化學氣相沉積(CVD)金剛石作為一種新型超硬刀具材料，為金剛石刀具的應用開闢了新的途徑。CVD金剛石刀具主要有兩種類型：CVD金剛石薄膜塗層刀具和CVD金剛石厚膜焊接刀具。目前來說，CVD金剛石厚膜刀具的應用比較廣泛。 一、CVD金剛石薄膜塗層刀具 CVD金剛石薄膜塗層刀具是指通過CVD方法在一定溫度下使金剛石沉積於某些基體(通常為K類硬質合金)刀片上的刀具，其金剛石膜厚度約為10～30μm。 CVD金剛石薄膜塗層刀具因金剛石厚度較薄，難於刃磨，前、后刀面及刃口質量較差，只適用於粗加工、半精加工和複雜形狀刀具。粗加工的切削較大，當金剛石與基體間的附著力不足以抗拒切削力的破壞時，金剛石膜就會脫落。這種刀具加工出的工件表面粗糙度一般大於Ra0.2μm。 儘管目前國內CVD薄膜塗層刀具的應用尚處於萌芽狀態，但隨著CVD金剛石生長技術的提高，CVD金剛石基團顆粒的大小已經由40～50μm縮小到十幾甚至幾個納米，從而出現了納米金剛石。如美國阿貢國家實驗室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已經生長出質量良好、表面為鏡面(表面最高峰與最低峰間距為15nm)、任意厚度的納米金剛石膜，而且其塗層的附著力足夠。相信其對塗層刀具的應用有所促進。 二、CVD金剛石厚膜焊接刀具 CVD金剛石厚膜焊接刀具是先把切割好的CVD金剛石厚膜一次焊接至基體(通常為K類硬質合金)上，形成複合片，然後拋光複合片，二次焊接至刀體上，刃磨成需要的形狀和刃口。 製造工藝流程：高品質的CVD金剛石膜的製備→激光切割→一次焊接成複合片→複合片拋光→二次焊接至刀體上→刃磨→檢驗。下面介紹幾個關鍵工序，如切割，焊接，拋光和刃磨等。 激光切割 CVD金剛石膜硬度高、不導電(現已有導電型CVD金剛石，但其電阻率很大)、耐磨性極強，常規的機械加工和線切割等方法不適合於CVD金剛石厚膜的切割。高效的加工方法是激光切割。 一次焊接 一次焊接是指在真空條件下將CVD金剛石厚膜焊接至某些基體上，形成複合片。金剛石與一般金屬間的可焊接性極差。目前，金剛石厚膜刀具的焊接工藝主要採用表面金屬化的方法。焊料為含鈦的銀銅合金，鈦的作用是在焊接加熱過程中與金剛石膜表面反應，產生TiC中間層，使金剛石膜表面金屬化，從而提高焊接強度。 焊接用基體通常為K類硬質合金。在高真空條件下，採用擴散焊加釺焊的工藝，Ag—Cu—Ti合金作中間層，將金剛石厚膜焊接在硬質合金基體上，焊接強度滿足切削加工要求。 複合片拋光 拋光的目的是把刀片上表面(即前刀面)拋光成鏡面，一般要求達到Ra0.1μm以下。刀具前刀面拋光后可以減少與切屑的摩擦與粘結，延長刀具壽命；同時還可以改善刀刃的平整度與鋒利性，提高切削加工的精度。複合片的拋光用專門的拋光機。 二次焊接 二次焊接是指將複合片焊接至刀體上。所用設備多為高頻感應焊接設備，所用焊料為銀銅焊料和釺劑。焊接溫度為650～700℃之間。溫度不可過高，焊接過程中應保持各焊接面乾淨。合理選用釺劑有利於提高焊接強度和改善複合片基體與刀體材料的焊接性能。一般來說二次焊接的強度為180～200MPa，可滿足金剛石刀具切削加工的要求。 另外，為了改善刀具的外觀，可以用油石條磨掉多餘的銀銅，用噴砂法去除表面氧化層，用表面鍍Ni法或用鈍化液浸泡防止刀體的氧化生鏽。 刃磨CVD金剛石有很高的硬度和耐磨性，刃磨極為困難。目前普遍採用類似PCD刀具的刃磨方法。 設備：採用專門的工具磨床，設備廠家有英國COBORN公司、台灣KARMAM公司、瑞士EWAG公司和北京迪安公司等。其主要功能包括：直刃磨削和圓弧磨削，圓弧磨削又包括圓錐后刀面和圓柱形后刀面的形成以及圓錐與圓柱后刀面的組合等。為了實現這些功能，要求機床的主要運動包括：機床主軸(砂輪)的旋轉運動；主軸的往複直線運動；刀架的迴轉運動，配合顯微鏡或投影儀精確對準迴轉中心，得到不同的刀尖圓弧半徑等。 砂輪：刃磨所用砂輪為樹脂結合劑金剛石砂輪，刃磨工藝分為粗磨、半精磨和精磨等。砂輪粒度範圍為250～325至W10～07。為了提高刃口質量，有時還需研磨、拋光等工藝，所用粒度更細，甚至為1～3μm。為了得到高質量的刃口，通常採用嵌砂的鑄鐵盤進行研磨。 刃磨：刃磨過程中，需加冷卻液，並應注意砂輪的修整，通常用適合的油石條正確地修整砂輪可以提高刃磨效率和改善刃磨質量。由於CVD金剛石的抗衝擊性能不如PCD金剛石，因此有些特殊要求的刀具刃磨后的刃口應倒鈍，一般為0.02～0.03mm。 | |
