两面顶高性金刚石复合片的研究.pdf

两面顶高性能金刚石复合片的研究主原子与分子物理专业研究生鲁伟员寇自力金刚石复合片虺芇且恢忠越刚石微粉和硬质合金基体烧结而成的超硬复合材料。诮鸶帐春掀薪鸶帐晶体呈无序排列,各向同性,克服了金刚石单晶体积小、各向异性等缺点。由于金刚石复合片兼有金刚石硬度高、弹性模量高及硬质合金冲击韧性好的优点,以及其热传导率高,热膨涨率低等特点惴河糜诨导庸ぁ⑹偷刂首晏降领域。在国内由于采用两面顶工艺合成超硬材料的企业不多,金刚石复合片主要采用六面顶压机制造,以前也曾经有用进口两面顶压机制造金刚石复合片的报道,但是在国产两面顶压机上制造金刚石复合片还比较少。本研究采用金刚石微粉作为初始材料,以—为基体,在不额外增加任何添加剂的情况下,分别采用直热加热和间接加热两种组装方式,利用国产~两面顶压机进行高温高压的烧结,对所得的样品先后进行金相分析、超声波探伤、耐热性能测试、扫描电镜分析、治龊蚗射线衍射分析。通过分析在两面项压机上造成金刚石复合片分层现象的原因并加以改进,实验结果表明:超高压腔体中各点压力和温度在烧结过程的均匀性直接影响男阅堋使用直热加热组装烧结对,热量传递快,烧结时间短’种,无法精确控制温度压力参数,烧结体的磨耗比不高,而且性能不稳定;浣蛹尤茸樽所得的烧结体性能重复性好,磨耗比高;捎眉浣蛹尤茸樽埃ǚ⑷忍和烧结体之间采用不同的绝缘介质,所得烧结体的性能不一样,使用%木到橹仕蒙战崽搴糜谟冒自剖炔牧希腋媒峁鼓芎芎媒决两面顶容易出现的烧结体分层现象。论文结果对于开展两面顶大尺寸超硬复合材料的研究工作有较大的应用价值。关键词:两面顶金刚石复合片高温高压间接加热烧结指导老师四笱妒垦芯可宦畚
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第一章引言金刚石复合片概述“金刚石”一词源于阿拉伯语“”钣驳和希腊文“豢烧绞さ,说明金刚石的硬度在古代就为人们认识。由于天然金刚石数量少,价格昂贵,严重影响了天然金刚石的使用。利用高温高压技术人工合成金刚石的研究开始于年,瑞典和美国通用电气公司指拿狣:~直鹩旰晗继研究成功,并在年和年分别投入工业生产⋯。中国于年成功研制出金刚石,经过多年的发展,现已经成为世界生产大国。为解决切削加工问题,人们展开了人造大单晶金刚石的研究,年美国通用电气公司开发出蟮拇蟮ゾАS⒐腄公司諩在年合成了当时最大的大单晶金刚石亓看锏克拉旰铣闪酥卮克拉的金刚石。中国在年也合成出尺寸达的大单晶金刚石。由于大单晶金刚石的生长速度缓慢,合成时间长,制造成本高,而且用天然金刚石作刀具时一必须根据晶体形状该嫣濉⒘庑问嫣搴土⒎,以保证其在使用中商的强度和高的耐磨性,所以在部分加工领域还不能完全代替天然金刚石。在自然界中存在的卡博纳多蚥巴拉斯街志劬Ы鸶帐唤鼍哂天然金刚石硬度高、耐磨的特点,而且还具有无解理面、抗冲击性好的优点。这给科技工作者很大的启发。年前苏联“’成功合成了由石墨相变聚结的人造卡博纳多和巴拉斯,随即日本和美国相继完成了高压高温烧结聚晶金刚石的实验。金刚石复合片虺芇难芯烤褪在聚晶金刚石基础上发展起来的。硬质合金哂泻芎玫娜托院涂杉庸性,在其之上烧结一层金刚石微粉,该复合体不仅具有金刚石硬度高,耐磨性好而且具有托院涂杉庸ず玫挠诺恪S⒐
金刚石复合片的性能及应用品就是先将金刚石微粉烧结成聚晶金刚石块,然后通过高温钎焊或者二次高压烧结的办法将胗仓屎辖鸹蛘咂渌宀牧虾附釉谝黄稹T俸罄锤霉镜啡∠紊战峁ひ眨捎贸哐垢呶乱淮紊战岢尚偷慕鸶帐春与大单晶金刚石相比,金刚石复合片具有以下优点:①金刚石复合片中的金刚石晶粒呈无序排列,各向同性。②具有较高的抗冲击强度,在冲击较大时只会产生小晶粒破碎,不会大块崩缺。③可以根据需要制定其尺寸和形状。④可以设计和预测产品的性能,使其具有独特特点以适应其特定用途。由于金刚石复合片具有以上优点,所以具有以下优异性能。①高的硬度和耐磨性硬度高达笥遥扔仓屎辖鸺肮こ烫沾傻挠捕雀叩枚啵捎诰劬Ы刚石硬度极高,并且各向同性,因而具有极佳的耐磨性。②摩擦系数低聚晶金刚石与一些有色金属的摩擦系数比其它材料都低,约为硬质合金的/笥摇5偷哪Σ料凳唤鍪贡湫魏颓邢髁档停沂骨邢魇辈徊剂觯因而降低了加工表面粗糙度。③导热率高聚晶金刚石的导热率很高,比银、铜还要好,比一般硬质合金高得多。因此在切削过程中切削热容易散出,故切削温度较低。④加工精度高由于聚晶金刚石刀具具有较低的热膨胀系数和很高的弹性模量,因而在切削过程中刀具不易变形,在切削力的作用下刀具能保持其原始参数,长期保持锋利,切削精度高。所以,使用金刚石复合片刀具进行加工时,可以减小切削力和降低切削温度