超硬材料和硬質(zhì)金屬匯總

刀具材料應(yīng)具備的基本性能1.高硬度和高耐磨性:。2.足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性強(qiáng)度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷所應(yīng)具備的性工作條件下保證不崩刃的能力，一般地，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個關(guān)鍵。3.高耐熱性材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度、抗氧化、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力。料費(fèi)用都較貴，但其使用壽命很長，在成批大量生產(chǎn)中，分?jǐn)偟矫總€零件中如何選購鉆石：外形美觀(凈度高，顏色白，切工好)，性價比高。金剛石刀具為什么不適合加工鐵基材料附，導(dǎo)致刀具不鋒利，引起加工區(qū)域溫度升高，溫度一高，加之有空氣中的氧氣，金剛石就容易發(fā)元素碳化，宏觀表現(xiàn)為金剛石石墨化。刀具材料的種類類銑刀、拉刀、齒輪刀具、螺紋刀具等；由于高速鋼硬度，耐磨性，耐熱性不及硬質(zhì)合金，因此只適于制造中、低速切削的各種刀具。高速鋼按其性能分成兩大類：普通高速鋼和高性能高速鋼。2.硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金大量應(yīng)用在剛性好，刃形簡單的高速切削刀具上，隨著技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)雜刀具也在逐步擴(kuò)大其應(yīng)用。(1)陶瓷刀具：是以氧化鋁(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)為基體，再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。(2)人造金剛石：它是碳的同素異形體，是目前最硬的刀具材料，顯微硬測量刀具材料硬度的兩種基本方式：洛氏，維氏。1.洛氏硬度(HR)洛氏硬度(Rockwellhardness)是美國人洛克維爾于1919年提出。試驗(yàn)方較低的材料，例如：退火鋼、鑄鐵、各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不工件的硬度，用于硬度很高的材料，例如：淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分均為98.07N(10Kgf)，最后根據(jù)壓痕深度計算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球 (1/16英寸)的鋼球作為壓頭，然后加壓至980.7N(100Kgf)，因此標(biāo)尺B2.維氏硬度(Vickershardness)是表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)，由英國科學(xué)家維克斯首先提出，表示為HV。以49.03~980.7N的負(fù)荷,將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時間后，用材料壓痕N維氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷<1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定3.洛氏硬度適合硬度較高的金屬，比如熱處理后的各種合金鋼等。洛氏硬度對材料表面有一定要求.維式硬度要求測試表面平整度非常高，必須為拋光過的表面才行。4.維氏硬度試驗(yàn)測量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材但需多點(diǎn)測試，才能保證精度。金剛石晶體結(jié)構(gòu)：立方結(jié)構(gòu)，共價鍵物理性質(zhì)：顏色：由雜志決定，含微量硼為褐色，含Ni，Mn呈黃綠色，含氮呈黃色應(yīng)金剛石合成方法：直接轉(zhuǎn)變、熔媒法、外延生長法。合成壓力與溫度特點(diǎn)：靜態(tài)高壓高溫法、動態(tài)(超)高壓高溫法、動態(tài)低壓 (常壓)高溫法、靜壓觸媒法(壓力5-7GPa、1300-1700℃墨轉(zhuǎn)變金剛石(1200℃，5-7GPa)3.溶劑-催化說：石墨和觸媒在高溫高壓下作用互相溶解，在碳原子表面形成金屬薄膜，碳原子進(jìn)入金屬薄膜，然后在薄膜內(nèi)觸媒作用下，結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生重排，以金剛石析出。?較高石墨化程度(>90%)；?高密度，有一定分布均勻的氣氛(28%)，促進(jìn)分散溶解；?對碳的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)要大，不形成穩(wěn)定的碳化物，合金化?晶粒度大小均勻，與石墨相匹配3.傳壓介質(zhì)22322?高密度，有一定分布均勻的氣孔(28%)?葉臘石在高溫高壓下相變引起體積收縮、引起內(nèi)部壓力下降、摩擦力增加，加入氯化鈉。白云石等形成符合傳壓介質(zhì)。1.金剛石磨具：利用金剛石磨削、研磨或拋光的工具?粘結(jié)劑：樹脂、金屬和陶瓷等2.金剛石鋸切工具：圓鋸片和圓繩鋸3.金剛石鉆頭4.單晶金剛石刀具?與有色金屬和非金屬材料的親和性小1.聚晶金剛石刀具加工對象：非鐵金屬(Al及合金、銅及合金、硬質(zhì)合金、鈦、鎂等各種有色金屬及合金)、非金屬材料(木材、增強(qiáng)塑料、橡膠、石墨、陶瓷)聚晶金剛石層晶粒呈無序排列，各向同性，無解理面PCD復(fù)合片有硬質(zhì)合金襯底支撐，既彌補(bǔ)了PCD強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，又使PCD焊接性差的問題迎刃而解可制備不同尺寸以及復(fù)雜異形刀坯材料越差。晶粒尺寸越大，耐磨性越好，但刃口質(zhì)量稍差，難以制成高精度2.聚晶金剛石拉絲模3.聚晶金剛石鉆頭通常條件下，石墨的生長速率遠(yuǎn)大于金剛石的生長速率其競爭生長使石墨覆蓋了任何可能形成的金剛石晶核。過飽和氫和碳?xì)夥盏幕旌蠚怏w等離子體活化的作用下，在襯底上沉積金剛石。提高形核密度：金剛石形核的有利位置是高能的表面缺陷及各種類金剛石結(jié)構(gòu)的碳基團(tuán)族或襯底研磨留下的磨料顆粒(金剛石研磨膏)。對基體進(jìn)行表面預(yù)處理如用金剛石研磨膏或其他磨料機(jī)械研磨或超聲處過高，石墨相增加對基體施加偏；沉積過渡層。使其激活、離化成氫原子，有助于有機(jī)氣體碳化物的離解，以利用產(chǎn)生活性的甲基原子團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)氫原子對膜層中生成的石墨具有很強(qiáng)的刻蝕作用，可以除去膜層中的石保留膜層中的金剛石。火焰法：沉積速率高、面積小、石墨含量高(直流、微波、射頻……)等離子體法：沉積溫度<700℃，沉積速率較快，沉積面積大，但設(shè)備費(fèi)用及涂層成本高熱絲法：燈絲電流加熱，離化氣體，在襯底偏壓作用下生成金剛石，設(shè)備簡單，成本低，沉積面積大，適合工業(yè)化生產(chǎn)。令沉積溫度：5000-1000℃，過低生成類金剛石(DLC)，過高生成無定型碳和石墨令氣源成分：含碳?xì)?CH、CH、CHOH)和氫氣構(gòu)成的混合氣體，氣體中22233令氣體溫度：促進(jìn)氣體活化，成為熱等離子體狀態(tài)令襯底偏壓：增加沉積離子能量令氣體壓強(qiáng)：過高、過低均會促進(jìn)石墨相的形成b面變脆，嚴(yán)重降低其使用性能；3.金剛石涂層和鐵基襯底有如前所述的含碳層以及金剛石和鐵基材料的熱導(dǎo)率差別很大，降低涂層和鐵基材料的結(jié)合強(qiáng)度。解決辦法：過渡層：CrN、SiC、AlN、TiN、滲碳(氮、鉻、硅、鋁)等2.Co(其他過渡層金屬)促進(jìn)石墨相形成，降低結(jié)合強(qiáng)度；3.熱膨脹系數(shù)不匹配，結(jié)合強(qiáng)度差。2.添加過渡層4.激光處理：表面粗糙化和選擇性蒸發(fā)Co5.化學(xué)熱處理：滲硼，形成硼化物過渡層4.類金剛石的適用溫度和原因：6.什么叫做聚晶金剛石PCD？細(xì)晶粒金剛石(單晶金剛石微粉副產(chǎn)品)和粘結(jié)劑通過高溫高壓方法燒結(jié)?刀具：硬度高、模量高、摩擦系數(shù)低?光學(xué)應(yīng)用：透射光譜帶寬，抗輻射損傷性強(qiáng)，促進(jìn)氣體活化，成為等離率最高的材料分類：非晶碳(a-C)；含氫的非晶碳(a-C：H)；四面體非晶碳(ta-C)應(yīng)力大，與基體結(jié)合差，因此厚度不能太厚，特別是在鐵基材料和硬質(zhì)合金?力學(xué)性能：硬度、模量(sp3和sp2的比例)、結(jié)合強(qiáng)度、摩擦磨損、內(nèi)應(yīng)立方氮化硼(cBN)與金剛石相同?其他性質(zhì)：良好的熱穩(wěn)定性(>1400℃)、化學(xué)惰性、高熱導(dǎo)率等?化學(xué)穩(wěn)定性：抗氧化想>1400℃，化學(xué)惰性和溶液中析出900℃摩擦系數(shù)：切削速率提高，摩擦系數(shù)減小1.直接轉(zhuǎn)化法2.燒結(jié)法用單晶cBN粉在添加結(jié)合劑(鈷、鎳、TiC、TiN、Al/AlO、ALN等)的情23況下高壓高溫?zé)Y(jié)方式(5-6GPa和1200-1500℃)低熔點(diǎn)原則：熔融的結(jié)合劑在溫度超過熔點(diǎn)不多和高壓作用下，仍保留與cBN粒子起適量反應(yīng)形成硬度高、熱導(dǎo)性好、耐磨的高熔點(diǎn)化合物原氧或其他雜質(zhì)對cBN的污染；高的抗腐蝕性和耐熱性t-BN過渡層：六角(h-)BN或石墨結(jié)構(gòu)BNc-BN結(jié)合強(qiáng)度低、涂層直接脫落。解決：高的基體偏壓提高涂層應(yīng)力，沉積過渡層42體p成分偏離化學(xué)配比成核和生長機(jī)理不清楚343434低的摩擦性能多層涂層是由兩種或兩種以上具有不同成分或結(jié)構(gòu)的涂層在垂直于涂層一維方向上相互交替沉積生長而形成的多層結(jié)構(gòu)。調(diào)制周期：納米多層涂層中每相鄰的兩層形成一個基本的重復(fù)單元。能量不同。在多層膜中，位錯將停留在具有低剪切模量的材料涂層中，只有面時將受到映向位錯對其施加的映向力作用。2.Hall-Petch強(qiáng)化理論：用于解釋多晶中晶粒尺寸和強(qiáng)度的關(guān)系，多層涂層的變形隨著位錯在層內(nèi)的運(yùn)動隨著涂層厚度的減小，層內(nèi)位移數(shù)量也減小，格失配的多層膜中將會產(chǎn)生位錯陣列，位錯陣列對位錯運(yùn)動的阻滯導(dǎo)致材料超點(diǎn)陣涂層