煤鉆頭

北京金剛石鉆頭詳細解析分析北京金剛石鉆頭的結構及特點

1、總體結構

金剛石材料鉆頭屬一體式鉆頭，整個鉆頭無活動部件，主要有鉆頭體，冠部，水力結構（包括水眼或噴嘴、水槽亦稱流道，排屑槽），保徑、切削刃（齒）五部分。北京金剛石鉆頭的冠部是鉆頭切削巖石的工作部分，其表面（工作面）鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水力結構，其側面為保徑部分（鑲裝保徑齒）它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質材料制成。

鉆頭體是鋼質材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結在一起（鋼質的冠部則與鉆頭體成為一個整體）。金剛石材料鉆頭的水力結構分為兩類。一類用于天然北京金剛石鉆頭和TSP鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從中心水孔流出，經鉆頭表面水槽分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒，Z后攜帶巖屑從側面水槽及排屑槽流入環形空間。另一類用于PDC鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從水眼中流出，經過各種分流元件分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒。PDC鉆頭的水眼位置和數量根據鉆頭結構而定。金剛石材料的保徑部分在鉆進時起到扶正鉆頭、保證井徑不致縮小的作用，采用在鉆頭側面鑲裝金剛石的方法達到保徑目的。  

2、金剛石材料鉆頭的切削齒材料

北京金剛石鉆頭切削齒材料分為天然金剛石和人造金剛石兩大類。金剛石為碳的結晶體，晶體結構為正四面體，碳原子之間以共價鍵相連，結構非常穩定，典型的品形有立方體、八面體和十二面體等。   

金剛石是人類目前所知材料中Z硬、抗壓強度Z強、抗磨損能力Z高的材料，因此它是作為鉆頭切削刃Z理想的材料。但是，金剛石作為鉆頭切削刃材料也存在較大的弱點。第一，它的脆性較大，遇到沖擊載荷會引起破裂。第二，它的熱穩定性較差，在高溫下金剛石燃燒變為二氧化碳和一氧化碳（碳化），在空氣中約在455～860℃之間，金剛石就要出現石墨化燃燒；在惰性或還原性氣體中不會氧化，但在約1430℃時，金剛石晶體會突然爆裂而變成石墨。因此北京金剛石鉆頭的設計、制造和使用中須避免金剛石材料經受高的沖擊載荷并保證金剛石切削齒的及時冷卻。   

3.金剛石工具的現狀

金剛石工具廣泛應用于地質勘探、石材、機械、汽車及國防工業等各個領域，機械加工用的磨具、地質鉆頭及石材鋸切工具的制造工藝水平已有很大提高。產品已形成系列化、標準化，品種規格齊全，產品質量穩定，部分產品在國際市場上具有一定的競爭力。金剛石單晶絕大多數是用來制作各種金剛石工具，其種類很多。我國生產的金剛石鋸切工具品種規格齊全，質量穩定。據統計，近幾年來金剛石鉆探工具基本上可滿足市場需求；隨著建筑業的發展和家用空調的普及，用于管線安裝和空調整機安裝及舊樓改造，施工用金剛石薄壁工程鉆頭需求量也在日益增加，用于石油、煤田勘探的PDC鉆頭的需求量也相應增加，我國所生產的金剛石復合片在質量上還不過關，有待于進一步研究改進，不斷提高產品質量，改變目前PDC鉆頭依賴進口的局面。 在機械加工中，金剛石砂輪、PCD工具刀具、珩磨油石、修整滾輪、拉絲模等都得到廣泛應用；金剛石聚晶拉絲模的性能優于天然金剛石模和硬質合金模，因此在拉絲行業中應用很多，尤其是CVD金剛石拉絲模的出現，為控制15mm以下的線材提供了可靠的拉絲工具。

PCD刀具是主要用于有色金屬與非金屬材料的加工，據報道，PCD刀具在汽車、摩托車、家用電器、木材加工及通用機械等行業中的需求量逐年增加。盡管我國生產的各種金剛石工具在各行業得到廣泛應用，并取得顯著的經濟效益，但其技術水平與國外同類產品相比還有一定的差距，主要表現在：

(1)整個金剛石工具產業缺乏統一管理和宏觀調控。由于盲目發展，整個金剛石工具生產布局出現散而亂、遍地開花的局面，工具銷售市場產品質量不穩定，競爭無序，價格混亂。

(2)由于金剛石單晶生產與金剛石工具生產的發展不協調，使得我國金剛石工具的發展滯后于金剛石單晶的生產增長速度，造成金剛石積壓和滯銷，影響和制約了我國金剛石工業的持續發展，使金剛石生產企業經濟效益嚴重滑坡。  

(3)金剛石工具應用領域較窄，產品品種單一，質量不穩定，有的產品技術質量標準較混亂，沒有統一的產品質量檢測、監督的管理規范和標準。

(4)金剛石工具生產裝備和整體技術水平比較落后，一些較先進的新技術、新工藝推廣應用較慢。

(5)生產企業規模普遍偏小，生產不集中，工藝技術差，缺乏市場競爭力，經濟效益不高。  

(6)金剛石工具生產以及新產品開發、工藝技術研究等方面的資金投入不足。  

(7)在金剛石工具使用過程中，基體材料使用率低，鋼材浪費嚴重；使用過程中非正常磨損、脫落、殘留的金剛石較多，使金剛石實際利用率較低，金剛石材料浪費較多。