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          河北永广矿山设备有限公司

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          简述金刚石复合片主要缺陷及产生原因

          简述金刚石复合片主要缺陷及产生原因

          发布日期:2015-6-8 11:05:52  信息来源:本站原创

              ***容易出现的主要缺陷及产生的原因分析如下:

            1  分层
            主要表现为金刚石层与硬质合金衬底在其结合面上出现裂缝。用50MHz超声波探伤仪可以检测出其结合面上的烧结情况,金刚石与硬质合金粘结牢固的PDC在探伤中不发生界面反射波;而界面上有裂缝的PDC可以对超声波产生多次的反射和折射,使其在探伤图像上出现非正常的杂波,不同的裂缝产生的杂波图像也有所不同。下面是两种不同的烧结情况在超声波探伤仪中产生的波形图。
            产生分层的主要原因大致有以下几方面:
           ?、俑呶率奔涔?br />   众所周知,金刚石在烧结过程中会部分石墨化,液相钴渗入金刚石微粉层时,溶解石墨并向金刚石输送碳,使金刚石颗粒长大并搭接起来,形成金刚石-金刚石的键结合。钴液渗入金刚石粉末的过程伴随着石墨→金刚石的转变,***后金刚石粉末中的石墨转变成金刚石,形成具有金刚石-金刚石结合的牢固烧结体。如果烧结过程处于温度相对较高且持续时间较长时,液相钴会迅速完成溶解石墨并向金刚石输送碳的过程,金刚石颗粒也会长大并搭接起来,但由于高温持续时间较长,已烧结的金刚石会被碳化,从而使金刚石层中残留过多的石墨,严重影响金刚石层与硬质合金衬底的界面结合强度,导致界面分离。
           ?、诓杏嘤α?br />   残余应力的产生主要是由于热膨胀(冷收缩) 的存在。硬质合金的热膨胀系数是金刚石的两倍。PDC 的烧结属于液相烧结,当烧结结束各相开始冷却时,由于各相热膨胀不同所以收缩不一致,彼此约束,从而产生应力,这种应力过大时,便导致金刚石层从衬底上分离。而热膨胀是材料本身的固有特性,要完全消除其影响是很难的,只有从工艺上入手,比如对衬底形状的设计,或通过退火处理,以尽量减小残余应力的影响。
           ?、塾仓屎辖鸨旧淼闹柿拷喜?。

            2  欠烧
            分为全部欠烧和局部欠烧。从外观上看,主要是金刚石微粉尚未完全烧结,呈现松散的结构,在色泽上表现为灰色或带黄色斑点,磨耗比很差,基本无使用价值。
              造成欠烧的主要原因有:
           ?、僭牧鲜艿轿廴?br />   在市购的金刚石微粉中,总会包含着叶蜡石、石墨、铁磁性物质和灰份等杂质。如果未处理干净或在存放过程中受污染,那么在烧结过程中,这些污染物将对金刚石产生热侵蚀,促使金刚石氧化和加速金刚石的石墨化,从而阻碍钴扫越的进行,轻则局部阻碍金刚石的自身烧结,重则只有界面处的金刚石被烧结,留下黄色斑点。因此,对原材料的保存和处理要相当仔细,严格按照规程进行。
           ?、谖露裙突蚋呶率奔浔3植还?br />   由于PDC烧结属于液相烧结,它***要求必须有液相生成。温度过低时,不能产生足够的液相,使烧结过程无法持续,只能在界面处产生烧结,而其他部分仍保持原有形态,呈现松散的结构。合成腔体达到预定温度是需要一定的时间的,由于受工艺条件所限,这个时间不能过长,否则***会相应缩短后期保持高温的时间,这样,虽然也产生足够的液相,但在相对较短的时间里,扫越式再结晶进行的不很完全,而造成PDC的局部不烧结。要避免这些情况的产生,除了要防止设备故障(如压机的绝缘垫损坏或压机的加热电源漏电等)外,还要不断加强对操作人员的培训,提高操作人员的技术水平。
           ?、鄢牡捉岷霞梁坎蛔?br />   PDC的烧结是需要在衬底中的结合剂参与下有条件进行的,当衬底中结合剂的含量不足时,***会影响PDC的烧结质量,轻则一般会在超硬层表面留下较深的虚点,虚点处基本上没有磨耗比;重则***只能是废品。

            3 针眼、黑点
            所谓针眼***是指在PDC的金刚石表面存在象针扎过一样的小孔洞。它们有多有少或聚或散,是影响成品率的一大缺陷。我们认为这些小孔洞实际***是气孔。吸附气体或蒸汽是固体与气体界面上***重要的特征性质之一,金刚石亦不例外。由于合成PDC所使用的是金刚石微粉,通常只有几十微米或几微米,因而比表面积极大,所吸附气体的量***更为惊人。在烧结过程中,由于液相的产生,气体分子逐渐聚集,形成或大或小的气泡,随着温度的升高,颗粒的粒界开始移动,粒子长大并搭接,气泡逐渐迁移到粒界上消失,烧结体密度增高,并可能***终排除气泡,得到充分致密的烧结体。但困难的是我们不知道气泡什么时候能被完全排除,因而总会有个别的气泡随着烧结结束形成气孔留在金刚石层中。
            黑点实际上是一种颜色不均匀,它总是出现在PDC表面的中心部位,而且随着PDC尺寸的大小而变化,PDC的尺寸越小,它***越不明显。它形成的原因***是由于存在着压力温度梯度。在超高压、高温状态下,压力、温度在各处并不均等,且总是边缘的温度和压力高,越往中心***越低,这种不均匀性***会在烧结体上体现出来,要想消除这种缺陷,***应当从组装和配料等工艺上进行改进,才能解决。

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