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金刚石与超硬材料应用的发展


       上海江信超硬材料有限公司为台湾江信旗下驻大陆公司总部,台湾江信有限公司是一家专业研发制造高档金刚石及金刚石磨料的企业,企业FACT品牌已成为台湾金刚石微粉知名品牌。上海江信为国内首家研发生产高档金刚石磨料的公司,拥有多项自主产权的金刚石技术专利,公司产品有金刚石微粉、金刚石整形料、破碎料、CBN微粉、RVD、镀附产品等。公司见证了金刚石及超硬材料的发展,具体介绍将从天然单晶金刚石开始。-金刚石
 
      天然单晶金刚石:在当前的超精密加工中,天然单晶金刚石的切削工具已是必不可少。它可获得极为锋利的切削刃,其刃口圆弧半径可以达到连扫描电子显微镜(SEM)也无法检测的程度。据日本大阪大学井川直哉教授介绍,最小可达2~4nm,这是当前的最高水平,是通过切削获得的厚为1nm的切屑推算出来的。1986年日本专门成立了一个金刚石刀尖评价委员会,来解决刀尖的测量问题,直至今天仍然没有很好解决,只是从0.05um提高到2~4nm。1992年东芝机械的浅井昭一也曾提出过利用扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微镜(AFM)进行检测的建议,但是并没有再报道过,我国华中理工大学精仪系在1996年报道了用AFM取得了进展,这是可喜的成就。金刚石切削工具的刃磨,虽已有不小的成就。但仍然是以经验为主,依旧是一个有待解决的课题。金刚石切削工具的几何参数也许是实践不足,所以迄今还有待探索。一般其前角为0°,后角为5~6°,其端部有两种,一是圆弧,另一为直°线,后者有时称为修光刃,其长度根据被加工材料来选择。圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单,而平刃的调整相对而言是很费时的。如果应用在高精度的曲面加工中,圆弧的刃磨要求就很严格,它精度的优劣会复印在曲面上。据资料表明,日本大阪金刚石制作所在数年前就能达到R±0.05um,英国则更高,达R±0.02um。-金刚石微粉

       金刚石烧结体: PCD的出现,在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较,价格便宜,且刃磨远比天然金刚石方便,所以其应用、推广特别迅速。在大量涌现的新材料中,大部分都是难加工材料,如高硅铝合金,汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般,含硅量低于10%的铝合金,用硬质合金切削工具即可,但含硅量超过10%,就只能借助PCD。当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上,有的已达18%以上,所以非PCD莫属。但是,由于PCD的种类很多,有合理选择的必要。其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此,在应用中也必须根据被加工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。由于其具有各向同性,耐磨性比较好,加工成拔丝模甚至优于天然单晶金刚石。 PCD在国内外的生产已十分普及,但是质量有较大的差异,因此在价格上出入很大。国内曾用美国超细粒度的GE公司的刀片,在PneumoPreci~sion的SMG325超精密机床上做了切削试验,曾达到接近镜面的表面粗糙度。-原生料

       立方氮化硼烧结体:PCBN是CBN颗粒与结合剂一起烧结而成,耐高温,硬度仅次于金刚石,与黑色金属无亲和力。从发展的角度来看,许多新材料需用PCBN来加工。比如汽车变速箱的齿轮采用了PCBN的齿轮滚刀,不仅获得高生产率,且明显的提高了质量,加工面甚至变成了镜面。据资料表明,PCBN滚切过的齿轮表面由于硼的渗入,硬度也变高。这是哈工大的实验所证实的。由于PCBN耐高温,在大气和水蒸气中,在900℃以下无任何变化且稳定,甚至在1300℃时,和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应,更不会像金刚石那样急剧磨损,这时它仍能保持硬质合金的硬度,因此,它不仅能切削淬火过的钢零件或冷硬铸铁,而且能被广泛应用于高速或超高速的切削工作上。金刚石微粉

       超硬材料涂层切削工具:CVD、PVD等技术的出现,是切削工具领域中的一次重大的革命。它的出现立即引起了机械制造域的巨大反响,理想的切削工具应当是既有硬的表面,又有高的韧性,涂层技术便达到了这个目标。最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质,如TiN、TiC、Al23O等,近年来,涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用,许多产品相继出现在市场上,但国内尚处在实验阶段,预计也会很快突破,超硬材料涂层的发展,使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高,面对当前大量涌现的难加工材料,这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能力,前景相当喜人。-金刚石微粉

       超硬材料涂层的种类共有三大类,即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的,和PCD与PCBN相比,因不含结合剂,所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。-电镀用金刚石微粉

 

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