我國用作鑽探和拉絲模的金剛石多晶體的尺寸規格、磨耗比等已開始標準化。磨耗比表征多晶體的耐磨性,是在規定條件下,金剛石燒結體同碳化矽砂輪對磨時,砂輪失重與金剛石失重的比值。
金剛石硬質合金複合體是在合金的基底片上,在高溫序下燒結一層厚度15~1毫米的金悧石多晶製備金剛石硬質合金複合體有兩個方案:方案、依靠硬質合金層的鈷滲入金剛石層中,起粘結作用;方案,在金剛石粉與硬質合金層之間,放置鈷層,在燒結時鈷熔化並滲入金剛石層中。此外,還有一種方案是先高壓燒結出金剛石多晶體片,後在常壓空下同硬質合金片釺焊在一起。
在金剛石硬質合金複合體燒結時,金剛石層發生的燒結過程同鈷-金剛石係類似。金剛石顆粒的接觸部位在超高壓下產生塑性變形並造成致密化。在金剛石顆粒的非接觸部位,由於壓力低於金剛石的熱力學穩定壓力範圍而局部石墨化。溶化並滲入金剛石顆粒間隙後,石墨溶解於液相鑽,並以金剛石形態從相中析出,金剛石經過重結晶過程形成多晶體。燒結後,金剛石層的組織由金剛石和相組成,鈷相中含有溶入的碳和鎢。硬質合金層的燒結與常壓燒結基本相同。金剛石層和硬度合金層通過結合起來。
美國通用電氣公司的金剛石硬質合金複合體金剛石層的金剛石晶粒間主要靠結合,存在廣泛的金剛石-金剛石結合。金剛石晶粒間的直接結合在某些地方已消除了原有的輒粒邊界。在燒結呀液相鈷的滲入,不連續地分布在某些金剛石晶界上。金剛石的直接結合,保留了金剛石固有的高硬度和極好的導熱性。燒結金剛石的導熱係數約為雄晶體。這類金剛石硬質合金複合體具有很高的耐磨性,較好的抗衝擊性,耐熱性較差。
金剛石硬質合金複合體的金剛石層中,也可以加入等粘結劑以降低其燒結曆力和溫度,提高其耐熱性。但是,這些粘結劑損害金剛石的硬度和強度。
最早出現的金剛石硬質合金複合體這種複合材料綜合了其組成的兩種材料的優點,而且,容易焊接和磨。公司也推出了一係列金剛石硬質合金複合體。
是層狀複合體。除了底麵有一層硬質合金外,在外側周圍還有一層硬質合金,增大了焊接麵積,改善了切削熱的擴散條件。也是層狀複合體,用作鑽探鑽頭。用作拉絲模,是環狀複合體,內環是金剛石,外環是硬質合金。北京人工晶體研究所、成都工具研究所、貴陽第六砂輪廠、鄭州磨料磨具磨削研究所、北京鑽探土具廠等也研製了金剛石硬質合金複合體。複合體用於加工矽鋁合金、玻璃鋼等加工材料,取得較好效果。最近,這種複合體用作石油刮刀鑽頭,效果也很好。
複合體,按金剛石的平均粒度分成5個級別,金剛石的平均粒度分別為10、25、50、75和100微米。它們的強度和導熱係數。極限抗拉強度為徑向壓縮試驗結果的計算值。可見,金剛石粒度細,抗彎強度和杭拉強度高。晶粒細的燒結金剛石的抗彎強度接近鎢鈦硬質合金的水平。細晶粒的燒結金剛石還具有良好的韌性和強度。
在化的金剛石層中,發現金剛石的結構。亞晶粒的平均尺寸為11微米。亞晶的存在表明,在燒結初期金剛石顆粒發生了塑性變形,並在溫度逐步提高的燒結過程中,發生了回複過程。位錯運動形成的位錯牆即小角度晶界,並形成亞晶。這就是回複過程的所謂多邊形化。亞晶的形成,提高了材料的強度和韌性。
出了金剛石多晶體和金剛石硬質合金複合體的物理機械性能。複合體的性能為金剛石層的數據。表中美國大鑽石公司的燒結金剛石多晶體沾,是用金剛石在以上的壓力和2000度高溫下燒結成的圓柱體,具有較高的強度、韌性和耐磨性。
金剛石的應用
金剛石鑽頭、刀具、磨具、拉絲模、修整工具等在國民經濟各部門已有廣泛應用。除了用作工具外,金剛石還可用作窗口材料、散熱片、高壓頂頭等。金剛行薄膜作為光學、聲學和電子元件將廣泛的州途。
金剛石鑽頭
根據金剛石的包鑲形式,金剛石鑽頭分為表鑲鑽頭兩類。表鑲鑽頭是將金剛石鑲在胎體的表麵;而孕鑲鑽頭是將金剛石均勻地分布在胎體的工作層內。胎體是金剛石工具中包鑲金剛石的材料,由金屬粘結相和硬相(例如碳化鎢)組成。孕鑲鑽頭用於堅硬而破碎地層的鑽進。表鑲鑽頭用於堅硬而比較完整地層的鑽進。根據不同的岩石,采用相應硬度的材料。
孕鑲鑽頭的工作層,即體內含有金剛石的部分,高度一般為3~4毫米。工作層內金剛石的濃度。孕鑲鑽頭具有自銳性,即鑽頭胎體的磨損略超前於金剛石的磨損。在鑽進過程中,金剛石不斷出露,保持磨削岩石的能力。
表鑲鑽頭中金剛石的出露量一般為金剛石顆粒直徑的10%~33%。
金剛石鑽頭在地質鑽探中,由於其效率高、壽命長,已取代硬質合金鑽頭。在石油鑽井中,它比硬質合金牙輪鑽的鑽速高、成本低。
表鑲鑽頭采用燒結金剛石多晶體(尺寸42~315毫米)或天然金剛石單晶。孕鑲鑽頭采用人造金剛石單晶或天然金剛石單晶體,並用金剛石多晶體保徑。
熱壓法工藝和普通熱壓無大區別。熱壓金剛石鑽頭時,胎體粉末(含金剛石)連同鑽頭鋼體一起熱壓並焊接在一起。我國常用的材料是銅合金粘結的碳化錯合金,為硬相,銅合金為粘結相。胎體的硬度可以通過改變相和粘結相的比例來調整。含量一般在55~70%之間。粘結相除了銅之外,可降低銅合金的熔點,降低熱壓溫度。可改善銅合金對碳化鎢的潤濕性,提高胎體強度。等碳化物形成元素可以和金剛石表麵的碳反應形成碳化物過渡層,從而改善粘結相對金剛石的潤濕性,提高胎體對金剛石的結合強度。粘結金屬應當既潤濕撕,又能潤濕金剛石,並具有較低的熔點,以免熱壓溫度過高而損害金剛石。材料還應當具有一定的強度和醱麻性。列出一些金屬、合金對金剛石的潤濕角和粘著功數據。