聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)是以金刚石微粉为原料,WC硬质合金作为基体,通过特定的合成工艺在高温高压条件下烧结而成的一种超硬复合材料。复合片兼具金刚石硬度高、耐磨性好以及硬质合金抗冲击性能强的优点,现已从深井钻探的使用扩大到矿床勘探及机械加工等各个领域。耐磨性,作为PDC使用的重要特性,一般用磨耗比这个参数来进行表征,PDC生产厂家都在竭尽可能地提高其耐磨性,但是由于影响PDC的耐磨性的因素很多,各因素之间又相互制约,所以进一步提高PDC的耐磨性还存在一些问题。
聚晶金刚石复合片兼有聚晶金刚石极高的耐磨性以及硬质合金的高抗冲击性。金刚石层刃口锋利而且具有自锐性,能够始终保持切削刃的锐利,因此非常适用于石油和地质钻探中的软地层直至中硬地层的勘探,效果非常好。聚晶金刚石复合片中的金刚石含量高达99%,故金刚石层硬度极高、耐磨性极好,其洛氏硬度为6.5104~7.0104MPa,甚至更高。硬质合金基体克服了聚晶金刚石硬而脆的不足,大大提高了产品整体的抗冲击韧性。硬质合金的易焊接性则解决了聚晶金刚石很难通过焊接方法与其他材料结合的难题,可以使聚晶金刚石复合片竖直镶焊在钻头上。
聚晶金刚石复合片的主要特性如下：
1)具有极高的硬度。聚晶金刚石的硬度为HV7500~9000,仅次于天然金刚石。其强度由于有韧性较高的硬质合金支撑,复合抗弯强度可达1500MPa。
2)具有很高的耐磨性。聚晶金刚石的耐磨性一般为硬质合金的60~80倍。在切削硬度较高(>HV1500)的非金属材料时,耐用度极高。
3)具有较低的摩擦因数。聚晶金刚石与有色金属的摩擦因数为0.1~0.3,而硬质合金与有色金属的摩擦因数是0.3~0.6。由聚晶金刚石(简称PCD)材料制 作的PCD刀具,与硬质合金刀具相比可降低切削力和切削温度约1/2~1/3。
4)具有很高的导热性。聚晶金刚石的导热系数是硬质合金的1.5~7倍,可以大大降低切削区的温度,提高刀具耐用度。
5)具有较小的膨胀系数。聚晶金刚石的线膨胀系数很小,约为一般钢的1/10。另外,因为刀刃锋利,已加工表面加工硬化程度仅为硬质合金刀具的1/3左右,所以加工精度好。
6)可以根据需要制作成各种尺寸和形状。
7)表现出比单晶金刚石明显优越的韧性和抗冲击性能,在一定程度上弥补了单晶金刚石脆性大、易解理破裂的缺点。