金(jin)剛(gang)石工(gong)具(ju)粉(fen)冶金(jin)剛(gang)石工(gong)具(ju)各種(zhong)制造方(fang)法的評述

　　1、工具的組成與配(pei)方

　　對于每一種特定的應用條件，若要求達到所需要的工具壽命與鋸切性能，則必須精心選擇制造工具所用金屬胎體的化學組分、粒度尺寸、形狀與壓制特性，以及所用金剛石的粒度、形狀、強度和熱穩定性等。大多數通用胎體由鉆、鐵、銅、錫、鎢和碳化鎢組成。除采用浸漬工藝方法制造的礦用鉆頭外，采用熱壓和冷壓/燒結工藝方法時，多使用很細的金屬金剛石工具粉。

　　關于(yu)(yu)金(jin)剛(gang)石(shi)磨料，其型(xing)號、粒度、濃度是*主(zhu)要的(de)因素。如圖1所示，天(tian)然金(jin)剛(gang)石(shi)與人造金(jin)剛(gang)石(shi)*主(zhu)要的(de)區別是夾雜的(de)分布與晶(jing)體(ti)的(de)形狀。天(tian)然金(jin)剛(gang)石(shi)具(ju)(ju)有較低(di)的(de)韌性，但具(ju)(ju)有非(fei)常良好(hao)的(de)粘結性能。這(zhe)是由于(yu)(yu)天(tian)然金(jin)剛(gang)石(shi)具(ju)(ju)有很(hen)多凹穴的(de)表面。這(zhe)使其非(fei)常適用(yong)于(yu)(yu)某些應用(yong)條件，如用(yong)于(yu)(yu)鋸切沉積巖(yan)和變質(zhi)巖(yan)的(de)框架。

　　使(shi)用(yong)人造金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的*大優點是(shi)它實際上可設(she)計與制(zhi)造出可滿足任何應用(yong)的需求。在(zai)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)合成中采用(yong)鉆基(ji)或鎳基(ji)合金作為溶媒(mei)可獲得不(bu)同內(nei)部結(jie)構和晶體特性。鉆基(ji)觸媒(mei)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的特點是(shi)晶體內(nei)的金屬(shu)夾雜(za)按順序排(pai)列，故(gu)它易于不(bu)規則地破壞(huai)，這使(shi)其工具切割鋒利。而鎳基(ji)觸媒(mei)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，其夾雜(za)在(zai)整個晶體中是(shi)均勻分布(bu)的，則使(shi)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)在(zai)較(jiao)高溫度(du)下加工后(hou)能保持較(jiao)高的韌性。

　　金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)晶體(ti)(ti)(ti)形狀將對其破碎(sui)特(te)性(xing)(xing)(xing)有影響。完(wan)整的(de)(de)(de)(de)六一(yi)八(ba)面體(ti)(ti)(ti)晶形和(he)(he)平滑(hua)的(de)(de)(de)(de)晶面使(shi)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具有良好的(de)(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)，因此難(nan)于(yu)固牢(lao)與把持(chi)在(zai)胎體(ti)(ti)(ti)中。使(shi)高級金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)盡可能不脫(tuo)落(luo)的(de)(de)(de)(de)*好途徑是由(you)Ti, Cr, Si等強碳化物(wu)元素鍍覆一(yi)層薄膜(mo)。鍍覆類(lei)型、胎體(ti)(ti)(ti)配方組成和(he)(he)工(gong)具加(jia)工(gong)條件(jian)的(de)(de)(de)(de)適(shi)宜的(de)(de)(de)(de)組合，由(you)于(yu)擴散(san)浸(jin)漬型粘結劑與胎體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)作用，將使(shi)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)牢(lao)固地把持(chi)在(zai)胎體(ti)(ti)(ti)中。鍍覆的(de)(de)(de)(de)另一(yi)個好處(chu)是防止金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)表面的(de)(de)(de)(de)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨化和(he)(he)侵蝕性(xing)(xing)(xing)胎體(ti)(ti)(ti)組分的(de)(de)(de)(de)浸(jin)蝕作用。

　　金剛(gang)石(shi)粒度與濃度的(de)(de)(de)(de)匹配將決定(ding)與影(ying)響(xiang)到工具工作(zuo)表面位面積的(de)(de)(de)(de)切(qie)割點的(de)(de)(de)(de)數量。金剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)粒度及其強度和把持(chi)特性一道(dao)決定(ding)與影(ying)響(xiang)到金剛(gang)石(shi)晶體(ti)的(de)(de)(de)(de)凸出狀態，并影(ying)響(xiang)其胎體(ti)清(qing)掃(sao)巖屑的(de)(de)(de)(de)通道(dao)。對于高效鋸切(qie)巖石(shi)至關重要的(de)(de)(de)(de)是要有足夠空(kong)間堆積巖屑，并及時(shi)自(zi)鋸切(qie)區排(pai)除掉，同時(shi)使(shi)鋸切(qie)的(de)(de)(de)(de)金剛(gang)石(shi)晶體(ti)保持(chi)鋒利而不承受過大載(zai)荷。

　　3、胎體料(liao)與(yu)金剛石磨(mo)料(liao)的混合（混料(liao)）

　　該工(gong)序通(tong)常采(cai)用(yong)渦流(liu)型混(hun)(hun)料(liao)(liao)機(ji)(ji)完成(cheng)，將(jiang)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)、胎體金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具(ju)(ju)粉、鋼鏈條、合(he)金(jin)(jin)(jin)球或(huo)其他塊狀破碎塊加(jia)人到混(hun)(hun)料(liao)(liao)儲存(cun)罐中，約占其容積的(de)一半左(zuo)右(you)。使其進人無序運轉(zhuan)狀態(tai)，并到達(da)一定的(de)運轉(zhuan)時間。在混(hun)(hun)料(liao)(liao)的(de)不同(tong)階(jie)段(duan)，向(xiang)罐中加(jia)人粘結劑和(he)潤滑劑，以(yi)便(bian)防止(zhi)其偏析與聚集(ji)，并在后續的(de)冷壓工(gong)序中減少(shao)鋼模的(de)磨損(sun)。當采(cai)用(yong)容積式(shi)冷壓機(ji)(ji)壓制(zhi)刀頭時，則必將(jiang)粉料(liao)(liao)造粒以(yi)便(bian)保(bao)證粉料(liao)(liao)的(de)流(liu)動性(xing)與壓制(zhi)特性(xing)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)和(he)胎體金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具(ju)(ju)粉*終混(hun)(hun)合(he)之前，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)必須達(da)到所符合(he)狀態(tai)或(huo)則鍍(du)覆(fu)適(shi)合(he)的(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)具(ju)(ju)粉（如(ru)鍍(du)欽、鉻或(huo)硅等）。

　　4、冷壓

　　在(zai)(zai)生產工(gong)(gong)具(ju)組件中冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)是(shi)一個任選工(gong)(gong)序，它使工(gong)(gong)具(ju)具(ju)有均(jun)勻的(de)(de)結(jie)構(gou)。但在(zai)(zai)通(tong)常的(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)/燒結(jie)工(gong)(gong)藝(yi)中，或用(yong)熱(re)壓(ya)(ya)(ya)方法制造多層結(jie)構(gou)刀頭(tou)(tou)(tou)時，冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)則成為必選工(gong)(gong)序，冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)工(gong)(gong)序是(shi)在(zai)(zai)中低壓(ya)(ya)(ya)下(xia)的(de)(de)鋼模中完(wan)成的(de)(de)。在(zai)(zai)金剛石工(gong)(gong)業中使用(yong)兩種類型的(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)機，普(pu)通(tong)冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)機采用(yong)金剛石工(gong)(gong)具(ju)粉(fen)傳(chuan)輸機構(gou)給(gei)料(liao)(liao)及稱重(zhong)裝(zhuang)置向模具(ju)配(pei)給(gei)粉(fen)料(liao)(liao)。*新設(she)計(ji)的(de)(de)是(shi)容(rong)(rong)積式給(gei)料(liao)(liao)原(yuan)理，稱重(zhong)式冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)機在(zai)(zai)生產小量刀頭(tou)(tou)(tou)時靈活機動性(xing)較高，投資(zi)成本較低；由(you)于產量高對于大批量生產刀頭(tou)(tou)(tou)，容(rong)(rong)積式冷(leng)(leng)(leng)壓(ya)(ya)(ya)機是(shi)優選設(she)備，它壽命長，壓(ya)(ya)(ya)制消耗成本低。

　　5、熱壓

　　熱壓通常采(cai)用直接式電(dian)阻加熱設備或石墨模具(ju)來完成。現在通常采(cai)用通人(ren)保持氣氛(fen)的爐(lu)腔中進行熱壓，模具(ju)在氮(dan)氣中加熱以提(ti)高其使用壽命。

　　電阻加(jia)熱的(de)原理從制(zhi)造(zao)部件(jian)尺(chi)寸和(he)(he)幾何(he)形狀方(fang)面來說它有其(qi)局限性。經驗表明(ming)，生產連續(xu)周邊鋸(ju)片(pian)（濕切片(pian)）和(he)(he)某些磨(mo)輪，由(you)于其(qi)尺(chi)寸大，生產效率低(di)，時(shi)間(jian)長，能耗(hao)大。此(ci)外，要使模(mo)具(ju)斷面具(ju)有均勻的(de)溫度分(fen)布方(fang)面有難度。因此(ci)，在(zai)(zai)這方(fang)面應(ying)用中(zhong)更為受歡迎(ying)的(de)設備是(shi)熱壓(ya)爐，爐中(zhong)的(de)金剛(gang)石孕(yun)鑲圓(yuan)形鋸(ju)片(pian)在(zai)(zai)鋼(gang)模(mo)中(zhong)在(zai)(zai)輻(fu)射和(he)(he)對(dui)流加(jia)熱條件(jian)下密實固(gu)結(jie)在(zai)(zai)鋼(gang)基體上。該爐可(ke)由(you)兩個分(fen)置(zhi)的(de)部件(jian)組成以成予熱/排氣(qi)除臘(la)和(he)(he)*終固(gu)化燒結(jie)。典型的(de)熱壓(ya)爐可(ke)同時(shi)處理和(he)(he)放(fang)置(zhi)很多(duo)鋼(gang)模(mo)，在(zai)(zai)一個模(mo)具(ju)上部依次(ci)堆(dui)放(fang)多(duo)片(pian)模(mo)具(ju)，在(zai)(zai)惰性氣(qi)氛中(zhong)加(jia)熱不到一小時(shi)，與電阻加(jia)熱設備相比(bi)較，其(qi)能量消(xiao)耗(hao)僅為其(qi)幾分(fen)之一。

　　去毛刺

　　緊接(jie)著熱(re)壓工(gong)序(xu)，刀頭需要(yao)清理干凈，去(qu) 除刃端與邊緣多(duo)余毛刺。該工(gong)序(xu)通(tong)常采用放(fang)有普(pu)通(tong)磨料的(de)滾筒不斷將刀頭翻滾來完成。

　　6、燒結

　　礦山(shan)、地質(zhi)、石油表鑲(xiang)鉆頭在(zai)制造孕鑲(xiang)工(gong)具中(zhong)，由于受(shou)(shou)到(dao)胎體配方，機械(xie)強度(du)和*終產(chan)品(pin)幾(ji)何尺寸精度(du)的(de)(de)(de)(de)控制與(yu)約束，無壓燒(shao)結(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)，而受(shou)(shou)到(dao)限(xian)制。普(pu)通的(de)(de)(de)(de)冷壓/燒(shao)結(jie)(jie)方法在(zai)繩(sheng)鋸(ju)串珠的(de)(de)(de)(de)生產(chan)中(zhong)獲得應用(yong)，與(yu)熱壓燒(shao)結(jie)(jie)相反，采用(yong)爐(lu)型(xing)燒(shao)結(jie)(jie)由于其節約成本(ben)和具有很高的(de)(de)(de)(de)生產(chan)效率(lv)而超過與(yu)克服(fu)了該工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)缺點(dian)與(yu)短處。

　　7、質量控制

　　金剛(gang)石孕鑲工(gong)具元件(jian)的(de)(de)質(zhi)量控制通(tong)常僅限(xian)于使(shi)用(yong)HRB級的(de)(de)洛氏硬(ying)度(du)檢(jian)測。嚴(yan)格的(de)(de)固結(jie)的(de)(de)胎體—金剛(gang)石混合物所(suo)獲得的(de)(de)硬(ying)度(du)范(fan)圍較窄。不完全致密的(de)(de)材料其(qi)韌性不夠，結(jie)果導致很快的(de)(de)磨損，對金剛(gang)石的(de)(de)把持也不牢固。假如對硬(ying)度(du)檢(jian)測結(jie)界有任何懷凝，則必須檢(jian)測產品的(de)(de)*終密度(du)。

　　8、拋光精(jing)制工(gong)序

　　壓制(zhi)燒(shao)結好的(de)工具(ju)元(yuan)件(jian)必須固定在鋼(gang)制(zhi)基(ji)體上。繩鋸串珠(zhu)機械地固緊在鋼(gang)繩上，然后進行(xing)注(zhu)塑或(huo)注(zhu)橡(xiang)膠(jiao)以(yi)(yi)防止鋼(gang)繩透(tou)水，并(bing)防止磨蝕性(xing)泥漿的(de)磨蝕。磨削與鋸切刀(dao)頭(tou)要(yao)(yao)進行(xing)高頻焊(han)(han)接或(huo)激光(guang)焊(han)(han)接，在制(zhi)造濕切鋸片、薄壁鉆和(he)磨削工具(ju)時(shi)廣(guang)泛(fan)使用(yong)高頻焊(han)(han)接，并(bing)可再從基(ji)體上拆焊(han)(han)下(xia)來。而(er)激光(guang)焊(han)(han)接多(duo)用(yong)于生產干(gan)切用(yong)小直徑鋸片，沒有刀(dao)頭(tou)脫落的(de)危險。鋸片、鋼(gang)制(zhi)基(ji)體需要(yao)(yao)進一(yi)步(bu)的(de)滾壓或(huo)錘擊處理以(yi)(yi)消除作用(yong)于工具(ju)上的(de)應力。

　　9、浸演法

　　浸漬法(fa)工(gong)藝*理想(xiang)地(di)適用于(yu)生產地(di)層(ceng)鉆進(jin)的(de)表鑲金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)鉆頭，聚(ju)晶金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)復合片（（PCD）鉆頭和(he)混合式鉆頭。根據鉆頭類型(xing)，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)粗細和(he)PCD的(de)長方(fang)塊和(he)各種(zhong)排水元件的(de)不同，首先在模具中配(pei)置(zhi)(zhi)好(hao)預先機加工(gong)好(hao)的(de)鉆頭座套，并(bing)牢固(gu)地(di)用膠將(jiang)其固(gu)牢，以(yi)防后(hou)(hou)續加工(gong)工(gong)序使其移(yi)動與錯(cuo)位。并(bing)將(jiang)管形鋼(gang)胚(pei)安(an)置(zhi)(zhi)好(hao)，用適當的(de)固(gu)定裝置(zhi)(zhi)將(jiang)其固(gu)定，然后(hou)(hou)將(jiang)胎體成形金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)工(gong)具粉(fen)，或與金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)混好(hao)的(de)混合料(liao)裝填，并(bing)采用搗固(gu)或振動的(de)方(fang)法(fa)將(jiang)其壓固(gu)好(hao)。為易于(yu)裝模，可使用有(you)液(ye)體碳氫化(hua)合物的(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)工(gong)具粉(fen)。

　　當模具已裝好(hao)(hao)，預先計算好(hao)(hao)的適(shi)用的浸(jin)潰(kui)合金(jin)，以(yi)粗的粒狀(zhuang)，球狀(zhuang)或切削的塊狀(zhuang)料(liao)的形式，將(jiang)(jiang)其(qi)設置靠近胎體金(jin)剛(gang)石(shi)工具粉(fen)(fen)處(chu)。然(ran)后(hou)將(jiang)(jiang)整個模具裝好(hao)(hao)，置于加熱爐(lu)內，并升(sheng)溫加熱，浸(jin)漬合金(jin)將(jiang)(jiang)熔化，由于毛(mao)細管作用而(er)向下浸(jin)漬至胎體金(jin)剛(gang)石(shi)工具粉(fen)(fen)內，并粘結好(hao)(hao)鋼制管體，整個工藝過程在還(huan)原氣(qi)氛中(zhong)，真(zhen)空(kong)或則(ze)當采用適(shi)合的熔劑時可在空(kong)氣(qi)中(zhong)完成浸(jin)漬過程。

　　完成浸漬工藝后，將鉆頭從石墨模具中取(qu)出，并進行視力檢驗，以保證(zheng)金(jin)剛石的(de)正確鑲嵌設定(ding)與(yu)凸出高(gao)度(du)。采用非破壞性(xing)技術，如射線(xian)照(zhao)相檢查與(yu)發現熱裂紋和鉆頭冠部(bu)的(de)斷裂處。

　　10、當(dang)今的趨勢與發展

　　直至19世(shi)紀(ji)90年代金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)(gong)具工(gong)(gong)業(ye)主要面臨(lin)著金剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)高(gao)成本和(he)熱壓制(zhi)品(pin)，用于大多(duo)數(shu)專業(ye)應(ying)用領域的(de)(de)(de)(de)鉆基胎(tai)體金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)(gong)具粉的(de)(de)(de)(de)價(jia)格一(yi)(yi)直保(bao)持(chi)在令人滿意，可(ke)接受(shou)的(de)(de)(de)(de)水平。鉆價(jia)的(de)(de)(de)(de)急驟(zou)上升促(cu)使人們尋求更(geng)廉價(jia)的(de)(de)(de)(de)胎(tai)體金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)(gong)具粉。現今金剛(gang)(gang)石(shi)供方價(jia)格的(de)(de)(de)(de)顯著下調(diao)以及勞動力(li)低廉*的(de)(de)(de)(de)激烈競(jing)爭(zheng)將進一(yi)(yi)步(bu)保(bao)持(chi)這(zhe)種趨勢，促(cu)使工(gong)(gong)業(ye)前沿不斷快(kuai)速創新，并(bing)開(kai)拓非商業(ye)產品(pin)的(de)(de)(de)(de)可(ke)贏利市場。

　　實施(shi)過程中(zhong)大部分努(nu)力(li)用(yong)于尋求新的(de)刀(dao)頭(tou)配(pei)方(fang)和金剛(gang)(gang)石(shi)分布模式(shi)（見圖3）。以便極大地(di)改善(shan)工(gong)(gong)具(ju)性能，并降低加(jia)工(gong)(gong)成(cheng)本。至(zhi)今已有三種系(xi)列的(de)鐵基和銅基預合(he)金金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)(gong)具(ju)粉研制出來(lai)，并以Cobalite（Umicore）， Next和Keen （EP）商標品牌投(tou)人(ren)市場。這些細的(de)彌散型金剛(gang)(gang)石(shi)工(gong)(gong)具(ju)粉采用(yong)*技術加(jia)工(gong)(gong)而成(cheng)，它的(de)完善(shan)與改進使(shi)材料的(de)良(liang)好壓制性能與現場使(shi)用(yong)性能都相似于鉆粉。

　　同時開發的是金剛(gang)石鍍(du)覆技術，現在工具(ju)制造商更可自由(you)地使(shi)用各種鍍(du)覆磨料，它(ta)被(bei)設計適用于廣(guang)泛的應(ying)用范圍和(he)工具(ju)加(jia)工條(tiao)件。現今(jin)市場可提(ti)供的產品包(bao)括鍍(du)欽(qin)、鉻和(he)硅的金剛(gang)石磨料。可提(ti)供不(bu)同厚度、單層(ceng)和(he)雙層(ceng)鍍(du)覆產品，使(shi)磨料有較(jiao)寬的質量(liang)范圍。

　　使用鍍覆(fu)金剛(gang)石的(de)直接好處(chu)是(shi)降低功率消耗，延長(chang)工(gong)(gong)具壽命，但(dan)是(shi)在(zai)工(gong)(gong)具中(zhong)均勻分布金剛(gang)石晶(jing)體可獲(huo)得更為顯(xian)著的(de)效益，加工(gong)(gong)鋸片刀(dao)頭技(ji)術上突(tu)破是(shi)金剛(gang)石可等距和按規則(ze)方(fang)式(shi)排(pai)列。但(dan)金剛(gang)石排(pai)布工(gong)(gong)序還處(chu)于商業保密(mi)階(jie)段，同時(shi)該工(gong)(gong)藝也還不能大規模實施與(yu)完成(cheng)。