隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，對材料提出了愈來愈苛刻的性能要求。在材料的諸 多性能中，硬度是最重要，也是最基本的性能指標之一。超硬材料的合成及其性 質(zhì)的研究，是目前材料科學研究領域的熱門課題之一。尤其在高速加工領域，為了保證加工精度和加工質(zhì)量，對超硬材料提出了更高的要求。小編簡要介紹超硬材料在高速加工領域中應用。

一、金剛石及其應用

金剛石具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數(shù)，以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點，可以用于非金屬硬脆材料如石墨、高耐磨材料、復合材料、高硅鋁合金及其他韌性有色金屬材料的精密加工。金剛石刀具類型繁多，性能差異顯著，不同類型金剛石刀具的結(jié)構(gòu)、制備方法和應用領域有較大區(qū)別。

金剛石

1、金剛石刀具類型及特性

目前工業(yè)上使用的金剛石刀具根據(jù)成分結(jié)構(gòu)和制備方法不同可分為三種：

（1）天然金剛石

（2）人造聚晶金剛石；

（3）化學氣相沉積涂層金剛石。

2、金剛石刀具制備方法

合成金剛石的方法主要有熱絲 CVD 法、電子加速 CVD法、直流放電等離子體 CVD法、直流等離子體噴射 CVD 法、微波等離子體CVD法等。

熱絲 CVD 法制備金剛石示意圖

國外人造金剛石生產(chǎn)廠家主要有：GE公司和 Element Six公司等；國內(nèi)主要有中南鉆石股份有限公司、鄭州華晶金剛石、河南黃河旋風股份有限公司、四方達超硬材料股份有限公司等金剛石刀具廠家。

3、金剛石刀具應用領域

（1）單晶金剛石。主要應用于紫銅及銅合金和金、銀、銠等貴重有色金屬，以及特殊零件的超精密鏡面加工，如錄相機磁盤、光學平面鏡、曲面鏡等領域，表面粗糙度可達Ra0.1～0.05μm。

超精密鏡面加工

（2）聚晶金剛石：適用于粗、精，濕切。加工各種有色金屬如鋁、銅、鎂及其合金、硬質(zhì)合金和耐磨性極強的纖維增塑材料、金屬基復合材料、木材等非金屬材料。

聚晶金剛石刀具應用于硬質(zhì)合金加工

（3）CVD金剛石：適用于半精、精加，高速銑削纖維和顆粒加強復合材料、塑料、橡膠、玻璃和各種耐磨木材、鋁鈦合金航空材料和難加工材料如石墨。

CVD金剛石用于航空材料加工

二、聚晶立方氮化硼特性及應用

1、聚晶立方氮化硼PCBN特點

PCBN是硬度僅次于金剛石的新型刀具材料，PCBN組織中各微小晶粒呈無序排列狀態(tài)，硬度均勻，各向同性。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石，可加工硬度為HRC60以上的鑄鐵、淬硬鋼及硬質(zhì)合金；PCBN刀具有高耐磨性，使用壽命通常是陶瓷刀具的3～5倍，硬質(zhì)合金刀具的5～15倍；PCBN具有高熱穩(wěn)定性，耐熱性可達（1300℃～1500℃），高速切削黑色金屬較理想的刀具材料；PCBN與鐵族元素及其合金材料即使在1200℃~1300℃時也不易發(fā)生化學反應，較高的抗氧化能力，材料的粘結(jié)、擴散小。

立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)

2、PCBN刀具應用

（1） PCBN適用于高速情況下干式切削。高熱傳導率可降低干切削時切削刃處的溫度；完全勝任淬硬鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、冷硬鑄鐵等難加工材料的切削加工。

立方氮化硼PCBN刀具

（2） PCBN適于45~65HRC以上高硬鋼和鑄鐵及其合金的高速切削。但不宜于切削以鐵素體為主的鋼鐵、較軟 (≤HRC45)的黑色金屬材料，軟鋼、馬氏體不銹鋼、鎳基耐熱鋼等工件容易引起化學磨損。

參考文獻：1、周玉海，金剛石涂層刀具高速銑削石墨電極材料切削性能研究。

2、周玉海，秦哲，王成勇，金剛石刀具性能及其應用研究。

作者：李波濤