與大單晶金剛石相比,作為刀具材料的聚晶金剛石( PCD )以及聚晶金剛石復(fù)合刀片( PDC )具有以下優(yōu)點(diǎn): ① 晶粒呈無(wú)序排列,各向同性,無(wú)解理面,因此它不像大單晶金剛石那樣在不同晶面上的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性有較大區(qū)別,以及因解理面的存在而呈現(xiàn)脆性。 ② 具有較高的強(qiáng)度,特別是 PDC 材料由于有硬質(zhì)合金基體的支撐而有較高的抗沖擊強(qiáng)度,在沖擊較大時(shí)只會(huì)產(chǎn)生小晶粒破碎,而不會(huì)像單晶金剛石那樣大塊崩缺,因而 PCD 或 PDC 刀具不僅可以用來(lái)進(jìn)行精密切削加工和普通半精密加工,還可用作較大切削量的粗加工和斷續(xù)加工(如銑削等),這大大擴(kuò)充了金剛石刀具材料的使用范圍。 ③ 可以制備大塊 PDC 金剛石復(fù)合片刀具坯料,滿(mǎn)足大型加工刀具如銑刀的需要。 ④ 可以制成特定形狀以適合于不同加工的需要。由于 PDC 刀具大型化和加工技術(shù)如電火花和激光切割技術(shù)的提高,三角形、人字形以及其他異形刀坯均可加工成形。為適應(yīng)特殊切削刀具的需要還可設(shè)計(jì)成包裹式、夾心式與花卷式 PDC 刀具坯料。 ⑤ 可以設(shè)計(jì)或預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能,賦予產(chǎn)品必要的特點(diǎn)以適應(yīng)它的特定用途。比如選擇細(xì)粒度的 PDC 刀具材料可使刀具的刃口的質(zhì)量提高,粗粒度的 PDC 刀具材料能夠提高刀具的耐用度,等等。
總之,隨著 PCD 、 PDC 金剛石復(fù)合片刀具材料的研究進(jìn)展,其應(yīng)用已經(jīng)迅速擴(kuò)展到許多制造工業(yè)領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用于有色金屬(鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂合金、鋅合金等)、硬質(zhì)合金、陶瓷、非金屬材料(塑料、硬質(zhì)橡膠、碳棒、木材、水泥制品等)、復(fù)合材料(纖維增強(qiáng)塑料、金屬基復(fù)合材料 MMCs 等)的切削加工,尤其在木材和汽車(chē)加工業(yè),已經(jīng)成為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的高性能替代產(chǎn)品。
切削刀具用 PDC 、 PCD 材料要求: ① 金剛石顆粒間能廣泛地形成 D-D 自身結(jié)合,殘余粘結(jié)金屬和石墨盡量少,其中粘結(jié)金屬不能以聚結(jié)態(tài)或呈葉脈狀分布,以保證刀具具有較高的耐磨性和較長(zhǎng)的使用壽命。 ② 溶媒金屬殘留量少。最好是在燒結(jié)過(guò)程中能起溶媒作用,而在燒結(jié)過(guò)程完成后將以不起溶媒作用的合金形式充填于燒結(jié)金剛石晶粒間隙中,或燒結(jié)后殘留的溶媒性金屬被隔離,避免溶媒金屬與金剛石表面直接接觸,以提高 PCD 的抗氧化能力,從而保證刀具具有足夠的耐熱溫度。 ③ 金剛石晶粒細(xì)小均勻,不允許有異常長(zhǎng)大晶粒,以提高材料的抗沖擊韌性。 ④ PCD 層與基體間的結(jié)合界面或焊接(中介)過(guò)渡層結(jié)合強(qiáng)度高,并且有良好的熱導(dǎo)性,以降低切削刃的溫度。