论文摘要
聚晶金刚石复合片是以金刚石微粉为原料，WC硬质合金作为基体，通过特定的合成工艺在高温高压条件下烧结而成的一种超硬复合材料。复合片兼具金刚石硬度高、耐磨性好以及硬质合金抗冲击性能强的优点，现已从深井钻探的使用扩大到矿床勘探及机械加工等各个领域，复合片也逐渐取代单晶金刚石成为超硬材料家族中最重要的一员。然而，由于国内合成复合片的高温高压设备都是从单晶金刚石合成设备转化而来，此类液压机腔体直径都在400mm以下，一般只能合成小尺寸的PDC。而小尺寸PDC中单质金属或合金都难以有效地润湿和粘结金刚石颗粒，界面结合弱，限制了其应用范围。因此，研究小腔体液压机上合成大尺寸复合片的合成机理及界面结合问题就具有特别重要的意义。本文从分析聚晶金刚石与金属基体间的界面结合问题及其复合机理出发，提出了对聚晶金刚石复合体的组成成分进行设计和对合成工艺进行优化，在国内首次采用6×8MN铰链式六面顶液压机进行合成Φ13-13型金刚石复合片的研究，同时采用SEM、FRS等研究方法，开展了以下几方面的研究：1．在六面顶液压机上高温高压合成Φ13-13mm聚晶金刚石复合片，并对合成复合片合成机理和过程进行了研究。2、对合成Φ13-13型复合片从宏观上检测了磨耗比、抗冲击性、耐热性，通过结果分析，Φ13-13mm型复合片完全达到了一般钻探用石油复合片的要求；微观上，通过扫描电镜观察和激光拉曼光谱分析，聚晶金刚石—硬质合金复合片在微观组织结构、元素成分分布方面的存在缺陷，结合对现有烧结工艺的分析，研讨了造成这些缺陷的机理。3、利用有限元方法对金刚石—硬质合金复合片的残余热应力进行了分析，并采用ANSYS软件对其进行有限元计算，得出了复合片内各方向上的残余热应力分布，提出了通过调整金刚石层与硬质合金的热膨胀系数差和厚度比可以调整复合片内的残余应力大小。通过对我们合成Φ13-13型复合片的性能检测和微观观察，其各项性能都达到了钻探用石油复合片片的应用标准，这为小腔体液压机的应用增加了新的方向。