【摘 要】
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高温高压法制备的聚晶金刚石（Polycrystalline diamond,PCD）材料,凭借其硬度高、耐磨性好、物理化学性质优异等特点,在超精密切削加工、航空航天、汽车制造等诸多领域存在着非常广泛的应用。本课题通过高温高压法分别制备了无结合剂型PCD,以及W/W-B体系和W-B-Cu体系作为结合剂的PCD。系统地探究了金刚石粒度级配、结合剂种类、烧结温度以及结合相的不同引入方式对PCD结构与性能
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高温高压法制备的聚晶金刚石（Polycrystalline diamond,PCD）材料,凭借其硬度高、耐磨性好、物理化学性质优异等特点,在超精密切削加工、航空航天、汽车制造等诸多领域存在着非常广泛的应用。本课题通过高温高压法分别制备了无结合剂型PCD,以及W/W-B体系和W-B-Cu体系作为结合剂的PCD。系统地探究了金刚石粒度级配、结合剂种类、烧结温度以及结合相的不同引入方式对PCD结构与性能的影响;此外,在W-B-Cu基PCD的基础上,通过引入第二相CNTs,探究了CNTs含量对PCD力学性能的影响及其增韧机制。无结合剂型PCD中,采用符合最紧密堆积的混合粒度能有效改善其力学性能,当烧结温度为1500℃时,抗弯强度达到495.3 MPa,致密度为93.20%,维氏硬度和断裂韧性分别为63.1 GPa和3.2 MPa·m1/2,磨耗比为8.3。通过W/B作为结合剂制备的W/W-B基PCD,其烧结温度在1550℃时综合性能最佳,抗弯强度高达672.9 MPa,致密度为99.21%,维氏硬度和断裂韧性分别为58.6 GPa、4.7 MPa·m1/2,磨耗比为6.7。W-B-Cu基PCD中Cu起到低温熔融液相促烧结的作用,在1600℃时抗弯强度达到627.2 MPa,致密度为99.58%,维氏硬度和断裂韧性分别为62.1 GPa、5.4 MPa·m1/2,磨耗比为4.8。结合相的不同引入方式也会对PCD的力学性能造成影响,WC-B-Cu/W-B4C-Cu基PCD的综合性能达到最佳时,其抗弯强度分别为647.3 MPa、584.7 MPa,磨耗比为5.1和5.5,维氏硬度和断裂韧性为48.4 GPa、51.3 GPa和4.4 MPa·m1/2、4.7 MPa·m1/2。CNTs/PCD复合材料的断裂韧性随CNTs含量的增加呈现出先升高后降低的趋势,当CNTs含量为1.5 wt.%时,CNTs/PCD复合材料的断裂韧性达到最高值为9.1 MPa·m1/2,比未添加CNTs的断裂韧性最高值5.4 MPa·m1/2提高了68.5%。CNTs的主要增韧机制是能引发载荷传递效应、CNTs的拔出与桥连。此外,高温高压条件下的快速烧结可以有效保证CNTs的完整性。
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