《超硬材料制造》課程設(shè)計(jì)課件

課程設(shè)計(jì)名稱：《超硬材料制造》

專業(yè)班級(jí)：材料1302班

姓名：付朝拓

學(xué)號(hào)：2

指導(dǎo)老師：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：3/14~3/20超硬材料制造河南工業(yè)大學(xué)題目：?19.05×8.00×2.00石油鉆頭用復(fù)合片設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：《超硬材料制造》

專業(yè)班級(jí)：材料1302班

Contents過程及收獲總結(jié)金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定摘要及引言金剛石復(fù)合片合成機(jī)理與制備過程金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析Contents過程及收獲總結(jié)金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定摘2摘要本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，確定了產(chǎn)品的形狀代號(hào)、規(guī)格尺寸，并介紹了產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)工藝，質(zhì)量檢測(cè)等。形狀代號(hào)：R（圓形）；規(guī)格尺寸：1908（D=19.05，H=8.00，t=2.00）；生產(chǎn)設(shè)備：6×8MN鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)；生產(chǎn)工藝：高溫高壓合成；質(zhì)量檢測(cè)：耐磨性，熱穩(wěn)定性，抗沖擊性，超聲波檢測(cè)。摘要本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，確3引言國內(nèi)

六十年代，中國科學(xué)院物理研究所研制成功Ti-Si-B系燒結(jié)PCD后來第六砂輪廠、石油大學(xué)、鄭州三磨所等對(duì)傳統(tǒng)的PDC所產(chǎn)生的問題進(jìn)行了改進(jìn)和研究，提高了鉆頭的使用壽命。PDC的研究現(xiàn)狀國外七十年代初期，美國GE公司首次實(shí)現(xiàn)了PDC的商品化生產(chǎn)。八十年代后，元素六公司也推出了PDC產(chǎn)品——Syndrill，同時(shí)日本住友公司、前蘇聯(lián)、瑞典也相繼推出了類似的產(chǎn)品。引言國內(nèi)PDC的國外4引言PDC的應(yīng)用汽車制造木工刀具航空航天地質(zhì)勘探石油、天然氣建材加工PDC刀具PDC鉆頭引言PDC的應(yīng)用汽車制造木工刀具航空航天地質(zhì)勘探石油、5引言1a.產(chǎn)品系列化

目前PDC產(chǎn)品已經(jīng)定型,國內(nèi)外眾多廠家都有自己的系列產(chǎn)品,而且產(chǎn)品的規(guī)格和品種進(jìn)一步完善,性能進(jìn)一步提高,價(jià)格進(jìn)一步降低,應(yīng)用場(chǎng)合越來越廣泛。2b.尺寸大型化

上世紀(jì)70年代PDC的最大直徑為十幾毫米,80年代以來,為滿足大型加工工具和石油鉆頭的需要,國外非常重視大塊PDC材料的生產(chǎn)。3

c.形狀結(jié)構(gòu)多樣化

過去的PDC產(chǎn)品只限于片狀和圓柱狀,由于尺寸大型化和加工技術(shù)如電火花、激光切割加工技術(shù)提高,三角形、人字形、山墻形以及其它各種坯料增多。形狀結(jié)構(gòu)多樣化漸成趨勢(shì)。PDC的發(fā)展趨勢(shì)引言1a.產(chǎn)品系列化2b.尺寸大型化3c.形狀結(jié)構(gòu)多樣化P6金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定產(chǎn)品用途：石油鉆頭產(chǎn)品尺寸：D=19.05,H=8.00,t=2.00產(chǎn)品形狀：圓形行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JBT10041-2008產(chǎn)品標(biāo)記：PDC-DR19.05×8.00×2.00產(chǎn)品規(guī)格：1908金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定產(chǎn)品用途：石油鉆頭產(chǎn)品尺寸：D=7高溫高壓設(shè)備的選擇2溫度和壓力的標(biāo)定3高壓腔與合成塊邊長確定4產(chǎn)品的制備5PDC合成理論基礎(chǔ)1金剛石復(fù)合片合成機(jī)理與制備過程高溫高壓設(shè)備的選擇2溫度和壓力的標(biāo)定3高壓腔與合成塊邊長確定8PDC合成理論基礎(chǔ)

PDC的燒結(jié)屬于HTHP燒結(jié),燒結(jié)設(shè)備通常采用兩面頂或六面頂型超高壓液壓機(jī)。

由于PDC的燒結(jié)又屬液相燒結(jié),因此它的燒結(jié)溫度與燒結(jié)壓力必須使金剛石處于熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū),合成壓力的最低值應(yīng)高于合成溫度相對(duì)應(yīng)的平衡壓力,以防止金剛石的石墨化。PDC合成理論基礎(chǔ)PDC的燒結(jié)屬于HTHP燒結(jié),9PDC合成理論基礎(chǔ)

一般認(rèn)為,合成壓力越高,越有利于提高產(chǎn)品的致密度及耐磨性,但過高的壓力將使硬質(zhì)合金頂錘的使用壽命降低,從而增加生產(chǎn)成本。同時(shí)燒結(jié)溫度要稍高于硬質(zhì)合金熔融溫度,必須超過金剛石層與硬質(zhì)合金層的共晶溫度50—100℃。PDC的燒結(jié)壓力般為5.5—6.0,燒結(jié)溫度為1450—1700℃。PDC合成理論基礎(chǔ)一般認(rèn)為,合成壓力越高,越有10高溫高壓設(shè)備的選擇Phase1Phase2Phase3合成后的金剛石復(fù)合片形狀不規(guī)則，需要精加工使其符合尺寸要求。金剛石復(fù)合片的合成與金剛石微粉的合成有一定的相似，故可參考六面頂壓機(jī)噸位與合成棒直徑參照表。產(chǎn)品標(biāo)記：PDC-DR19.05×8.00×2.00金剛石微粉層合成過程中線收縮率為5%，體收縮率為15%。高溫高壓設(shè)備:6×8MN鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)；缸徑：320mm高溫高壓設(shè)備的選擇Phase1Phase2Phase11溫度和壓力的標(biāo)定溫度標(biāo)定：

壓力的標(biāo)定是找到電路控制系統(tǒng)中的液壓機(jī)提供的壓力和頂錘施加于樣品腔體的壓力互相發(fā)生的聯(lián)系。壓力的標(biāo)定方法很多，例如：紅寶石壓力標(biāo)定、石英壓力標(biāo)定，采用金屬或者礦物狀態(tài)方程進(jìn)行壓力標(biāo)定等。溫度和壓力的標(biāo)定壓力標(biāo)定溫度的校定和壓力的校定有類似的地方，都是尋找兩種參數(shù)之間的一種關(guān)系，達(dá)到控制腔體內(nèi)溫度的目的。在這里實(shí)驗(yàn)用的加熱工具是石爐，外部控制溫度的參數(shù)是功率，因此溫度的校定首先是尋找腔體內(nèi)部樣品受到的溫度和加熱功率之間的關(guān)系。

溫度和壓力的標(biāo)定溫度標(biāo)定：溫度和壓壓力標(biāo)定12高壓腔與合成塊邊長確定

Textα=設(shè)計(jì)壓力：800ta=27.5mmb=11mmc=49.3mmEc=29.4mm三二一高壓腔與合成塊邊長確定

Textα=c=13高壓腔與合成塊邊長確定

綜上：由a=27.5可得。合成塊的體積為

高壓腔與合成塊邊長確定14產(chǎn)品的制備——PDC制造工藝簡介產(chǎn)品的制備——PDC制造工藝簡介15產(chǎn)品的制備——實(shí)驗(yàn)原料及前期處理產(chǎn)品的制備——實(shí)驗(yàn)原料及前期處理16產(chǎn)品的制備——合成塊的組裝產(chǎn)品的制備——合成塊的組裝17產(chǎn)品的制備——合成工藝和樣品后處理TEXTTEXTTEXTTEXT產(chǎn)品的制備——合成工藝和樣品后處理TEXTTEXTTEXTT18金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析相對(duì)耐磨性性能測(cè)試2抗沖擊性性能測(cè)試3耐熱性性能測(cè)試4界面結(jié)合處的超聲波檢測(cè)5測(cè)試樣品的準(zhǔn)備1金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析相對(duì)耐磨性性能測(cè)試2抗沖擊性性能測(cè)19金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析

由于PDC在實(shí)際使用過程中主要是以耐磨性、耐熱性與抗沖擊性作為衡量其質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)，所以大量科研機(jī)構(gòu)及相關(guān)公司主要是從這三個(gè)方面入手,尋求更好和更精確的檢測(cè)方法。但由于這個(gè)產(chǎn)業(yè)自身的特點(diǎn)及國內(nèi)外大公司的技術(shù)保密,到目前為止,還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。

還有PDC中金剛石層與硬質(zhì)合金襯底界面的結(jié)合好壞，直接影響到PDC的使用性能，所以也需要進(jìn)行PDC界面結(jié)合整體性的超聲波檢測(cè)。金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析由于PDC在實(shí)際使20測(cè)試樣品的準(zhǔn)備AddYourTextAddYourTextAddYourTextTextTextText測(cè)試樣品的準(zhǔn)備AddYourTextAddYourT21

相對(duì)耐磨性性能測(cè)試相對(duì)耐磨性性能測(cè)試22抗沖擊性性能測(cè)試

抗沖擊性性能測(cè)試

23耐熱性性能測(cè)試耐熱性性能測(cè)試24界面結(jié)合處的超聲波檢測(cè)界面結(jié)合處的超聲波檢測(cè)25河南工業(yè)大學(xué)

ThankYou!超硬材料制造河南工業(yè)大學(xué)ThankYou!超課程設(shè)計(jì)名稱：《超硬材料制造》

專業(yè)班級(jí)：材料1302班

姓名：付朝拓

學(xué)號(hào)：2

指導(dǎo)老師：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：3/14~3/20超硬材料制造河南工業(yè)大學(xué)題目：?19.05×8.00×2.00石油鉆頭用復(fù)合片設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：《超硬材料制造》

專業(yè)班級(jí)：材料1302班

Contents過程及收獲總結(jié)金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定摘要及引言金剛石復(fù)合片合成機(jī)理與制備過程金剛石復(fù)合片性能檢測(cè)與分析Contents過程及收獲總結(jié)金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定摘28摘要本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，確定了產(chǎn)品的形狀代號(hào)、規(guī)格尺寸，并介紹了產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)工藝，質(zhì)量檢測(cè)等。形狀代號(hào)：R（圓形）；規(guī)格尺寸：1908（D=19.05，H=8.00，t=2.00）；生產(chǎn)設(shè)備：6×8MN鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)；生產(chǎn)工藝：高溫高壓合成；質(zhì)量檢測(cè)：耐磨性，熱穩(wěn)定性，抗沖擊性，超聲波檢測(cè)。摘要本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，確29引言國內(nèi)

六十年代，中國科學(xué)院物理研究所研制成功Ti-Si-B系燒結(jié)PCD后來第六砂輪廠、石油大學(xué)、鄭州三磨所等對(duì)傳統(tǒng)的PDC所產(chǎn)生的問題進(jìn)行了改進(jìn)和研究，提高了鉆頭的使用壽命。PDC的研究現(xiàn)狀國外七十年代初期，美國GE公司首次實(shí)現(xiàn)了PDC的商品化生產(chǎn)。八十年代后，元素六公司也推出了PDC產(chǎn)品——Syndrill，同時(shí)日本住友公司、前蘇聯(lián)、瑞典也相繼推出了類似的產(chǎn)品。引言國內(nèi)PDC的國外30引言PDC的應(yīng)用汽車制造木工刀具航空航天地質(zhì)勘探石油、天然氣建材加工PDC刀具PDC鉆頭引言PDC的應(yīng)用汽車制造木工刀具航空航天地質(zhì)勘探石油、31引言1a.產(chǎn)品系列化

目前PDC產(chǎn)品已經(jīng)定型,國內(nèi)外眾多廠家都有自己的系列產(chǎn)品,而且產(chǎn)品的規(guī)格和品種進(jìn)一步完善,性能進(jìn)一步提高,價(jià)格進(jìn)一步降低,應(yīng)用場(chǎng)合越來越廣泛。2b.尺寸大型化

上世紀(jì)70年代PDC的最大直徑為十幾毫米,80年代以來,為滿足大型加工工具和石油鉆頭的需要,國外非常重視大塊PDC材料的生產(chǎn)。3

c.形狀結(jié)構(gòu)多樣化

過去的PDC產(chǎn)品只限于片狀和圓柱狀,由于尺寸大型化和加工技術(shù)如電火花、激光切割加工技術(shù)提高,三角形、人字形、山墻形以及其它各種坯料增多。形狀結(jié)構(gòu)多樣化漸成趨勢(shì)。PDC的發(fā)展趨勢(shì)引言1a.產(chǎn)品系列化2b.尺寸大型化3c.形狀結(jié)構(gòu)多樣化P32金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定產(chǎn)品用途：石油鉆頭產(chǎn)品尺寸：D=19.05,H=8.00,t=2.00產(chǎn)品形狀：圓形行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JBT10041-2008產(chǎn)品標(biāo)記：PDC-DR19.05×8.00×2.00產(chǎn)品規(guī)格：1908金剛石復(fù)合片規(guī)格及標(biāo)記的確定產(chǎn)品用途：石油鉆頭產(chǎn)品尺寸：D=33高溫高壓設(shè)備的選擇2溫度和壓力的標(biāo)定3高壓腔與合成塊邊長確定4產(chǎn)品的制備5PDC合成理論基礎(chǔ)1金剛石復(fù)合片合成機(jī)理與制備過程高溫高壓設(shè)備的選擇2溫度和壓力的標(biāo)定3高壓腔與合成塊邊長確定34PDC合成理論基礎(chǔ)

PDC的燒結(jié)屬于HTHP燒結(jié),燒結(jié)設(shè)備通常采用兩面頂或六面頂型超高壓液壓機(jī)。

由于PDC的燒結(jié)又屬液相燒結(jié),因此它的燒結(jié)溫度與燒結(jié)壓力必須使金剛石處于熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū),合成壓力的最低值應(yīng)高于合成溫度相對(duì)應(yīng)的平衡壓力,以防止金剛石的石墨化。PDC合成理論基礎(chǔ)PDC的燒結(jié)屬于HTHP燒結(jié),35PDC合成理論基礎(chǔ)

一般認(rèn)為,合成壓力越高,越有利于提高產(chǎn)品的致密度及耐磨性,但過高的壓力將使硬質(zhì)合金頂錘的使用壽命降低,從而增加生產(chǎn)成本。同時(shí)燒結(jié)溫度要稍高于硬質(zhì)合金熔融溫度,必須超過金剛石層與硬質(zhì)合金層的共晶溫度50—100℃。PDC的燒結(jié)壓力般為5.5—6.0,燒結(jié)溫度為1450—1700℃。PDC合成理論基礎(chǔ)一般認(rèn)為,合成壓力越高,越有36高溫高壓設(shè)備的選擇Phase1Phase2Phase3合成后的金剛石復(fù)合片形狀不規(guī)則，需要精加工使其符合尺寸要求。金剛石復(fù)合片的合成與金剛石微粉的合成有一定的相似，故可參考六面頂壓機(jī)噸位與合成棒直徑參照表。產(chǎn)品標(biāo)記：PDC-DR19.05×8.00×2.00金剛石微粉層合成過程中線收縮率為5%，體收縮率為15%。高溫高壓設(shè)備:6×8MN鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)；缸徑：320mm高溫高壓設(shè)備的選擇Phase1Phase2Phase37溫度和壓力的標(biāo)定溫度標(biāo)定：

壓力的標(biāo)定是找到電路控制系統(tǒng)中的液壓機(jī)提供的壓力和頂錘施加于樣品腔體的壓力互相發(fā)生的聯(lián)系。壓力的標(biāo)定方法很多，例如：紅寶石壓力標(biāo)定、石英壓力標(biāo)定，采用金屬或者礦物狀態(tài)方程進(jìn)行壓力標(biāo)定等。溫度和壓力的標(biāo)定壓力標(biāo)定溫度的校定和壓力的校定有類似的地方，都是尋找兩種參數(shù)之間的一種關(guān)系，達(dá)到控制腔體內(nèi)溫度的目的。在這里實(shí)驗(yàn)用的加熱工具是石爐，外部控制溫度的參數(shù)是功率，因此溫度的校定首先是尋找腔體內(nèi)部樣品受到的溫度和加熱功率之間的關(guān)系。

溫度和壓力的標(biāo)定溫度標(biāo)定：溫度和壓壓力標(biāo)定38高壓腔與合成塊邊長確定

Textα=設(shè)計(jì)壓力：800ta=27.5mmb=11mmc=49.3mmEc=29.4mm三二一高壓腔與合成塊邊長確定

Textα=c=39高壓腔與合成塊邊長確定

綜上：由a=27.5可得。合成塊的體積為

高壓腔與合成塊邊長確定40產(chǎn)品的制備——PDC制造工藝簡介產(chǎn)品的制備——PDC制造工藝簡介41產(chǎn)品的制備——實(shí)驗(yàn)原料及前期處理產(chǎn)品的制備——實(shí)驗(yàn)原料及前期處理42產(chǎn)品的