隨著汽車慰沸、航空和航天技術(shù)的飛速發(fā)展拷拗，對(duì)材料性能及加工技術(shù)的要求日益提高。新型材料如碳纖維增強(qiáng)塑料磷像、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（PRMMC）及陶瓷材料得到廣泛應(yīng)用涩霞。這些材料具有強(qiáng)度高、耐磨性好邦匆、熱膨脹系數(shù)小等特性睦绍，這決定了對(duì)它們進(jìn)行機(jī)加工時(shí)刀具的壽命非常短。開發(fā)新型耐磨且穩(wěn)定的超硬切削刀具是許多高校涉波、科研院所和企業(yè)研究的課題英上。

　　金剛石集力學(xué)、光學(xué)啤覆、熱學(xué)苍日、聲學(xué)、光學(xué)等眾多優(yōu)異性能于一身，具有極高的硬度相恃，摩擦系數(shù)小辜纲，導(dǎo)熱性高，熱膨脹系數(shù)和化學(xué)惰性低拦耐，是制造刀具的理想材料耕腾。本文對(duì)近年來(lái)金剛石刀具制造方法的發(fā)展作一概述。

　　1．金剛石刀具的應(yīng)用范圍

　∩迸础（1）難加工有色金屬材料的加工

　　加工銅扫俺、鋅、鋁等有色金屬及其合金時(shí)火脉，材料易粘附刀具核必，加工困難。利用金剛石摩擦系數(shù)低品糯、與有色金屬親和力小的特點(diǎn)荒鳖，金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結(jié)。此外蛔交，由于金剛石彈性模量大末昂，切削時(shí)刃部變形小，對(duì)所切削的有色金屬擠壓變形小镐访，可使切削過(guò)程在小變形下完成二蚓，從而可以提高加工表面質(zhì)量。

　∠抻堋（2）難加工非金屬材料的加工

　　加工含有大量高硬度質(zhì)點(diǎn)的難加工非金屬材料停就，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料、填硅材料笆唧、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料時(shí)颈癌，材料的硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損嚴(yán)重，用硬質(zhì)合金刀具難以加工岸裙，而金剛石刀具硬度高猖败、耐磨性好，因此加工效率高降允。

　《魑拧（3）超精密加工

　　隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的問(wèn)世，機(jī)加工向高精度方向發(fā)展剧董，對(duì)刀具性能提出了相當(dāng)高的要求幢尚。由于金剛石摩擦系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)低送滞、導(dǎo)熱率高侠草，能切下極薄的切屑辱挥，切屑容易流出犁嗅，與其它物質(zhì)的親和力小边涕，不易產(chǎn)生積屑瘤，發(fā)熱量小褂微，導(dǎo)熱率高功蜓，可以避免熱量對(duì)刀刃和工件的影響，因此刀刃不易鈍化宠蚂，切削變形小丑辖，可以獲得較高質(zhì)量的表面。

　　2．金剛石刀具的制造方法

　　目前金剛石的主要加工方法有以下四種：薄膜涂層刀具夷朽、厚膜金剛石焊接刀具咏编、金剛石燒結(jié)體刀具和單晶金剛石刀具。

　　2.1 薄膜涂層刀具

　　薄膜涂層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（CVD）沉積金剛石薄膜制成的刀具熄朴。

　　由于Si3N4系陶瓷理侄、WC-Co系硬質(zhì)合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近，制膜時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力小雾鸠，因此可作為刀體的基體材料限牢。WC-Co系硬質(zhì)合金中，粘結(jié)相Co的存在易使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而降低附著強(qiáng)度纪娄，在沉積前需進(jìn)行預(yù)處理以消除Co的影響（一般通過(guò)酸腐蝕去Co）戈裳。

　　化學(xué)氣相沉積法是采用一定的方法把含有C源的氣體激活，在極低的氣體壓強(qiáng)下启毁，使碳原子在一定區(qū)域沉積下來(lái)橘蹭，碳原子在凝聚、沉積過(guò)程中形成金剛石相页衙。目前用于沉積金剛石的CVD法主要包括：微波摊滔、熱燈絲、直流電弧噴射法等拷姿。

　　金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于各種幾何形狀復(fù)雜的刀具惭载，如帶有切屑的刀片、端銑刀响巢、鉸刀及鉆頭描滔；可以用來(lái)切削許多非金屬材料，切削時(shí)切削力小踪古、變形小含长、工作平穩(wěn)、磨損慢伏穆、工件不易變形拘泞，適用于工件材質(zhì)好纷纫、公差小的精加工。主要缺點(diǎn)是金剛石薄膜與基體的粘接力較差陪腌，金剛石薄膜刀具不具有重磨性辱魁。

　　2.2 金剛石厚膜焊接刀具

　　金剛石厚膜焊接刀具的制作過(guò)程一般包括：大面積的金剛石膜的制備；將金剛石膜切成刀具需要的形狀尺寸叼稍；金剛石厚膜與刀具基體材料的焊接轨赦；金剛石厚膜刀具切削刃的研磨與拋光。（1）金剛石厚膜的制備與切割

　　常用的制備金剛石厚膜的工藝方法是直流等離子體射流CVD法闻荠。將金剛石沉積到WC-Co合金（表面進(jìn)行鏡面加工）上谈芬，在基體的冷卻過(guò)程中，金剛石膜自動(dòng)脫落藻拟。此方法沉積速度快（最高可達(dá)930μm/h）式蠢，晶格之間結(jié)合比較緊密，但是生長(zhǎng)表面比較粗糙卑聚。金剛石膜硬度高遥妒、耐磨、不導(dǎo)電決定了它的切割方法是激光切割（切割可在空氣谆藐、氧氣和氬氣的環(huán)境中進(jìn)行）圣界。采用激光切割不僅能將金剛石厚膜切割成所需要的形狀和尺寸，還可以切出刀具的后角监灌，具有切縫窄贷币、高效等優(yōu)點(diǎn)。

　】髡（1）金剛石厚膜刀具的焊接

　　金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能役纹，致使金剛石不能被一般的低熔點(diǎn)合金所浸潤(rùn)，可焊性極差暇唾。目前主要通過(guò)在銅銀合金焊料中添加強(qiáng)碳化物形成元素或通過(guò)對(duì)金剛石表面進(jìn)行金屬化處理來(lái)提高金剛石與金屬之間的可焊性促脉。

　　①活性釬料法

　　焊料一般用含Ti的銅銀合金策州，不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接瘸味。常用的釬料成分Ag=68.8wt%，Cu=26.7wt%够挂，Ti=4.5wt%旁仿，常用的制備方法是電弧熔煉法和粉末冶金法。Ti作為活性元素在焊接過(guò)程中與C反映生成TiC孽糖，可提高金剛石與焊料的潤(rùn)濕性和粘結(jié)強(qiáng)度枯冈。加熱溫度一般為850℃，保溫10分鐘办悟，緩冷以減小內(nèi)應(yīng)力尘奏。

　〈赌怼②表面金屬化后焊接

　　金剛石表面的金屬化是通過(guò)表面處理技術(shù)在金剛石表面鍍覆金屬，使其表面具有金屬或類金屬的性能瓣挂。一般是在金剛石的表面鍍Ti眨捶，Ti與C反應(yīng)生成TiC，TiC與Ag-Cu合金釬料有較好的潤(rùn)濕性和結(jié)合強(qiáng)度枪笆。目前常用的鍍鈦方法有：真空物理氣相沉積（PVD辜尝，主要包括真空蒸發(fā)鍍毫蚁、真空濺射鍍挠辆、真空離子鍍等），化學(xué)氣相鍍和粉末覆蓋燒結(jié)析深。PVD法單次鍍覆量低华雷，鍍覆過(guò)程中金剛石的溫度低于500℃，鍍層與金剛石之間是物理附著咨锐、無(wú)化學(xué)冶金持蓄。CVD法Ti與金剛石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)力冶金結(jié)合，反應(yīng)溫度高系馁，損害金剛石臂外。

　　（2）厚膜金剛石刀具的刃磨

　　金剛石厚膜刀具的加工方法有：機(jī)械磨削喇颁，熱金屬盤研磨漏健，離子束、激光束和等離子體刻蝕等橘霎。

　　2.3 金剛石燒結(jié)體刀具

　　將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工成平均粒度為32～37μm的金剛石晶聊杞或直接利用高溫高壓法制得金剛石晶粒，把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co合金上姐叁，然后用Ta箔將其隔離瓦盛，在5.5GPa、1500℃條件下燒結(jié)60分鐘外潜，制成金剛石燒結(jié)體原环，用此燒結(jié)體制成的車刀具有很高的耐磨性。

　　2.4 單晶金剛石刀具

　　單晶金剛石刀具通常是將金剛石單晶固定在小刀頭上处窥，小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上嘱吗。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有：機(jī)械加固法（將金剛石底面和加壓面磨平，用壓板加壓固定在小刀頭上）碧库；粉末冶金法（將金剛石放在合金粉末中柜与，經(jīng)加壓在真空中燒結(jié)，使金剛石固定在小刀頭上）乞哀；粘結(jié)和釬焊法（使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或其它粘結(jié)劑固定金剛石）谤变。由于金剛石與基體的熱膨脹系數(shù)相差懸殊荞谬，金剛石易松動(dòng)，脫落适系。

　　3.結(jié)語(yǔ)

　　目前在金剛石的產(chǎn)業(yè)化中還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題函待解決字拗，如高速大面積的金剛石厚膜沉積工藝、控制金剛石膜的晶界密度和缺陷密度高骑、金剛石膜的低溫生長(zhǎng)蝠盘，金剛石薄膜與基體結(jié)合力弱等。金剛石刀具優(yōu)異的性能和廣泛的發(fā)展前途吸引國(guó)內(nèi)外無(wú)數(shù)的專家進(jìn)行研究辈殃，有些已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展苔免，相信不久的將來(lái)金剛石刀具將廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代加工中。

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