钻探用金刚石
发布日期：2014-6-6 9:03:09 信息来源：永广矿山机械
金刚石是迄今为止人类发现的***坚硬的研磨切削材料，它在机械、采矿、冶金、光学仪器、电子等工业部门得到广泛的应用。地质钻探用金刚石约占世界工业金刚石用量的五分之一。
1. 钻探用金刚石的分类
钻探用金刚石按成因分为天然的、人造的两大类。
人造金刚石包括单晶、聚晶和金刚石复合片等品种。其中，单晶是我国制造人造金刚石钻头的主要原料；聚晶是由细小的金刚石颗粒在粘合剂参与下，烧结成较大颗粒的多晶金刚石；金刚石复合片（国外称为PDC）是由一薄层金刚石多晶层加一层较厚的硬质合金层复合而成。
2.天然金刚石的特性
金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定。典型的晶形有立方体、八面体和十二面体等。金刚石是世界上***硬、抗压强度***大、抗磨损能力***强的材料，因此它是作为钻头切削刃***理想的材料。
但是，金刚石作为钻头切削具也存在着较大的弱点：① 它的脆性较大，遇到冲击载荷会出现碎裂；② 热稳定性较差，在高温下遇氧便氧化并被转化为石墨，称为"石墨化"。因此，在金刚石工具的制造过程中，须隔氧，避免长时间受高温；在使用中，须避免承受冲击载荷并及时冷却切削刃。
3. 与钻探有关的金刚石物理力学性质
(1) 硬度 硬度是金刚石***重要的性能之一。金刚石的硬度极高，莫氏硬度为10级，研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1000倍。
(2) 强度 金刚石具有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8600MPa，约为刚玉的3.5倍，硬质合金的1.5倍，钢的9倍。用于钻探的人造金刚石一般要求强度达2 500MPa以上。
(3) 耐磨性 金刚石的弹性模量极大（8800MPa），在空气中与金属的摩擦系数小于0.1，所以具有极高的耐磨性，是刚玉的90倍，硬质合金的40～200倍，钢的2000～5000倍。用于钻探的人造金刚石聚晶体一般要求与中硬碳化硅砂轮的磨耗比在1∶30000以上。
(4) 热性能金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。金刚石的线膨胀系数很低，仅为硬质合金的1/4～1/5，钢的1/8～1/10，但随温度的升高而增长较快，这对金刚石钻头的包镶和使用产生不利影响。金刚石容易受到热损伤，虽然温度尚低于其燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性已受到严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石钻头烧钻事故。
