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金剛石刀具

天然金剛石(ND)刀具:
        天然金剛石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刀具切削刃部位經高倍放大1500倍任然觀察到刀刃光滑。天然單晶金剛石車削鋁制活塞時Ra為15a~50μm。采用天然單晶金剛石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。
聚晶金剛石(PCD)刀具
PCD是高溫超高壓條件下通過鈷等金屬結合劑將金剛石微粉聚集燒結合成的多晶體材料,又稱燒結金剛石。聚晶金剛石刀具整體燒結成銑刀,用于銑削加工,PCD晶粒呈無序排列狀態,屬各向同性,硬度均勻,石墨化溫度為550℃。刀具具有高硬度,高導熱性、低熱脹系數、高彈性模量和低摩擦系數。刀刃非常鋒利等特點。

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(PCD)。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。復合刀片的抗彎硬度與硬質合金基本一致,硬度接近PCD,故可以替代PCD使用。
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,二次焊接至導體上,刃磨成需要的形狀和刃口。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。
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)或陶瓷等基體上層積一層1~25μm金剛石薄膜,無解理面各向同性。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?k,而硬質合金刀具導熱系數僅為80~100W/m?k。CVD方法金剛石可以涂層刀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。
由以上幾種金剛石刀具不難看出

        優點:金剛石刀具的彈性模量大,斷裂強度高(比氧化鋁高3倍),切削刃鈍圓半徑值可以磨得很小,不易斷裂,能長期保持切削刃的鋒利程度;金剛石刀具的熱膨脹系數小,熱變形小。
        缺點:PCD及人造聚晶金剛石復合片(PCD)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型。因此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曲面幾何形狀銑刀。又由于金剛石焊接過程工藝復雜,CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具也尚未大批量應用。此外,金剛石不是碳的穩定狀態,遇熱易氧化和石墨化,開始氧化的溫度為900-1000K,開始石墨化的溫度為1800K,故用金剛石刀具進行切削時須對切削區進行強制風冷或進行酒精噴霧冷卻務實刀尖溫度降至650℃以下。同時,由于金剛石是由碳原子組成的,它與鐵族元素的親和力大,故不能用金剛石刀具切削鋼鐵材料。

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