Punkty wiedzy Brazying Diamond Tools (część 1)

 

Słowa kluczowe: diament, narzędzia diamentowe, materiały lutowe, technologia lutowa, zastosowanie technologii lutowania w narzędziach diamentowych

 

 

 

Diamond to materiał funkcjonalny, który łączy wiele doskonałych właściwości. Jest to najtrudniejszy do tej pory odkryty naturalny materiał, a jego unikalne właściwości optyczne, termiczne i mechaniczne dodatkowo zwiększają jego status jako materiał funkcjonalny. Diamond jest podzielony na dwie główne kategorie: naturalny diament i syntetyczny diament. Syntetyczny diament jest dalej podzielony na pojedynczy kryształ i polikrystaliczny diament. Wszystkie trzy rodzaje diamentów można użyć do tworzenia narzędzi diamentowych.

 

W ostatnich latach globalna produkcja syntetycznej diamentów osiągnęła 15 miliardów karatów, a Chiny konsekwentnie zajmują pierwsze miejsce w produkcji syntetycznej diamentów. Chiny, spóźnienie na rynku, doświadczyły szybkiego rozwoju w branży narzędzi diamentów w ciągu ostatnich dwóch dekad, nie tylko osiągając najwyższą na świecie produkcję, ale także rozwijając szeroką gamę nowych narzędzi.

Narzędzia diamentowe mają szeroki zakres zastosowań, głównie w zakresie przetwarzania kamieni, modyfikacji ceramiki, wiercenia geologicznego, wiercenia ropy i wydobycia. Odgrywają również ważną rolę w budownictwie, materiałach budowlanych, obróbce obróbki, przetwarzaniu szkła optycznego i biżuterii oraz branżach elektronicznych i elektrycznych. Nowoczesna produkcja jest coraz bardziej wymagającymi narzędziami diamentowymi, a wysokiej klasy produkcja sprzętu jest coraz bardziej zależna od rozwoju narzędzi tnący diamentów. Szybkie, ultra-wysoką prędkość, wysokie i ultra precyzyjne cięcie i szlifowanie, szczególnie do przetwarzania twardych, kruchości i niezwykle twardych materiałów, są obecnie nierozłączne z narzędzi diamentowych. Narzędzia diamentów można podzielić na aplikację, w tym narzędzia do picia, narzędzia do szlifowania i polerowania, narzędzia tnące, narzędzia wiertnicze i matryce z drutu.

 

 

Diamentowe narzędzia do piłowania są podzielone według kształtu, w tym ostrza diamentowe, piły gangu diamentowego, piły z drutu diamentowego, piły z drutu diamentowego i piły z otworami diamentowymi. Diamentowe łopatki piły okrągłe są obecnie najczęstszym narzędziem piłowania w kamieniu i branżach budowlanych, szeroko stosowanych do cięcia produktów, takich jak granit, marmur, ceramika i beton. W kontekście zielonej produkcji diamentowe piły okrągłe rozwijają się w kierunku piłek kombinacyjnych z wieloma płaszczami, z typowymi przykładami skojarzonymi i piatami gangu. Piły gangu mają dziesiątki pilek diamentowych zamontowanych obok siebie na ramie piły, osiągając kilkakrotnie wyższą wydajność cięcia niż konwencjonalne piły ścierne. Powstałe cięcia tworzą gładkie, równomierne przekroje, znacznie zmniejszając obciążenie szlifowania i polerowania. Diamentowe piły drutowe są ogólnie używane do wydobywania granitu i marmuru, betonu wzmocnionego cięcie lub tnące struktur metalowych, i stopniowo przechodzą na specjalne kamienie i płyty. Diamentowe piły drutowe są zdolne do precyzyjnego, wąskiego wycinania twardych i kruche materiały, dzięki czemu są szeroko stosowane w krojeniu komórek półprzewodnikowych i fotowoltaicznych. Wykazują także unikalne zalety w przetwarzaniu ceramiki, kwarcu, drewna i innych materiałów.

 

Narzędzia do szlifowania i polerowania diamentów są ogólnym terminem dla materiałów ściernych ukształtowanych geometrycznie związanych z diamentami za pomocą spoiwa. Diamentowe ścierne oferują wysokie wykończenie szlifowania, wysokie wydajność, niskie koszty przetwarzania i długą żywotność produktu. Wspólne narzędzia do szlifowania diamentów obejmują szlifowanie dysków, szlifowanie bloków, szlifowanie głowic, szlifowanie, bębny, rolki, kwadratowe koła, kółka mielenia, koła styczne, honorowe koła, sztabki i bloki doskonalące.

 

Narzędzia diamentowe charakteryzują się wyjątkowo wysoką odpornością na twardość i zużycie, wysokim modułem sprężystym, niskim współczynnikiem tarcia, niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, doskonałym przenoszeniem ciepła i niską przyleganiem do metali nieżelaznych. Narzędzia diamentowe mogą być używane do obróbki twardych i kruche materiały niemetaliczne (takie jak ceramika, grafit i materiały kompozytowe), a także do precyzyjnego obróbki twardych materiałów nieżelaznych (takich jak stopy miedzi i stopy aluminium). Narzędzia diamentowe występują w wielu różnych typach, z których każdy ma znacznie różną wydajność, strukturę, metody przygotowania i obszary zastosowania. Typowe narzędzia diamentowe obejmują narzędzia do obracania diamentów, frez z diamentami, narzędzia nudne diamentu, diamentowe burzaki, bity diamentowe i narzędzia do tworzenia diamentów.

 

Diamentowe bity wiertnicze to zaawansowane narzędzia wiercenia, oferujące wysoką wydajność wiercenia, wysoką jakość otworu, minimalną intensywność pracy i niskie koszty wiercenia. Diamentowe wiertła są przede wszystkim podzielone według zastosowania, w tym bity wierteł olejowych, wiertła węglowe, bity wiertła poszukiwawczego geologicznego, bity inżynieryjne, bity wiertarki inżynierii cienkościennej, bity wierteł szklanych i wiertarki materiałowe.

 

 

 

Ze względu na ograniczenia w technologii produkcji diamentów poszczególne cząstki diamentu są stosunkowo małe, często dostarczane jako drobne cząsteczki, a nawet proszek. To stanowi wyzwania w zastosowaniu diamentów. Ponieważ Diamond może w pełni zrealizować swoje doskonałe właściwości tylko po przymocowaniu do materiału matrycy, wiązanie z matrycą ma kluczowe znaczenie dla jego zastosowania.

 

Diament jest z natury niezgodny z większością metali. Fizycznie właściwości diamentów nie są kompatybilne z innymi materiałami i chemicznie, metalurgicznie, są niezgodne, ograniczając wiązanie diamentów.

 

We wczesnych dniach zastosowania przemysłowego diamentowego ustawienie mechaniczne było główną metodą, jak widać w narzędziach takich jak pióra diamentowe i noży. Narzędzia te wymagają dużych cząstek diamentów.

 

W przypadku mniejszych cząstek diamentowych ustawienie mechaniczne jest prawie niemożliwe, co prowadzi do opracowania galwanizowanych metod ustalonego ustawienia. Ogólny proces galwanicznych narzędzi diamentowych jest następujący: obróbka ciała narzędzi, kontrola wymiarowa, obróbka mechaniczna, odtłuszczanie, marynowanie, obróbka izolacyjna, usuwanie rdzy, mycie gorącej i zimnej wody, anodowe trawienie, mycie gorącej i zimnej wody, galwanizacja, zastosowanie diamentu, gęstość warstwy platforma, zbiornik, usuwanie wodoru, inspiracja oraz gotowe narzędzia.

 

Galwistyczne diamenty mają niską wytrzymałość trzymającą i niską ekspozycję na diament, które wpływają na siłę cięcia i ostrość. Brazed Diamond Tools dotyczą tych niedociągnięć. Brazowane narzędzia diamentowe są klasyfikowane jako powierzchniowe i impregnowane. Narzędzia powierzchniowe obejmują luting diamentu bezpośrednio na powierzchnię podłoża, podczas gdy narzędzia impregnowane obejmują spiekanie diamentu z innymi materiałami, tworząc kompozyt. Proces spiekania kompozytu diamentowego jest zasadniczo procesem lutowania dyfuzyjnego między diamentem a podłożem. Przez gorąco wciskając diament i węgiel do zwartego (PDC), wiązanie diamentowe przekształca się w wiązanie z węglikiem.

 

 

Proces spiekania macierzy diamentowej (powszechnie znany jako ostrze) jest również procesem lutowania dyfuzyjnego. Brazowanie narzędzia diamentowego można podzielić na trzy główne typy: lutowanie narzędzi z diamentem jednorodnego, lutowanie ostrza diamentowego i lutowanie kompozytowe PDC.

 

Upieknięcie gorącego lub zimnego spiekania diamentowych ostrzy jest typowym procesem lutowania dyfuzyjnego. We wczesnych dniach produkcji ostrzy diamentowej proszek metalowy o niskiej temperaturze był zwykle stopiony proszek metalowy o wysokiej temperaturze w celu dalszego zabezpieczenia diamentu. Wraz z postępem technologicznym pojawiły się aktywne wstępnie wzmocnione proszki zawierające pierwiastki tworzące węglika (takie jak chrom, tytan, wanad i molibden). Dyfuzyjne lutowanie lub lutowanie osiąga się poprzez reakcję aktywnego wstępnie zapobieganego proszku z diamentem z tworzeniem węglików. Tworzenie węglików jest powolne, wynikające z wzajemnej dyfuzji i migracji aktywnych pierwiastków w wstępnie zaproszonym proszku i węglu w diamencie. Proces ten wymaga długiego okresu w pewnej temperaturze, aby wystąpić dyfuzja atomowa i reakcja, dzięki czemu spiekanie naciskane gorące łatwiej jest osiągnąć ten proces dyfuzji.

 

Brazyzing jednowarstwowe narzędzia diamentowe zwykle wykorzystują aktywny lub niklu luting wypełniacz. Proces ten, poprzez obecność silnych elementów lub stopów tworzących węglika, tworzy chemiczne wiązanie metalurgiczne między materiałem matrycy a diamentem, wzmacniając uchwyt warstwy lutowej na diamencie. Utłuszczone narzędzia jednorodne zawierają wysoki odsetek odsłoniętych diamentów, które są odporne na zrzucanie, powodując ostre cięcie i doskonałe usuwanie wiórów. Upadający układ diamentów nie tylko zapewnia racjonalny rozkład warstwy diamentów na powierzchni narzędzia, maksymalizując moc cięcia diamentu, ale także znacznie zmniejsza zużycie diamentu, obniżenie kosztów narzędzia i poprawę wydajności cięcia.

 

Brazying Diamond Tools Wskazówki dotyczące unikalnych wyzwań. Po pierwsze, wskazówki narzędzi to produkty metalurgiczne proszku z licznymi naczelnikami. Po drugie, końcówki narzędzi są spiekane, co powoduje obecność tlenków zarówno na powierzchni, jak i wewnątrz. Po trzecie, kompozycje końcówek narzędzi różnią się, stawiając znaczące wymagania dotyczące materiałów i procesów lutowych.

 

Ponieważ dopuszczalna temperatura ogrzewania PCD jest ograniczona (ogólnie temperatury oporne na ciepło nieprzekraczające 720-780 stopni), stosowane są przede wszystkim materiały lutowe na bazie srebra. Jednak powszechne srebra lutingowe mają niską odporność na ciepło i słabą zwilżalność diamentu i węglików. Obecnie dostępne są wyspecjalizowane materiały lutowskie narzędzi PDC, które mogą spełniać wymagania dotyczące lutowania PDC poprzez poprawę właściwości wytrzymałości i zmęczenia materiału lutowania i optymalizację procesu lutowania.

 

 

 

Po latach 30. XX wieku zasady metalurgii proszkowej zaczęły być stosowane do produkcji ostrzy piat okrągłych diamentowych. Wczesne narzędzia były przede wszystkim spiekane z diamentu, o wysokim poziomie metalowym proszku szkieletowym, proszkiem do metalu elementarnego o niskim poziomie, z materiałami wypełniającymi, z metalowym proszkiem o niskim poziomie, serwującym lutowatym wypełniaczem. Po latach 60. XX wieku szybko się rozwinęło, a rosnąca liczba instytucji rozpoczęła systematyczne badanie proszków macierzy. W szczególności sproszkowane sproszkowane lutowiskowe wypełniacze zyskały coraz większą uwagę na ich właściwości lutowe dyfuzyjne w narzędzi diamentowych.

 

Podczas korzystania z narzędzi diamentowych utracona jest znaczna ilość diamentu z powodu zużycia matrycy, a nie zużycie samych diamentów. Powoduje to stosunkowo niski wskaźnik wykorzystania diamentów. Wynika to z faktu, że tradycyjna produkcja segmentów diamentów opiera się na mechanicznej kapsułkowaniu diamentów w matrycy. Ponieważ diamenty nie zwilżają metalowego materiału macierzy, gdy matryca zużyje się na pewną wysokość, diamenty łatwo oddzielone od macierzy metalowej, znacznie zmniejszając wydajność i żywotność narzędzia diamentowego. Poprawa zdolności kapsułkowania macierzy jest najskuteczniejszą miarą techniczną zapobiegającą przedwczesnej utraty diamentu. Początkowo to podejście koncentrowało się przede wszystkim na poprawie przyczepności poprzez wytłaczanie mechaniczne i enkapsulacyjne, wynikające z transformacji fazowych w proszku matrycy. W ciągu ostatnich dwóch dekad nasiliło się badania nad chemicznym wiązaniem metalurgicznym aktywnych wstępnie wzmocnionych proszków z diamentem.

 

Dodanie silnych elementów tworzących węglika, takich jak nikiel, tytan, cyrkon, wanad, chrom, molibden i wolfram do proszków wstępnie wzmocnionych, poprawia wiązanie chemiczne między macierzą i diamentem. Zwiększa to wysokość krawędzi diamentu podczas szlifowania, poprawiając wydajność cięcia i wykorzystanie diamentów. Ponadto wstępnie pełny proszek, działający jako lutkowy metal wypełniający, zwiększa stabilność i konsystencję bitów do cięcia diamentów. Stanowe kluczowe laboratorium nowych materiałów i technologii lutowych systematycznie badało sproszkowane metale wypełniaczy oparte na mechanizmie lutowania proszku, opracowując serię metali lutowych, FBCU18 na bazie srebra i miedzi, FBCU423.

Ponieważ zakres temperatur topnienia wstępnie mocnych proszków jest kompatybilny z temperaturą spiekania bitów narzędzi diamentowych, prasowanie na gorąco i spiekanie są procesami lutowania dyfuzyjnego, podczas gdy naciśnięcie zimna i spiekanie są przemijającymi procesami lutowania dyfuzyjnego w fazie ciekłej. Zarówno procesy prasowania na gorąco, jak i zimno umożliwiają reakcje zwilżania między elementami o wysokim poziomie i diamentu w umiarkowanych temperaturach.

 

Reaktywne wstępnie wzmocnione proszki, zastępujące pierwiastkowe proszki metalowe, są używane w lutowym spiekaniu impregnowanych kompozytów diamentowych, zwracając się do technicznych wąskich gardeł, takich jak nierównomierne mieszanie proszków z macierzy narzędzi diamentowych, łatwą strukturalne elementy segreduracyjne, strukturalne elementy segrustra. komponenty i niestabilna siła wiązania. Wpływ mechanicznego trzymania matrycy na inkrustację diamentową jest zoptymalizowany z połączeniem kompozytowym wkładki/lutowania, które poprawia wysokość i ostrość ostrza diamentu. Podczas cięcia granitu za pomocą ostrza przygotowanego z wstępnie dobrze opracowanym proszkiem opracowanym przez State kluczowe laboratorium nowych materiałów i technologii lutowania, prędkość cięcia można zwiększyć o 1,5 do 2 razy, a żywotność ostrza piły można przedłużyć o 1,2 do 1,6 razy.

 

 

Bezpośrednie lutowanie narzędzi diamentowych jednorodnych jest stosowane przede wszystkim do produkcji długopisów szlifierskich, narzędzi pomiarowych, narzędzi kamiennych, narzędzi do grawerowania kamienia lub szklanki oraz diamentowych kół szlifierskich, diamentowych kół i plików diamentowych. Proces lutowania osiąga wiązanie metalurgiczne między diamentem, lutowym metalem wypełniającym i metalowym podłożem, co powoduje wysoką wytrzymałość wiązania. Wysokość krawędzi diamentu jest znacznie większa niż osiągnięta w przypadku galwanizacji. W rezultacie luzowane narzędzia diamentowe są ostre, mają duży prześwit, są mniej podatne na zatkanie podczas użytkowania i osiągają wysokie wykorzystanie zbi).

 

Większość stopowych stopów metali napełniających ma trudności z zwilżaniem diamentu, a diament jest podatny na grafityzację i utlenianie w wysokich temperaturach. Ze względu na temperaturę przemianowania grafityzacji diamentu temperatura lutowania nie powinna przekraczać 1050 stopni, nawet w środowisku próżniowym. Diamond Brazing ma ograniczony wybór lutowych metali wypełniaczy. Wybrany metal wypełniający musi zapewnić dobre zwilżanie diamentem i tworzyć z nim wiązanie chemiczne i metalurgiczne. Musi również zachować ostrość i unikać nadmiernej korozji. Ponadto właściwości zużycia metalowego wypełniacza muszą być kompatybilne z pracowanym materiałem, aby zapewnić optymalną ekspozycję na diament i długą żywotność.

 

Elementy tworzące węglika, takie jak tytan, cyrkon, chrom i wanad mokry diament, ale ich temperatury topniejące są zbyt wysokie, co powoduje poważne grafiki w wysokich temperaturach. Kobalt, żelazo i aluminium skutecznie mokre diament w swoim ciekłym stanie, ale są one poważnie żrące w swoim zwiotczalnym zakresie temperatur. Obecnie w celu poprawy zwilżalności diamentów i zmniejszenia uszkodzeń termicznych. Jedno polega na dodaniu aktywnych elementów do konwencjonalnych stopów lutowych, aby poprawić ich zwilżalność i powinowactwo do diamentu. Drugi polega na pokryciu powierzchni diamentu metalem. Podczas lutowania za pomocą stopu lutowania o wysokim poziomie, metal powierzchniowy skutecznie chroni diament, minimalizując uszkodzenia termiczne i poprawiając jego zwiotczalność.

 

Utworzone są dwa główne rodzaje nowych stopów lutowania poprzez dodanie aktywnych elementów do konwencjonalnych stopów lutowych: oparte na miedzi i srebrne stopy lutingowe, takie jak AG-CU, CU-SN i NI-CR. Ag-CU i Cu-SN o niskim poziomie lutowania w pomieszczeniu są zaprojektowane przede wszystkim w celu zminimalizowania uszkodzeń termicznych diamentu, ale powstałe lutowane narzędzie jest słabe, co utrudnia osiągnięcie agresywnego szlifowania. Diamentowe narzędzia beztłuszczone stopami NI-CR wykazują doskonałą odporność na zużycie i oporność w wysokiej temperaturze.

Procesy lutowania narzędzia diamentów jednokryształowych lub jednodusznych obejmują lutowanie pieca próżniowego, lutowanie laserowe i osłonięte indukcję o wysokiej częstotliwości. Brazy w piecu próżniowym ma wysoką wydajność produkcji i jednolite ogrzewanie, a może spawać obrabiarki o złożonych strukturach i dużych rozmiarach. Laser Brazing wykorzystuje wiązkę laserową jako źródło ciepła spawalniczego. Podczas spawania przedmiot obrabia jest szybko podgrzewany lokalnie, a diament pozostaje w stanie wysokiej temperaturze przez krótki czas, co może skutecznie zapobiec grafikowaniu diamentu. Brazowanie indukcji o wysokiej częstotliwości z osłonami gazu wykorzystuje indukcję o wysokiej częstotliwości do ogrzewania podłoża i stopu lutowania w tym samym czasie. Ma wysoką temperaturę ogrzewania, szybką prędkość ogrzewania i jest łatwy do kontrolowania temperatury. Może również podgrzewać się lokalnie i jest łatwy do uzyskania automatycznej kontroli.

 

W tym artykule omówiono zasady technologii lutowania stosowanych w lutowanych narzędziach diamentowych, rozwój technologii lutowania oraz informacje na temat materiałów lutowych, procesów i sprzętu. Proponuje także przyszły kierunek technologii lutowania w branży narzędzi diamentowych.

 

(Ta lutowana obłokowa aksamitna podkładka polerowa, skutecznie łączy proces lutowania z technologią elastycznej podkładki do polerowania diamentowego. Sprawia, że szlifowanie ostre i bardziej opłacalne.)

 

 

Treść tego artykułu:

• 1. Narzędzia diamentowe i ich klasyfikacje
• 2. Formy połączeń diamentowych
• 3. Zastosowania technologii lutowania w narzędziach diamentowych
• 4. Brazowanie dyfuzyjne podczas spiekania matrycy diamentowej
• 5. Brazowanie narzędzi diamentowych jednodawnych
• 6. Brazowanie segmentów diamentów do matrycy
• 7. Brazowanie kompozytów diamentowych
• 8. Diamentowe urządzenia i procesy lutowania
• 9. Trendy rozwojowe w Brazying narzędzi diamentowych
• 10. Wniosek

Ze względu na ograniczoną przestrzeń ta strona internetowa jest podzielona na dwie sekcje w celu odniesienia.

 

Punkty wiedzy Brazying Diamond Tools (część 2)