Qu'est-ce que le diamant polycristallin (PCD)?

Diamant polycristallin (PCD)est un nouveau type de matériau surhard qui a été étudié et utilisé à l'international depuis les années 1970. Il est fritté à une température élevée de 1400 degrés et une haute pression de 6gpa. Ce site Web utilisera un article pour expliquer clairement ce qu'est le diamant polycristallin.

 

Le diamant polycristallin est à la fois un matériau d'ingénierie et un nouveau matériau fonctionnel; Il s'agit à la fois d'un produit de haute technologie et d'un produit à haut rendement. Avec le développement de l'industrie et de la science et de la technologie modernes, le diamant polycristallin a été de plus en plus largement utilisé dans les champs modernes de l'industrie, de la défense nationale et de haute technologie en raison de ses excellentes propriétés mécaniques, thermiques, chimiques, acoustiques, optiques et électriques.

Les outils de diamant polycristallin sont devenus un moyen indispensable dans le traitement moderne de la coupe. Cela se reflète principalement dans les aspects suivants:

1. Coupe à grande vitesse, Traitement à haute stabilité
2. Traitement des miroirs ultra-précis
3. Coupe à sec, traitement propre

 

 

 

(1) résistance élevée à la dureté et à l'usure

• La dureté du diamant polycristallin est aussi élevée que 10, 000 HV, qui est le matériau le plus difficile au monde. C'est beaucoup plus difficile que les céramiques en carbure et en ingénierie cimentées. Parce que le diamant polycristallin est extrêmement dur et est isotrope, il a une excellente résistance à l'usure.

 

(2) coefficient de frottement faible

• Le coefficient de frottement entre le diamant polycristallin et certains métaux non ferreux est inférieur à celui des autres matériaux, environ 1/2 de celui du carbure cimenté. Le coefficient de frottement faible réduit non seulement la déformation et la force de coupe, mais empêche également la génération de bord accumulé pendant la coupe, réduisant ainsi la rugosité de la surface usinée.

 

(3) Haute conductivité thermique

• La conductivité thermique du diamant polycristallin est très élevée, meilleure que celle de l'argent et du cuivre, et beaucoup plus élevée que celle du carbure cimenté général. Par conséquent, la chaleur de coupe est facilement dissipée pendant le processus de coupe, de sorte que la température de coupe est relativement faible.

 

(4) précision d'usinage élevée

• Étant donné que les outils de diamant polycristallin ont un coefficient de dilatation thermique faible et un module élastique élevé, ils ne sont pas facilement déformés pendant le processus de coupe. Sous l'action de la force de coupe, les outils peuvent maintenir leurs paramètres d'origine, restent nets pendant longtemps et ont une précision de coupe élevée. Par conséquent, lors de l'utilisation d'outils PCD pour le traitement, la force de coupe et la température de coupe peuvent être réduites, la durabilité de l'outil et le taux de coupe peuvent être améliorées et une bonne surface d'usinage peut être obtenue.

 

Problème principal:

La dureté élevée et la résistance à l'usure élevée des matériaux PCD rendent la moulure et la finition de surface très difficiles, ce qui entrave sérieusement sa promotion et son application.

 

Méthodes de traitement courantes:

EDM, traitement laser, traitement chimique, traitement par ultrasons.

 

Méthode de traitement idéale:

broyage ou clapotis.

 

 

Ⅰ Broyage (polissage)

En raison de la forte dureté et de la résistance à l'usure du diamant polycristallin, son broyage comprend principalement le broyage des roues en diamant, le broyage de décharge et le broyage électrolytique. Parmi eux, la méthode de broyage la plus simple et la plus efficace est le broyage des roues en diamant. Dans le processus de traitement réel, différentes méthodes de broyage peuvent également être combinées en fonction des besoins.

 

(1) broyage des roues en diamant

Lorsque des roues de broyage en diamant sont utilisées pour moudre le diamant polycristallin, la pression de contact et la force de broyage entre la roue de broyage et la pièce sont relativement importantes, ce qui nécessite que le système de broyage ait une rigidité suffisante et une grande précision. Ces dernières années, de nombreux pays ont développé et recherché des machines de broyage spéciales et des roues de broyage pour le diamant polycristallin de broyage (y compris le nitrure de bore cubique polycristallin). Par exemple, la série CPG de broyeurs de précision à outils de diamant à haute rigidité et la série CP de roues de broyage en diamant spécial à haute efficacité développées par Osaka Diamond Industry Co., Ltd. au Japon

 

(2) Grincement du miroir éliant du diamant polycristallin

La technologie de broyage du miroir de précision du pansement électrolytique en ligne (ELID) est une nouvelle technologie d'usinage ultra-précisée développée par le Dr Omori Masaru du Riken Institute of Physical and Chemical Research à la fin des années 1980. Its basic principle is to continuously sharpen and dress the grinding wheel during the grinding process by utilizing the dynamic balance between the nonlinear electrolytic dressing effect and the electrolytic inhibition effect of the oxide insulating layer on the surface of the metal-bonded super-hard abrasive grinding wheel, so that the grinding wheel abrasive grains have a constant protrusion, so that the grinding wheel can always be continuously processed in the best État de broyage. Il convient au broyage du miroir de précision des matériaux durs et cassants.

 

L'utilisation de roues de broyage en diamant liées en métal et de la technologie de broyage du miroir de précision Elid pour traiter le diamant polycristallin peut obtenir de bons résultats. C'est une nouvelle façon de traiter le diamant polycristallin avec une grande valeur de promotion et des prospects d'application.

 

(3) broyage électrofilé

Les caractéristiques du générateur d'impulsions sont très importantes dans le processus d'usinage électrofilé, en particulier pour les matériaux PCD. Le PCD a une certaine conductivité, une bonne conductivité thermique et un point de fusion très élevé. Par conséquent, l'usinage électrofilé traditionnel du diamant polycristallin est très difficile.

 

 

Le mécanisme d'élimination du broyage électrofilé du PCD comprend: la gazéification du diamant, l'oxydation du diamant, la conversion du diamant en graphite et en carbone amorphe, la force d'éjection générée par la décharge électrofilée, la contrainte thermique sur la microflation surface du diamant et la fracture et le concassage des grains de diamant. Parmi eux, la graphitisation du diamant joue un rôle clé dans le processus de polissage électrofilé du film de diamant. Il joue non seulement un rôle conducteur et maintient l'existence du canal de décharge, de sorte que le sommet du pic saillant du film de diamant peut être gazéifié, mais aussi le processus d'oxydation du graphitisation du diamant est effectué en continu, supprimant ainsi le diamant.

 

L'usinage électrofilé et le broyage électrofilé du diamant polycristallin sont des méthodes de traitement efficaces et à faible coût, mais elles ne peuvent pas traiter efficacement de grandes zones de diamant polycristallin.

 

Ⅱ broyage abrasif

Il existe trois méthodes principales pour le diamant polycristallin de broyage: l'une consiste à utiliser une roue de diamant à grain fin lié à la résine pour le broyage de précision; L'autre consiste à utiliser un disque en acier élevé durci (ou un disque d'agate) et à broyer directement sans ajouter d'abrasif; Et l'autre consiste à utiliser un disque en fonte rotatif à grande vitesse complété par une micropourdise en diamant pour le broyage. Le broyage peut être utilisé comme un processus de polissage fin pour le diamant polycristallin et est une partie importante de la fabrication d'outils de diamant polycristallin.

 

(1) broyage des roues en diamant du diamant polycristallin

Le meulage du diamant polycristallin avec une roue de broyage de diamant est similaire au broyage avec une roue de broyage, sauf que le type de roue de broyage est différent. Le broyage utilise généralement une roue de broyage liée à la résine avec une concentration de 50% -70% et une taille de grain de W 40- W7. Lorsque vous utilisez des roues de broyage en diamant pour moudre PCD, le broyage des matériaux PCD par des abrasifs de diamants dans la roue de broyage est essentiellement un processus d'interaction entre deux objets de dureté et de propriétés similaires, ce qui est fondamentalement différent du processus de broyage traditionnel. Par conséquent, le mécanisme de broyage PCD et le processus de broyage ont leurs propres caractéristiques.

 

(2) broyage à disque en acier à grande vitesse de PCD

Le principe de base du disque en acier à grande vitesse du PCD est que la pièce PCD se frotte contre le disque en acier à grande vitesse rotatif à grande vitesse sous une certaine pression, générant une chaleur de friction, ce qui augmente la température de l'interface coulissante. La température élevée générée sur l'interface coulissante (surface de broyage) est propice à l'oxydation, à la graphitisation, à la diffusion, à la liaison et au broyage des contraintes thermiques des grains de diamant sur l'interface coulissante dans le PCD, atteignant ainsi le but du broyage.

Selon les propriétés chimiques du diamant, certains éléments métalliques peuvent réagir chimiquement avec elle et le faire se désintégrer. Si le disque de broyage lui-même contient les éléments métalliques susmentionnés, il fera que le diamant sur l'interface coulissante de broyage diffuse, se lie et s'érode thermiquement, ce qui contribuera à améliorer l'efficacité du broyage. Cependant, la température de l'interface coulissante de broyage ne devrait pas être trop élevée, sinon elle affectera la qualité de surface du processus de broyage.

 

(3) broyage abrasif du diamant polycristallin

Le broyage abrasif du diamant polycristallin est l'une des méthodes de traitement traditionnelles. Pendant le processus de broyage abrasif, le clivage et la fracture fragile des grains sont l'une des principales méthodes d'élimination du processus de broyage du PCD; Les particules abrasives tranchantes grattent le PCD à grande vitesse et une pression appropriée, ce qui entraîne un grand nombre de rayures dommageables à la surface des grains de diamant. Ces rayures peuvent être divisées en rayures en plastique et rayures fragiles. Cette méthode est également une méthode de suppression mécanique importante pour les matériaux PCD. De plus, il existe de nombreuses méthodes d'élimination thermochimique telles que l'élimination du graphitisation, l'élimination de la gravure thermique, l'élimination de la diffusion, l'élimination de l'oxydation, etc., mais les méthodes d'élimination thermochimique n'occupent pas une position majeure dans l'élimination des matériaux PCD. Le broyage abrasif a une haute précision, mais une efficacité extrêmement faible. Cependant, lorsqu'il est aidé par le broyage à ultrasons, l'efficacité sera considérablement améliorée.

 

Ⅲ Autres méthodes de traitement

(1) Wire EDM

 

Le fil EDM est un processus qui utilise une décharge d'impulsion dans une zone locale entre le fil d'électrode et la pièce pour obtenir la coupe du matériau de la pièce. C'est l'une des méthodes couramment utilisées pour la coupe PCD. Le diamant polycristallin EDM filaire est principalement utilisé pour fabriquer des outils d'usinage, des bits de forage géologiques et des outils de dessin de fil. Les formes de ces moules de pièces sont complexes et variées. L'utilisation de machines-outils Wire EDM pour la formation est actuellement d'une manière bonne et économiquement possible.

 

(2) Traitement laser

Le mécanisme deTraitement au laser du diamant polycristallinest le suivant: Un faisceau de faisceau laser avec une densité d'énergie extrêmement élevée est irradié sur la surface du diamant polycristallin. Une partie de l'énergie lumineuse est absorbée par la surface et convertie en énergie thermique. La température de la zone locale de la tache irradiée s'élève rapidement à des dizaines de milliers de degrés, ce qui fait fondre le matériau diamant polycristallin localement ou même vaporisant et formez une fosse. Dans le même temps, la diffusion de la chaleur commence également, entraînant la fusion du matériau autour du spot. Alors que l'énergie laser continue d'être absorbée, la vapeur dans la fosse se dilate, la pression augmente et le matériau fondu est éjecté à grande vitesse sous la forme d'une explosion. La pression de recul générée par l'éjection forme une forte onde de choc dans une direction à l'intérieur de la pièce. De cette façon, le diamant polycristallin éliminera une partie du matériau sous l'action d'une vaporisation de fusion à haute température et des ondes de choc, formant des fosses de gravure laser.

Le traitement au laser est un traitement sans contact et a d'excellentes caractéristiques du traitement des matériaux PCD. Il peut traiter les matériaux PCD de haute pureté (comme les films de diamant polycristallin). La déformation de traitement et la déformation thermique sont très faibles. De plus, la vitesse de traitement du laser est rapide et l'efficacité est élevée. Il s'agit d'une méthode de traitement relativement efficace. En particulier, il montre sa supériorité dans le traitement des micro-trous et le traitement des matériaux surhabituels non conducteurs. Cependant, il y a encore des problèmes tels que des difficultés à contrôler la précision dimensionnelle et la répétabilité, et la micro-graphitisation sur la surface de traitement, qui doivent encore être affinées. À l'heure actuelle, il ne peut être utilisé que pour un traitement rugueux ou une semi-finition. Les paramètres laser qui jouent un rôle décisif dans les matériaux de traitement du laser sont la largeur d'impulsion, la puissance d'impulsion maximale et la puissance d'impulsion moyenne.

 

(3) traitement chimique

Le traitement chimique du diamant polycristallin est basé sur la caractéristique que le diamant peut être dissous dans du nitrate de potassium fondu, du nitrate de sodium et du phosphate de sodium. Le nitrate fondu est utilisé pour dissoudre le diamant polycristallin. Compte tenu de l'état de distribution d'énergie libre de surface et du principe de la réduction de l'enthalpie libre, la surface du diamant polycristallin peut progressivement passer de rugueux à lisse. Dans le même temps, en raison de la réaction d'oxydation, un film d'oxyde peut être généré à la surface du diamant, qui peut être éliminé par broyage puis dissous.

 

(4) traitement à ultrasons

Le traitement à ultrasons du diamant polycristallin utilise une poudre de diamant (1-50 um) comme particules abrasives libres pour le traitement. Les facteurs qui affectent le traitement à ultrasons des matériaux PCD incluent principalement la fréquence des vibrations, l'amplitude, la taille de la poudre de diamant, les matériaux PCD, la pression unitaire, la zone de traitement, etc. À l'heure actuelle, le traitement à ultrasons du diamant polycristallin comprend le traitement de broyage ultrasonique et les dies et les dies de sable et les dies de sable. Le composant central de la méthode de broyage à ultrasons est un dispositif de broyage à ultrasons qui effectue des vibrations ultrasoniques d'un côté de la direction axiale et une rotation à grande vitesse de l'autre côté.

 

 

Les outils PCD ont une durabilité très élevée (plus de dizaines de fois plus de plus que les outils en carbure), une précision de traitement dimensionnelle stable et une bonne rugosité de surface de la pièce. Les principaux objets de traitement sont les métaux non ferreux, les matériaux non métalliques et les matériaux de travail du bois contenant des matériaux composites renforcés AL2O3, des alliages, des céramiques, diverses fibres et particules, plastiques, caoutchouc, graphite, verre, bois, etc., et peuvent également effectuer un traitement ultra-précisément sur les matériaux ci-dessus. À l'heure actuelle, les principales variétés sont les lames de scie à bois PCD et les couteaux de coupe, les lames indexables PCD, les outils de la série de pistons PCD, les outils de roue PCD, les outils de commutateurs PCD, les étuis de montre PCD, les outils de bijoux et divers outils de virage de soudage PCD et les couteaux de wok.

 

Les outils PCD représentent 60% de l'application dans le champ Automotive. Les outils PCD sont principalement utilisés dans le champ automobile pour traiter la jupe, le trou d'épingle, le cylindre, la boîte de vitesses, le carburateur, etc. des pistons du moteur. Étant donné que ces composants ont une teneur élevée en silicium (plus de 10%) et sont principalement produits en masse sur les lignes de montage, ils ont des exigences élevées pour la durée de vie des outils, ce qui rend difficile pour les outils en carbure de répondre à ces exigences. Les outils de diamant sont 10-50 fois plus durables que les outils en carbure, garantissant la stabilité dimensionnelle des composants et améliorant considérablement la vitesse de coupe, l'efficacité de traitement et la qualité de surface de la pièce.

 

 

Les planches artificielles largement utilisées sont évidemment différentes du bois traditionnel. Dans un sens, les conseils artificiels sont des résines synthétiques, et leur traitement est également différent du bois traditionnel. En particulier, le développement de planches artificielles telles que les panneaux de fibres de densité moyenne, le contreplaqué, les panneaux de particules et les revêtements de sol composites ont accéléré la demande d'outils surhard, de sorte que les outils de diamant ont progressivement remplacé les outils traditionnels du bois sur le marché. Parmi eux, l'AL2O3 sur la couche la plus externe du sol stratifié a une grande influence sur l'usure des outils en carbure. L'utilisation d'outils PCD peut résoudre efficacement ce problème.

 

Les outils généraux sont sujets au fuzzing lors de la coupe des bords et de la coupe des planches piézoélectriques, ce qui affecte l'installation et le positionnement de divers composants électriques, et toute la carte imprimée n'est pas belle. Les outils en carbure ont une courte durée de vie, une vitesse de traitement lente, une faible efficacité de traitement et une mauvaise précision de traitement lors du traitement des planches imprimées électriques. Les couteaux à carte électrique multi-glades en matériaux PCD ne sont pas faciles à porter, et la vitesse de la ligne de traitement est aussi élevée que 1500-2000}, donc l'efficacité de traitement est élevée et le coût de traitement est faible et ils sont largement utilisés.

 

Industrie du forage géologique du pétrole:

• Les bits de forage en diamant en polycristallin utilisent des blocs de coupe en diamant polycristallin aigus et très usagés comme des éléments de coupe, afin qu'ils puissent obtenir des images élevées (4-6 fois celles des bits de rouleaux) et une vitesse de forage élevée (plus de 2 fois plus élevée que les bits à rouleaux) à une pression de forage basse (environ 40 knk). Il a une sécurité plus élevée que les bits à rouleaux, ce qui peut considérablement améliorer l'efficacité du forage et réduire les coûts de forage. Les bits de forage PCD présentent des avantages exceptionnels dans de grandes sections de formations de dureté douce à moyenne, en particulier dans le forage offshore à coût élevé et les puits ultra-profonds et le forage de trou de forage. Le bit de forage PCD présente des avantages incomparables par rapport au foret à rouleau.

 

Die à tire

• Le dessin de fil est un dé-décembre très important pour divers fabricants de fils métalliques (tels que les usines de câbles et de câbles, les usines de fil d'acier, les usines de tige de soudage et de fil, etc.) pour dessiner des tiges de fil. La plage d'applications de la matrice de dessin de fils est très large. Il est principalement utilisé pour dessiner des objets difficiles à traiter tels que les barres, les fils, les fils et les tuyaux. Il convient au dessin de l'acier, du cuivre, du tungstène et des métaux équivalents et des matériaux en alliage.
• Lors du dessin de fils de cuivre du même diamètre, la durée de vie de la durée de diamant polycristalline est 300-500 celle de la matrice de carbure cimentée, 80-100 fois lors du dessin de fils de nickel, et 50-80 fois lors du dessin de fils de molybdenum. Lors du dessin de l'acier au carbone, la durée de vie de la durée de diamant polycristalline est 20-60 fois celle de la matrice de carbure cimentée. En plus des matrices de tir et de câbles couramment utilisées, les moules en fil de diamant polycristallin ont également des moules métalliques émaillés pour les moteurs, les appareils électriques, les transformateurs et les moules de plomb intérieurs de précision pour les circuits intégrés.

 

Traitement de coupe en verre

• En tant qu'outil de coupe en verre avec d'excellentes performances, la roue de coupe en diamant polycristallin est principalement utilisée pour la coupe de haute précision et de haute qualité de verre à cristal liquide dans l'industrie de l'électronique. Il peut également couper le verre architectural et automobile. Il s'agit d'un substitut idéal pour les couteaux en verre ordinaires et les roues de coupe en carbure. La tige centrale et la roue de coupe sont faites de matériau en diamant polycristallin, qui présente les avantages d'une précision de traitement élevée, d'une résistance à l'usure, d'une bonne cohérence et d'une durée de vie extraordinaire.

 

Traitement des pierres précieuses

• Par rapport aux roues de broyage de diamant électroplies traditionnelles, l'avantage le plus important du diamant polycristallin dans ce domaine est la longue durée de vie de l'outil. Dans de nombreux cas, la couche de travail des outils de diamant électroplités est une seule couche de diamant. Lors du broyage du jade de haute dureté, il sera bientôt porté et perdra sa capacité de travail, tandis que le diamant polycristallin surmonte complètement cette faiblesse et améliore considérablement l'efficacité de traitement.
• Le traitement des pierres précieuses est un nouveau champ d'application pour les outils de diamant polycristallin ces dernières années. La perspective du marché est très prometteuse, ce qui a considérablement élargi le marché du diamant polycristallin. La dureté de ce nouveau type de diamant polycristallin est inférieure à celle du diamant polycristallin utilisé dans le forage et d'autres champs. Certains traitements spéciaux ont été effectués pour s'adapter au traitement des pierres précieuses.

 

Autres utilisations

• Le diamant polycristallin a obtenu de bons résultats dans des situations où une résistance à l'usure élevée, une précision dimensionnelle élevée et un bon contact sont nécessaires. Le diamant polycristallin est utilisé pour remplacer le diamant naturel pour faire le support de la balle du cadre de roue de broyage semi-automatique, avec une durée de vie de 2500h, ce qui est bien meilleur que les matériaux traditionnels. Des enclos de vinaigrette en diamant en polycristallin peuvent être utilisés pour habiller presque toutes les roues de broyage, y compris les roues de broyage de nitrure de bore cubique.

 

 

 

1. Les spécifications deviennent de plus en plus grandes.
2. Raffinement des grains, optimisation de la qualité et homogénéisation des performances. Les produits en diamant en polycristallin précoce utilisaient généralement une poudre de diamant d'environ 5 0 um, mais maintenant il s'est développé pour utiliser 2UM ou même moins de 0,5um, de sorte que les outils de diamant en polycristallin et les matrices de tir ne sont plus inférieures au diamant monocristallant en termes de précision de traitement.
3. Le rapport d'usure augmente de plus en plus. La résistance à l'usure du diamant polycristallin est un indicateur important pour mesurer son niveau de qualité. En tant que nouveau type de produit de matériau surhard, après des années de recherche et de production, son niveau de qualité a été continuellement amélioré et le rapport d'usure augmente de plus en plus.
4. Diversification des formes et des structures. Dans le passé, les produits en diamant polycristallin étaient généralement sous la forme de feuilles et de cylindres. En raison de l'augmentation de la taille et de l'amélioration de la technologie de traitement (telles que la technologie électrique d'étincelle et de coupe laser), le nombre de matériaux diagonaux, à chevrons, sphériques à pignon, incurvés et autres matériaux de forme spéciale a augmenté. Afin de répondre aux besoins d'outils de coupe spéciaux, des produits en diamant en polycristallin enveloppés, en sandwich et en fleurs sont également apparus.

 

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