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金剛石刀具應(yīng)用材料解析
日期：2025-06-05 23:57
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摘要：
可以制成切削刀具金剛石材料有天然單晶金剛石、人造單晶金剛石、化學(xué)氣相沉積法(CVD)金剛石厚膜、人造聚晶金剛石復(fù)合片等。
1、天然單晶金剛石
天然單晶金剛石一種各向異性單晶體。硬度達(dá)HV9000-10000，自然界*硬物質(zhì)。這種材料耐磨性極好，制成刀具切削可長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定，故而有很長(zhǎng)刀具壽命。
天然金剛石刀具刃口可以加工到極其鋒利。可用于制作眼科神經(jīng)外科手術(shù)刀；可用于加工隱形眼鏡曲面；可用于切割光導(dǎo)玻璃纖維；用于加工黃金、白金首飾花紋；*重要用途于高速超精加工有色金屬及其合金。如鋁、黃金、巴氏合金、鈹銅、紫銅等。用天然金剛石制作超精加工刀具其刀尖圓弧部分400倍顯微鏡下觀察無缺陷，用于加工鋁合金多面體反射鏡、無氧銅激光反射鏡、陀螺儀、錄像機(jī)磁鼓等。表現(xiàn)粗糙度可達(dá)到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金剛石材料韌性很差，抗彎強(qiáng)度很低，僅為(0.2-0.5)Gpa。熱穩(wěn)定性差，溫度達(dá)到700℃-800℃時(shí)就會(huì)失去硬度。溫度再高就會(huì)碳化。另外，它與鐵親力很強(qiáng)，一般不適于加工鋼鐵。2、人造單晶金剛石
人造單晶金剛石作為刀具材料，市場(chǎng)上能買到目前有戴比爾斯(DE-BEERS)生產(chǎn)工業(yè)級(jí)單晶金剛石材料。這種材料硬度略遜于天然金剛石。其它性能都與天然金剛石不相上下。由于經(jīng)過人工制造，其解理方向尺寸變得可控統(tǒng)一。隨著高溫高壓技術(shù)發(fā)展，人造單晶金剛石*大尺寸已經(jīng)可以做到8mm。由于這種材料有相對(duì)較好一致性較低價(jià)格，所以受到廣泛關(guān)注。作為替代天然金剛石新材料，人造單晶金剛石應(yīng)用將會(huì)有大發(fā)展。
3、人造聚晶金剛石
人造聚晶金剛石(PCD)高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑聚合而成多晶體材料。一般情況下制成以硬質(zhì)合金為基體整體圓形片，稱為聚晶金剛石復(fù)合片。根據(jù)金剛石基體厚度不同，復(fù)合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同規(guī)格。而聚晶金剛石厚度一般0.5mm左右。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PCD直徑已經(jīng)達(dá)到19mm，而國(guó)外如GE公司*大復(fù)合片直徑已經(jīng)做到58mm，戴比爾斯公司更達(dá)到了74mm。
根據(jù)制作刀具需要可用激光或線切割切成不同尺寸角度刀頭，制成車刀、鏜刀、銑刀等。
PCD硬度比天然金剛石低(HV6000左右)，但抗彎強(qiáng)度比天然金剛石高很多。另外，通過調(diào)整金剛石微粉粒度濃度，使PCD制品機(jī)械物理性能發(fā)生改變，以適應(yīng)不同材質(zhì)、不同加工環(huán)境需要，為刀具用戶提供了多種選擇。
PCD刀具比天然金剛石抗沖擊抗震性能高出很多。與硬質(zhì)合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性壽命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可達(dá)到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度穩(wěn)定。
PCD同天然金剛石一樣，不適合加工鋼鑄鐵。這種刀具主要用于加工有色金屬及非金屬材料，如：鋁、銅、鋅、金、銀、鉑及其合金，還有陶瓷、碳纖維、橡膠、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。
1、天然單晶金剛石
天然單晶金剛石一種各向異性單晶體。硬度達(dá)HV9000-10000，自然界*硬物質(zhì)。這種材料耐磨性極好，制成刀具切削可長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定，故而有很長(zhǎng)刀具壽命。
天然金剛石刀具刃口可以加工到極其鋒利。可用于制作眼科神經(jīng)外科手術(shù)刀；可用于加工隱形眼鏡曲面；可用于切割光導(dǎo)玻璃纖維；用于加工黃金、白金首飾花紋；*重要用途于高速超精加工有色金屬及其合金。如鋁、黃金、巴氏合金、鈹銅、紫銅等。用天然金剛石制作超精加工刀具其刀尖圓弧部分400倍顯微鏡下觀察無缺陷，用于加工鋁合金多面體反射鏡、無氧銅激光反射鏡、陀螺儀、錄像機(jī)磁鼓等。表現(xiàn)粗糙度可達(dá)到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金剛石材料韌性很差，抗彎強(qiáng)度很低，僅為(0.2-0.5)Gpa。熱穩(wěn)定性差，溫度達(dá)到700℃-800℃時(shí)就會(huì)失去硬度。溫度再高就會(huì)碳化。另外，它與鐵親力很強(qiáng)，一般不適于加工鋼鐵。2、人造單晶金剛石
人造單晶金剛石作為刀具材料，市場(chǎng)上能買到目前有戴比爾斯(DE-BEERS)生產(chǎn)工業(yè)級(jí)單晶金剛石材料。這種材料硬度略遜于天然金剛石。其它性能都與天然金剛石不相上下。由于經(jīng)過人工制造，其解理方向尺寸變得可控統(tǒng)一。隨著高溫高壓技術(shù)發(fā)展，人造單晶金剛石*大尺寸已經(jīng)可以做到8mm。由于這種材料有相對(duì)較好一致性較低價(jià)格，所以受到廣泛關(guān)注。作為替代天然金剛石新材料，人造單晶金剛石應(yīng)用將會(huì)有大發(fā)展。
3、人造聚晶金剛石
人造聚晶金剛石(PCD)高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑聚合而成多晶體材料。一般情況下制成以硬質(zhì)合金為基體整體圓形片，稱為聚晶金剛石復(fù)合片。根據(jù)金剛石基體厚度不同，復(fù)合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同規(guī)格。而聚晶金剛石厚度一般0.5mm左右。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PCD直徑已經(jīng)達(dá)到19mm，而國(guó)外如GE公司*大復(fù)合片直徑已經(jīng)做到58mm，戴比爾斯公司更達(dá)到了74mm。
根據(jù)制作刀具需要可用激光或線切割切成不同尺寸角度刀頭，制成車刀、鏜刀、銑刀等。
PCD硬度比天然金剛石低(HV6000左右)，但抗彎強(qiáng)度比天然金剛石高很多。另外，通過調(diào)整金剛石微粉粒度濃度，使PCD制品機(jī)械物理性能發(fā)生改變，以適應(yīng)不同材質(zhì)、不同加工環(huán)境需要，為刀具用戶提供了多種選擇。
PCD刀具比天然金剛石抗沖擊抗震性能高出很多。與硬質(zhì)合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性壽命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可達(dá)到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度穩(wěn)定。
PCD同天然金剛石一樣，不適合加工鋼鑄鐵。這種刀具主要用于加工有色金屬及非金屬材料，如：鋁、銅、鋅、金、銀、鉑及其合金，還有陶瓷、碳纖維、橡膠、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。
