金刚石刀具的发展方向浅析

　

 摘 要 随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的

增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。本文通过分析超硬刀具材料的发展状况，对主要品种
的应用进行探讨。

 

　　关键词

 硬质刀具 金刚石 复合刀片 

　　

1 金刚石刀具材料发展概况 

　　我国超硬刀具材料的研究与应用开始于上个世纪

70 年代，并于 1970 年在贵阳建造了

我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，从

1970-l990 年整整 20 年中，超硬

材料年产量从仅

46 万克拉增至 3500 万克拉。上个世纪 90 年代前后，不少超硬材料生产专

业厂从国外引进成套的超硬材料合成设备及技术，使产量得以迅速提高，至

1997 年，我国

人造金刚石年产量就已达到

5 亿克拉左右，CBN 年产量达 800 万克拉，跃居世界超硬材料

生产大国之首。

 

　　金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达

10000HV，是刀具材料中最硬的材

料。同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生
积屑瘤，加工表面质量好，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属
及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃
和各种耐磨的木材（尤其是实心木和胶合板等复合材料）。

 

　　金刚石的缺点是韧性差，热稳定性低。

700—800

℃时容易碳化，故不适于加工钢铁材

料。因为在高温下铁原子容易与碳原子作用而使其转化为石墨结构。此外，用它切削镍基合
金时，同样也会迅速磨损。

 

　　

2 金刚石刀具的主要品种及应用 

　　目前，在世界上已经应用或正在试验中的超硬刀具材料的主要品种有以下几种。

 

　　

2.1 天然和人工合成大单晶金刚石 

　　单晶金刚石有天然金刚石

ND 和人工合成金刚石两种。单晶金刚石用于制作切削刀具必

须是大颗粒的（质量大于

0.1g，最小径长不得小于 3ram）。ND 是目前已知矿物中最硬的物

质，其显微硬度可达

10000HV，耐磨性好，而且切削刃非常锋利，刃部粗糙度值小，摩擦

因数低，抗黏结性好，热导率高，切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。天然金
刚石的硬度、抗磨损与抗腐蚀性和化学稳定性保证了刀具的超长寿命，能保证持续长久的正
常切削，并减少由于刀具磨损对被加工零件的影响；其较高的导热系数又可降低切削温度
和零件的热变形。天然大单晶金刚石的优良特性可满足精密及超精密切削对刀具材料的大多
数要求，虽然其价格昂贵却仍被公认为是理想的精密及超精密切削工具材料。可广泛地应用
于加工原子核反应堆及其它高技术领域的各种反射镜、导弹和火箭中的地航陀螺、计算机硬
盘基片，加速器电子枪的超精密加工以及传统手表零件、首饰、制笔、有色金属装饰件的精密
加工等。此外，还可以用于制造医用刀具。

ND 的缺点主要是与铁族元素接触时有化学反应，

 在 700～800

℃时将碳化（即石墨化），一般不适于加工钢铁材料。 

　　

2.2 聚晶金刚石和聚晶金刚石复合刀片 

　　

PCD 又称金刚石烧结体，它是在高温、高压下，通过钴等金属结合剂将许多金刚石单

晶粉聚晶成的多晶体材料。虽其硬度稍低于天然单晶金刚石，但它是随机取向的金刚石晶粒
的聚合，属各向同性，无解理面。因而它不像大单晶金刚石那样在不同晶面上的强度、硬度
及耐磨性有很大的差别，

 以及因解理面的存在而呈脆性。在切削时，切削刃对意外损坏不

太敏感，抗磨损能力也较强，可长时间保持锋利的切削刃，加工时可采用很高的切削速度
和较大的背吃刀量，使用寿命一般高于

WC 基硬质合金刀具 l0～50 倍，而且 PCD 原料来源

丰富，其价格只有

ND 的几十分之一至十几分之一，PCD 刀具具有极高的硬度及寿命、很低