【聚晶金(jin)剛石(shi)復(fu)(fu)合片(pian)】聚晶金(jin)剛石(shi)復(fu)(fu)合片(pian)性能和(he)切削特點

聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)是將聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)薄層(ceng)(ceng)附(fu)著黏結在硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)襯底上的(de)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)。聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)兼有(you)聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)極高(gao)的(de)耐(nai)磨性(xing)以及硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)高(gao)抗沖擊(ji)性(xing)。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)層(ceng)(ceng)刃口鋒利(li)而(er)且具有(you)自銳性(xing)，能夠始終(zhong)保持(chi)切削(xue)刃的(de)銳利(li)，因此非(fei)常適用于石(shi)(shi)油(you)和地質鉆(zhan)探(tan)中的(de)軟地層(ceng)(ceng)直至(zhi)中硬地層(ceng)(ceng)的(de)勘(kan)探(tan)，效果非(fei)常好。聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)中的(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)含量高(gao)達(da)99%，故(gu)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)層(ceng)(ceng)硬度(du)極高(gao)、耐(nai)磨性(xing)極好，其努氏硬度(du)為6.5×104~7.0×104MPa，甚至(zhi)更(geng)高(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難通過焊接方法與其他材料結(jie)合的(de)難題(ti)，可(ke)以使聚晶金剛(gang)石復合片豎直鑲焊在鉆頭上。聚晶金剛(gang)石復合片因自身性能(neng)優越(yue)，國內外競相研制和生產(chan)，從而品種(zhong)規格日益繁多(duo)，如圖1所示。

主要特性：

1）具有極高的硬度

聚(ju)晶金剛石的硬(ying)(ying)度(du)為HV7500~9000，僅次于天然金剛石。而且其(qi)硬(ying)(ying)度(du)和耐磨性各向同性，不需(xu)選向。其(qi)強度(du)由于有(you)韌性較(jiao)高(gao)的硬(ying)(ying)質(zhi)合金支(zhi)撐，復(fu)合抗彎強度(du)可達1500 MPa。

2）具有很高的耐磨性

聚晶金(jin)剛石(shi)的(de)耐磨性一般為硬質(zhi)合金(jin)的(de)60~80倍(bei)。在切削(xue)硬度較高(>HV1500)的(de)非金(jin)屬材料時(shi)，耐用(yong)度極高。

3） 具有較低的摩擦因數

聚晶金(jin)(jin)剛石與有(you)色金(jin)(jin)屬的摩(mo)擦因 數為0.1~0.3，而(er)硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)與有(you)色金(jin)(jin)屬的摩(mo)擦因數是(shi)0.3~0.6。由聚晶金(jin)(jin)剛石(簡稱PCD)材料制作的PCD刀具(ju)，與硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)刀具(ju)相比(bi)可降(jiang)低切(qie)(qie)削(xue)力和切(qie)(qie)削(xue)溫度(du)約1/2~1/3。

4）具有很高的導熱性

聚晶金剛石的(de)導熱(re)系(xi)數是硬質(zhi)合金的(de)1.5~7倍，可(ke)以大大降(jiang)低切(qie)削(xue)區的(de)溫(wen)度，提高刀具耐用(yong)度。

5）具有較小的膨脹系數

聚晶金(jin)剛(gang)石的(de)(de)線膨脹系(xi)數很小，約為一般鋼的(de)(de)1/10。另外，因(yin)為刀刃鋒(feng)利，已加(jia)工表面加(jia)工硬(ying)化程度僅(jin)為硬(ying)質(zhi)合金(jin)刀具的(de)(de)1/3左右，所以(yi)加(jia)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：

人們對制(zhi)造聚晶金剛石的(de)設想(xiang)大概(gai)來源于對天然“卡布納多”金剛石的(de)認識(shi)——這種金剛石由無數微小的(de)金剛石顆(ke)粒(li)組成，含有少量的(de)雜質，顆(ke)粒(li)呈無序排(pai)列(lie)、無解理(li)面，具(ju)有很高(gao)的(de)硬度、強度和耐磨(mo)性，在(zai)自(zi)然界很稀少。

從(cong)20世紀60 年代起，美國與前蘇聯(lian)的科學(xue)家就(jiu)嘗(chang)試人(ren)工合(he)成(cheng)“卡布(bu)納多”。

1964 年(nian)GE 公司的Delai 首次以“某些金(jin)屬添加劑能使金(jin)剛(gang)石與金(jin)剛(gang)石之間產(chan)生直接(jie)結合”申請了(le)美國(guo)專利。

1966 年Blainley 等人提出用親和性金(jin)(jin)屬為結合(he)劑(ji)制取金(jin)(jin)剛石聚結體。

1967 年前蘇(su)聯斯拉烏季契的(de)金(jin)剛石與硬(ying)質合金(jin)的(de)混合燒結體(ti)以及由石墨(mo)相變聚結的(de)人造“巴拉斯”和人造“卡布納(na)多”的(de)報(bao)告相繼(ji)發表。

1970 年美(mei)國Hall 和Stromberg 完成燒結金剛石(shi)的試驗。

1971年katzman 公布金剛石微粒(li)通過鈷融(rong)熔再結晶聚結的報(bao)告。

1971 年GE 公司(si)發明(ming)了由硬質合金支撐的(de)聚晶(jing)金剛石復合片（簡稱PDC）。

1972—1973 年正式用(yong)于商品化生產，起初(chu)應用(yong)于機械(xie)加(jia)工刀具(ju)。

1976年正式向市場提供石油、地質鉆頭專用系(xi)列產品(pin)。

1981 年該(gai)產品獲美國近(jin)海技術(shu)工程(cheng)特(te)別貢獻獎。

在英國，De Bees 公(gong)司于1977 年(nian)研制成功(gong)適合于機械加(jia)工用(yong)的PDC，1983年(nian)向市場出(chu)售石(shi)油、地質鉆頭(tou)專用(yong)系列PDC 產品。

而美國的(de)合(he)成公(gong)司于1983 年才進入(ru)PDC 市(shi)場(chang)，經過卓有成效的(de)研發工作(zuo)及(ji)堅持不懈的(de)努力，使其產品的(de)耐磨性、抗沖擊性大為提高，從而在1997 年成為了(le)鉆井PDC 市(shi)場(chang)份(fen)額的(de)領先者。

另外(wai)美國的(de)梅加(jia)金(jin)剛石公司、丹尼斯工(gong)具以(yi)及鳳(feng)凰(huang)晶體公司也分別向鉆(zhan)頭公司及其他鉆(zhan)井(jing)工(gong)具服務公司或一(yi)些(xie)定向的(de)終端(duan)用(yong)戶(hu)提供PDC、牙輪鉆(zhan)頭專用(yong)的(de)一(yi)些(xie)異(yi)形(xing)PDC 齒及軸承(cheng)用(yong)PDC。

多(duo)年來PDC 在諸(zhu)多(duo)應用領(ling)域的(de)卓越表現證明，這無疑是材料科學領(ling)域具(ju)有劃時代意義的(de)發明。

主要分類：

結合劑(ji)類(lei)型的不同導致聚晶金剛(gang)(gang)石的顯(xian)微組織結構中金剛(gang)(gang)石相的結合方式及其性(xing)能出(chu)現明顯(xian)差異。劃(hua)分(fen)(fen)聚晶金剛(gang)(gang)石類(lei)型對實際應用具有重要意義。從合成(cheng)工藝、產(chan)品宏觀特性(xing)及顯(xian)微結構特點的角度出(chu)發，聚晶金剛(gang)(gang)石可以分(fen)(fen)為三種類(lei)型。

1）生長-燒結型聚晶金剛石

金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)顆(ke)粒(li)被燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一起，晶粒(li)之間(jian)界面上以(yi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)—金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)鍵合(he)(he)方式結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)，金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)相形(xing)成(cheng)整(zheng)體的(de)(de)剛(gang)性(xing)骨架結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)構。作(zuo)為(wei)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)助劑的(de)(de)鐵族金(jin)(jin)(jin)(jin)屬或合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)則以(yi)孤島形(xing)態彌(mi)散分布在骨架內。該類聚晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)常用(yong)的(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)劑是Co或Co合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)、Ni或Ni合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)。燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中以(yi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)顆(ke)粒(li)長(chang)大和顆(ke)粒(li)間(jian)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頸的(de)(de)生長(chang)為(wei)主，該種聚晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具有耐磨性(xing)好(hao)、硬度高等特點，但其熱穩(wen)定性(xing)較差，耐熱溫(wen)度一般在700℃左(zuo)右。圖2為(wei)生長(chang)-燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)型聚晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)顯微組織示意(yi)圖。

2）燒結型聚晶金剛石

結(jie)(jie)合相(xiang)(xiang)主要(yao)是(shi)碳(tan)化物相(xiang)(xiang)，它將金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)顆粒包覆結(jie)(jie)結(jie)(jie)在一(yi)起，形成典型(xing)的(de)粉末(mo)冶金液相(xiang)(xiang)燒結(jie)(jie)材料的(de)顯(xian)微組織結(jie)(jie)構(gou)，見圖3。常用的(de)結(jie)(jie)合劑(ji)有(you)Si、Ti、Si-Ti、Si-Ni、Si-Ti-B等。燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)有(you)很好(hao)的(de)耐(nai)(nai)熱(re)性，耐(nai)(nai)熱(re)溫度(du)可達(da)1200℃。與生(sheng)長(chang)-燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)相(xiang)(xiang)比，其耐(nai)(nai)磨(mo)性較(jiao)差，但成本低，對(dui)于一(yi)些對(dui)耐(nai)(nai)磨(mo)性要(yao)求(qiu)不高(gao)或(huo)對(dui)耐(nai)(nai)熱(re)性要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)的(de)應用場合燒結(jie)(jie)型(xing)聚晶金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)有(you)其優(you)勢(shi)。

3）生長型聚晶金剛石

以石(shi)墨(mo)(mo)和觸媒(mei)金(jin)屬為原料，在超(chao)高壓(ya)高溫條件(jian)下使(shi)石(shi)墨(mo)(mo)轉變為金(jin)剛石(shi)，并依靠金(jin)剛石(shi)的(de)生(sheng)長(chang)使(shi)金(jin)剛石(shi)顆粒燒(shao)結在一起。由于石(shi)墨(mo)(mo)不能完全轉變，聚晶金(jin)剛石(shi)的(de)性能很難控制。該種類(lei)型(xing)的(de)聚晶金(jin)剛石(shi)僅限實驗室試制，還未見商品化(hua)產品。

制造工藝：

聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)和金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合(he)片(pian)一般由靜態超(chao)(chao)高壓-高溫(wen)方(fang)法(fa)制造，所用(yong)設(she)備主要有(you)六面(mian)頂(ding)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)專用(yong)液壓機和年輪式兩面(mian)頂(ding)壓機，這些超(chao)(chao)高壓設(she)備與(yu)合(he)成(cheng)人(ren)造金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)單晶所用(yong)設(she)備完全相(xiang)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4

圖5

2）靜態超高壓設備

目前生產(chan)(chan)(chan)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)和(he)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)靜態超(chao)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)備(bei)(bei)(bei)有兩種類型(xing)：中國(guo)(包括(kuo)少(shao)部分國(guo)外廠家)普遍采(cai)用鉸鏈式六面(mian)(mian)頂(ding)(ding)超(chao)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)備(bei)(bei)(bei)（或稱作(zuo)(zuo)六面(mian)(mian)頂(ding)(ding)壓(ya)(ya)機）作(zuo)(zuo)為主(zhu)(zhu)要(yao)設(she)備(bei)(bei)(bei)；國(guo)外則主(zhu)(zhu)要(yao)采(cai)用年(nian)輪式兩面(mian)(mian)頂(ding)(ding)壓(ya)(ya)超(chao)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)備(bei)(bei)(bei)（或稱作(zuo)(zuo)兩面(mian)(mian)頂(ding)(ding)壓(ya)(ya)機）。六面(mian)(mian)頂(ding)(ding)超(chao)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)備(bei)(bei)(bei)生產(chan)(chan)(chan)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)或金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)優(you)(you)點是(shi)(shi)：產(chan)(chan)(chan)生的(de)(de)壓(ya)(ya)力場更接近水靜壓(ya)(ya)力，合(he)(he)(he)(he)成腔內(nei)的(de)(de)應力場狀態更為合(he)(he)(he)(he)理；機器(qi)工作(zuo)(zuo)效率(lv)高(gao)，設(she)備(bei)(bei)(bei)造(zao)價相對低廉。缺點是(shi)(shi)合(he)(he)(he)(he)成腔體大(da)型(xing)化(hua)困難。兩面(mian)(mian)頂(ding)(ding)超(chao)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)備(bei)(bei)(bei)生產(chan)(chan)(chan)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)或金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合(he)(he)(he)(he)片(pian)的(de)(de)優(you)(you)點是(shi)(shi)：壓(ya)(ya)力和(he)溫度(du)的(de)(de)控(kong)制精度(du)較高(gao)；合(he)(he)(he)(he)成腔體大(da)型(xing)化(hua)易于實(shi)現，適合(he)(he)(he)(he)于生產(chan)(chan)(chan)大(da)尺(chi)寸產(chan)(chan)(chan)品(pin)或單次(ci)合(he)(he)(he)(he)成多個產(chan)(chan)(chan)品(pin)。缺點是(shi)(shi)設(she)備(bei)(bei)(bei)運行成本高(gao)。

性能指標：

1）耐磨性

聚晶金剛(gang)石(shi)(shi)作(zuo)為切(qie)削或鉆削工(gong)具(ju)材料使用時，其耐(nai)磨(mo)性與(yu)工(gong)具(ju)的(de)壽命具(ju)有直接的(de)對(dui)應(ying)關(guan)系，因(yin)此耐(nai)磨(mo)性成為聚晶金剛(gang)石(shi)(shi)最重要的(de)性能指標。聚晶金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)耐(nai)磨(mo)性通常用磨(mo)耗(hao)(hao)比(bi)來(lai)表示。目前聚晶金剛(gang)石(shi)(shi)磨(mo)耗(hao)(hao)比(bi)的(de)測定方法采用的(de)是(shi)行(xing)業標準“人(ren)造(zao)金剛(gang)石(shi)(shi)燒結體磨(mo)耗(hao)(hao)比(bi)測定方法”。

2）熱穩定性

熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)也被(bei)稱(cheng)為耐(nai)熱(re)(re)性(xing)，一般用耐(nai)熱(re)(re)溫度表示，是(shi)指(zhi)聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石要(yao)保持性(xing)能基本不變所能承(cheng)受的最高熱(re)(re)處理溫度。熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)是(shi)聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石重(zhong)要(yao)的性(xing)能指(zhi)標之一，它涉及到制(zhi)(zhi)作聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石工(gong)具(ju)(ju)的工(gong)藝過程以及工(gong)具(ju)(ju)的使用環境，是(shi)工(gong)具(ju)(ju)制(zhi)(zhi)造(zao)者必須重(zhong)點考慮的性(xing)能參數。加工(gong)制(zhi)(zhi)造(zao)時所用溫度過高或工(gong)具(ju)(ju)在過高溫度下使用，都會使聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石工(gong)具(ju)(ju)使用效果(guo)變差。

3）抗沖擊韌性

抗(kang)沖(chong)擊韌性(xing)是指(zhi)聚晶金剛石(shi)(shi)或金剛石(shi)(shi)復(fu)合片(pian)在(zai)沖(chong)擊載荷作用下不發生破壞的(de)最大能力(li)。該性(xing)能指(zhi)標(biao)對于聚晶金剛石(shi)(shi)工具能否發揮其具有(you)硬度高、耐磨性(xing)好、壽(shou)命長等特點至關重要。

4）抗彎強度

采(cai)用三點彎曲試驗測定聚(ju)晶(jing)金(jin)剛(gang)石的(de)抗(kang)彎強度。聚(ju)晶(jing)金(jin)剛(gang)石試樣可以(yi)制成棒狀(zhuang)，也(ye)可以(yi)是(shi)圓片狀(zhuang)。

5）硬度

聚(ju)晶(jing)金剛石的硬度值(zhi)很高，僅次于(yu)單晶(jing)金剛石，一般用努氏（Knoop）硬度來測量。

6）導電性

一般(ban)來講，聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)導電(dian)(dian)性(xing)不是很(hen)好，電(dian)(dian)阻值(zhi)很(hen)大。普(pu)通(tong)的(de)電(dian)(dian)火花(hua)(hua)加(jia)(jia)工設備(bei)很(hen)難勝任(ren)對聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)的(de)加(jia)(jia)工，必須有專用的(de)電(dian)(dian)火花(hua)(hua)加(jia)(jia)工電(dian)(dian)源才能夠獲得可以接受的(de)加(jia)(jia)工速度。即使如此(ci)，專用電(dian)(dian)火花(hua)(hua)設備(bei)加(jia)(jia)工聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)仍比普(pu)通(tong)電(dian)(dian)火花(hua)(hua)設備(bei)加(jia)(jia)工金(jin)(jin)(jin)屬材料要慢很(hen)多(duo)。

7）耐腐蝕性

生(sheng)長-燒(shao)結(jie)型聚(ju)晶金剛(gang)石(shi)在酸液或(huo)堿(jian)液中長時間(jian)加熱處(chu)理后(hou)，其力學性(xing)能(neng)（硬度、耐磨性(xing)等(deng)）基本保持不變。生(sheng)長-燒(shao)結(jie)型聚(ju)晶金剛(gang)石(shi)在強酸處(chu)理后(hou)，由于作為結(jie)合劑的金屬相(xiang)與酸反應后(hou)從聚(ju)晶金剛(gang)石(shi)(簡稱(cheng)PCD)中被浸出，PCD的導(dao)電性(xing)明顯下(xia)降。

燒結型聚晶(jing)金剛(gang)石的主相金剛(gang)石和結合相碳化物(wu)(wu)都(dou)具有耐酸堿腐蝕的特性(xing)(xing)。聚晶(jing)金剛(gang)石在酸液或堿液中長時(shi)間(jian)加熱處理后，其力學性(xing)(xing)能和物(wu)(wu)理性(xing)(xing)能基本保持不變(bian)。

應用領域：

1）聚晶金剛石鉆頭

適用于石(shi)油鉆探(tan)、地質勘探(tan)的(de)小直(zhi)徑(jing)聚晶金剛(gang)石(shi)鉆頭（圖6）成本相比于天然金剛(gang)石(shi)非常低(di)廉，且耐磨性高。

2）聚晶金剛石噴嘴

目(mu)前(qian)(qian)五金(jin)(jin)和(he)(he)機械行業進行噴(pen)(pen)(pen)砂噴(pen)(pen)(pen)丸加工時(shi)(shi)普(pu)遍使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)是氧化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)、硬(ying)質合(he)金(jin)(jin)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)和(he)(he)碳(tan)化(hua)硼噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)。由聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)材料(liao)制成的(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)比普(pu)通材料(liao)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)的(de)(de)壽(shou)命(ming)提(ti)高了(le)10~200倍，獲得了(le)前(qian)(qian)所未(wei)有(you)(you)的(de)(de)長使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。采(cai)用(yong)(yong)聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)能(neng)夠大(da)幅(fu)降低材料(liao)消耗(hao)，明(ming)顯提(ti)高工作效率，還可(ke)(ke)以大(da)大(da)減(jian)少市(shi)場(chang)對陶(tao)瓷(ci)磨料(liao)和(he)(he)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)(de)需求，具(ju)有(you)(you)明(ming)顯的(de)(de)節能(neng)和(he)(he)環保的(de)(de)社會效益。聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)具(ju)有(you)(you)性能(neng)可(ke)(ke)靠、壽(shou)命(ming)極(ji)長的(de)(de)特(te)(te)點，適用(yong)(yong)于很多耐磨性要(yao)求高的(de)(de)場(chang)合(he)。同時(shi)(shi)因(yin)為具(ju)有(you)(you)耐酸、耐堿、耐腐(fu)蝕的(de)(de)特(te)(te)點，聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)還適用(yong)(yong)于水切割、酸堿液噴(pen)(pen)(pen)口、泥漿噴(pen)(pen)(pen)射口等場(chang)合(he)，市(shi)場(chang)和(he)(he)應用(yong)(yong)前(qian)(qian)景極(ji)為可(ke)(ke)觀(guan)。

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(shou)命更(geng)(geng)長(chang)承載能(neng)力更(geng)(geng)高。

4）石材加工

將鉆探用金(jin)剛石復合片切(qie)割(ge)成四(si)方形(xing)或長條形(xing)應用于軟石材的開采(cai)和(he)切(qie)割(ge)工(gong)具，可以得(de)到更(geng)高的加工(gong)效率。

5）其他耐磨器件的應用

聚晶金剛石用(yong)于電子元器件貼片封裝貼片機的(de)吸嘴、要求高(gao)耐磨的(de)V形槽表面、要求高(gao)耐磨或低(di)粗糙度的(de)模具或夾具部(bu)件等(deng)都取得了(le)好的(de)使用(yong)效果。

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

隨著生產(chan)技術的(de)(de)進(jin)步(bu)和應用領域的(de)(de)不斷拓(tuo)展，可(ke)能對(dui)聚晶金剛石(shi)和金剛石(shi)復合片工具(ju)或刀具(ju)的(de)(de)尺寸大(da)型化(hua)(hua)要求會(hui)越來越強烈。目前，某些國外(wai)公司可(ke)批量生產(chan)直徑達50.8~ 80.0 mm的(de)(de)規(gui)格產(chan)品(pin)。甚至(zhi)有國外(wai)廠家聲稱(cheng)已制造出(chu)可(ke)以(yi)商品(pin)化(hua)(hua)的(de)(de)直徑120 mm的(de)(de)金剛石(shi)復合片。

近年(nian)來，國內刀(dao)具用金剛(gang)石(shi)復合(he)片生產(chan)技術研究也取(qu)得了(le)長足的(de)進步，目前市(shi)場上已可提供最大直(zhi)徑尺(chi)寸(cun)(cun)達40~50 mm規(gui)格的(de)質(zhi)量優良的(de)產(chan)品(pin)。聚晶金剛(gang)石(shi)和金剛(gang)石(shi)復合(he)片的(de)尺(chi)寸(cun)(cun)大型化能夠擴大其應用范圍，加(jia)工出更多或形狀(zhuang)更復雜的(de)小單元。更重要的(de)是(shi)對于(yu)刀(dao)具和拉絲模這類用途(tu)，大直(zhi)徑產(chan)品(pin)可以大大降低聚晶金剛(gang)石(shi)和金剛(gang)石(shi)復合(he)片小單元的(de)成本(ben)，將更受歡迎。

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)晶粒細化可以顯著提高材料的(de)抗彎強度(du)，同時使金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合片工(gong)具(ju)獲得更低的(de)加工(gong)表面粗糙度(du)。目前的(de)切削刀具(ju)用(yong)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)復(fu)合片和拉拔工(gong)具(ju)用(yong)聚晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)晶粒度(du)都在微米級水(shui)平。對亞微米級甚至更細的(de)聚晶金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)研(yan)究(jiu)已有二、三十年(nian)歷(li)史，大部分研(yan)究(jiu)采用(yong)的(de)是(shi)爆炸法。雖有一定(ding)的(de)研(yan)究(jiu)成果，但(dan)整(zheng)個研(yan)究(jiu)水(shui)平未見明顯提高。另外(wai)，因為其制作的(de)高難度(du)和性能(neng)的(de)局限，至今還未出現廣泛的(de)應用(yong)。

晶(jing)粒的(de)細化會(hui)給聚(ju)(ju)晶(jing)金(jin)剛石帶來更好、更特別的(de)性能，因此它仍然是(shi)未來聚(ju)(ju)晶(jing)金(jin)剛石發展的(de)方(fang)向。近十幾(ji)年來納(na)米(mi)技(ji)術的(de)蓬(peng)勃發展，也促(cu)使專家學者關注并投入到納(na)米(mi)晶(jing)粒度(du)多晶(jing)金(jin)剛石的(de)研究中(zhong)。工(gong)業應(ying)用也一直期待著由(you)穩定的(de)制造工(gong)藝得(de)到穩定的(de)納(na)米(mi)聚(ju)(ju)晶(jing)金(jin)剛石產品。

3）金剛石復合片層間內界面的新型結構設計

非平面結(jie)(jie)合(he)是指硬(ying)(ying)質合(he)金(jin)(jin)基(ji)體(ti)與(yu)聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石層間(jian)采用(yong)波浪形(xing)、鋸齒形(xing)等曲面結(jie)(jie)合(he)，后來又進一步(bu)發展(zhan)為臺階形(xing)、同心圓、螺(luo)旋、間(jian)斷(duan)的(de)(de)圓弧或其他(ta)更復雜的(de)(de)立體(ti)幾何形(xing)式結(jie)(jie)合(he)。這些措施在一定(ding)程度上提高了(le)復合(he)片的(de)(de)機械結(jie)(jie)合(he)強度，降低(di)了(le)硬(ying)(ying)質合(he)金(jin)(jin)基(ji)體(ti)與(yu)聚晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石層間(jian)的(de)(de)殘余應力，提高了(le)鉆齒的(de)(de)整(zheng)體(ti)抗沖擊強度，取得了(le)很好的(de)(de)使(shi)用(yong)效果。

通過有限元計算可以(yi)得到不同形狀(zhuang)層間內(nei)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)下(xia)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合(he)(he)片(pian)(pian)(pian)的(de)殘余應(ying)力分布，從而(er)判斷所設計的(de)層間內(nei)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)結構(gou)是否合(he)(he)理(li)。從20世紀90年代起，金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合(he)(he)片(pian)(pian)(pian)石(shi)油鉆齒出(chu)現了非平面(mian)(mian)(mian)結合(he)(he)的(de)革命性改變。因此，如(ru)何設計出(chu)更(geng)合(he)(he)理(li)更(geng)有效的(de)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)結構(gou)，是改進和提(ti)高(gao)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合(he)(he)片(pian)(pian)(pian)性能質量的(de)重要技術，也是未(wei)來金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合(he)(he)片(pian)(pian)(pian)的(de)研究發展方向之一。

4）金剛石復合片表面狀態的改性研究

20世紀90年(nian)代中后(hou)期(qi)，開始(shi)大(da)量采用(yong)鏡面拋光的(de)(de)鉆(zhan)探(tan)用(yong)金剛(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)鉆(zhan)齒(chi)。經過拋光的(de)(de)金剛(gang)石(shi)表面被認為更有(you)(you)利于金剛(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)鉆(zhan)齒(chi)的(de)(de)排屑，降低了(le)金剛(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)鉆(zhan)頭(tou)(tou)發生(sheng)泥包的(de)(de)概率，能夠明顯提(ti)高鉆(zhan)進速(su)度，延長鉆(zhan)頭(tou)(tou)使用(yong)壽命。將金剛(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)中的(de)(de)鈷(gu)(gu)去除可以提(ti)高耐熱性的(de)(de)研(yan)究早在20世紀80年(nian)代已(yi)有(you)(you)報(bao)道。美(mei)國NOV公司重新利用(yong)該成果近幾年(nian)推(tui)出(chu)脫鈷(gu)(gu)金剛(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)，并得到專利保護。

脫鈷金(jin)(jin)剛石復合(he)(he)片是將金(jin)(jin)剛石復合(he)(he)片表面(mian)深約0.3 mm的(de)鈷相從金(jin)(jin)剛石相間去除(chu)，消(xiao)除(chu)了金(jin)(jin)剛石復合(he)(he)片工作在較高溫度下鈷的(de)危害(hai)作用，大(da)大(da)提(ti)高了金(jin)(jin)剛石復合(he)(he)片鉆齒的(de)耐(nai)磨性，據(ju)稱可以比未脫鈷的(de)金(jin)(jin)剛石復合(he)(he)片壽命提(ti)高三倍。

5）異型端面金剛石復合片技術研究

鉆探用外齒(chi)(chi)(chi)型(xing)金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(pian)鉆齒(chi)(chi)(chi)是(shi)將金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(pian)鉆齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)金剛(gang)石端面(mian)由平面(mian)改為(wei)齒(chi)(chi)(chi)面(mian)，齒(chi)(chi)(chi)面(mian)可以是(shi)波浪形(xing)、鋸齒(chi)(chi)(chi)形(xing)或梯形(xing)。焊接金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(pian)鉆頭時應使金剛(gang)石端面(mian)上異型(xing)溝(gou)槽(cao)指向巖(yan)(yan)石面(mian)，在巖(yan)(yan)石鉆探工作中帶溝(gou)槽(cao)鉆齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)工作部位（刃(ren)口）逐漸形(xing)成了一排(pai)“牙齒(chi)(chi)(chi)”，這排(pai)齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)切巖(yan)(yan)能(neng)力和效果要遠勝過平面(mian)無齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(pian)鉆齒(chi)(chi)(chi)，而且這種效果基本上可以一直(zhi)保持到整個鉆齒(chi)(chi)(chi)失效。用這種新型(xing)鉆齒(chi)(chi)(chi)制作成鉆頭，可以明顯改進(jin)金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(pian)鉆齒(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)破(po)巖(yan)(yan)效率，特(te)別(bie)是(shi)對付軟弱(ruo)型(xing)巖(yan)(yan)層，解決了金剛(gang)石復(fu)合(he)(he)片(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

在少(shao)添(tian)加(jia)乃至(zhi)無添(tian)加(jia)黏結(jie)相的(de)(de)條件下，將金剛(gang)石燒結(jie)在一起(qi)，是超高壓合(he)成(cheng)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石（PCD）研究(jiu)領域專家(jia)學者長期(qi)以(yi)來要實(shi)現的(de)(de)目標(biao)。自從透明的(de)(de)聚(ju)晶(jing)立方氮(dan)化硼研制成(cheng)功以(yi)來，一直(zhi)期(qi)待著純的(de)(de)、一定厚度(du)的(de)(de)透明PCD能夠誕(dan)生。因為(wei)純PCD不(bu)但會(hui)在工具材(cai)料的(de)(de)性能上產生飛躍，也會(hui)在功能材(cai)料上迎來廣闊的(de)(de)應(ying)用空間。