金刚石复合烧结体(Composite sintered diamond,简称 CSD)是一种将金刚石微粉、粘结剂(一般是钴粉)与硬质合金衬体在高温、超高压(1300~1500℃,5~7GPa)条件下一次性烧结成一体的新型复合超硬材料。该材料兼顾了金刚石和硬质合金的特性,还具有硬质合金无可比拟的优势:
1、高硬度:金刚石复合烧结体的硬度高达 10000HV 左右,是目前人造材料中硬度最高的,而硬质合金的硬度只有1000-1800HV。
2、高耐磨性:硬度极高且各向同性,磨耗比30万以上,而硬质合金的磨耗比100以内。
3、良好的热稳定性:耐热温度可达 750℃,在高温环境下,仍能保持其性能的稳定,可用于一些环境温度较高的场景。
4、良好的抗冲击韧性:金刚石复合烧结体的抗冲击韧性与硬质合金相近,作为破岩工具在煤田地质钻探、油气钻井等作业中,能承受较大的冲击力,从而使钻进工作能够持续稳定的进行,减少因冲击而导致的损坏和失效。
5、低摩擦系数:金刚石与有色金属的摩擦系数为0.1-0.3,低于硬质合金与有色金属的摩擦系数0.3-0.6,使得在机械加工过程中切削阻力小,机床负载小,既能提高被加工工件的表面质量和尺寸精度,又能降低机床损耗。
6、高导热性:金刚石的导热系数为 2000W/m・K,是硬质合金的 3 - 7 倍,能快速传导切削过程中产生的热量,降低切削区的温度,进一步提高刀具耐用度,也有利于保持加工材料的性能 。
7、线膨胀系数小:金刚石复合烧结体的线膨胀系数约为(1.0~3.0)×10⁻⁶/℃,是硬质合金的 1/4,在使用过程中受温度影响较小,故能保持较高的尺寸精度。
金刚石复合烧结体主要应用于以下领域:
1、钻探领域:
金刚石复合烧结体具有极高的硬度、较高的抗冲击韧性,特别适合软到中硬地质岩层的钻探,具有钻进速度快、耐磨性好、寿命长等优点,而且工作环境适应性强,可满足各种复杂环境中的钻探,能大大提高钻采效率。广泛应用于煤田开采、地质勘探、油气钻井等领域,常见的钻齿齿形结构有:平面、球面、锥面等。
2、机械加工:
利用金刚石复合烧结体极好的热稳定性和极低的摩擦系数,用其制作的刀具可用于石材、木材、陶瓷、塑料、橡胶等非金属材料和有色金属及其合金的切削加工,不仅可以使被加工工件获得较高的表面光洁度和尺寸精度,而且还兼顾超高的使用寿命和加工效率。
3、耐磨轴承:
金刚石复合烧结体因其出色的耐磨性能,在耐磨轴承领域赢得了广泛应用。它能够有效延长轴承的使用寿命,提升轴承的精度,展现出极强的恶劣环境适应能力,并且降低了维护成本。特别是在矿山机械、航空发动机以及精密仪器等领域,金刚石复合烧结体作为耐磨轴承的使用很是广泛。
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