钻石
“钻石恒久远,一颗永流传”这是在上个世纪的40年代,供应商戴比尔斯公司的广告语,英文是“adiamondisforever”。这句话恐怕是整个20世纪的营销神话。最初,钻石可不是人人都能享有,代表的是权贵,英王的权杖之上,就有一颗重达多克拉的钻石“非洲之星”,而从戴比尔斯的广告语开始,钻石便搭上了忠贞不渝的爱情。
中国和钻石渊源竟然要从老大哥前苏联说起。最开始中国没有想过,做什么人造钻石的,而是一心攻坚人造金刚石。年起,中国各地根据一五规划兴建砂轮厂,而砂轮厂核心原料就是金刚石,但由于地缘政治因素无法进口,属于卡脖子重大问题,关乎中国工业生死。年人造金刚石生产技术研发就摆在郑州三磨所的头上,在中国金刚石领军人物:王光祖先生的带领下,经过日以继夜的攻坚,仅用三年时间,中国就成功研制出第一颗人造金刚石,成为继美、苏等国后第五个掌握这项技术的国家。为了保证全套生产设备和技术自研资产,郑州三磨所联合济南锻造锻压研究所联合攻关,年六面顶压力机完成自研自产。这台机器一直服役到年,生产金刚石约万克拉,这台机器是同期国外两面顶压机效率20倍,被人称为“功勋压机”。中国成为世界超硬材料中心大门打开了。年9月,该机被列入我国机械制造业工业文化遗产,这是一台机器的最高荣誉。但这和消费领域钻石有什么关联呢?其实世界第一个合成钻石诞生在瑞典ASEA电气公司,其后美国通用技术公司根据其研究成果研发出金刚石。年俄罗斯成果合成出无色合成钻石,只是价格高和成色差。年5月俄罗斯NEMDIAMONDTECHNOLOGY公司用六面顶压机生产出了合成钻石,成为了HPHT技术生产合成钻石成熟的标志。而他们使用的核心机器“六面顶压机”,就是中国的产品。随着材料工业及精密机械工业的发展,精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多,超硬刀具材料的应用日益广泛。如果说机床是工业之母的话,那刀具是机床核心零部件,对产品性能起到直接作用。因为是直接接触加工件,对产品的性能起到直接作用,并且也是降低加工成本的重要手段,属于不可缺少的关键配套产品。
我国是全球最大人造金刚石生产国,掌握高温高压工业级金刚石定价权。年,中国超硬材料行业总产值达50亿元,中国金刚石产量亿克拉,我国人造金刚石产量占世界总产量的90%以上,总体上目前我国超硬材料的产品质量技术已达世界先进水平。
年机床刀具在替代进口并增加出口方面进步明显。根据中国机床工具工业协会数据:年中国刀具进口金额为.3亿元,出口金额达.2亿元,中国刀具产品出口迅猛增加。中国企业不断技术改革和自主创新,涌现出诸如北京沃尔德、郑州钻石精密、富耐克、威海威硬、中天超硬等为代表的国内优秀厂商,未来将与瑞典山特维克、美国肯纳金属、德国玛帕、日本住友、日本三菱、日本京瓷等国际一流企业在全球市场开展竞争,进一步提高国产超硬刀具的市场容量。
超硬材料刀具:金刚石工具
单晶金刚石刀具
单晶金刚石刀具是目前超精密加工有色金属的主要切削刀具,可实现镜面加工,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度。切削出来的效果是非常光亮的,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
特点:a.硬度高、耐磨性好b.使用寿命是硬质合金刀具的倍,甚至几百倍c.摩擦系数低:金刚石刀具与有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低,摩擦系数低,加工时变形小,可减小切削力。d.切削刃非常锋利:金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利,能进行超薄切削和超精密加工。
应用:金刚石刀具官方应用于在高速下有色金属(如金银铂)及非金属材料进行精细切削,激光反射镜、天文望远镜、光学仪器等零件加工。
聚晶金刚石(PCD)
PCD刀具是采用超硬材料PCD(聚晶金刚石)与刀具基体通过特殊工艺制成的刀具。主要用于加工耐磨的有色金属及其合金和非金属材料。
特点:a.硬度高、抗压强度高、耐磨性。b.与硬质合金刀具相比,能在很长的切削过程中保持锋利和切削效率,使用寿命远远高于硬质合金刀具。
应用:PCD铣刀、镗刀等数控刀具正大量应用于高强度、高硬度硅铝合金零部件自动生产线上,如用于汽车和摩托车发动机铝合金活塞的裙部、气缸体、变压器等,因为这些零件材料含硅量较高,硬质合金刀具难以胜任,而PCD刀具寿命远远高于硬质合金刀具,是硬质合金刀具寿命的几十倍甚至几百倍,并且可大大提高切削速度、加工效率和工件的加工质量。
目前聚晶金刚石(PCD)刀具已经广泛应用于有色金属加工、汽车、摩托车、航空航天、木材、碳纤维及合金零部件的加工。
CVD金刚石刀具
CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石刀具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。
特点:CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点,又在一定程度上又克服了它们的不足。
应用:CVD金刚石刀具可以切削有色金属、硅铝合金、硬铝合金、复合材料等,可实现超精密加工,CVD金刚石刀具被认为是非铁类材料加工的理想刀具。
立方氮化硼(CBN)
立方氮化硼是利用高温高压技术获得的超硬刀具材料。
特点:a.具有与金刚石接近的硬度和强度b.性能稳定性强,立方氮化硼具有抵抗高温的作用,可用来高速切削硬钢、高温合金、高镍高钴合金c.优良的化学稳定性,与铁系材料在高温加工时也不起化学作用,不会像金刚石那样遇铁就急剧磨损d.具有较好的热导性,CBN的热导性虽然赶不上金刚石,但是在各类刀具材料中PCBN的热导性仅次于金刚石,大大高于高速钢和硬质合金
应用:立方氮化硼适于用来精加工各种淬火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料等难切削材料。
金刚石材料刀具具有极高的硬度和耐磨性,能有效地加工铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料等。人造金刚石主要应用于军工业和航空航天业。因为它耐高温、高压,宇航员的头盔膜、航空飞船的隔热板、高铁的轨枕等都需要它。人造金刚石还广泛应用于先进制造业和现代加工业,从牙科的修牙镶牙刀、医院的磨骨刀,到汽车的轴承、电子元件都用得到它。而人造金刚石镶嵌的大型波纹片,可用来切割巨大的石料和公路水泥,在地质勘探和石油开采中也发挥了重要的作用。
参考文献及图片来源:
1.“钻石恒久远,一颗永流传”,那么你会选择人工钻石吗?作者:一抹闲散的云