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金剛石、超硬材料的特性與作用
發(fā)布時間：2018-04-26
        天然單晶金剛石是世界上最硬的物質(zhì)，所以作為磨料和切削工具，其性能是無與倫比的，以金剛石車刀為例，其刃口圓弧半徑可以刃磨到連掃描電子顯微鏡，SEM，也無法檢測，直到現(xiàn)在還沒有一種材料能取而代之，利用它來切削加工，往往可以直接獲得鏡面，當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用于儀表、電子、光學(xué)等領(lǐng)域，成為不可缺少的切削工具的材料，但是因成本昂貴，刃磨需要高超的技藝，所以一直妨礙其廣泛的應(yīng)用。
  超硬材料由于性能優(yōu)越，應(yīng)用不斷地在擴(kuò)大，已從金屬加工發(fā)展到了光學(xué)玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等傳統(tǒng)加工難進(jìn)行的領(lǐng)域。
  天然單晶金剛石，由于具有各向異性，因此各晶面的硬度相差甚大，在刀具刃磨時，擇其軟的一面作為研磨面，而將其硬的面作為前刀面或后刀面，這給研磨帶來了有利的條件，因其各向異性，所以在使用中，必須考慮到晶面的合理選擇，例如，硬度計的壓砧，在使用中，利用壓入或彈跳來衡量被測材料的硬度，但由于工作面的硬度不同，結(jié)果也各異，當(dāng)然采用硬的面，有利于延長壽命，又如天然金剛石制造的拔絲模，由于孔的工作面由各晶面構(gòu)成，因此硬度不一致，磨損便不均勻，同時會給線材的圓截面造成應(yīng)力差異，硬度不勻，而影響使用，金剛石燒結(jié)體和厚膜金剛石，由于各向同性，在這類產(chǎn)品sample/上運(yùn)用就變得非常有利。
  PCD、PCBN,因其晶粒不同，濃度不同，性能也就不同，必須合理選擇。厚膜金剛石是純金剛石，其硬度接近天然金剛石，而PCD、PCDN是金剛石粉與結(jié)合劑混合在一起燒結(jié)而成，因此硬度受到結(jié)合劑的影響，其硬度不如前者。
  眾所周知，金剛石與鐵系有親和力，只能用在有色金屬和非金屬材料上，而CBN即使在1000℃的高溫下，切削黑色金屬也完全能勝任。已成為未來難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剛石、人造CBN。這兩種材料的同時存在，起到了互補(bǔ)的作用、可以覆蓋當(dāng)前與今后發(fā)展的各種新型材料的加工，對整個切削加工領(lǐng)域極為有利。
  金剛石切削工具的高精度刃磨需要高超的技藝，為了獲得更高精度的切削刃口圓弧半徑，特別是精度小于0.05um以下的，對研磨機(jī)提出了相當(dāng)嚴(yán)格的要求，必須有極高回轉(zhuǎn)精度的主軸軸系，老式研磨機(jī)已不適應(yīng)，更多的開始采用空氣軸承作為支承，研磨盤必須能在機(jī)床上加以修平，使其端面跳動控制在0.5um以下。PCD和PCBN的刃磨相對而言比較容易，因?yàn)橛捕认鄬Ρ容^低，用金剛石砂輪就能勝任，而厚膜金剛石則不同，其硬度接近天然金剛石，并且是各向同性的，所以刃磨比較困難。
  近來，金剛石切削工具的刃磨已引起人們的關(guān)切，新的刃磨方案相繼提出，其中熱化學(xué)方法介紹頗多，如日本東京工業(yè)大學(xué)吉川昌范教授用加熱到800℃的鑄鐵盤來實(shí)施。在加速研磨的設(shè)想方面認(rèn)為，研磨工作量的70%在粗研，所以可以用熱化學(xué)方法先去除大部分的留量，然后再精研，可大幅度提高金剛石刃磨的工效。
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