金刚石均布

金刚石均匀分布/有序排列

是改善金刚石工具性能的有效途径

长沙矿山研究院姜荣超

提要：本文介绍了近年来金刚石均匀分布/有序排列在国内外金刚石工具中的应用与效果，解决了金刚石工具效率与寿命相互矛盾的难题，通过优化与控制工具内部金刚石之间的间距，实现了既提高工具寿命，又增加效率的目的。讨论了金刚石均匀分布/有序排列的功能以及各参数的关系。简要地介绍了实施金刚石均匀分布/有序排列的工艺措施。

关键词：均匀分布，有序排列，金刚石间距

Even Distribution / Array Pattern of Diamond

is The Best way to improve the performance of Diamond Tools

Changsha Institute of Mining Research Jiang Rongchao Abstract: The application and effect of the even distribution / Array pattern of diamond in diamond tools at home and abroad are introduced. The dilemma of contraction between tool life and free cutting rate is overcome. The aim of increasing the tool life and improving the cutting efficiency is achieved by optimizing and controlling the inter-particle spacing. The function of even distribution / array pattern of diamond and the relationship of its parameters are discussed and simply technology of even distribution / array pattern of diamond for manufacturing segments is introduced.

Key words: even distribution，array pattern，inter-particle spacing 在常规金刚石工具中金刚石在金属胎体中是随机分布/无序排列的。因此金刚石在刀头中容易产生偏析与聚集。在金刚石富集区，金刚石不能有效利用而浪费，此区金刚石浓度高，金刚石密集，金刚石锯切力小，而易被抛光与磨损，同时易于堵塞与阻碍岩屑的排除，致使锯切效率下降。在金刚石稀少区，金刚石也不能有效锯切，由于承受工作负荷过大，冲击力大，金刚石易于碎裂与脱落。因此，金刚石随机分布/无序排列常常导致降低锯切效率，缩短工具寿命的恶性循环。还经常出现锯切效率与工具寿命相互矛盾的情况，即提高锯切效率，将使工

具寿命缩短；反之延长工具寿命，将使锯切效率下降。采用制粒工艺后，虽然金刚石分布有所改善，但是仍然不能从根本上解决问题。

近年来在金刚石工具行业中，推出了刀头金刚石均匀分布/有序排列的设计与工艺，使金刚石在工具中得到充分有效的利用，即提高了锯切效率，又延长了工具寿命。同时，可节约金刚石，降低金刚石浓度，节约了成本。若在此工艺中采用金刚石涂覆，预合金粉末与金刚石钎焊技术，使金刚石把持得更牢，凸出更高，则使用效果更能显著改善。

在金刚石工具中采用均匀分布/有序排列的设计与工艺，将使金刚石工具生产从模拟时代进入数字化时代，将有力地推进我国金刚石工具制造业的技术创新，显著提高我国金刚石工具的质量与性能，也适应我国金刚石工具行业进行产品结构调整，产品不断更新，扩大市场的需要，值得我国金刚石制造厂商的高度重视。

1 金刚石均匀分布/有序排列的应用与效果

1．1金刚石均匀分布/有序排列在钎焊绳锯、刀头与排锯上的应用

我国台湾，中国砂轮公司宋健民博士首先将金刚石均匀分布/有序排列应用于钎焊刀头，排锯与绳锯上[1-4]。宋健民博士将有序排列称为钻石阵(Diamond Grid)。该公司根据宋健民博士的专利（U.S.Patent 6，039，641）[4]研制出钻石阵锯齿（见图1）。“这种锯齿内的钻石在三度空间内排列，因此可彻底解决钻石工具业长年挥之不去的钻石分布问题。”后将有序排列应用于排锯。“切割以前无法锯切的硬质花岗岩。结果显示这种新型锯齿可以每分钟一毫米的速度锯切，比传统的铁砂拉锯快三倍。每克拉钻石锯切的面积更高达1平方米，接近圆锯的寿命。

具三维矩阵排列的钻石阵锯齿示意图具规则排列的钻石阵锯齿

图1 有序排列“钻石阵”锯齿

中国砂轮公司将有序排列钻石阵技术用于研制钎焊绳锯，每颗串珠金刚石用量由0.5克拉，减少到0.1克拉，节约了金刚石。在世界各地锯切花岗岩，蛇纹岩与大理石表明，绳锯的下切速度比常规串珠快约两倍，而其功率消耗只有后者的1/3。有序排列钻石阵（DiaGrid ）钎焊串珠与电镀及烧结串珠绳锯相对锯切速度与使用寿命对比见下图2。

图2 钎焊钻石阵串珠与电镀及烧结串珠相对锯切速度与寿命的比较

1．2有序排列在精密磨削上的应用

美国和日本的Noritake 公司在研制单层钎焊金刚石磨轮用于精密磨削加工时，采用了金刚石均匀分布/有序排列技术（Diamond Grain Grit Alley ）[5]（见图

3）。试验表明：其工件表面粗糙度明显改善，其工件表面粗糙度小于3Z 。主轴转速越高，其磨削力越小。

图3 钎焊金刚石磨轮上金刚石有序排列

1．3金刚石有序排列在CMP （化学机械抛光）修整器上的应用

随着信息产业的快速发展，半导体器件高度集成化，电子线路多层化，标准晶圆已增大到φ300mm 直径，因此晶圆及集成块加工对CMP （化学机械抛光或平坦化）修整器的加工精度、稳定性、恒定的磨抛率要求更高。日本Asahi （旭日）金刚石工业公司在研发金刚石化学机械抛光垫修整器（Diamond CMP

pad

相

对

锯

切

速

度

相对工作寿命