金刚石等超硬材料的特性与作用

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。