Сверхтвёрдый инструментальный материал относится к сверхтвёрдым материалам, которые могут использоваться в качестве режущего инструмента. В настоящее время их можно разделить на две категории: алмазный инструментальный материал и инструментальный материал на основе кубического нитрида бора. Существует пять основных разновидностей новых материалов, которые уже применяются или проходят испытания.
(1) Натуральные и искусственные синтетические крупные монокристаллические алмазы
(2) Полиалмазное (PCD) и полиалмазное композитное лезвие (PDC)
(3) CVD-алмаз
(4) Поликристаллический кубический бор-аммиак (PCBN)
(5) Покрытие из кубического бора и аммиака методом химического осаждения из газовой фазы
1, натуральный и синтетический крупный монокристаллический алмаз
Натуральный алмаз имеет однородную кристаллическую структуру без внутренних границ зерен, благодаря чему режущая кромка инструмента теоретически может достигать атомной гладкости и остроты, обеспечивая высокую режущую способность, высокую точность и малые усилия резания. Твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость и химическая стабильность натурального алмаза обеспечивают длительный срок службы инструмента, могут обеспечить длительную нормальную резку и снижают влияние износа инструмента на точность обрабатываемых деталей. Высокая теплопроводность позволяет снизить температуру резания и термическую деформацию деталей. Прецизионные характеристики натурального крупного монокристаллического алмаза могут удовлетворить большинство требований к точности и сверхточности резки инструментальных материалов. Несмотря на высокую цену, он по-прежнему признан идеальным инструментальным материалом для прецизионных и сверхточных изделий. Он широко используется в производстве ядерных реакторов и других высокотехнологичных изделий, таких как зеркала, ракеты, подложки жестких дисков компьютеров, сверхточная обработка электронных пушек ускорителей, а также традиционные детали часов, ювелирные изделия, ручки, прецизионная обработка металлических изделий и т. д. Кроме того, его можно использовать для изготовления офтальмологических инструментов, скальпелей для нейрохирургии, сверхтонких биологических лезвий и других медицинских инструментов. Современное развитие технологий высоких температур и высокого давления позволяет получать крупные монокристаллические алмазы определенного размера. Преимуществом этого алмазного инструментального материала является его хороший размер, форма и стабильность характеристик, чего нельзя достичь в изделиях из натуральных алмазов. Из-за дефицита крупных природных алмазов и высокой цены, синтетический крупнозернистый монокристаллический алмазный инструментальный материал для сверхточной резки в качестве заменителя природных крупных монокристаллических алмазов будет быстро развиваться.
2. Поликристаллический алмаз (PCD) и композитные лезвия из поликристаллического алмаза (PDC) по сравнению с крупными монокристаллическими алмазами, используемыми в качестве инструментального материала, обладают следующими преимуществами: (1) неупорядоченное расположение зерен, изотропность, отсутствие сколов на поверхности. Поэтому они не уступают крупным монокристаллическим алмазам по прочности и твёрдости.
И износостойкость очень разная, и из-за наличия поверхности скола она хрупкая.
(2) Высокая прочность, особенно у инструмента PDC, обусловлена наличием твердосплавной матрицы, а также высокая ударопрочность. Удар приводит к разрушению только мелких зерен, в отличие от крупнозернистого монокристаллического алмаза. Поэтому инструмент PCD или PDC может использоваться не только для прецизионной резки и полуточной обработки, но и для широкого спектра черновой и прерывистой обработки (например, фрезерования и т.д.), что значительно расширяет область применения алмазных инструментов.
(3) Крупные заготовки инструментов PDC могут быть подготовлены для удовлетворения потребностей крупных обрабатывающих инструментов, таких как фрезы.
(4) Возможность изготовления заготовок для различных видов обработки. Благодаря совершенствованию заготовок PDC-инструмента и технологий обработки, таких как электроискровая и лазерная резка, заготовки лезвий треугольной, ёлочной, фронтонной и других форм могут быть изготовлены и сформированы. Для удовлетворения потребностей в специальных режущих инструментах заготовки PDC-инструмента могут быть изготовлены в виде обернутых, сэндвич- и рулонных заготовок.
(5) Характеристики изделия можно проектировать или прогнозировать, придавая изделию необходимые характеристики для адаптации к конкретному применению. Например, выбор мелкозернистого материала PDC может улучшить качество режущей кромки инструмента; крупнозернистый материал PDC может повысить его долговечность.
В заключение следует отметить, что с развитием инструментальных материалов PCD и PDC применение инструментов PCD и PDC быстро расширилось во многих производственных отраслях.
В промышленности широко используется в цветных металлах (алюминий, алюминиевые сплавы, медь, медные сплавы, магниевые сплавы, цинковые сплавы и т.д.), карбидах, керамике, неметаллических материалах (пластик, твердая резина, углеродные стержни, древесина, цементные изделия и т.д.), композиционных материалах (таких как армированный волокном пластик CFRP, композиционные материалы с металлической матрицей MMC), особенно в автомобильной и деревообрабатывающей промышленности, стал высокопроизводительной альтернативой традиционному твердому сплаву.
Время публикации: 27 марта 2025 г.
