超硬刀具材料的性能

　　金剛石硬度和耐磨性極高螺啤，其顯微硬度可達(dá)10000HV吧玉，是刀具材料中最硬的材料锡胡。金剛石的摩擦系數(shù)小庭四，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出绘雁，熱導(dǎo)率高橡疼，切削時不易產(chǎn)生積屑瘤，加工表面質(zhì)量好庐舟。能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料欣除，如銅、鋁等有色金屬及其合金挪略、陶瓷历帚、未燒結(jié)的硬質(zhì)合金、各種纖維和顆粒加強(qiáng)的復(fù)合材料杠娱、塑料挽牢、橡膠、石墨摊求、玻璃和各種耐磨的木材(尤其是實(shí)心木和膠合板等復(fù)合材料)禽拔。
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　　金剛石的缺點(diǎn)是韌性差，熱穩(wěn)定性低睹簇。700℃～800℃時易碳化奏赘，故不適合加工鋼鐵材料。因?yàn)樵诟邷叵绿荩F原子易與碳原子作用而使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)钮药。此外，用它來加工鎳基合金逼读，刀具會迅速磨損尺果。

　　立方氮化硼(CBN)的硬度僅次于金剛石，硬度可達(dá)8000HV～9000HV青先，并且熱穩(wěn)定性高(達(dá)1250℃～1350℃)捌秩，對鐵族元素化學(xué)惰性大九站，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，而且用金剛石砂輪即可磨削開刃脓大，所以適合于加工各種淬硬鋼屋骇、熱噴涂材料、冷硬鑄鐵和硬度為35HRC以上的鈷基和鎳基難加工材料过桌。

超硬刀具材料發(fā)展現(xiàn)狀

　　由于天然金剛石價格昂貴殷彰，所以在生產(chǎn)中多數(shù)采用人造聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)以及它們的復(fù)合材料诚摹。

　　美國在五十年代就利用人造金剛石微粉和人造立方氮化硼(CBN)微粉在高溫高壓哺肘、觸媒和結(jié)合劑的作用下燒結(jié)成尺寸較大的聚晶塊作為刀具材料。而后渗稍，南非De Beers公司佩迟、前蘇聯(lián)和日本也相繼研制成功。七十年代初竿屹，又推出了金剛石或CBN和硬質(zhì)合金的復(fù)合片报强，它們是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)或壓制一層0.5mm～1mm的PCD或PCBN而成，從而解決了超硬刀具材料抗彎強(qiáng)度低羔沙、釬焊困難等問題躺涝，使超硬刀具的應(yīng)用進(jìn)入實(shí)用階段。目前扼雏，又出現(xiàn)了人工合成大單晶金剛石(SCD)坚嗜，以及用CVD法制出的金剛石薄膜涂層和金剛石厚膜等功能性材料，極大地拓寬了超硬刀具材料的應(yīng)用領(lǐng)域诗充。
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　　我國超硬刀具材料的研究與應(yīng)用始于七十年代苍蔬，從1970～1990年，超硬材料年產(chǎn)量從46萬克拉增至3500萬克拉蝴蜓。九十年代前后碟绑，很多超硬材料專業(yè)生產(chǎn)廠家從國外引進(jìn)了成套的超硬材料合成設(shè)備及技術(shù)生產(chǎn)人造金剛石，使其產(chǎn)量猛增榛舍。據(jù)統(tǒng)計溃杖，1997年，我國人造金剛石的年產(chǎn)量達(dá)5億克拉耽慌，立方氮化硼的年產(chǎn)量為800萬克拉卢圈。1999年，人造金剛石年產(chǎn)量達(dá)7.5億克拉辅任，至2000年猛增至12億克拉借衅，成為世界超硬材料生產(chǎn)大國。

超硬刀具材料發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景

　　目前立漏，單晶的人造超硬刀具材料正向粗顆粒鹊属、高強(qiáng)度冶媚、多功能方向發(fā)展。美國GE公司現(xiàn)可生產(chǎn)6克拉重的人造金剛石(約10mm)危劫，最大顆粒重量1114克拉彭旬。聚晶金剛石(PCD)則向大直徑、細(xì)顆粒容诬、抗沖擊力強(qiáng)围辙、高熱穩(wěn)定性方向發(fā)展。目前生產(chǎn)的最大直徑已達(dá)74mm放案，可用激光切割成所需的任何形狀。PCD顆粒的商品尺寸為2～25μm矫俺；顆粒越細(xì)吱殉，切削刃的質(zhì)量越好；顆粒越大厘托，刀具使用壽命越長友雳。De Beers公司生產(chǎn)的PCBN產(chǎn)品，最大直徑為101.6mm铅匹，可加工硬度為70HRC的高硬度材料押赊。美國研制出一種在PCD和PCBN刀片外表面上用CVD法沉積一層鎳、銅包斑、鈦流礁、鈷、鉻罗丰、鉭的混合物神帅，以及TiN或TiC的防護(hù)涂層，其耐磨性比普通PCD和PCBN刀片高4倍腊囤。

　　CVD金剛石薄膜和厚膜是近年來新研制開發(fā)的功能性材料几菲，至今尚未形成生產(chǎn)規(guī)模。但因其性能優(yōu)良韭展，所以有廣泛的用途杉唇。

　　天然和人工合成的單晶金剛石以及PCD和TED之間存在著相互交叉的應(yīng)用領(lǐng)域，它們在一定程度上能相互補(bǔ)充酬裆，應(yīng)根據(jù)不同的具體情況辟侠，特別是性能價格比加以選用。預(yù)計在新世紀(jì)牡增，超硬刀具材料CBN和金剛石將得到更多的應(yīng)用旱樊，雖將可能開發(fā)出性能更為優(yōu)異的新的超硬刀具材料。據(jù)報道柑耙，Lellond公司開發(fā)了一種由陶瓷+CBN的超硬復(fù)合材料述茂，具有陶瓷和CBN兩種材料的優(yōu)點(diǎn)搂瓣，是高速加工高硬耐磨鑄鐵的理想材料；又開發(fā)了用石墨原料合成的金剛石聚晶體雇寇；目前開發(fā)的C12氢拥、C13和C60金剛石材料的硬度更高。幾年前锨侯，武漢大學(xué)研制出一種C3N4/TiN薄膜嫩海，將其涂覆在高速鋼鉆頭上，可使鉆頭壽命大大提高囚痴。

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