金剛石燒結體(PCD與PDC)的發展概況(三)①

趙云良,趙爽之,閆森

(鄭州新亞復合超硬材料有限公司,河南鄭州 450001)

金剛石燒結體(PCD與PDC)的發展概況(三)①

趙云良,趙爽之,閆森

(鄭州新亞復合超硬材料有限公司,河南鄭州 450001)

簡單介紹了金剛石燒結體的發明、合成機理、制造方法、品種規格、性能檢測、應用效果及其發展前景,可供超硬材料科研與生產人員學習參考。

金剛石燒結體;聚晶;復合片;鉆頭;刀具;拉絲模

3.2 制造工藝流程

圖17為PCD與PDC制造工藝過程的簡單描述,每一工序各個企業都有自己的經驗與訣竅,在此無法一一表述。

在燒結工藝諸因素中起決定作用的是壓力,燒結壓力一般為5.5～6Gpa,最好是6.5～10GPa,采用更高壓力的燒結,可以提高燒結體的密度、硬度及耐磨性。但高壓腔壓力越高,硬質合金頂錘越容易損壞,因此通常工業用的燒結壓力采用5.5～6GPa。

燒結溫度的選擇與下列因素有關:a.燒結壓力越高,燒結溫度也可相應提高;b.金剛石層中結合劑不同,結合劑與C(含金剛石)的共晶溫度也不同,如圖18所示,燒結溫度應高于共晶溫度100℃～200℃;當采用較短的燒結時間,則應適當提高燒結溫度,較高的燒結溫度有利于燒結體的致密化,改善燒結效果。

燒結時間長短應以PCD與PDC結合劑能充分融溶浸潤金剛石顆粒或者充分掃越金剛石層為原則。燒結時間長短與燒結壓力、溫度的高低有關,燒結壓力、溫度越高,燒結時間越短;當然也與PCD及PDC的尺寸大小有關,尺寸越大,燒結時間越長。

圖17 PCD與PDC制造工藝流程簡圖Fig.17 Diagram of manufacturing flow of PCD and PDC

圖18 PCD與PDC燒結區AFig.18 Sintered area A of PCD and PDC

4 PCD與PDC的品種規格

4.1 TSP鉆探用聚晶金剛石(TSP Drilling Diamond Products)

以硅作結合劑的聚晶金剛石TSP具有很高的硬度、耐磨性、熱穩定性及較高的機械強度,適用于制造地質鉆探工具,見表1。

表1 TSP的代號及規格Table 1 Codes and specifications of TSP

4.2 聚晶金剛石拉絲模坯料(PCD Wire Drawing Die Blanks)

DW與TDW系列是以鈷為結合劑的聚晶金剛石拉絲模坯料,具有很高的硬度、耐磨性及導熱性,適合于拉制銅、鋁、鎳及不銹鋼等金屬線材,見表2。

表2 聚晶金剛石拉絲模坯料的代號及規格Table 2 Codes&specifications of polycrystalline diamond wire die blanks

4.3 石油與地質鉆探用金剛石復合片(PDC for Drilling Bits)

金剛石復合片適用于制造軟—中硬地層的石油與地質鉆頭、工程鉆頭等鉆探工具。

4.4 切削刀具用金剛石復合片(PDC for Cutting Tools)

金剛石復合片適合于制造切削有色金屬與非金屬的各種刀具,按其金剛石的平均粒度有25μm、10μm、2μm三個品種。25#適用于一般用途的刀具,

圖19 石油與地質鉆探用金剛石復合片Fig.19 The PDC for drilling bits

表3 石油與地質鉆探用金剛石復合片的型號與規格Table 3 Codes&specifications of PDC cutter for oil and gas drilling

10#適用于精加工刀具,而2#適用于超精加工刀具。另外,按其外形又可分為圓形、扇形、三角形與矩形四個系列。

圖20 切削刀具用金剛石復合片Fig.20 The PDC for cutting tools

表4 切削刀具用金剛石復合片的型號與規格Table 4 Codes&specifications of PDC for cutting tool

由于我國生產PCD與PDC的廠家越來越多,其品種與規格繁多,無法全部羅列,只能象征性的選擇上述一些品種規格作代表進行介紹。

[1]趙云良,趙爽之.金剛石燒結機理的探討.

[2]趙云良,江曉樂,趙爽之.復合超硬材料發展概況.

江南化工擬控股聚晶金剛石產商

2014年1月24日晚間,江南化工(002226)公告稱,為了優化產業結構,延伸產業鏈,公司董事會同意公司與大連凱峰超硬材料有限公司及其股東(張凱、張路青、朱莉)、公司控股子公司安徽江南晶盛新材料有限公司簽訂《合作協議書》。

以2013年11月30日為評估基準日,大連凱峰股東全部權益的評估值為1918.16萬元。經協商,大連凱峰首次股權轉讓時其股東全部權益值確定為1908萬元。大連凱峰首次股權轉讓時,公司以自有資金150萬元受讓大連凱峰三位自然人股東合計持有的大連凱峰7.86%的股權。待大連凱峰在江南晶盛完成爆炸合成聚晶金剛石項目試產、試銷驗證工作后,將根據試生產階段聚晶金剛石產品轉化率確定大連凱峰的全部權益價值及進一步投資大連凱峰、增資江南晶盛的具體合作方式。

整體投資事項完成后,江南化工成為大連凱峰控股股東。后續公司將以大連凱峰作為爆炸新材料的研發平臺,同時將江南晶盛作為爆炸新材料生產基地。(證券時報網)

The Development of sintered polycrystalline diamond compact(PCD&PDC)

ZHAO Yun-liang,ZHAO Shuang-zhi,YAN Sen
(Zhengzhou New Asia Superhard Material Composite Co.,Ltd.,Zhengzhou 450001,Henan)

This article briefly describes the invention,the theory of sintering,manufacturing methods,specifications,methods of performance evaluation,application and development prospects of sintered polycrystalline diamond compact.It could be the reference information for scientific research and production of superhard abrasives.

sintered diamond compact;TSP;polycrystalline diamond compact;drill bit; cutting tool;polycrystalline diamond wire die

TQ164

A

1673-1433(2013)06-0053-04

2013-10-10

趙云良,教授級高工,鄭州新亞復合超硬材料有限公共場所司總經理,從事PDC、PCD、PcBN研究與工業化生產。