12011第一章 超硬材料与工具.ppt

超硬材料与工具超硬材料与工具金刚石，俗称“金刚钻”。习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未加工过的称为金刚石，通常成品钻是采矿量的十亿分之一，因而价格十分昂贵。
世界上最重的钻石是1905年产于南非的“库里南”，重3106克拉，已被分磨成9粒小钻，其中被称为“非洲之星”鉴别法中国主要金刚石成矿区有：①辽东—吉南成矿区，有中生代和中古生代两期金伯利岩。②鲁西、苏北、皖北成矿区，下古生代可能有多期金伯利岩。③晋、豫、冀成矿区，已在太行山、嵩山、五台山等地发现金伯利岩。④湘、黔、鄂、川成矿区，已在湖南沅水流域发现了4个具工业价值的金刚石砂矿。金刚石及金刚石钻头表镶金刚石钻头立方氮化硼相关产品金刚石滚轮PCD刀具PCD铣刀天然金刚石四角刀立方氮化硼车刀孕镶金刚石钻头电镀金刚石钻头Gold系列PDC钻头复合体钻头取心钻头一、发展史天然金刚石原生矿属于角砾云母橄榄岩(金伯利岩)，当位于地下深处的金伯利岩中的碳元素达到一定浓度后，在高温、高压条件下，碳元素结晶成为金刚石晶体而形成金刚石矿床。1954年，美国通用电气公司的邦迪(F．P．Bundy)等人首次在高温高压条件下以石墨为原料，以镍为触媒成功地合成出金刚石，开始了人造金刚石工业生产。
我国1963年在实验室里生产出第一颗人造金刚石；
1965年投入工业生产。立方氮化硼(CubicBoronNitride-CBN)也是采用高温高压技术人工合成的一种超硬材料。
到现在在自然界中没有发现CBN，它是1957年由美国通用电气公司温托福(R．H．wentorf)首次在触媒存在的条件下合成出来的，之后也很快进入工业生产.低压气相沉积金刚石的研究工作早在20世纪初就己开始。1911年，博尔顿(V．Bolton)发表了低压气相合成金刚石的实验工作。
在100℃有汞(Hg)蒸汽存在的情况下，在分解乙炔(C2H2)气体获得金刚石晶种生长。50年代末60年代初，人们开始把含碳气体的热分解应用到合成金刚石方面进行系统研究。1975年原苏联的德亚金(Deryagin)等报导了在非金刚石基底上沉积出了晶粒微米大小的金刚石晶体，标志着气相沉积金刚石的新时代的开始。
随后人们也开始研究低压气相沉积立方氮化硼及碳氮薄膜。现在低压气相沉积金刚石薄膜已进入工业化生产。
我国也已经研制出低压气相沉积金刚石刀具材料并已小批量生产。超硬工具材料的用处二、用途(1)磨具.
金刚石磨具主要用于下列材料的研磨、抛光或切割：硬质合金、陶瓷及耐火材料、玻璃、石墨、宝石、有色金属材料及非金属材料等。
CBN磨具主要用作各种高速钢、轴承钢、铸铁、不锈钢、耐磨涂层、高温合金等难磨材料的磨加工和抛光。
(2)刀具(包括薄膜涂层刀具).
金刚石刀具主要用于各种非金属材料及有色金属材料的车、铣、镗、钻等工序，如玻璃钢、硬塑料、橡胶、建筑材料、碳纤维、陶瓷、耐火材料、铜、铝基复合材料及合金等。
CBN刀具主要用于淬火钢、冷硬铸铁、不锈钢、高温合金、耐磨涂层等材料的加工。(3)钻具.
用于地质、石油、煤田、工程施工等的勘探和采掘。
(4)锯切工具.
主要用于石材、建筑材料、陶瓷、耐火材料、电碳制品、半导体、宝石、木材等的切割；也用于马路、机场跑道、建筑构件的切槽和切断。
(5)拉拔工具。
用于拉拔下列金属材料的丝材及线材，钨、钼、铜、铝、不锈钢、镀锌钢、钢以及合金等。
(6)修整工具。
用于普通磨具的成型修整、整形、修锐等
(7)其它工具。
用于硬质合金模具、量具刃具加工的手工工具，还有玻璃刀、医用工具、压砧及压头等。一.与钻探有关的金刚石物理力学性质
a.硬度：莫式硬度10，研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1000倍；
b.强度：天然金刚石抗压强度为8600MP，约为刚玉3.5倍,硬合金1.5倍,钢的9倍；
c.耐磨性:是刚玉的90倍,硬质合金的40~200倍,钢的2000~5000倍；
d.热稳定性;金刚石的导热性好,但随温度升高线膨胀增长较大,易引起热损伤。薄壁钻头取心钻头石油用金刚石钻头矿山用金刚石钻头1、非平面界面技术的应用GeoDiamond的复合片上图是各种异型结合面的复合片

下图为尖角形复合片。
爪形和环爪形复合片江钻的G系列带槽PDC片适用于切割各种花岗岩、大理石、陶瓷、混凝土等脆硬材料，特点是速度快、效力高、出屑块。适用于切割全瓷瓷砖、陶瓷、玻璃、高档大理石、高档花岗石等对精度要求高的脆硬性材料，特点是切割平稳，光洁度高、无崩边适用于石材及各种脆硬性材料的打磨加工，特点是磨削快、寿命长。大锯片，规格自180至600,甚至更大大陆科学钻探用扩孔器复合式直径6.14米盾构掘进机END