新型金剛石工具銅基結(jié)合劑及其性能

國 慶

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局機(jī)械研究所，江西南昌 330002）

新型金剛石工具銅基結(jié)合劑及其性能

國 慶

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局機(jī)械研究所，江西南昌 330002）

簡要闡述了新型金剛石工具銅基結(jié)合劑的構(gòu)成，并總結(jié)出了結(jié)合劑所具有的獨特性能：擁有傳統(tǒng)銅基結(jié)合劑的韌性好、耐腐蝕性強、以及能夠?qū)岷蛯?dǎo)電的特性，且還具有價格成本較低、融合成形性能高等特點。此外，此種新型金剛石工具銅基結(jié)合劑由于Sn的添加，使胎體密度加大；由于Ni的添加，使其抗彎能力加強；由于Fe的添加，使其硬度也明顯提高。列舉其應(yīng)用方向，旨在為金剛石工具能夠與更多、更為環(huán)保的結(jié)合劑材料相融合，進(jìn)而開辟金剛石工具的全新市場，做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

金剛石工具；銅基結(jié)合劑；燒結(jié)工藝

當(dāng)前，隨著金剛石工具在硬脆材料中的廣泛應(yīng)用，越來越多的人將此種既經(jīng)濟(jì)又穩(wěn)定，并且環(huán)保的材料作為進(jìn)行玻璃表面刻畫、陶瓷材料切割、以及金屬拉絲等工藝中的主要材料，而隨著金屬結(jié)合劑金剛石工具的逐漸使用，新型的金剛石工具銅基結(jié)合劑也隨之產(chǎn)生，這無疑為金剛石工具市場的發(fā)展帶來了全新的理念和思路。

現(xiàn)階段，金屬基結(jié)合劑金剛石工具在對非金屬的加工和對硬脆材料的加工應(yīng)用日益廣泛，但在復(fù)合材料金剛石工具的制作中，存在著諸多問題，如某些金屬材料無法有效地與金剛石進(jìn)行融合，金剛石與金屬材料結(jié)合不充分，當(dāng)金剛石工具使用過程中，其中的金剛石磨粒通常在工具使用時間不長便已經(jīng)脫落，大大影響了工具的使用壽命?；谝陨辖饎偸ぞ叽嬖诘膯栴}，需要進(jìn)行有效的解決，而進(jìn)行解決的方式為提升胎體材料的把持力，并控制好金剛石工具工作面的自銳時間和程度。以新型金剛石工具銅基結(jié)合劑為例，對此類問題做出了初步且淺顯的解決。

1 新型金剛石工具銅基結(jié)合劑的構(gòu)成

1.1 新型金剛石工具銅基結(jié)合劑的構(gòu)成思路

具有共價鍵的金剛石和多數(shù)金屬以及金屬合金之間有很高的界面能，不易被潤濕。金屬與金剛石之間一般不發(fā)生界面反應(yīng)，以機(jī)械鑲嵌為主，以此類金屬形成的胎體對金剛石沒有足夠的把持力，金剛石容易脫落使金剛石工具的耐磨性下降，使用壽命縮短。而向胎體中添加一些碳化物形成元素（作用機(jī)理見圖1），則可以改善胎體對金剛石的把持力，提高使用壽命。

圖1 結(jié)合劑中的碳化物形成元素與金剛石相互作用機(jī)理示意圖

在傳統(tǒng)的銅基結(jié)合劑中，通常采用鈷元素為碳化物形成元素，但是鈷的價格成本相對較高。鐵與鈷屬于同族元素，性質(zhì)相似，價格也比較低廉。如采用鐵元素取代鈷元素的位置，不僅能夠降低成本，同時鐵元素也能夠?qū)饎偸鸬綕櫇竦淖饔?，且與金剛石的冶金結(jié)合工藝也相對簡單，還能有效避免結(jié)合劑在燒結(jié)工藝上的弱點。因此，鐵元素取代鈷元素，是形成新型金剛石工具銅基結(jié)合劑的優(yōu)化胎體配方，也是新型銅基結(jié)合劑構(gòu)成的一個方面[1]。再者，傳統(tǒng)的銅基結(jié)合劑對金剛石的把持能力不足，容易在工具使用過程中出現(xiàn)金剛石過早脫落，為解決此類問題，應(yīng)以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過分別向新型銅基結(jié)合劑中加入Mn、Ti、Cr等強碳化物以及稀土元素等添加劑，分析出具體優(yōu)化中所使用的碳化物成分，以此來提高銅基結(jié)合劑對金剛石的把持能力[2]。

1.2 新型金剛石工具銅基結(jié)合劑的工藝流程及特點

首先，將銅基結(jié)合劑的基本配方和配料準(zhǔn)備充足，工藝開始后，將各種混料，如Sn、Cu、Fe等進(jìn)行合金混合，并將脫模劑均勻地涂抹在模具內(nèi)壁上；隨后，進(jìn)行組裝磨具和使用前檢查，再通過投料、搗料、刮料、攤料等工藝步驟，最終將金屬粉末進(jìn)行溫度為700～900℃、壓力為80kN左右的熱壓燒結(jié)。在燒結(jié)結(jié)束后，對新型銅基結(jié)合劑金剛石工具進(jìn)行冷卻卸模，再經(jīng)過一系列的相應(yīng)尺寸打磨和后續(xù)檢查，形成新型銅基結(jié)合劑金剛石工具。而后，通過對此結(jié)合劑的多次試驗和分析，發(fā)現(xiàn)此結(jié)合劑具有以下幾個特點：此種新型銅基結(jié)合劑不但擁有傳統(tǒng)銅基結(jié)合劑的韌性好、耐腐蝕性強、以及能夠?qū)岷蛯?dǎo)電的特性，且還具有價格成本較低、融合成形性能高等特點，此外，此種新型金剛石工具銅基結(jié)合劑由于Sn的添加，使胎體密度加大；由于Ni的添加，使其抗彎能力加強；由于Fe的添加，使其硬度也明顯提高。

2 新型銅基結(jié)合劑在高頻磨邊輪中的應(yīng)用

2.1 新型銅基結(jié)合劑在高頻焊接磨邊輪中的應(yīng)用

將新型銅基結(jié)合劑應(yīng)用于高頻焊接磨邊輪之中，應(yīng)當(dāng)對所使用的銅基結(jié)合劑有效了解，并對高頻磨邊輪的用途做好設(shè)定。高頻焊接磨邊輪是直接參與磨削、切割等工作的主體，根據(jù)新型銅基結(jié)合劑的特點，將其融入高頻焊接磨邊輪中，能夠有效提升磨邊輪的耐磨能力，并提高了力學(xué)性能。除此之外，由于新型銅基結(jié)合劑在胎體方面得到優(yōu)化，且把持能力也明顯加強，使得應(yīng)用于高頻磨邊輪上，能夠使高頻焊接磨邊輪工具在鋒利度不減的情況下，使用壽命得以極大的延長[3]。

2.2 實驗分析

將制成的高頻焊接磨邊輪進(jìn)行切割和磨削陶瓷試驗，通過試驗發(fā)現(xiàn)，其對于磨削工作操作完好，整體過程無崩角，磨耗比在5 500～6 500之間，經(jīng)進(jìn)一步分析，此種新型的高頻焊接磨邊輪胎體性能穩(wěn)定、磨削性能強、燒結(jié)工藝要求較低，且對于金剛石磨粒的把持能力同樣處于同行業(yè)的先進(jìn)水平行列，綜合數(shù)據(jù)分析，此種新型銅基結(jié)合劑不僅能使金剛石工具的使用壽命極大延長，同時又降低了投入成本，能夠大量應(yīng)用于切割、磨削、拋光以及地質(zhì)勘探領(lǐng)域，為各行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文對金剛石工具在現(xiàn)今發(fā)展中存在的問題，主要為胎體對金剛石磨粒沒有足夠的把持力，易使金剛石磨粒在施工過程中過早脫落進(jìn)行分析，并且針對其制造成本較高但使用壽命偏低等問題，運用金屬替代物以及改良燒結(jié)工藝等一些列措施，制作出新型的金剛石工具銅基結(jié)合劑，并將此新型的銅基結(jié)合劑應(yīng)用于采用高頻焊接的磨邊論中，通過實踐證明了此種新型銅基結(jié)合劑不僅能夠有效提升胎體把持力，更能有效提升高頻焊接磨邊輪的使用壽命，因此，可以說新型銅基結(jié)合劑的研制和開發(fā)，為金剛石工具開辟了全新的市場，也為我國金屬工藝行業(yè)做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

[1] 吳穎.稀土Ce對新型銅基結(jié)合劑金剛石節(jié)塊性能的影響[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2016，2（11）：6-9.

[2] 司衛(wèi)征，袁慧，張鳳林，等.金屬基金剛石工具結(jié)合劑中添加合金元素的研究進(jìn)展[J].超硬材料工程，2007，5（18）：31-33.

[3] 劉一波，陳哲，張而立，等.金剛石工具國際市場現(xiàn)狀的幾點認(rèn)識和建議[J].超硬材料工程，2008，6（12）：25-29.

[4] 黃炳南.碳化物形成元素對金剛石工具粘結(jié)劑性能的影響[J].石材，1994，（2）：16-18.

[5] 田迪.金屬結(jié)合劑在金剛石工具制造中的應(yīng)用[J].磨料磨具通訊，2010，（2）：4.

保利協(xié)鑫10億收購美光伏企業(yè)

多晶硅制造企業(yè)保利協(xié)鑫近日宣布，以1.5億美元(即10億元人民幣)的全現(xiàn)金方式收購欠下巨額債務(wù)的美國光伏巨頭SunEdison的部分技術(shù)、資產(chǎn)。收購一旦落地，意味著保利協(xié)鑫可加強單晶硅片、多晶硅等兩大技術(shù)、制造領(lǐng)域的戰(zhàn)略，也將繼續(xù)鞏固保利協(xié)鑫在多晶硅材料上的全球領(lǐng)先地位。

此次，保利協(xié)鑫購入的相關(guān)資產(chǎn)及股權(quán)有4項：SunEdison、SunEdison Products Singapore(下稱“SunEdison新加坡”)、MEMC Pasadena以及Solaicx，后三者為SunEdison的子公司。

有媒體曾報道，保利協(xié)鑫此次買入SunEdison公司的資產(chǎn)、股權(quán)等，主要看中以下幾個方面：第一，賣方所擁有的專利硅烷流化床技術(shù)、工廠及設(shè)備。其中，SunEdison新加坡?lián)碛辛隧n國SMP公司663萬股(即SMP發(fā)行在外股份約65.25%)，因此保利協(xié)鑫也通過未來的收購一同購入。SMP正在建設(shè)多晶硅生產(chǎn)線，去年建成投產(chǎn)，但還未達(dá)產(chǎn)。第二，技術(shù)升級后的第五代專利CCZ拉晶技術(shù)專利及生產(chǎn)線。

業(yè)內(nèi)人士分析，收購將會給保利協(xié)鑫帶來幾方面的裨益：增加電子級顆粒多晶硅的產(chǎn)能，利用SunEdison公司直拉單晶技術(shù)來大幅改善其單晶硅片生產(chǎn)中的拉晶效率，降低多晶硅及單晶硅片的生產(chǎn)成本。

據(jù)知情人士透露，這筆收購目前還要看10月以前是否有新的出價者，此外還需經(jīng)過美國司法部反壟斷局、聯(lián)邦貿(mào)易委員會、美國外國投資委員會及商務(wù)部的批復(fù)，新加坡相關(guān)部門也要同意。因此，此項交易并未最后敲定。不過，與SunEdison的電站資產(chǎn)有諸多購買者不同，目前愿意購買硅片技術(shù)的企業(yè)也并不多，因此，雙方合作的成功率不小。

不過，也有分析人士表示謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。他認(rèn)為，保利協(xié)鑫近年來動作頻頻，擴(kuò)張速度過快應(yīng)仔細(xì)評估風(fēng)險。目前，全球光伏市場前景，沒有一個特別明朗的市場形勢走向，光伏主要市場歐洲隨著裝機(jī)容量的逐漸飽和以及支持政策的逐漸退出，市場將走向衰減，而新興市場如美國、日本存在不確定性。同時，作為新興市場的中國，目前的市場尚未打開，且政府的補貼政策不能及時到位，西部的棄光限電等因素影響也存在不確定性。

（摘自：中國化工信息網(wǎng)）

The Application of Copper Based Bond of new Diamond Tools and its Properties

Guo Qing

This paper briefly describes the composition of new copper based bond diamond tools，and summarizes the unique properties of agents：has the traditional copper based binder，good toughness，strong corrosion resistance，and thermal and electrical properties，and has the advantages of low cost，high performance fusion forming.In addition，this new type copper based bond diamond tools owing to the addition of Sn，the matrix density increased；with the addition of Ni，the flexural capacity of strengthened；due to the addition of Fe，the hardness increased significantly.Lists its application direction，the purpose is to be able to combine with more and more environmental protection bond material，then opens up the new market of the diamond tool，and makes its due contribution.

diamond tools；copper based bond；sintering process

TQ163；TB333

A

1003–6490（2016）09–0099–02

2016–09–09

國慶（1964—），男，江西南昌人，工程師，主要研究方向為超硬材料及制品。