論文開(kāi)題：金剛石串珠鎢基胎體的研究

大學(xué)本科生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 院 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院
學(xué)科專(zhuān)業(yè) 機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)
研究方向 硬脆性材料加工
學(xué)位級(jí)別 工學(xué)學(xué)士

擬撰寫(xiě)學(xué)位論文的題目 金剛石串珠鎢基胎體的研究

一、本課題的來(lái)源、意義
目前，全國(guó)石材產(chǎn)值占建筑材料近1/5，石材產(chǎn)量、國(guó)內(nèi)石材消耗、荒料和花崗石出口量均居世界第一，中國(guó)已成為全球石材加工的主導(dǎo)國(guó)家之一[1]。如何高效的利用石材這一種不可再生資源是保證我國(guó)石材工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展所面臨的一項(xiàng)重大課題。人造金剛石繩鋸作為新的第三代超硬材料工具，經(jīng)歷了近40年的發(fā)展歷史，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，不僅用于石材礦山開(kāi)采、異型板加工、多組硬質(zhì)大板切割和拼花石材制品的曲線(xiàn)加工等，還廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土建筑物的拆除和修整、玻璃等硬脆材料的加工，而且還被應(yīng)用于海底構(gòu)件、橋墩的切割維修以及核電站和廢棄構(gòu)筑物的拆除，它給中國(guó)落后的石材礦山開(kāi)采和建筑工程帶來(lái)飛躍式的技術(shù)革命 [2-4]。
金剛石繩鋸用于石材開(kāi)采已有一百年的歷史。1968 年，英國(guó)人發(fā)明了金剛石繩鋸的專(zhuān)利，約十年后，該技術(shù)被意大利引進(jìn)用于大理石開(kāi)采
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只能為解決磨粒非正常脫落等問(wèn)題提供理論上的依據(jù)。要從根本上解決串珠金剛石出刃和非正常脫落存在的問(wèn)題，關(guān)鍵是要提高結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力。國(guó)內(nèi)外對(duì)這一方面也做了很多研究。
從對(duì)胎體與金剛石的結(jié)合情況方面，文獻(xiàn)[14-15]從鈷基結(jié)合劑的致密度、硬度與金剛石把持力的關(guān)系出發(fā)，提出并論證增強(qiáng)鈷基結(jié)合劑對(duì)金剛石把持力的兩個(gè)可行途徑-部分液相燒結(jié)與加入強(qiáng)碳化物形成元素。文獻(xiàn)[16]研究了磁控濺射鍍Ti、Mo及Cu金剛石在Fe基、Ni基及Co基結(jié)合劑中的界面結(jié)合狀態(tài)，鍍覆Ti、Mo后，能夠提高金剛石與結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度，但是此種方法在金剛石失效以破碎為主時(shí)，金剛石表面金屬化效果微弱。而且鍍膜金剛石與結(jié)合劑之間存在著適應(yīng)性問(wèn)題，只有合適的鍍膜材料與合適的結(jié)合劑和熱壓條件相匹配才能使鍍膜金剛石與結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度有較大的提高。文獻(xiàn)[17-20]通過(guò)在結(jié)合劑中添加稀土合金粉，發(fā)現(xiàn)節(jié)塊金剛石的出刃高度和抗彎強(qiáng)度以及沖擊韌性有較大的提高。這種方法是增強(qiáng)結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力的一種有效措施，但目前關(guān)于稀土元素在結(jié)合劑中的作用機(jī)理研究較少。文獻(xiàn)[21]研究預(yù)合金化對(duì)胎體燒結(jié)過(guò)程的影響表面，預(yù)合金化胎體的燒結(jié)保溫時(shí)間有一門(mén)檻值，保溫時(shí)間未達(dá)到保溫起碼值，其綜合性能可能還不如混合粉，無(wú)法發(fā)揮預(yù)合金化的優(yōu)勢(shì)。在金屬結(jié)合劑中加入熔點(diǎn)較低的金屬也是改善對(duì)金剛石把持力常用的方法，，Cu、Sn、Zn、Al等是常用的低熔點(diǎn)金屬。文獻(xiàn)[22-23]研究了加入Zn和Sn等低熔點(diǎn)金屬的作用機(jī)制，認(rèn)為Zn和Sn的加入大大加快熔化速度，但是Zn和Sn在結(jié)合劑中有一定的溶解度，過(guò)量時(shí)使合金組織發(fā)生偏析，結(jié)合劑變脆，燒結(jié)時(shí)容易溢出液體[24]。
鐵與鈷屬于同族元素，性質(zhì)比較相似，價(jià)格低廉，目前用鐵代鈷的研究比較多。文獻(xiàn)[25-26] 針對(duì)鈷基結(jié)合劑刀頭技術(shù)性能好但成本太高之現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，進(jìn)行去鈷換鐵的胎體配方研究。生產(chǎn)試驗(yàn)證明，用Ｆｅ代Ｃｏ思路正確，也是切實(shí)可行的。文獻(xiàn)[27]從胎體金剛石的侵蝕性，胎體對(duì)金剛石的包鑲力，胎體的耐磨性等三個(gè)方面對(duì)比分析了以Ｆｅ代Ｃｏ存在的問(wèn)題，并指出以Ｆｅ代Ｃｏ的關(guān)鍵在應(yīng)用于鍍膜金剛石，即以金剛石表面的碳化膜隔絕鐵族元素對(duì)金剛石的侵蝕作用，并以碳化物膜作為過(guò)渡層實(shí)現(xiàn)金剛石與胎體的冶金結(jié)構(gòu)，而胎體的耐磨性則可從優(yōu)化胎體配方得到解決。北京科技大學(xué)粉末冶金教研室的郭志猛研制成功了一種鉻基合金，液相溫度低，適用于鐵基鈷基和銅基胎體的刀頭和磨塊，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，可同時(shí)提高胎體的強(qiáng)度，韌性及其包鑲金剛石的性能，提高金剛石工具的壽命[28]。
現(xiàn)階段，金剛石繩鋸串珠在各種花崗石和大理石的鋸切加工中廣泛使用鈷基，鈷的價(jià)格相對(duì)比較高[23]。在傳統(tǒng)的金剛石串珠胎體配方中，W往往作為一種強(qiáng)碳化物形成元素被加入到胎體中，在充分脫氧的條件下，750°C以上就與金剛石發(fā)生反應(yīng)生成碳化物[29]。而碳化物的形成可提高胎體對(duì)金剛石的包鑲能力。文獻(xiàn)[30]在高鈷基金剛石串珠胎體中加入W，研究表明提高了胎體對(duì)金剛石的包鑲能力、金剛石的出刃值。從而大大提高串珠繩鋸的使用性能。
目前國(guó)內(nèi)以W作為胎體主要充分的金剛石工具在使用中并不多見(jiàn)。由于鎢的熔點(diǎn)（3410±20℃）和硬度非常高，因此通過(guò)熱壓條件來(lái)成型含人造金剛石的鎢基胎體，必須需要通過(guò)各種途徑降低燒結(jié)過(guò)程的活化能，也就是降低熱壓燒結(jié)的溫度。G.H.Gessinger等人通過(guò)添加鈀、鎳、鈷、等過(guò)渡族金屬來(lái)活化燒結(jié)W，達(dá)到了降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間的效果，其中鈀的效果最好，其次是鎳鉑鈷鐵等金屬。郭樺等人首次初步研究了鎢基胎體的金剛石鉆頭，通過(guò)添加活化元素和響應(yīng)的燒結(jié)工藝制造的鎢基胎體金剛石鉆頭，在堅(jiān)硬弱研性巖層中能高效鉆進(jìn)，并有較長(zhǎng)的壽命[36]。
通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究，針對(duì)在高密度，高硬度，高石英含量的材料切割過(guò)程中現(xiàn)有金剛石串珠所面臨的問(wèn)題，本課題擬研究鎢基串珠胎體配方的設(shè)計(jì)，燒結(jié)工藝；探索胎體中添加不同合金元素對(duì)胎體性能的影響。從而很好的解決目前金剛石繩鋸串珠加工過(guò)程中出現(xiàn)的胎體對(duì)金剛石把持力不夠?qū)е碌慕饎偸钦Ｃ撀鋰?yán)重的問(wèn)題。

三 本課題研究的主要內(nèi)容與研究方法
1. 研究主要內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有 ……（未完，全文共6384字，當(dāng)前僅顯示2242字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開(kāi)題：金剛石串珠鎢基胎體的研究》）