聚晶金剛石復(fù)合片(polycrystalline diamond compact,PDC)是以金剛石微粉為原料,WC硬質(zhì)合金作為基體,通過(guò)特定的合成工藝在高溫高壓條件下燒結(jié)而成的一種超硬復(fù)合材料。復(fù)合片兼具金剛石硬度高、耐磨性好以及硬質(zhì)合金抗沖擊性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已從深井鉆探的使用擴(kuò)大到礦床勘探及機(jī)械加工等各個(gè)領(lǐng)域。耐磨性作為PDC使用的重要特性,一般用磨耗比這個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行表征,PDC生產(chǎn)廠家都在竭盡可能地提高其耐磨性,但是由于影響PDC的耐磨性的因素很多,各因素之間又相互制約,所以進(jìn)一步提高PDC的耐磨性還存在一些問(wèn)題。
聚晶金剛石復(fù)合片兼有聚晶金剛石極高的耐磨性以及硬質(zhì)合金的高抗沖擊性。金剛石層刃口鋒利而且具有自銳性,能夠始終保持切削刃的銳利,因此非常適用于石油和地質(zhì)鉆探中的軟地層直至中硬地層的勘探,效果非常好。聚晶金剛石復(fù)合片中的金剛石含量高達(dá)99%,故金剛石層硬度極高、耐磨性極好,其洛氏硬度為6.5104~7.0104MPa,甚至更高。硬質(zhì)合金基體克服了聚晶金剛石硬而脆的不足,大大提高了產(chǎn)品整體的抗沖擊韌性。硬質(zhì)合金的易焊接性則解決了聚晶金剛石很難通過(guò)焊接方法與其他材料結(jié)合的難題,可以使聚晶金剛石復(fù)合片豎直鑲焊在鉆頭上。
聚晶金剛石復(fù)合片的主要特性如下:
1)具有極高的硬度。聚晶金剛石的硬度為HV7500~9000,僅次于天然金剛石。其強(qiáng)度由于有韌性較高的硬質(zhì)合金支撐,復(fù)合抗彎強(qiáng)度可達(dá)1500MPa。
2)具有很高的耐磨性。聚晶金剛石的耐磨性一般為硬質(zhì)合金的60~80倍。在切削硬度較高(>HV1500)的非金屬材料時(shí),耐用度極高。
3)具有較低的摩擦因數(shù)。聚晶金剛石與有色金屬的摩擦因數(shù)為0.1~0.3,而硬質(zhì)合金與有色金屬的摩擦因數(shù)是0.3~0.6。由聚晶金剛石(簡(jiǎn)稱PCD)材料制作的PCD刀具,與硬質(zhì)合金刀具相比可降低切削力和切削溫度約1/2~1/3。
4)具有很高的導(dǎo)熱性。聚晶金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)是硬質(zhì)合金的1.5~7倍,可以大大降低切削區(qū)的溫度,提高刀具耐用度。
5)具有較小的膨脹系數(shù)。聚晶金剛石的線膨脹系數(shù)很小,約為一般鋼的1/10。另外,因?yàn)榈度袖h利,已加工表面加工硬化程度僅為硬質(zhì)合金刀具的1/3左右,所以加工精度好。
6)可以根據(jù)需要制作成各種尺寸和形狀。
7)表現(xiàn)出比單晶金剛石明顯優(yōu)越的韌性和抗沖擊性能,在一定程度上彌補(bǔ)了單晶金剛石脆性大、易解理破裂的缺點(diǎn)。