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聚晶金刚石复合片(PDC)是PDC钻头的基本切削单元,其性能的优劣对金刚石钻头的钻进效果有着决定性的影响。由于聚晶金刚石复合片是由人造金刚石微粉加入少量的结合剂与硬质合金基体采用HPHT方法生产的超硬复合材料,在烧结过程中,聚晶金刚石层与硬质合金基体的热膨胀系数、弹性模量相差较大,冷却时容易在两者的结合界面出现较大的残余应力,造成复合片强度降低,导致在工作时金刚石层容易从基体上脱落,造成钻头失效。因此,研究PDC两相之间的界面结构、改善PDC两相的结合状况、提高PDC的抗冲击性和热稳定性等性能,就成了超硬材料研究的一个重要课题。 在导师的指导和前人工作的基础上,采用耐磨性、抗冲击性、耐热性、超声波无损探伤(C扫描)检测以及扫描电镜(SEM)分析等研究方法,对五种典型界面结构的聚晶金刚石复合片的界面结构及性能进行了探讨和研究。 研究结果表明,在同一工艺条件下: 1、PDC层与WC-Co基体之间的界面结构对PDC的耐磨性影响较小。在试验工艺下,金刚石与金刚石颗粒之间均能很好地烧结在一起,使PDC具有较好的耐磨性性能。 2、PDC层与WC-Co基体之间的界面结构对PDC的抗冲击性性能影响很大。随着WC-Co基体上的齿形由平面→V形槽→U形槽→环形槽→类“环爪齿”的变化,PDC的抗冲击性性能大幅度增加。 3、温度对PDC的耐磨性和抗冲击性性能均有明显影响,其中对PDC的抗冲击性性能的影响更为明显,结合界面为槽齿的PDC的耐热性能好于结合界面为平面的PDC的耐热性能。 4、改变界面结构可以有效地减少残余应力对PCD层的影响,从而提高它的耐用性工艺过程是关键点,若控制不当则容易使沟槽或锯齿部分出现应力集中而产生裂