新型金刚石工具铜基结合剂及其性能

国 庆

（江西省核工业地质局机械研究所，江西南昌 330002）

新型金刚石工具铜基结合剂及其性能

国 庆

（江西省核工业地质局机械研究所，江西南昌 330002）

简要阐述了新型金刚石工具铜基结合剂的构成，并总结出了结合剂所具有的独特性能：拥有传统铜基结合剂的韧性好、耐腐蚀性强、以及能够导热和导电的特性，且还具有价格成本较低、融合成形性能高等特点。此外，此种新型金刚石工具铜基结合剂由于Sn的添加，使胎体密度加大；由于Ni的添加，使其抗弯能力加强；由于Fe的添加，使其硬度也明显提高。列举其应用方向，旨在为金刚石工具能够与更多、更为环保的结合剂材料相融合，进而开辟金刚石工具的全新市场，做出自己应有的贡献。

金刚石工具；铜基结合剂；烧结工艺

当前，随着金刚石工具在硬脆材料中的广泛应用，越来越多的人将此种既经济又稳定，并且环保的材料作为进行玻璃表面刻画、陶瓷材料切割、以及金属拉丝等工艺中的主要材料，而随着金属结合剂金刚石工具的逐渐使用，新型的金刚石工具铜基结合剂也随之产生，这无疑为金刚石工具市场的发展带来了全新的理念和思路。

现阶段，金属基结合剂金刚石工具在对非金属的加工和对硬脆材料的加工应用日益广泛，但在复合材料金刚石工具的制作中，存在着诸多问题，如某些金属材料无法有效地与金刚石进行融合，金刚石与金属材料结合不充分，当金刚石工具使用过程中，其中的金刚石磨粒通常在工具使用时间不长便已经脱落，大大影响了工具的使用寿命。基于以上金刚石工具存在的问题，需要进行有效的解决，而进行解决的方式为提升胎体材料的把持力，并控制好金刚石工具工作面的自锐时间和程度。以新型金刚石工具铜基结合剂为例，对此类问题做出了初步且浅显的解决。

1 新型金刚石工具铜基结合剂的构成

1.1 新型金刚石工具铜基结合剂的构成思路

具有共价键的金刚石和多数金属以及金属合金之间有很高的界面能，不易被润湿。金属与金刚石之间一般不发生界面反应，以机械镶嵌为主，以此类金属形成的胎体对金刚石没有足够的把持力，金刚石容易脱落使金刚石工具的耐磨性下降，使用寿命缩短。而向胎体中添加一些碳化物形成元素（作用机理见图1），则可以改善胎体对金刚石的把持力，提高使用寿命。

图1 结合剂中的碳化物形成元素与金刚石相互作用机理示意图

在传统的铜基结合剂中，通常采用钴元素为碳化物形成元素，但是钴的价格成本相对较高。铁与钴属于同族元素，性质相似，价格也比较低廉。如采用铁元素取代钴元素的位置，不仅能够降低成本，同时铁元素也能够对金刚石起到润湿的作用，且与金刚石的冶金结合工艺也相对简单，还能有效避免结合剂在烧结工艺上的弱点。因此，铁元素取代钴元素，是形成新型金刚石工具铜基结合剂的优化胎体配方，也是新型铜基结合剂构成的一个方面[1]。再者，传统的铜基结合剂对金刚石的把持能力不足，容易在工具使用过程中出现金刚石过早脱落，为解决此类问题，应以热力学理论为基础，通过分别向新型铜基结合剂中加入Mn、Ti、Cr等强碳化物以及稀土元素等添加剂，分析出具体优化中所使用的碳化物成分，以此来提高铜基结合剂对金刚石的把持能力[2]。

1.2 新型金刚石工具铜基结合剂的工艺流程及特点

首先，将铜基结合剂的基本配方和配料准备充足，工艺开始后，将各种混料，如Sn、Cu、Fe等进行合金混合，并将脱模剂均匀地涂抹在模具内壁上；随后，进行组装磨具和使用前检查，再通过投料、捣料、刮料、摊料等工艺步骤，最终将金属粉末进行温度为700～900℃、压力为80kN左右的热压烧结。在烧结结束后，对新型铜基结合剂金刚石工具进行冷却卸模，再经过一系列的相应尺寸打磨和后续检查，形成新型铜基结合剂金刚石工具。而后，通过对此结合剂的多次试验和分析，发现此结合剂具有以下几个特点：此种新型铜基结合剂不但拥有传统铜基结合剂的韧性好、耐腐蚀性强、以及能够导热和导电的特性，且还具有价格成本较低、融合成形性能高等特点，此外，此种新型金刚石工具铜基结合剂由于Sn的添加，使胎体密度加大；由于Ni的添加，使其抗弯能力加强；由于Fe的添加，使其硬度也明显提高。

2 新型铜基结合剂在高频磨边轮中的应用

2.1 新型铜基结合剂在高频焊接磨边轮中的应用

将新型铜基结合剂应用于高频焊接磨边轮之中，应当对所使用的铜基结合剂有效了解，并对高频磨边轮的用途做好设定。高频焊接磨边轮是直接参与磨削、切割等工作的主体，根据新型铜基结合剂的特点，将其融入高频焊接磨边轮中，能够有效提升磨边轮的耐磨能力，并提高了力学性能。除此之外，由于新型铜基结合剂在胎体方面得到优化，且把持能力也明显加强，使得应用于高频磨边轮上，能够使高频焊接磨边轮工具在锋利度不减的情况下，使用寿命得以极大的延长[3]。

2.2 实验分析

将制成的高频焊接磨边轮进行切割和磨削陶瓷试验，通过试验发现，其对于磨削工作操作完好，整体过程无崩角，磨耗比在5 500～6 500之间，经进一步分析，此种新型的高频焊接磨边轮胎体性能稳定、磨削性能强、烧结工艺要求较低，且对于金刚石磨粒的把持能力同样处于同行业的先进水平行列，综合数据分析，此种新型铜基结合剂不仅能使金刚石工具的使用寿命极大延长，同时又降低了投入成本，能够大量应用于切割、磨削、抛光以及地质勘探领域，为各行业的发展做出更大的贡献。

3 结束语

综上所述，本文对金刚石工具在现今发展中存在的问题，主要为胎体对金刚石磨粒没有足够的把持力，易使金刚石磨粒在施工过程中过早脱落进行分析，并且针对其制造成本较高但使用寿命偏低等问题，运用金属替代物以及改良烧结工艺等一些列措施，制作出新型的金刚石工具铜基结合剂，并将此新型的铜基结合剂应用于采用高频焊接的磨边论中，通过实践证明了此种新型铜基结合剂不仅能够有效提升胎体把持力，更能有效提升高频焊接磨边轮的使用寿命，因此，可以说新型铜基结合剂的研制和开发，为金刚石工具开辟了全新的市场，也为我国金属工艺行业做出了相应的贡献。

[1] 吴颖.稀土Ce对新型铜基结合剂金刚石节块性能的影响[J].重庆文理学院学报（社会科学版），2016，2（11）：6-9.

[2] 司卫征，袁慧，张凤林，等.金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展[J].超硬材料工程，2007，5（18）：31-33.

[3] 刘一波，陈哲，张而立，等.金刚石工具国际市场现状的几点认识和建议[J].超硬材料工程，2008，6（12）：25-29.

[4] 黄炳南.碳化物形成元素对金刚石工具粘结剂性能的影响[J].石材，1994，（2）：16-18.

[5] 田迪.金属结合剂在金刚石工具制造中的应用[J].磨料磨具通讯，2010，（2）：4.

保利协鑫10亿收购美光伏企业

多晶硅制造企业保利协鑫近日宣布，以1.5亿美元(即10亿元人民币)的全现金方式收购欠下巨额债务的美国光伏巨头SunEdison的部分技术、资产。收购一旦落地，意味着保利协鑫可加强单晶硅片、多晶硅等两大技术、制造领域的战略，也将继续巩固保利协鑫在多晶硅材料上的全球领先地位。

此次，保利协鑫购入的相关资产及股权有4项：SunEdison、SunEdison Products Singapore(下称“SunEdison新加坡”)、MEMC Pasadena以及Solaicx，后三者为SunEdison的子公司。

有媒体曾报道，保利协鑫此次买入SunEdison公司的资产、股权等，主要看中以下几个方面：第一，卖方所拥有的专利硅烷流化床技术、工厂及设备。其中，SunEdison新加坡拥有了韩国SMP公司663万股(即SMP发行在外股份约65.25%)，因此保利协鑫也通过未来的收购一同购入。SMP正在建设多晶硅生产线，去年建成投产，但还未达产。第二，技术升级后的第五代专利CCZ拉晶技术专利及生产线。

业内人士分析，收购将会给保利协鑫带来几方面的裨益：增加电子级颗粒多晶硅的产能，利用SunEdison公司直拉单晶技术来大幅改善其单晶硅片生产中的拉晶效率，降低多晶硅及单晶硅片的生产成本。

据知情人士透露，这笔收购目前还要看10月以前是否有新的出价者，此外还需经过美国司法部反垄断局、联邦贸易委员会、美国外国投资委员会及商务部的批复，新加坡相关部门也要同意。因此，此项交易并未最后敲定。不过，与SunEdison的电站资产有诸多购买者不同，目前愿意购买硅片技术的企业也并不多，因此，双方合作的成功率不小。

不过，也有分析人士表示谨慎乐观的态度。他认为，保利协鑫近年来动作频频，扩张速度过快应仔细评估风险。目前，全球光伏市场前景，没有一个特别明朗的市场形势走向，光伏主要市场欧洲随着装机容量的逐渐饱和以及支持政策的逐渐退出，市场将走向衰减，而新兴市场如美国、日本存在不确定性。同时，作为新兴市场的中国，目前的市场尚未打开，且政府的补贴政策不能及时到位，西部的弃光限电等因素影响也存在不确定性。

（摘自：中国化工信息网）

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

国庆（1964—），男，江西南昌人，工程师，主要研究方向为超硬材料及制品。