聚晶金剛石的性能、檢測(cè)與應(yīng)用

聚晶金剛石的性能、檢測(cè)與應(yīng)用

1聚晶金剛石的發(fā)展人們對(duì)聚晶鉆石（pcd）的研究始于天然聚晶鉆石。這些天然聚晶金剛石中的一種叫做“卡博納多”(Carbonado),這是一種由許多細(xì)粒的金剛石跟一些其它雜質(zhì)一起聚集而成的多晶體,晶粒之間的排列雜亂無(wú)序,性能各向同性;另一種天然聚晶叫做“巴拉斯”(Ballas),外形多呈球形或者橄欖形狀,其堅(jiān)固的外殼由輻射狀的金剛石構(gòu)成。聚晶金剛石有許多單晶金剛石所不具有的性能,在工具制造中有其獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域,人們經(jīng)過(guò)多年的努力,終于在上世紀(jì)60年代后期實(shí)現(xiàn)了人工合成。金剛石具有世界上最高的硬度、彈性模量以及一系列優(yōu)異的物理、化學(xué)性能,但其韌性的不足以及解理面的存在,使其易受沖擊載荷的破壞,從而在工具應(yīng)用中受到了限制。人造金剛石聚晶是由很多細(xì)小的金剛石顆粒并添加一定比例的粘結(jié)劑,在高溫高壓下燒結(jié)而成。多晶體的構(gòu)成,使其在性能上具有各向同性,不存在解理面的缺陷;金屬、合金以及陶瓷材料等粘結(jié)劑的加入,有效地提高了其抵抗沖擊的能力。另一方面,金剛石在尺寸和成本上受到限制;大顆粒天然金剛石價(jià)格昂貴(目前人工合成的大顆粒金剛石成本比天然金剛石還高);人工合成金剛石主流產(chǎn)品雖然價(jià)格便宜,但粒度太細(xì),主要適合于制造孕鑲工具。這一切使聚晶金剛石的應(yīng)用具有很大的空間,并且在刀具制造上發(fā)揮了重大作用,被廣泛地應(yīng)用到汽車、航空、航天、電子、寶石加工、建筑等多個(gè)行業(yè),并且仍然在不斷地?cái)U(kuò)大其應(yīng)用范圍。人造金剛石聚晶經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展,其產(chǎn)品的種類的擴(kuò)展和主導(dǎo)產(chǎn)品的研究深度均達(dá)到了相當(dāng)高度,目前正向大型化、系列化和精細(xì)化方向發(fā)展。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)疑是這一趨勢(shì)的主導(dǎo)者,“Co掃越式催化再結(jié)晶法”工藝生產(chǎn)的聚晶復(fù)合片(PDC)的下游產(chǎn)品——刀具,以近4億美元的市場(chǎng)成為行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。切割、加工技術(shù)的快速發(fā)展以及高精度多維數(shù)控機(jī)床的普遍使用,給PDC刀具提供了巨大的發(fā)揮空間;其優(yōu)異的性能跟數(shù)控精加工技術(shù)相結(jié)合,使得精密機(jī)加工行業(yè)渴望以久的“以切代磨”技術(shù)得以實(shí)現(xiàn),極大地降低了加工成本,提高了加工效率。這一技術(shù)符合了現(xiàn)代加工技術(shù)精密、高效、環(huán)保的特點(diǎn),極具發(fā)展前途。2粘結(jié)劑的選擇金剛石聚晶在性能上保持了單晶金剛石的大部分優(yōu)異品質(zhì),又由于其多晶結(jié)構(gòu)具有較好的沖擊韌性和材質(zhì)上的各向同性。粘結(jié)劑的選擇對(duì)它性能的影響至關(guān)重大,目前主要有Ti-Si系列的陶瓷類粘結(jié)劑和以Co為主的金屬類粘結(jié)劑,兩種粘結(jié)劑無(wú)論在聚晶的燒結(jié)過(guò)程中所起的作用,還是在成品中的存在形式,都有著明顯的差別。此外,作為原料的金剛石微粒的品質(zhì)及燒結(jié)工藝,對(duì)聚晶的性能也有明顯的影響。2.1聚晶的性能要求耐磨性、熱穩(wěn)定性和沖擊韌性是金剛石聚晶最重要的性能指標(biāo),強(qiáng)度、硬度、可加工性、可焊接性、自銳性等性能在某些情況下也可能成為重要的參數(shù),目前國(guó)內(nèi)外對(duì)聚晶的性能還沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),不同的用途對(duì)聚晶的性能要求也不相同。2.1.1粘結(jié)劑為等細(xì)粒度的金剛石聚晶減量的影響聚晶的耐磨性一般用磨耗比Q來(lái)評(píng)價(jià),國(guó)內(nèi)有《人造金剛石燒結(jié)體磨耗比測(cè)定方法》(JB/T3235-1999)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)測(cè)試的程序進(jìn)行了規(guī)范化,因而測(cè)出的數(shù)據(jù)有較好的可比性,目前已成為最重要的評(píng)價(jià)聚晶性能的方法。影響聚晶耐磨性的因素很多。在以Ti-Si為粘結(jié)劑的“陶瓷型”聚晶中,粘結(jié)劑的總量和組成粘結(jié)劑的成份對(duì)磨耗比Q值都有重大的影響,據(jù)資料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,粘結(jié)劑采用Ni-Si-B或者Ti-Si-B組份為好,相應(yīng)粘結(jié)劑含量(重量比)應(yīng)在10%～20%。此外,細(xì)化金剛石聚晶的晶粒,提高原始金剛石粉末的品質(zhì),都能明顯地提高Q值。特別需要提出的是原料的真空處理,此法能清除粉末表面的吸附物,明顯地提高Q值(見(jiàn)圖1),但生產(chǎn)成本增加有限。前面提到的細(xì)化聚晶粒度的方法,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是:只在一定范圍內(nèi)能夠顯著提高Q值,但當(dāng)金剛石粒徑接近0.5～1μm時(shí),Q值反而會(huì)隨晶粒的細(xì)化而急劇下降(見(jiàn)圖2)。人們對(duì)這一現(xiàn)象的一般解析是:在處理如此細(xì)粒度的微粉時(shí),目前的手段還不足以保持其純度,雜質(zhì)的增多導(dǎo)致了產(chǎn)品Q值的下降,可見(jiàn)凈化處理工藝對(duì)聚晶質(zhì)量的重要性。事實(shí)上,真空凈化處理目前已成為國(guó)內(nèi)用以提高Q值的基本手段之一。在以Co為粘結(jié)劑的另一類結(jié)構(gòu)中,作為粘結(jié)劑的Co實(shí)際上是碳的溶解元素以及D-D結(jié)合的催化劑元素。在其燒結(jié)過(guò)程中,金剛石顆粒表面出現(xiàn)碳化并溶解于Co液中,在一定熱力學(xué)條件下以金剛石的形式析出并將Co液推向邊緣,從而形成D-D結(jié)合的理想鍵接。其燒結(jié)體的質(zhì)量很大程度上取決于上述過(guò)程完成的質(zhì)量,因此,對(duì)燒結(jié)過(guò)程的工藝控制非常重要。當(dāng)然,晶粒細(xì)化、原料金剛石品質(zhì)及處理工藝也是Q值的影響因素。2.1.2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)熱性能好,與單晶金剛石聚晶法工藝更好金剛石聚晶主要用于切削和磨削加工,使用過(guò)程中大都面臨高溫考驗(yàn),故而熱穩(wěn)定性是其重要性能指標(biāo)。從結(jié)構(gòu)上看,“陶瓷型”結(jié)構(gòu)的聚晶主要由金剛石顆粒與碳化物構(gòu)成的類似于“混凝土”式的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),由于作為主要粘結(jié)劑的碳化物具有很好的熱穩(wěn)定性,因而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的耐熱性明顯高于單晶金剛石,實(shí)驗(yàn)表明,在加工溫度達(dá)到1200℃時(shí),作為工具的聚晶仍能保持優(yōu)良的性能。在另一類以金屬Co為代表的金屬陶瓷結(jié)構(gòu)聚晶中,由于結(jié)構(gòu)中殘余金屬的存在,使其中的金剛石更易于氧化,其耐熱性能往往不如單晶金剛石。DeBeers公司曾對(duì)其Syndite的三個(gè)品種025、010和002進(jìn)行了熱穩(wěn)定性試驗(yàn),試驗(yàn)在空氣中進(jìn)行加熱處理,結(jié)果見(jiàn)圖3。與國(guó)產(chǎn)的“陶瓷型”聚晶(見(jiàn)圖4)相比,相同條件下后者的耐熱性比前者提高100℃以上。2.1.3沖擊韌性測(cè)試金剛石聚晶的沖擊韌性、可加工性、各向同性都要優(yōu)于單晶金剛石,這是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的。目前聚晶這些性能的測(cè)試尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),國(guó)內(nèi)有采用“落錘法”測(cè)試其沖擊韌性,設(shè)備簡(jiǎn)單,但精度、重復(fù)性都差;也有資料介紹用計(jì)算斷裂功的方法表征其沖擊韌性,結(jié)果顯示隨著聚晶晶粒的細(xì)化,沖擊韌性平均值明顯提高,但所測(cè)結(jié)果非常分散。在這一性能參數(shù)上,以金屬為粘結(jié)劑的聚晶要明顯高于“混凝土”式的陶瓷結(jié)構(gòu)聚晶,存在于金剛石間的金屬明顯改善了結(jié)構(gòu)的韌性,而陶瓷結(jié)構(gòu)中碳化物雖然使整個(gè)燒結(jié)體的沖擊韌性有所提高,使其比單晶金剛石的抗沖擊能力有所改進(jìn),但顯然效果不如金屬。2.2鉆石制造的技術(shù)特點(diǎn)2.2.1d-xc-d結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定機(jī)理這類聚晶燒結(jié)過(guò)程中,沒(méi)有碳的溶解-析出過(guò)程,碳源大多數(shù)情況下不能溶解于粘結(jié)劑中,而是直接跟金剛石表面的碳原子形成各種碳化物,從而形成D-XC-D結(jié)構(gòu),構(gòu)成所謂“類混凝土”式結(jié)構(gòu)的聚晶。這一結(jié)構(gòu)是否能夠在整個(gè)燒結(jié)體中產(chǎn)生,決定了產(chǎn)品質(zhì)量的高低。粘結(jié)劑在熔化后,開(kāi)始浸漬在金剛石顆粒的間隙中,在外部高溫高壓作用下,向金剛石間隙“低壓區(qū)”移動(dòng),并跟金剛石表面碳原子形成碳化物。浸漬過(guò)程能否順利實(shí)現(xiàn),粘結(jié)劑能否完整地填充金剛石間的空隙,是形成完整的D-CX-D結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ);顯然,燒結(jié)前均勻的混料有助于實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。由于燒結(jié)時(shí)間很短,粘結(jié)劑能否完全與金剛石表面的碳原子形成碳化物是實(shí)現(xiàn)D-XC-D結(jié)構(gòu)的另一個(gè)關(guān)鍵,剩余的粘結(jié)劑元素、石墨化的碳及其它雜質(zhì),將嚴(yán)重影響燒結(jié)體的性能。以上過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn),離不開(kāi)外部條件——適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和燒結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)的控制。2.2.2cod-pcr復(fù)合片的制備方法這類聚晶的制造方法稱鈷擴(kuò)散浸漬燒結(jié)法。在國(guó)外,又被稱為“鈷掃越式催化再結(jié)晶法”(SweepThroughCatalyzedRecrystallization,即STCR法),由G.E公司在上世紀(jì)70年代首創(chuàng),其有代表性的產(chǎn)品包括該公司的“Stratapax”和DeBeers公司的“Syndrill”系列。顧名思義,在這類聚晶的燒結(jié)過(guò)程中,作為粘結(jié)劑的Co起到了“催化劑”的作用,金剛石表面的碳原子溶解于Co液中,在一定的熱力學(xué)條件下,改變了內(nèi)部結(jié)構(gòu),并以金剛石原子的形式沉積在金剛石顆粒的表面,從而形成D-D結(jié)構(gòu)或者D-Co-D結(jié)構(gòu),這一過(guò)程,也叫做“再結(jié)晶”。所謂“掃越式”是指Co液起催化作用的這種方式在整個(gè)聚晶體中的掃越,比如G.E公司的復(fù)合片產(chǎn)品“Compax”系列,在燒結(jié)時(shí),再結(jié)晶過(guò)程首先在金剛石粉跟硬質(zhì)合金的界面發(fā)生,Co液先在這里聚集,并開(kāi)始溶解金剛石表面的碳原子,并且在高壓的作用下向金剛石層推進(jìn);隨著熱力學(xué)條件進(jìn)入金剛石穩(wěn)定區(qū),碳原子以金剛石的方式析出并沉積在金剛石顆粒的表面或者自行成核;隨著這一過(guò)程的進(jìn)行,內(nèi)部環(huán)境出現(xiàn)了變化,Co液被擠向邊緣,即向金剛石粉的深層擴(kuò)展,最終掃越整個(gè)金剛石層并析出Co液。在實(shí)現(xiàn)“溶解—催化—再結(jié)晶”的過(guò)程中,熱力學(xué)環(huán)境的控制至關(guān)重要,壓力、溫度和燒結(jié)時(shí)間都必須嚴(yán)格控制在預(yù)定的范圍內(nèi),才可能形成較多的D-D結(jié)合,減少Co的殘余,且防止晶粒的長(zhǎng)大。對(duì)復(fù)合片而言,還要處理好另兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn):一是硬質(zhì)合金與金剛石層的界面問(wèn)題,兩者由于熱膨脹系數(shù)的不同(Co:0.146×10-6/K,金剛石:1.5×10-6～5.0×10-6/K),冷卻后極容易出現(xiàn)裂紋,解決方法一般是添加B、Si等元素形成過(guò)渡相;二是防止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大,尤其是在硬質(zhì)合金和聚晶層界面,最容易出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大,且對(duì)復(fù)合片質(zhì)量影響巨大,解決方法除了嚴(yán)格控制燒結(jié)工藝外,還可以從減少雜質(zhì)、添加Ti、Cr及鐵粉等入手,目的是減少成核概率,增加金剛石顆?；钚?抑制異常晶粒生長(zhǎng)。3產(chǎn)品的應(yīng)用廣泛,具有豐富的應(yīng)用領(lǐng)域。在其它一些產(chǎn)金剛石聚晶具有接近于單晶金剛石的硬度和耐磨性,但跟后者相比,還具有結(jié)構(gòu)、尺寸、價(jià)格和一些性能上的優(yōu)勢(shì),這些優(yōu)勢(shì)為它提供了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。3.1pdc刀具的應(yīng)用這是金剛石聚晶最具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域,其代表性產(chǎn)品就是PDC(PolycrystallineDiamondCompact)刀具。這方面的應(yīng)用集中了金剛石聚晶的多種比較優(yōu)勢(shì):結(jié)構(gòu)上的各向同性和較好的抗沖擊能力;尺寸上的優(yōu)勢(shì)和相對(duì)便宜的價(jià)格;可焊性和較好的可加工性能等等。加上超硬材料本身所具有的極高的硬度、強(qiáng)度和高耐磨性,以及具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,使PDC刀具在許多領(lǐng)域里具有了比較優(yōu)勢(shì)。從加工材料上看,PDC刀具可用于非鐵金屬材料以及幾乎所有的非金屬材料,包括硬質(zhì)合金和陶瓷材料,在很多情況下具有比較優(yōu)勢(shì)。尤其是PDC刀具可以長(zhǎng)時(shí)間保持刀具形狀的穩(wěn)定,更適合精加工和流水線式的批量生產(chǎn)。另外,硬質(zhì)合金和陶瓷材料只能用超硬材料進(jìn)行切削加工。在加工金屬方面,主要用于鋁及鋁合金,銅及銅合金以及鈦、鎂、鋅、鉛等有色金屬。行業(yè)涉及到交通運(yùn)輸、通用機(jī)械、精密機(jī)械、儀器儀表、電子技術(shù)等。其中僅在汽車制造業(yè)上年消耗刀具超過(guò)1.5億美元。在加工非金屬材料方面,主要用于木工刀具、玻璃、增強(qiáng)塑料、橡膠、石墨及陶瓷材料,其中木工刀具的年耗刀具接近1億美元。PDC刀具的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布見(jiàn)圖5。3.2作為孕鑲工具的擴(kuò)孔器在表鑲和孕鑲工具方面,金剛石聚晶相比金剛石單晶,具有尺寸和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì);相比立方氮化硼,具有耐磨性的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使其在地質(zhì)探礦、石油鉆探方面得到了廣泛的應(yīng)用。圖6是作為孕鑲工具的擴(kuò)孔器,利用聚晶的大尺寸和高耐磨性來(lái)保證擴(kuò)孔器外徑尺寸的穩(wěn)定;圖7是作為表鑲工具的石油鉆頭,這是國(guó)內(nèi)金剛石聚晶主要用途之一,對(duì)我國(guó)早期金剛石聚晶的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用,到現(xiàn)在,我國(guó)在這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已超過(guò)了30年,為我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。3.3金剛石聚晶制品在成分分析中的應(yīng)用金剛石聚晶在這一領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用,跟傳統(tǒng)的電鍍金剛石砂輪相比,最突出的就是在工具壽命上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。電鍍金剛石工具,在很多情況下工作層是單層金剛石,在研磨高硬度的寶石時(shí),很快就會(huì)被磨損并失去工作能力,而金剛石聚晶制品則完全克服了這一弱點(diǎn),大大提高了加工效率。在寶石加工上的應(yīng)用是近年來(lái)金剛石聚晶新開(kāi)拓的應(yīng)用領(lǐng)域,市場(chǎng)前景十分看好,大大拓寬了聚晶的市場(chǎng)。這種新聚晶的硬度低于鉆探等領(lǐng)域用的聚晶,為適應(yīng)寶石加工做了一些特殊的處理。目前國(guó)內(nèi)有多家公司生產(chǎn)此類聚晶,產(chǎn)品大多出口國(guó)外;近年來(lái)江浙、廣東一帶的寶石生產(chǎn)廠家也開(kāi)始使用這一新技術(shù),產(chǎn)品極具發(fā)展?jié)摿Α?.4金剛石聚晶修正筆利用金剛石聚晶的大尺寸、高耐磨性以及較好的可加工性,聚晶拉絲模跟傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金拉絲模相比具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。金剛石聚晶修正筆可以用來(lái)修正幾乎所有的砂輪,包括立方氮化硼砂輪。近年來(lái),各種新材料不斷推出,這些主要為某種需要而被人們專門(mén)“制造”出來(lái)的新材料,往往具有比傳統(tǒng)材料更為獨(dú)特的性能,比如極高的硬度和耐磨性、精密的加工精度要求等等。很多情況下,只有超硬材料才是其理想的加工工具,金剛石聚晶必然能在其中發(fā)揮獨(dú)特的作用。4聚晶產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域有待拓寬在金剛石聚晶的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,中國(guó)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家走了不同的路子。歐美國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的是聚晶復(fù)合片(PDC),其產(chǎn)品主要用作刀具,半數(shù)以上用于汽車零件的加工,這與其發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)、高自動(dòng)化的生產(chǎn)分不開(kāi);國(guó)內(nèi)優(yōu)先發(fā)展聚晶燒結(jié)體(PCD),主要用于地質(zhì)、石油鉆探、拉絲模、修正筆等,這些都是PCD最適合的領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)“中國(guó)特色”的路子取得過(guò)不錯(cuò)的效果,并且在某些性能指標(biāo)上不低于國(guó)外的同類產(chǎn)品。但同時(shí)也要看到,目前國(guó)內(nèi)無(wú)論在理論研究方面還是在實(shí)際生產(chǎn)方面都存在較大的缺陷。國(guó)內(nèi)PCD產(chǎn)品有特色,但產(chǎn)品單一,應(yīng)用領(lǐng)域有待拓寬;而在當(dāng)今國(guó)際主流產(chǎn)品PDC上,又因?yàn)樵O(shè)備、技術(shù)所限,跟國(guó)外產(chǎn)品在尺寸和質(zhì)量上有很大的距離。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)多年來(lái)持續(xù)高速發(fā)展、勞動(dòng)力成本不斷上升以及加入WTO等多種因素綜合作用下,我國(guó)金剛石聚晶產(chǎn)品的發(fā)展迎來(lái)難得的機(jī)遇,更面臨著技術(shù)上更新?lián)Q代、管理上提高效率的巨大壓力。業(yè)內(nèi)人士必須認(rèn)清當(dāng)前形勢(shì),加大科研和技術(shù)上的投入,充分發(fā)揮國(guó)內(nèi)現(xiàn)有優(yōu)勢(shì),并在PDC產(chǎn)品上大力借鑒國(guó)外產(chǎn)品的長(zhǎng)處,才能在未來(lái)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。4.1pcd產(chǎn)品的應(yīng)用我國(guó)的金剛石燒結(jié)體具有耐高溫等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),但目前品種相對(duì)單一,應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄,基本上集中在地質(zhì)和石油鉆探、修整工具、寶石加工和拉絲模等非常有限的領(lǐng)域中。由于市場(chǎng)規(guī)模較小,沒(méi)有得到業(yè)內(nèi)人士足夠的重視,因而投入的研究、開(kāi)發(fā)資源十分有限,種種因素使國(guó)內(nèi)PCD產(chǎn)品的發(fā)展多年來(lái)停滯不前。從桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院的PCD產(chǎn)品看,上世紀(jì)80年代初即開(kāi)發(fā)出系列產(chǎn)品,包括不同尺寸的圓柱形聚晶、尖頭形聚晶和三角聚晶,當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)的目的是以地質(zhì)、石油鉆探為主要服務(wù)對(duì)象。多年來(lái),品種數(shù)量雖然有所發(fā)展,產(chǎn)品質(zhì)量也有所提高,但其應(yīng)用領(lǐng)域仍然以鉆探和修整工具為主,相對(duì)于超硬材料的其它領(lǐng)域的快速發(fā)展,其速度無(wú)疑是緩慢的。其實(shí),國(guó)內(nèi)PCD產(chǎn)品從其燒結(jié)機(jī)理上看,是頗具特色的,“類混凝土”式的結(jié)構(gòu)使其各性能指標(biāo)有較大的靈活性,多種多樣的添加劑以及碳化物的不同組成方式使其具有各種不同的性能特征。從生產(chǎn)的角度看,它至少具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):第一,工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,國(guó)內(nèi)有關(guān)的理論研究和制造工藝均已成熟,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定;第二,產(chǎn)品性能容易調(diào)整,這一點(diǎn)與其“類混凝土”式的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系;第三,設(shè)備、工藝控制精度要求較低,比如在Ti-Si系列中,粘結(jié)劑總量在10%～20%均能保證產(chǎn)品質(zhì)量;第四,容易做成復(fù)雜的產(chǎn)品,掃越式再結(jié)晶法Co液需掃越整個(gè)聚晶體,從而使聚晶的厚度受到了限制,對(duì)于較復(fù)雜的產(chǎn)品就更加無(wú)能為力,而國(guó)內(nèi)“類混凝土”式的結(jié)構(gòu)無(wú)此限制;第五,耐熱性好,這點(diǎn)已為前面的數(shù)據(jù)所證實(shí)。利用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),充分發(fā)揮制造和性能上的優(yōu)勢(shì),針對(duì)不同的使用要求,設(shè)計(jì)不同性能的產(chǎn)品,是國(guó)內(nèi)金剛石聚晶這一特色產(chǎn)品的發(fā)展方向。金剛石聚晶雖然是以其高耐磨性為特征,但實(shí)際加工中并非一味地要求其高耐磨性,成本和效益才是衡量工具的最終指標(biāo),近年來(lái)金剛石燒結(jié)體在寶石加工上的成功應(yīng)用,無(wú)疑是這一思路的最好例子。用于加工寶石的PCD產(chǎn)品在性能上與以往的PCD有所區(qū)別,它不象用于鉆探等領(lǐng)域的聚晶那樣一味地追求極高的硬度和磨耗比,而是根據(jù)加工寶石的具體情況進(jìn)行了設(shè)計(jì)。這一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是成功的,目前在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都得到了認(rèn)可,且前景看好;而這一種思路更是成功的,它為國(guó)內(nèi)PCD產(chǎn)品開(kāi)拓出一片新的天空。從這一思路出發(fā),將有更多的適合“類混凝土”式的結(jié)構(gòu)新產(chǎn)品被開(kāi)發(fā)出來(lái),這些產(chǎn)品可能具有高粘結(jié)劑含量、低磨耗比的性能,可能是STCR法難以直接生產(chǎn)的尺寸形狀復(fù)雜和細(xì)粒度產(chǎn)品,也可能是低成本、低品質(zhì),適合“類混凝土”式的結(jié)構(gòu)的某種新產(chǎn)品。4.2國(guó)外pdc燒結(jié)工藝的發(fā)展方向近年來(lái),我國(guó)在汽車零件加工、木工刀具等方面對(duì)PDC刀片的需求量大大增加,數(shù)控式精密機(jī)床的數(shù)量也與日俱增,對(duì)超硬材料的切割加工技術(shù)也有很大的發(fā)展,這一切為PDC刀具的開(kāi)發(fā)提供了良好的外部條件。目前,國(guó)內(nèi)PDC產(chǎn)品跟歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比,差距是多方面的,包括PDC燒結(jié)理論的研究、大腔體高精度的壓機(jī)、高溫高壓腔體的控制技術(shù)、PDC毛坯的切割和加工技術(shù)、高精度的機(jī)床、焊接技術(shù)和PDC刀具切削理論方面的研究等等。近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷提高,我國(guó)PDC刀具產(chǎn)業(yè)的外部環(huán)境不斷改善,除了與超硬材料行業(yè)直接相關(guān)的前三個(gè)因素外,在其它方面都得到了快速的發(fā)展。換句話說(shuō),目前制約PDC刀具發(fā)展的關(guān)鍵因素還是在超硬材料行業(yè)的自身。在PDC燒結(jié)理論和工藝方面,應(yīng)該走國(guó)外的工藝,即采用“Co掃越式催化再結(jié)晶法”工藝,經(jīng)過(guò)二十多年來(lái)的實(shí)踐,這一點(diǎn)似乎已無(wú)疑議。國(guó)內(nèi)碳化物粘結(jié)的方法在理論