新型金剛石工具銅基結合劑及其性能

國 慶

（江西省核工業地質局機械研究所，江西南昌 330002）

新型金剛石工具銅基結合劑及其性能

國 慶

（江西省核工業地質局機械研究所，江西南昌 330002）

簡要闡述了新型金剛石工具銅基結合劑的構成，并總結出了結合劑所具有的獨特性能：擁有傳統銅基結合劑的韌性好、耐腐蝕性強、以及能夠導熱和導電的特性，且還具有價格成本較低、融合成形性能高等特點。此外，此種新型金剛石工具銅基結合劑由于Sn的添加，使胎體密度加大；由于Ni的添加，使其抗彎能力加強；由于Fe的添加，使其硬度也明顯提高。列舉其應用方向，旨在為金剛石工具能夠與更多、更為環保的結合劑材料相融合，進而開辟金剛石工具的全新市場，做出自己應有的貢獻。

金剛石工具；銅基結合劑；燒結工藝

當前，隨著金剛石工具在硬脆材料中的廣泛應用，越來越多的人將此種既經濟又穩定，并且環保的材料作為進行玻璃表面刻畫、陶瓷材料切割、以及金屬拉絲等工藝中的主要材料，而隨著金屬結合劑金剛石工具的逐漸使用，新型的金剛石工具銅基結合劑也隨之產生，這無疑為金剛石工具市場的發展帶來了全新的理念和思路。

現階段，金屬基結合劑金剛石工具在對非金屬的加工和對硬脆材料的加工應用日益廣泛，但在復合材料金剛石工具的制作中，存在著諸多問題，如某些金屬材料無法有效地與金剛石進行融合，金剛石與金屬材料結合不充分，當金剛石工具使用過程中，其中的金剛石磨粒通常在工具使用時間不長便已經脫落，大大影響了工具的使用壽命。基于以上金剛石工具存在的問題，需要進行有效的解決，而進行解決的方式為提升胎體材料的把持力，并控制好金剛石工具工作面的自銳時間和程度。以新型金剛石工具銅基結合劑為例，對此類問題做出了初步且淺顯的解決。

1 新型金剛石工具銅基結合劑的構成

1.1 新型金剛石工具銅基結合劑的構成思路

具有共價鍵的金剛石和多數金屬以及金屬合金之間有很高的界面能，不易被潤濕。金屬與金剛石之間一般不發生界面反應，以機械鑲嵌為主，以此類金屬形成的胎體對金剛石沒有足夠的把持力，金剛石容易脫落使金剛石工具的耐磨性下降，使用壽命縮短。而向胎體中添加一些碳化物形成元素（作用機理見圖1），則可以改善胎體對金剛石的把持力，提高使用壽命。

圖1 結合劑中的碳化物形成元素與金剛石相互作用機理示意圖

在傳統的銅基結合劑中，通常采用鈷元素為碳化物形成元素，但是鈷的價格成本相對較高。鐵與鈷屬于同族元素，性質相似，價格也比較低廉。如采用鐵元素取代鈷元素的位置，不僅能夠降低成本，同時鐵元素也能夠對金剛石起到潤濕的作用，且與金剛石的冶金結合工藝也相對簡單，還能有效避免結合劑在燒結工藝上的弱點。因此，鐵元素取代鈷元素，是形成新型金剛石工具銅基結合劑的優化胎體配方，也是新型銅基結合劑構成的一個方面[1]。再者，傳統的銅基結合劑對金剛石的把持能力不足，容易在工具使用過程中出現金剛石過早脫落，為解決此類問題，應以熱力學理論為基礎，通過分別向新型銅基結合劑中加入Mn、Ti、Cr等強碳化物以及稀土元素等添加劑，分析出具體優化中所使用的碳化物成分，以此來提高銅基結合劑對金剛石的把持能力[2]。

1.2 新型金剛石工具銅基結合劑的工藝流程及特點

首先，將銅基結合劑的基本配方和配料準備充足，工藝開始后，將各種混料，如Sn、Cu、Fe等進行合金混合，并將脫模劑均勻地涂抹在模具內壁上；隨后，進行組裝磨具和使用前檢查，再通過投料、搗料、刮料、攤料等工藝步驟，最終將金屬粉末進行溫度為700～900℃、壓力為80kN左右的熱壓燒結。在燒結結束后，對新型銅基結合劑金剛石工具進行冷卻卸模，再經過一系列的相應尺寸打磨和后續檢查，形成新型銅基結合劑金剛石工具。而后，通過對此結合劑的多次試驗和分析，發現此結合劑具有以下幾個特點：此種新型銅基結合劑不但擁有傳統銅基結合劑的韌性好、耐腐蝕性強、以及能夠導熱和導電的特性，且還具有價格成本較低、融合成形性能高等特點，此外，此種新型金剛石工具銅基結合劑由于Sn的添加，使胎體密度加大；由于Ni的添加，使其抗彎能力加強；由于Fe的添加，使其硬度也明顯提高。

2 新型銅基結合劑在高頻磨邊輪中的應用

2.1 新型銅基結合劑在高頻焊接磨邊輪中的應用

將新型銅基結合劑應用于高頻焊接磨邊輪之中，應當對所使用的銅基結合劑有效了解，并對高頻磨邊輪的用途做好設定。高頻焊接磨邊輪是直接參與磨削、切割等工作的主體，根據新型銅基結合劑的特點，將其融入高頻焊接磨邊輪中，能夠有效提升磨邊輪的耐磨能力，并提高了力學性能。除此之外，由于新型銅基結合劑在胎體方面得到優化，且把持能力也明顯加強，使得應用于高頻磨邊輪上，能夠使高頻焊接磨邊輪工具在鋒利度不減的情況下，使用壽命得以極大的延長[3]。

2.2 實驗分析

將制成的高頻焊接磨邊輪進行切割和磨削陶瓷試驗，通過試驗發現，其對于磨削工作操作完好，整體過程無崩角，磨耗比在5 500～6 500之間，經進一步分析，此種新型的高頻焊接磨邊輪胎體性能穩定、磨削性能強、燒結工藝要求較低，且對于金剛石磨粒的把持能力同樣處于同行業的先進水平行列，綜合數據分析，此種新型銅基結合劑不僅能使金剛石工具的使用壽命極大延長，同時又降低了投入成本，能夠大量應用于切割、磨削、拋光以及地質勘探領域，為各行業的發展做出更大的貢獻。

3 結束語

綜上所述，本文對金剛石工具在現今發展中存在的問題，主要為胎體對金剛石磨粒沒有足夠的把持力，易使金剛石磨粒在施工過程中過早脫落進行分析，并且針對其制造成本較高但使用壽命偏低等問題，運用金屬替代物以及改良燒結工藝等一些列措施，制作出新型的金剛石工具銅基結合劑，并將此新型的銅基結合劑應用于采用高頻焊接的磨邊論中，通過實踐證明了此種新型銅基結合劑不僅能夠有效提升胎體把持力，更能有效提升高頻焊接磨邊輪的使用壽命，因此，可以說新型銅基結合劑的研制和開發，為金剛石工具開辟了全新的市場，也為我國金屬工藝行業做出了相應的貢獻。

[1] 吳穎.稀土Ce對新型銅基結合劑金剛石節塊性能的影響[J].重慶文理學院學報（社會科學版），2016，2（11）：6-9.

[2] 司衛征，袁慧，張鳳林，等.金屬基金剛石工具結合劑中添加合金元素的研究進展[J].超硬材料工程，2007，5（18）：31-33.

[3] 劉一波，陳哲，張而立，等.金剛石工具國際市場現狀的幾點認識和建議[J].超硬材料工程，2008，6（12）：25-29.

[4] 黃炳南.碳化物形成元素對金剛石工具粘結劑性能的影響[J].石材，1994，（2）：16-18.

[5] 田迪.金屬結合劑在金剛石工具制造中的應用[J].磨料磨具通訊，2010，（2）：4.

保利協鑫10億收購美光伏企業

多晶硅制造企業保利協鑫近日宣布，以1.5億美元(即10億元人民幣)的全現金方式收購欠下巨額債務的美國光伏巨頭SunEdison的部分技術、資產。收購一旦落地，意味著保利協鑫可加強單晶硅片、多晶硅等兩大技術、制造領域的戰略，也將繼續鞏固保利協鑫在多晶硅材料上的全球領先地位。

此次，保利協鑫購入的相關資產及股權有4項：SunEdison、SunEdison Products Singapore(下稱“SunEdison新加坡”)、MEMC Pasadena以及Solaicx，后三者為SunEdison的子公司。

有媒體曾報道，保利協鑫此次買入SunEdison公司的資產、股權等，主要看中以下幾個方面：第一，賣方所擁有的專利硅烷流化床技術、工廠及設備。其中，SunEdison新加坡擁有了韓國SMP公司663萬股(即SMP發行在外股份約65.25%)，因此保利協鑫也通過未來的收購一同購入。SMP正在建設多晶硅生產線，去年建成投產，但還未達產。第二，技術升級后的第五代專利CCZ拉晶技術專利及生產線。

業內人士分析，收購將會給保利協鑫帶來幾方面的裨益：增加電子級顆粒多晶硅的產能，利用SunEdison公司直拉單晶技術來大幅改善其單晶硅片生產中的拉晶效率，降低多晶硅及單晶硅片的生產成本。

據知情人士透露，這筆收購目前還要看10月以前是否有新的出價者，此外還需經過美國司法部反壟斷局、聯邦貿易委員會、美國外國投資委員會及商務部的批復，新加坡相關部門也要同意。因此，此項交易并未最后敲定。不過，與SunEdison的電站資產有諸多購買者不同，目前愿意購買硅片技術的企業也并不多，因此，雙方合作的成功率不小。

不過，也有分析人士表示謹慎樂觀的態度。他認為，保利協鑫近年來動作頻頻，擴張速度過快應仔細評估風險。目前，全球光伏市場前景，沒有一個特別明朗的市場形勢走向，光伏主要市場歐洲隨著裝機容量的逐漸飽和以及支持政策的逐漸退出，市場將走向衰減，而新興市場如美國、日本存在不確定性。同時，作為新興市場的中國，目前的市場尚未打開，且政府的補貼政策不能及時到位，西部的棄光限電等因素影響也存在不確定性。

（摘自：中國化工信息網）

The Application of Copper Based Bond of new Diamond Tools and its Properties

Guo Qing

This paper briefly describes the composition of new copper based bond diamond tools，and summarizes the unique properties of agents：has the traditional copper based binder，good toughness，strong corrosion resistance，and thermal and electrical properties，and has the advantages of low cost，high performance fusion forming.In addition，this new type copper based bond diamond tools owing to the addition of Sn，the matrix density increased；with the addition of Ni，the flexural capacity of strengthened；due to the addition of Fe，the hardness increased significantly.Lists its application direction，the purpose is to be able to combine with more and more environmental protection bond material，then opens up the new market of the diamond tool，and makes its due contribution.

diamond tools；copper based bond；sintering process

TQ163；TB333

A

1003–6490（2016）09–0099–02

2016–09–09

國慶（1964—），男，江西南昌人，工程師，主要研究方向為超硬材料及制品。