金剛石復合片常見問題的原因分析
發布日期：2015-6-13 16:54:07 信息來源：本站原創
1、分層
主要表現為金剛石層與硬質合金襯底在其結合面上出現裂縫。用50MHz超聲波探傷儀可以檢測出其結合面上的燒結情況，金剛石與硬質合金粘結牢固的PDC在探傷中不發生界面反射波；而界面上有裂縫的PDC可以對超聲波產生多次的反射和折射，使其在探傷圖像上出現非正常的雜波，不同的裂縫產生的雜波圖像也有所不同。下面是兩種不同的燒結情況在超聲波探傷儀中產生的波形圖。
產生分層的主要原因大致有以下幾方面：
?、俑邷貢r間過長
眾所周知，金剛石在燒結過程中會部分石墨化，液相鈷滲入金剛石微粉層時，溶解石墨并向金剛石輸送碳，使金剛石顆粒長大并搭接起來，形成金剛石-金剛石的鍵結合。鈷液滲入金剛石粉末的過程伴隨著石墨→金剛石的轉變，***后金剛石粉末中的石墨轉變成金剛石，形成具有金剛石-金剛石結合的牢固燒結體。如果燒結過程處于溫度相對較高且持續時間較長時，液相鈷會迅速完成溶解石墨并向金剛石輸送碳的過程，金剛石顆粒也會長大并搭接起來，但由于高溫持續時間較長，已燒結的金剛石會被碳化，從而使金剛石層中殘留過多的石墨，嚴重影響金剛石層與硬質合金襯底的界面結合強度，導致界面分離。
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殘余應力的產生主要是由于熱膨脹(冷收縮) 的存在。硬質合金的熱膨脹系數是金剛石的兩倍。PDC的燒結屬于液相燒結，當燒結結束各相開始冷卻時，由于各相熱膨脹不同所以收縮不一致，彼此約束，從而產生應力，這種應力過大時，便導致金剛石層從襯底上分離。而熱膨脹是材料本身的固有特性，要完全消除其影響是很難的，只有從工藝上入手，比如對襯底形狀的設計，或通過退火處理，以盡量減小殘余應力的影響。
?、塾操|合金本身的質量較差。
2、欠燒
分為全部欠燒和局部欠燒。從外觀上看，主要是金剛石微粉尚未完全燒結，呈現松散的結構，在色澤上表現為灰色或帶黃色斑點，磨耗比很差，基本無使用價值。造成欠燒的主要原因有：
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在市購的金剛石微粉中，總會包含著葉蠟石、石墨、鐵磁性物質和灰份等雜質。如果未處理干凈或在存放過程中受污染，那么在燒結過程中，這些污染物將對金剛石產生熱侵蝕,促使金剛石氧化和加速金剛石的石墨化，從而阻礙鈷掃越的進行，輕則局部阻礙金剛石的自身燒結，重則只有界面處的金剛石被燒結，留下黃色斑點。因此，對原材料的保存和處理要相當仔細，嚴格按照規程進行。
?、跍囟冗^低或高溫時間保持不夠。
由于PDC燒結屬于液相燒結，它***要求必須有液相生成。溫度過低時，不能產生足夠的液相，使燒結過程無法持續，只能在界面處產生燒結，而其他部分仍保持原有形態，呈現松散的結構。合成腔體達到預定溫度是需要一定的時間的，由于受工藝條件所限，這個時間不能過長，否則***會相應縮短后期保持高溫的時間，這樣，雖然也產生足夠的液相，但在相對較短的時間里，掃越式再結晶進行的不很完全，而造成PDC的局部不燒結。要避免這些情況的產生，除了要防止設備故障(如壓機的絕緣墊損壞或壓機的加熱電源漏電等)外，還要不斷加強對操作人員的培訓，提高操作人員的技術水平。
?、垡r底結合劑含量不足
PDC的燒結是需要在襯底中的結合劑參與下有條件進行的，當襯底中結合劑的含量不足時，***會影響PDC的燒結質量，輕則一般會在超硬層表面留下較深的虛點，虛點處基本上沒有磨耗比；重則***只能是廢品。
3、針眼、黑點
所謂針眼***是指在PDC的金剛石表面存在象針扎過一樣的小孔洞。它們有多有少或聚或散，是影響成品率的一大缺陷。我們認為這些小孔洞實際***是氣孔。吸附氣體或蒸汽是固體與氣體界面上***重要的特征性質之一，金剛石亦不例外。由于合成PDC所使用的是金剛石微粉，通常只有幾十微米或幾微米，因而比表面積極大，所吸附氣體的量***更為驚人。在燒結過程中，由于液相的產生，氣體分子逐漸聚集，形成或大或小的氣泡，隨著溫度的升高，顆粒的粒界開始移動，粒子長大并搭接，氣泡逐漸遷移到粒界上消失，燒結體密度增高，并可能***終排除氣泡，得到充分致密的燒結體。但困難的是我們不知道氣泡什么時候能被完全排除，因而總會有個別的氣泡隨著燒結結束形成氣孔留在金剛石層中。
黑點實際上是一種顏色不均勻，它總是出現在PDC表面的中心部位，而且隨著PDC尺寸的大小而變化，PDC的尺寸越小，它***越不明顯。它形成的原因***是由于存在著壓力溫度梯度。在超高壓、高溫狀態下，壓力、溫度在各處并不均等，且總是邊緣的溫度和壓力高，越往中心***越低，這種不均勻性***會在燒結體上體現出來，要想消除這種缺陷，***應當從組裝和配料等工藝上進行改進，才能解決。
以上講述了在PDC生產過程中經常出現的一些主要缺陷及其產生的原因，隨著新技術新工藝的不斷引入，這些主要缺陷的數量在不斷地減少，成品率也在不斷地提高。但是，要完全解決這些問題，不是一朝一夕可以完成的。只有大家繼續進行深入研究、不斷實踐、互相交流、共同努力，才有可能使我國的PDC產品在不久的將來達到國際***產品的水平。
