【中國超硬材料網(wǎng)訊】11月14日，2013第六屆鄭州國際超硬材料及制品研討會(huì)在鄭州德億大酒店四樓第一會(huì)議室隆重舉行，本屆研討會(huì)由中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)聯(lián)合國家超硬材料及制品工程技術(shù)研究中心等多家行業(yè)機(jī)構(gòu)共同主辦。

        研討會(huì)上，中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)秘書長李志宏作了“半世紀(jì)風(fēng)云，五十年輝煌”的行業(yè)發(fā)展報(bào)告，這篇報(bào)告也成為研討會(huì)的第一講，由此正式拉開了超硬材料技術(shù)論壇的序幕。



        鉆粉作為金屬結(jié)合劑，在金剛石工具中得到廣泛使用，特別是廣泛應(yīng)用在排鋸切割大理石上面。在這篇文章中，通過對(duì)不同的鉆粉性能進(jìn)行分析對(duì)比，評(píng)估其對(duì)金剛石把持力的影響，進(jìn)而影響到用這些鉆粉做成金剛石工具的切割性能。我們著重從力學(xué)性能、硬度、抗拉強(qiáng)度三方面，來分析鉆粉的不同性能。結(jié)果顯示，在不同的燒結(jié)溫度下，通過檢測(cè)鉆粉的胎體硬度和微觀組織結(jié)構(gòu)，Eurotungstene(歐洲鎢)公司的鉆粉有出眾的穩(wěn)定內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。并且，在很高的燒結(jié)溫度下，也沒有金剛石碳化現(xiàn)象。正因?yàn)殂@粉燒結(jié)后有這些出眾的表現(xiàn)，使得歐洲鎢公司的鉆粉對(duì)金剛石把持力非常好。排鋸在切割大理石時(shí)，刀頭直線來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，要求有很高的金剛石把持力，歐洲鎢公司的鉆粉憑借良好的金剛石把持力，在排鋸切割大理石的應(yīng)用上非常成功。 



        1948年日本金剛石工業(yè)協(xié)會(huì)設(shè)立，其目的在于謀求日本金剛石工業(yè)的健全進(jìn)步發(fā)展，借以對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)；在國內(nèi)，日本金剛石協(xié)會(huì)協(xié)助化學(xué)物物資排出掌握管理促進(jìn)法、勞動(dòng)安全衛(wèi)生法、水污染防治法、大氣污染防治法等相關(guān)法規(guī)的立法。協(xié)會(huì)活動(dòng)的內(nèi)容主要包括金剛石工業(yè)技術(shù)和設(shè)備發(fā)展情況、對(duì)政府單位提出建議、答辯以及向相關(guān)團(tuán)隊(duì)通過發(fā)布信息、其它為達(dá)成目的所需興辦的事業(yè)、分科委員會(huì)的舉辦（技術(shù)委員會(huì)、專利委員會(huì)、總務(wù)委員會(huì)）。

       報(bào)告以圖表形式介紹了日本金剛石粉末進(jìn)口量、進(jìn)口國家、進(jìn)口金額、金剛石\CBN工具生產(chǎn)金額、用途演變、金剛石粉末銷售演變、PCB\PCBN銷售演變等。報(bào)告還給出了日本金剛石工業(yè)協(xié)會(huì)代表的第三次訪問中國活動(dòng)情況、在JIMTOF交換意見以及在日本開會(huì)員大會(huì)時(shí)，將介紹中國金剛石協(xié)會(huì)的具體情況。



        報(bào)告分為三部分，分別介紹了制造鋸鉆的高壓設(shè)備及其改進(jìn)；鋸鉆生長的催化機(jī)制和六面頂生長排列晶科的鋸鉆。報(bào)告以圖表形式展示了2000—2010年十年間鋸鉆高壓設(shè)備的生產(chǎn)水平以及生產(chǎn)成本、銷售價(jià)格走勢(shì)；同時(shí)也列舉了國內(nèi)在現(xiàn)有的制造鋸鉆的設(shè)備和行業(yè)內(nèi)的國內(nèi)外專家。



        報(bào)告介紹了現(xiàn)代化繩鋸組鋸的生產(chǎn)，給出了單條繩鋸與組鋸繩鋸的對(duì)比極其應(yīng)用，生產(chǎn)組鋸繩鋸生產(chǎn)的方法，組鋸繩鋸的市場(chǎng)，高效生產(chǎn)組鋸繩鋸的建議步驟。繩鋸組鋸多用于切割大理石、花崗巖等；以及注塑或橡膠硫化。介紹了現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)繩鋸參數(shù)以及存在的問題。熱等靜壓法、注射成型法、熱壓法、無壓滲透法等多種方法都可以生產(chǎn)繩鋸組鋸。



        報(bào)告主要介紹了利用水射流激光技術(shù)進(jìn)行單晶金剛石切割、CVD金剛石和其它超硬材料的切割。所需水必須為純凈水，具有耗水量低，壓力要求不高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)粒子尺寸小于0.2μm。水射流激光可以最大化的減小對(duì)工件表面的損傷，節(jié)省成本，提高了加工精密度。同時(shí)，水既是激光切割的工具，又起到了冷卻降溫的作用。



        該報(bào)告介紹了世界領(lǐng)先的工業(yè)金剛石原料供應(yīng)商元素六的低含量立方氮化硼的PCBN牌號(hào)的發(fā)展。元素六擁有德國、愛爾蘭、英國、荷蘭、中國等多個(gè)跨國公司生產(chǎn)地，全球三千多名員工，銷售額約5億美元。公司部門分為磨料（石油天然氣、高級(jí)材料、硬質(zhì)合金）和技術(shù)兩大部分；報(bào)告詳細(xì)介紹了每個(gè)部門產(chǎn)品的種類和用途。



        該報(bào)告主要介紹作者所在實(shí)驗(yàn)室研制的基于國產(chǎn)六面頂壓機(jī)構(gòu)建的二級(jí)6-8型大腔體靜高壓裝置的力學(xué)結(jié)構(gòu)、壓力標(biāo)定、加熱組裝設(shè)計(jì)、溫度標(biāo)定以及采用金剛石復(fù)合材料作為二級(jí)頂錘產(chǎn)生超高壓的一些探索性工作。壓力標(biāo)定結(jié)果表明，我們?cè)O(shè)計(jì)的14/8(傳壓介質(zhì)邊長/二級(jí)頂錘錘面邊長，單位為mm)和12/6組裝可達(dá)到的最大腔體壓力約為18GPa,10/4組裝的最大腔體壓力約為20GPa;溫度標(biāo)定結(jié)果表明，三種組裝均可在2300K的溫度條件下穩(wěn)定運(yùn)行。就加載噸位而言，基于六面頂壓機(jī)的二級(jí)增壓裝置的壓強(qiáng)產(chǎn)生效率約為基于兩面頂壓機(jī)的2-6-8型增壓裝置的2.5倍。為了達(dá)到更高的壓力，本實(shí)驗(yàn)室在設(shè)計(jì)三種硬質(zhì)合金二級(jí)組裝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了采用金剛石復(fù)合二級(jí)頂錘產(chǎn)生超高壓的實(shí)驗(yàn)探索，采用原位電阻測(cè)量觀測(cè)Zr在高壓下相變（α-ω，7.96Gpa; ω-β，34.5GPa）的方法，標(biāo)定了由多晶金剛石一硬質(zhì)合金復(fù)合末級(jí)壓砧構(gòu)建的5.5/1.5組裝的腔體壓力。實(shí)驗(yàn)表明，自行研制的多晶金剛石一硬質(zhì)合金復(fù)合末級(jí)壓砧可使基于國產(chǎn)六面頂壓機(jī)構(gòu)架的二級(jí)加壓系統(tǒng)的壓力產(chǎn)生上限從約20GPa提高到35GPa以上，拓展了國內(nèi)大腔體靜高壓技術(shù)的壓力產(chǎn)生范圍。應(yīng)用這一技術(shù)，我們期望經(jīng)過末級(jí)壓砧材料與壓腔設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化，在基于國產(chǎn)六面頂壓機(jī)的二級(jí)6-8型大腔體靜高壓裝置壓腔中產(chǎn)生超過SOGPa的高壓。

        為了提高孕鑲金剛石鉆頭在堅(jiān)硬致密弱研磨性地層的鉆進(jìn)效率，將胎體弱化理論引入鉆頭設(shè)計(jì)中，并進(jìn)行了胎體弱化孕鑲金剛石鉆頭的應(yīng)用試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:與普通孕鑲金剛石鉆頭相比，其機(jī)械鉆速提高了68%;經(jīng)弱化處理的鉆頭在鉆進(jìn)過程中，弱化顆粒易于從胎體表面脫落，使其表面形成可再生凹坑型非光滑形態(tài)，弱化了胎體耐磨損性能，減少了鉆頭唇面與孔底巖石面之間的接觸面積，提高了鉆頭唇面對(duì)巖石的單位面積壓力;脫落的弱化顆粒在孔底參與磨損鉆頭胎體，提高了孔底巖粉的研磨能力，促進(jìn)了胎體中新顆粒金剛石的出刃。



        為了減小PDC鉆頭在鉆進(jìn)巖層時(shí)復(fù)合片的磨損，提高鉆進(jìn)性能，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，利用車削試驗(yàn)?zāi)MPDC鉆頭切削巖石，對(duì)PDC鉆頭的切削角、出露量、線速度和壓入硬度對(duì)復(fù)合片磨損規(guī)律的影響進(jìn)行研究。試驗(yàn)分別設(shè)定了五組不同的切削角、出露量、線速度和壓入硬度，保證在正壓力和摩擦路程不變的情況下，分別測(cè)定復(fù)合片的體積磨耗。結(jié)果表明，在相同力的作用下，隨著切削角的減小，復(fù)合片切削齒各相同位置的應(yīng)力增大，且復(fù)合片的磨耗增大，鉆頭使用壽命減短;不同切削角的切削齒都存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的最佳出露量，如切削角為15°時(shí)，最佳出露量為2mm;復(fù)合片的體積磨耗在鉆進(jìn)時(shí)與線速度成正比，可通過線速度v求得t;復(fù)合片切削齒的體積磨損量與巖石壓入硬度成反比。


       以硝酸鋁、異丙醇鋁和正硅酸乙醋為原料，采用溶膠凝膠法制備了硅鋁雜化高分子，并應(yīng)用于磨具結(jié)合劑和金剛石包覆的研究。利用掃描電子顯微鏡(SEM )、傅里葉變換紅外光譜SET-IR) , X射線衍射儀(XRD}、差示掃描量熱一熱重分析儀(DSC-TG)等手段對(duì)結(jié)合劑及包覆金剛石的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征，還研究了不同的燒結(jié)制度對(duì)采用該結(jié)合劑制備砂輪磨具試樣硬度和抗彎強(qiáng)度等性能的影響。研究結(jié)果表明，采用溶膠凝膠法制備的硅鋁雜化高分子結(jié)合劑粉體形態(tài)呈不規(guī)整片塊狀、粒度比較均勻，耐熱性好。把合成的硅鋁雜化高分子結(jié)合劑進(jìn)行400℃熱處理，然后在500℃進(jìn)行燒結(jié)制備砂輪磨具試樣，經(jīng)測(cè)試砂輪磨具試樣硬度最大達(dá)到76HRB，抗彎強(qiáng)度達(dá)到67.83MPa。金剛石包覆該硅鋁化合物涂層，改善了金剛石表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)和熱性能，在出現(xiàn)明顯的失重速率加快之前幾乎沒有出現(xiàn)熱失重現(xiàn)象，尤其是提高了金剛石的抗氧化溫度，熱失重速率加快突變溫度提高了75℃。


        微晶玻璃是玻璃相和微晶相均勻分布形成的一種新型無機(jī)非金屬材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐熱沖擊性、耐磨性和耐腐蝕性等特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。不斷開發(fā)微晶玻璃結(jié)合劑的新型制備工藝，對(duì)于提高砂輪質(zhì)量具有重要意義。報(bào)告對(duì)微晶玻璃結(jié)合劑的種類、制備方法進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)的綜述。


        報(bào)告開發(fā)了一種提純?nèi)嗽旖饎偸沫h(huán)保新工藝和新設(shè)備，采用物理方法進(jìn)行人造金剛石表面除雜提純。生產(chǎn)操作的過程中不需要使用任何酸和堿即可直接脫除人造金剛石表面附著的石墨、金屬和葉臘石等雜質(zhì)。該技術(shù)不僅操作簡單，生產(chǎn)周期短，大大降低了生產(chǎn)成本，而且避免了采用酸堿和高溫氧化等化學(xué)分離方法的高能耗和高污染等問題。該技術(shù)投資小，占地少，工藝簡單，改造和維護(hù)費(fèi)用很低，非常適用于目前大、中、小型人造金剛石企業(yè)的技術(shù)升級(jí)改造。

       報(bào)告詳細(xì)內(nèi)容敬請(qǐng)關(guān)注《第六屆鄭州國際超硬材料及制品研討會(huì)論文集》。