超硬刀具的超硬刀具材料的制造方法

超硬刀具的超硬刀具材料的应用范围~

立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性，对铁族元素呈惰性，故最适合制作切削下列材料的刀具：切削各种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等；切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。金刚石具有更高的硬度及其他优异性能用，它所制作的刀具，应用范围更为广泛，可以加工各种难加工材料、非难加工材料；对有色金属，主要对铜、铝及其合金，进行超精密切削加工；因为金刚石刀具，尤其是天然金刚石刀具，其切削刃可以磨得十分锋利，可以研磨出纳米级的钝圆半径；切削纯钨、纯钼；切削工程陶瓷、硬质合金、工业玻璃；切削石墨、各种塑料；切削各种复合材料，包括金属基与非金属基的、纤维加强和颗粒加强的；用于牙科、骨科所用的各种医疗器械工具；用于各种木材加工刀具和石材加工工具；……金刚石和立方氮化硼单晶粉大量用于制作磨料、磨具、磨膏、砂布、砂纸。金刚石还大量用于制作拉丝模、砂轮修正器和石油、地矿部门的钻探钻头。还用于各种耐磨件。大部分能用金刚石刀具切削的难加工材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，立方氮化硼刀具也能胜任，但一般立方氮化硼刀具的使用寿命低于金刚石刀具。而金刚石刀具不能加工铁基材料。超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。

时间 超硬材料 公司 方法 指标 用途1955 人造金刚石 GE 高温高压 磨料1957 立方氮化硼 GE 高温高压 磨料1977 PCD，PCBN GE 高温高压 刀具1995 人造单晶金刚石 5MM 刀具人造单晶CBN 刀具类金刚石膜 刀具金刚石薄膜 CVD 刀具金刚石厚膜 CVD 2.3MM 刀具

人造超硬刀具材料的制造方法很多，这里主要介绍热压法和气相沉积法。
热压法制造金刚石和立方氮化硼所用的设备是六面顶或两面顶的液压机。压制单晶超硬材料．需将原料置于叶蜡石的腔体中。压制PCD单晶粉的原料是石墨片，石墨片与触媒剂Ni-Mn片层叠置于腔体中；压制PCD聚晶片的原料是PCD单晶粉，加入结合剂Ni、Si、Co等；压制CBN单晶粉的原料为六方氮化硼(HBN)粉；压制PCBN聚晶片的原料为CBN单晶粉，同时需分别置人触媒剂与结合剂。热压工艺示意图见图1、图2。其压力、温度及加压时间均列于图中。
加压过程中的压力与升压、终压有所不同，叶蜡石腔体中的压力与顶锤部的压力也不一样，图1、图2所示的压力是指顶锤部的压力。温度是腔温。时间是加热时间、保温时间与降温时间等过程的总和，对于各种压机，这些参数将有所不同，本文给出的数据只是一个大概的数字。 类似热压法制造PCD，还有“爆炸法”，在容器中利用炸药爆炸产生高温高压，而使石墨转化为金刚石。爆炸法的工艺和产品质量均不易控制，故很少正式使用。
CVD法是一种气相沉积法。属于这种工作原理在非金刚石基底上沉积金刚石的方法很多，如“热丝法CVD法”、“电子增强CVD法”、“微波PCVD法”、“射频PCVD法”、“直流PCVD法”、“直流电弧PCVD法”、“直流等离子体喷射CVD法”、“电子回旋共振PCVD法”、“火焰燃烧法”、“准分子激光CVD法”等。“热丝CVD法”最为常用。
图3为热丝CVD金刚石厚膜生长沉积技术原理示意图。原料为乙醇(酒精)、氢气和甲烷，热丝为Ta丝或W丝。加热到2000～2500℃高温的热丝及在热丝和基体间施加电压而形成的等离子体，使氢分子与含碳气体分子离解，形成原子态氢和能够形成SP3键的碳氢基团。该基团在有原子氢的作用下在适当温度的基体表面经历吸附的化学过程，去氢而形成金刚石的碳结构。控制热丝的温度及施加电压和电流密度，特别是气体的组成、生长容器的压力和基体温度，即能有效地控制膜生长的速率和成膜质量。
在基体(衬底)上成厚膜后，需使膜与基体分离，并切割成一定形状的小块，再将小块钎焊在硬质合金上形成复合刀片或刀具，如图4所示。
若制造CVD薄膜金刚石刀具，则在刀具直接沉积金刚石薄膜即可，膜厚仅为10μm左右。而厚膜的厚度能达0.5～0.6mm以上。

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包伟消栓： 超硬刀具材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN(立方氮化硼).由于天然金刚石价格比较昂贵,所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN),以及它们的复合材料.

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