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郑州华晶金刚石股份有限公司

从工艺下手 提高我国金刚石工具的质量

关键词 工艺 , 提高 , 金刚石工具 , 质量|2008-12-16 00:00:00|来源 中国超硬材料网
摘要 我国石材总产量、石材出口量和石材消耗量均达到世界首位:有石材加工企业2万多家,从业人员近500万,年产石料600万立方米,年产板材1.2亿平方米,年创产值超过800亿元,拥有先进生...

  我国石材总产量、石材出口量和石材消耗量均达到世界首位:有石材加工企业2万多家,从业人员近500万,年产石料600万立方米,年产板材1.2亿平方米,年创产值超过800亿元,拥有先进生产线500多条,进出口总额超过12亿美元,成为名符其实的石材生产大国。
  
  我国在上述几方面虽已跨入大国行列,但还不是强国。随着全球经济一体化,我国进入WTO,如何使我国成为生产金刚石工具的强国,这是摆在我国同行面前的一项重要课题。根据我们的实践与考察,仅就提高我国金刚石工具质量的问题,提出一些看法。
  
  1.为金刚石工具制造提供批量生产性能稳定、粗颗粒、热稳定性好的高强度金刚石
  
  金刚石的品级质量、粒度和浓度对金刚石工具有决定性的作用。我国在金刚石合成方面,六面顶小吨位高强工艺已趋成熟,六面顶大吨位大腔体工艺不断完善,两面顶合成金刚石也初具规模,粉末触媒合成、碳素、叶腊石块原材料生产不断完善。因此针对我国金刚石工具制造,批量合成性能稳定、粗颗粒、热稳定性能好的高强金刚石是完全可能的。国外的金刚石公司,除推出SDA+、SDB、DSN、MBS、ISD系列外,DeBeers针对国市场推出BKI、BK30、BK60、BK70金刚石,韩国日进公司推出六面顶合成的SDS系列金刚石,都值得我国同行借鉴。
  
  2.采用强碳化物形成元素,提高金刚石把持力
  
  提高金刚石锯片切割效率与寿命的一个关键因素是提高胎体对金刚石的把持力。胎体对金刚石有好的把持力,金刚石就不会过早脱落,并具有最大的凸出高度,切割时锋利,效率高。
  
  3.采用超细粉末与预合金化粉末
  
  在生产专用锯片时,宜采用超细金属粉末与预合金化粉末。金属粉末细化有利于降低烧结温度、提高硬度。采用预合金化粉末,可防止低熔点金属过早流失与偏析,有利于烧结制品的弹性极限和屈服强度,增加对金刚石的把持力,还可降低烧结温度与保温时间。我国上海材料所、北京人工晶体所、长沙冶金材料所与南工大粉冶所都在这方面做了大量工作。韩国在生产高档锯片时,广泛使用BASF,UM,INCO,Fum-tungstene,Kennametal等公司的超细粉末与预合金粉末。
  
  4.在刀头生产推广制粒工艺
  
  制粒工艺在我国的硬质合金、陶瓷生产已广泛地被采用,近年来在金刚石刀头生产也获得了广泛应用与发展。粉末制粒的优点是,金刚石的偏析减少,分布更为均匀,改善了刀头的切割性能,增加粉末的流动性,使容积式冷压工艺应用成为可能,普通冷压工艺性更好,减少了粉尘对工人的危害。其缺点是增加了投资与工艺程序,制粒时要添加粘结剂,后者对焊接、烧结和胎体性能可能有不利的影响。各种制粒方法的优缺点比较见下表。
  
  缺点:需清洗,不含金刚石,仅一种金属,设备大。
  
  滚动法:优点:易于操作,石蜡粘结性好,球形。缺点:制粒工艺不稳定,含金刚石,制粒困难,需过筛。
  
  挤压筛分法:优点:速度快,粘结剂用量少,易于操作。缺点:不含金刚石,需筛分,形状不均一,合格率20%~40%。
  
  手工筛分法:优点:简单,投资少,可含金刚石,生产量小。缺点:难以选择粘结剂,所需劳动繁重,形状不规则。
  
  压力搓筛与滚动法:优点:工艺稳定,易于清洗,可自动化,可含金刚石,一次制粒量任选。缺点:难以选择粘结剂,需用较多熔剂。
  
  低速搅拌高速斩切法:优点:可自动化,粒度大小可人为控制。缺点:不含金刚石,一次制粒量不能太少,合格率70%~80%。
  
  德国飞羽公司推出GA180、GA240制粒机,其制粒工艺由于混→加粘结剂搅拌→刮板搓筛→滚动制粒构成。采用此法使刀头冷压速度提高3倍,模具寿命提高1倍,冷压成本降低2/3。
  
  韩国迪爱克斯公司推出CA-10制粒机,其工艺由加粘结剂干混→外圆低速搅拌(25~28r/min)→心高速斩切(2300~2800r/min)构成。
  
  为了制粒,德国研制了GB300、400、500型粘结剂,韩国使用Olycox,我国南京思尚科贸心研制成的WS-120造粒剂为白色团体球状粉末,密度为1.068g/cm3,热分解温度320~350℃,烧结后残留灰分<0.01%,已取代进口粘结剂,已在各金刚石工具厂得到广泛应用。
  
  5.烧结工艺推广真空保护气氛热压烧结工艺与设备
  
  烧结是金刚石锯片生产一道关键工艺,它的好坏将影响锯片的刀头密度、硬度与切割性能,烧结设备的技术性能也影响锯片生产成本、产品与质量。最近我们对金刚石锯片整体烧结炉进行了调研,用几种有代表性的炉型同时采用同一配方粉末进行对比烧结试验,其结果表明:
  
  (1)氢气保护、无压烧结并式炉与钟罩炉适于生产低档小尺寸锯片,它单次产量大,但锯片寿命较低;
  
  (2)CSF500热压烧结炉,炉温分布均匀,氮气保护加压烧结锯片硬度高,密度大。锯切时锋利、寿命长,可生产高档锯片,并能生产多规格多品种锯片;
  
  (3)RYL系列频气氛保护热压烧结炉设计性能优越,适于单一规格锯片的大批量生产,但对于多品种的适应性差,炉温分布有待进一步完善;
  
  (4)SF500、ZBRY-2型烧结炉经过完善后,是一种有发展前途的烧结设备。
  
  6.金刚石绳锯生产采用热等静压与高温钎焊工艺
  
  近十年来,金刚石绳锯在采石与建筑工程得到了创造性的应用,使金刚石绳锯从采石场到石材加工厂,从大块切割到修整成形,从板材切割到异形制品的加工以及建筑工程多种应用,在世界范围的石材切割占有10%的份额,并且还有不断增长的趋势。
  
  在发展进程有几个主要特点:
  
  (1)串珠生产方法由电镀单层与双层金属金刚石串珠,到热压烧结及高温钎焊串珠,使绳锯应用范围由大理石扩大到花岗岩与混凝土。
  
  (2)绳锯直径由10~12mm减小到6~8mm,提高了加割效率,降低了材料消耗。
  
  (3)CNC控制的绳锯机的发展,使多绳锯成为可能,从而使绳锯机进入板材厂,可有效切割板材与异形制品,可取代框架锯与桥式板材锯机。
  
  (4)将热等静压工艺用于串珠生产,提高串珠的密度、硬度、强度与使用寿命。
  
  热等静压(HIP)是将烧结好的制品,置于热等静压机,以惰性气体Ar(氩气)为传压介质,温度升至1320~1400℃,气体受热膨胀产生80~150MPa压力,将串珠置于玻璃包套处理一定时间即可。
  
  热等静压可降低制品的孔隙度,提高密度、强度、冲击韧性及使用性能。我国北京钢铁研究院、南工大粉冶所、北京有色金属研究总院、株洲硬质合金厂都有热等静压设备。
  
  (5)采用单层高温钎焊金刚石串珠
  
  该工艺是我国台北台湾砂轮制造公司(KNIKInc.)推出的专利新技术,高温钎焊串珠金刚石排列规则,分布合理,化学键合与冶金结合并存,金刚石把持力强、突出高。其金刚石使用量可节省一半,锯切速度为普通锯片的2~4倍,切割寿命相当,锯片成本下降。
 

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