1、總體結(jié)構(gòu)

金剛石材料鉆頭屬一體式鉆頭，整個(gè)鉆頭無活動(dòng)部件，主要有鉆頭體，冠部，水力結(jié)構(gòu)（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。 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(jié)構(gòu)，其側(cè)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(zhì)材料制成。鉆頭體是鋼質(zhì)材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結(jié)在一起（鋼質(zhì)的冠部則與鉆頭體成為一個(gè)整體）。   金剛石材料鉆頭的水力結(jié)構(gòu)分為兩類。

一類用于天然上海金剛石鉆頭和TSP鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從中心水孔流出，經(jīng)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，攜帶巖屑從側(cè)面水槽及排屑槽流入環(huán)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(jīng)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(shù)量根據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)而定。金剛石材料的保徑部分在鉆進(jìn)時(shí)起到扶正鉆頭、保證井徑不致縮小的作用，采用在鉆頭側(cè)面鑲裝金剛石的方法達(dá)到保徑目的。  

2、金剛石材料鉆頭的切削齒材料

上海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(jié)晶體，晶體結(jié)構(gòu)為正四面體，碳原子之間以共價(jià)鍵相連，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)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硬、抗壓強(qiáng)度強(qiáng)、抗磨損能力高的材料，因此它是作為鉆頭切削刃理想的材料。但是，金剛石作為鉆頭切削刃材料也存在較大的弱點(diǎn)。第一，它的脆性較大，遇到?jīng)_擊載荷會(huì)引起破裂。第二，它的熱穩(wěn)定性較差，在高溫下金剛石燃燒變?yōu)槎趸己鸵谎趸迹ㄌ蓟诳諝庵屑s在455～860℃之間，金剛石就要出現(xiàn)石墨化燃燒；在惰性或還原性氣體中不會(huì)氧化，但在約1430℃時(shí)，金剛石晶體會(huì)突然爆裂而變成石墨。因此上海金剛石鉆頭的設(shè)計(jì)、制造和使用中須避免金剛石材料經(jīng)受高的沖擊載荷并保證金剛石切削齒的及時(shí)冷卻。 

3.金剛石工具的現(xiàn)狀 

金剛石工具廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、石材、機(jī)械、汽車及國防工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)械加工用的磨具、地質(zhì)鉆頭及石材鋸切工具的制造工藝水平已有很大提高。產(chǎn)品已形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，品種規(guī)格齊全，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，部分產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。金剛石單晶絕大多數(shù)是用來制作各種金剛石工具，其種類很多。我國生產(chǎn)的金剛石鋸切工具品種規(guī)格齊全，質(zhì)量穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年來金剛石鉆探工具基本上可滿足市場(chǎng)需求；隨著建筑業(yè)的發(fā)展和家用空調(diào)的普及，用于管線安裝和空調(diào)整機(jī)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(yīng)增加，我國所生產(chǎn)的金剛石復(fù)合片在質(zhì)量上還不過關(guān)，有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，改變目前PDC鉆頭依賴進(jìn)口的局面。 在機(jī)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(yīng)用；金剛石聚晶拉絲模的性能優(yōu)于天然金剛石模和硬質(zhì)合金模，因此在拉絲行業(yè)中應(yīng)用很多，尤其是CVD金剛石拉絲模的出現(xiàn)，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(jù)報(bào)道，PCD刀具在汽車、摩托車、家用電器、木材加工及通用機(jī)械等行業(yè)中的需求量逐年增加。

盡管我國生產(chǎn)的各種金剛石工具在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但其技術(shù)水平與國外同類產(chǎn)品相比還有一定的差距，主要表現(xiàn)在：

(1)整個(gè)金剛石工具產(chǎn)業(yè)缺乏統(tǒng)一管理和宏觀調(diào)控。由于盲目發(fā)展，整個(gè)金剛石工具生產(chǎn)布局出現(xiàn)散而亂、遍地開花的局面，工具銷售市場(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，競(jìng)爭(zhēng)無序，價(jià)格混亂。

(2)由于金剛石單晶生產(chǎn)與金剛石工具生產(chǎn)的發(fā)展不協(xié)調(diào)，使得我國金剛石工具的發(fā)展滯后于金剛石單晶的生產(chǎn)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(yè)的持續(xù)發(fā)展，使金剛石生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)重滑坡。

(3)金剛石工具應(yīng)用領(lǐng)域較窄，產(chǎn)品品種單一，質(zhì)量不穩(wěn)定，有的產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)較混亂，沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、監(jiān)督的管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。  

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

(5)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍偏小，生產(chǎn)不集中，工藝技術(shù)差，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)濟(jì)效益不高。  

(6)金剛石工具生產(chǎn)以及新產(chǎn)品開發(fā)、工藝技術(shù)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(fèi)嚴(yán)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(shí)際利用率較低，金剛石材料浪費(fèi)較多。