金刚石超硬材料行业的前景以及应用中的注意事项

金刚石作是自然界最硬的东西，作为磨料和切削工具，其性能是无与伦比的，以金刚石车刀为例，其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜，SEM，也无法检测，直到现在还没有一种材料能取而代之，利用它来切削加工，往往可以直接获得镜面，当前被广泛地应用于仪表、电子、光学等领域，成为不可缺少的切削工具的材料，但是因成本昂贵，刃磨需要高超的技艺，所以一直妨碍其广泛的应用。

超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域。

天然单晶金刚石，由于具有各向异性，因此各晶面的硬度相差甚大，在刀具刃磨时，择其软的一面作为研磨面，而将其硬的面作为前刀面或后刀面，这给研磨带来了有利的条件，因其各向异性，所以在使用中，必须考虑到晶面的合理选择，例如，硬度计的压砧，在使用中，利用压入或弹跳来衡量被测材料的硬度，但由于工作面的硬度不同，结果也各异，当然采用硬的面，有利于延长寿命，又如天然金刚石制造的拔丝模，由于孔的工作面由各晶面构成，因此硬度不一致，磨损便不均匀，同时会给线材的圆截面造成应力差异，硬度不匀，而影响使用，金刚石烧结体和厚膜金刚石，由于各向同性，在这类产品上运用就变得非常有利。

PCD、PCBN,因其晶粒不同，浓度不同，性能也就不同，必须合理选择

厚膜金刚石是纯金刚石，其硬度接近天然金刚石，而PCD、PCDN是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成，因此硬度受到结合剂的影响，其硬度不如前者。

金刚石在超硬材料应用中的注意事项

天然单晶金刚石

在当前的超精密加工中，天然单晶金刚石的切削工具已是必不可少。它可获得极为锋利的切削刃，其刃口圆弧半径可以达到连扫描电子显微镜(SEM)也无法检测的程度。据日本大阪大学井川直哉教授介绍，最小可达2～4nm,这是当前的最高水平，是通过切削获得的厚为1nm的切屑推算出来的。1986年日本专门成立了一个金刚石刀尖评价委员会，来解决刀尖的测量问题，直至今天仍然没有很好解决，只是从0.05µm提高到2～4nm。1992年东芝机械的浅井昭一也曾提出过利用扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微镜(AFM)进行检测的建议，但是并没有再报道过，我国华中理工大学精仪系在1996年报道了用AFM取得了进展，这是可喜的成就。

金刚石切削工具的刃磨，虽已有不小的成就。但仍然是以经验为主，依旧是一个有待解决的课题。金刚石切削工具的几何参数也许是实践不足，所以迄今还有待探索。一般其前角为0°，后角为5～6°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直°线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。据资料表明，日本大阪金刚石制作所在数年前就能达到R±0.05µm,英国则更高，达到R±0.02µm。

切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700℃，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应。

金刚石烧结体(PCD)

PCD的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。在大量涌现的新材料中，大部分都是难加工材料，如高硅铝合金，汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般，含硅量低于10%的铝合金，用硬质合金切削工具即可，但含硅量超过10%,就只能借助PCD。当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上，有的已达18%以上，所以非PCD莫属。

但是，由于PCD的种类很多，有合理选择的必要。其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此，在应用中也必须根据被加工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。由于其具有各向同性，耐磨性比较好，加工成拔丝模甚至优于天然单晶金刚石。

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