激光在金剛石復合片（PDC）表面成形中的激光減材應用

聚晶金剛石復合片（polycrystalline diamond compact，PDC）作為一種新型功能材料，它只有幾十年的歷史，是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基體在超高溫和超高壓的條件下燒結(jié)而成。

金剛石復合片（PDC）表層是由不同金剛石粒度的粉末燒結(jié)而成的聚晶金剛石（PDC），易于在各種工具上釬焊焊接，一般底層為鎢鈷基硬質(zhì)合金，是制造刀具、鉆頭等耐磨工具的理想材料。

金剛石復合片（PDC）既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導熱性，又具有硬質(zhì)合金的強度與抗沖擊韌性，是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。

在石油鉆井、地質(zhì)勘探、煤田鉆采鉆頭、機械加工工具、有色金屬及合金、硬質(zhì)合金、石墨、塑料等方面等行業(yè)得到了廣泛的應用。

根據(jù)應用范圍的不同，目前市面上的金剛石復合片產(chǎn)品主要分為以下兩種：

1、? 鉆采類（挖掘類）金剛石復合片：適用于具有較高的沖擊韌性和熱穩(wěn)定性，適應軟、中、硬地質(zhì)鉆井。耐高溫可達750℃(2分鐘)，此產(chǎn)品可采用平面和各種槽形結(jié)合形式，并可根據(jù)用戶需要設(shè)計槽型及研磨，另可設(shè)計具有特殊形狀的產(chǎn)品進行拋光、倒角等。

2、機械刀具類金剛石復合片：用于切削高硬度合金、木材、陶瓷及其他非金屬，非鐵金屬及其他金屬的切削及加工，有很高的硬度和耐磨性，切割精度高，產(chǎn)品可根據(jù)用戶需求，加工成長方形、三角形、扇形等形狀，可以用來制作耐磨件、鉆頭、尖頭和鉆頭齒等。

金剛石復合片（PDC）有多種結(jié)構(gòu)，且接合牢固、均勻，具有極高的耐磨性、熱穩(wěn)定性及極強的抗沖擊性能。?

如此硬的金剛石，在表面成形處理中是如何實現(xiàn)的呢？

本文將重點與大家探討：激光在PDC材料表面成型的激光減材應用。

激光加工因效率高、無接觸、工件熱變形小、無材料損耗、性價比高等加工特點及優(yōu)勢，且激光束易控制，與精密機械、精密測量技術(shù)和電子計算機相結(jié)合，可實現(xiàn)金剛石復合片（PDC）表面成形加工的高度自動化和高度精細化。?

隨著石油勘探面臨的環(huán)境越來越苛刻，尤其是傳統(tǒng)平面金剛石復合片鉆頭遇到高研磨性地層、極堅硬巖層、堅韌夾層等地質(zhì)巖層時，鉆頭難吃進，同時亦發(fā)生平面金剛石復合片不出刃、崩齒等嚴重失效形式。此時，需將鉆頭上的金剛石復合片平面結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成屋脊狀的不規(guī)則形貌，以提升鉆頭的鉆探能力和效率。如下圖所示。

普通振鏡很難實現(xiàn)此要求，如果引入3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)激光加工工藝，那么一切都變得皆有可能。

實驗中我們采用3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)，結(jié)合光纖MOPA光纖激光器（200w）。在加工過程中的不規(guī)則形面處，3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)Z向動態(tài)軸前后移動，實時調(diào)整焦點，實現(xiàn)磨平面，外圓，倒角等眾多造型的一次性精密3D減材制造。原理如下圖。

另外，在激光設(shè)備設(shè)計中搭載視覺高精度定位控制系統(tǒng)，可進一步提高加工過程中的精準定位。激光雕刻加工效果如下圖：

全球超硬材料看中國，中國超硬材料看河南，河南幾乎占據(jù)了全國超硬材料市場的80%以上的市場份額，而PDC材料，也是目前應用最廣泛的一種超硬材料，目前主流的采用激光加工的方式。

河南合贏激光科技有限公司，是河南為數(shù)不多的具有一定激光應用能力的專業(yè)化激光公司，我們在超硬材料領(lǐng)域的研究，包括人工鉆石激光切割的應用，非常歡迎大家一同進行更多更深入的研究。

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