[科普中國(guó)]-超硬材料切削具

用人工合成的具有很高硬度、耐磨性和一定強(qiáng)度的材料制成的切削具。大多數(shù)超硬材料都是利用高溫、高壓技術(shù)，一次或多次合成的。目前已合成的超硬材料有幾十種，但在鉆探中用作切削具的主要有人造金剛石復(fù)合片、人造聚晶金剛石、斯拉烏基奇等。立方氮化硼CBN用于地質(zhì)鉆頭尚在試驗(yàn)階段。1

人造金剛石復(fù)合片用高溫、高壓技術(shù)，將細(xì)粒人造金剛石單晶，二次合成為0.3～0.8mm厚的人造金剛石聚晶薄片，焊接在硬質(zhì)合金底襯上，或者用高溫、高壓技術(shù)，將細(xì)粒人造金剛石單晶與硬質(zhì)合金基體直接粘結(jié)在一起制成的鉆頭切削具。復(fù)合片多為圓形，也可用線切割的方法或直接合成所需要的其它幾何形狀。

人造聚晶金剛石將人造金剛石單晶與金屬粘結(jié)劑按一定比例混合，在高溫、高壓下二次合成的金剛石聚晶體鉆頭切削具。其熱穩(wěn)定性高于人造單晶金剛石。目前，中國(guó)生產(chǎn)的聚晶，磨削比在3～5萬(wàn)之間，幾何形狀有圓柱狀和三棱柱狀等。

斯拉烏基奇烏克蘭超硬材料研究所研制的一種類似人造金剛石聚晶體的超硬材料鉆頭切削具。其硬度和耐磨性接近于天然金剛石，幾何形狀有圓柱體和片狀兩種。

立方氮化硼將六方氮化硼和觸媒金屬置于合成腔內(nèi)，在1300～2300℃、500～900MPa的高溫高壓下，部分六方氮化硼轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎降鹞⒕?。也可用靜壓燒結(jié)法獲得立方氮化硼晶體。立方氮化硼的晶格與金剛石相似，其硬度和強(qiáng)度接近于金剛石，可作為鉆頭切削具。立方氮化硼開始氧化的溫度超過(guò)1300℃，在一定的保護(hù)環(huán)境下，可經(jīng)受1900℃以上的高溫，但脆性大，導(dǎo)熱性比金剛石差，熱膨脹系數(shù)大。

其它金剛石復(fù)合體超硬材料切削具近年來(lái)，美國(guó)和歐洲共同體的一些國(guó)家先后研制出用聚晶金剛石和立方氮化硼為基體材料的復(fù)合體切削具已有幾十種。有單元的、也有多元異型的，其幾何形狀、規(guī)格和物理機(jī)械性能各不相同，現(xiàn)有幾十種專利，并不同程度地在地質(zhì)勘探、礦山坑道鉆探、石油鉆探中進(jìn)行試驗(yàn)和使用。

應(yīng)用情況由于合成工藝技術(shù)及設(shè)備性能等方面的原因，目前大多數(shù)超硬材料切削具只能在700℃以內(nèi)的溫度環(huán)境中制成產(chǎn)品。以其制造的地質(zhì)、礦山、石油鉆頭，限用于可鉆性在7級(jí)以下的非研磨性或弱研磨性巖層。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊剛 - 教授 - 西南大學(xué)