超硬材料的纳米聚晶研发

项目负责人:赵予生
技术领域:新材料技术

项目简介


发展高端制造和智能制造是引领产业走向未来、实现经济持续增长的必由之路,而超硬材料刀具及钻头作为精密制造、高端制造的关键基础部件,具有加工效率高、使用寿命长和加工质量好等特点,可对难加工材料进行“高精密、高效、环保”地加工,符合先进制造业发展方向,因此以金刚石和立方氮化硼刀具为代表的超硬材料刀具越来越受到重视,直接影响国家制造业水平的快速提升和产业的升级换代,而我国目前的超硬刀具以及金刚钻头的研究开发存在不足,严重制约了制造业和勘探钻采业的发展。

本项目以先进的专利技术为基础,针对超硬材料及刀具/钻具制造中现存的技术问题和难点,研发纳米聚晶的块体合成与镀膜涂层技术,充分发挥纳米结构的性能特点,使聚晶材料同时具备超高的硬度和超强的韧性,并且降低成本,实现工业级产品的高成品率。以超硬纳米聚晶块体和超硬纳米涂层为基础,本项目将开发具有自主知识产权的纳米聚晶刀具和钻具,并进行成果转化,为先进制造业提供超硬精加工刀具,为地质勘探开采领域提供超强超耐磨的勘探钻齿,产品性能将超过国内同类产品,打破目前进口工具的垄断地位,实现可观的经济效益,促进中国及深圳市高端制造业的发展,推动深圳市成为我国深海资源开发与利用的技术研发和产业基地,为落实“中国制造2025”战略、“中国制造2025深圳行动计划”及“深圳市科技创新发展的‘十三五’规划”重点布局做重要贡献。

目前仪器研制实验阶段得到的主要指标已同国际同类产品相当。相关技术研究尚属国内第一家,同时已有相关专利申请。

技术优势


本项目在高温高压制备超硬材料方面有巨大技术优势,其中先进烧结技术享有独特专利。赵予生教授领军的高压团队首先制备了金刚石与cBN的固溶体B-C-N纳米晶超硬材料;另外,在较高的压力范围7-20 GPa,可以直接将金刚石或cBN的纳米或微米粉体颗粒间进行D-D键合而形成块体半透明样品;通过引入适当的粘结剂材料,可以制备出特殊性能的的金刚石聚晶产品;首次实现了亚微米PCD聚晶国产化,首次开发出国内最大片径PcBN及最大片径PCD,相关的产品已经在国内市场上畅销;在制备耐高温和超耐磨的纳米金刚石、碳化硅复合超硬材料方面,我们也探索出了一条实际可行的技术路线,这些为我们研究和发展纳米晶复合超硬材料提供了坚实的基础。

市场现状


本项目的实施将为我国及深圳市增添具有自主知识产权的新型超硬纳米聚晶材料及高性能刀具产品,填补国内、国际空白,可广泛应用于于汽车、造船、航空航天、机器人、模具制造、军事机械、石油钻采、矿山开采等领域,并进一步拓展超硬刀具的应用范畴,有广阔的市场前景。