超硬刀具材料指可用作刀具切削加工的超硬材料。目前主要可分為兩大類:一類是金剛石切削刀具材料；另一類是立方氮化硼切削刀具材料。目前已經(jīng)在應(yīng)用或正在試驗中的超硬刀具材料的主要品種有以下五種。

（1）天然和人工合成大單晶金剛石

（2）聚晶金剛石（PCD）和聚晶金剛石復(fù)合刀片（PDC）

（3）CVD 金剛石

（4）聚晶立方氮化硼(PCBN)

（5）CVD 立方氮化硼涂層

       今天接著講后面三種。

       3、CVD 金剛石

       人工合成大單晶金剛石，PCD、PDC均是在高溫高壓下合成的，而CVD金剛石是在低壓下制備的。含碳?xì)怏w和氫氣的混合物在高溫和低于大氣壓的壓力下被激發(fā)分解，形成活性金剛石碳原子在基體上沉積交互生長成聚晶金剛石(也可以控制沉積生長條件沉積生長金剛石單晶或準(zhǔn)單晶)。

       CVD金剛石由于是不含任何金屬催化劑的純金剛石，因此它的熱穩(wěn)定性接近天然金剛石。同高溫高壓人工合成聚晶金剛石一樣，CVD聚晶金剛石晶粒也呈無序排列，無脆性解理面而呈各向同性。

       實際上CVD金剛石包括三類：第一種是在適當(dāng)基體上沉積的CVD金剛石涂層(包括類金剛石DLC涂層)；第二種是沉積厚度達(dá)1mm的無支撐的CVD金剛石厚膜；第三種是在金剛石晶種上外延生長的CVD金剛石單晶膜或準(zhǔn)單晶膜。

       由于CVD金剛石涂層刀具采用刀片基體直接置放在CVD沉積腔體中沉積生長而成，它與PCD、PDC刀具相比，具有刀具形狀可復(fù)雜、成本低、一片多刀刃等優(yōu)點。盡管如此，由于CVD金剛石涂層刀片存在金剛石涂層與基體之間結(jié)合強(qiáng)度低以及對有CVD金剛石涂層的刃口進(jìn)行研磨處理時容易分層剝落的缺陷。因此，目前在CVD金剛石涂層制備領(lǐng)域的大部分工作都在致力于對它的研究。盡管國外已有CVD金剛石涂層刀具產(chǎn)品推向市場，但到目前為止CVD金剛石涂層的應(yīng)用市場還不是很大。

       恰恰相反，CVD金剛石厚膜可以通過特殊的但簡便易行的技術(shù)釬焊到所要求的基體上。然而這種釬焊強(qiáng)度遠(yuǎn)低于PDC材料中金剛石層與硬質(zhì)合金層之間的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)它用于斷續(xù)切削這種高要求的機(jī)加工時，其界面的連接就顯得很脆弱。若能解決CVD金剛石厚膜的釬焊強(qiáng)度問題，那么CVD金剛石厚膜刀具材料將能在整個機(jī)械加工領(lǐng)域同PDC材料競爭。它與PDC相比，主要優(yōu)點是其熱穩(wěn)定性更好，缺點是晶粒間的內(nèi)聚強(qiáng)度低，內(nèi)應(yīng)力大、相對脆性大和不導(dǎo)電性。特別是缺乏導(dǎo)電性，阻礙了它對電火花(EDM)切割、拋光加工技術(shù)的應(yīng)用。而該技術(shù)在金剛石刀具加工業(yè)，尤其是木材刀具的刃磨和重刃磨上得到了廣泛地應(yīng)用。近來能用EDM加工的CVD金剛石厚膜材料已經(jīng)研制成功，大大促進(jìn)了CVD金剛石厚膜刀具的應(yīng)用。

       4、聚晶立方氮化硼（PCBN）

       由于單晶CBN的粒徑小，而且單晶CBN存在易劈裂的“解理面"，不能直接用于制造切削刀具。因此工業(yè)上切削刀具用的大多數(shù)是聚晶立方氮化硼（PCBN）。聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具按其成分和制造方法可分為整體聚晶立方氮化硼燒結(jié)體(簡稱PCBN燒結(jié)體)和聚晶立方氮化硼復(fù)合刀片(簡稱PCBN復(fù)合刀片)。

       PCBN是由無數(shù)細(xì)小無序排列的CBN單晶組成的，無解理面，宏觀上無方向性，這會使劈裂的影響大大減小，而且會隨著切削刀具的磨損連續(xù)地露出新鮮的晶體。PCBN與PCD、PDC刀具材料有著相似的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，但耐磨性比PCD、PDC要差。由于PCBN具有良好的抗化學(xué)腐蝕性，且在1200℃的高溫下，表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性，因此刀具尖端的相對高溫不會對它產(chǎn)生任何不利的影響，相反它還能在切削硬質(zhì)鐵合金時起到加速切削的作用。近年來，隨著CNC(計算機(jī)數(shù)控)加工技術(shù)的迅猛發(fā)展以及數(shù)控機(jī)床的普遍使用，可實現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的PCBN刀具的應(yīng)用也日益普及，同時還引入了許多先進(jìn)的切削加工概念，如高速切削、硬態(tài)加工、以車代磨、干式切削等。PCBN刀具材料已成為現(xiàn)代切削加工中不可缺少的重要刀具材料。

       5、CVD 立方氮化硼涂層

       由于CVD立方氮化硼涂層理論上講可以不刃磨刀片對鐵基材料進(jìn)行機(jī)械切削加工，因而這種刀具材料極具吸引力（因為通常80%的金屬工件含有鐵），然而與CVD金剛石涂層不同的是，金剛石涂層是由單一元素組成，而CVD立方氮化硼涂層是化合物，包括化學(xué)計量在內(nèi)的眾多問題都使得它的生長工藝更為復(fù)雜。實際上所有的CVD立方氮化硼涂層都是多相微晶材料。同高質(zhì)量的CVD金剛石涂層相比，CVD立方氮化硼涂層更像“類金剛石涂層(DLC)”。經(jīng)過多年的研究，發(fā)展CVD立方氮化硼涂層刀具的應(yīng)用是很有前途的。

       顯然上述各種不同品種的超硬刀具材料的性能之間能互相補(bǔ)充。

       如金剛石刀具的主要缺點是熱穩(wěn)定性差。當(dāng)切削溫度超過700~800℃時，它就會發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變成為石墨，而完全失去硬度。含鈷粘結(jié)劑的聚晶金剛石的熱穩(wěn)定性比單晶金剛石更差。另外，金剛石與鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親和力。在高溫下金剛石的碳原子會擴(kuò)收到鐵中而溶解于鐵基體中與鐵容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Fe3C4。因此，金剛石刀具一般不適合加工黑色金屬，而主要用于加工各種有色金屬，各種陶瓷、水泥制品、石材、木材等非金屬材料，各種復(fù)合材料等。

參考文獻(xiàn)：《PDC超硬復(fù)合刀具材料及其應(yīng)用》鄧福銘，陳啟武著