《超硬材料制造》课程设计资料

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。
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。
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
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
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。
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
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。
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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
Hale Waihona Puke Baidu
Contents
摘要及引言
金刚石复合片规格及标记的确定
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。
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。
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。
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。
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
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
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
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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