硬質(zhì)合金與超硬工具材料分解課件

1、4. 硬質(zhì)合金與超硬工具材料4.1 概述硬質(zhì)合金是指一種或多種難熔金屬的碳化物（WC、TiC等）作為硬質(zhì)相，用過(guò)渡族金屬（Co等）作為粘結(jié)相，采用粉末冶金技術(shù)制備的多相材料。作為切削刀具用的硬質(zhì)合金，常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的粘結(jié)相有Co、Ni、Fe等。硬質(zhì)合金的強(qiáng)度主要取決于粘結(jié)相的含量。特點(diǎn)： 1、硬度、耐磨性、HRA94, 600超高速鋼 1000常溫鋼硬度 2、強(qiáng)度、b600MPa,9001000MPa 3、E：400-700GPa 4、耐磨、耐蝕、耐酸堿 5、線膨脹系數(shù)小硬質(zhì)合金 hardmetal;cemented carbide 由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和

2、粘結(jié)金屬通過(guò)粉末冶金工藝制成的一種合金材料。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500的溫度下也基本保持不變，在1000時(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來(lái)切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料?，F(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。分 類按照被加工材料可以分為：P類：主要用于加工鋼件（包括鑄鋼）；K類：主要用于加工鑄鐵；M類：主要用于加工鋼（包括奧氏體鋼、錳鋼）、鑄鐵、有色金屬。按照成分可

3、以分為：WC-Co硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相是WC，粘結(jié)相是Co，代號(hào)為YG；WC-TiC-Co硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相是WC與TiC，粘結(jié)相是Co，代號(hào)為YT；WC-TiC-TaC(NbC)-Co硬質(zhì)合金，是在YT硬質(zhì)合金中添加TaC(NbC) 。主要生產(chǎn)國(guó)家 世界上有50多個(gè)國(guó)家生產(chǎn)硬質(zhì)合金，總產(chǎn)量可達(dá)2700028000t-，主要生產(chǎn)國(guó)有美國(guó)、俄羅斯、瑞典、中國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)等，世界硬質(zhì)合金市場(chǎng)基本處于飽和狀態(tài)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。中國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)是50年代末期開始形成的，6070年代中國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)得到了迅速發(fā)展，90年代初中國(guó)硬質(zhì)合金總生產(chǎn)能力達(dá)6000t，硬質(zhì)合金總產(chǎn)量達(dá)5000t，僅次于俄

4、羅斯和美國(guó)，居世界第3位。 4.2 WC硬質(zhì)合金4.2.1 WC與復(fù)式碳化物的制造 W+CWC TiO2+3CTiC+2CO WC-TiC 影響粒度的因素：溫度、時(shí)間、余料粒度4.2.2 WC基硬質(zhì)合金的制造工藝與性能生產(chǎn)工藝 WC + CO or 濕磨 過(guò)濾 干燥 過(guò)篩 摻膠WC、TiC+CO （汽油） 噴霧干燥 干燥 制粒 成型 脫脂預(yù)燒 燒脂 成品加工 氣氛： H2、H2+N2、真空真空特點(diǎn)：密度、硬度、顯微結(jié)構(gòu)、切削耐用度、但強(qiáng)度下降，有利于排除，改善潤(rùn)濕法注意：Co的揮發(fā)、損失 1550，1h，6%降至 4 5 6 0：1 1 10mmHg壓力脫碳，表面氧化物被C還原氣氛中的O添加劑

5、：TaC，WC-Co硬質(zhì)合金的組織，多角形的WC晶粒被Co 粘結(jié)相包圍 制備鎢粉的方法制備鎢粉的方法有：三氧化物還原法、藍(lán)色氧化鎢還原法。三氧化物還原法可分為一次還原法（直接還原法）和二次還原法。一次還原法就是直接將三氧化物還原成金屬鎢；二次還原法是先將三氧化物還原成褐色的二氧化鎢，然后再進(jìn)一步將的二氧化鎢還原成金屬鎢。鎢的氧化物還原成金屬鎢的過(guò)程經(jīng)歷不同的反應(yīng)轉(zhuǎn)變階段。WO3WO2.9WO2.72WO2W在這些轉(zhuǎn)變階段中，物料不僅顏色發(fā)生變化，而且晶體形態(tài)也發(fā)生很大變化。在還原過(guò)程中，微量雜質(zhì)對(duì)鎢粉特性具有影響，還原工藝條件對(duì)鎢粉的質(zhì)量騎著決定性的作用。其中還原溫度是決定鎢粉粒度的關(guān)鍵因素。

6、應(yīng)該根據(jù)鎢粉顆粒長(zhǎng) 碳化鎢的形成碳化鎢形成的總化學(xué)反應(yīng)式是W+C=WC，鎢粉碳化過(guò)程是通過(guò)含碳的氣體進(jìn)行的。影響碳化鎢粒度的因素很多，主要是鎢粉原始顆粒的大小。一般地，鎢粉顆粒越粗，所得到的碳化鎢的顆粒也較粗。鎢粉的表面狀態(tài)、混合料中的碳含量對(duì)碳化鎢的粒度也有一定的影響。而碳化物度對(duì)碳化鎢顆粒大小的影響并不顯著。特別是對(duì)于粗顆粒的鎢粉，提高碳化物度幾乎不能使碳化鎢的顆粒長(zhǎng)大。復(fù)式碳化物在制造含TiC的硬質(zhì)合金時(shí)，TiC通常是以TiC-WC固溶體（復(fù)式碳化物）的形式加入。這主要是由于工業(yè)碳化鈦一般含有較多的氧（氮），而且TiC與TiO的晶格類型相同，并容易形成連續(xù)固溶體。如果碳化鈦直接加入合金混

7、合料中，形成固溶體時(shí)由于碳原子置換TiC晶格中的氧原子和氮原子而析出CO和N2氣體，阻礙合金的正常收縮，增大合金的孔隙度。 制備TiC-WC復(fù)式碳化物的方法 用三氧化鎢、二氧化鈦、炭黑的混合料在17002000溫度下于氫氣中進(jìn)行碳化，直接得到TiC-WC固溶體。由于三氧化鎢、二氧化鈦、炭黑的體積較大，所以采用該方法難以有效地利用爐子的工作空間。所得復(fù)式碳化物的游離碳較高。分別制備出WC 和TiC，然后在16001800溫度下于氫氣中制取復(fù)式碳化物。該方法工序較多，而且一般又不容易制得純度較高的碳化鈦。預(yù)先制備鎢粉，然后與二氧化鈦、炭黑在17002000溫度下于氫氣中制取復(fù)式碳化物。能夠省去制備

8、碳化鎢的程序，但化學(xué)成分難以控制。預(yù)先制備碳化鎢，然后與二氧化鈦、炭黑在17002000溫度下于氫氣中制取復(fù)式碳化物。該方法被廣泛采用，其優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)形成細(xì)小和活性高的碳化鈦顆粒后，碳化鎢便以極高的速率溶解于碳化鈦而生成穩(wěn)定的TiC-WC固溶體。質(zhì)量穩(wěn)定，且生產(chǎn)效率高?；旌狭系闹苽涫固蓟锱c粘結(jié)相粉末混合均勻，并進(jìn)一步磨細(xì)。硬質(zhì)合金成品的性能，很大程度上取決于混合料的制備。球磨機(jī)是制備混合料的主要設(shè)備。球磨的各項(xiàng)工藝參數(shù)對(duì)混合料的質(zhì)量有明顯的影響。工藝參數(shù)的選擇包括：轉(zhuǎn)速為接近60%的臨界轉(zhuǎn)速；加入適量的液體介質(zhì)（酒精、苯、丙酮等）；使用硬質(zhì)合金球，球的直徑為510mm，球料比為2.5：15：1

9、，裝球量為40%60%；球磨時(shí)間為2448小時(shí)，細(xì)晶硬質(zhì)合金可增加到72小時(shí)或更長(zhǎng)。成形1）成形前的物料準(zhǔn)備為了減少成形時(shí)的摩擦阻力，提高粉末的壓制性能，需要在粉末中添加潤(rùn)滑劑。常用的潤(rùn)滑劑有汽油合成橡膠溶液、汽油石蠟溶液、酒精甘油溶液、酒精乙二醇溶液等。采用自動(dòng)壓機(jī)成形時(shí)，由于壓坯的重量是依靠模腔的容積控制的，所以為了改善物料的流動(dòng)性，使其均勻地進(jìn)入模腔，并保證壓坯重量的一致性，應(yīng)該對(duì)物料進(jìn)行制粒。壓制與成形普通模壓成形由于操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣、適用于大批量生產(chǎn)，所以仍然是目前硬質(zhì)合金生產(chǎn)中所采用的主要成形方法?，F(xiàn)代先進(jìn)的壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了高精度、高速度和自動(dòng)化，裝備有自動(dòng)揀制品的機(jī)械手和自動(dòng)監(jiān)控裝

10、置。而且，所使用的模具也在不斷改進(jìn)。振動(dòng)壓制成形的主要特點(diǎn)是可大幅度地降低壓制壓力，獲得比普通模壓更加均勻的壓坯密度分布，制造形狀復(fù)雜的制品等。冷等靜壓成形是將硬質(zhì)合金混合料裝入天然橡膠、聚氯乙烯等薄膜制的包套中，密封后裝入高壓容器，施以均衡的液體壓力?？梢灾苽浣咏尚纹烦叽绲闹破?，加工量小，制品的成形率高且密度均勻，燒結(jié)后可以得到接近理論密度的制品。能夠以廉價(jià)的模具費(fèi)用和加工費(fèi)用制備復(fù)雜形狀的制品。壓坯強(qiáng)度高，能夠進(jìn)行機(jī)加工，從而降低生產(chǎn)成本。擠壓成形、注射成形、壓注成形、粉末軋制、沖擊成形、增塑毛坯成形等工藝也用于硬質(zhì)合金。燒 結(jié)是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的重要工序，制品強(qiáng)化，達(dá)到最終要求的物理-力學(xué)

11、性能。典型的液相燒結(jié)，可分為3個(gè)階段。第一階段通常是指1000以下的燒結(jié)，主要在燒結(jié)爐的預(yù)熱帶進(jìn)行。該階段所發(fā)生的主要變化有：壓坯中殘余應(yīng)力的逐漸消失；吸附的水分及粘結(jié)劑的揮發(fā)；鈷粉表面氧化膜的還原等。第二階段的燒結(jié)溫度為13801490，保溫時(shí)間為30120min。鈷與碳化鎢能夠形成低熔點(diǎn)共晶體，出現(xiàn)液相是該階段的主要特征。由于液相的出現(xiàn)，該階段的主要變化有：碳化物逐漸溶解于液相；粉末顆粒由于液相的表面張力作用而逐漸相互靠攏；顆粒與顆粒之間以及顆粒與液相之間的接觸緊密程度增加。第三階段是冷卻階段。該階段的主要變化有：液相量隨溫度的降低而減少；也許中碳化物的溶解度降低，有部分碳化物從液相析出；

12、含碳量過(guò)高時(shí)可能會(huì)形成游離碳，過(guò)低時(shí)可能會(huì)形成相。WC-Co硬質(zhì)合金WC-Co硬質(zhì)合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。加工鑄鐵時(shí)，切屑呈崩碎塊粒，刀具受沖擊很大，切削力和切削熱都集中在刀刃和刀尖附近。YG類合金有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性(與VT類比較)，可減小切削時(shí)的崩刃。同時(shí)，YG類合金的導(dǎo)熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免刀尖過(guò)熱軟化。加工有色金屬及其合金時(shí)，由于在熔化溫度下金屬及其合金不會(huì)與WC產(chǎn)生溶解或溶解速率非常慢，因此，YG類合金能成功地加工有色金屬及其合金。YG類合金的磨削性較好，可以磨出銳利的刃口，適于加工有色金屬和纖維復(fù)合材料。YG類硬質(zhì)合金中含鈷量

13、較多時(shí)，其抗彎強(qiáng)度及沖擊韌性均較好，特別是提高了疲勞強(qiáng)度，因此適于在受沖擊和振動(dòng)條件下作粗加工用；含鈷量較少時(shí)，其耐磨性和耐熱性較高，適合于作連續(xù)切割的精加工用。當(dāng)含鈷量較少時(shí)，合金硬度較高，耐磨性也較好。4.2.3 超細(xì)晶粒WC-Co硬質(zhì)合金1.概述 1200，過(guò)高，Ni揮發(fā)，TiC長(zhǎng)大 氣氛 H2 真空有利于石墨、氧的排出，潤(rùn)濕性提高 Mo的加入方式 Mo2C + Mo,MoC ,可改善潤(rùn)濕性 碳含量 添加劑 TaC VC ZrC Cr3C2 TiB2 硬度、耐磨性提高，韌性下降4.3.2 性能影響性能的因素： Ni 含量與WC-Co中的Co 相似 Mo、Ni 一定時(shí)，Mo 含量提高時(shí)b提

14、高 碳化物：抑制晶粒長(zhǎng)大，使得潤(rùn)濕性下降 組織缺陷4.4 涂層硬質(zhì)合金 耐磨性 硬質(zhì)合金 （TiC TiN） 韌性4.4.1 制造工藝 1.CVD 化學(xué)氣相沉積 加熱合金基體，然后送入化合物蒸氣和反應(yīng)氣體與基體表面反應(yīng)形成所需要的涂層物質(zhì)。 TiCl4 + CH4 + (H2) = TiC + 4HCl + (H2) 影響因素： 基體、表面處理：光潔度提高，結(jié)合力提高 氣體純度與比例：CH4 不變，H2 增加時(shí)，晶粒變小 壓力：真空、常壓，對(duì)沉積速度有利 溫度、時(shí)間：晶粒長(zhǎng)大與沉積速度矛盾2.PVD 真空蒸發(fā)：溫度低、不脫碳、不引起組織的變化 真空濺射 PCVD 等離子化學(xué)氣相沉積4.4.2

15、性能顏色：灰、亮灰硬度成分應(yīng)力：X射線衍射測(cè)定，300-500MPa形貌4.4.3 應(yīng)用通用性、切削表面精度、切削速度、壽命切削：鋼、鑄鐵、非鐵、非金屬、高溫合金、合金鋼4.5 鋼結(jié)硬質(zhì)合金以鋼作粘結(jié)相，以WC或TiC為硬質(zhì)相，用粉末冶金工藝制成的一種工具材料。4.5.1 制備工藝4.5.2 性能可熱處理影響因素： 合金元素的形態(tài)與分布 碳化物粒度高速鋼不銹鋼高錳鋼4.5.3 鋼結(jié)硬質(zhì)合金的熱處理退火：硬度下降，可機(jī)加工淬火：硬度、強(qiáng)度、耐磨性提高回火：消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織表面處理：超硬層4.6 超硬工具材料以金剛石或立方氮化硼為原料制取磨料 及與其它材料結(jié)合而成復(fù)合材料或制品4.6.1 金剛石

16、工具 1. 概述 2. 性能 3. 合成4. 工具4.6.2 陶瓷工具4.6.3 立方BN超硬材料概述定義：以金剛石或立方氮化硼單晶為原料制取的磨料、聚晶、及與其它材料結(jié)合而成的復(fù)合材料及制品。分類金剛石粉研磨粉、研磨膏金剛石聚晶鉆頭、拔絲模金剛石制品（結(jié)合劑）鉆具、石材加工、磨具金剛石薄膜刀具、模具表面涂層超硬材料的用途模具：研磨、拋光（硬質(zhì)合金、陶瓷、耐火材料、玻璃、寶石、有色金屬）刀具：金屬的車、銑、鏜、鉆，玻璃鋼，硬塑料鉆具：地質(zhì)、石油、煤田等勘探，采掘鋸切工具：石材、建筑材料、陶瓷、耐火材料等的切割拔絲工具：鎢、鉬、銅、鋁、不銹鋼等其它：模具、量具、刀具等的加工，玻璃刀，醫(yī)用等(2)

17、 金剛石的性能天然金剛石公元前8世紀(jì)在印度發(fā)現(xiàn)18世紀(jì)在巴西、澳洲、南非發(fā)現(xiàn)1965年在我國(guó)發(fā)現(xiàn)18世紀(jì)末研究，法國(guó)拉瓦西發(fā)現(xiàn)金剛石燃燒后變?yōu)闅怏w1797年英國(guó)滕南格研究證實(shí)金剛石是碳的同素異形體金剛石與石墨的結(jié)構(gòu)主要國(guó)家發(fā)現(xiàn)金剛石的年代洲別國(guó)別發(fā)現(xiàn)年代亞洲印度公元前澳洲澳大利亞1851南美洲巴西圭亞那委內(nèi)瑞拉169518871912 非洲南非納米比亞安哥拉扎伊爾坦桑尼亞加納中非剛果尼日爾186719081907 19131913191919311934金剛石天然資源極為稀少難以加工大顆粒金剛石異常少見外表美觀，經(jīng)琢磨后光彩奪目長(zhǎng)期被統(tǒng)治階級(jí)所獨(dú)占神秘化(3) 性能硬度 1GPa=109N/m

18、2物質(zhì)金剛石CBNB4CWC剛玉黃玉石英Knoop硬度（GPa）704527.518.816200.82莫氏硬度109876：長(zhǎng)石 5：磷灰石 4：螢石 3：方解石 2：石膏 1：滑石 強(qiáng)度物質(zhì)金剛石WCB4C剛玉鋼抗壓強(qiáng)度（MPa）88573520207025001270熱穩(wěn)定性 與介質(zhì)有關(guān)、與雜質(zhì)有關(guān)溫度周圍介質(zhì)狀態(tài)993112310231073177318732373氧氣空氣鐵或鐵基合金真空和惰性氣體真空和惰性氣體開始氧化開始氧化溶解于鐵石墨化全部轉(zhuǎn)變?yōu)槭饎偸c金屬間的作用金剛石與金屬間的界面能高，不容易形成牢固結(jié)合700以上與鐵接觸，石墨化、溶解于鐵第三周期元素鎂、鋁與金剛石與較好

19、的黏結(jié)，鎂不會(huì)腐蝕金剛石，但鋁在800 以上會(huì)腐蝕金剛石，并反應(yīng)生成Al4C3。第四周期元素從硒到鎳容易與碳反應(yīng)生成相應(yīng)的碳化物，對(duì)金剛石有較強(qiáng)的腐蝕作用。第五周期元素鋯、鉬等與碳反應(yīng)生成碳化物，但對(duì)金剛石沒有腐蝕作用。第六周期元素鉭、鎢與碳原子發(fā)生反應(yīng)，在較低溫度下不嚴(yán)重侵蝕金剛石表面。(4) 金剛石的合成1954年，美國(guó)通用電氣公司，高溫、高壓、金屬觸媒，合成了金剛石我國(guó)：1961年開始研究，63年合成，65年工業(yè)生產(chǎn)1994年，我國(guó)有合成壓機(jī)4000臺(tái)，單晶年產(chǎn)8000萬(wàn)克基本原理石墨 金剛石 “點(diǎn)石成金” G=G金剛石G石墨0金剛石合成溫度與壓力不同，碳的狀態(tài)不同直接合成法：下限壓力為

20、1315GPa，相當(dāng)于1315個(gè)100kg/mm2間接法（有特殊物質(zhì)參與）可使溫度與壓力降低外延法原料1）. 石墨碳的三種形式：金剛石、石墨、無(wú)定形碳晶體結(jié)構(gòu)石墨化程度：高有利于形核，低有利于長(zhǎng)大導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能物理、力學(xué)性能：氣孔率、強(qiáng)度等2） 觸媒材料作用：促進(jìn)金剛石合成（降低溫度與壓力）選擇原則結(jié)構(gòu)匹配、低熔點(diǎn)對(duì)非金剛石碳有較高的溶解度和活化能力分類單體：Fe、Co、Ni等二元或多元：Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mo等3） 傳質(zhì)介質(zhì)作用：傳壓、密封、保溫、絕緣要求具備傳遞壓力的流體動(dòng)力學(xué)特征可壓縮性盡量低熱傳導(dǎo)性盡量低導(dǎo)電性盡量低熔點(diǎn)盡量高，且隨壓力的增加而增高具有化學(xué)惰性具有熱穩(wěn)定性傳

21、質(zhì)介質(zhì)葉蠟石從葉蠟石、食鹽、軟金屬、六方氮化硼、大理石等中選擇了葉蠟石分子式：Al2O3SiO2H2O 結(jié)構(gòu)：四面體連續(xù)層狀傳壓性、絕緣性、密封性好結(jié)晶水需要去除去除結(jié)晶水的方法：焙燒合成設(shè)備1） 壓機(jī)（兩面頂、六面頂）2） 頂錘由硬質(zhì)合金制成更高的要求負(fù)荷更大保持溫度與壓力的時(shí)間更長(zhǎng)所需要的壓力更大措施采用細(xì)的原材料防止晶粒長(zhǎng)大(5) 金剛石工具粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)可以使用很寬粒度范圍的金剛石；金剛石顆粒在工具中的分布與濃度可以通過(guò)調(diào)整金屬粉末的比例及粉末的布裝方式而實(shí)現(xiàn)；合金胎體的耐磨性可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，從而適用于不同耐磨性的要求；能夠制造形狀比較復(fù)雜的工具；制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高。

22、改善金剛石與金屬結(jié)合能力的方法金剛石表面金屬化真空沉積或等離子體噴涂鈦低溫電鍍Co、W、P鍍衣金剛石化學(xué)鍍銅電鍍鎳熱處理使金剛石表面粗化典型的金剛石表面金屬化模型 包含內(nèi)層、中層與外層。內(nèi)層是由強(qiáng)碳化物形成元素與金剛石進(jìn)行界面反應(yīng)，并使反應(yīng)物生成在金剛石母晶界面上，厚度應(yīng)為100nm左右，該層的完整性是金剛石表面金屬化關(guān)鍵與核心。中層是為了改善潤(rùn)濕性及可焊性而設(shè)計(jì)，可選用鎳、鈷、銅等合金，對(duì)內(nèi)層所生成的碳化物有非常好的粘結(jié)性。該層的厚度為數(shù)微米。能夠使金剛石表面呈現(xiàn)完美的金屬特性，具有導(dǎo)電性、可焊接性、可燒結(jié)性。外層是為了緩和金剛石與金屬胎體之間的熱膨脹系數(shù)差異而設(shè)計(jì)的，一般是數(shù)十微米的電鍍層

23、。金剛石表面金屬化的途徑 金剛石表面金屬化的核心是形成與金剛石表面牢固結(jié)合的碳化物層。有固相反應(yīng)、液相反應(yīng)與氣相反應(yīng)。固相反應(yīng)法是采用真空氣相沉積、離子濺射、化學(xué)鍍膜、冶金包覆等方法，在金剛石顆粒表面形成一層強(qiáng)碳化物形成元素薄膜，厚度約為100nm，然后將鍍膜的金剛石置于高溫真空爐中加熱到所鍍強(qiáng)碳化物形成元素能夠與金剛石表面的碳原子發(fā)生界面化學(xué)反應(yīng)的溫度，所生成的碳化物生長(zhǎng)粘附于金剛石顆粒表面。液相反應(yīng)法是使金剛石顆粒與含有強(qiáng)碳化物形成元素的低熔點(diǎn)合金溶液相接觸，使其發(fā)生界面反應(yīng)，控制其厚度約為100nm，然后使金剛石顆粒與液相合金分離，一層完整的碳化物層完整地生長(zhǎng)粘附于金剛石顆粒表面。氣相反

24、應(yīng)法能夠解決細(xì)小顆粒的表面難以發(fā)生均勻地界面反應(yīng)的問題。凡是能夠產(chǎn)生強(qiáng)碳化物形成元素蒸氣的各種物理與化學(xué)方法，都可以用來(lái)進(jìn)行與金剛石表面的反應(yīng)。從而在金剛石顆粒表面形成穩(wěn)定的金屬碳化物層。含硼金剛石鍍鎳金剛石鍍銅金剛石熱固結(jié)及設(shè)備冷壓-燒結(jié)法冷壓-浸漬法無(wú)壓浸漬法普通熱壓燒結(jié)法真空熱壓燒結(jié)法電火花燒結(jié)法胎體粉末 金剛石工具使用的胎體粉末一般為200300目，對(duì)于超細(xì)金剛石工具，應(yīng)選擇更細(xì)的金屬粉末。金屬粉末的比表面積大，表面能高、化學(xué)性能活潑，氧化傾向大。所以常用的金屬粉末Fe、Co、Ni、Cu等，需經(jīng)氫氣還原處理。用于預(yù)合金化粉末在燒結(jié)時(shí)不再需要擴(kuò)散，所以能夠使胎體的性能明顯提高。當(dāng)由多種粉

25、末組成胎體時(shí)，應(yīng)預(yù)先混合，一般在球磨機(jī)中進(jìn)行，球料比可取3：1，混合時(shí)間34小時(shí)。用于金剛石的密度小于金屬，所以在將金剛石顆粒與金屬粉末進(jìn)行混合時(shí)，應(yīng)加入少量潤(rùn)滑劑（無(wú)水乙醇、汽油、汽油樹脂溶液等），以防止金剛石顆粒的“上浮”。模壓燒結(jié) 模壓燒結(jié)工藝是將金剛石顆粒與胎體金屬混合，壓制成形，在還原氣氛中，高于部分合金液相點(diǎn)50100的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。具有工藝簡(jiǎn)單、操作連續(xù)、批量大等優(yōu)點(diǎn)。該工藝制備的金剛石工具存在有大量的孔隙，對(duì)金剛石顆粒的包鑲性差，目前幾乎僅用于制造砂輪、研磨條等要求金剛石有一定脫粒能力的工具。熱壓熱壓法制造金剛石工具是將金剛石顆粒與胎體粉末混合，裝入石墨模具內(nèi)，在高于液相熔化

26、溫度50100的溫度下，施加540MPa的壓力熱壓成形，經(jīng)冷卻脫模后得到制品。熱壓收縮過(guò)程可以分為3個(gè)階段：熱塑性形變階段、粘滯性流動(dòng)階段與致密化階段。所選擇的也許材料必須對(duì)故鄉(xiāng)材料具有良好的潤(rùn)濕性。 松裝浸漬與冷壓浸漬 浸漬工藝是將金剛石粉末與骨架材料按照比例混合，振實(shí)或壓實(shí)。然后將低熔點(diǎn)的浸漬合金置于其上，當(dāng)加熱溫度超過(guò)液相點(diǎn)，液相合金就會(huì)通過(guò)毛細(xì)作用浸漬到金剛石與骨架材料粉末的孔隙中。如果液相合金對(duì)被浸漬的粉體材料具有良好的潤(rùn)濕性，則孔隙會(huì)完全被填充，得到幾乎接近理論密度的材料。用于金剛石工具的浸漬工藝1）冷壓浸漬均勻混合的金剛石與骨架材料粉末，經(jīng)模壓成型，得到所要求形狀的壓坯，于燒結(jié)爐

27、中進(jìn)行浸漬。由于模具加工復(fù)雜、工序繁多、操作不易，所以這種工藝已經(jīng)少用。2）松裝浸漬將金剛石-骨架材料混合粉末置于石墨模具腔內(nèi)，僅需振實(shí)，使粉末充分充滿模腔，然后將整個(gè)石墨模具于燒結(jié)爐中進(jìn)行浸漬。該工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是粉體不需要壓制成形，凡是粉末能夠填充的部位，都能浸漬成形。所以，可以制作行政十分復(fù)雜的金剛石工具。金剛石工具的種類金剛石鋸切工具金剛石鉆頭金剛石磨具金剛石聚晶及復(fù)合片松裝浸漬的工藝要點(diǎn) 浸漬合金對(duì)骨架材料的潤(rùn)濕性。浸漬合金對(duì)粉體的潤(rùn)濕性決定浸漬工藝的成效。粉末顆粒組成的調(diào)整。松裝浸漬的車型主要依靠粉末填充到模腔的各個(gè)部位。為了使浸漬達(dá)到理想的效果，對(duì)粉末顆粒的松裝密度、振實(shí)密度和流動(dòng)

28、性都有一定的要求。良好的流動(dòng)性使粉末能夠充分地填滿模腔；振實(shí)密度高能夠使填充粉末的各部位無(wú)“拱橋”現(xiàn)象，各處均勻，可避免粉末顆粒在拱橋處未浸漬而造成空洞。適當(dāng)?shù)姆勰┝６鹊慕M合能夠提高振實(shí)密度。球磨不僅能夠改變粉末顆粒的大小，而且還能夠改變粉末顆粒的粒度組成，一定的球磨時(shí)間能夠獲得較高的振實(shí)密度。金剛石砂輪修正工具砂輪在使用一段時(shí)間之后需要對(duì)其表面進(jìn)行修正，以保證其表面磨削能力與尺寸精度。能夠?qū)O耐磨砂輪進(jìn)行修整的，只有金剛石工具。目前廣泛使用的金剛石砂輪修正工具主要有單晶金剛石刀、金剛石修正筆、金剛石修正片、金剛石修正滾輪。單晶金剛石刀可以用粉末冶金的方法制造，在石墨壓頭上留預(yù)孔，使金剛石顆粒

29、預(yù)出刃?；w合金以銅基或鎳基合金為宜。粉末冶金熱壓法是制備金剛石修正筆的最佳方法。金剛石筆在修正砂輪的同時(shí)，承受砂輪強(qiáng)有力的反磨削，嚴(yán)重?fù)p傷金剛石筆的合金胎體，因此，提高胎體的耐磨性，對(duì)提高金剛石筆的壽命具有重要的作用。WC為基的胎體時(shí)最佳選擇。粉末冶金熱壓法是制備金剛石修正片的首選工藝，以中頻電流加熱，石墨模具型腔采用拼排組合。每次可加熱數(shù)件。為減少石墨模具的損耗，降低石墨模具的高度，在生產(chǎn)中普遍采用先冷壓成型，然后熱壓。金剛石巖層鉆頭利用金剛石的高硬度制造的金剛石硬底層鉆頭是現(xiàn)代克服硬地層，加速地質(zhì)、石油勘探的有力工具。金剛石石油鉆頭可分為磨削型和切削研磨型。熱壓和振實(shí)浸漬法被優(yōu)先應(yīng)用于磨

30、削型金剛石石油鉆頭，當(dāng)使用磨料級(jí)合成金剛石顆粒或鉆冠唇形簡(jiǎn)單時(shí)，最好采用熱壓法，以保證胎體合金緊密包鑲住細(xì)小的金剛石顆粒。但是當(dāng)鉆冠唇形復(fù)雜時(shí)，最好采用松裝浸漬法。切削研磨型金剛石石油鉆頭的制造方法是以小柱狀聚晶金剛石為原料，振實(shí)浸漬法是制造此種鉆頭的最佳方法，這是由于熱壓法容易造成聚晶體的傾斜或倒伏?，F(xiàn)在石墨腔體上打出與金剛石顆粒大小相當(dāng)?shù)男″F眼，柱狀金剛石聚晶以粘膠固定于小錐眼上，金剛石布裝后用骨架粉末填充，經(jīng)振實(shí)并加上鉆體，裝入中頻感應(yīng)爐或馬弗爐加熱浸漬。墻體鉆孔薄壁工程鉆頭的用量已經(jīng)超過(guò)地質(zhì)、礦山巖層鉆頭，這是由于混凝土構(gòu)件=墻體、石材的鉆孔日益增多。薄壁工程鉆頭的特點(diǎn)有：鉆頭壁?。?

31、.55mm）、同軸度要求高；回次鉆進(jìn)孔淺、鉆機(jī)鉆速高；被鉆材料變化較大。其胎體的選擇、制造方法與地質(zhì)鉆頭相近。金剛石鋸切工具金剛石鋸切工具用于石材、半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷、鋼筋混凝土等非金屬堅(jiān)硬材料的切斷落料及切槽，尤其是在石材生產(chǎn)和建筑工程中，金剛石鋸片占據(jù)了重要的地位，成為世界金剛石的主要消耗，占整個(gè)金剛石消耗量的1/4以上?？煞譃橹苓呥B續(xù)式圓鋸片、大直徑鑲焊鋸片、排鋸片、帶鋸片、繩鋸等。周邊連續(xù)式圓鋸片的厚度較薄，一般采用冷壓燒結(jié)或加壓燒結(jié)。生產(chǎn)量較少時(shí)，可直接用石墨熱壓。小型鋸片一般選用107、65Mn等冷軋鋼板沖制成形作為金屬基體?；?jīng)清洗后置于壓制膜內(nèi)，一般采用高壓壓制，可以在一般箱式爐內(nèi)燒結(jié)。氫氣保護(hù)氣氛能夠提高制品的質(zhì)量。如果采用鐘罩爐，則由于制品受到鐘罩自身的壓力，促使收縮致密，也能夠提高制品的質(zhì)量。對(duì)于外圓直徑大于250mm的金剛石鋸片，是先制造不同弧度的金剛石節(jié)塊，然后焊接到金屬基體上。該制造步驟也適用于金剛石排鋸條。金剛石鋸片的節(jié)塊一般采用冷壓-熱壓法制造，以提高金剛石鋸片的壽命。金剛石磨具 金剛石磨具的用途很廣，是鉆孔、切割、研磨、拋光堅(jiān)硬材料及其制品不可缺少的工具。具有制品尺寸精度高、