《超硬材料制造》课程设计
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ɸ550~560
ɸ16~18 金刚石复合 片的合成与 金刚石微粉 ɸ20~23 的合成有一 定的相似， ɸ25~28 故可参考六 面顶压机吨 位与合成棒 ɸ30~35 直径参照表 。 ɸ35~40 ɸ40~45
ɸ45~50
高温高压设 备:6×8MN 铰链式六面 顶压机； 缸径： 320mm
6×20
6×24
引言
PDC 的 应 用
PDC
PDC
汽车制造
木工刀具 航空航天
地质勘探
石油、天然气 建材加工
刀 具
钻 头
引言
PDC 的 发 展 趋 势
1 a.产品系列化
目前 PDC产品已经 定型,国内外众多厂家都 有自己的系列产品 ,而 且产品的规格和品种进 一步完善 ,性能进一步 提高,价格进一步降低 , 应用场合越来越广泛。
金刚石复合片规格及标记的确定
产品用途：石油钻头
产品尺寸：D=19.05,H=8.00,t=2.00 产品形状：圆形
产品标记：PDC-D R 19.05×8.00×2.00
产品规格：1908
行业标准：JBT 10041-2008
金刚石复合片合成机理与制备过程
1 2 3 4
PDC合成理论基础 高温高压设备的选择 温度和压力的标定 高压腔与合成块边长确定 产品的制备
2 b.尺寸大型化
上世纪 70 年代 PDC的最大直径为十几 毫米, 80年代以来 , 为 满足大型加工工具和石 油钻头的需要, 国外非 常重视大块PDC材料的 生产。
3
c.形状结构多样化
过去的 PDC产品只 限于片状和圆柱状 , 由 于尺寸大型化和加工技 术如电火花 、激光切割 加工技术提高 ,三角形、 人字形、山墙形以及其 它各种坯料增多 。形状 结构多样化渐成趋势。
6×6 产品标记
：PDC-D R 19.05×8.0 6×8 0×2.00 金刚石微 6×10 粉层合成过 程中线收缩 6×12 率为5%， 体收缩率为 15%。
6×16
ɸ270~290 合成后的 金刚石复 ɸ300~320 合片形状 不规则， ɸ360 需要精加 工使其符 ɸ400~420 合尺寸要 求。 ɸ450~460 ɸ500~510
产品的制备——实验原料及前期处理
产品的制备——合成块的组装
产品的制备——合成工艺和样品后处理
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TEXT
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金刚石复合片性能检测与分析
1 2 3
测试样品的准备 相对耐磨性性能测试 抗冲击性性能测试
4
5
耐热性性能测试
界面结合处的超声波检测
金刚石复合片性能检测与分析
由于PDC在实际使用过程中主要是以耐磨性、耐 热性与抗冲击性作为衡量其质量好坏的主要指标，所 以大量科研机构及相关公司主要是从这三个方面入手, 寻求更好和更精确的检测方法。但由于这个产业自身 的特点及国内外大公司的技术保密,到目前为止,还没有 一个统一的标准及规定。
界面结合处的超声波检测
LOGO
超硬材料制造
河 南 工 业 大 学
同时烧结温度要稍高于硬质合金熔融温度, 必须超过金刚石层与硬质合金层的共晶温度 50—100℃。PDC的烧结压力般为5.5—6.0,烧 结温度为1450—1700℃。
高温高压设备的选择
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
六面顶压机吨位与合成棒直径参照表 压机额定吨位MN
Phase 1
压缸直径mm
Phase 2
Phase 3
合成棒直径mm
5
PDC合成理论基础
PDC的烧结属于HTHP烧结,烧结设备通常 采用两面顶或六面顶型超高压液压机。 由于PDC的烧结又属液相烧结,因此它的烧 结温度与烧结压力必须使金刚石处于热力学稳 定区,合成压力的最低值应高于合成温度相对应 的平衡压力,以防止金刚石的石墨化。
PDC合成理论基础
一般认为,合成压力越高,越有利于提高产品 的致密度及耐磨性,但过高的压力将使硬质合金 顶锤的使用寿命降低,从而增加生产成本。
引言
PDC的 研究现状
国内
六十年代，中国科学院 物理研究所研制成功 TiSi-B 系烧结PCD 后来第六砂轮厂、石油 大学、郑州三磨所等对 传统的 PDC 所产生的 问题进行了改进和研究 ，提高了钻头的使用寿 命。
国外
七十年代初期，美国 GE公司首次实现了 PDC的商品化生产 。 八十年代后，元素六公 司也推出了PDC 产品— —Syndrill，同时日本住 友公司、前苏联、瑞典 也相继推出了类似的产 品。
温度和压力的标定
温度和压 力的标定
温度标定：
压力的标定是找到电 路控制系统中的液压机提 供的压力和顶锤施加于样 品腔体的压力互相发生的 联系。压力的标定方法很 多，例如：红宝石压力标 定、石英压力标定，采用 金属或者矿物状态方程进 行压力标定等。
压力标定
温度的校定和压力的校定有类 似的地方，都是寻找两种参数 之间的一种关系，达到控制腔 体内温度的目的。在这里实验 用的加热工具是石炉，外部控 制温度的参数是功率，因此温 度的校定首先是寻找腔体内部 样品受到的温度和加热功率之 间的关系。
还有PDC中金刚石层与硬质合金衬底界面的结合好坏，直接 影响到PDC的使用性能，所以也需要进行PDC界面结合整体性的 超声波检测。
测试样品的准备
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相对耐磨性性能测试
抗冲击性性能测试
耐热性性能测试
金刚石复合片合成机理与制备过程
金刚石复合片性能检测与分析
过程及收获总结
摘要
本课程设计根据课程设计任务书的要求，通过 阅读相关文献，确定了产品的形状代号、规格 尺寸，并介绍了产品的生产设备，生产工艺， 质量检测等。
形状代号：R（圆形）； 规格尺寸：1908（D=19.05，H=8.00，t=2.00）； 生产设备：6×8MN铰链式六面顶压机； 生产工艺：高温高压合成； 质量检测：耐磨性，热稳定性，抗冲击性，超声波 检测。
LOGO
超硬材料制造
河
南 工 业 大 学
题目：ɸ19.05×8.00×2.00石油钻 头用复合片设计
课程设计名称：《超硬材料制造》 专业班级：材料1302班 姓名：付朝拓 学号：201326010224 指导老师：王海阔 课程设计时间：3/14~3/20
Contents
摘要及引言
金刚石复合片规格及标记的确定
高压腔与合成块边长确定
α= 41.50 设计压力： 800t a=27.5mm b=11mm
c=49.3mm Text Ec=29.4mm
一
二
三
高压腔与合成块边长确定
综上：由a=27.5可得 l0 37mm。 3 合成块的体积为 V0 l0 50.65cm3
产品的制备——PDC制造工艺简介
ɸ16~18 金刚石复合 片的合成与 金刚石微粉 ɸ20~23 的合成有一 定的相似， ɸ25~28 故可参考六 面顶压机吨 位与合成棒 ɸ30~35 直径参照表 。 ɸ35~40 ɸ40~45
ɸ45~50
高温高压设 备:6×8MN 铰链式六面 顶压机； 缸径： 320mm
6×20
6×24
引言
PDC 的 应 用
PDC
PDC
汽车制造
木工刀具 航空航天
地质勘探
石油、天然气 建材加工
刀 具
钻 头
引言
PDC 的 发 展 趋 势
1 a.产品系列化
目前 PDC产品已经 定型,国内外众多厂家都 有自己的系列产品 ,而 且产品的规格和品种进 一步完善 ,性能进一步 提高,价格进一步降低 , 应用场合越来越广泛。
金刚石复合片规格及标记的确定
产品用途：石油钻头
产品尺寸：D=19.05,H=8.00,t=2.00 产品形状：圆形
产品标记：PDC-D R 19.05×8.00×2.00
产品规格：1908
行业标准：JBT 10041-2008
金刚石复合片合成机理与制备过程
1 2 3 4
PDC合成理论基础 高温高压设备的选择 温度和压力的标定 高压腔与合成块边长确定 产品的制备
2 b.尺寸大型化
上世纪 70 年代 PDC的最大直径为十几 毫米, 80年代以来 , 为 满足大型加工工具和石 油钻头的需要, 国外非 常重视大块PDC材料的 生产。
3
c.形状结构多样化
过去的 PDC产品只 限于片状和圆柱状 , 由 于尺寸大型化和加工技 术如电火花 、激光切割 加工技术提高 ,三角形、 人字形、山墙形以及其 它各种坯料增多 。形状 结构多样化渐成趋势。
6×6 产品标记
：PDC-D R 19.05×8.0 6×8 0×2.00 金刚石微 6×10 粉层合成过 程中线收缩 6×12 率为5%， 体收缩率为 15%。
6×16
ɸ270~290 合成后的 金刚石复 ɸ300~320 合片形状 不规则， ɸ360 需要精加 工使其符 ɸ400~420 合尺寸要 求。 ɸ450~460 ɸ500~510
产品的制备——实验原料及前期处理
产品的制备——合成块的组装
产品的制备——合成工艺和样品后处理
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金刚石复合片性能检测与分析
1 2 3
测试样品的准备 相对耐磨性性能测试 抗冲击性性能测试
4
5
耐热性性能测试
界面结合处的超声波检测
金刚石复合片性能检测与分析
由于PDC在实际使用过程中主要是以耐磨性、耐 热性与抗冲击性作为衡量其质量好坏的主要指标，所 以大量科研机构及相关公司主要是从这三个方面入手, 寻求更好和更精确的检测方法。但由于这个产业自身 的特点及国内外大公司的技术保密,到目前为止,还没有 一个统一的标准及规定。
界面结合处的超声波检测
LOGO
超硬材料制造
河 南 工 业 大 学
同时烧结温度要稍高于硬质合金熔融温度, 必须超过金刚石层与硬质合金层的共晶温度 50—100℃。PDC的烧结压力般为5.5—6.0,烧 结温度为1450—1700℃。
高温高压设备的选择
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
六面顶压机吨位与合成棒直径参照表 压机额定吨位MN
Phase 1
压缸直径mm
Phase 2
Phase 3
合成棒直径mm
5
PDC合成理论基础
PDC的烧结属于HTHP烧结,烧结设备通常 采用两面顶或六面顶型超高压液压机。 由于PDC的烧结又属液相烧结,因此它的烧 结温度与烧结压力必须使金刚石处于热力学稳 定区,合成压力的最低值应高于合成温度相对应 的平衡压力,以防止金刚石的石墨化。
PDC合成理论基础
一般认为,合成压力越高,越有利于提高产品 的致密度及耐磨性,但过高的压力将使硬质合金 顶锤的使用寿命降低,从而增加生产成本。
引言
PDC的 研究现状
国内
六十年代，中国科学院 物理研究所研制成功 TiSi-B 系烧结PCD 后来第六砂轮厂、石油 大学、郑州三磨所等对 传统的 PDC 所产生的 问题进行了改进和研究 ，提高了钻头的使用寿 命。
国外
七十年代初期，美国 GE公司首次实现了 PDC的商品化生产 。 八十年代后，元素六公 司也推出了PDC 产品— —Syndrill，同时日本住 友公司、前苏联、瑞典 也相继推出了类似的产 品。
温度和压力的标定
温度和压 力的标定
温度标定：
压力的标定是找到电 路控制系统中的液压机提 供的压力和顶锤施加于样 品腔体的压力互相发生的 联系。压力的标定方法很 多，例如：红宝石压力标 定、石英压力标定，采用 金属或者矿物状态方程进 行压力标定等。
压力标定
温度的校定和压力的校定有类 似的地方，都是寻找两种参数 之间的一种关系，达到控制腔 体内温度的目的。在这里实验 用的加热工具是石炉，外部控 制温度的参数是功率，因此温 度的校定首先是寻找腔体内部 样品受到的温度和加热功率之 间的关系。
还有PDC中金刚石层与硬质合金衬底界面的结合好坏，直接 影响到PDC的使用性能，所以也需要进行PDC界面结合整体性的 超声波检测。
测试样品的准备
Text
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相对耐磨性性能测试
抗冲击性性能测试
耐热性性能测试
金刚石复合片合成机理与制备过程
金刚石复合片性能检测与分析
过程及收获总结
摘要
本课程设计根据课程设计任务书的要求，通过 阅读相关文献，确定了产品的形状代号、规格 尺寸，并介绍了产品的生产设备，生产工艺， 质量检测等。
形状代号：R（圆形）； 规格尺寸：1908（D=19.05，H=8.00，t=2.00）； 生产设备：6×8MN铰链式六面顶压机； 生产工艺：高温高压合成； 质量检测：耐磨性，热稳定性，抗冲击性，超声波 检测。
LOGO
超硬材料制造
河
南 工 业 大 学
题目：ɸ19.05×8.00×2.00石油钻 头用复合片设计
课程设计名称：《超硬材料制造》 专业班级：材料1302班 姓名：付朝拓 学号：201326010224 指导老师：王海阔 课程设计时间：3/14~3/20
Contents
摘要及引言
金刚石复合片规格及标记的确定
高压腔与合成块边长确定
α= 41.50 设计压力： 800t a=27.5mm b=11mm
c=49.3mm Text Ec=29.4mm
一
二
三
高压腔与合成块边长确定
综上：由a=27.5可得 l0 37mm。 3 合成块的体积为 V0 l0 50.65cm3
产品的制备——PDC制造工艺简介