【編者按】住友電工的金剛石業(yè)務(wù)已經(jīng)有40多年的歷史。通過(guò)精進(jìn)獨(dú)創(chuàng)的超高壓技術(shù)，向社會(huì)推出了立方晶氮化硼燒結(jié)體“SUMIBORON”校槐、金剛石燒結(jié)體“SUMIDIA”、合成單晶金剛石“SUMICRYSTAL”等種種產(chǎn)品泳厌。這次新開(kāi)發(fā)的是硬度比單晶金剛石更高另焕、且攻克了單晶金剛石解理斷裂之弱點(diǎn)的終極新金剛石——納米多晶金剛石“SUMIDIA BINDERLESS”。

　　住友電工致力于此項(xiàng)研發(fā)的角谷和推進(jìn)此項(xiàng)研發(fā)并將研發(fā)成果應(yīng)用于切削工具的村上和小畠分別從各自領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)角度起驱，介紹了技術(shù)人員開(kāi)拓材料新可能性的研究過(guò)程惦鄙，以及研究開(kāi)發(fā)工作中的樂(lè)趣。

　　住友電工為什么要研究金剛石喝赎？

　　住友電工開(kāi)始研究合成金剛石是1970年左右。當(dāng)時(shí)雖然已經(jīng)確立了超硬合金廠家的地位赡模，但我們關(guān)注到市場(chǎng)上對(duì)替代超硬合金的新一代刀具材質(zhì)的需求田炭，于是著手開(kāi)發(fā)金剛石、立方晶氮化硼（cBN）等新硬質(zhì)材料漓柑。制造金剛石教硫、cBN需要高超的技術(shù)，來(lái)創(chuàng)造類(lèi)似于地球內(nèi)部生成天然金剛石所需的超高壓高溫條件辆布。我們的研究就從構(gòu)筑這一技術(shù)基礎(chǔ)開(kāi)始瞬矩，其后成功將燒結(jié)金剛石和燒結(jié)cBN產(chǎn)品化，并運(yùn)用于切削工具等锋玲。我們將這一超高壓發(fā)生技術(shù)應(yīng)用于單晶金剛石合成景用，在1980年成功地合成出了約1克拉約5-6毫米的單晶金剛石，幾年后在世界上最先實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)惭蹂。1982年我們又成功地合成出了世界最大的1.2克拉的單晶金剛石伞插，并于1984年作為世界最大的合成金剛石收錄于吉尼斯世界記錄。

　　當(dāng)時(shí)盾碗，角谷正好進(jìn)入住友電工媚污，最初從事大型合成金剛石的研發(fā)工作。1990年成功地合成出了9克拉的大型單晶金剛石廷雅。但那時(shí)的合成金剛石含有雜質(zhì)（氮）皿掂，顏色是黃色的。

　　角谷接下去的工作就是開(kāi)發(fā)完全去除氮雜質(zhì)的技術(shù)唆逻。2000年前后成功地合成出了1-2克拉（直徑5-6毫米）的無(wú)色透明的高純度結(jié)晶并實(shí)用化般供，推進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量的改善和大型化，現(xiàn)在我們已能合成直徑12毫米超過(guò)10克拉的大型高純度金剛石結(jié)晶（照片）。長(zhǎng)達(dá)15年堅(jiān)持不懈的研發(fā)纠徘，終于將1克拉的黃色結(jié)晶改進(jìn)成約10克拉無(wú)色透明君博、質(zhì)量超越天然產(chǎn)品的結(jié)晶。

　　對(duì)超越單晶金剛石的材料的探索

　　成功合成出大型無(wú)色透明的高純度結(jié)晶的角谷又開(kāi)始了新的挑戰(zhàn)暴雕。單晶金剛石存在特定方向易斷裂（沿解理面斷裂※）慧贩、易磨損的特點(diǎn)，用作切削工具還存在問(wèn)題豫鞭。而已經(jīng)作為切削工具材料使用的金剛石燒結(jié)體抡悼，因結(jié)合材料的影響，在硬度和耐熱性能上比單晶金剛石差很多鬓预。

　　“若不使用結(jié)合材料篮烈，將粒子非常細(xì)小的金剛石燒結(jié)后，應(yīng)該不存在硬度和解理斷裂問(wèn)題购岗，并能保持耐熱性能”汰聋。于是，我們嘗試不使用結(jié)合材料喊积，燒結(jié)了金剛石粉末烹困，但是無(wú)法使非常硬的金剛石直接結(jié)合。而我們知道乾吻，向石墨等非金剛石碳施加十幾GPa髓梅、二千幾百℃以上的超超高壓高溫的話，能直接將石墨轉(zhuǎn)換為金剛石绎签】荻觯“利用這種直接轉(zhuǎn)換，瞬間燒結(jié)的話诡必，是否能獲得粒子間無(wú)間隙奢方，牢固結(jié)合的多晶金剛石呢…”，于是角谷投入于這一工藝的開(kāi)發(fā)爸舒。公司已有的技術(shù)還無(wú)法做到穩(wěn)定地產(chǎn)生這種超超高壓的狀態(tài)袱巨，需要引進(jìn)一種叫多級(jí)式多頂砧的超超高壓設(shè)備，但由于此款設(shè)備非生產(chǎn)性設(shè)備逊床，所以遭到了公司內(nèi)部的強(qiáng)烈反對(duì)遥喘。

　　于是，角谷開(kāi)始與研究地球內(nèi)部超高壓高溫狀態(tài)下的地幔狀態(tài)和礦物的愛(ài)媛大學(xué)開(kāi)展了共同研究蚪库，研制出了試樣尺寸1毫米左右纯殖、較小的高純度多晶金剛石，帶回公司研究后發(fā)現(xiàn)這種高純度多晶金剛石由數(shù)十納米級(jí)的非常微小的金剛石粒子緊密牢固結(jié)合而成人杜，其硬度超過(guò)單晶金剛石动荚。借此坷疙，角谷與愛(ài)媛大學(xué)共同發(fā)表了關(guān)于納米多晶金剛石（以下簡(jiǎn)稱(chēng)NPD）的論文，被多家報(bào)紙登載悉通，引起了極大的反響涕肪。

　　※解理斷裂：?jiǎn)尉咸赜械慕Y(jié)晶沿一定方向（沿解理面）斷裂

　　世界首創(chuàng) 優(yōu)于金剛石的新金剛石

　　2005年成功合成出了直徑1厘米的NPD后，同年11月被NEDO※批準(zhǔn)為實(shí)用化扶助項(xiàng)目滤填，借此終于在公司內(nèi)被認(rèn)定為正式的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目锌烫，加快了事業(yè)化發(fā)展。

　　要將NPD實(shí)用化认扼，必須有加大試樣尺寸啸盏，穩(wěn)定產(chǎn)生大容量的超超高壓高溫的量產(chǎn)化技術(shù)。另外骑祟，其作為刀具材料的實(shí)用性能尚不充分回懦，材質(zhì)的穩(wěn)定化也是一個(gè)較大的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)成員們將力量?jī)A注在用多級(jí)式多頂砧使合成試樣大型化及開(kāi)發(fā)能以工業(yè)水準(zhǔn)進(jìn)行量產(chǎn)的技術(shù)上次企。在單晶金剛石開(kāi)發(fā)中積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)起到了作用怯晕。此外，還開(kāi)發(fā)了通過(guò)改良起始原料缸棵、優(yōu)化合成條件和控制微小組織提高特性和穩(wěn)定性的技術(shù)舟茶，在世界上率先成功開(kāi)始了可以用作切削工具的NPD的工業(yè)生產(chǎn)。至此蛉谜，硬度比單晶金剛石更高稚晚，且攻克了解理斷裂的難題和不抗熱這一傳統(tǒng)燒結(jié)金剛石的弱點(diǎn)崇堵，一款劃時(shí)代的新金剛石——NPD（照片）問(wèn)世了型诚。

　　※NEDO：新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)

　　將納米多晶金剛石應(yīng)用于切削工具

　　在推進(jìn)研發(fā)工作的同時(shí)，角谷向開(kāi)發(fā)制作金剛石切削工具的小畠他們提議是否能將NPD用作精密加工用工具材料鸳劳。

　　“作為材料啊狰贯，挺有趣嘛…”，小畠他們的第一反應(yīng)并不很起勁念澜。因?yàn)槟菚r(shí)NPD的材料形狀和顏色都不均勻吼闽，用于切削加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)被加工材料造成部分損傷等問(wèn)題。而且其非常硬禾样、耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)反過(guò)來(lái)也使其難以加工成刀刃的形狀驱香，要將其應(yīng)用于切削工具還存在很多有待解決的問(wèn)題。

　　“我們想把納米多晶金剛石制作成工具怨瑰！”

　　另一方面示奉，通過(guò)角谷在報(bào)紙和學(xué)會(huì)上發(fā)表的論文而得知NPD的客戶(hù)就新材料提出了不少咨詢(xún)，“我們很想評(píng)估一下惨琼，希望能將NPD制作成切削工具”皇铝，在客戶(hù)的強(qiáng)烈要求下页函，“即便要花費(fèi)很大的工夫，也要嘗試制作一下刀具產(chǎn)品”锡胡，小畠和村上等員工開(kāi)始了試制工作庭四。

　　對(duì)NPD實(shí)際進(jìn)行加工后發(fā)現(xiàn)比想像的更困難。單晶的話绘雁，方向不同強(qiáng)度和硬度也不同橡疼，因此可以在柔軟部位進(jìn)行加工，但NPD所有面都很硬咧七，用傳統(tǒng)的加工方法無(wú)論如何都既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工衰齐。村上說(shuō)“后來(lái)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員集思廣益下功夫，終于確立了新的加工技術(shù)”继阻。

　　“這種材料好棒俺芴巍！”瘟檩，歷盡艱難制作出的切削工具的試用結(jié)果不負(fù)眾望抹缕，贏得了客戶(hù)的高度好評(píng)。由此正式開(kāi)始開(kāi)發(fā)NPD的切削工具墨辛，2012年1月終于開(kāi)始發(fā)售用NPD“SUMIDIA BINDERLESS”做刀頭材料的精細(xì)加工用圓頭槽銑刀卓研、超精密切削工具。

　　在超硬合金加工行業(yè)掀起一場(chǎng)革命

　　最近睹簇，工業(yè)產(chǎn)品不斷向精細(xì)化奏赘、精密化發(fā)展，增加了很多難以切削的高硬度材料太惠。采用NPD的刀具能將不可能變?yōu)榭赡芘ヒ１热纾瑐鹘y(tǒng)的單晶金剛石容易出現(xiàn)刀頭缺損逼读，而燒結(jié)金剛石的刀頭精度低尺果，且磨損快，在超硬合金加工的精度和壽命上都存在問(wèn)題青先。而能形成鋒利的刀頭捌秩、耐缺損性和耐磨性都非常出色的NPD切削工具能使從直雕到鏡面加工等超精密加工成為可能。

　　今后還將繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)

　　目前是用于模具加工等特殊用途委鸯，將來(lái)想用于更多的領(lǐng)域脓大。為此不僅在材料方面，還需要開(kāi)發(fā)加工技術(shù)菲国。角谷等員工今后在開(kāi)發(fā)新加工技術(shù)的同時(shí)过桌，還將充分使用NPD開(kāi)發(fā)刀具產(chǎn)品，努力擴(kuò)大產(chǎn)品的選擇性峻维，從而擴(kuò)大適用范圍艺挽。

　　“SUMIDIA”“SUMIBORON”“SUMICRYSTAL”是住友電氣工業(yè)株式會(huì)社的注冊(cè)商標(biāo)嚎论。

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