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金刚石等超硬材料的特性与作用

信息来源:eooaoo.com  时间:2013-04-24  浏览次数:1988

在所有的材料类别中,天然单晶金刚石是世界上最硬的物质,所以作为磨料和切削工具,其性能是无与伦比的,以金刚石车刀为例,其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜,SEM,也无法检测,直到现在还没有一种材料能取而代之,利用它来切削加工,往往可以直接获得镜面,当前被广泛地应用于仪表、电子、光学等领域,成为不可缺少的切削工具的材料,但是因成本昂贵,刃磨需要高超的技艺,所以一直妨碍其广泛的应用。
  超硬材料由于性能优越,应用不断地在扩大,已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域。
  天然单晶金刚石,由于具有各向异性,因此各晶面的硬度相差甚大,在刀具刃磨时,择其软的一面作为研磨面,而将其硬的面作为前刀面或后刀面,这给研磨带来了有利的条件,因其各向异性,所以在使用中,必须考虑到晶面的合理选择,例如,硬度计的压砧,在使用中,利用压入或弹跳来衡量被测材料的硬度,但由于工作面的硬度不同,结果也各异,当然采用硬的面,有利于延长寿命,又如天然金刚石制造的拔丝模,由于孔的工作面由各晶面构成,因此硬度不一致,磨损便不均匀,同时会给线材的圆截面造成应力差异,硬度不匀,而影响使用,金刚石烧结体和厚膜金刚石,由于各向同性,在这类产品sample/上运用就变得非常有利。
  PCD、PCBN,因其晶粒不同,浓度不同,性能也就不同,必须合理选择。厚膜金刚石是纯金刚石,其硬度接近天然金刚石,而PCD、PCDN是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成,因此硬度受到结合剂的影响,其硬度不如前者。
  众所周知,金刚石与铁系有亲和力,只能用在有色金属和非金属材料上,而CBN即使在1000℃的高温下,切削黑色金属也完全能胜任。已成为未来难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刚石、人造CBN。这两种材料的同时存在,起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工,对整个切削加工领域极为有利。
  金刚石切削工具的高精度刃磨需要高超的技艺,为了获得更高精度的切削刃口圆弧半径,特别是精度小于0.05um以下的,对研磨机提出了相当严格的要求,必须有极高回转精度的主轴轴系,老式研磨机已不适应,更多的开始采用空气轴承作为支承,研磨盘必须能在机床上加以修平,使其端面跳动控制在0.5um以下。PCD和PCBN的刃磨相对而言比较容易,因为硬度相对比较低,用金刚石砂轮就能胜任,而厚膜金刚石则不同,其硬度接近天然金刚石,并且是各向同性的,所以刃磨比较困难。
  也是在最近几年,金刚石切削工具的刃磨已引起人们的关切,新的刃磨方案相继提出,其中热化学方法介绍颇多,如日本东京工业大学吉川昌范教授用加热到800℃的铸铁盘来实施。在加速研磨的设想方面认为,研磨工作量的70%在粗研,所以可以用热化学方法先去除大部分的留量,然后再精研,可大幅度提高金刚石刃磨的工效。
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