超硬材料的介紹

超硬材料是以金剛石為代表具有硬度很高的物質的總稱！

超硬材料工具則是由超硬材料製作的，是人類生產工具中的一種先進工具，特別是現代製造業，超硬材料工具以其超凡的鋒利和效能為製造業創造了很高的生產率！

超硬材料刀具種

超硬材料刀具的種類繁多，主要有單晶金剛石刀具（主要用於加工有色金屬和合金）、聚晶金剛石刀具（PCD刀具）、聚晶立方氮化硼（PCBN）、CVD金剛石刀具等。

超硬材料工具應用也非常廣泛，已廣泛應用於機械加工、汽車製造、航空航天、醫療器具、電子資訊等各個領域。

金剛石工具

1、單晶金剛石刀具

單晶金剛石刀具是目前超精密加工有色金屬的主要切削刀具，可實現鏡面加工，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度。切削出來的效果是非常光亮的，是公認的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。

單晶金剛石刀具的特點：

a 硬度高、耐磨性好

b 使用壽命是硬質合金刀具的100倍，甚至幾百倍

c 摩擦係數低：金剛石刀具與有色金屬之間的摩擦係數比其他刀具都低，摩擦係數低，加工時變形小，可減小切削力。

d 切削刃非常鋒利：金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，能進行超薄切削和超精密加工。

單晶金剛石刀具的應用：

金剛石刀具官方應用於在高速下有色金屬（如金銀鉑）及非金屬材料進行精細切削，鐳射反射鏡、天文望遠鏡、光學儀器等零件加工

2、聚晶金剛石（PCD）

PCD刀具是採用超硬材料PCD（聚晶金剛石）與刀具基體透過特殊工藝製成的刀具。主要用於加工耐磨的有色金屬及其合金和非金屬材料。

PCD刀具特點：

a 硬度高、抗壓強度高、耐磨性好！

b 與硬質合金刀具相比，能在很長的切削過程中保持鋒利和切削效率，使用壽命遠遠高於硬質合金刀具！

PCD刀具的應用：

PCD銑刀、鏜刀等數控刀具正大量應用於高強度、高硬度矽鋁合金零部件自動生產線上，如用於汽車和摩托車發動機鋁合金活塞的裙部、氣缸體、變壓器等，因為這些零件材料含矽量較高，硬質合金刀具難以勝任，而PCD刀具壽命遠遠高於硬質合金刀具，是硬質合金刀具壽命的幾十倍甚至幾百倍，並且可大大提高切削速度、加工效率和工件的加工質量。

目前聚晶金剛石（PCD）刀具已經廣泛應用於有色金屬加工、汽車、摩托車、航空航天、木材、碳纖維及合金零部件的加工。

3、CVD金剛石刀具

CVD金剛石是指用化學氣相沉積法(CVD)在異質基體(如硬質合金、陶瓷等)上合成金剛石膜，CVD金剛石刀具有與天然金剛石完全相同的結構和特性。

CVD金剛石刀具特點：

CVD金剛石的效能與天然金剛石相比十分接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)的優點，又在一定程度上又克服了它們的不足。

CVD金剛石刀具應用：

CVD金剛石刀具可以切削有色金屬、矽鋁合金、硬鋁合金、複合材料等，可實現超精密加工，CVD金剛石刀具被認為是非鐵類材料加工的理想刀具！

4、立方氮化硼（CBN）

立方氮化硼是利用高溫高壓技術獲得的超硬刀具材料！

立方氮化硼特點：

a 具有與金剛石接近的硬度和強度

b 效能穩定性強，立方氮化硼具有抵抗高溫的作用，可用來高速切削硬鋼、高溫合金、高鎳高鈷合金

c 優良的化學穩定性，與鐵系材料在高溫加工時也不起化學作用，不會像金剛石那樣遇鐵就急劇磨損

d 具有較好的熱導性，CBN的熱導性雖然趕不上金剛石，但是在各類刀具材料中PCBN的熱導性僅次於金剛石，大大高於高速鋼和硬質合金。

立方氮化硼刀具應用：

立方氮化硼適於用來精加工各種淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金、硬質合金、表面噴塗材料等難切削材料。

新的超硬材料刀具將會在未來切削領域發揮更大的作用。

金剛石材料刀具具有極高的硬度和耐磨性，能有效地加工銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、末燒結的硬質合金、各種纖維和顆粒加強的複合材料等。金剛石俗稱“金剛鑽兒”，也就是我們常說的鑽石。天然金剛石礦藏都是史前就已經形成的，且無生長規律可循。“人造金剛石主要應用於軍工業和航空航天業。因為它耐高溫、高壓，宇航員的頭盔膜、航空飛船的隔熱板、高鐵的軌枕等都需要它。

人造金剛石還廣泛應用於先進製造業和現代加工業，從牙科的修牙鑲牙刀、整容醫院的磨骨刀，到汽車的軸承、電子元件都用得到它。而人造金剛石鑲嵌的大型波紋片，可用來切割巨大的石料和公路水泥，在地質勘探和石油開採中也發揮了重要的作用。

立方氮化硼與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結構和效能也與金剛石類似，具有很高的硬度，很好的導熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼還具有卓越的化學和熱穩定性，同鐵族元素幾乎不發生反應，這一點要優於金剛石。立方氮化硼與金剛石相比，熱穩定性更高，對鐵族元素化學惰性大，抗粘結能力強，更適於加工各種淬硬鋼、熱噴塗材料、冷硬鑄鐵和HRC35以上的鈷基和鎳基等難切削材料。

在工業發達國家，立方氮化硼刀具已廣泛應用於汽車、重型機械等機械加工行業。立方氮化硼刀具適合於高速幹切削，可以用2000m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。立方氮化硼刀具在高速硬切削方面的應用也比較廣泛，尤其是精加工汽車發動機上的合金鋼零件，如HRC60~65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質量的。”眾所周知，硬質合金刀片主要成分為碳化鎢，而鎢是一種稀缺資源，儘管我國是富鎢的國家，但照目前這種開發和使用程度，碳化鎢資源會迅速減少，有專家預測，未來幾十年後，也許將會枯竭。