1引言
　　
　　隨著汽車(chē)?航空和航天技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)材料的性能及加工技術(shù)要求日益提高?新型材料,如碳纖維增強(qiáng)塑料?顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(PRMMC)及陶瓷材料得到廣泛應(yīng)用?這些材料具有強(qiáng)度高?耐磨性好?熱膨脹系數(shù)小等特性,這決定了它在機(jī)加工時(shí)刀具的壽命非常短?開(kāi)發(fā)新型耐磨且穩(wěn)定的超硬切削刀具是許多高校和科研院所研究的課題?
　　
　　金剛石集力學(xué)?光學(xué)?熱學(xué)?聲學(xué)和光學(xué)等眾多的優(yōu)異性能于一身,具有極高的硬度?摩擦系數(shù)小?導(dǎo)熱性高?熱膨脹系數(shù)和化學(xué)惰性低,是制造刀具的理想材料?近年來(lái)發(fā)展了一些加工方法,本文對(duì)當(dāng)前金剛石刀具的制造方法作了一概述?
　　
　　2金剛石刀具的應(yīng)用
　　
　　金剛石優(yōu)異性能決定了它在機(jī)加工中的廣泛應(yīng)用?
　　
　　加工難加工的有色金屬
　　
　　在加工銅?鋅?鋁等有色金屬及其合金時(shí),這些材料粘附刀具,不宜加工?利用金剛石的摩擦系數(shù)低?與有色金屬親和力小而制成的金剛石刀具可防止金屬與刀具粘結(jié)在一起?由于金剛石的彈性模量大,在切削時(shí)刃部變形小,對(duì)所切削的有色金屬擠壓變形小,使切削過(guò)程在小變形下完成,可以提高切削的表面質(zhì)量?
　　
　　加工難加工的非金屬材料
　　
　　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(qiáng)塑料?填硅材料?硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料時(shí),材料的硬質(zhì)點(diǎn)使刀具的磨損嚴(yán)重,用硬質(zhì)合金刀具難以加工,而金剛石刀具的硬度高?耐磨性好,因此加工效率高?
　　
　　超精密加工
　　
　　隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的問(wèn)世,機(jī)加工向高精度方向發(fā)展,對(duì)刀具性能提出了相當(dāng)高的要求?由于金剛石摩擦系數(shù)小?熱膨脹系數(shù)低?導(dǎo)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(dǎo)熱率高,可以避免熱量對(duì)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?
　　
　　3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(jié)體刀具和單晶金剛石刀具?
　　
　　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SiN4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(yīng)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(jié)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強(qiáng)度,在沉積前需進(jìn)行預(yù)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(qiáng)下,使碳原子在一定區(qū)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(yīng)用于各種幾何形狀復(fù)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(wěn)?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?
　　
　　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?
　　
　　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(dá)930µm/h),晶格之間結(jié)合比較緊密,但是生長(zhǎng)表面比較粗糙?金剛石膜硬度高?耐磨?不導(dǎo)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)?
　　
　　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(rùn),可焊性極差?目前主要通過(guò)在銅銀合金焊料中添加強(qiáng)碳化物形成元素或通過(guò)對(duì)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?
　　
　　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(rùn)濕性和粘結(jié)強(qiáng)度?加熱溫度一般為850℃,保溫10分鐘,緩冷以減小內(nèi)應(yīng)力?
　　
　　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(yīng)生成TiC,TiC與Ag-Cu合金釬料有較好的潤(rùn)濕性和結(jié)合強(qiáng)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(jié)?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?無(wú)化學(xué)冶金?CVD法Ti與金剛石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)力冶金結(jié)合,反應(yīng)溫度高,損害金剛石?
　　
　　厚膜金剛石刀具的刃磨
　　
　　金剛石厚膜刀具的加工方法有:機(jī)械磨削,熱金屬盤(pán)研磨,離子束?激光束和等離子體刻蝕等?
　　
　　金剛石燒結(jié)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(jié)60分鐘,制成金剛石燒結(jié)體,用此燒結(jié)體制成的車(chē)刀具有很高的耐磨性?
　　
　　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(jī)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(jié),使金剛石固定在小刀頭上);粘結(jié)和釬焊法(使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或其它粘結(jié)劑固定金剛石)?由于金剛石與基體的熱膨脹系數(shù)相差懸殊,金剛石易松動(dòng),脫落?
　　
　　4結(jié)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(zhǎng),金剛石薄膜與基體結(jié)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(guó)內(nèi)外無(wú)數(shù)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(yīng)用到現(xiàn)代加工中。