金剛石表面預(yù)金屬化并非我們的目的

金剛石表面預(yù)金屬化并非我們的目的，而僅是期望與胎體金屬實(shí)現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合的措施之一。鍍覆后的金剛石在燒結(jié)成鋸（鉆）齒后，其折斷面上暴露出的金剛石均失去了鍍層，而脫落了金剛石的殘留坑表面十分光滑金剛石磨輪電鍍，這種現(xiàn)象似乎說(shuō)明了金剛石與胎體還未能達(dá)到化學(xué)包鑲的水平金剛石工具電鍍。就是說(shuō)，即使實(shí)現(xiàn)了金剛石的表面預(yù)金屬化，傳統(tǒng)的固相粉末冶金燒結(jié)法也不可能實(shí)現(xiàn)金剛石與胎體材料間的牢固結(jié)合。

磨具按其原料來(lái)源分，有天然磨具和人造磨具兩類。機(jī)械工業(yè)中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結(jié)構(gòu)特征區(qū)分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦，以上統(tǒng)稱固結(jié)磨具，以及涂附磨具五類金剛石鋸片電鍍。

金剛石的成核機(jī)理

在研究金剛石的成核機(jī)理等基礎(chǔ)理論方面是較為完善的一種。盡管合成速度較慢約為1~2um/h，但沉積的金剛石薄膜質(zhì)量高，與基體結(jié)合好。

近發(fā)展的等離子體輔助熱絲CVD法(EACVD)，不僅獲得遠(yuǎn)比一般熱絲CVD法更高的沉積速度(10—20um/h)，而且金剛石膜的質(zhì)量得到顯著提高。

先將真空室抽成真空，再將熱絲加熱到1800℃~2400℃的高溫金剛石磨盤電鍍，通往含碳?xì)庠春虷2，氣體通過(guò)熱絲時(shí)被分解成原子H，CH3，C2H2等基團(tuán)，這些活性基團(tuán)在800℃~1100℃的基體上反應(yīng)形成金剛石晶核，再生長(zhǎng)成金剛石膜。其中絲的材質(zhì)、溫度、絲與基體間的距離、氣體種類比例、基體溫度等對(duì)金剛石形核和生長(zhǎng)都影響。

人造金剛石聚晶復(fù)合片

立方氮化硼聚晶刀具是由許多細(xì)晶粒CBN聚結(jié)而成的CBN聚集體的一類超硬材料產(chǎn)品。它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有高韌性、化學(xué)惰性、紅硬性等特點(diǎn)，并可用金剛石砂輪修磨。在切削加工的各個(gè)方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，能夠在高溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定切削，特別適合加工各種淬火鋼、工具鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料。刀具切削鋒利、保形性好、耐磨性能高、單位磨損量小、修正次數(shù)少、利于自動(dòng)加工，適用于從粗加工到精加工的所有切削加工。PCBN在數(shù)控切削行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，是一種具有良好發(fā)展前景的刀具材料。

人造金剛石聚晶復(fù)合片是在高溫高壓情況下由許多細(xì)晶粒金剛石和硬質(zhì)合金襯底聯(lián)合燒結(jié)而成的塊狀聚結(jié)體。它和PCBN一樣具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、特別是具有高的抗沖擊韌性。作為加工工具，PCD主要用于石油、冶金、地質(zhì)鉆頭、擴(kuò)孔器等，其鉆進(jìn)速度及時(shí)效均為天然金剛石的許多倍，同時(shí)鉆進(jìn)過(guò)程中還可以有效保持孔徑。人造金剛石復(fù)合片還可以用來(lái)切削非鐵金屬及其合金、硬質(zhì)合金以及非金屬材料。切削速度為硬質(zhì)合金刀具的上百倍，耐用度為硬質(zhì)合金的上千倍。

CFRP加工用金剛石鍍附工具

適宜地將基體和增強(qiáng)材料結(jié)合起來(lái)從而形成可控性機(jī)械特征是復(fù)合材料的一個(gè)特色。碳纖維增強(qiáng)塑料由于其優(yōu)越的抗拉強(qiáng)度、比濕度、抗腐蝕性而廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械如汽車、直升機(jī)、器械和鐵路車輛等領(lǐng)域。此外，CFRP材料在航天領(lǐng)域是一種基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)材料，可以減輕飛機(jī)機(jī)身重量從而提高燃料效率，節(jié)省維護(hù)成本。

在航天領(lǐng)域，和CFRP材料有關(guān)的加工都會(huì)應(yīng)用金剛石鍍附工具。金剛石鍍附鉆，用于CFRP材料的精密鉆孔。由于軸向力沿著纖維板疊層方面施力，鉆孔時(shí)CFRP材料容易出現(xiàn)分層。

隨著切削工具磨損的加劇和碎屑粘附在切削刃上，鉆削時(shí)的抗鉆強(qiáng)度也逐漸增大，CFRP材料過(guò)度受熱，強(qiáng)度也由此降低。為解決這一問(wèn)題，就不可避免地要應(yīng)用到金剛石鍍附鉆。

金剛石磨頭特性和工件精度的關(guān)系

在成型磨削時(shí)，要保證工件的幾肘形狀精度，磨頭的硬度 不能太軟。例如，磨削曲軸軸頸時(shí)，為了保證工件的圓角，砂 輪的硬度要選ZY^2的磨頭，更重要的是磨頭的硬度要均勻; 否則，磨頭的磨損就不均勻而影晌工件成型表面的精度。磨頭 的組織要緊密而均勻，否則，同樣會(huì)造成不均勻磨損而影響工 件精度。粒度過(guò)粗容易遣成磨頭不均勻。

在三種常用結(jié)合劑中，以陶瓷結(jié)合劑容易保持形狀的正 確性，另外，在陶瓷結(jié)合劑中加入一定的化學(xué)元素，能較好的 保持磨頭型面的幾何形狀。例如采用含硼、鉛元素的陶瓷結(jié)合 劑磨頭磨削螺紋時(shí)，能取得較好的效果。

金剛石磨頭粒度及其選擇

粒度是指金剛石磨料的顆粒尺寸。對(duì)用篩選法獲得的磨粒來(lái)說(shuō)， 粒度號(hào)是用一英時(shí)長(zhǎng)度上有多少個(gè)孔的篩網(wǎng)來(lái)命名的。例如， 12?粒度是指一英時(shí)長(zhǎng)度上有十二個(gè)孔，余類推。而用Wxx 表示的微粉則是磨粒的實(shí)際尺寸。按照新修訂的金剛石磨料粒度標(biāo) 準(zhǔn)，每種粒度號(hào)對(duì)應(yīng)的磨粒尺寸如表2。

表2 粒度號(hào)及對(duì)應(yīng)的磨粒公稱尺寸(JB 1182—71)

金剛石磨料粒度的選擇主要與加工表面光潔度和磨削生產(chǎn)率有關(guān)。　'當(dāng)工件的磨削余量大，要求切削而工件表面質(zhì)量要 求不髙時(shí)，例如去毛刺等，可選擇14??24?的粗粒度金剛石磨頭。

當(dāng)磨頭和工件接觸面積較大時(shí)，要選用粒度組一些的砂 輪。例如，磨削相同的平面，用磨頭的端面磨削比用磨頭的周 邊磨削選的粒度要粗些。

磨削有色金屬和軟金屬比磨削鋼件時(shí)所用的粒度要粗一些。一般的外圓和平面磨削選用36#?70#粒度。外圓磨削大批生產(chǎn)時(shí)，例如磨曲軸軸頸，選用36??46?粒度。薄壁零件磨削時(shí)容易發(fā)熱，此時(shí)，粒度要選得粗一些。

粒度較細(xì)的金剛石磨頭一般用于磨削余量小、光潔度要求高的零 件。例如，刀具的刃磨一般采用60??100?粒度。螺紋磨削等則 用細(xì)于80?的粒度。

一般來(lái)說(shuō)，隨著粒度變細(xì)，磨削后的工件表面光潔度提 髙，但粒度對(duì)光潔度的這種影響只能就一定范圍來(lái)說(shuō)。我國(guó)上海機(jī)床廠和其他許多單位的工人和技術(shù)人員，經(jīng) 過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)和實(shí)踐，通過(guò)對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整、改裝、改進(jìn)修整 方法，用較粗的46??80?粒度的陶瓷磨頭同樣磨出了 V12以上 的高光潔度，而用W10?W20的細(xì)粒度樹(shù)脂或橡膠結(jié)合劑加石 墨填料的磨頭可以磨出V14的高光潔度。