（湖南省核工业超硬材料研究所，长沙，410007）
摘要：采用国产六面顶压机，通过独特配方和特殊工艺，研制出高效大功率掘进机用高性能金刚石复合齿。所研制的金刚石复合齿磨耗比在5×104以上，抗冲击功在6000J以上，在800℃保温2h的条件下，具有很好的热稳定性。
关键词： 金刚石复合齿、硬质合金齿、高温高压
随着大型采掘机械在煤矿采掘、隧道盾构、沟槽挖掘、公路铺设以及航道疏浚等恶劣工况施工领域中的广泛应用，高效大功率掘进机已不再是制约采矿业发展的瓶颈，而如何提高切割头中切削元件的综合性能就显得相当重要[1]。
当前国际、国内采矿工业中，普遍应用硬质合金切削齿作为岩石切削工具的切削元件，随着采矿工业深部开采量加大，坚硬磨蚀性矿岩增多，硬质合金切削齿的缺点也日益凸现：一方面耐磨性不高，无法胜任坚硬磨蚀性岩石的切削，使钻具易于磨损而失效；另一方面抗冲击性能差，在高冲击载荷作用下易于碎断损坏，因而使用寿命较短2、3]。国内外通过调整硬质合金成分获得了很高的抗冲击韧性，但与此同时表面的耐磨性则大幅度降低，许多生产厂家虽然采取了多种新技术途径，开发新成分硬质合金、双性能硬质合金等，以提高其表面耐磨性，并取得了一定的进展，但硬质合金的表面耐磨性问题一直未能从根本上得到解决，
特别是硬质合金齿无法同时满足较高的耐磨性和抗冲击性能两项技术要求[4]。
聚晶金刚石复合材料（PDC）依靠硬质合金作为衬底，可以充分发挥金刚石的高硬度、高耐磨性等优异的性能，以及硬质合金材料的高韧性和可焊接性。金刚石复合齿因而具有高耐磨性、进尺速度快等优异的机械力学性能，因而具有广阔的应用潜力。
金刚石和硬质合金这两种材料的导热系数、线性热膨胀系数和弹性模量相差较大，因此，在烧结聚晶金刚石复合材料的加热和冷却过程中，会在其界面粘结处产生热残余应力，导致其强度和抗冲击性能降低，甚至使金刚石层碎裂和脱层。相对于平板状的PDC，由于金刚石复合齿的结合面更复杂，因而在烧结过程中产生的热残余应力更复杂，抗冲击性能更难保证。
本文采用国产六面顶压机所研制的金刚石复合齿，既具有硬质合金的高抗冲击性，又具
有金刚石聚晶的高耐磨性，能很好的满足大型采掘机用切削元件的性能要求。
试验条件与工艺
采用国产六面顶压机，合成压力为5.0～5.5GP，合成温度为1500～1600℃，合成时间为90～360sec。根据国标JB3235-83，采用JS71―A型磨耗比测定仪测定金刚石复合齿的磨耗比，采用落锤式冲击试验机对样品的抗冲击性能进行了检测。
截齿头试验结果与分析
本研究所制备的高性能金刚石复合齿的外观形状如图1所示。
图3 金刚石复合齿显微结构分析（SEM）
由图3可以看出，金刚石颗粒之间界面几乎消失，大部分金刚石颗粒间形成D-D结合，处于晶粒间界的钴液被排挤出晶粒间界，填充到相邻晶粒的间隙处，D-D结合界面生长完好，难以分辨出原始晶粒形貌
4.结论
采用国产六面顶压机，在合成压力为5.0～5.5GP，合成温度为1500～1600℃，合成时间为90～360sec条件下，研制出高效大功率掘进机用高性能金刚石复合齿。所研制的截齿头磨耗比在5×104以上，抗冲击功在6000J以上，在800℃保温2h的条件下，具有很好的热稳定性。
参考文献：
[1]Snedden M V, Hall D R．Polycrystalline Diamond: manufacture, we mechanisms and implications for bitdesign[C] ．SPE 17006, 1987. 9．
[2李杰、姜荣超、吴志南、杨世珍．提高煤田采掘用PCD截齿性能的研究[J]，金刚石与磨料磨具工程，2006， 2：9-12．
[3]徐国平、梁红原,锥球形金刚石强化柱齿的研制[J],金刚石与磨料磨具工程, 2002, 4: 21-24．
[4]李杰、周志平、蒋诗军，提高金刚石强化柱齿性能的研究[J]，超硬材料工程，2006，2：1-5．
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论文作者:邵浩明
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/16
标签：金刚石论文; 硬质合金论文; 耐磨性论文; 性能论文; 晶粒论文; 磨耗论文; 抗冲击论文; 《科技新时代》2018年9期论文;