学科：钻探工程

词目：聚晶金刚石複合片

英文：polycrystalline diamond compact

将聚晶金刚石薄层附着粘结在硬质合金衬底上的複合材料称金刚石複合片，代号为PDC。金刚石複合片兼有金刚石聚晶的极高耐磨性和硬质合金的高抗冲击，并且金刚石层能始终保持锐利的切削刃，因而在石油和地质钻探中的软至中硬地层使用，效果非常好。複合片中的金刚石含量高达99%，故金刚石层硬度极高、耐磨性极好，其努氏硬度为(6.5～7)×104兆帕，甚至更高。其厚度很薄，一般控制在0.5～1毫米左右。竖直镶焊在钻头上,其刃口锋利而且始终保持自锐,也称为微切削具钻头。

複合片因其本身的优越性，在国内外竞相研製和生产，而且品种规格很多。美国GE 公司是最先推出複合片的生产厂家，它的主要产品有compax，后又生产出stratapax，后者为钻探专用产品，它的耐磨性比硬质合金高l00～150倍，可与天然金刚石媲美。其他如南非、日本也都于20世纪70～80年代推出不同类型的複合片。中国从20世纪80年代初开始研製金刚石複合片，1975年，成都工具所研製出FJ系列刀具用PDC，1979年，北京人工晶体所研製出JYF型PDC刀片，1981年，贵阳第六砂轮厂研製出JFS-F系列PDC刀片，1987年，郑州磨料磨具磨削研究所成功研製出石油钻头用PDC，1988进行小批量生产，商品代号JFZR，1990年组建新亚公司实现规模化生产，大大加速了PDC在我国的普及套用。至今，国产PDC规格齐全，基本能够满足国民经济发展的需要。

1、聚晶金刚石层不断加厚，由不足1mm发展到2-4mm，产品的寿命也随之提高。郑州新亚、河南亚龙的石油系複合片金刚石层已经做到4mm，代表了国内最先进水平。

2、金刚石晶粒越来越细，耐磨性和抗冲击性综合性能提高。

3、通过最佳化工艺或脱Co、增加耐热层等工艺，提高热稳定性。

4、界面结构的最佳化，改善界面应力。

5、产品直径不断加大，提高合成效率。

6、改善烧结效果，减小性能差异。

7、异形複合片，国内大型複合片製造企业郑州新亚及河南亚龙等公司研製出了多金刚石层複合片、钢盔型複合片、屋脊型複合片、锥形複合片、弧形金刚石複合片等新型金刚石複合片，通过改变金刚石层形状在不改变耐磨性的前提下极大提高了金刚石複合片的抗冲击韧性，占领了国内大部分市场。

人造金刚石複合片是超硬材料类，这个超字不具体，範围很广。超硬材料就是洛氏硬度（HR），布氏硬度（HB），维氏硬度（HV）很高的材料。一般的45#刚HR是30-60，最硬的天然金刚石。这个概念涵盖範围很广，高硬度钢、高硬度陶瓷、人造钻石等等都可以算。

1、硬度为HV7500-9000，仅次于天然金刚石，而且它的硬度和耐磨性在各方向一致，不需选向。它的强度由于有韧性较高的硬质合金支撑，其複合抗弯强度可达1500Mpa.

2、具有很高的耐磨性，其耐磨性一般为硬质合金的60-80倍。在切削硬度较高的（HV>1500)非金属材料时，其刀具耐用度极高。

3、具有较低的摩擦係数，金刚石与有有色金属的摩擦係数为0.1-0.3，而硬质合金与有色金属的摩擦係数是0.3-0.6，这样用PCD刀具时，可降低切削力和切削温度约1/2-1/3.

4、具有很高的导热性，金刚石的导热係数为146W/M.K,是硬质合金的1.5-7倍，可以大大的降低切削区的温度，提高刀具耐用度。

5、金刚石的线膨胀係数很小（0.9-1.18*10（-6）mm/mm.温度），约为一般钢（11*10（-6）mm/mm.温度）的1/10.而且由于刀刃锋利，已加工表面冷硬度现象小，为硬质合金刀具的1/3左右，所以加工精度好。

6、由于聚晶层粒度直径一般约为2-0.5微米，它的刃口锋利程度不如天然金刚石刀具，所以加工精度低于天然金刚石刀具，只能达到表面粗糙度Ra0.2-0.05 微米，但它海可以製成尺寸较大的刀片，用于成型加工。