硬岩钻探用金刚石复合片的仿生结构设计及强韧化机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41572357
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    刘宝昌
  • 依托单位：
    吉林大学
  • 学科分类：
    D0209.第四纪地质学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

When drilling in hard and abrasive rock formation, the rate of penetration of traditional polycrystalline diamond compact (PDC) drill bit is low and the bit life is short. In this study, in order to improve the strength, crack resistance and reliability of PDC, the biomimetic design idea will be introduced into the structural design of PDC and a new type of PDC with fibrous monolith structure will be designed. Silicon carbide or magnesium carbonate will be used as binder phase of PDC to increase its heat resistance. Finite element analysis method will be adopted to study the effects of material component, proportion and geometry size of fiber and boundary, which composed of the polycrystalline diamond layer of PDC, on the mechanical properties of PDC. Experimental optimum design method will be used to choose the appropriate high-pressure high-temperature sintering parameters. The strengthening mechanism of biomimetic fibrous monolith structured PDC will be investigated by mechanical properties testing, microstructure characterization and morphology analysis. The results and achievement of this study will be beneficial to manufacture high performance PDC used for drilling in hard and abrasive rock formation.
针对目前国内外聚晶金刚石复合片钻头在硬岩钻探中存在钻速慢、寿命短的问题，在金刚石复合片结构设计中，引入仿生复合材料设计的思想，将复合片的金刚石层设计为仿生纤维独石结构，来提高复合片的强度、抗破坏能力及使用可靠性；采用SiC或MgCO3作为聚晶金刚石的粘结剂，以提高复合片的热稳定性；利用有限元数值分析方法，研究仿生纤维独石结构金刚石层中纤维胞体及界面层的材料组成、配比及几何尺寸对复合片力学性能的影响规律；采用试验优化设计方法，优选仿生结构金刚石复合片的高温高压烧结工艺参数；对仿生结构金刚石复合片进行力学性能测试及微观结构、形貌表征，研究其强韧化机理。项目的研究成果对于解决目前聚晶金刚石复合片性能相对较低的问题具有重要意义，可以为硬岩钻探用高性能金刚石复合片的设计、制备提供科学依据。

结项摘要

项目主要针对国内外聚晶金刚石复合片钻头在硬岩钻探中存在钻速慢、寿命短的问题，在金刚石复合片结构设计中，引入仿生复合材料设计的思想，将复合片的金刚石层设计为仿生纤维独石结构，来提高复合片的强度、抗破坏能力及使用可靠性。项目主要研究内容包括：.1）聚晶金刚石复合片金刚石层的仿生纤维独石结构设计，研究仿生纤维独石结构金刚石层中纤维胞体及界面层的材料组成、配比及几何尺寸对复合片力学性能的影响规律；.2）仿生结构复合片金刚石层材料的制备工艺及复合片的高温高压烧结工艺研究和仿生纤维独石结构聚晶金刚石复合片的强韧化机理研究；.3）仿生结构金刚石复合片的物理力学性能测试及破岩性能研究完成不同制备工艺下金刚石复合片的制备，并对其进行物理力学性质的测试和破岩能力研究；.4）研究仿生纤维独石结构聚晶金刚石复合片的强韧化机理研究；.项目研究结果表明，纤维独石结构金刚石复合片纤维胞体由体积比94%金刚石与体积比6%钴组成，界面层由体积比94%碳化钨和体积比6%钴组成，独石结构边界角为60°~80°，界面层面积占比为0.3~0.5时，材料中残余应力最小，裂纹偏转能力最强，对应材料耐磨性和耐热性最好，同时项目还确定了相应的最优排胶工艺，以及最优的聚晶金刚石复合片外加剂种类（Co-Si-B和Ni-Ti-B 添加剂），耐氧化温度最高提高了160℃，这证明了仿生结构在金刚石复合片中应用的合理性和有效性,并扩宽了仿生结构的应用领域。.此外，项目还开展纳米材料增强金刚石材料研究，金刚石处理工艺研究，高压相变研究，以寻求进一步提高仿生结构金刚石复合片耐热性和耐磨性的方法和理论依据，项目研究成果对于扩宽金刚石复合片的应用领域具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量（19）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（3）
专利数量（4）
Nanotwinned diamond synthesized from multicore carbon onion
由多核碳洋葱合成的纳米孪晶金刚石
  • DOI：
    10.1002/joc.7556
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    CARBON
  • 影响因子：
    10.9
  • 作者：
    Tao Qiang;Wei Xin;Lian Min;Wang Hongliang;Wang Xin;Dong Shushan;Cui Tian;Zhu Pinwen
  • 通讯作者：
    Zhu Pinwen
Fabrication of β-Si 3 N 4 with high thermal conductivity under ultra-high pressure
超高压高导热β-Si 3 N 4 的制备
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2018.09.030
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Jia Hongsheng;Li Jiaqi;Niu Rui;Ye Chaochao;Ru Hongqiang;Liu Baochang;E. Yuanlong;Li Haibo
  • 通讯作者：
    Li Haibo
Pressure-induced electronic topological transitions in the charge-density-wave material In4Se3
电荷密度波材料 In4Se3 中压力诱导的电子拓扑跃迁
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2017.04.261
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang Yuhang;Song Liyan;Shao Xuecheng;Li Yan;Zhu Pinwen;Xu Huailiang;Yang Junyou
  • 通讯作者：
    Yang Junyou
Carbon nano-onions: large-scale preparation, functionalization and their application as anode material for rechargeable lithium ion batteries
碳纳米洋葱：大规模制备、功能化及其作为可充电锂离子电池负极材料的应用
  • DOI：
    10.1039/c6ra19060j
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Zheng Yanbin;Zhu Pinwen
  • 通讯作者：
    Zhu Pinwen
WB2: not a superhard material for strong polarization character of interlayer W-B bonding
WB2：不是超硬材料，具有层间W-B键合的强极化特性
  • DOI：
    10.1039/c6cp04287b
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Wang Changchun;Tao Qiang;Ma Shuailing;Cui Tian;Wang Xin;Dong Shushan;Zhu Pinwen
  • 通讯作者：
    Zhu Pinwen

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其他文献

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井下钻具轴承用金刚石复合片表面仿生织构设计及其摩擦学性能研究
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    53 万元
  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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