全面金刚石工具基础

全面金刚石工具基础

1.1金刚石的成份：

早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载，然而，在其后的1600多年中，人们始终不知道金刚石的成分是什么。直到18世纪的70至90年代，才有法国化学家拉瓦锡(1743~1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验，结果发现得到的是二氧化碳气体。证明了组成金刚石的材料是碳。

1.2金刚石和石墨的区别

石墨和金刚石都属于碳单质，但金刚石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体. 所不同的是物理结构特征。二者的化学式都是c ,石墨原子间构成正六边形是平面结构，呈片状。金刚石原子间是立体的正四面体结构，呈金字塔形结构。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。

1.3金刚石的硬度

金刚石的硬度一般用莫氏硬度来表示，其硬度值为10 。显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。依照莫氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，钻石(金刚石)为最高级第10级；如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

1.4工业金刚石

金刚石由其生成方式分为天然金刚石和人工合成金刚石，用于金刚石工具制作的一般是人工合成金刚石。也称作工业金刚石。其密度为 3.52g/cm3, 其质量单位一般情况用“克拉”表示，1克拉=0.2克。人造金刚石的粒度(颗粒大小)一般用“目”表示。人造金刚石常见粒度为25/30、30/40、40/45、45/50、50/60、60/70… …

2、粉料

金刚石工具的原材料，除金刚石之外，其它主要为粉末，这些粉末可以是金属、非金属，也可以是合金、化合物。金刚石工具采用的粉末，不仅仅对化学成分有一定的要求，而且对粉末颗粒的大小、形状、松装比重、压制性、烧结性等也有不同的要求,这取决于金刚石工具的用途、品种、生产工艺等因素。

(a) 铜粉：电解法制取，颗粒形态为树枝状，玫瑰红色，氧化后颜色发暗，严重时变成黑色粉末。作为结合剂材料，铜粉的主要优点有：电解铜粉成型性好，广泛用于冷压成型后烧结；纯铜对碳化物和骨架材料的相容性很好，如W、WC;铜可与Sn、Zn、Mn、Ni、Ti等制成性能优异的合金，价格远低于钴粉。

(b)铁粉：有还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉，顾名思义还原铁粉用还原法制取，电解铁粉电解法制取，羰基铁粉通过热离解羰基化合物制取。作为结合剂材料，铁粉的优点有：价格低，与金刚石有好的润湿性；与骨架材料(WC)的相容性很好；一定温度烧结时铁对金刚石的轻度刻蚀并不损失金刚石的强度，反而会提高金刚石在胎体中的把持力。刻蚀作用实质是金刚石中的碳原子溶入铁中并向其中扩散的过程，金刚石未发生结构及强度变化。

(c) 钴粉：不规则海绵状，还原法制取，作为粘结剂，其综合性能最好。是一种优异的粘结剂材料，国外发达国家用的较多，其主要优点有：优良的成型性和可烧结性；可使胎体的抗弯强度提高；和金刚石的粘结力大，润湿性好；胎体的韧性好、自锐性好。由于价格昂贵，国内以铁代钴的研究很多，选择合适的粉末、合理的烧结工艺可获得钴基粘结剂相似的性能。钴的缺点是：价格昂贵；松装密度太小，易造成投料困难。另外使压制磨具设计宽度和高度变大，手装料热压模具高度加大，从而使模具成本提高。

(d) 镍粉：不规则树枝状，电解法制取。优点：适于制作重载荷下作用的工具，具有出色的强韧性；可以减少铁铜基胎体的烧结损失(铜镍无限互溶);镍与铁、钴搭配可以得到另人满意的综合性能，如小的变形和适度耐磨性。接近或达到钴基胎体的性能。

(e) 锡粉：颗粒呈滴状，灰白色粉末，易氧化，氧化后呈黄色，雾化法制取。锡粉在粘结剂中的作用是：改善胎体的可烧结性(降低

熔点);易形成金属间化合物，可以改善磨损性能和变形性；适宜添加到压制成型胎体中，烧结熔化后的毛细现象使胎体收缩，从而增加胎体的致密性；降低液态合金的表面张力，改善合金对金刚石的润湿性。其缺点是：加入量太多，易造成流失。

(f) 钨粉：青黑色，微米级粉末，还原法制取，钨与铜、铁、钴、镍都有较好的相容性；烧结时在金刚石表面生成WC,但金刚石表面不发生石墨化；增加胎体的耐磨性，减少变形；作为骨架材料，耐磨性不如WC,但可使胎体的韧性增加。不足是烧结坯的空隙度较大，要提高烧结的密度必须提高温度和压力

(g)碳化钨: 黑色，无机械夹杂物，多孔海绵状，还原法制取。须化验杂质硫含量，硫易导致烧结断面发黑(烧结时生成硫化物),大大降低刀头的强度。钨和碳化钨主要作为骨架材料加入胎体中，以提高胎体的耐磨性，含量过高易使胎体的脆性加大。

3.金刚石工具

金刚石工具是金刚石颗粒与金属、树脂等结合剂混合按一定工艺而成的一种特殊的复合材料。由于建材工业的发展，对金刚石工具的使用也越来越广泛，这也使对工具的生产从经济和性能上都有很高的要求。而提高金刚石工具性能的关键是制品的耐磨，同时保持锋利性。

3.1金刚石工具的结构：

金刚石+金属粉末=刀头(主要技术)

3.2金刚石工具的分类

按用途划分：钻头类锯片类磨削类即“钻、切、磨”工具。

按制作工艺划分：烧结类焊接类电镀制品等按结合剂划分金属结合剂树脂结合剂陶瓷结合剂等

3.3金刚石工具的浓度概念定义

金刚石在胎体中体积比为25%时浓度为100%。浓度是金刚石工具的重要特性之一，对工具的效率、寿命和加工效果有很大的影响。一般金刚石浓度高，则单位工作层面积上的金刚石颗粒数就多，每个磨粒的受力就小，切入工件的深度小，金刚石不易破碎和脱落，反而容易被磨平和抛光，宏观表现为效率低、寿命长；金刚石浓度低，每个磨粒有更大的切入压力，切入深，金刚石易破碎和脱落，工具表现为效率高、寿命低。

通常，锯切工具的金刚石浓度多选在10%~45%;钻探工具、烧结金属结合剂金刚石磨具多选50%~125%浓度；树脂金刚石磨具的浓