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      郑州华晶金刚石股份有限公司

      刀具用PCD复合片材料一枝独秀

      关键词 PCD复合片|2022-11-30 09:23:20|来源 中国超硬材料网
      摘要 PCD复合片全称是聚晶金刚石复合片(polycrystallinediamondcompact,PDC),该产品按照用途细分为两种:油田钻探和切削刀具。为更好的区分二者,通常将油田...

             PCD复合片全称是聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC),该产品按照用途细分为两种:油田钻探和切削刀具。为更好的区分二者,通常将油田钻探用聚晶金刚石复合片简称为PDC,切削刀具用聚晶金刚石复合片简称为PCD复合片。PCD复合片是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温(5.5GPa以上,1500℃以上)条件下烧结而成的一种复合材料,这种材料不仅具有金刚石的高硬度和高耐磨性,同时还具有硬质合金的韧性和可焊接性等特点,是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。我国于1987年在国产六面顶压机上首次成功合成出了PDC,并应用于钻探领域,随着设备及材料、工艺等多方面的改进提高,在2003年才正式推出刀具用国产PCD复合片,此后我国PCD复合片质量不断改进提高,近年来产量和质量都有了长足进步。

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             一、刀具用PCD复合片的性能特点

             (1)与大单晶金刚石相比,作为刀具材料的PCD复合片具有以下优点:

             ①晶粒呈无序排列,各向同性,无解理面,因此它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬度以及耐磨性有较大区别,以及因解理面的存在而呈现脆性。

             ②具有较高的强度,特别是 PDC 材料由于有硬质合金基体的支撑而有较高的抗冲击强度,在冲击较大时只会产生小晶粒破碎,而不会像单晶金刚石那样大块崩缺,因而 PCD 或 PDC 刀具不仅可以用来进行精密切削加工和普通半精密加工,还可用作较大切削量的粗加工和断续加工(如铣削等),这大大扩充了金刚石刀具材料的使用范围。

             ③可以制备大块 PDC 金刚石复合片刀具坯料,满足大型加工刀具如铣刀的需要。

             ④可以制成特定形状以适合于不同加工的需要。由于 PDC 刀具大型化和加工技术如电火花和激光切割技术的提高,三角形、人字形以及其他异形刀坯均可加工成形。为适应特殊切削刀具的需要还可设计成包裹式、夹心式与花卷式 PDC 刀具坯料。

             ⑤可以设计或预测产品的性能,赋予产品必要的特点以适应它的特定用途。比如选择细粒度的PDC 刀具材料可使刀具的刃口的质量提高,粗粒度的 PDC 刀具材料能够提高刀具的耐用度,等等。

             (2)PCD复合片作为切削刀具用的性能与切削特点如下:

             ①PCD的硬度高,仅次于天然金刚石,而且它的硬度和耐磨性具有各向同性,即在各个方向上各种物理性能保持一致。

             ②具有极高的耐磨性,其耐磨性一般为硬质合金的60~80倍。

             ③具有较低的摩擦系数,因此在用相同的加工参数对同种材料进行加工时,使用PCD刀具可显著降低切削力,降低切削温度,同时由于摩擦系数的降低,工件表面光洁度也有极大的提高。

             ④具有很高的导热性,是硬质合金的1.5~7倍,可以大大的降低切削区的温度,提高刀具耐用度。

             ⑤金刚石的线膨胀系数很小,所以加工精度好。

             二、刀具用PCD复合片应用领域

             聚晶金刚石复合片也属于新型复合超硬材料,是《新材料产业“十四五”发展规划》中多次提到要重点发展的产品,并且已成为高端机床加工的核心部件,被广泛应用于航天工业、轴承工业、汽车加工等多个领域。

             根据统计,目前聚晶金刚石复合片市场规模超过300亿元,同时随着我国水泥工业、冶金工业、有色工业、化工工业、建筑骨料产业、铁路及公路交通建设、地质矿产勘探等相关产业的快速发展,国内PCD复合片的需求还将以每年20%左右的速度递增。随着 PCD复合片刀具材料的研究进展,其应用已经迅速扩展到许多制造工业领域,如铝和铝合金、铜和铜合金、硬质合金、工程陶瓷、石墨、塑料、橡胶、层板、硅橡胶、巴氏合金、各种复合材料、玻璃钢等。特别在汽车制造业、航天、航空、造船、发动机制造行业,可得到广泛的应用。随着新一代大型六面顶装置不断完善,合成腔体的不断扩大, PCD复合片材料正朝尺寸大型化,质量不断优化的方向发展。PCD复合片尺寸规格的大型化是超高压高温技术发展的必然产物,合成腔体的不断扩大,为大直径PCD复合刀具材料的制造创造了必要条件。

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