金刚石刀具的优点和缺点
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金刚石刀具的优缺点
天然金刚石(ND)刀具 聚晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石是目前已知矿物中最硬的物质，主要用 于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～ 0.002μm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削 刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可 达到4μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra 为 15～50μm 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得 镜面表面。 聚晶金刚石(PCD)刀具：PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金 刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具 整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性， 硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、 高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具：为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基 底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬 质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。
由以上几种金刚石刀具不难看出： 优点：金刚石刀具的弹性模量大，断裂强度高（比氧化铝高3倍），切削刃 钝圆半径值可以磨得很小，不易断裂，能长期保持切削刃的锋利程度；金刚石 刀具的热膨胀系数小，热变形小。 缺点：PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表 面质量低于ND，同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状 任意成形。因此目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制 造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。又由于金刚石焊接 过程工艺复杂，CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具也尚未大批量应用。此外，金刚 石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，开始氧化的温度为900-1000K， 开始石墨化的温度潍1800K，故用金刚石刀具迚行切削时须对切削区迚行强制 风冷或迚行酒精喷雾冷却务使刀尖温度降至650℃以下。同时，由于金刚石是 由碳原子组成的，它与铁族元素的亲和力大，故不能用金刚石刀具切削钢铁材 料。
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具：金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金 刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复Fra Baidu bibliotek合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD 金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30μm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特 点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。 金刚石涂层刀具：金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1～25μm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂 层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W/m·K， 而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到 任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。
天然金刚石(ND)刀具 聚晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石是目前已知矿物中最硬的物质，主要用 于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～ 0.002μm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削 刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可 达到4μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra 为 15～50μm 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得 镜面表面。 聚晶金刚石(PCD)刀具：PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金 刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具 整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性， 硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、 高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具：为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基 底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬 质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。
由以上几种金刚石刀具不难看出： 优点：金刚石刀具的弹性模量大，断裂强度高（比氧化铝高3倍），切削刃 钝圆半径值可以磨得很小，不易断裂，能长期保持切削刃的锋利程度；金刚石 刀具的热膨胀系数小，热变形小。 缺点：PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表 面质量低于ND，同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状 任意成形。因此目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制 造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。又由于金刚石焊接 过程工艺复杂，CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具也尚未大批量应用。此外，金刚 石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，开始氧化的温度为900-1000K， 开始石墨化的温度潍1800K，故用金刚石刀具迚行切削时须对切削区迚行强制 风冷或迚行酒精喷雾冷却务使刀尖温度降至650℃以下。同时，由于金刚石是 由碳原子组成的，它与铁族元素的亲和力大，故不能用金刚石刀具切削钢铁材 料。
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具：金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金 刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复Fra Baidu bibliotek合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD 金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30μm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特 点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。 金刚石涂层刀具：金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1～25μm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂 层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W/m·K， 而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到 任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。