Абстракт
Поликристалды гауһар композит (PDC), әдетте гауһар композит деп аталады, ерекше қаттылығы, тозуға төзімділігі және термиялық тұрақтылығының арқасында дәл өңдеу өнеркәсібінде төңкеріс жасады. Бұл мақалада PDC материалының қасиеттері, өндіріс процестері және дәл өңдеудегі озық қолданбалары терең талдауы берілген. Талқылау оның жоғары жылдамдықты кесудегі, аса дәлдіктегі тегістеудегі, микроөңдеудегі және аэроғарыштық компоненттерді жасаудағы рөлін қамтиды. Сонымен қатар, PDC технологиясындағы болашақ үрдістермен қатар, жоғары өндіріс шығындары мен сынғыштық сияқты қиындықтар қарастырылады.
1. Кіріспе
Дәл өңдеу микрон деңгейіндегі дәлдікке жету үшін жоғары қаттылыққа, беріктікке және термиялық тұрақтылыққа ие материалдарды қажет етеді. Вольфрам карбиді және жоғары жылдамдықты болат сияқты дәстүрлі құрал материалдары көбінесе экстремалды жағдайларда жетіспейді, бұл Polycrystalline Diamond Compact (PDC) сияқты озық материалдарды қолдануға әкеледі. Синтетикалық гауһар негізіндегі материал PDC керамика, композиттер және шыңдалған болаттар сияқты қатты және сынғыш материалдарды өңдеуде теңдессіз өнімділік көрсетеді.
Бұл мақалада PDC негізгі қасиеттері, оның өндіріс әдістері және дәл өңдеуге әсерін зерттейді. Сонымен қатар, PDC технологиясындағы қазіргі қиындықтар мен болашақ жетістіктер қарастырылады.
2. PDC материалдық қасиеттері
PDC жоғары қысымды, жоғары температуралы (HPHT) жағдайларда вольфрам карбидті субстратына қосылған поликристалды алмас (PCD) қабатынан тұрады. Негізгі қасиеттерге мыналар жатады:
2.1 Өте қаттылық және тозуға төзімділік
Алмаз - ең қатты материал (Могс бойынша 10 қаттылық), бұл PDC-ны абразивті материалдарды өңдеу үшін өте қолайлы етеді.
Тозуға төзімділіктің жоғары деңгейі құралдың қызмет ету мерзімін ұзартады, дәл өңдеу кезіндегі тоқтап қалу уақытын азайтады.
2.2 Жоғары жылу өткізгіштік
Тиімді жылу тарату жоғары жылдамдықты өңдеу кезінде термиялық деформацияның алдын алады.
Құралдың тозуын азайтады және беткі қабатын жақсартады.
2.3 Химиялық тұрақтылық
Темір және темір емес материалдармен химиялық реакцияларға төзімді.
Коррозиялы ортада құралдың тозуын азайтады.
2.4 Сынықтарға төзімділік
Вольфрам карбидінің негізі соққыға төзімділікті арттырады, сынықтар мен сынықтарды азайтады.
3. PDC өндіріс процесі
PDC өндірісі бірнеше маңызды кезеңдерді қамтиды:
3.1 Алмаз ұнтағының синтезі
Синтетикалық алмас бөлшектері HPHT немесе химиялық бумен тұндыру (CVD) арқылы өндіріледі.
3.2 Пісіру процесі
Алмаз ұнтағы вольфрам карбидінің негізіне жоғары қысыммен (5–7 ГПа) және температурамен (1400–1600°C) күйдіріледі.
Металл катализаторы (мысалы, кобальт) алмас пен алмастың байланысын жеңілдетеді.
3.3 Кейінгі өңдеу
Лазерлік немесе электрлік разрядты өңдеу (ЭРӨ) PDC кескіш құралдарға пішіндеу үшін қолданылады.
Беттік өңдеулер адгезияны күшейтеді және қалдық кернеулерді азайтады.
4. Дәл өңдеудегі қолданылуы
4.1 Түсті емес материалдарды жоғары жылдамдықпен кесу
PDC құралдары алюминий, мыс және көміртекті талшық композиттерін өңдеуде тамаша нәтижелерге қол жеткізеді.
Автомобиль өнеркәсібінде (поршеньді өңдеу) және электроникада (PCB фрезерлеу) қолданылуы.
4.2 Оптикалық компоненттерді аса дәлдікпен тегістеу
Лазерлер мен телескоптарға арналған линзалар мен айна жасауда қолданылады.
Микроннан кіші беткі кедір-бұдырлыққа қол жеткізеді (Ra < 0,01 мкм).
4.3 Медициналық құрылғыларға арналған микроөңдеу
PDC микробұрғылары мен ұштық фрезалары хирургиялық құралдар мен имплантаттарда күрделі ерекшеліктер жасайды.
4.4 Аэроғарыштық компоненттерді өңдеу
Титан қорытпаларын және CFRP (көміртекті талшықтармен күшейтілген полимерлер) құралдың тозуын минималды түрде өңдеу.
4.5 Жетілдірілген керамика және шыңдалған болатты өңдеу
Кремний карбиді мен вольфрам карбидін өңдеуде PDC кубтық бор нитридінен (CBN) асып түседі.
5. Қиындықтар мен шектеулер
5.1 Өндірістік шығындардың жоғары болуы
HPHT синтезі және алмас материалының шығындары кең таралуын шектейді.
5.2 Үзіліссіз кесу кезіндегі сынғыштық
PDC құралдары үзік-үзік беттерді өңдеу кезінде сынуға бейім.
5.3 Жоғары температурадағы термиялық ыдырау
Графиттену 700°C жоғары температурада жүреді, бұл қара металл материалдарын құрғақ өңдеуде қолдануды шектейді.
5.4 Қара металдармен шектеулі үйлесімділік
Темірмен химиялық реакциялар тозудың жеделдеуіне әкеледі.
6. Болашақ үрдістер мен инновациялар
6.1 Наноқұрылымды PDC
Нано-гауһар түйіршіктерін қосу беріктік пен тозуға төзімділікті арттырады.
6.2 Гибридті PDC-CBN құралдары
Қара металды өңдеу үшін PDC-ны кубтық бор нитридімен (CBN) біріктіру.
6.3 PDC құралдарын қосымша өндіру
3D басып шығару арнайы өңдеу шешімдері үшін күрделі геометрияларды жасауға мүмкіндік береді.
6.4 Кеңейтілген жабындар
Алмаз тәрізді көміртекті (DLC) жабындар құралдың қызмет ету мерзімін одан әрі ұзартады.
7. Қорытынды
PDC жоғары жылдамдықты кесу, аса дәлдікпен тегістеу және микроөңдеуде теңдесі жоқ өнімділік ұсына отырып, дәл өңдеуде таптырмас құралға айналды. Жоғары шығындар мен сынғыштық сияқты қиындықтарға қарамастан, материалтану мен өндіріс техникасындағы үздіксіз жетістіктер оның қолданылуын одан әрі кеңейтуге уәде береді. Наноқұрылымды PDC және гибридті құралдарды жобалауды қоса алғанда, болашақ инновациялар оның келесі буын өңдеу технологияларындағы рөлін нығайтады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 7 шілде
