聚晶金剛石複合片

學科：鑽探工程

詞目：聚晶金剛石複合片

英文：polycrystalline diamond compact

將聚晶金剛石薄層附著粘結在硬質合金襯底上的複合材料稱金剛石複合片，代號為PDC。金剛石複合片兼有金剛石聚晶的極高耐磨性和硬質合金的高抗衝擊，並且金剛石層能始終保持銳利的切削刃，因而在石油和地質鑽探中的軟至中硬地層使用，效果非常好。複合片中的金剛石含量高達99%，故金剛石層硬度極高、耐磨性極好，其努氏硬度為（6.5～7）×104兆帕，甚至更高。其厚度很薄，一般控制在0.5～1毫米左右。豎直鑲焊在鑽頭上，其刃口鋒利而且始終保持自銳，也稱為微切削具鑽頭。

複合片因其本身的優越性，在國內外競相研製和生產，而且品種規格很多。美國GE公司是最先推出複合片的生產廠家，它的主要產品有compax，后又生產出stratapax，後者為鑽探專用產品，它的耐磨性比硬質合金高l00～150倍，可與天然金剛石媲美。其他如南非、日本也都於20世紀70～80年代推出不同類型的複合片。中國從20世紀80年代初開始研製金剛石複合片，1975年，成都工具所研製出FJ系列刀具用PDC，1979年，北京人工晶體所研製出JYF型PDC刀片，1981年，貴陽第六砂輪廠研製出JFS-F系列PDC刀片，1987年，鄭州磨料磨具磨削研究所成功研製出石油鑽頭用PDC，1988進行小批量生產，商品代號JFZR，1990年組建新亞公司實現規模化生產，大大加速了PDC在我國的普及應用。至今，國產PDC規格齊全，基本能夠滿足國民經濟發展的需要。

1、聚晶金剛石層不斷加厚，由不足1mm發展到2-4mm，產品的壽命也隨之提高。鄭州新亞、河南亞龍的石油系複合片金剛石層已經做到4mm，代表了國內最先進水平。

2、金剛石晶粒越來越細，耐磨性和抗衝擊性綜合性能提高。

3、通過優化工藝或脫Co、增加耐熱層等工藝，提高熱穩定性。

4、界面結構的優化，改善界面應力。

5、產品直徑不斷加大，提高合成效率。

6、改善燒結效果，減小性能差異。

7、異形複合片，國內大型複合片製造企業鄭州新亞及河南亞龍等公司研製出了多金剛石層複合片、鋼盔型複合片、屋脊型複合片、錐形複合片、弧形金剛石複合片等新型金剛石複合片，通過改變金剛石層形狀在不改變耐磨性的前提下極大提高了金剛石複合片的抗衝擊韌性，佔領了國內大部分市場。

人造金剛石複合片是超硬材料類，這個超字不具體，範圍很廣。超硬材料就是洛氏硬度（HR），布氏硬度（HB），維氏硬度（HV）很高的材料。一般的45#剛HR是30-60，最硬的天然金剛石。這個概念涵蓋範圍很廣，高硬度鋼、高硬度陶瓷、人造鑽石等等都可以算。

1、硬度為HV7500-9000，僅次於天然金剛石，而且它的硬度和耐磨性在各方向一致，不需選向。它的強度由於有韌性較高的硬質合金支撐，其複合抗彎強度可達1500Mpa.

2、具有很高的耐磨性，其耐磨性一般為硬質合金的60-80倍。在切削硬度較高的（HV>1500）非金屬材料時，其刀具耐用度極高。

3、具有較低的摩擦係數，金剛石與有有色金屬的摩擦係數為0.1-0.3，而硬質合金與有色金屬的摩擦係數是0.3-0.6，這樣用PCD刀具時，可降低切削力和切削溫度約1/2-1/3.

4、具有很高的導熱性，金剛石的導熱係數為146W/M.K，是硬質合金的1.5-7倍，可以大大的降低切削區的溫度，提高刀具耐用度。

5、金剛石的線膨脹係數很小（0.9-1.18*10（-6）mm/mm.溫度），約為一般鋼（11*10（-6）mm/mm.溫度）的1/10.而且由於刀刃鋒利，已加工表面冷硬度現象小，為硬質合金刀具的1/3左右，所以加工精度好。

6、由於聚晶層粒度直徑一般約為2-0.5微米，它的刃口鋒利程度不如天然金剛石刀具，所以加工精度低於天然金剛石刀具，只能達到表面粗糙度Ra0.2-0.05 微米，但它海可以製成尺寸較大的刀片，用於成型加工。