金剛石刀具基礎知識

金剛石刀具的概況：

金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數，以及與非鐵金屬親和力小等優點?？梢杂糜诜墙饘儆泊嗖牧先缡?、高耐磨材料、復合材料、高硅鋁合金及其它韌性有色金屬材料的精密加工。金剛石刀具類型繁多，性能差異顯著，不同類型金剛石刀具的結構、制備方法和應用領域有較大區別。

金剛石刀具的類型：

1、天然金剛石Natural Diamond(ND)；
2、人造聚晶金剛石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD)；
3、人造聚晶金剛石復合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC)；化學氣相沉積涂層金剛石刀具Chemical各類金剛石刀具Vapor Deposition Diamond Coated Tools(CVD)。
4、沉積厚度達100µm的無襯底純金剛石厚膜Thick Diamond Film(CD)；
5、在刀具基體表面直接上沉積厚度小于30µm的金剛石薄膜涂層Coated Thin Diamond Film(CD)。

天然金剛石(ND)刀具分為天然金剛石拉蔓峰譜，具有以下特征：

(1)1332尖鋒處顯示存在金剛石。

(2)波型幅度(FWHM)為4.1cm-1顯示為純金剛石。ND是目前已知礦物中最硬的物質，主要用于制備刀具車刀。天然金剛石刀具精細研磨后刃口半徑可達0.01～0.002µm。其中天然單晶金剛石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位經高倍放大1500倍仍然觀察到刀刃光滑。SCD車削鋁制活塞時Ra可達到4µm，而在同樣切削條件下用PCD刀具加工時的表面粗糙時的Ra為15～50µm。故采用SCD刀具配合精密車床進行精密和超精密加工，可獲得鏡面表面。

人造聚晶金剛石復合片(PDC)刀具：

為提高PCD刀片的韌性和可焊性，常將PCD與硬質合金刀體做成人造聚晶金剛石復合刀片(PDc)。即在硬質合金基底其表面壓制一層0.5～1mm厚的PCD燒結而成。復合刀片的抗彎強度與硬質合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金剛石復合片(PDC)刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量低于ND。同時其可加工性很差，磨削比小，難以根據刀頭的幾何形狀任意成形。目前利用人造聚晶金剛石復合片只能制備車刀，至今還不能制造帶斷屑槽的可轉位刀片和復雜三維曲面幾何形狀的銑刀。

CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具：

金剛石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金剛石厚膜一次焊接至基體(通常為K類硬質合金)上，形成復合片，然后拋光復合片，二次焊接至刀體上，刃磨成需要的形狀和刃口。如圖3(a)所示，為CVD金剛石厚膜(金剛石膜厚度達30µm)，具有硬度高、耐磨損、摩擦系數小等特點，是制造切削有色金屬和非金屬材料刀具的理想材料。由于金剛石焊接過程工藝復雜，CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具尚未大批量應用。

金剛石涂層刀具：

金剛石涂層刀具是用CVD法直接在硬質合金(K類硬質合金)或陶瓷等基體上沉積一層1～25µm金剛石薄膜，無解理面各向同性。如圖3(b)。薄膜涂層刀具硬度達9800～10000HV。熱導率高，室溫下導熱系數高達2000W·m-1·K-1，而硬質合金刀具導熱系數僅為80～100m-1·K-1。CVD方法金剛石可以涂層到任何復雜形狀的刀具上，這是聚晶金剛石無法擁有的最顯著的優勢。

立方氮化硼(PCBN)刀具：

立方氮化硼(PCBN)是繼人工合成金剛石之后出現的第二種無機超硬材料,其硬度略次于金剛石,熱穩定性好,耐熱性可達到1400~1500度,比金剛石的耐熱性(700~800度)幾乎高一倍.立方氮化硼(PCBN)刀具主要適合加工各種黑色金屬及其合金材料;最適合于各種淬硬鋼(碳素工具鋼 軸承鋼 模具鋼 高速鋼)珠光體灰口鑄鐵(釩鈦鑄鐵)冷硬鑄鐵高溫合金(鎳基合金鈷基合金)及表面噴涂堆焊的加工.具有使用壽命長,減少換刀次數,補償停機所花的時間,使數控機床和自動化生產線的高效能得到更充分的發揮,可以改變傳統的機械加工方式(即淬火前用刀具粗加工和淬火后用砂輪精加工的方法),從而能在一臺數控機床進行淬火前淬火后的車削加工(以車代磨),具有很好的經濟效益.