聚晶金刚石的高压合成工艺研究毕业论文

聚晶金刚石的高压合成工艺研究毕业论文

目录

1 绪论·1

1.1拉丝模概述 (1)

1.2拉丝模分类及发展状况 (2)

1.3拉丝模的孔型结构 (6)

1.4拉丝模的破坏及磨损研究 (8)

1.4.1拉丝模的破坏形式 (8)

1.4.2拉丝模的磨损 (10)

1.5聚晶金刚石拉丝模坯材料的发展及研究现状 (14)

1.6研究目的及意义 (17)

2 实验过程及测试方法·18

2.1实验材料及设备 (18)

2.2PCD拉丝模的制备过程 (19)

2.3实验测试方法与分析 (21)

2.3.1扫描电镜及能谱分析 (21)

2.3.2维氏硬度 (21)

2.3.3磨耗比 (22)

3 PCD拉丝模芯的合成工艺研究·24

3.1烧结时间对力学性能的影响 (24)

3.1.1烧结时间对显微维氏硬度的影响 (24)

3.1.2烧结时间对磨耗比的影响 (26)

3.2烧结温度对力学性能的影响 (27)

3.2.1烧结温度对显微维氏硬度的影响 (28)

3.2.2烧结温度对磨耗比的影响 (30)

3.3PCD拉丝模坯的显微形貌及能谱分析 (31)

3.3.1烧结时间对显微形貌的影响 (31)

3.3.2烧结温度对显微形貌的影响 (32)

3.3.3PCD拉丝模坯的能谱分析 (33)

4PCD拉丝模坯高压烧结过程及机理 (35)

4.1PCD拉丝模坯的烧结过程 (35)

4.2PCD拉丝模坯的烧结机理 (36)

5结论 (39)

参考文献·40

致谢·42

1 绪论

1.1拉丝模概述

拉丝模是拉制各种金属线材的重要工具。在拉丝过程中，金属丝通过模孔发生塑性变形达到预定的尺寸精度及表面质量。拉丝模的适用围十分广泛，主要应用于拉拔线材、丝材、棒材、管材等直线型难加工物体，适用于钢铁、铜、钨、钼等金属和合金材料的拉拔加工[1]。

作为拉拔线材的生产企业，要想降低成本，获得稳定长时间的拉拔，精确的尺寸，较好的表面质量，没有高质量的拉丝模具是难以实现的。国外金属制品工业为提高竞争能力，对于拉丝模质量和制造工艺的改进十分重视，从提高拉丝模寿命入手，对拉丝模的材质、结构、制造工艺、制造设备以及检测仪器等进行了系统的研究，开发出复合拉丝模、拉丝模新材料、表面涂层新技术、拉丝模新的孔型设计方法等，推动了世界拉丝生产技术的发展。

我国拉丝模制造工业已经有很长的历史，上世纪八十年代随着拉丝制造的水平不断提高以及生产工艺的不断改进，我国的拉丝模制造技术有了较大的进步，尤其是在拉丝模的材质、结构等方面有了很大进步。尽管我国线材生产量居世界前列，但总的来说和国外还有不小的差距。外国所用的材料和拉丝工艺更加先进，拉丝模的加工精度、耐用性、耐磨性等指标均优于我国的产品[2]。因此，我国的拉丝制造业要加强制模管理、提高拉丝模具的质量，并且改善拉丝模具的制造工艺，以提高我国拉丝模业得迅速发展。

图1 拉丝模工作简图

1.2拉丝模分类及发展状况

经历了几十年的发展，已出现很多新型拉丝模材质。按照制造拉丝模材料的不同，拉丝模可分为：合金钢模、硬质合金模、天然金刚石模、人造金刚石聚晶模、CVD金刚石模和陶瓷模等[3]。近年来新型材料的开发极大地丰富了拉丝模的应用围并提高了拉丝模的使用寿命。

(1) 合金钢模合金钢模是早期的拉丝模制造材料。用来制造合金钢模的材料主要是碳素工具钢和合金工具钢。但是由于合金钢模的硬度和耐磨性差、寿命短，不能适应现代生产的需要，所以合金钢模很快被淘汰，在目前的生产加工中已几乎看不到合金钢模。

(2) 硬质合金模硬质合金模由硬质合金制成，硬质合金属于钨钴类合金，其主要成分是碳化钨和钴。碳化钨是合金的“骨架”，主要起坚硬耐磨作用，钴是粘结金属，是合金韧性的来源。因此硬质合金模与合金钢模相比具有以下特性：耐磨性高、抛光性好、粘附性小、摩擦系数小、能量消耗低、抗蚀性能高，这些特性使得硬质合金拉丝模具有广泛的加工适应性，成为当今应用最多的拉丝模具[4]。

(3) 天然金刚石模天然金刚石是碳的同素异性体，用它制作的模具具有硬度高、耐磨性好等特点。但天然金刚石的脆性较大，较难加工，一

般用于制造直径1.2 毫米以下的拉丝模。此外，天然金刚石价格昂贵，货源紧缺，因此天然金刚石模并不是人们最终所寻求的即经济又实用的拉丝工具。

(4) 人造聚晶金刚石模聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond，简称PCD）是用经过认真挑选的质量优良的人造金刚石单微粉加上少量硅、钛等结合剂，在高温高压的条件下聚合而成（见图2）。

聚晶金刚石的硬度很高，并有很好的耐磨性，与其它材料相比它具有自己独特的优点：由于天然金刚石的各向异性，在拉丝过程中，当整个孔的周围都处在工作状态下时，天然金刚石在孔的某一位置将发生择优磨损；而聚晶金刚石属于多晶体、具有各向同性的特点，从而避免了模孔磨损不均匀和模孔不圆的现象发生。与硬质合金相比，聚晶金刚石的抗拉强度仅为常用硬质合金的70%，但比硬质合金硬250% ，这样使得聚晶金刚石模比硬质合金模有更多的优点。

用聚晶金刚石制成的拉丝模耐磨性能好，孔磨损均匀，抗冲击能力强，拉丝效率高，而且价格比天然金刚石便宜许多。因此目前聚晶金刚石模在拉丝行业中应用广泛[5]。

(5) CVD(化学气相沉积法)金刚石模涂层拉丝模是新近发展起来的一项新技术，其主要方法就是在硬质合金拉丝模上涂层金刚石薄膜。金刚石薄膜是纯金刚石多晶体，它既具有单晶金刚石的光洁度、耐温性，又具有聚晶金刚石的耐磨性和价格低廉等优点，在代替稀有的天然金刚石制备拉丝模工具方面取得很好的效果，它的广泛使用将为拉丝模行业带来新的活力。

(6) 陶瓷模高性能的陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强、高温力学性能优良和不易与金属发生粘结等特点，可广泛应用于难加