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超硬材料知识详集

http://www.momo35.com    来源:难切削材料加工技术    日期:2019-05-06


超硬材料

概念超硬材料是指以金刚石为代表的具有很高物质的总称,超硬材料的范畴虽没有一个严格的规定,但是人们习惯上把金刚石和硬度接近于金刚石硬度的材料统称为超硬材料。生产上用到的超硬材料主要是指金刚石和立方氮化硼。金刚石(英文:Diamond)是目前已知的世界上最硬的物质,立方氮化硼硬度仅次于金刚石。这两种超硬材料的硬度都远高于其它材料的硬度,包括模具材料刚玉、碳化硅以及刀具材料硬质合金、高速钢等硬质工具材料。

超硬材料的分类:

1、按存在方式分类

超硬材料可分为天然以及人造两种,前者主要包括天然的钻石(金刚石)、黑钻石,后者则包括聚合钻石纳米棒(ADNR)、化学气相沉积金刚石(CVDD),以及现在研究较多的多晶立方氮化硼(PCBN)等。

2、按结构性质分类

分为单晶超硬材料和聚晶超硬材料(也称为“复合超硬材料”)及金刚石薄膜三类。

单晶超硬材料的特点为硬度更高、耐热性更好,但尺寸较小,多用于制造锯片等切割工具;聚晶超硬材料是指以金刚石或者立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料,添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。巨鲸超硬材料的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料,但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的致密体,可以增加工具的切割面积,同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端,具有更高的耐磨性。

金刚石薄膜是用化学气相沉积(CVD)法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具,还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、X光检测窗口等,应用领域十分广泛。

超硬材料的用途:

1、 CBN磨削刀具



CBN磨具与普通磨具

CBN磨具与普通磨具相比,具有磨削锋利、耐磨性好、加工效率高、加工表面质量优、加工精度高、使用寿命长、但未加工成本低、节能和改善环境等优点,因而它光反应用于汽车、拖拉机、轴承、机床、齿轮、工具、磨具、航天航空、军工等许多行业,特别是适用高速钢、耐热钢、不锈钢、热敏材料等硬度高、韧性大、高温强度高、热传导率低的材料的精密磨削加工。陶瓷CBN磨具不仅具有切削锋利、切削力小、生产效率高、使用寿命长、易于整形与修锐、磨削精度高等优点,而且还具有磨削工件温度低、能消除表面拉应力而产生残余应力,使工件耐用度提高。

2、金刚石钻头



金刚石材料的钻头耐磨且寿命长,适合深井和研磨性的地层使用。在地温较高的情况下,普通钻头的轴承密封易失效,使用金刚石材料钻头则不会出现这种问题。金刚石材料钻头的钻压低于牙轮钻头,因而在钻压受到限制的情况下应使用金刚石材料钻头。金刚石材料钻头结构设计、制造比较灵活,生产设备简单,因而能满足非标准的异形尺寸井眼的钻井需要。金刚石材料钻头中的PDC钻头是一种切削型钻头。实践表明,这种钻头适应地层时可以取得很高的效益,但金刚石材料钻头抗冲击性载荷性能较差

3、金刚石锯切工具
 


金刚石锯切工具主要是指各类金刚石切割锯片,包括圆锯片、排锯、绳锯等。主要用于切割大理石、花岗岩等非金属材料。金刚石圆锯片广泛用于切割天然花岗岩。不同的花岗岩,力学性能、物理性质有很大的差别,锯片的受力和磨损的情况也有很大的不同。锯片使用寿命也不同。但是金刚石锯片相对于其他材质的锯片其寿命就显得很长了。金刚石锯片兼有金刚石的硬度和硬质合金的强韧性,加上极低的摩擦系数、高导热性和良好的化学稳定性,以及低的制造成本,使得其应用也变得越来越普遍。

4、 金刚石磨具

与普通磨料磨具相比,金刚石磨的磨削效率高,压力低,因而磨削时产生的热量少,避免了工件表面的烧伤和开裂,而且降低设备的磨损和磨损过程中的损耗。同时由于金刚石磨具耐磨性高,在磨削过程中其形状、尺寸变化小,所以磨削质量精度高。磨具磨损少、寿命长,改善了工人的劳动环境和条件。磨削加工的综合成本低。可以选择不同的粘结剂调节磨具性能,特别是可以采用金属结合剂。

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