金刚石复合片(PDC)的缺陷分析及优化制备

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Ｆｉｎａｌｌｙ，ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙＰＤＣｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｏｒｆｍａｋｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｓ，ｗｈｉｃｈｈａｓｇｏｏｄｐｒａｃｔｉｃｌａｅｆｆｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＤＣ；ＨＰＨＴ；ｄｅｆｅｃｔ；ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ＪＨ０ｎｇ — ｓｈｅｎｇ，ＴＡＮＹｉｎｇ — ｙｉｎｇ。，ＸＵＣｈａｒｓ — ｂｉｎ，ＹＮＡＨａｉ。，ＬＩＨａｉ — ｂｏ，ＪＩＡＸｉａｏ — ｐｅｎｇ，ＭＡＨｏｎｇ — ａｎ，ＺＨＥＮＧＹｏｕ－ｊｉｎ
金刚石复合片（ＰＤＣ），是金刚石微粉和硬质合金基体（ＷＣ — Ｃｏ）在高温高压（ＨＰＨＴ）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、
等领域具有重要的应用Ｊ。由于ＰＤＣ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，ＰＤＣ材料组装及
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８、Ｏ１５
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１０数量级，热稳定温度约为８００ｏＣ，金刚石层具有较低的残余压应力（低于０．１６ＧＰａ）。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。
Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｍｕｄａｎｉｆａｎｇ１５７０１１，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｍｍｏｎｄｅｆｅｃｔｓｏｆｐｏｌｙｅｒｙｓｔｌａｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｃｏｍｐａｃｔｓ（ＰＤＣ）ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｈｉｇｈ — ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
wenku.baidu.com第３４卷第３期
２０１４年０６月
矿冶工程
ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ－３４№ ３
Ｊｕｎｅ２０１４
金刚石复合片（ＰＤＣ）的缺陷分析及优化制备①
ｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｈｉｇｈ — ｑｕａｌｉｔｙＰＤＣ．ＵｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＨＰＨＴ（５．２ — ５．６ＧＰａ，１４００℃ ，５ｍｉｎ），８
ｍｍａｎｄ１５ｍｍｏｆＰＤＣｓｗｅｒｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇａｎｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｃｕｃｒｉｂｌｅｗｉｔｈｇｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ — ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｍａｔｅｉｒａｌａｓｃｈａｍｂｅｒａｓｓｅｍｂｌｉｅｓａｎｄｕｓｉｎｇＮｉａｎｄＦｅ－－ｂａｓｅｄｌｌａｏｙｈｉｇｈ・－ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｌｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｂｏｕｔ８００ｏＣ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｌａｙｅｒｈａｓａｌｏｗｒｅｓｉｄｕｌａｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓ（１ｅｓｓｔｈａｎ０．１６ＧＰａ）．
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）
作者简介：贾洪声（１９８２一），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（１９６２－），男，吉林双辽人，教授，博导，主要从事功能材料研究。
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ＰＤＣ中常出现的缺陷进行分析，提出优化制备ＰＤＣ
ａｎｄｈｉｇｈ — ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＨＰＨＴ）ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｃｈａｍｂｅｒａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＰＤＣｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｔａｂｌｅａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｅｆｌｄｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｐｒｏｐｅｒａｍｏｕｎｔｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｄｄｉｔｉｖｅｓａｒｅ
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙｆｔｏｈｅＭｉｎｓｉｔｒｙｆＥｏｄｕｃａｔｉｏｎ，ＪｉｌｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｐｉｎｇ１３６０００，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏＳｕｐｅｒｈａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；３．ＰｒｏｖｉｎｃｉａｌｅｙＫｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅｗＣａｒｂｏｎ — ｂａｓｅＦｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎｄＳｕｐｅｒｈａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＭｕｄａｎｊｉａｎｇＮｏｒｍａｌ
的组装及工艺。
收稿日期：２０１３ —１２－２１基金项目：国家自然基金项目（５０５７２０３２）；四平市科技发展计划项目（２０１２０３７）；吉林大学开放课题（２０１０１２）；牡丹江师范学院开放课题（０１２３０１）
文章编号：０２５３ — ６０９９（２０１４）０３ — ０１１２ — ０４
ＤｅｆｅｃｔｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍａｌＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆ
ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄＣｏｍｐａｃｔｓ（ＰＤＣ）
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 — ５．６ＧＰａ，１４００℃ ，５ｍｉｎ），通过
ｉｎｉｌｆｔｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ — ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｓｌｏｗ— ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＴｈｅｐｒｅｐａｒｅｄＰＤＣｈａｓａｄｅｎｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｔｌｙ－ｄｅｃｒｅａｓｅｄｄｅｆｅｃｔｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．ＴｈｅａｂｒａｓｉｏｎｒａｔｉｏｏｆＰＤＣｉｓ１０ｏｒｄｅｒｓｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｌｙｓｔａｂｌｅ
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：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３ — ６０９９．２０１４．０３．０３０