金刚石复合片(PDC)的缺陷分析及优化制备
PDC钻头的特点与合理使用的探讨
174PDC钻头代表了钻头的一个新的发展阶段。
这种钻头通过破碎岩石作用钻进岩石。
安全系数高，风险低。
金刚石复合片为聚晶片，后约1/32in，镶嵌在已植入钻头本体预先所钻的洞内的碳化物金属块里。
1 PDC钻头的结构PDC钻头结构有钢体与胎体两种类型，其中胎体钻头的材料为铸造碳化钨粉，经烧结制成钻头，在烧结时钻头工作面留下窝槽，然后再在窝槽上直接焊接复合片。
钢体钻头的材料为整块合金钢经机械加工铸成，然后在碳化钨齿柱上将复合片制成切削齿，并将切削齿镶嵌在钻头体上，保径部位也是将金刚石块或其他耐磨性材料镶嵌在钻头体上，为防止冲蚀，可在钻头工作面上喷涂一层耐磨材料。
PDC钻头工作面的几何形状其对钻头的稳定性、井底清洗、钻头磨损及钻头各部荷载的分布都有明显的影响。
钻头工作面性状有五个基本要素，包括顶部、内锥、肩部、侧面与保径。
2 PDC钻头的工作原理PDC钻头实际上就是微型切削片刮刀钻头，所以PDC 钻头的工作原理基本与刮刀钻头的基本相同，在软至中硬的地层中钻头通过剪切方式将岩石破碎，在较小的钻压下就能够完成高机械钻速。
由于聚晶金刚石层极薄（1mm）左右、极硬，且比碳化钨衬底的耐磨性高100倍以上，因此在切削岩石过程中刃口能保持自锐。
3 PDC钻头的特点PDC钻头特点主要有以下几个方面：即没有活动的零件，切削钻用能力强，钻头有较长的使用寿命，和比其它类型钻头相比较其机械钻速和抗冲击性更高，最适合于井下动力钻井。
获得极高的机械钻速，与牙轮钻头相比，PDC钻头本身没有活动件，可防止掉牙轮等井下事故与复杂情况的发生。
4 PDC钻头适用性PDC钻头主要在软至中硬地层中比较适用，地层有适度的研磨性，PDC钻头在砾石、燧石及大段不均质地层中应该避免使用。
同时根据地层的具体情况要选择合适的PDC钻头，当遇到硬且脆的地层则要选择布齿密度大、切削齿初刃小的钻头类型；遇到软土地层则需要选择布局密度小、切削齿初刃大的钻头，增加钻头的吃入深度以及有助于井底清洗，防止钻头泥包。
关于合成金刚石复合片的几点思考
关于合成金刚石复合片的几点思考I. 引言- 研究合成金刚石复合片的重要性- 本文要探讨的几点思考II. 合成金刚石的基本知识- 合成金刚石的产生原理- 合成金刚石的特性和应用III. 合成金刚石复合片的制备- 合成金刚石复合片的制备方法- 制备过程中需要考虑的因素- 一些常见的问题IV. 合成金刚石复合片的性能- 合成金刚石复合片的性能测试方法- 合成金刚石复合片的主要性能指标- 合成金刚石复合片的应用领域V. 合成金刚石复合片的发展趋势- 合成金刚石复合片的研究热点- 合成金刚石复合片发展的前景展望VI. 结论- 总结合成金刚石复合片的制备、性能和发展趋势- 展望未来研究方向VII. 参考文献第一章节：引言近年来，随着科技的不断发展，合成金刚石的应用范围不断扩大。
作为一种重要的超硬材料，合成金刚石在人造卫星、精密仪器以及科学研究等领域中都有着广泛的应用。
在合成金刚石的制备过程中，合成金刚石复合片在实际生产中也越来越受到关注。
本论文将探讨合成金刚石复合片的制备、性能以及发展趋势。
作为一种新型复合材料，合成金刚石复合片主要是通过将合成金刚石与其他材料进行复合制备而成。
合成金刚石复合片具有高硬度、高耐磨性、高化学稳定性以及优异的导热性等特性，在研究领域、工业生产中以及科技创新中都有着广泛的应用前景。
本文将探讨几个方面的问题。
首先，我们将介绍合成金刚石的产生原理和基本特性，以便于理解和分析合成金刚石复合片的性能和应用。
其次，我们将详细介绍合成金刚石复合片的制备方法、制备过程中需要考虑的因素，以及常见的制备问题，并分析影响其性能的因素。
然后我们将着重讨论合成金刚石复合片的主要性能指标，并分析其在不同领域中的应用。
最后，我们将展望合成金刚石复合片的未来发展前景，包括新材料的研究，以及复合材料的制备和应用。
总之，本文旨在探讨合成金刚石复合片的制备、性能和发展趋势，了解其在不同领域中的应用，并为未来不断推进合成金刚石复合片的研究和应用做出贡献。
金刚石复合片的性能检测
金刚石复合片的性能检测金刚石复合片的性能检测000金刚石复合片(polycrystalline diamondcompact PDC)作为一种新型复合材料，其发展历史仅有十几年，但其应用范围已发展到各行各业，广泛地应用于地质钻探、非铁金属及合金、硬质合金、石墨、塑料、橡胶、陶瓷和木材等材料的切削加工等领域。
它的表层为金刚石粒度不同的粉末烧结而成的多晶金刚石，具有极高的硬度、耐磨性和较长的工作寿命;底层一般为钨钴类硬质合金，它具有较好的韧性，为表层聚晶金刚石提供良好的支撑，且容易通过钎焊焊接到各种工具上。
目前国内外一般都采用超高压高温烧结的方法制造聚晶金刚石-硬质合金复合片。
由于它的使用范围扩大，对其性能的要求提高，因而相应的性能检测方法也经过了一个快速的发展过程，在检测的准确性和有效性方面都趋于成熟。
1金刚石复合片的性能金刚石复合片之所以应用如此广泛，主要是因为其具有其他材料无与伦比的优越的性能。
(1)高的硬度和耐磨性(磨耗比)。
复合片的硬度高达10 000 HV左右，是目前世界上人造物质中最硬的材料，比硬质合金及工程陶瓷的硬度高得多。
由于硬度极高，并且各向同性，因而具有极佳的耐磨性。
一般通过磨耗比来反映复合片的耐磨性，在20世纪80~90年代中期，复合片磨耗比为4~6万(国外为8~12万); 20世纪90年代中期至现在，复合片的磨耗比为8~30万(国外10~50万)。
(2)热稳定性。
复合片的热稳定性确定了其使用范围，复合片的热稳定性[2]即为耐热性，与其强度和磨耗比一样，是衡量PDC质量的重要性能指标之一。
耐热稳定性是指在大气环境(有氧气存在)下加热到一定的温度，冷却以后聚晶层化学性能的稳定性(金刚石墨化的程度)、宏观力学性能的变化和对复合层界面结合牢固程度的影响。
热稳定性的变化在750℃烧结以后，国内部分厂家产品表现为磨耗比上升5% ~20%，抗冲击韧性变化不大，部分厂家产品磨耗比下降，抗冲击性能下降，这与各个单位所采用的配方和工艺不同有关，国外复合片的磨耗比和抗冲击韧性烧结前后变化不大。
pdc钻头分析
PDC钻头英文：Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石复合片钻头的简称。
是石油钻井行业常用的一种钻井工具。
PDC产品性能不断改进。
在过去的几年间，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化。
如果将２０世纪８０年代的齿与当今的齿进行比较的话，差异是相当大的。
由于混合工艺与制造工艺的变化，当今的切削齿的质量性能要好得多，使钻头的抗冲蚀以及抗冲击能力都大为提高。
工程师们还对碳化钨基片与人造金刚石之间的界面进行了优化，以提高切削齿的韧性。
层状金刚石工艺方面的革新也被用于提高产品的抗磨蚀性和热稳定性。
除了材料和制造工艺方面的发展以外，PDC产品在齿的设计技术和布齿方面也实现了重大的突破。
现在，PDC产品已可被用于以前所不能应用的地区，如更硬、磨蚀性更强和多变的地层。
这种向新领域中的扩展，对金刚石（固定切削齿）钻头和牙轮钻头之间的平衡发生了很大的影响。
8-1/2TD164A 4刀翼PDC钻头2TD194B 4刀翼PDC钻头8-1/2TD165A 5刀翼PDC钻头8-1/2TD196A 6刀翼PDC钻头9TD195A5刀翼PDC钻头9-1/2TD166A 6刀翼PDC钻头最初，PDC 钻头只能被用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头。
但由于新技术的出现以及结构的变化，目前PDC 钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了。
PDC 钻头正越来越多地为人们所选用，特别是随着PDC 齿质量的不断提高，这种情况越发凸显。
由于钻头设计和齿的改进，PDC 钻头的可定向性也随之提高，这进一步削弱了过去在马达钻井中牙轮钻头的优势。
目前，PDC 钻头每天都在许多地层的钻井应用中排挤掉牙轮钻头的市场。
PDC 钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践:为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC 钻头厚层砾岩钻进技术.在保持普通PDC 钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC 切削 齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用 合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC 钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命.应用该技术实现 了用PDC 钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80 m 的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深.采用PDC 钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用.PDC 钻头工程技术措施石油钻井装备:1）、首先做好PDC 钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑；2）、下入PDC 钻头之前，应充分循环泥浆，清洗井眼，防止起钻后滞留在井眼内的钻屑继续水化分散；3)、下钻时钻头不断刮削井壁，井壁上的泥饼或滞留于井内的钻屑会在钻头下堆积，到一定程度便会压实在钻头上，那么下钻中途进行循环，将钻头 冲洗干净也是有其必要的；4）、下钻过程中还应适当控制速度，防止钻头突然冲入砂桥，钻进一堆烂泥中；另外如果速度恰当，PDC 钻头会顺着上一只钻头所钻的螺旋形井眼轨道行 进，而不是在井壁上划拉下大量泥饼。
提高PDC钻头复合片钎焊质量的工艺研究
提高PDC钻头复合片钎焊质量的工艺研究摘要：PDC钻头是现在石油钻井工具中使用最多的钻头种类，它的性能直接影响钻井工程的勘探进度，具有寿命长、耐磨性高、成本低、应用范围广等优点，钎焊复合片的焊接强度会直接影响PDC钻头的使用性能，特别是寿命，而焊接工艺又是影响焊接强度的重要因素，本论文对多种焊接工艺研究，试验结果表明，焊钎齿孔和复合片之间的间隙的尺寸精度控制在0.2毫米以下效果好，焊前对齿孔和复合片喷砂处理效果好，焊接时温度控制在700度以下最好，焊后炉内冷却效果高于自然冷却，鲁科斯（Lucas Milhaupt）PDC钻头专用银焊丝焊接强度最高。
关键词：PDC钻头钎焊焊接强度火焰钎焊前言PDC钻头作为钻井过程中主要的岩石破碎工具，其质量的优劣将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。
目前钻井中用的钻头有牙轮钻头、金刚石材料钻头及刮刀钻头三大类。
PDC钻头是金刚石材料钻头一类，它是用人造聚晶金刚石切削块嵌于钻头胎体而制成的一种新型切削型钻头。
它以牙齿锋利、高耐磨、能自锐的金刚石切削块作为切削元件，从而能够在低钻压（40KN左右）下取得高进尺（为牙轮钻头的4-6倍）和高钻速（高于牙轮钻头2倍以上）。
它比牙轮钻头具有更高的安全性，可以极大地提高钻井工作效率和减低钻井成本。
在大段软到中等硬度地层具有突出的优点，特别是在成本高的海洋钻井中和超深井及小井眼钻井中PDC钻头更具有牙轮钻头不可比拟的优势。
聚晶金刚石复合片以广泛应用于制造金属切削工具，石油钻井、地质钻探、石材加工等，钎焊则是制造这类工具的关键技术之一。
聚晶金刚石复合片是将聚晶金刚石复合片焊接到钻头体或硬质合金面上形成的切削型钻头，复合片是制造钻头的最关键原材料，复合片上的聚晶金刚石层的热稳定实效温度是700度，如果超过，金刚石于硬质合金衬底结合面易分层，金刚石层的耐磨性也将因石墨化而下降，因此，焊接过程温度要控制在700度以下，目前普遍采用氧气乙炔火焰钎焊，所以本论文研究怎么提高PDC钻头钎焊质量方法，而焊接工艺确定时，焊接质量的提高和控制就主要在焊接的工艺流程中了1火焰钎焊的特点火焰钎焊，其特点是设备简单操作方便，应用十分广泛。
金刚石复合片_PDC_表面残余应力的XRD研究_徐国平
第28卷第1期2010年2月粉末冶金技术Powder M e tallurgy T echnologyV o l 128,N o 11F eb 12010金刚石复合片(PDC)表面残余应力的XRD 研究*徐国平1),2)**尹志民1) 陈启武2) 徐根1)1)(中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083)2)(长沙矿冶研究院,长沙 410012)摘 要: 采用X 射线应力测定仪测试了金刚石复合片(PDC )表面从中心到边缘5个不同位置的残余应力,结果表明:金刚石层表面残余应力的性质为压应力,最大值在PDC 表面中心(达1270M Pa);从中心到边缘,应力的大小逐渐降低,靠近边缘处的压应力只有143M P a 。
为检验测试结果的准确性,对所测规格的PDC 作了有限元分析,测试结果与通过有限元分析计算出的应力分布趋势基本吻合。
对测试值与有限元分析计算值出现偏差的原因进行了分析并讨论了PDC 径向应力分布对PDC 性能的影响及改进措施。
关键词:金刚石复合片;残余应力;XRD;有限元分析Investi gati on of resi dual stress distri buti on on the surface of polycrystalli ne di a mond co mpact usi ng XRDXu G uop i n g 1),2),Y i n Zh i m in 1),Ch en Q i wu 2),Xu G en 1)1)(Schoo l ofM a teria l s Sc ience &Eng i neeri ng ,Central South U n i versity ,Chang sha 410083,Ch i na)2)(Chang sha R esea rch Instit ute o fM i n i ng andM e tall urgy ,Changsha 410012,Ch i na)Ab stract :The resi dua l stresses on the top surface o f the dia m ond layer o f PDC w ere m easured at five points a l ong t he rad ial d irec tion o f PDC usi ng X-ray D iffracti on R esi dua l S tress Instrument ,thus the stresses and their radial distributi on were obta i ned .T he resu lts show t hat t he stresses on t he dia m ond s ur face are compressive ,t he b i ggest stress appears at the central po i nt (about 1270M P a),and tha t fro m the center to t he edge o f PDC ,t he m agnitude o f the stress decreases ,the stress near t he edge is only 143M Pa .A fi n ite ele m ent analysis (FEA )o f the PDC tested i n the exper i m ent w as m ade to check the vali d it y of t he testi ng results .The FEA modeli ng res u lts a re f ound to corre late we ll w ith the m easured values .F actors lead i ng to the deviation be t w een XRD exper i m enta l m easurements and t he ca l culati ons o f resi dua l stress by FEA we re analyzed.A t t he sam e ti m e ,t he effect of t he distr i bution of the residual stress on the PDC pe rfor m ance and the relevant m easurem ents to i m prove t he stress d istri buti on w ere also ana l yzed .K ey w ords :po l yc rystalline d i amond ;resi dua l stress ;XRD;FEA*高校博士点基金项目(20070533113)**徐国平(1962-),男,高级工程师,博士研究生。
聚晶金刚石复合片缺陷分析、分类及表征方法的研究
财
许
２０年增刊 （８ 卷 ０７ ３）
聚 晶金 刚石 复合 片缺 陷分析 、分类及 表征方法 的研 究幸
刘 芳 ， 范文捷 ２ ，周传 勋 ３
（ ． 工学院 材料与化工 学 院，河 南 郑州 ４ ０ ０ ；２中原工 学院 信 息商务学 院，河 南 郑州 ４ ０ ０ ； １中原 ５０ ７ ． ５０ ７
维普资讯
的缺 陷进行 了分析 ．认 为 Ｐ Ｃ 中的缺 陷可分 为宏 观 的 Ｄ
括 ：残余 内应 力 、硬质合金 中金属扩散带 来微观组织变 化【。缺 陷的类型不 同，表 征的方法也不 同 ，对 宏观 的 ２ Ｊ 不均匀缺 陷（ 明显的 、 隐含 的） 以采 用显微镜 、 可 Ａ扫描 、 ｃ 扫描 方法进行 表征 ：对 于微 观 的不均 匀缺陷（ 内应力）
气孔 、分层 、残余应 力等 。根 据 Ｐ Ｃ 的生产 过程 ，分 Ｄ 析缺 陷的类型 、产 生原 因，我 们将 Ｐ ＤＣ 的缺 陷分 为两 类 ，宏观 的组织 不均 匀性缺 陷：表面可直接观察 到的明
图 ｌ 聚晶金刚石一 质合金 复合片 硬
Ｆ ｇ ｌＰｏ ｙ ｒ ｓａｌｎ ｉｍ ｏ ｄ－ ａ ｄ ａｌ ｙ ｃ ｍｐａ ｔ ｉ ｌ ｃ ｙ ｔｌ ｅｄ ａ ｎ ｈ ｒ ｌｏ ｏ ｉ ｃ
３郑州 白鸽集 团 技术处 ，河 南 郑 州 ４ ０ ０ ） ． ５ ０ ６
摘
要 ： 聚 晶金 刚石 复合 片 （ Ｄ Ｐ Ｃ）是 在 高温 高压 下
层 、裂 纹等 ，如 图 ２所示 。微 观的组织不 均匀性缺 陷包
制备 而成的。理论 上希望聚 晶金 刚石层 完全致 密化 ，但 实际生 产过程 中总 不可避免 的在金 刚石 层存在缺 陷。 结 合生产 实际和 实验对聚 晶金 刚石 复合 片 （ Ｄ Ｐ Ｃ）中存 在
聚晶金刚石复合片_PDC_钻头的失效分析_李国安
收稿日期:2001209226.作者简介:李国安(19452),男,高级工程师;武汉,华中科技大学模具技术国家重点实验室(430074).聚晶金刚石复合片(PDC )钻头的失效分析李国安 宋全胜(华中科技大学模具技术国家重点实验室)摘要:对PDC 钻井钻头的失效形式进行了分析,并对每种失效形式的形成机理进行了研究.结果表明,PDC 钻头切削齿的微断屑、宏观破裂及剥离失效形式是造成PDC 钻头早期失效的主要形式和原因.预防PDC 钻头的早期失效,应从设计、材料制造及使用方面采取改进措施.关 键 词:PDC 钻头;失效分析;微断屑;宏观破裂;剥离中图分类号:TG 142 文献标识码:A 文章编号:167124512(2002)0120062203 聚晶金刚石复合片钻头(简称PDC 钻头)是近些年来研制发展的新型钻井钻探钻头,它采用人造聚晶金刚石制作的复合片(PDC )作为切削齿(结构见图1).本研究对生产现场收集到的有代表性的典型失效PDC 钻头进行了全面分析,借助图1 PDC 结构示意图于宏观和微观分析手段找出了PDC 钻头失效的主要形式,并从力学、材料学等角度对失效的机理进行了研究.1 失效钻头的选取与工况分析从钻井现场回收的相当数量的失效钻头中,选取最具代表性的4只失效钻头作为失效分析对象.对每只失效钻头的失效部位(全部为PDC 切削齿失效)进行取样.取样钻头A ～D 失效前钻探总进尺分别为:486m ,532m ,109m 和173m.PDC 钻头的工况条件是很苛刻的.钻头工作中不但承受巨大的压力同时还承受巨大的冲击力;不但承受泥浆的冲蚀作用,同时还承受切削过程中的磨擦、冲击而产生的热效应,尤其是因切削齿的局部高温而伴随发生材料热化学作用.因此,PDC 钻头尤其是作为切削齿的金刚石复合片(PDC )既要求具有高的强度、硬度,又要求具有足够的韧性;既要求具有较好热震性,又要求具有一定的抗腐蚀性.2 失效的主要形式及机理2.1 平滑磨损如图2所示,PDC切削齿的平滑磨损的特征图2 平滑磨损PDC 磨损平面形貌(A 钻头SEM )是磨损面宏观上表现为较为平整,其金刚石层和WC 基托均在切削过程中被磨损而形成磨损平面(图3).平滑磨损的过程(图4)如下:切削过程中,因为WC 硬度低于金刚石,所以率先遭磨损的是WC 基托,这样临近WC 基托的金刚石就失去了WC 的有效支撑,形成金刚石“唇”边.在切削力的作用下,唇边承受着拉应力,并导致拉应力裂纹萌生,扩展,最终唇边断裂,导致未破裂的金刚石层与岩石接触面积减少,承受应力更大,又加速导致第30卷第1期 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) Vol.30 No.12002年 1月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Jan. 2002图3 平滑磨损金刚石唇中拉应力裂纹形貌(A 钻头SEM )图4 PDC 切削齿平滑磨损示意图[2]金刚石片的破裂,一旦金刚石片整个接触面均遭到破坏,则WC 基托又重新有效地接触岩石,接着又发生WC 基托优先被磨损掉,形成平滑磨损过程的循环.但比较其他失效形式,平滑磨损过程是缓慢的,属正常的失效形式.正由于“唇”区域的形成,使余下的金刚石与岩石的接触面积减小,使单位面积的切削力增大,而形成自锐效应[1].自锐效应有利于保持钻头的有效切削能力.2.2 微断屑微断屑表现为金刚石片近似地沿切削方向形成微尺度(μm ～mm )的片状断裂.其裂纹起源于金刚石片的圆平面上,继而向纵深发展而导之微片状断裂.图5为其断口形貌图,图6为微断屑产生过程示意图.微断屑常常在钻头工作一定时间之后发生,由于钻头工作时,承受的负荷的交变以及PDC 表面局部的高温与冷却的交变,因此,PDC 承受机械疲劳与冷热疲劳的共同作用,达到一定周期,萌生裂纹,继而扩展导致微断屑断裂.由于切削过程中,PDC 平面与切削平面的法向成一定角度(称后倾角),有研究表明[2],对中软岩层,小的后倾角,可减少微断屑的发生.需要指出的是,微断屑失效发展速度比平滑磨损快,损害也严重得多.图5 PDC 微断屑断口形貌(B 钻头)图6 微断屑产生过程示意图2.3 宏观破裂宏观破裂表现为大尺寸的金刚石层的破断,其裂纹起源于金刚石片的圆柱面上.它是PDC 切削齿破环最为严重的一种失效形式,通常导之钻头报废.图7为典型宏观破裂断口形貌,图8为其示意图.由于钻头在钻进过程中遇到硬质岩石或岩性变化较大的岩层时,钻头受到较大的冲击负图7 宏观破裂形貌(C 钻头)图8 宏观破裂示意图36第1期 李国安等:聚晶金刚石复合片(PDC )钻头的失效分析 荷,尤其是PDC 切削齿与岩石接触面较小时,致使切削齿在短时间内承受超负荷而导致发生大尺度的宏观破裂,导致钻头的报废.现场使用经验表明,当井底存在有破损的钻头碎块或刚性物而未被及时打捞清理时,也会导致工作钻头遭受非正常的冲击,使钻头发生宏观断裂.此外,保持稳定的钻压,钻速,尽力避免大的冲击,也是减少发生宏观破裂的措施.2.4 剥离剥离表现为金刚石层与碳化钨基托的粘接破坏造成剥离.致使刃口不复存在而失去切削能力.图9为D 钻头上的剥离失效PDC 宏观形貌.在切削过程中,切削齿因磨擦热而升到高温,而当钻头因振动等短时脱离与岩层接触时,又被冷却泥浆急冷.而由于PDC 各层间热膨胀系数差异,导致PDC 各层的热胀冷缩的差异,造成极大的内应力[3],当其超过粘结层结合强度时,就造成剥离.在研究分析中,发现剥离失效的钻头,常伴随有宏观破裂的失效,因此可认为钻头承受的短时冲击超负荷也是促使剥离失效的因素之一.因此,预防剥离可从材料制造过程中提高各层间的结合力,改善材料间的热胀系数的匹配,避免冲击载荷发图9 金刚石层的剥离(D 钻头)生等方面着手.2.5 热龟裂热龟裂表现为PDC 材料表面形成一定深度的网状龟裂纹(图10).在WC 基托层及金刚石层均会发生热龟裂.它是冷热应力的交变作用的结果,尤其是材料表面,冷热应力最高,故热裂纹萌生于材料表面.图10 金刚石层的热裂纹形貌(B 钻头)可以看出,首先要形成大面积的磨损平面而产生足够的热量,接着才会在多次冷热循环中,因热应力足够大导致材料表面热龟裂的发生.因此,热龟裂也是磨损失效的必然结果.参考文献[1]缪青维.钻井条件下复合片的自锐问题.磨料磨具与磨削,1992(67):24～28[2]Lin T P ,Hood M ,Cooper A G ,et al.Wear and failuremechanism of polycrystalline diamond compact bits.Wear ,1992,156:133～148[3]Krawitz A D ,Andrew R.Residual stresses in polycrys 2talline diamond compacts.International Journal of Re 2fractory Metals &Hard Materials ,1999,17:117～122The analysis of failure of PDC w ell bitsL i Guo ′an Song Q uanshengAbstract :The failure types of PDC well bits are analyzed.The failure mechanisms has been studied.The results show that main failure types of PDC well bits are microchipping ,gross fracturing and delamination.Some improvements on the designing ,material manufacturing and the usage for the bits should be made to prevent PDC well bits from earlier failures.K ey w ords :PDC well bit ;failure analysis ;microchipping ;gross fracture ;delaminationLi G uo ′an Senior Engineer ;State K ey Lab.of Die &Mould Tech.,HUST ,Wuhan 430074,China.46 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第30卷。
金刚石复合片_PDC_的缺陷分析及优化制备
第34 卷第3 期2014 年06 月矿冶工程MINING A ND ME T ALL UＲG ICA L E N GINE EＲIN GV o l〃 34 №3June 2014金刚石复合片( P D C) 的缺陷分析及优化制备①贾洪声1 ，谭莹莹1 ，徐长彬1 ，闫海1 ，李海波1 ，贾晓鹏2 ，马红安2 ，郑友进3(1〃吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室，吉林四平136000; 2〃吉林大学超硬材料国家重点实验室，吉林长春130012; 3〃牡丹江师范学院新型炭基功能与超硬材料省重点实验室，黑龙江牡丹江157011)摘要: 针对高温高压( HPHT) 合成金刚石复合片( PDC) 常出现的缺陷问题，对PDC 腔体组装及制备工艺进行了优化。
结果表明，稳定均一的温度、压力场以及适量的烧结助剂是合成优质PDC 的关键。
在HPHT 条件下(5〃 2 ～ 5〃 6 GPa，1 400 ℃，5 min) ，通过选用传压保温效果好的绝缘坩埚及屏蔽材料作为腔体组装，采用Ni、Fe 基合金高压熔渗法及保压慢降温工艺，成功制备了Φ8、Φ15 mm 的PDC，其具有致密的组织结构，缺陷几率明显降低;PDC 磨耗比为104 数量级，热稳定温度约为800 ℃，金刚石层具有较低的残余压应力( 低于0〃 16 GPa)。
最后选用优质PDC 样品进行了刀具试制，刀具的实际使用效果良好。
关键词: 金刚石复合片; 高温高压; 缺陷; 组装; 优化中图分类号: TQ163;O521〃 3文献标识码: A d o i:10〃 3969 / j〃 issn〃 0253 － 6099〃 2014〃 03〃 030文章编号: 0253 －6099(2014)03 －0112 －04Defects Analysis and Optimal Preparation ofPolycrystalline Diamond Compacts ( PDC)JIA H o n g-shen g1 ，T A N Y in g-y in g1 ，X U C han g-bin1 ，Y A N H ai1 ，L I Hai-b o1 ，JIA X ia o-pen g2 ，M A H o n g-an2 ，Z H E NG Y o u-jin3 (1．K ey Laborat ory of F unct i onal M ater i al s P hys i cs and C hem i stry of t he M i ni stry of E duc at i on，Jili n N orm al Uni vers i ty，Siping 136000，Jili n，China; 2．St ate K ey Laborat ory of Super hard M ater i al s，Jili n Uni vers i ty，Changc hun130012，Jili n，China; 3． P rov i nc i al K ey l aborat ory of N ew Car bon-base F unct i onal and Super hard M ater i al s，M udanj i ang N orm al Col l ege，M udanj i ang 157011，H e il ongj i ang，China)A b s t ract: Aiming at the com mon d efects o f p olycr ystalline d iamond c ompacts( PD C) synthesi z ed by high-temperature and high-pressure( HPH T) process，the chamber assembl y and preparation technol ogy f or PD C w ere optimi z ed〃 T he results s how that stable and uni f orm pressure and temperature f ields，as w ell a s proper a mount o f s intering a dditives are key f actors t o the synthesis of high-qualit y PD C〃Under the condition of HPH T (5〃2～5〃6GPa，1400℃，5min) ，Φ8mm andΦ15mm of PD C s w ere success f ull y prepared by adopting an insulating crucible w ith good pressure- transmitting and insulation ef f ects and shielding m aterial a s c hamber a ssemblies a nd using Ni and Fe-based all oy high- pressure melt infiltration method and pressure-maintaining sl ow-cooling technique〃 T he prepared PD C has a dense structure and signi f icantl y-decreased defect probabilit y〃 T he abrasion rati o of PD C is104 orders of magnitude〃 T he thermall y stable temperature is about800℃〃M eanwhile，the diamond layer has a l ow residual compressive stress( less than0〃16G Pa)〃Finall y，high-qualit y P D C sam ples w ere used fo r m akin g cuttin g t oo ls，w hich has goo d practicale ff ects〃K ey w ord s: PD C; HPH T; defect; assembl y; optimi z ation金刚石复合片( PDC) ，是金刚石微粉和硬质合金基体( W C-Co) 在高温高压( H PHT) 条件下通过烧结助剂烧结复合而成的超硬材料，该材料具有金刚石超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀、高热导率等优异性能且力学各向同性，并兼具基体材料的韧性和可焊接性，在高精密机械加工、石油与地质钻探、特种材料的切割、磨削等领域具有重要的应用［1 －4］。
PDC加工用陶瓷金刚石砂轮的影响因素.
PDC加工用陶瓷金刚石砂轮的影响因素.1 、前言聚晶金刚石复合片（PDC）是指0.1至数毫米厚的金刚石微粉层与硬质合金基体在高压高温（5~7GPa 、1400 ~1700℃）条件下复合而成的超硬复合材料。
它具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量、各项同性和相对高的热导率等显着优点，近年来已成为高档机械加工刀具、地质及石油钻头、陶瓷磨具、石材加工工具、混凝土工具和阀座、阀芯等高耐磨设备的首选材料，也成为高科技新材料领域中最有生命力的支柱产品之一。
目前国内外复合片生产厂家主要采用金刚石砂轮对复合片进行外圆磨削，达到所需的尺寸公差要求。
树脂金刚石砂轮由于其加工效率和加工精度远小于陶瓷结合剂金刚石砂轮，故而在过去的几年中，复合片的外圆磨削加工基本上都开始采用陶瓷结合剂金刚石砂轮。
目前，国内生产陶瓷结合剂金刚石砂轮的厂家较多，真正具备研发实力的公司却很少，产品的质量也是良莠不齐。
为满足强大复合片外圆磨削加工市场对陶瓷金刚石砂轮的需求，安泰钢研超硬材料制品有限责任公司开展了复合片外圆磨削专用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究，通过和客户之间的合作，大大提高了复合片外圆磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮成套制备和应用技术。
目前，公司生产的复合片外圆磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮性能已经达到国内领先水平。
本文根据砂轮制备的体会，重点分析了主要影响砂轮性能的因素，旨在和广大同仁交流经验，共同进步，共同推进我国陶瓷结合剂砂轮的成套制备技术。
2 、实验过程简介将市售金刚石磨料和自制陶瓷结合剂加入一定的润湿剂混匀，然后加压成型生成陶瓷块生坯，通过阶梯加热保温烧制成半成品砂轮块，最后将砂轮块粘接在铝合金基体上，通过后期的修整、平衡和回转测试，合格的产品进行打印标签、包装即为成品（1A1-400×50×10×203 D120）。
采用制备的产品在外圆磨床上磨削1304PDC复合片，与市售树脂和陶瓷砂轮进行磨削实验对比，并通过一系列的实验来分析讨论砂轮性能的影响因素。
PDC钻头焊接质量的改进
PDC钻头焊接质量的改进【摘要】pdc钻头下体与上接头环缝焊接采用手工电弧焊时，存在钻头下体与上接头压紧用力不均，焊接的同轴度差，焊接质量不稳定，以及成本高、效率低等问题；为了全面提高钻头焊接质量，针对以上问题，对上下体对焊中存在的诸多问题进行讨论研究，改进焊接工艺，并拟订开发研制钻头环缝焊接机，以解决焊接过程中出现的诸多问题，提高焊接的质量，减轻工人的工作强度。
【关键词】pdc钻头；焊接；药丝；环缝pdc钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，是石油钻井行业常用的一种钻井工具。
最初，pdc钻头只能被用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头。
但由于新技术的出现以及结构的变化，目前pdc钻头已能够用于钻硬夹层和长段的硬岩地层了，pdc钻头正越来越多地为钻井施工队伍所选用。
1.pdc钻头现状pdc钻头是破碎岩石的有效工具。
它是由钻头胎体、切削齿、钢体和上接头组成，通常钻头焊接采用焊条电弧焊的方法将钢体与上接头连接起来时，焊接质量不稳定、劳动强度大、焊接效率低。
而钻头在井下工作时，由于地质条件比较复杂，钻头在井底工作条件比较恶劣，不仅受到钻压和扭矩的作用，而且在破岩过程中不断承受冲击载荷，因此易发生脆性断裂。
这就对pdc钻头焊缝的焊接质量提出了更高的要求和可靠性。
2.焊接工艺pdc钻头胎体是通过炉中高温烧结与钢体结合在一起，再通过钢体（退火状态35crmo钢）与上接头（调质状态40crmnmo钢）的焊接连成一整体。
影响钢材的焊接性的主要因素有：钢材的化学成分、焊接工艺、结构设计和使用条件。
钻头钢体和上接头的含碳量高，焊接时淬硬倾向大，因而在焊接热影响区的过热区内很容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化也就越严重。
大线能量将产生宽的、组织粗大的热影响区，增大脆化倾向，也增大焊缝及热影响区产生热裂纹的可能性，而采用小线能量减少了高温停留时间，避免了奥氏体晶粒的过热，增加了奥氏体成份的不均匀性，从而降低了奥氏体的稳定性；钢材的强度较高，因此焊接热影响区容易软化，而pdc钻头焊接之后不能进行调质处理；线能量越小，加热冷却速度越快，受热时间越短，软化程度越小，软化区的宽度越窄。
金刚石刀具的优点和缺点
金刚石刀具的优缺点
天然金刚石(ND)刀具 聚晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
ห้องสมุดไป่ตู้
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石是目前已知矿物中最硬的物质，主要用 于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～ 0.002μm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削 刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可 达到4μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra 为 15～50μm 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得 镜面表面。 聚晶金刚石(PCD)刀具：PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金 刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具 整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性， 硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、 高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具：为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基 底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬 质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具：金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金 刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复 合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD 金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30μm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特 点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。 金刚石涂层刀具：金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1～25μm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂 层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W/m·K， 而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到 任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。
聚晶金刚石PCD和聚晶金刚石复合片PDC的优缺点
聚晶金刚石PCD和聚晶金刚石复合片PDC的优缺点与大单晶金刚石相比,作为刀具材料的聚晶金刚石PCD以及聚晶金刚石复合刀片PDC具有以下优点①晶粒呈无序排列,各向同性,无解理面,因此它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬度以及耐磨性有较大区别,以及因解理面的存在而呈现脆性。
②具有较高的强度,特别是PDC材料由于有硬质合金基体的支撑而有较高的抗冲击强度,在冲击较大时只会产生小晶粒破碎,而不会像单晶金刚石那样大块崩缺,因而PCD或PDC刀具不仅可以用来进行精密切削加工和普通半精密加工,还可用作较大切削量的粗加工和断续加工如铣削等）,这大大扩充了金刚石刀具材料的使用范围。
③可以制备大块PDC金刚石复合片刀具坯料,满足大型加工刀具如铣刀的需要。
④可以制成特定形状以适合于不同加工的需要。
由于PDC刀具大型化和加工技术如电火花和激光切割技术的提高,三角形、人字形以及其他异形刀坯均可加工成形。
为适应特殊切削刀具的需要还可设计成包裹式、夹心式与花卷式PDC刀具坯料。
⑤可以设计或预测产品的性能,赋予产品必要的特点以适应它的特定用途。
比如选择细粒度的PDC刀具材料可使刀具的刃口的质量提高,粗粒度的PDC刀具材料能够提高刀具的耐用度,等等。
总之,随着PCD、PDC金刚石复合片刀具材料的研究进展,其应用已经迅速扩展到许多制造工业领域,广泛应用于有色金属铝、铝合金、铜、铜合金、镁合金、锌合金等）、硬质合金、陶瓷、非金属材料塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等）、复合材料纤维增强塑料、金属基复合材料MMCs等）的切削加工,尤其在木材和汽车加工业,已经成为传统硬质合金的高性能替代产品。
切削刀具用PDC、PCD材料要求①金刚石颗粒间能广泛地形成D-D自身结合,残余粘结金属和石墨尽量少,其中粘结金属不能以聚结态或呈叶脉状分布,以保证刀具具有较高的耐磨性和较长的使用寿命。
②溶媒金属残留量少。
最好是在烧结过程中能起溶媒作用,而在烧结过程完成后将以不起溶媒作用的合金形式充填于烧结金刚石晶粒间隙中,或烧结后残留的溶媒性金属被隔离,避免溶媒金属与金刚石表面直接接触,以提高PCD的抗氧化能力,从而保证刀具具有足够的耐热温度。
PDC切磨工具的研制ok[1]
![PDC切磨工具的研制ok[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/7c636796bceb19e8b8f6bac3.png)
PDC切磨工具的研制摘要:本文对PDC切磨工具研制现状进行了综合评述, 阐述影响PCD工具质量有焊接加热方式、刃磨工艺等，分析了工具失效原因。
关键词:聚晶金刚石复合片, 切磨工具制作一、引言金刚石复合片（PDC:Polycrystalline diamond compacts)是一种金刚石微粉在超高压、高温条件下与硬质合金基体烧结在一起的复合材料，在保持了金刚石单晶的高硬度，高弹性模量等性能外，还具有各向同性，抗冲击强度高等特点；其形状、尺寸乃至某些性能如可焊接性、可切割性、耐热性等，可以按照使用要求进行设计与制造。
在许多工业领域已经替代传统的工具材料，如石油和地质钻头，切削刀具、木材加工工具等等。
但在建材、石材加工等领域，传统加工工具是把金刚石烧结结块焊接在基体上，金刚石烧结结块的金属胎体及所用金刚石的性能决定了产品的效率低、寿命短，而PDC产品具备锋利、高效、长寿命的优点。
目前国际上已开始研发以PDC 代替金刚石烧结块的切、磨工具，并投入使用。
在切削人造板等木质复合材料时目前使用的刀具材料主要是硬质合金,虽然硬质合金的耐磨性、耐热性和硬度很高，但由于木材本身具有很高的各向异性结构,使得与刀具的摩擦系数很大,而且木质复合材料本身既含有造成刀具机械擦伤的硬质点和表面还有难以加工的硬质涂层,又有引发刀具发生化学腐蚀的酸性介质,这些都会加剧刀具磨损和腐蚀,既大大缩短了使用寿命,又会严重降低了产品的质量。
市场迫切需要高性能的、高质量的木工加工刀具。
在1979年,德国蓝帜公司首先制造出了PCD木工刀具,在加工PB(particle board)时,其寿命是常规硬质合金刀具的125倍。
克服了硬质合金刀具在耐磨和耐腐蚀性方面不足,达到良好的经济效益和社会效益。
二、PDC材料的选用目前PCD、PDC材料根据制造方法、复合途径、结构特征、聚结烧结机理大致可分为固相烧结型、生长聚结型、扩散浸渍型、熔融再结晶型、中介结合型、混合型六种类型。
浅谈聚晶金刚石复合片(1)
浅谈聚晶金刚石复合片（PDC）钻头失效的原因及解决对策作者：冯强【摘要】聚晶金刚石复合片目前应用广泛，但是仍有存在钻头失效的问题，本文将就PDC钻井钻头的设计及生产工艺进行分析，并对失效形式和形成原因进行探讨，一定程度上预防PDC钻头的早期失效。
【关键词】聚晶金刚石、复合片、失效、钻头、完善一、聚晶金刚石PDC钻头设计及生产工艺。
1、聚晶金刚石复合片(Poly crystalline Diamond Compact )，简称PDC。
随着材料工业技术水平和PDC 钻头设计技术的发展，硬地层PDC钻头技术也随之出现了较快的发展。
它可用较低钻压和较高转速,钻头进尺高,单位进尺成本低。
中国某些油田利用金刚石聚晶复合片镶焊在刮刀上,也获得了良好的效果。
复合片外形是圆形被镶焊在圆柱的切削具上,将切削具镶装在钻头体上,成为PDC钻头。
PDC钻头远比天然金刚石钻头成本低,但是只适用于软到中硬地层。
随着石油勘探工业的发展及其相关技术水平的不断提高，加上目前钻探深探井的数量逐年增加，钻井难度也在逐步加大。
因此，钻头的设计和生产工艺成为提高深探井钻探的钻井速度、降低全井钻进成本的关键因素。
2、在材料性质而言，聚晶金刚石复合片是一种新型复合材料，已经广泛应用于是有钻探、地质勘探等多方面领域，并已经开始逐渐涉及到一些需要的材料切削加工领域等。
无论是油井复合片钻头或地勘复合片钻头，其钻头通常都是由复合片和钻头基体两部分组成。
聚晶金刚石复合片也是，聚晶金刚石和硬质合金层是聚晶金刚石复合片的主要材料，需要通过高温高压压制而成的，其中金刚石层是厚度较薄的一层，钨钻类硬质合金材料的厚度一般稍厚作为基底，聚晶金刚石复合片具有很多有益的性能，比如有比硬质合金更高的硬度和耐磨性，强于硬质合金的抗冲击性。
3、钻头设计方面的问题，钻头的设计包括有复合片的定向、排粉、保径的方法、冲洗等。
其中钻头的基体是复合片的载体，是钻头的主要部分。
因此它的质量问题直接影响了钻头的使用效果。
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关键 词 ： 金刚石复合片 ；高温高压 ； 缺陷 ；组装 ； 优化
中图分类号 ： Ｔ Ｑ １ ６ ３ ； Ｏ ５ ２ １ ． ３ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ — ６ ０ ９ ９ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ ３ ０
金 刚石 复合 片 （ Ｐ Ｄ Ｃ） ， 是金 刚石 微 粉 和硬 质 合 金 基体（ ＷＣ — Ｃ ｏ ） 在 高温 高压 （ Ｈ Ｐ Ｈ Ｔ） 条 件 下通 过烧 结 助
剂 烧结 复合 而成 的超 硬材料 ， 该 材料 具有 金 刚石超 硬 、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等 领域 具 有 重 要 的应 用 Ｊ 。由于 Ｐ Ｄ Ｃ材 料 具 有 一 系 列优 异 的性能 和 巨大 的市 场前 景 ， 国 内外 学 者对 其 进 行 了广 泛 深 入 地 研 究 引， 然而 ， Ｐ Ｄ Ｃ材 料 组 装 及
（ １ ． Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆＦ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｆｔ ｏ ｈ ｅ Ｍｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｒ ｙ ｆＥ ｏ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ １ ３ ６ ０ ０ ０ ，Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｈ ａ ｒ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ，Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ １ ２ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；３ ． Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ ｅｙ Ｋ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｎ ｅ ｗ Ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ — ｂ ａ ｓ ｅ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｈ ａ ｒ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ， Ｍｕ ｄ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ
Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ｈｉ ｇ ｈ－ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ＰＤＣ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ，ｗｈｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＰＤＣ；ＨＰＨＴ；ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ；ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ６ ０ ９ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ １ １ ２ — ０ ４
Ｄｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｏｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
Ｐ ｏ ｌ ｙ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｄｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ Ｃｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｓ（ Ｐ ＤＣ）
作者简介 ： 贾洪声（ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 男， 吉林双辽人 ， 讲师 ， 博士 ， 主要从 事超硬材料制 品研究 。 通讯作者 ：李海波（ １ ９ ６ ２ － ） ， 男， 吉林双辽人 ， 教授 ， 博导 ， 主要从 事功能材料研究 。
ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ８ ０ ０ ｏ Ｃ． Ｍ ｅ ａ ｎ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｌ ｏ ｗ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ｌ ａ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ（ １ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ０ ． １ ６ Ｇ Ｐ ａ ） ．
超 耐磨 、 耐 高温 、 耐腐 蚀 、 高热 导 率 等 优 异性 能 且 力 学 各 向同性 ， 并 兼 具基体 材料 的韧 性 和可焊 接性 ， 在高 精 密机 械加工 、 石 油与 地 质 钻探 、 特种 材 料 的切 割 、 磨 削
①
制备工艺方面的研究鲜有报道 。本工作将对制备生长 型Ｐ Ｄ Ｃ中常 出现 的缺 陷进 行分 析 ， 提 出优 化制 备 Ｐ Ｄ Ｃ
第３ ４ 卷第 ３ 期
２ ０ １ ４年 ０ ６月
矿 冶 工 程
ＭＩ ＮＩ ＮＧ ＡＮＤ Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ｌ － ３ ４№ ３
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０１ ４
金 刚石 复合 片 （ Ｐ Ｄ Ｃ） 的缺 陷分 析 及 优 化 制 备①
Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｍｕ ｄ ａ ｎ ｉ ｆ ａ ｎ ｇ １ ５ ７ ０ １ １ ， Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｉ ｍ ｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍ ｏ ｎ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｌ ｙ ｅ ｒ ｙ ｓ ｔ ｌ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ａ ｍ ｏ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｓ（ Ｐ Ｄ Ｃ）ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ
ｍｍ ａ ｎ ｄ １ ５ ｍｍ ｏ ｆ ＰＤ Ｃｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕｃ ｒ ｉ ｂ ｌ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｇ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ — ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ａ ｓ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｎｉ ａ ｎ ｄ Ｆ ｅ － － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｌｌ ａ ｏ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ ・ － ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｌ ｔ
贾洪声 ， 谭 莹莹 ， 徐 长彬 ，闫 海 ， 李海波 ，贾晓鹏 ， 马红安 ， 郑友进。
（ １ ． 吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室 ， 吉林 四平 １ ３ ６ ０ ０ ０； ２ ． 吉林大学 超硬材料 国家重点实验室 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ； ３ ． 牡丹 江师 范学院 新 型炭基功能与超硬材料省重点实验室 ， 黑龙 江 牡丹江 １ ５ ７ ０ １ １ ）
选用传压保 温效果好 的绝缘坩 埚及屏蔽 材料 作为腔体组装 ， 采用 Ｎ ｉ 、 Ｆ ｅ基合金高压熔渗法及保压慢降温工艺 ， 成功制备 了 ８ 、 Ｏ１ ５
ｍｍ的 Ｐ Ｄ Ｃ， 其具有致密的组织结构 ， 缺陷几率 明显 降低 ； Ｐ Ｄ Ｃ磨耗 比为 １ ０ 数 量级 ， 热稳定温度 约为 ８ ０ ０ ｏ Ｃ， 金 刚石层具 有较低 的 残余 压应力（ 低于 ０ ． １ ６ Ｇ Ｐ ａ ） 。最后选用优 质 Ｐ Ｄ Ｃ样 品进行 了刀具试 制 ， 刀具 的实 际使 用效 果 良好。
的组装 及工 艺 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —１ ２ － ２ １ 基金项 目：国家 自然基金项 目（ ５ ０ ５ ７ ２ ０ ３ ２ ） ； 四平市科技发展计划项 目（ ２ ０ １ ２ ０ ３ ７ ） ； 吉林大学开放课题（ ２ ０ １ ０１ ２ ） ； 牡丹江师范学院开放课题（ ０１ ２ ３ ０ １ ）
Ｊ Ｈ ０ ｎ ｇ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｔ Ａ Ｎ Ｙ ｉ ｎ ｇ — ｙ ｉ ｎ ｇ 。 ， Ｘ Ｕ Ｃ ｈ ａ ｒ ｓ — ｂ ｉ ｎ ， Ｙ Ｎ Ａ Ｈ ａ ｉ 。 ， Ｌ Ｉ Ｈ ａ ｉ — ｂ ｏ ， Ｊ Ｉ Ａ Ｘ ｉ ａ ｏ — ｐ ｅ ｎ ｇ ， ＭＡ Ｈ ｏ ｎ ｇ — ａ ｎ ， Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ Ｙ ｏ ｕ － ｊ ｉ ｎ
ｋ ｅ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｐ Ｄ Ｃ ． Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈ Ｐ Ｈ Ｔ（ ５ ． ２ — ５ ． ６ Ｇ Ｐ ａ ，１ ４ ０ ０℃ ， ５ ｍｉ ｎ ） ， ８
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摘
要： 针对高温高压（ Ｈ Ｐ Ｈ Ｔ ） 合成金 刚石复 合片 （ Ｐ Ｄ Ｃ） 常 出现的缺 陷 问题 ， 对Ｐ Ｄ Ｃ腔体组 装及 制备 工艺进 行 了优化 。结 果 表
明， 稳定均一的温度 、 压力场 以及适量 的烧结 助剂 是合 成优质 Ｐ Ｄ Ｃ的关键 。在 Ｈ Ｐ Ｈ Ｔ条件下 （ ５ ． ２ — ５ ． ６ Ｇ Ｐ ａ ， １ ４ ０ ０℃ ， ５ ｍｉ ｎ ） ， 通 过
ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ（ Ｈ Ｐ Ｈ Ｔ ）ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ａ ｓ ｓ ｅ ｍ ｂ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｐ Ｄ Ｃ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ