超硬复合材料及制品关键技术研发与产业化项目,是基于企业自有技术及产业优势,通过市场化的产、学、研联合开发形式,共同实施的高技术研发及产业化项目.项目针对超硬复合材料及制品产业链,研究从原辅材料、中间产品、深加工制品过程中的关键技术问题.包含"超硬材料制品专用预合金粉关键技术研发及产业化"、"聚晶金刚石复合片关键技术研发及产业化" 、"PCD/PCBN机加工刀具"三个子项目,三类项目及产品既相对独立又互为上下游关联产业,项目技术贯穿超硬复合材料行业的三个核心节点,即:高档预合金粉制作、聚晶金刚石复合片合成、精密PCD/PCBN机加工刀具制作,建成了一个从原辅材料、中间产品到深加工制品完整的超硬材料及制品产业链. (一)在"超硬材料制品专用预合金粉关键技术研发及产业化"研究中,针对胎体材料采用传统的单质金属粉末通过机械棍合后再压制、烧结的工艺过程,使用单质粉末影响因素较多,烧结质量不易控制,胎体的力学性能不够理想等影响行业发展的瓶颈问题,研究通过预合金化方法制备具有组织均匀,熔点低,易烧结,对金刚石具有良好的润湿与粘结性能的预合金粉末.研发中对产品配方、熔炼工艺、超高压水雾化制粉技术、节能环保的无尘化分级技术、后期球磨改性处理、微波烘干还原炉改性技术等关键技术开展了研究.为了改善金刚石工具胎体的力学性能,提高胎体与金刚石的润湿性,在理论上探索采用雾化法将La、Ce等稀土元素加入到胎体-金刚石复合材料中.多项技术,为国内首次使用与突破.其创新技术包含: (1)采用了多级精炼提纯工艺,这种工艺在同行中首次被使用; (2)水雾化生产工艺中,首次在熔炼过程中加入稀土元素Ce进行改性; (3)通过对分级工艺改进,突破性地实现了无尘化分级技术; (4)在水雾化预合金粉生产工艺中,首次与球磨技术相结合,对预合金粉末进行后序改形处理. 项目的理论研究表明,La、Ce等稀土元素可以降低胎体合金的熔点,同时细化胎体晶粒,净化胎体合金界面,降低胎体液态合金对金刚石的润湿角,提高金刚石与胎体之间的结合强度. (二)在"聚晶金刚石复合片关键技术研发及产业化"研究中,通过确立合成PCD原材料的成份及其质量标准;研究原材料和高温高压组装块有关部件的洁净处理技术;探讨粉末料的均匀混合及复合片坯料压制成型技术;确立复合片坯料真空高温脱气技术;开发高温高压烧结工艺技术;创新合成块组装工艺;确立合成块矩阵式结构的合理设计技术;创新使用一台主机控制3-5台压机,采用远程在线控制技术等,在聚晶金刚石复合片生产的关键技术有重大进展.形成的创新技术包含: (1)合成组装块材料设计技术; (2)采用计算机模拟技术以及高温高压测量技术优化合成组装块温度分布设计; (3)金刚石微粉综合物理化学洁净处理技术; (4)含硼金刚石微粉使用; (5)新型的高温高压合成装备设计技术; (6)一拖多的合成方式以及压机在线控制; (7)矩阵式排列合成方式. 在项目的理论研究中, 为了研发高性能的聚晶金刚石复合片,提高各项性能指标,尝试采用高品质金刚石粉,在金刚石粉料中掺入WC粉或Fe、Ti达到有效抑制晶粒长大的目的.使用高质量的硬质合金基底来提高整个聚晶金刚石复合片的性能.在金刚石粉料添加催化剂,使金刚石粉料与硬质合金直接键合,提高其强度. 项目研究了超高压和高温控制系统精确控制策略,建立了非线性围压压力控制系统数学模型,提出Fuzzy PID围压压力系统控制策略,并将优化后的控制算法应用在高温高压矿物材料合成和流变实验设备围压压力控制系统的实践中.运用能量流动方程建立了高温加热系统的数学模型,提出适合本系统特性多变的控制算法-PID分段插补跟踪控制算法,应用实践证明该控制策略提高高温温控系统控制精度和实时性. (三)在"PCD/PCBN机加工刀具"研发中,尝试选用高质量的单晶金刚石原料和催化剂材料、实现金刚石颗粒之间的牢固结合、解决多晶金刚石烧结体质量的均匀性问题.注重研究:切削刃口材料的选择;改进银钎焊料配方;创新真空高频焊接工艺等.取得创新成果包含: (1)采用公司自主开发的导电聚晶金刚石复合片,提高了线切割加工性能,同时提高了刀具的热稳定性; (2)通过调整脉冲激光切割束的脉冲周期和强度,从而减少切缝两侧的热损伤层厚度,降低刃磨强度增长刀片的使用寿命; (3)在原银钎焊料配方的基础上,通过增加微量元素的办法改善焊剂的流动性,减少气孔出现机率减少焊接的夹杂空心现象; (4)采用真空焊接方式,增强焊接牢固强度,提高刀片耐磨性,降低能源消耗和加工成本. 项目研发的超硬复合材料,在性能指标、质量稳定性和种类上达到国际先进水平;在预合合粉末水雾化工艺,水雾化喷射系统-低压气喷水冷装置中,攻克了许多同类产品生产过程不能解决的难题,成功使预合金粉末各项性能指标得到大幅提升,产品的技术水平已大幅领先于国内同类产品.项目的社会效益与经济效益显著.