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復合超硬材料簡介

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點擊次數:2842 更新時間:2018年01月08日15:39:20 打印此頁 關閉
1復合超硬材料簡介

  1.1復合超硬材料基本情況

  金剛石和立方氮化硼等材料由于其極高的硬度,統稱為超硬材料,具有硬度高、耐磨和熱傳導性能好、熱膨脹系數低等優異性能。

  目前,超硬材料主要分為單晶超硬材料和聚晶超硬材料(也稱為“復合超硬材料”)兩類。單晶超硬材料主要為單晶金剛石/立方氮化硼微粉;聚晶超硬材料主要是指以金剛石或立方氮化硼與相關粘結劑經過燒結工藝制備

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的復合材料。

  兩類材料的主要區別為:單晶金剛石/立方氮化硼材料的特點為硬度更高、耐熱性更好,但尺寸較小,多用于制造鋸片等切割工具;聚晶金剛石/立方氮化硼的特點是硬度、耐熱性略遜于單晶材料,但是由于聚晶超硬材料是內部結構緊密的金剛石致密體,可以增加工具的切割面積,同時克服了單晶超硬材料由于粘結面積小造成的容易從鋸片表面脫落的弊端,具有更高的耐磨性。

  總的來說,復合超硬材料相對于傳統合金材料具有強大的替代性,市場潛力更大,廣泛應用于機械、冶金、地質、石油、煤炭、石材、建筑等傳統領域,電子信息、航天航空、國防軍工等高技術領域以及汽車、家電等新興產業。

  1.2復合超硬材料的主要產品用途

  當前,復合超硬材料的產品主要分為四類:石油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片、煤田礦山用聚晶金剛石復合片、聚晶金剛石高品級拉絲模坯和刀具用聚晶金剛石/聚晶立方氮化硼復合片。

  (1)石油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片

  石油天然氣聚晶金剛石復合片是由無數微小金剛石顆粒和粘結劑混合組成的切削層和硬質合金襯底層在高溫高壓下燒結合成的,具有很高強度、硬度、耐磨性、抗沖擊性以及良好的自銳性,這些優良特性使其能夠應用在巖石的鉆探領域。該產品主要作為石油天然氣鉆頭的切削齒,是鉆頭上起到切削和掘進的核心部件。

  (2)煤田礦山鉆頭用聚晶金剛石復合片

  由于具有硬度高、耐磨性強、抗沖擊韌性良好等特點,復合超硬材料除了可用于制作石油天然氣用鉆頭外,還可用于制作煤田礦山鉆頭用PCD復合片,其用途并不局限制造于煤田和礦山作業用的鉆進和切割工具,還可廣泛應用于制造建筑建造、水電工程施工、鑿巖破碎、公路修補等眾多領域的鉆進工具。

  (3)聚晶金剛石高品級拉絲模坯

  拉絲模是各種金屬線材生產廠家(如電線電纜廠、鋼絲廠、焊條焊絲廠等)拉制線材的一種非常重要的易消耗性模具。拉絲模的適用范圍十分廣泛,主要用于拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體,適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工。復合超硬材料是制造高品級拉絲模最為理想的材料。

  (4)刀具用復合片

  使用PCD/PCBN刀具復合片制造的刀具可以替代幾乎所有傳統硬質合金材質的刀具,用途十分廣泛,包括制造汽車零部件、加工木材、開采石材、數控機床刀頭等?;谄湎掠涡袠I規模龐大,市場對于刀具用復合片的需求量也十分巨大。

  1.3復合超硬材料行業技術現狀剖析

  復合超硬材料生產的核心環節在于對單晶超硬材料和粘結劑的原材料配方處理;核心技術在于對單晶超硬材料和相應粘結劑通過高溫高壓進行燒結的工藝。市場上產品質量過硬,具有明顯競爭優勢的廠家無不具有獨特的配方和先進的生產工藝,上述兩點構成了復合超硬材料行業的核心競爭力。在我國行業發展初期,我國復合超硬材料產品與國際先進產品相比在耐磨度、硬度、復合片均勻度和復合片尺寸等技術指標方面均存在一定的差距。但隨著我國業內企業和科研人員不斷鉆研,充分發揮了六面頂壓機的性能優勢、克服了劣勢,我國復合超硬行業技術水平已經形成了自身特點,并且在總體技術指標上接近或達到了國際先進水平。

  外國生產廠商以二面頂壓機為主(如E6,DI、住友、日進為兩面頂,USSynthetic,MegaDiamond、Novatek等為六面頂),我國生產復合超硬材料的壓機以六面頂壓機為主(如四方達、新亞、海明潤為六面頂、江鉆為兩面頂)。兩種設備各有特點,兩面頂壓機每組壓缸、頂錘的造價較高,高壓腔尺寸相對較大,適合生產尺寸較大的產品;六面頂壓機每組頂錘的造價較低,操作方便,高壓腔尺寸相對較小,適合生產尺寸較小的產品。但是隨著近年來六面頂壓機的大型化,其能生產的產品尺寸也越來越大,與兩面的的差異越來越小,我國四方達公司已經可以生產直徑46毫米的PCD復合片,預計在不遠的將來,直徑2英寸的復合片也可以在六面頂壓機上生產出來。

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