聚晶金刚石的研究进展与展望

聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)是以金刚石为骨架材料,以结合剂为黏结材料,在高压高温条件下烧结而成的复合材料.因其拥有优异的硬度与良好的耐磨性能,被广泛应用于刀具、拉丝模等领域.本文概述了PCD的结合剂种类、制备方法、影响性能的因素,分别介绍了金属型、陶瓷型和金属–陶瓷型等3种不同结...     

基体热处理使PCD刀具适于断续切削

聚晶金刚石（PCD）刀具的韧性较差,极少用于带有冲击性的断续切削加工,限制了其应用范围。为改良刀具性能,通过热处理工艺优化刀具基体,加固PCD和基体的结合,制成新型的PCD刀具。通过断续切削铝合金实验,分析新型刀具的使用寿命以及表面磨损状况。结果表明:刀具基体优化后,金刚石层与硬质合金基体之间的结合力提高,刀具抗冲击能力提高。新型刀具在切削128 min后没有出现崩刃现象,其磨损量仍在可控范围,适用于断续切削生产。      

聚晶金刚石拉丝模具孔型结构分析

本文介绍了聚晶金刚石的特点及拉丝模具的结构,其结构由模套、烧结金属、硬质合金环、聚晶金刚石组成,分析了采用该结构的原因。聚晶金刚石拉丝模的孔型结构分为入口区,润滑区,压缩区,定径区,安全角,出口区六部分,对各个区域的角度、长度及其功能特点进行了分析,说明了各区域对其使用性能的影响,特别对压缩区,定径区两部分进行了重点叙述,最后给出各部分参数值。     

聚晶金刚石拉丝模具的特种加工方法综述

本文介绍了特种加工的国内外发展状况，以及聚晶金刚石拉丝模具的特种加工方法。重点介绍了电火花与超声波加工的基本原理、机理、加工步骤，对拉丝模具孔型各区域的加工方法、加工参数以及超声波研磨粒度的选择对尺寸精度的影响进行了阐述，说明了这两种加工方法有效地结合能实现聚晶金刚石拉丝模具从粗到精的加工要求。     

Thermal residual stress of polycrystalline diamond compacts

Thermal residual stresses in polycrystalline diamond compact(PDC)cutter arising from the difference in thermal expansion between the polycrystalline diamond(PCD)and the supporting tungsten carbide substrate after sintering at high pressure and high temperature were investigated using finite element simulation,laboratory tests and theoretical analysis.The obtained results show that although compressive residual stresses exist both in the interface of PCD table and in the most region of PCD table surface, the...     

超硬材料刀具的特性及应用

本文主要介绍了单品金刚石刀具，高温高压合成的聚品金刚石（PCD）刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及化学气相沉积的金刚石膜（CVD）刀具的特性及应用。我们做了有关CVD刀具与PCD刀具耐磨性的切削试验：通过试验可以看出，CVD刀具确实有较好的耐磨性，但是在切削时间为17min时，由于CVD较PCD脆，在25倍显微镜下观察发现CVD金刚石刀具的刀口有明显的崩刃。另外发现，CVD金刚石刀具在制造及使用过程中也极易出现崩刃现象，所以目前大多数厂家仍以使用PCD刀具为主，CVD金刚石刀具的推广仍需要一个过程。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。