超硬是如何发展的？

超硬分类和其特点有哪些？

超硬材料是如何制造的?

超硬材料发展历史

1955年美国GE公司采用高温高压的方法获得了人造金刚石。1957年以高温高压的方法合成了立方氮化硼（CBN）。这些人造材料大大地丰富了材料宝库，开辟了“超硬材料”的新领域。

当时这些材料在机械加工领域的主要用途是作磨料，1977年GE公司又成功开发了金刚石烧结体（PCD）和CBN烧结体（PCBN），并制造成了刀片，使人造超硬材料的用途进一步扩展，由磨削扩展到了切削，迎来了切削加工技术发展的新曙光。

实践已经证明：用于切削有色金属时，金刚石刀具的耐用度较硬质合金刀具可提高几十甚至几百倍：立方氮化硼（CBN）虽然它的应用稍逊色与金刚石，但却是目前可用于加工硬化黑色金属的最硬的刀具材料。许多切削加工概念，如绿色加工，以车代磨，以铣代磨，硬态加工，高速切削，干式切削等都因超硬傲居的应用而起，超硬刀具已成为推动现代切削技术向高端快速发展的重要因素。

分类 / 特点

金刚石类：

天然单晶，人造单晶，聚晶复合片，CVD厚模金刚石.

氮化硼类：

聚晶复合片，整体CBN烧结片.

01单晶金刚石

最早是由天然单晶金刚石制造的高端高精度刀具，由于天然金刚石不可再生，现在国内市面上90%以上的单晶金刚石都是采用的是人造单晶。由于是纯金刚石，所以耐磨性极高，并可以刃磨出很锋利的刃口。

缺点：

▶ 单晶金刚石具有各向异性，对加工要求高.

▶ 制造刀具受到单晶自身尺寸的影响.

▶ 成本较高.

02聚晶复合片

高温高压下由超硬微粉颗粒加结合剂制造而成，由硬质合金层与超硬材料层组成，目前约90%以上的超硬材料刀具都是由聚晶复合片制造而成。可以切割成所需的任意形状再制作刀具，质量可控。

缺点：

▶ 由于有结合剂与超硬材料颗粒的问题，在刃磨的时候存在最小微观崩刃的问题.

▶ 制造小型刀具难度较大.

03整体CVD厚膜金刚石片

在硅或金属钼基体上采用化学气相沉积方法沉积金刚石，金刚石膜稳定生长一定时间后达到所需的厚度并从基体上脱落，形成自支撑金刚石片。可根据需要，采用激光切割，研磨抛光等工艺加工成各种形状使用.

特点：

▶ 相比单晶而言，厚模金刚石是纯净的金刚石，没有单晶的各项异性，一致性，耐磨性极好.

▶ 相比PCD复合片，没有金刚石颗粒与结合剂的问题，能刃磨出良好的切削刃，极小的刀尖圆弧.

▶ 可以切割成任意的形状.

04整体CBN

特点：

▶ 整体为黑色，由CBN微粉与结合剂直接烧结而成，多用于机夹刀具，实践证明：在铸铁加工，轧辊加工，各种粗加工领域（大切深，大余量，抗冲击）优势明显.

超硬制造

一般分为基体制备，超硬材料选取与准备，钎焊，刃磨等，检测.

01基体制备

基体的制备必须考虑刀具实际使用的条件.

要确保：能安装，可定位，要考虑到刀具使用过程的各种基本要求.

02超硬材料选取与准备

选择合适的超硬材料，并制定成指定的形状.

03焊接方式

注：目前超硬材料采用钎焊方式较多.

钎焊特点：

▶ 钎焊接头强度高。

▶ 钎焊接头韧性好。

▶ 钎焊接头一般比较简单和快速易制。

▶ 钎焊能完美地连接异种材料。

▶ 钎焊温度相对较低。

考虑因素：

▶ 合适的焊料选取.

▶ 很好的配合和合适的间隙.

▶ 洁金属表面与适当的粗糙度.

▶ 给零件适当的保护.

▶ 适宜的加热方式.

关于合适的焊料选取

一般来说国产内的超硬刀具制造厂家都是采用类似的焊料（膏）

金刚石聚晶复合片的焊接采用的一般都是银基焊料（膏）

氮化硼复合片的焊接一般采用的都是铜基焊料（膏）

单晶金刚石，整体CBN的焊接由于是金属与非金属的连接通常采用是活性焊料（膏）

关于配合和适合的间隙

间隙太大-强度不够，间隙一旦超过0.3mm，就不要钎焊了。焊接强度=焊料本身的强度；

间隙太小-毛细管吸作用不明显，因为钎料是通过毛细管吸作用填满钎焊接头间隙。

一般来说，焊接完后的间隙为0.03-0.15为合适。

注：以上间隙数值，随工艺，焊接母材料的不同有所不同，一般高频钎焊取小值，炉中钎焊取大值，但是不论在什么情况下，一旦间隙超过0.3都不会获得理想的焊机强度.

焊接面剖面图

Q&A

Q：CBN刀具应用？

A：

高速切削：主要体现在普通灰铸铁领域，由于灰铸铁原材料的价格上涨，和企业竞争逐渐增大。最初采用硬质合金刀片加工灰铸铁最高线速度不能超过350m/min，反之则会剧烈磨损。但采用CBN刀具加工灰铸铁最高线速度可达到1500m/min（不考虑机床刚性的基础上），而且保证高的耐磨性，和高的被加工工件的表面质量

重载切削：主要体现在高硬度铸铁/铸钢等领域，如轧辊、泵材质用于大型设备上，毛坯件加工余量大，需要耐磨性和抗冲击韧性兼优的切削刀具加工，而CBN刀具一次吃刀深度可达到10mm，大大提高生产效率。

干式切削：不管加工哪一类材质，CBN刀具均采用干式切削的加工方式，CBN刀具其高温红硬性强，可承受1200℃的高温状态下正常切削，保证优异的耐用度。而且减少了采用切削液加工工件所带来的不必要的成本，保证良好的生产环境