文档介绍：金刚石复合片(polycrystalline pact 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。(3) 抗冲击韧性。 PDC 作为切削工具,被广泛地应用于油气钻井作业中。在钻井过程中,由于轴向力和水平切削力的联合作用、钻具与孔壁的摩擦、钻杆柱的弯曲、孔底不平及残留岩粉、钻机振动等因素的影响, 使得钻头上的 PDC 受到极大的冲击力。 PDC 抗冲击性能反映了复合片的韧性和粘结强度,是一综合性指标,也是决定其使用效果好坏的关键所在。在 20 世纪 80~90 年代中期,复合片的抗冲击韧性为 100~200 J( 国外为 200~300 J); 20 世纪 90 年代中期至现在,抗冲击韧性为 200~400 J( 国外大于 400 J)。 2 复合片的性能检测方法 耐磨性复合片的耐磨性一般是通过磨耗比这个指标来衡量的, 但迄今为止国际上也没有制定统一的测试标准, 几个主要的 PDC 生产国均有其自己的测试方法。美国的 GE 公司采用的方法是用 PDC 来车削一种结构均匀的花岗岩棒,切削速度为 180 m/min ,切深为 1 mm ,进给量为 0. 28 mm/r 。车削时用测力计测 PDC 的受力大小。车削一定数量的花岗岩后, 观察 PD C 的磨损量。磨损量是用投影显微镜测量被磨损部位的长宽尺寸,然后用计算机算出其体积,