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五金知識(shí):金剛石刀具材料解析

發(fā)布時(shí)間:2020-12-03 次瀏覽

可以制成切削刀具金剛石材料有單晶金剛石、人造單晶金剛石、化學(xué)氣相沉積法(CVD)金剛石厚膜、人造聚晶金剛石復(fù)合片等。


1、單晶金剛石

單晶金剛石一種各向異性單晶體。硬度達(dá)HV9000-10000,自然界最硬物質(zhì)。這種材料耐磨性好,制成刀具切削可長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定,故而有很長(zhǎng)刀具壽命。

金剛石刀具刃口可以加工到極其鋒利。可用于制作眼科神經(jīng)外科手術(shù)刀;可用于加工隱形眼鏡曲面;可用于切割光導(dǎo)玻璃纖維;用于加工黃金、白金首飾花紋;重要用途于高速超精加工有色金屬及其合金。如鋁、黃金、巴氏合金、鈹銅、紫銅等。用金剛石制作超精加工刀具其刀尖圓弧部分400倍顯微鏡下觀察無(wú)缺陷,用于加工鋁合金多面體反射鏡、無(wú)氧銅激光反射鏡、陀螺儀、錄像機(jī)磁鼓等。表現(xiàn)粗糙度可達(dá)到Ra(0.01-0.025)μm。

金剛石材料韌性很差,抗彎強(qiáng)度很低,僅為(0.2-0.5)Gpa。熱穩(wěn)定性差,溫度達(dá)到700℃-800℃時(shí)就會(huì)失去硬度。溫度再高就會(huì)碳化。另外,它與鐵親力很強(qiáng),一般不適于加工鋼鐵。


2、人造單晶金剛石

人造單晶金剛石作為刀具材料,市場(chǎng)上能買到目前有戴比爾斯(DE-BEERS)生產(chǎn)工業(yè)級(jí)單晶金剛石材料。這種材料硬度略遜于金剛石。其它性能都與金剛石不相上下。由于經(jīng)過(guò)人工制造,其解理方向尺寸變得可控統(tǒng)一。隨著高溫高壓技術(shù)發(fā)展,人造單晶金剛石尺寸已經(jīng)可以做到8mm。由于這種材料有相對(duì)較好一致性較低價(jià)格,所以受到廣泛關(guān)注。作為替代金剛石新材料,人造單晶金剛石應(yīng)用將會(huì)有大發(fā)展。


3、人造聚晶金剛石

人造聚晶金剛石(PCD)高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑聚合而成多晶體材料。一般情況下制成以硬質(zhì)合金為基體整體圓形片,稱為聚晶金剛石復(fù)合片。根據(jù)金剛石基體厚度不同,復(fù)合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同規(guī)格。而聚晶金剛石厚度一般0.5mm左右。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PCD直徑已經(jīng)達(dá)到19mm,而國(guó)外如GE公司復(fù)合片直徑已經(jīng)做到58mm,戴比爾斯公司更達(dá)到了74mm。


根據(jù)制作刀具需要可用激光或線切割切成不同尺寸角度刀頭,制成車刀、鏜刀、銑刀等。


PCD硬度比金剛石低(HV6000左右),但抗彎強(qiáng)度比金剛石高很多。另外,通過(guò)調(diào)整金剛石微粉粒度濃度,使PCD制品機(jī)械物理性能發(fā)生改變,以適應(yīng)不同材質(zhì)、不同加工環(huán)境需要,為刀具用戶提供了多種選擇。


PCD刀具比金剛石抗沖擊抗震性能高出很多。與硬質(zhì)合金相比,硬度高出3-4倍;耐磨性壽命高50-100倍;切削速度可提高5-20倍;粗糙度可達(dá)到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度穩(wěn)定。


PCD同金剛石一樣,不適合加工鋼鑄鐵。這種刀具主要用于加工有色金屬及非金屬材料,如:鋁、銅、鋅、金、銀、鉑及其合金,還有陶瓷、碳纖維、橡膠、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。


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