提到刀具，你會想到什么?估計很多人脫口而出的答案會是菜刀、水果刀和剪刀，甚至是三國時期武將關羽的青龍偃月刀。

機床的“牙齒”

在工業(yè)體系中，刀具大部分都不是我們熟悉的單面開刃的樣子。機械加工中的刀具主要進行切削、切割、磨削、銑削等工藝，廣泛應用于各種類型、材質和大小的工件和產品的外形加工。因此，它們的外形多種多樣，如鉆頭、圓盤鋸片，甚至空心的“狼牙棒”等。

刀具常常被比喻為機床的“牙齒”，它是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術的組成部分之一。隨著制造業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快，航空航天、海洋工程、汽車等各個行業(yè)都對高效刀具產生了大量的需求。

比如航空航天領域近年來大量采用鎳基高溫合金、鈦合金、高強度結構鋼等材料，這些材料的加工難度都很大。此外，飛機在制造過程中大量使用整體化構件，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁機構的零件。這些都對切削加工刀具提出了更高的要求。

新材料離我們并不遙遠，我們平時使用的手機等電子產品中，近年來也廣泛應用的一些超硬新材料，包括玻璃蓋板、3D玻璃、陶瓷背板、鋁合金殼體、不銹鋼中框及結構件等。這也要求切削刀具不斷創(chuàng)新，以適應新材料、新工藝發(fā)展的需求。

銑刀難題

近十幾年來，高鐵已經成為我國閃亮的國家名片和新時代的中國地標。在高鐵為我們提供出行便利的背后，有很多不為人熟知卻非常重要的養(yǎng)護工作。其中，對有著高鐵“筋骨”之稱的鋼軌的養(yǎng)護更是關鍵一環(huán)。每一條鋼軌都是有生命的，天冷它會緊縮“身軀”，天熱它會舒張“筋骨”。高速列車對鋼軌的碾壓沖擊也會不斷加大其傷損。如果鋼軌得不到及時養(yǎng)護整形，將直接影響到高鐵奔跑時的穩(wěn)定性、舒適度，還會滋生安全隱患。

目前對高鐵鐵軌進行維護的設備是被稱為鋼軌“急救車”的銑磨車，它可以對鋼軌輪廓銑削整形，及時消除各種缺陷，但是對于銑磨車最核心的部件銑刀，我國現(xiàn)在仍然沒有能力生產，只能從國外進口。

刀具的金剛石“外衣”

我國刀具消耗全球第一，但高效刀具長期依賴進口，難以滿足進一步降低加工成本和提高重大裝備研制國產化水平的要求，實現(xiàn)高效切削刀具國產化已迫在眉睫。

上海交通大學陳明教授團隊以刀具國產化作為目標，構建了刀具形性協(xié)同設計技術體系;突破了刀具材料-結構-性能一體化協(xié)同制備關鍵技術，發(fā)明了形性可控的微納米復合金剛石涂層刀具制備新技術;開發(fā)出金剛石涂層刀具、復雜型線高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產品。

金剛石薄膜具有一系列優(yōu)異性能，是高性能刀具的首選涂層材料。但是，刀具的金剛石薄膜涂層技術需要解決兩個難題：涂層表面光滑度和涂層界面附著強度。

陳明研究團隊創(chuàng)造性地發(fā)展了金剛石微納米復合涂層成套裝備與技術，首先在刀具基體上生長微米級別的柱狀晶體，然后再在柱狀晶體上生長納米晶體，成功制備獲得兼具高耐磨性與超光滑表面的金剛石涂層，解決了金剛石涂層刀具性能精確調控的問題。

陳明研究團隊還尋找到了一種適合硬質合金襯底表面生長中間過渡層的方法，解決了金剛石涂層和硬質合金刀具基體之間的附著強度問題。它不但能阻止鈷的催石墨化作用，而且有效調制了復合涂層的機械力學性能，滿足刀具的高效切削要求。

這種具有完全自主知識產權的金剛石微納米復合涂層技術填補了國內空白，基于此技術，國內已建立了十幾條金剛石涂層刀具生產線。利用該技術研制的系列化金剛石涂層刀具，成為中國商飛唯一指定的國產化刀具，為首架C919客機順利下線做出了貢獻