隨著(zhù)汽車(chē)、航空和航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對材料性能及加工技術(shù)的要求日益提高。新型材料如碳纖維增強塑料、顆粒增強金屬基復合材料（PRMMC）及陶瓷材料得到廣泛應用。這些材料具有強度高、耐磨性好、熱膨脹系數小等特性，這決定了對它們進(jìn)行機加工時(shí)刀具的壽命非常短。開(kāi)發(fā)新型耐磨且穩定的超硬切削刀具是許多高校、科研院所和企業(yè)研究的課題。
金剛石集力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等眾多優(yōu)異性能于一身，具有極高的硬度，摩擦系數小，導熱性高，熱膨脹系數和化學(xué)惰性低，是制造刀具的理想材料。本文對近年來(lái)金剛石刀具制造方法的發(fā)展作一概述。
1．金剛石刀具的應用范圍
（1）難加工有色金屬材料的加工
加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合金時(shí)，材料易粘附刀具，加工困難。利用金剛石摩擦系數低、與有色金屬親和力小的特點(diǎn)，金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結。此外，由于金剛石彈性模量大，切削時(shí)刃部變形小，對所切削的有色金屬擠壓變形小，可使切削過(guò)程在小變形下完成，從而可以提高加工表面質(zhì)量。
（2）難加工非金屬材料的加工
加工含有大量高硬度質(zhì)點(diǎn)的難加工非金屬材料，如玻璃纖維增強塑料、填硅材料、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復合材料時(shí)，材料的硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損嚴重，用硬質(zhì)合金刀具難以加工，而金剛石刀具硬度高、耐磨性好，因此加工效率高。
（3）超精密加工
隨著(zhù)現代集成技術(shù)的問(wèn)世，機加工向高精度方向發(fā)展，對刀具性能提出了相當高的要求。由于金剛石摩擦系數小、熱膨脹系數低、導熱率高，能切下極薄的切屑，切屑容易流出，與其它物質(zhì)的親和力小，不易產(chǎn)生積屑瘤，發(fā)熱量小，導熱率高，可以避免熱量對刀刃和工件的影響，因此刀刃不易鈍化，切削變形小，可以獲得較高質(zhì)量的表面。
2．金剛石刀具的制造方法
目前金剛石的主要加工方法有以下四種：薄膜涂層刀具、厚膜金剛石焊接刀具、金剛石燒結體刀具和單晶金剛石刀具。
2.1 薄膜涂層刀具
薄膜涂層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（CVD）沉積金剛石薄膜制成的刀具。
由于Si3N4系陶瓷、WC-Co系硬質(zhì)合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近，制膜時(shí)產(chǎn)生的熱應力小，因此可作為刀體的基體材料。WC-Co系硬質(zhì)合金中，粘結相Co的存在易使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而降低附著(zhù)強度，在沉積前需進(jìn)行預處理以消除Co的影響（一般通過(guò)酸腐蝕去Co）。
化學(xué)氣相沉積法是采用一定的方法把含有C源的氣體激活，在極低的氣體壓強下，使碳原子在一定區域沉積下來(lái)，碳原子在凝聚、沉積過(guò)程中形成金剛石相。目前用于沉積金剛石的CVD法主要包括：微波、熱燈絲、直流電弧噴射法等。
金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)是可應用于各種幾何形狀復雜的刀具，如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸刀及鉆頭；可以用來(lái)切削許多非金屬材料，切削時(shí)切削力小、變形小、工作平穩、磨損慢、工件不易變形，適用于工件材質(zhì)好、公差小的精加工。主要缺點(diǎn)是金剛石薄膜與基體的粘接力較差，金剛石薄膜刀具不具有重磨性。
2.2 金剛石厚膜焊接刀具
金剛石厚膜焊接刀具的制作過(guò)程一般包括：大面積的金剛石膜的制備；將金剛石膜切成刀具需要的形狀尺寸；金剛石厚膜與刀具基體材料的焊接；金剛石厚膜刀具切削刃的研磨與拋光。（1）金剛石厚膜的制備與切割
常用的制備金剛石厚膜的工藝方法是直流等離子體射流CVD法。將金剛石沉積到WC-Co合金（表面進(jìn)行鏡面加工）上，在基體的冷卻過(guò)程中，金剛石膜自動(dòng)脫落。此方法沉積速度快（最高可達930μm/h），晶格之間結合比較緊密，但是生長(cháng)表面比較粗糙。金剛石膜硬度高、耐磨、不導電決定了它的切割方法是激光切割（切割可在空氣、氧氣和氬氣的環(huán)境中進(jìn)行）。采用激光切割不僅能將金剛石厚膜切割成所需要的形狀和尺寸，還可以切出刀具的后角，具有切縫窄、高效等優(yōu)點(diǎn)。
（1）金剛石厚膜刀具的焊接
金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能，致使金剛石不能被一般的低熔點(diǎn)合金所浸潤，可焊性極差。目前主要通過(guò)在銅銀合金焊料中添加強碳化物形成元素或通過(guò)對金剛石表面進(jìn)行金屬化處理來(lái)提高金剛石與金屬之間的可焊性。
①活性釬料法
焊料一般用含Ti的銅銀合金，不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接。常用的釬料成分Ag=68.8wt%，Cu=26.7wt%，Ti=4.5wt%，常用的制備方法是電弧熔煉法和粉末冶金法。Ti作為活性元素在焊接過(guò)程中與C反映生成TiC，可提高金剛石與焊料的潤濕性和粘結強度。加熱溫度一般為850℃，保溫10分鐘，緩冷以減小內應力。
②表面金屬化后焊接
金剛石表面的金屬化是通過(guò)表面處理技術(shù)在金剛石表面鍍覆金屬，使其表面具有金屬或類(lèi)金屬的性能。一般是在金剛石的表面鍍Ti，Ti與C反應生成TiC，TiC與Ag-Cu合金釬料有較好的潤濕性和結合強度。目前常用的鍍鈦方法有：真空物理氣相沉積（PVD，主要包括真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍等），化學(xué)氣相鍍和粉末覆蓋燒結。PVD法單次鍍覆量低，鍍覆過(guò)程中金剛石的溫度低于500℃，鍍層與金剛石之間是物理附著(zhù)、無(wú)化學(xué)冶金。CVD法Ti與金剛石發(fā)生化學(xué)反應形成強力冶金結合，反應溫度高，損害金剛石。
（2）厚膜金剛石刀具的刃磨
金剛石厚膜刀具的加工方法有：機械磨削，熱金屬盤(pán)研磨，離子束、激光束和等離子體刻蝕等。
2.3 金剛石燒結體刀具
將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工成平均粒度為32～37μm的金剛石晶?；蛑苯永酶邷馗邏悍ㄖ频媒饎偸Я?，把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co合金上，然后用Ta箔將其隔離，在5.5GPa、1500℃條件下燒結60分鐘，制成金剛石燒結體，用此燒結體制成的車(chē)刀具有很高的耐磨性。
2.4 單晶金剛石刀具
單晶金剛石刀具通常是將金剛石單晶固定在小刀頭上，小刀頭用螺釘或壓板固定在車(chē)刀刀桿上。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有：機械加固法（將金剛石底面和加壓面磨平，用壓板加壓固定在小刀頭上）；粉末冶金法（將金剛石放在合金粉末中，經(jīng)加壓在真空中燒結，使金剛石固定在小刀頭上）；粘結和釬焊法（使用無(wú)機粘結劑或其它粘結劑固定金剛石）。由于金剛石與基體的熱膨脹系數相差懸殊，金剛石易松動(dòng)，脫落。
3.結語(yǔ)
目前在金剛石的產(chǎn)業(yè)化中還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題函待解決，如高速大面積的金剛石厚膜沉積工藝、控制金剛石膜的晶界密度和缺陷密度、金剛石膜的低溫生長(cháng)，金剛石薄膜與基體結合力弱等。金剛石刀具優(yōu)異的性能和廣泛的發(fā)展前途吸引國內外無(wú)數的專(zhuān)家進(jìn)行研究，有些已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，相信不久的將來(lái)金剛石刀具將廣泛應用到現代加工中。
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