1。2。2 PDC 刀具的类型

1。根据刀具体材料分类 (1)胎体式 PDC 刀具

胎体式金刚石复合片（PDC）是将金刚石复合片与硬质合金通过钎焊工艺焊接在 胎体上的一种用于切削加工类刀具。胎体刀具材料一般由碳化钨粉末在高温下烧结而 成。刀具外形常为柱状式。

（2）钢体式 PDC 刀具 主要是利用镍、钴，钨系焊接机械加工成型后，再经过特定的热处理工艺在刀具

体上钻孔形成卡槽，最后将 PDC 复合片机械加压压入刀具槽中，在利用热胀冷缩原理， 使其紧密结合。

2。根据适用行业分类

（1）地质勘探作业 PDC 刀具

常见于地质作业勘察的 PDC 刀具，其适用岩层范围在软到中硬岩层，但随着技 术的进步现在已有厂家最新研发的新型 PDC 复合片可以在高硬度的岩层中作业。

（2）煤矿钻采 PDC 刀具

矿采用钻头刀具是用于井下煤矿煤层的钻眼及采挖。相对而言煤矿所处的岩层比 其他岩层要软，PDC 复合片刀具在我国各大煤矿中大量使用，如常见的多翼刀头等。

（3）油气田用 PDC 刀具

在油气田的钻采作业中大量应用 PDC 刀具。由其特殊的工况性能要求，油气田 用 PDC 刀具是所有钻头类刀具中造价最高，质量要求最严的。被认为是复合片刀具 的贵族[3]。

图 1-1 PDC 工具适用类型图

1。2。3 PDC 的结构及物理性能

聚晶金刚石晶体（PDC）是碳元素 在高温高压反应下的结晶体，每个碳原 子都以sp3 杂化轨道与 4 个碳原子形成共 价单键构成正四面体[4]，金刚石的结构如

图 1-2 所示。

图 1-2 金刚石结构图

PDC 是将石墨粉末与钴、钨等金属混合在高温高压环境下烧结而成的一种多晶 体材料。其具备多晶材料的众多优良性质，由于多晶材料内部相邻的晶粒之间取向不 同以及晶界的存在，PDC 材料具有高强的硬度、优良的导热性、较低热膨胀系数及 摩擦系数[5]。其物理参数见表 1-1。

表 1-1 金刚石物理参数表

硬度（HV） 熔点（℃） 抗压强度（MPa） 弹性模量（N/m2） 导热系数（W/(mK)）

6000-10000 3550 (9-10。5)×1011 (2-4)×418。68 0。516（常温）

1。2。4 PDC 钎焊研究

1。PDC 钎焊特性

PDC 复合片是由聚晶金刚石层与硬质合金基体构成的超硬复合材料[6]。国内许多 学者认为在空气气氛下，PDC 复合片允许加热的最高温度在 750℃~800℃。但在实际 的生产中发现，大气气氛下，采用 750℃左右的钎焊工艺，刀具的使用寿命并没有明 显提高。其原因主要是两种材料性质上的差异，使得在 PDC 与硬质合金的界面处成 为最脆弱的地方。由于材料间的热膨胀系数差异较大，在钎焊过程中，界面处存在较 大的热残余应力，导致 PDC 与硬质合金耐磨性降低，抗冲击性能变差，易形成表面 裂纹等。此外，残余应力的存在，也使得工件在实际应用时，金刚石层易从硬质合金 基体上脱落或断裂，导致工件的失效[7]。论文网

2。PDC 钎焊的发展 在国内，经过研究人员一系列的努力与探索，采用高频感应钎焊的焊接工艺，使

用的钎料是高温中力学性能稳定的 Ni-Cr 合金粉，钎焊温度设定为 1030℃，再进过 30s 的感应之后，金刚石被成功的钎焊到了硬质合金基体上面，通过对金刚石表面形 貌以及元素成分的分析发现，金刚石表面生成了 Cr3C2 和 Cr7C3。高频感应钎焊的焊 接工艺制备出的金刚石工具不但拥有较高的把持强度，并且高效磨削加工中表现同样 的优异[8]。另外，西安交通大学，陈宝杰[9]采用真空炉内高温钎焊的方法，采用含有 Ti 的粉末为钎料，在焊接的过程中金刚石中的 C 原子与 Ti 之间产生了 Ti-C 键，正是 因为有了 Ti-C 键的存在，极大的提高了金刚石与钢基体之间冶金结合的能力，并且 也有效的提高了金刚石的刃口高度，同时砂轮的使用寿命也大大的提高。