【聚晶(jing)金剛石(shi)復合(he)片】聚晶(jing)金剛石(shi)復合(he)片性能和切削特點

聚晶(jing)(jing)(jing)金剛(gang)石復合(he)(he)材(cai)料是將聚晶(jing)(jing)(jing)金剛(gang)石薄層(ceng)附著黏結在硬質合(he)(he)金襯底上的(de)復合(he)(he)材(cai)料。聚晶(jing)(jing)(jing)金剛(gang)石復合(he)(he)片兼有聚晶(jing)(jing)(jing)金剛(gang)石極(ji)高(gao)(gao)(gao)的(de)耐(nai)磨性(xing)(xing)以(yi)及硬質合(he)(he)金的(de)高(gao)(gao)(gao)抗(kang)沖擊性(xing)(xing)。金剛(gang)石層(ceng)刃口(kou)鋒利而且具(ju)有自銳性(xing)(xing)，能(neng)夠始終保持切(qie)削刃的(de)銳利，因(yin)此非常適用于石油和地質鉆(zhan)探中(zhong)的(de)軟地層(ceng)直至(zhi)中(zhong)硬地層(ceng)的(de)勘探，效果非常好。聚晶(jing)(jing)(jing)金剛(gang)石復合(he)(he)片中(zhong)的(de)金剛(gang)石含量高(gao)(gao)(gao)達99%，故金剛(gang)石層(ceng)硬度(du)極(ji)高(gao)(gao)(gao)、耐(nai)磨性(xing)(xing)極(ji)好，其努氏(shi)硬度(du)為6.5×104~7.0×104MPa，甚至(zhi)更(geng)高(gao)(gao)(gao)。

硬質合金基體克服了聚晶金剛石硬而脆的不足，大大提高了產品整體的抗沖擊韌性。硬質合金的易焊接性則解決了聚晶金剛石很(hen)難(nan)通過焊接方法與(yu)其(qi)他材料結合的難(nan)題，可以使(shi)聚(ju)晶(jing)金剛石(shi)復(fu)合片豎直鑲焊在鉆頭上。聚(ju)晶(jing)金剛石(shi)復(fu)合片因(yin)自身性(xing)能優(you)越(yue)，國內外(wai)競相研制和(he)生產，從而品(pin)種規(gui)格日(ri)益繁(fan)多，如圖1所示(shi)。

主要特性：

1）具有極高的硬度

聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石的(de)硬度(du)為(wei)HV7500~9000，僅次于天(tian)然金(jin)剛石。而且其硬度(du)和耐(nai)磨(mo)性各向(xiang)同性，不需(xu)選向(xiang)。其強(qiang)度(du)由于有韌性較高的(de)硬質合金(jin)支撐，復(fu)合抗彎強(qiang)度(du)可達1500 MPa。

2）具有很高的耐磨性

聚(ju)晶金剛(gang)石(shi)的耐磨性一般為硬(ying)質合金的60~80倍。在切(qie)削硬(ying)度較高(>HV1500)的非金屬材(cai)料時，耐用度極高。

3） 具有較低的摩擦因數

聚晶金剛石與有色金屬(shu)的摩擦(ca)(ca)因(yin) 數為0.1~0.3，而硬(ying)質(zhi)(zhi)合金與有色金屬(shu)的摩擦(ca)(ca)因(yin)數是(shi)0.3~0.6。由聚晶金剛石(簡稱PCD)材料制作的PCD刀(dao)(dao)具，與硬(ying)質(zhi)(zhi)合金刀(dao)(dao)具相比可降低切削(xue)力和切削(xue)溫度約1/2~1/3。

4）具有很高的導熱性

聚晶(jing)金剛(gang)石的(de)導熱(re)系數(shu)是硬質合金的(de)1.5~7倍，可(ke)以(yi)大大降低切削區的(de)溫(wen)度(du)，提高刀(dao)具(ju)耐用度(du)。

5）具有較小的膨脹系數

聚晶金(jin)剛石的(de)線膨(peng)脹系數(shu)很小，約為(wei)一般鋼的(de)1/10。另外，因為(wei)刀刃鋒利，已加工表面(mian)加工硬化(hua)程(cheng)度僅為(wei)硬質合金(jin)刀具的(de)1/3左(zuo)右，所以加工精度好。

6）可以根據需要制作成各種尺寸和形狀

7）表現出比單晶金剛石明顯優越的韌性和抗沖擊性能，在一定程度上彌補了單晶金剛石脆性大、易解理破裂的缺點。

發展簡史：

人們對(dui)制造(zao)聚晶金(jin)剛(gang)石(shi)的設想大(da)概來源于對(dui)天(tian)然(ran)“卡(ka)布納多”金(jin)剛(gang)石(shi)的認識——這種(zhong)金(jin)剛(gang)石(shi)由無數微小(xiao)的金(jin)剛(gang)石(shi)顆粒組成(cheng)，含(han)有少量的雜質，顆粒呈(cheng)無序排(pai)列(lie)、無解(jie)理面，具有很(hen)高(gao)的硬度(du)、強(qiang)度(du)和耐磨性(xing)，在自然(ran)界很(hen)稀(xi)少。

從20世紀60 年(nian)代起，美國(guo)與(yu)前蘇聯的科學(xue)家就嘗(chang)試(shi)人工合成“卡布納多(duo)”。

1964 年(nian)GE 公(gong)司(si)的Delai 首次(ci)以“某些(xie)金屬添加劑能(neng)使(shi)金剛(gang)石與(yu)金剛(gang)石之間產生直接結合(he)”申請了美國專利(li)。

1966 年(nian)Blainley 等人(ren)提出(chu)用親和性(xing)金(jin)屬為結(jie)合劑制取金(jin)剛石聚結(jie)體。

1967 年前(qian)蘇聯斯拉(la)(la)烏(wu)季契的(de)金(jin)剛石(shi)與(yu)硬質(zhi)合(he)金(jin)的(de)混合(he)燒結體以及由(you)石(shi)墨相變聚結的(de)人(ren)造“巴拉(la)(la)斯”和人(ren)造“卡(ka)布(bu)納多”的(de)報告相繼發表。

1970 年美國Hall 和Stromberg 完成(cheng)燒結金剛(gang)石的試驗(yan)。

1971年katzman 公布金剛(gang)石微粒通過鈷(gu)融(rong)熔再結(jie)晶聚結(jie)的報告。

1971 年(nian)GE 公司發明了由硬(ying)質合(he)金支(zhi)撐的聚(ju)晶金剛石復合(he)片（簡稱PDC）。

1972—1973 年正(zheng)式用(yong)于(yu)商品化生產，起(qi)初(chu)應用(yong)于(yu)機械加工刀具。

1976年正式向市場提供石油、地質鉆頭專用系列產(chan)品。

1981 年該產(chan)品獲美國近海技術工程特別貢獻獎(jiang)。

在英(ying)國，De Bees 公司于(yu)(yu)1977 年(nian)研制(zhi)成功適合于(yu)(yu)機械(xie)加工用的PDC，1983年(nian)向市場出售(shou)石(shi)油、地(di)質鉆頭專用系列(lie)PDC 產(chan)品。

而(er)美國的合成公(gong)司(si)于1983 年才進入(ru)PDC 市場，經(jing)過卓(zhuo)有成效的研(yan)發工(gong)作及堅持不(bu)懈的努(nu)力(li)，使其產(chan)品的耐磨性、抗沖擊性大為(wei)提高，從而(er)在1997 年成為(wei)了鉆(zhan)井PDC 市場份額的領先者。

另(ling)外美國(guo)的梅(mei)加(jia)金剛石(shi)公司(si)(si)、丹尼斯工具(ju)以(yi)及鳳凰晶體公司(si)(si)也(ye)分別向(xiang)(xiang)鉆(zhan)頭(tou)公司(si)(si)及其他鉆(zhan)井工具(ju)服(fu)務公司(si)(si)或一些定向(xiang)(xiang)的終端用(yong)戶(hu)提(ti)供PDC、牙(ya)輪鉆(zhan)頭(tou)專用(yong)的一些異形(xing)PDC 齒及軸(zhou)承用(yong)PDC。

多年來(lai)PDC 在諸多應用(yong)領域的卓越表現證(zheng)明，這(zhe)無疑是材料科學(xue)領域具有劃時(shi)代意義的發明。

主要分類：

結合劑類型(xing)(xing)的不同導致聚晶金剛石的顯(xian)微(wei)組織結構中金剛石相的結合方式(shi)及(ji)其性能出現明顯(xian)差異。劃分聚晶金剛石類型(xing)(xing)對實(shi)際(ji)應用具有重(zhong)要意(yi)義(yi)。從合成工藝(yi)、產品宏觀特(te)性及(ji)顯(xian)微(wei)結構特(te)點的角度(du)出發，聚晶金剛石可以分為三(san)種類型(xing)(xing)。

1）生長-燒結型聚晶金剛石

金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)顆粒被燒(shao)(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一起，晶粒之間界面上以(yi)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)—金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)鍵(jian)合(he)(he)方(fang)式(shi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)，金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)相(xiang)形(xing)成整體(ti)的(de)剛(gang)(gang)性(xing)骨(gu)架結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)構。作為燒(shao)(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)助劑(ji)的(de)鐵族(zu)金(jin)(jin)屬或合(he)(he)金(jin)(jin)則以(yi)孤(gu)島形(xing)態彌散分布在骨(gu)架內。該(gai)類聚(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)常用的(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)是Co或Co合(he)(he)金(jin)(jin)、Ni或Ni合(he)(he)金(jin)(jin)。燒(shao)(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過程中(zhong)以(yi)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)顆粒長大和顆粒間燒(shao)(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頸(jing)的(de)生長為主(zhu)，該(gai)種聚(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具有耐磨性(xing)好、硬度(du)高(gao)等特點，但(dan)其熱(re)穩定性(xing)較差，耐熱(re)溫(wen)度(du)一般(ban)在700℃左右。圖(tu)2為生長-燒(shao)(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)型聚(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)顯(xian)微組(zu)織示意圖(tu)。

2）燒結型聚晶金剛石

結(jie)(jie)合相(xiang)主(zhu)要是碳(tan)化物相(xiang)，它(ta)將金(jin)剛(gang)石顆粒(li)包(bao)覆結(jie)(jie)結(jie)(jie)在一起(qi)，形成典型(xing)的(de)(de)粉末冶金(jin)液相(xiang)燒結(jie)(jie)材料的(de)(de)顯微組織結(jie)(jie)構，見(jian)圖(tu)3。常用(yong)的(de)(de)結(jie)(jie)合劑有(you)Si、Ti、Si-Ti、Si-Ni、Si-Ti-B等。燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石有(you)很好的(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)(re)性(xing)，耐(nai)(nai)熱(re)(re)溫度可達1200℃。與(yu)生長-燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石相(xiang)比，其耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)較差，但成本(ben)低(di)，對于一些對耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)要求不高或對耐(nai)(nai)熱(re)(re)性(xing)要求較高的(de)(de)應(ying)用(yong)場合燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石有(you)其優勢。

3）生長型聚晶金剛石

以石墨和觸媒(mei)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)為原料，在(zai)超高壓高溫條件下使(shi)石墨轉變為金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石，并依靠金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石的生(sheng)長使(shi)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石顆粒(li)燒結(jie)在(zai)一起。由于石墨不能完(wan)全轉變，聚(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石的性能很(hen)難控(kong)制。該(gai)種類型的聚(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石僅(jin)限(xian)實驗室試制，還未見商品化產品。

制造工藝：

聚晶金剛(gang)石(shi)和金剛(gang)石(shi)復合(he)(he)片一般由靜(jing)態超(chao)高壓(ya)(ya)-高溫方(fang)法(fa)制造(zao)(zao)，所用(yong)設備主要有六(liu)面(mian)頂(ding)金剛(gang)石(shi)專用(yong)液壓(ya)(ya)機和年(nian)輪式兩(liang)面(mian)頂(ding)壓(ya)(ya)機，這(zhe)些超(chao)高壓(ya)(ya)設備與合(he)(he)成人造(zao)(zao)金剛(gang)石(shi)單晶所用(yong)設備完全相同(tong)。

1） 聚晶金剛石和金剛石復合片生產工藝流程

見圖4和圖5。

圖(tu)4

圖5

2）靜態超高壓設備

目前生產聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)和(he)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)(de)靜態(tai)超(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)備(bei)有兩(liang)(liang)種(zhong)類型(xing)：中國(包括少部分國外(wai)(wai)廠(chang)家)普(pu)遍(bian)采用鉸鏈式六面(mian)頂超(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)備(bei)（或稱作(zuo)(zuo)六面(mian)頂壓(ya)(ya)機）作(zuo)(zuo)為(wei)主(zhu)要設(she)(she)備(bei)；國外(wai)(wai)則主(zhu)要采用年輪式兩(liang)(liang)面(mian)頂壓(ya)(ya)超(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)備(bei)（或稱作(zuo)(zuo)兩(liang)(liang)面(mian)頂壓(ya)(ya)機）。六面(mian)頂超(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)備(bei)生產聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)或金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)(de)優點(dian)是：產生的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力場(chang)更接(jie)近水靜壓(ya)(ya)力，合(he)(he)(he)(he)成腔(qiang)內的(de)(de)(de)應(ying)力場(chang)狀態(tai)更為(wei)合(he)(he)(he)(he)理；機器工(gong)作(zuo)(zuo)效率(lv)高(gao)(gao)，設(she)(she)備(bei)造(zao)價相對低廉。缺(que)點(dian)是合(he)(he)(he)(he)成腔(qiang)體(ti)大(da)(da)型(xing)化困難。兩(liang)(liang)面(mian)頂超(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)備(bei)生產聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)或金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)(de)優點(dian)是：壓(ya)(ya)力和(he)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)控(kong)制精度(du)較(jiao)高(gao)(gao)；合(he)(he)(he)(he)成腔(qiang)體(ti)大(da)(da)型(xing)化易于實現(xian)，適合(he)(he)(he)(he)于生產大(da)(da)尺寸(cun)產品(pin)(pin)或單次合(he)(he)(he)(he)成多個產品(pin)(pin)。缺(que)點(dian)是設(she)(she)備(bei)運行成本(ben)高(gao)(gao)。

性能指標：

1）耐磨性

聚(ju)晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)作(zuo)為切削(xue)或鉆削(xue)工(gong)具材(cai)料使用(yong)時，其耐(nai)磨(mo)(mo)性與工(gong)具的壽(shou)命具有直接的對(dui)應關系，因此耐(nai)磨(mo)(mo)性成(cheng)為聚(ju)晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)最重要的性能指(zhi)標。聚(ju)晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)的耐(nai)磨(mo)(mo)性通(tong)常用(yong)磨(mo)(mo)耗比來(lai)表示(shi)。目前聚(ju)晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)磨(mo)(mo)耗比的測定(ding)方法采用(yong)的是行業標準(zhun)“人造金剛(gang)石(shi)燒結體(ti)磨(mo)(mo)耗比測定(ding)方法”。

2）熱穩定性

熱(re)(re)穩定性(xing)也被(bei)稱為耐熱(re)(re)性(xing)，一(yi)般用(yong)耐熱(re)(re)溫(wen)度(du)表示(shi)，是指(zhi)聚晶金剛石要(yao)保持性(xing)能基本不變所(suo)(suo)能承受(shou)的(de)最(zui)高熱(re)(re)處理(li)溫(wen)度(du)。熱(re)(re)穩定性(xing)是聚晶金剛石重要(yao)的(de)性(xing)能指(zhi)標之一(yi)，它涉及到(dao)制(zhi)(zhi)作聚晶金剛石工(gong)(gong)具(ju)的(de)工(gong)(gong)藝過程以及工(gong)(gong)具(ju)的(de)使(shi)(shi)用(yong)環(huan)境，是工(gong)(gong)具(ju)制(zhi)(zhi)造者必須重點考慮(lv)的(de)性(xing)能參數(shu)。加工(gong)(gong)制(zhi)(zhi)造時所(suo)(suo)用(yong)溫(wen)度(du)過高或工(gong)(gong)具(ju)在過高溫(wen)度(du)下使(shi)(shi)用(yong)，都(dou)會(hui)使(shi)(shi)聚晶金剛石工(gong)(gong)具(ju)使(shi)(shi)用(yong)效(xiao)果變差。

3）抗沖擊韌性

抗沖擊(ji)韌性是(shi)指聚晶金(jin)剛石或(huo)金(jin)剛石復合片在沖擊(ji)載荷作用(yong)下不發生破壞的最大能力。該(gai)性能指標對(dui)于聚晶金(jin)剛石工(gong)具能否發揮其(qi)具有硬度高(gao)、耐磨(mo)性好、壽命(ming)長等(deng)特點至關重要。

4）抗彎強度

采用三點(dian)彎曲試(shi)驗(yan)測定聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石的(de)抗彎強度。聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石試(shi)樣(yang)可(ke)以制成棒狀，也可(ke)以是圓片(pian)狀。

5）硬度

聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石的(de)硬度值(zhi)很高，僅次于單(dan)晶金(jin)剛(gang)石，一(yi)般用(yong)努(nu)氏（Knoop）硬度來測(ce)量(liang)。

6）導電性

一般來講，聚晶金剛石導電性不是很好(hao)，電阻值(zhi)很大。普通的電火(huo)(huo)(huo)花加工設(she)備(bei)很難(nan)勝任對聚晶金剛石的加工，必須有專用的電火(huo)(huo)(huo)花加工電源才能夠獲得可以接受的加工速度。即使如(ru)此，專用電火(huo)(huo)(huo)花設(she)備(bei)加工聚晶金剛石仍(reng)比普通電火(huo)(huo)(huo)花設(she)備(bei)加工金屬材(cai)料(liao)要(yao)慢很多。

7）耐腐蝕性

生(sheng)長-燒結型聚(ju)(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)在酸(suan)液(ye)(ye)或堿液(ye)(ye)中長時間加(jia)熱處(chu)理后(hou)，其力學性能（硬度(du)、耐磨性等）基本(ben)保持不變。生(sheng)長-燒結型聚(ju)(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)在強(qiang)酸(suan)處(chu)理后(hou)，由于作為結合(he)劑的金(jin)屬相與(yu)酸(suan)反應后(hou)從(cong)聚(ju)(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(簡稱PCD)中被浸出，PCD的導電性明顯下降。

燒結型聚晶金剛石(shi)的主相(xiang)金剛石(shi)和結合相(xiang)碳化物都(dou)具有耐酸堿腐蝕的特性(xing)。聚晶金剛石(shi)在酸液或(huo)堿液中長時間加熱處理(li)后，其力(li)學性(xing)能(neng)和物理(li)性(xing)能(neng)基本保持(chi)不變。

應用領域：

1）聚晶金剛石鉆頭

適用于石油鉆探、地質(zhi)勘(kan)探的(de)小(xiao)直徑聚晶金剛(gang)石鉆頭（圖6）成本相比于天然金剛(gang)石非常(chang)低廉(lian)，且耐磨性高。

2）聚晶金剛石噴嘴

目(mu)前(qian)五金(jin)(jin)(jin)和機械行(xing)業進行(xing)噴(pen)(pen)砂噴(pen)(pen)丸加工時(shi)普遍使(shi)用的(de)是氧化(hua)(hua)鋁陶(tao)瓷噴(pen)(pen)嘴、硬(ying)質合金(jin)(jin)(jin)噴(pen)(pen)嘴和碳化(hua)(hua)硼噴(pen)(pen)嘴。由聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)材(cai)料(liao)制成的(de)噴(pen)(pen)嘴比普通材(cai)料(liao)噴(pen)(pen)嘴的(de)壽(shou)命提高了(le)10~200倍，獲得了(le)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)長(chang)使(shi)用壽(shou)命。采用聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)嘴能(neng)夠大(da)幅降低材(cai)料(liao)消耗，明顯提高工作效率，還可以大(da)大(da)減少市(shi)場對陶(tao)瓷磨料(liao)和碳化(hua)(hua)物的(de)需求，具有(you)明顯的(de)節(jie)能(neng)和環保的(de)社會效益。聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)嘴具有(you)性能(neng)可靠(kao)、壽(shou)命極長(chang)的(de)特點，適用于很多耐(nai)磨性要求高的(de)場合。同時(shi)因為(wei)具有(you)耐(nai)酸(suan)、耐(nai)堿(jian)(jian)、耐(nai)腐蝕的(de)特點，聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)嘴還適用于水(shui)切割、酸(suan)堿(jian)(jian)液(ye)噴(pen)(pen)口(kou)、泥漿(jiang)噴(pen)(pen)射口(kou)等場合，市(shi)場和應(ying)用前(qian)景極為(wei)可觀。

3）金剛石復合片止推軸承

螺桿鉆具是石油鉆井中以泥漿為動力的一種井下動力鉆具。新型螺桿鉆具的傳動軸總成采用了硬質合金徑向軸承和金剛石復合片的平面止推軸承（圖7），使其(qi)壽命更(geng)長承載(zai)能(neng)力更(geng)高(gao)。

4）石材加工

將鉆(zhan)探用金剛石(shi)(shi)復(fu)合片切(qie)割成四方形或長(chang)條形應用于軟石(shi)(shi)材的開采和切(qie)割工具，可(ke)以(yi)得到(dao)更高的加工效率。

5）其他耐磨器件的應用

聚晶金剛石用于電子元器件(jian)貼片封裝貼片機的吸嘴、要(yao)求高(gao)耐(nai)磨(mo)的V形槽表面(mian)、要(yao)求高(gao)耐(nai)磨(mo)或低(di)粗(cu)糙度(du)的模具或夾具部件(jian)等(deng)都取得了好(hao)的使用效果(guo)。

未來發展方向：

1）聚晶金剛石和金剛石復合片的尺寸大型化

隨著生(sheng)產技術的(de)(de)進步和應(ying)用領域(yu)的(de)(de)不(bu)斷(duan)拓(tuo)展，可能對聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)剛石和金(jin)(jin)剛石復合片(pian)(pian)工(gong)具或刀具的(de)(de)尺(chi)寸大型化(hua)要(yao)求會越來越強烈(lie)。目前，某(mou)些國外(wai)(wai)公司可批量(liang)生(sheng)產直徑達(da)50.8~ 80.0 mm的(de)(de)規格產品。甚至有國外(wai)(wai)廠(chang)家聲稱(cheng)已(yi)制(zhi)造出可以商品化(hua)的(de)(de)直徑120 mm的(de)(de)金(jin)(jin)剛石復合片(pian)(pian)。

近年來，國內刀具(ju)用(yong)金(jin)剛石(shi)(shi)復(fu)合(he)片生產(chan)(chan)技(ji)術研究也取(qu)得了(le)長足的進步，目(mu)前市場上已(yi)可(ke)提供最(zui)大直徑(jing)尺寸達40~50 mm規格的質量優良的產(chan)(chan)品。聚晶(jing)金(jin)剛石(shi)(shi)和(he)金(jin)剛石(shi)(shi)復(fu)合(he)片的尺寸大型化能夠擴大其(qi)應用(yong)范(fan)圍，加工出更(geng)多(duo)或(huo)形(xing)狀更(geng)復(fu)雜(za)的小單元。更(geng)重要的是對于(yu)刀具(ju)和(he)拉(la)絲模這類用(yong)途，大直徑(jing)產(chan)(chan)品可(ke)以大大降低聚晶(jing)金(jin)剛石(shi)(shi)和(he)金(jin)剛石(shi)(shi)復(fu)合(he)片小單元的成本，將(jiang)更(geng)受歡(huan)迎。

2）聚晶金剛石和金剛石復合片的晶粒細化

金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)晶粒(li)細化可(ke)以顯著提(ti)高(gao)材料的(de)(de)抗彎(wan)強度(du)(du)，同時使金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)復合片工具(ju)獲得更(geng)低的(de)(de)加工表面粗(cu)糙度(du)(du)。目前(qian)的(de)(de)切(qie)削(xue)刀具(ju)用金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)復合片和(he)拉拔工具(ju)用聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)晶粒(li)度(du)(du)都(dou)在微(wei)米(mi)級水平(ping)。對亞微(wei)米(mi)級甚至(zhi)更(geng)細的(de)(de)聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)研(yan)(yan)究已有二、三十年(nian)歷史，大部分研(yan)(yan)究采用的(de)(de)是爆炸(zha)法。雖(sui)有一(yi)定(ding)的(de)(de)研(yan)(yan)究成果，但整個研(yan)(yan)究水平(ping)未見明顯提(ti)高(gao)。另外，因為其(qi)制作的(de)(de)高(gao)難度(du)(du)和(he)性能的(de)(de)局限，至(zhi)今還未出現廣泛的(de)(de)應用。

晶(jing)粒(li)的(de)細化會給聚晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)帶來(lai)(lai)更好、更特別的(de)性能(neng)，因此它仍然是未(wei)來(lai)(lai)聚晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)發展(zhan)的(de)方向。近十幾年(nian)來(lai)(lai)納米技術的(de)蓬(peng)勃發展(zhan)，也(ye)促(cu)使專家學者關注(zhu)并(bing)投入到納米晶(jing)粒(li)度多晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)的(de)研(yan)究中。工業應(ying)用也(ye)一直期待著由穩定(ding)的(de)制造(zao)工藝得(de)到穩定(ding)的(de)納米聚晶(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)產品。

3）金剛石復合片層間內界面的新型結構設計

非平面結合(he)(he)(he)(he)是(shi)指(zhi)硬(ying)質合(he)(he)(he)(he)金基(ji)體(ti)與(yu)聚晶(jing)金剛石層間采(cai)用(yong)波浪形(xing)、鋸齒形(xing)等曲面結合(he)(he)(he)(he)，后來(lai)又進一(yi)步發展為臺(tai)階(jie)形(xing)、同(tong)心圓、螺(luo)旋(xuan)、間斷(duan)的(de)(de)圓弧(hu)或(huo)其(qi)他更復雜的(de)(de)立體(ti)幾何形(xing)式結合(he)(he)(he)(he)。這些措施在一(yi)定(ding)程度上提高了復合(he)(he)(he)(he)片的(de)(de)機械(xie)結合(he)(he)(he)(he)強度，降低(di)了硬(ying)質合(he)(he)(he)(he)金基(ji)體(ti)與(yu)聚晶(jing)金剛石層間的(de)(de)殘余應力，提高了鉆(zhan)齒的(de)(de)整(zheng)體(ti)抗沖(chong)擊(ji)強度，取得了很(hen)好的(de)(de)使用(yong)效(xiao)果。

通過有限元計算可以得(de)到不同(tong)形狀層(ceng)間內(nei)界面(mian)下金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)片(pian)的(de)(de)殘余應力分布，從而判斷(duan)所設計的(de)(de)層(ceng)間內(nei)界面(mian)結構是否合(he)理。從20世(shi)紀90年代起，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)片(pian)石(shi)油鉆齒出(chu)現了非平面(mian)結合(he)的(de)(de)革命(ming)性改變。因(yin)此，如何設計出(chu)更合(he)理更有效的(de)(de)界面(mian)結構，是改進(jin)和提高金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)片(pian)性能質量的(de)(de)重要(yao)技術(shu)，也是未來金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)片(pian)的(de)(de)研(yan)究發展方向之一。

4）金剛石復合片表面狀態的改性研究

20世紀90年(nian)代(dai)中(zhong)后(hou)期，開(kai)始大量采用鏡(jing)面拋光的鉆(zhan)探用金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合(he)片(pian)(pian)鉆(zhan)齒(chi)(chi)。經(jing)過拋光的金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表面被認為更有利于金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合(he)片(pian)(pian)鉆(zhan)齒(chi)(chi)的排(pai)屑(xie)，降低了(le)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合(he)片(pian)(pian)鉆(zhan)頭(tou)發生泥(ni)包的概率，能夠明顯提高(gao)鉆(zhan)進速度(du)，延長鉆(zhan)頭(tou)使用壽命。將(jiang)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合(he)片(pian)(pian)中(zhong)的鈷去(qu)除可以提高(gao)耐熱性(xing)的研究(jiu)早在20世紀80年(nian)代(dai)已有報道。美國NOV公司(si)重新利用該成(cheng)果近幾年(nian)推(tui)出脫(tuo)鈷金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合(he)片(pian)(pian)，并(bing)得(de)到專利保護(hu)。

脫鈷(gu)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)片是將金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)片表面(mian)深約0.3 mm的鈷(gu)相(xiang)(xiang)從金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)相(xiang)(xiang)間(jian)去除，消除了(le)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)片工作在較高溫度下鈷(gu)的危害(hai)作用(yong)，大(da)大(da)提(ti)高了(le)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)片鉆齒的耐磨性，據稱可以比未脫鈷(gu)的金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合(he)片壽命提(ti)高三倍(bei)。

5）異型端面金剛石復合片技術研究

鉆(zhan)(zhan)(zhan)探(tan)(tan)用(yong)外齒(chi)(chi)(chi)型(xing)(xing)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)是將金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)端面(mian)(mian)由平面(mian)(mian)改為齒(chi)(chi)(chi)面(mian)(mian)，齒(chi)(chi)(chi)面(mian)(mian)可以(yi)是波浪形、鋸齒(chi)(chi)(chi)形或(huo)梯形。焊接金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭時(shi)應使金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)端面(mian)(mian)上異型(xing)(xing)溝槽指向巖(yan)石(shi)(shi)(shi)(shi)面(mian)(mian)，在巖(yan)石(shi)(shi)(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)探(tan)(tan)工作中(zhong)帶(dai)溝槽鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)工作部位（刃口）逐漸形成了一排“牙(ya)齒(chi)(chi)(chi)”，這排齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)切巖(yan)能力和(he)效果(guo)要遠勝過平面(mian)(mian)無齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)，而且(qie)這種效果(guo)基本上可以(yi)一直(zhi)保持到整個鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)失效。用(yong)這種新(xin)型(xing)(xing)鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)制作成鉆(zhan)(zhan)(zhan)頭，可以(yi)明顯改進(jin)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)破巖(yan)效率，特別是對付(fu)軟弱型(xing)(xing)巖(yan)層，解(jie)決(jue)了金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)易打滑的(de)(de)(de)技術難題。

6）少添加或無添加黏結相聚晶金剛石技術的研究

在(zai)少添加乃至無添加黏結(jie)相的條件下，將金剛(gang)石燒結(jie)在(zai)一起，是超高壓(ya)合成聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石（PCD）研究領域專(zhuan)家學者長(chang)期以(yi)來(lai)要(yao)實現的目標。自從透明(ming)的聚(ju)晶(jing)立方氮化硼(peng)研制成功(gong)(gong)以(yi)來(lai)，一直期待著純(chun)的、一定厚度的透明(ming)PCD能(neng)夠(gou)誕(dan)生。因為純(chun)PCD不但會(hui)在(zai)工(gong)具(ju)材(cai)料的性能(neng)上產(chan)生飛躍(yue)，也會(hui)在(zai)功(gong)(gong)能(neng)材(cai)料上迎來(lai)廣闊的應用空間。