【聚(ju)晶金(jin)剛石(shi)復合片(pian)】聚(ju)晶金(jin)剛石(shi)復合片(pian)性(xing)能和切削特點

聚晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合材料是(shi)將聚晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)薄層附著黏結(jie)在硬質合金(jin)(jin)襯底上的(de)(de)(de)復合材料。聚晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合片兼有(you)聚晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)極高(gao)的(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)性以及硬質合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)高(gao)抗沖擊性。金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)層刃口鋒(feng)利而且具有(you)自銳性，能夠始終保持切削刃的(de)(de)(de)銳利，因此(ci)非(fei)常適用于石(shi)油和地(di)質鉆探(tan)中的(de)(de)(de)軟地(di)層直(zhi)至中硬地(di)層的(de)(de)(de)勘探(tan)，效果非(fei)常好(hao)。聚晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)復合片中的(de)(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)含量高(gao)達99%，故金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)層硬度極高(gao)、耐(nai)磨(mo)性極好(hao)，其努氏(shi)硬度為6.5×104~7.0×104MPa，甚(shen)至更高(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(tong)過焊(han)接方法與其(qi)他材料結(jie)合的(de)難題(ti)，可以使聚(ju)晶金剛石復合片(pian)豎直鑲焊(han)在鉆頭(tou)上(shang)。聚(ju)晶金剛石復合片(pian)因自身性能優(you)越(yue)，國內外(wai)競(jing)相研制和生產，從而品種(zhong)規格(ge)日益繁多，如圖1所示。

主要特性：

1）具有極高的硬度

聚晶(jing)金(jin)剛石的硬度為HV7500~9000，僅(jin)次(ci)于天然金(jin)剛石。而且其(qi)硬度和耐磨性(xing)(xing)各(ge)向同性(xing)(xing)，不需選向。其(qi)強度由于有韌(ren)性(xing)(xing)較高的硬質合金(jin)支撐，復(fu)合抗彎強度可達1500 MPa。

2）具有很高的耐磨性

聚晶金剛石的(de)耐(nai)磨性一(yi)般為硬質合金的(de)60~80倍(bei)。在切削硬度較高(>HV1500)的(de)非金屬材料時，耐(nai)用度極高。

3） 具有較低的摩擦因數

聚晶(jing)金(jin)(jin)剛石與(yu)有色金(jin)(jin)屬(shu)的(de)摩擦因 數為0.1~0.3，而硬質合金(jin)(jin)與(yu)有色金(jin)(jin)屬(shu)的(de)摩擦因數是(shi)0.3~0.6。由聚晶(jing)金(jin)(jin)剛石(簡稱(cheng)PCD)材(cai)料制作的(de)PCD刀具，與(yu)硬質合金(jin)(jin)刀具相比可降低切削力和切削溫度約(yue)1/2~1/3。

4）具有很高的導熱性

聚晶金剛石(shi)的導熱系數是硬質合(he)金的1.5~7倍(bei)，可以大大降(jiang)低切削(xue)區的溫(wen)度，提高刀具耐用度。

5）具有較小的膨脹系數

聚晶金剛石的線膨脹系數很小，約為(wei)一般鋼的1/10。另(ling)外，因為(wei)刀刃(ren)鋒利，已(yi)加(jia)工(gong)(gong)表面(mian)加(jia)工(gong)(gong)硬化程度(du)(du)僅為(wei)硬質合金刀具的1/3左右(you)，所以(yi)加(jia)工(gong)(gong)精(jing)度(du)(du)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(men)對制造聚晶金(jin)剛石(shi)的(de)(de)設(she)想大概來源于對天(tian)然“卡布納多(duo)”金(jin)剛石(shi)的(de)(de)認識——這種金(jin)剛石(shi)由無數微小的(de)(de)金(jin)剛石(shi)顆粒組成，含有少量(liang)的(de)(de)雜(za)質，顆粒呈無序(xu)排列、無解理面，具有很高(gao)的(de)(de)硬度、強度和耐磨性，在自然界很稀少。

從20世紀60 年(nian)代起(qi)，美國與(yu)前蘇聯(lian)的(de)科學(xue)家(jia)就嘗試(shi)人工合成“卡布(bu)納(na)多”。

1964 年GE 公司的(de)Delai 首次以(yi)“某些(xie)金(jin)(jin)屬添加劑能使金(jin)(jin)剛(gang)石與金(jin)(jin)剛(gang)石之間產生(sheng)直(zhi)接結(jie)合”申(shen)請了美國專利(li)。

1966 年Blainley 等人(ren)提出(chu)用(yong)親和性金屬為(wei)結合劑制取金剛石(shi)聚結體。

1967 年前蘇(su)聯(lian)斯拉(la)烏(wu)季契的金(jin)剛(gang)石與硬質合金(jin)的混(hun)合燒結(jie)體以及由(you)石墨相變聚結(jie)的人(ren)造(zao)“巴(ba)拉(la)斯”和人(ren)造(zao)“卡布納多”的報告相繼發表。

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

1971年katzman 公布金剛石微粒通過(guo)鈷(gu)融熔(rong)再結晶(jing)聚結的報告。

1971 年GE 公司發明了(le)由硬質(zhi)合金支撐的聚晶金剛石復合片（簡(jian)稱PDC）。

1972—1973 年正式用于(yu)商品化生產，起初應用于(yu)機(ji)械加工刀具。

1976年正式向市場提供石油、地質鉆(zhan)頭專用系(xi)列產(chan)品。

1981 年該產品獲(huo)美國近海技(ji)術工程特別(bie)貢獻獎。

在英國，De Bees 公司于(yu)1977 年(nian)研制成功適合于(yu)機械加工用的(de)PDC，1983年(nian)向市場(chang)出售石油(you)、地(di)質鉆頭專用系(xi)列PDC 產品。

而(er)美國的(de)合成公司于1983 年才進入(ru)PDC 市場，經(jing)過卓有成效的(de)研發工作(zuo)及堅持不懈的(de)努力，使其產品的(de)耐(nai)磨性(xing)、抗沖擊(ji)性(xing)大為提高，從而(er)在(zai)1997 年成為了(le)鉆井PDC 市場份額的(de)領先者。

另外美國的(de)梅加金剛石公司(si)(si)、丹尼斯工具(ju)以及鳳凰晶(jing)體公司(si)(si)也分別(bie)向鉆頭(tou)公司(si)(si)及其(qi)他鉆井工具(ju)服務公司(si)(si)或一些(xie)定(ding)向的(de)終端用(yong)戶(hu)提供(gong)PDC、牙輪鉆頭(tou)專用(yong)的(de)一些(xie)異形PDC 齒(chi)及軸承用(yong)PDC。

多(duo)年來PDC 在諸多(duo)應(ying)用領(ling)域的(de)卓越表現證明，這無疑是(shi)材料科學領(ling)域具有劃(hua)時代意義的(de)發明。

主要分類：

結合劑類型的(de)(de)不同導致聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)顯微組織(zhi)結構(gou)(gou)中金剛(gang)石(shi)(shi)相的(de)(de)結合方(fang)式及其性能(neng)出現明顯差異。劃分聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)類型對實際應(ying)用具有重要(yao)意義。從合成工藝、產(chan)品(pin)宏觀特性及顯微結構(gou)(gou)特點(dian)的(de)(de)角度出發，聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)可以(yi)分為(wei)三種類型。

1）生長-燒結型聚晶金剛石

金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)顆粒(li)被燒(shao)結在一起(qi)，晶粒(li)之間(jian)界面上以金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)—金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)鍵合方式(shi)結合，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)相形成整(zheng)體的(de)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)性骨(gu)架(jia)結構。作(zuo)為(wei)燒(shao)結助劑的(de)鐵族金(jin)(jin)(jin)屬或合金(jin)(jin)(jin)則(ze)以孤島形態彌散(san)分(fen)布在骨(gu)架(jia)內。該類聚晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)常用(yong)的(de)結合劑是Co或Co合金(jin)(jin)(jin)、Ni或Ni合金(jin)(jin)(jin)。燒(shao)結過(guo)程中以金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)顆粒(li)長(chang)大和顆粒(li)間(jian)燒(shao)結頸(jing)的(de)生長(chang)為(wei)主，該種聚晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)具有耐(nai)磨(mo)性好、硬度(du)高等特點，但其熱穩定(ding)性較差，耐(nai)熱溫度(du)一般在700℃左右。圖2為(wei)生長(chang)-燒(shao)結型聚晶金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)顯微(wei)組(zu)織示意(yi)圖。

2）燒結型聚晶金剛石

結(jie)(jie)合(he)相(xiang)(xiang)主要是碳化物相(xiang)(xiang)，它(ta)將金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石顆粒包(bao)覆結(jie)(jie)結(jie)(jie)在一(yi)起，形(xing)成典(dian)型的(de)粉末冶金(jin)液(ye)相(xiang)(xiang)燒(shao)結(jie)(jie)材料的(de)顯微組織結(jie)(jie)構，見圖3。常(chang)用的(de)結(jie)(jie)合(he)劑(ji)有(you)Si、Ti、Si-Ti、Si-Ni、Si-Ti-B等。燒(shao)結(jie)(jie)型聚(ju)晶(jing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石有(you)很好的(de)耐(nai)熱性，耐(nai)熱溫(wen)度可達1200℃。與生(sheng)長-燒(shao)結(jie)(jie)型聚(ju)晶(jing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石相(xiang)(xiang)比，其耐(nai)磨性較差，但成本低，對(dui)于一(yi)些對(dui)耐(nai)磨性要求不高或對(dui)耐(nai)熱性要求較高的(de)應用場(chang)合(he)燒(shao)結(jie)(jie)型聚(ju)晶(jing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石有(you)其優勢。

3）生長型聚晶金剛石

以石(shi)(shi)墨(mo)和觸媒金(jin)(jin)(jin)(jin)屬為原(yuan)料(liao)，在(zai)超高壓(ya)高溫條件下使(shi)石(shi)(shi)墨(mo)轉變(bian)為金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，并依靠金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的生長(chang)使(shi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)顆粒(li)燒結在(zai)一(yi)起。由于石(shi)(shi)墨(mo)不能完全轉變(bian)，聚晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的性能很難控制。該種類型的聚晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)僅(jin)限(xian)實(shi)驗(yan)室(shi)試制，還(huan)未見商品化(hua)產品。

制造工藝：

聚晶金剛石和金剛石復(fu)合(he)片一般由(you)靜態超(chao)高壓-高溫(wen)方法(fa)制造(zao)，所用設備主(zhu)要有六面頂金剛石專用液壓機和年輪(lun)式兩面頂壓機，這些超(chao)高壓設備與合(he)成人造(zao)金剛石單晶所用設備完(wan)全(quan)相同。

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(tu)5

2）靜態超高壓設備

目(mu)前生(sheng)產聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)和(he)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合片的(de)靜態(tai)超高(gao)(gao)壓設(she)(she)備(bei)有兩(liang)種(zhong)類型(xing)：中國(包括少部分國外(wai)廠家)普遍(bian)采用鉸鏈式(shi)六(liu)面(mian)(mian)頂(ding)超高(gao)(gao)壓設(she)(she)備(bei)（或(huo)稱作六(liu)面(mian)(mian)頂(ding)壓機(ji)）作為(wei)(wei)主要(yao)設(she)(she)備(bei)；國外(wai)則主要(yao)采用年輪式(shi)兩(liang)面(mian)(mian)頂(ding)壓超高(gao)(gao)壓設(she)(she)備(bei)（或(huo)稱作兩(liang)面(mian)(mian)頂(ding)壓機(ji)）。六(liu)面(mian)(mian)頂(ding)超高(gao)(gao)壓設(she)(she)備(bei)生(sheng)產聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)或(huo)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合片的(de)優點是(shi)：產生(sheng)的(de)壓力場(chang)更接(jie)近水靜壓力，合成(cheng)(cheng)腔(qiang)內的(de)應(ying)力場(chang)狀態(tai)更為(wei)(wei)合理(li)；機(ji)器工作效率高(gao)(gao)，設(she)(she)備(bei)造(zao)價相對低廉(lian)。缺(que)點是(shi)合成(cheng)(cheng)腔(qiang)體(ti)大型(xing)化困難。兩(liang)面(mian)(mian)頂(ding)超高(gao)(gao)壓設(she)(she)備(bei)生(sheng)產聚(ju)晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)或(huo)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)復(fu)(fu)合片的(de)優點是(shi)：壓力和(he)溫度(du)的(de)控制(zhi)精度(du)較(jiao)高(gao)(gao)；合成(cheng)(cheng)腔(qiang)體(ti)大型(xing)化易(yi)于實現，適合于生(sheng)產大尺(chi)寸產品(pin)或(huo)單次合成(cheng)(cheng)多(duo)個產品(pin)。缺(que)點是(shi)設(she)(she)備(bei)運(yun)行(xing)成(cheng)(cheng)本高(gao)(gao)。

性能指標：

1）耐磨性

聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石作為(wei)切削或(huo)鉆削工具材料使用(yong)時，其(qi)耐(nai)磨(mo)(mo)性與工具的(de)壽命具有直接的(de)對應關系，因此耐(nai)磨(mo)(mo)性成為(wei)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石最重(zhong)要的(de)性能(neng)指(zhi)標(biao)。聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)性通常用(yong)磨(mo)(mo)耗比來(lai)表(biao)示。目前(qian)聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石磨(mo)(mo)耗比的(de)測定方法采用(yong)的(de)是行業標(biao)準“人造(zao)金剛(gang)石燒(shao)結(jie)體磨(mo)(mo)耗比測定方法”。

2）熱穩定性

熱穩(wen)定性(xing)(xing)也被稱為耐(nai)熱性(xing)(xing)，一般用耐(nai)熱溫度(du)表(biao)示，是指聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石要(yao)保(bao)持性(xing)(xing)能基本不變所(suo)能承受的(de)最高熱處(chu)理(li)溫度(du)。熱穩(wen)定性(xing)(xing)是聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石重(zhong)要(yao)的(de)性(xing)(xing)能指標之一，它(ta)涉及(ji)到制(zhi)作聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石工(gong)(gong)具(ju)(ju)的(de)工(gong)(gong)藝過程以及(ji)工(gong)(gong)具(ju)(ju)的(de)使(shi)用環境(jing)，是工(gong)(gong)具(ju)(ju)制(zhi)造(zao)者必須重(zhong)點考慮的(de)性(xing)(xing)能參數。加工(gong)(gong)制(zhi)造(zao)時所(suo)用溫度(du)過高或工(gong)(gong)具(ju)(ju)在過高溫度(du)下使(shi)用，都會(hui)使(shi)聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石工(gong)(gong)具(ju)(ju)使(shi)用效(xiao)果(guo)變差。

3）抗沖擊韌性

抗沖擊韌性是指聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)石或金(jin)(jin)剛(gang)石復合片在沖擊載荷作用下(xia)不發生(sheng)破(po)壞的最大能力(li)。該性能指標對于聚(ju)(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)石工具(ju)能否(fou)發揮(hui)其具(ju)有硬度高、耐磨(mo)性好、壽命長等特點至(zhi)關重要。

4）抗彎強度

采用(yong)三點(dian)彎(wan)曲試驗測定聚晶金剛(gang)石的抗彎(wan)強度。聚晶金剛(gang)石試樣可(ke)(ke)以(yi)制(zhi)成棒(bang)狀，也可(ke)(ke)以(yi)是圓片狀。

5）硬度

聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)硬(ying)(ying)度值很(hen)高，僅次于單晶金(jin)剛(gang)石(shi)，一般用努氏（Knoop）硬(ying)(ying)度來(lai)測量。

6）導電性

一(yi)般來講(jiang)，聚晶(jing)金剛石(shi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)性不是很(hen)(hen)(hen)好，電(dian)(dian)(dian)阻值很(hen)(hen)(hen)大。普(pu)通的(de)電(dian)(dian)(dian)火(huo)(huo)花加(jia)(jia)工(gong)(gong)設(she)備(bei)很(hen)(hen)(hen)難勝任(ren)對(dui)聚晶(jing)金剛石(shi)的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，必須有(you)專用的(de)電(dian)(dian)(dian)火(huo)(huo)花加(jia)(jia)工(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)才能夠獲得可以接受的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)速度(du)。即使如此(ci)，專用電(dian)(dian)(dian)火(huo)(huo)花設(she)備(bei)加(jia)(jia)工(gong)(gong)聚晶(jing)金剛石(shi)仍(reng)比普(pu)通電(dian)(dian)(dian)火(huo)(huo)花設(she)備(bei)加(jia)(jia)工(gong)(gong)金屬材料要慢很(hen)(hen)(hen)多。

7）耐腐蝕性

生(sheng)長-燒結型聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)在酸液或堿(jian)液中(zhong)長時間加熱處理(li)后(hou)，其(qi)力學性(xing)能（硬度、耐磨性(xing)等）基本保(bao)持不變。生(sheng)長-燒結型聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)在強酸處理(li)后(hou)，由于作為結合劑的金屬相與酸反應后(hou)從聚(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(簡稱PCD)中(zhong)被浸出，PCD的導電性(xing)明顯下(xia)降。

燒結型聚(ju)(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)的主相金剛(gang)石(shi)和結合相碳化物(wu)都具有耐酸堿(jian)腐蝕的特(te)性。聚(ju)(ju)晶(jing)金剛(gang)石(shi)在酸液(ye)或堿(jian)液(ye)中長時間加熱處理(li)后，其力學性能(neng)和物(wu)理(li)性能(neng)基本保(bao)持不變。

應用領域：

1）聚晶金剛石鉆頭

適(shi)用于(yu)(yu)石(shi)油鉆(zhan)探(tan)、地質勘探(tan)的小直徑聚晶(jing)金(jin)剛石(shi)鉆(zhan)頭（圖(tu)6）成本(ben)相比于(yu)(yu)天然金(jin)剛石(shi)非(fei)常(chang)低廉，且耐磨性高。

2）聚晶金剛石噴嘴

目前(qian)(qian)五金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)和(he)(he)機械行業進(jin)行噴(pen)(pen)(pen)砂(sha)噴(pen)(pen)(pen)丸加工時(shi)普(pu)(pu)遍使用的(de)是氧化鋁陶(tao)瓷噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)、硬質合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)和(he)(he)碳化硼噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)。由聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)材(cai)(cai)料制成的(de)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)比(bi)普(pu)(pu)通材(cai)(cai)料噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)的(de)壽命(ming)提高(gao)了(le)(le)10~200倍，獲(huo)得(de)了(le)(le)前(qian)(qian)所未有(you)(you)的(de)長(chang)使用壽命(ming)。采用聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)能夠大幅降低材(cai)(cai)料消耗，明(ming)顯(xian)提高(gao)工作效(xiao)率，還(huan)可(ke)以(yi)大大減(jian)少市(shi)場對陶(tao)瓷磨(mo)料和(he)(he)碳化物的(de)需求(qiu)，具(ju)有(you)(you)明(ming)顯(xian)的(de)節能和(he)(he)環(huan)保的(de)社會效(xiao)益(yi)。聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)具(ju)有(you)(you)性能可(ke)靠、壽命(ming)極(ji)長(chang)的(de)特點(dian)，適(shi)用于很多耐(nai)磨(mo)性要求(qiu)高(gao)的(de)場合。同時(shi)因為(wei)具(ju)有(you)(you)耐(nai)酸(suan)、耐(nai)堿、耐(nai)腐蝕的(de)特點(dian)，聚(ju)晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)噴(pen)(pen)(pen)嘴(zui)(zui)(zui)還(huan)適(shi)用于水切(qie)割、酸(suan)堿液(ye)噴(pen)(pen)(pen)口、泥漿噴(pen)(pen)(pen)射口等場合，市(shi)場和(he)(he)應用前(qian)(qian)景極(ji)為(wei)可(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(tu)7），使(shi)其壽命(ming)更(geng)長承載(zai)能力更(geng)高。

4）石材加工

將鉆探用金剛石復合片切(qie)割成(cheng)四方形(xing)或長條形(xing)應(ying)用于軟石材的開采和(he)切(qie)割工(gong)具，可以(yi)得到更高的加工(gong)效率。

5）其他耐磨器件的應用

聚晶金(jin)剛石用于電子元器件(jian)貼片(pian)封裝貼片(pian)機的(de)吸嘴、要(yao)求高耐磨(mo)(mo)的(de)V形槽表面、要(yao)求高耐磨(mo)(mo)或低粗糙度的(de)模具(ju)或夾(jia)具(ju)部(bu)件(jian)等都取(qu)得了好的(de)使用效果。

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(sheng)產技(ji)術的進步和應用領(ling)域的不斷拓展，可(ke)能(neng)對聚晶金(jin)剛石和金(jin)剛石復合片工具(ju)或刀(dao)具(ju)的尺寸(cun)大型(xing)化(hua)要求會越來越強烈。目(mu)前，某(mou)些國外(wai)公司可(ke)批量生(sheng)產直(zhi)徑(jing)達50.8~ 80.0 mm的規格產品。甚(shen)至有國外(wai)廠(chang)家聲稱已制造出可(ke)以商品化(hua)的直(zhi)徑(jing)120 mm的金(jin)剛石復合片。

近年(nian)來(lai)，國(guo)內(nei)刀具(ju)用金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)合片生產(chan)技術研(yan)究也取得了長足的(de)(de)(de)進步，目前(qian)市場上已可提(ti)供最大(da)直徑尺(chi)寸達(da)40~50 mm規格的(de)(de)(de)質量(liang)優良(liang)的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)。聚晶金剛石(shi)(shi)(shi)和(he)金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)合片的(de)(de)(de)尺(chi)寸大(da)型化能夠(gou)擴大(da)其應用范(fan)圍，加工出更(geng)多(duo)或形狀更(geng)復(fu)雜的(de)(de)(de)小(xiao)單(dan)元。更(geng)重(zhong)要的(de)(de)(de)是對(dui)于刀具(ju)和(he)拉絲模這類(lei)用途，大(da)直徑產(chan)品(pin)可以(yi)大(da)大(da)降低聚晶金剛石(shi)(shi)(shi)和(he)金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)合片小(xiao)單(dan)元的(de)(de)(de)成本，將(jiang)更(geng)受歡迎(ying)。

2）聚晶金剛石和金剛石復合片的晶粒細化

金(jin)剛石(shi)(shi)晶粒細化可(ke)以顯著提(ti)高(gao)材料的抗彎強度，同時使金(jin)剛石(shi)(shi)復合片(pian)工具獲得更低的加工表面(mian)粗糙度。目前的切削刀(dao)具用(yong)(yong)金(jin)剛石(shi)(shi)復合片(pian)和(he)拉拔工具用(yong)(yong)聚(ju)晶金(jin)剛石(shi)(shi)的金(jin)剛石(shi)(shi)晶粒度都在微米(mi)級(ji)水(shui)平(ping)。對亞(ya)微米(mi)級(ji)甚至更細的聚(ju)晶金(jin)剛石(shi)(shi)的研(yan)(yan)究(jiu)已有(you)二、三十(shi)年歷史，大部分研(yan)(yan)究(jiu)采用(yong)(yong)的是(shi)爆炸法。雖有(you)一定(ding)的研(yan)(yan)究(jiu)成果，但整個研(yan)(yan)究(jiu)水(shui)平(ping)未見明顯提(ti)高(gao)。另外，因為其制作的高(gao)難度和(he)性能的局限，至今(jin)還未出現(xian)廣泛的應(ying)用(yong)(yong)。

晶(jing)粒(li)的(de)(de)(de)細(xi)化(hua)會給聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石(shi)帶(dai)來(lai)更(geng)好、更(geng)特別的(de)(de)(de)性能，因(yin)此它仍(reng)然是未來(lai)聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石(shi)發展的(de)(de)(de)方向(xiang)。近十(shi)幾年來(lai)納米(mi)(mi)(mi)技術的(de)(de)(de)蓬(peng)勃發展，也(ye)促使(shi)專家學者(zhe)關注并投(tou)入(ru)到納米(mi)(mi)(mi)晶(jing)粒(li)度多晶(jing)金(jin)剛石(shi)的(de)(de)(de)研究中。工業(ye)應用也(ye)一直期待(dai)著由穩定(ding)的(de)(de)(de)制造工藝得到穩定(ding)的(de)(de)(de)納米(mi)(mi)(mi)聚(ju)晶(jing)金(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(ping)面結(jie)合(he)(he)是(shi)指硬質合(he)(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)與(yu)(yu)聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)層間(jian)采用波浪形、鋸齒形等曲(qu)面結(jie)合(he)(he)，后(hou)來又進(jin)一(yi)步發展為臺階形、同心(xin)圓、螺旋(xuan)、間(jian)斷的(de)圓弧(hu)或其他更復雜的(de)立體(ti)(ti)幾何形式(shi)結(jie)合(he)(he)。這些措施在一(yi)定程度上(shang)提高(gao)了復合(he)(he)片的(de)機械(xie)結(jie)合(he)(he)強度，降低了硬質合(he)(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)與(yu)(yu)聚(ju)晶金(jin)剛(gang)石(shi)層間(jian)的(de)殘余應力，提高(gao)了鉆齒的(de)整體(ti)(ti)抗沖擊強度，取得(de)了很(hen)好(hao)的(de)使(shi)用效果。

通(tong)過有限元(yuan)計(ji)算可以得到不同形狀層間內(nei)(nei)界面下(xia)金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)片(pian)的(de)殘(can)余應力分布，從而(er)判(pan)斷所設(she)計(ji)的(de)層間內(nei)(nei)界面結(jie)構是否合(he)(he)(he)理(li)。從20世紀(ji)90年(nian)代起，金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)片(pian)石(shi)(shi)(shi)油鉆齒(chi)出現了非平面結(jie)合(he)(he)(he)的(de)革命性改變。因此，如何設(she)計(ji)出更(geng)(geng)合(he)(he)(he)理(li)更(geng)(geng)有效的(de)界面結(jie)構，是改進和提高金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)片(pian)性能(neng)質(zhi)量的(de)重要技術(shu)，也是未來金剛石(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)(he)片(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(shi)紀90年(nian)代(dai)中后期，開始大量采用(yong)鏡面拋(pao)光的(de)鉆探(tan)用(yong)金(jin)剛(gang)石復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆齒。經(jing)過拋(pao)光的(de)金(jin)剛(gang)石表面被認為更有利于金(jin)剛(gang)石復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆齒的(de)排屑，降(jiang)低了金(jin)剛(gang)石復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)鉆頭(tou)發生泥(ni)包的(de)概率(lv)，能夠明顯提高鉆進(jin)速度(du)，延長(chang)鉆頭(tou)使用(yong)壽命。將金(jin)剛(gang)石復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)中的(de)鈷去除可以(yi)提高耐熱性的(de)研究早在20世(shi)紀80年(nian)代(dai)已有報道。美國NOV公司重(zhong)新(xin)利用(yong)該成(cheng)果(guo)近幾年(nian)推(tui)出脫(tuo)鈷金(jin)剛(gang)石復(fu)(fu)合(he)片(pian)(pian)(pian)，并得(de)到專利保(bao)護。

脫鈷(gu)(gu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)(pian)是(shi)將金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)(pian)表面深(shen)約0.3 mm的(de)鈷(gu)(gu)相從(cong)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)相間(jian)去除(chu)，消除(chu)了金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)(pian)工作(zuo)(zuo)在較(jiao)高溫度下鈷(gu)(gu)的(de)危害作(zuo)(zuo)用，大(da)大(da)提高了金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)(pian)鉆齒的(de)耐磨性，據稱可以比(bi)未脫鈷(gu)(gu)的(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復(fu)合片(pian)(pian)(pian)壽命提高三倍。

5）異型端面金剛石復合片技術研究

鉆(zhan)探用外齒型金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片鉆(zhan)齒是(shi)將(jiang)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片鉆(zhan)齒的金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)端面(mian)(mian)由(you)平(ping)面(mian)(mian)改(gai)(gai)為(wei)齒面(mian)(mian)，齒面(mian)(mian)可以(yi)(yi)是(shi)波浪形(xing)、鋸齒形(xing)或梯(ti)形(xing)。焊接金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片鉆(zhan)頭時應使金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)端面(mian)(mian)上異型溝槽(cao)指向巖石(shi)(shi)(shi)(shi)面(mian)(mian)，在巖石(shi)(shi)(shi)(shi)鉆(zhan)探工(gong)作中(zhong)帶溝槽(cao)鉆(zhan)齒的工(gong)作部位(wei)（刃口）逐漸形(xing)成(cheng)了一排“牙(ya)齒”，這排齒的切(qie)巖能力和效果要遠勝過(guo)平(ping)面(mian)(mian)無齒的金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片鉆(zhan)齒，而且這種(zhong)(zhong)效果基(ji)本上可以(yi)(yi)一直保持到整(zheng)個鉆(zhan)齒失(shi)效。用這種(zhong)(zhong)新型鉆(zhan)齒制作成(cheng)鉆(zhan)頭，可以(yi)(yi)明顯改(gai)(gai)進金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片鉆(zhan)齒的破(po)巖效率，特別是(shi)對付軟(ruan)弱型巖層，解決(jue)了金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)(shi)復(fu)(fu)合(he)片易打滑的技術難題。

6）少添加或無添加黏結相聚晶金剛石技術的研究

在(zai)少(shao)添(tian)加乃至無添(tian)加黏結(jie)相(xiang)的條件下，將金剛(gang)石燒結(jie)在(zai)一起，是超(chao)高(gao)壓合成聚(ju)(ju)晶金剛(gang)石（PCD）研(yan)究(jiu)領域專家學(xue)者(zhe)長期以來要實現的目標。自從透(tou)明的聚(ju)(ju)晶立方氮化硼研(yan)制成功(gong)以來，一直期待著(zhu)純(chun)的、一定(ding)厚度的透(tou)明PCD能夠誕生。因為純(chun)PCD不但會在(zai)工(gong)具(ju)材(cai)(cai)料的性能上產生飛躍，也會在(zai)功(gong)能材(cai)(cai)料上迎來廣闊的應(ying)用空間。