隨著新材料技術的發展，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、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數，以及與非鐵金屬親和力小等優點，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構、制備方法和應用領域有較大區別。

金剛石

1、金剛石刀具類型及特性

目前工業上使用的金剛石刀具根據成分結構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廠家主要有：GE公司和 Element Six公司等；國內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，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，硬質合金刀具的5～15倍；PCBN具有高熱穩定性，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℃時也不易發生化學反應，較高的抗氧化能力，材料的粘結、擴散小。

立方氮化硼晶體結構

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