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收藏词条   编辑词条 粉末冶金金刚石工具材料

创建时间:2008-08-02

用粉末冶金方法制造的以金刚石为主硬质相、以金属粉末为主粘结相经固结而成的一种金属基组合材料,属超硬材料类。

金刚石为元素碳在高温高压下合成的同素异构晶体,其莫氏硬度值为10,是硬度最高的物质。金刚石性质特异,有重要的利用价值,但在自然界资源稀少。50年代美国率先人工合成了金刚石,60年代开始工业生产人造金刚石,并迅速扩展了其具有优异刃磨特性的广泛工业应用,金刚石工具的工业生产随之崛起。先是金刚石、磨轮等磨具的生产,用于金属与非金属材质的磨削、研磨和抛光。继而是金刚石钻头的生产,用于地质和工程的勘探。随后石材、建筑、装饰业的蓬勃发展,金刚石锯切、钻孔、研磨等工具的生产更是应运而起,成为材料科学和材料工业中一个重要领域。

金刚石工具的种类繁多,按作用粗分为钻孔工具、锯切工具和研磨工具。且按加工对象不同有各自不同的使用条件和技术要求。金刚石工具的制造首先在于将粒状金刚石与粘结相固结成刚性的整体。固结的方法按粘结相种类分为树脂型固结、陶瓷型固结、金属型固结等。金属型固结除电镀金属法外广泛采用的是粉末冶金方法。金属型固结按金刚石在金属基体中包镶的方式有在金属基体表层固结(表镶),如采用粗颗粒天然金刚石和人造金刚石聚晶体时;有在金属基体内部固结(孕镶),若采用人造金刚石时,孕镶方式的金属基体又称为胎体。粉末冶金方法是金刚石工具生产的主要方法。其优势在于可充分选用金刚石的品质(强韧度、晶形、粒度)及其数量(浓度)搭配(金刚石配方)和与之相应的金属胎体的粉末组分的质与量的搭配(胎体配方),以达到工具因加工对象与条件不同而特定的使用技术要求,如加工效率寿命等等;可经济易行地采用冷、热成形固结工艺生产出不同形状锯齿节块甚至不同分层结构的最终工具产品。金刚石工具的加工特性主要取决于金刚石的品质与配方,但要使昂贵的金刚石(一般占工具成本1/3甚至更高)充分发挥刃磨作用,很大程度上有赖于金属基(胎)体的性能匹配优劣。一般对胎体的重要要求是:对金刚石颗粒的把持(结合)力,除机械啮合外,所选胎体成分应能赋予金刚石一胎体界面有好的物理化学结合强度;相匹配的机械、物理综合性能,如耐磨性是与金刚石颗粒的出刃至耗损直接相关,导热性和减摩性能与高速摩擦生热及导散热相关;必要的力学性能、焊接性、耐锈性、耐蚀性等等。胎体的上述性能取决于胎体的成分与显微组织结构。其设计和研究、开发涉及金属学和复合、组合材料学等学科丰富的内容,如多元合金化、固溶强化、第二相强化、假合金、外加硬质相、减摩相、非金属相等等。在实现这一广泛的金属一非金属组合材料开发和生产发展中,粉末冶金方法及其工艺技术显示了独特的潜在力。

胎体通常有铜基、铁基、镍基、钴基等多元合金、多相组织体系,开发、生产者遵循工具材料的使用适用性和性能 / 价格比经济原则选择金刚石和相匹配的胎体配方。粉末冶金典型的固结工艺有热压工艺,生产焊接型锯片、钻头的金刚石节块、整体切割小锯片、砂轮、磨轮、绳锯刃珠等等;有熔渗工艺生产钻头、磨轮等;有冷压烧结工艺生产小尺寸整体切割锯片等,并以生产率高而多被采用。

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