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金剛石、超硬材料的特性與作用

發布時間:2021-06-11 08:33:16瀏覽次數:53

天然單晶金剛石是世界上最硬的物質,所以作為磨料和切削工具,其性能是無與倫比的,以金剛石車刀為例,其刃口圓弧半徑可以刃磨到連掃描電子顯微鏡,SEM,也無法檢測,直到現在還沒有一種材料能取而代之,利用它來切削加工,往往可以直接獲得鏡面,當前被廣泛地應用于儀表、電子、光學等領域,成為不可缺少的切削工具的材料,但是因成本昂貴,刃磨需要高超的技藝,所以一直妨礙其廣泛的應用。
 
    超硬材料由于性能優越,應用不斷地在擴大,已從金屬加工發展到了光學玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等傳統加工難進行的領域。
 
    天然單晶金剛石,由于具有各向異性,因此各晶面的硬度相差甚大,在刀具刃磨時,擇其軟的一面作為研磨面,而將其硬的面作為前刀面或后刀面,這給研磨帶來了有利的條件,因其各向異性,所以在使用中,必須考慮到晶面的合理選擇,例如,硬度計的壓砧,在使用中,利用壓入或彈跳來衡量被測材料的硬度,但由于工作面的硬度不同,結果也各異,當然采用硬的面,有利于延長壽命,又如天然金剛石制造的拔絲模,由于孔的工作面由各晶面構成,因此硬度不一致,磨損便不均勻,同時會給線材的圓截面造成應力差異,硬度不勻,而影響使用,金剛石燒結體和厚膜金剛石,由于各向同性,在這類產品sample/上運用就變得非常有利。
 
    PCD、PCBN,因其晶粒不同,濃度不同,性能也就不同,必須合理選擇。厚膜金剛石是純金剛石,其硬度接近天然金剛石,而PCD、PCDN是金剛石粉與結合劑混合在一起燒結而成,因此硬度受到結合劑的影響,其硬度不如前者。
 
    眾所周知,金剛石與鐵系有親和力,只能用在有色金屬和非金屬材料上,而CBN即使在1000℃的高溫下,切削黑色金屬也完全能勝任。已成為未來難加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金剛石、人造CBN。這兩種材料的同時存在,起到了互補的作用、可以覆蓋當前與今后發展的各種新型材料的加工,對整個切削加工領域極為有利。
 
    金剛石切削工具的高精度刃磨需要高超的技藝,為了獲得更高精度的切削刃口圓弧半徑,特別是精度小于0.05um以下的,對研磨機提出了相當嚴格的要求,必須有極高回轉精度的主軸軸系,老式研磨機已不適應,更多的開始采用空氣軸承作為支承,研磨盤必須能在機床上加以修平,使其端面跳動控制在0.5um以下。PCD和PCBN的刃磨相對而言比較容易,因為硬度相對比較低,用金剛石砂輪就能勝任,而厚膜金剛石則不同,其硬度接近天然金剛石,并且是各向同性的,所以刃磨比較困難。
 
    近來,金剛石切削工具的刃磨已引起人們的關切,新的刃磨方案相繼提出,其中熱化學方法介紹頗多,如日本東京工業大學吉川昌范教授用加熱到800℃的鑄鐵盤來實施。在加速研磨的設想方面認為,研磨工作量的70%在粗研,所以可以用熱化學方法先去除大部分的留量,然后再精研,可大幅度提高金剛石刃磨的工效。

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