简述金刚石复合片主要缺陷及产生原因
发布日期：2015-6-8 11:05:52 信息来源：本站原创
***容易出现的主要缺陷及产生的原因分析如下：
1 分层
主要表现为金刚石层与硬质合金衬底在其结合面上出现裂缝。用50MHz超声波探伤仪可以检测出其结合面上的烧结情况，金刚石与硬质合金粘结牢固的PDC在探伤中不发生界面反射波；而界面上有裂缝的PDC可以对超声波产生多次的反射和折射，使其在探伤图像上出现非正常的杂波，不同的裂缝产生的杂波图像也有所不同。下面是两种不同的烧结情况在超声波探伤仪中产生的波形图。
产生分层的主要原因大致有以下几方面：
①高温时间过长
众所周知，金刚石在烧结过程中会部分石墨化，液相钴渗入金刚石微粉层时，溶解石墨并向金刚石输送碳，使金刚石颗粒长大并搭接起来，形成金刚石-金刚石的键结合。钴液渗入金刚石粉末的过程伴随着石墨→金刚石的转变，***后金刚石粉末中的石墨转变成金刚石，形成具有金刚石-金刚石结合的牢固烧结体。如果烧结过程处于温度相对较高且持续时间较长时，液相钴会迅速完成溶解石墨并向金刚石输送碳的过程，金刚石颗粒也会长大并搭接起来，但由于高温持续时间较长，已烧结的金刚石会被碳化，从而使金刚石层中残留过多的石墨，严重影响金刚石层与硬质合金衬底的界面结合强度，导致界面分离。
②残余应力
残余应力的产生主要是由于热膨胀(冷收缩) 的存在。硬质合金的热膨胀系数是金刚石的两倍。PDC 的烧结属于液相烧结，当烧结结束各相开始冷却时，由于各相热膨胀不同所以收缩不一致，彼此约束，从而产生应力，这种应力过大时，便导致金刚石层从衬底上分离。而热膨胀是材料本身的固有特性，要完全消除其影响是很难的，只有从工艺上入手，比如对衬底形状的设计，或通过退火处理，以尽量减小残余应力的影响。
③硬质合金本身的质量较差。
2 欠烧
分为全部欠烧和局部欠烧。从外观上看，主要是金刚石微粉尚未完全烧结，呈现松散的结构，在色泽上表现为灰色或带黄色斑点，磨耗比很差，基本无使用价值。
造成欠烧的主要原因有：
①原材料受到污染
在市购的金刚石微粉中，总会包含着叶蜡石、石墨、铁磁性物质和灰份等杂质。如果未处理干净或在存放过程中受污染，那么在烧结过程中，这些污染物将对金刚石产生热侵蚀，促使金刚石氧化和加速金刚石的石墨化，从而阻碍钴扫越的进行，轻则局部阻碍金刚石的自身烧结，重则只有界面处的金刚石被烧结，留下黄色斑点。因此,对原材料的保存和处理要相当仔细，严格按照规程进行。
②温度过低或高温时间保持不够
由于PDC烧结属于液相烧结，它***要求必须有液相生成。温度过低时，不能产生足够的液相，使烧结过程无法持续，只能在界面处产生烧结,而其他部分仍保持原有形态，呈现松散的结构。合成腔体达到预定温度是需要一定的时间的，由于受工艺条件所限，这个时间不能过长，否则***会相应缩短后期保持高温的时间，这样，虽然也产生足够的液相，但在相对较短的时间里，扫越式再结晶进行的不很完全，而造成PDC的局部不烧结。要避免这些情况的产生，除了要防止设备故障(如压机的绝缘垫损坏或压机的加热电源漏电等)外，还要不断加强对操作人员的培训，提高操作人员的技术水平。
③衬底结合剂含量不足
PDC的烧结是需要在衬底中的结合剂参与下有条件进行的，当衬底中结合剂的含量不足时，***会影响PDC的烧结质量，轻则一般会在超硬层表面留下较深的虚点，虚点处基本上没有磨耗比；重则***只能是废品。
3 针眼、黑点
所谓针眼***是指在PDC的金刚石表面存在象针扎过一样的小孔洞。它们有多有少或聚或散，是影响成品率的一大缺陷。我们认为这些小孔洞实际***是气孔。吸附气体或蒸汽是固体与气体界面上***重要的特征性质之一，金刚石亦不例外。由于合成PDC所使用的是金刚石微粉，通常只有几十微米或几微米，因而比表面积极大，所吸附气体的量***更为惊人。在烧结过程中，由于液相的产生，气体分子逐渐聚集，形成或大或小的气泡，随着温度的升高，颗粒的粒界开始移动，粒子长大并搭接，气泡逐渐迁移到粒界上消失，烧结体密度增高，并可能***终排除气泡，得到充分致密的烧结体。但困难的是我们不知道气泡什么时候能被完全排除，因而总会有个别的气泡随着烧结结束形成气孔留在金刚石层中。
黑点实际上是一种颜色不均匀，它总是出现在PDC表面的中心部位，而且随着PDC尺寸的大小而变化，PDC的尺寸越小，它***越不明显。它形成的原因***是由于存在着压力温度梯度。在超高压、高温状态下，压力、温度在各处并不均等，且总是边缘的温度和压力高，越往中心***越低，这种不均匀性***会在烧结体上体现出来，要想消除这种缺陷，***应当从组装和配料等工艺上进行改进，才能解决。
