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单晶金刚石刀具ppt课件

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CVD金刚石、PCD和单晶金刚石刀具材料及其应用

CVD金刚石、PCD和单晶金刚石刀具材料及其应用
了涂层 基 体 的 范 围。 金 刚 石 能在 合金、塑料和高磨蚀性复合材料
金刚 石 涂层 能否 获 得 与基 体
韧性 ， 与沉 积 膜 的厚 度 、 显微 结 构
其 上成 核 和 沉 积 的 刀具 基体 材 料 的切 削加 工 ，金 刚石 则具 有无 与 良好 的粘 附 性 以及 高 的 显微 断 裂 包 括 氮化 硅 （ Ｓ ｉ 。 Ｎ ） 、 碳化硅（ Ｓ ｉ Ｃ） 伦 比 的优 异 性 能 。 陶 瓷和 含 钻 量 较 低 （ ≤６ ％） 的硬
墨， 并 活 化 和稳 定 金 刚 石结 构 。 解氢 气 。微 波 等 沉 积 机理 相 当复杂 ，至 今 未 离 子 Ｃ Ｖ Ｄ 设 备
１ ２
或 在 加 工 要。沉积温度通常 为 ７ Ｏ Ｏ 一 很 大 的接 触压 力和 切 削 高温 会 增 腐蚀 性 的加 工 环 境 中 ， １ ０ ０ ０ ｏ ｃ 。如 此 高 的温 度 限制 了可 大其 化 学 活性 ，使 其 发 生化 学 磨 磨 蚀 性 极 强 、 会 产 生 高 温 的 复 金 刚 石 中 的碳 向外 扩散 ） 。 但 合材 料 时 ，它都具 有 优 异 的切 进 行 又 进 一 步 限 制 另 一 方面 ， 对于 铝 、 韧 性 好 的 非铁 削 性 能 。
厚度小于5oum的金刚石晶体sic刀片高速车削硅铝合金si与未涂层硬质合金刀片相比涂层由于薄膜金刚石能应用于具含量18的切削试验加工条层si3n刀片寿命更长其加工有复杂几何形状的刀具如带断表2切削力测量结果表面光洁度优于硬质合金刀片屑槽的刀片立铣刀特形铣刀和试验刀具类型切削力磅与烧结金刚石刀具相当
Ｃ ＶＤ 金 刚 石 、 Ｐ Ｏ ｌ ｌ和 单 晶 气体 流 过 需 要涂 覆 金 刚 石膜 的 刀 金 刚石刀具材料及其应 用 下 方 ，有 时 可 利 用等 离 子 与微 波

第二章 金刚石刀具精密切削加工

第二章 金刚石刀具精密切削加工

复习晶体结构
晶格模型
面心结构
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式.晶体结构不同， 其性能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子 或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多 假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称为 晶格。
晶胞
Z
晶胞
c
b Y
a
X
晶格常数 a ， b， c
人造单晶金刚石刀具 金刚石刀具 PCD刀具
多晶金刚石刀具
CVD金刚石薄膜涂层刀具
CVD金刚石刀具 金刚石厚度膜焊接刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性：硬度达HV10000，是自然界最硬的物质， 具有极高的耐磨性，天然金刚石耐磨性为硬质合金80-120倍，人 造金刚石耐磨性为硬质合金60-80倍。 各向异性能：单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能 、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料之间的摩擦系 数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚石刀具时，必须进行 晶体定向。
二、典型机床简介
Pneumo 公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导 轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的 双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪 精密检测位移。
DTM-3大型超精密车床
分为：液体静压和空气静压
供油压力恒定的液体静压轴承
主轴始终悬浮 在高压油膜上
液体静压轴承与气压轴承
1、液体静压轴承主轴
优点
回转稳定性好 刚度高 无振动
缺点
回转运动有温升 回油时有空气进入油源 注：空气静压轴承原理与静

刀具材料及合理选用PPT课件

刀具材料及合理选用PPT课件
的出现，都是随着机床主轴转速提高、功率增大，主轴精 度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的。同时由于新的 工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进 作用。
目前金属切削加工中应用的刀具材料，碳素工具钢已 基本被淘汰，合金工具钢也很少使用，所使用的刀具材料 主要分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金 刚石5类。其主要物理力学性能如表2.1所示。
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第二章 刀具材料及其合理选用7
2．硬质合金的种类、牌号、性能及选用 K类相当于钨钴类硬质合金，代号为YG，适用于加
工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，外包装 用红色标志。
P类相当于钨钛钴类硬质合金，代号为YT，适用于加 工长切屑的黑色金属，外包装用蓝色标志。
M类相当于钨钛钽钴类硬质合金，代号为YW，适用 于加工长、短切屑的黑色金属和有色金属，外包装用黄 色标志。常用硬质合金刀具材料的牌号及用途见下表。 （1）钨钴类硬质合金（YG）。常用牌号有YG3X、 YG6 YG6X、YG8等。牌号中的数字表示含钴量的百分比，含 钴量越多，其韧性就越大，抗弯强度就越高，但其硬度和
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第二章 刀具材料及其合理选用9
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第二章 刀具材料及其合理选用10
③ Al2O3涂层刀片。刀具在高温下切削时宜涂Al2O3。 除上述的单涂层外，还可以采用TiC-TiN、TiC-Al2O3、
TiC-Al2O3-TiN等双涂层或多涂层，其性能优于单涂层。 涂层刀片广泛用于各种钢料、铸铁的精加工和半精加工， 负荷较轻的粗加工。涂层刀具的缺点是刀刃的锋利程度和 抗剥落能力不及未涂层的刀具，所以不宜小进给量加工高 硬度材料和重载切削。
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第二章 刀具材料及其合理选用12

超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构课件

超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构课件
详细描述
总结词
刀具的抗冲击性和热稳定性对于超精密切削的稳定性和精度至关重要。
详细描述
超精密切削过程中，刀具需要承受高强度的切削力和摩擦力，因此要求刀具具有出色的抗冲击性和热稳定性，以保持切削刃的完整性和稳定性。此外，热稳定性好的刀具能够在切削过程中保持较低的温度，减少热变形和误差，提高加工精度。
金刚石的性能
03
金刚石是已知的最硬的天然物质，其硬度极高，耐磨性优异，能够承受高强度的切削力。
金刚石的硬度极高，摩氏硬度为10，是当前已知的最硬的天然物质。这种高硬度使得金刚石能够承受高强度的切削力，具有极佳的耐磨性。在超精密切削领域，金刚石刀具能够实现高精度的切削，保持刀具的持久耐用。
金刚石具有极高的热导率和优良的化学稳定性，能够在高温和化学环境下保持稳定的性能。
THANKS
感谢观看
04
金刚石的碳原子以共价键相互连接，形成空间网状结构，具有高度的稳定性。
空间网状结构
硬度和耐磨性
光学性能
金刚石的晶体结构使其具有极高的硬度和耐磨性，是自然界中最硬的物质之一。
金刚石具有优良的光学性能，如高折射率、低色散等，使其成为光学材料的重要选择。
03
02
01
金刚石的形成需要极高的温度和压力条件，通常在地幔或地核的高温高压环境下形成。
金刚石的热导率极高，能够快速地导出切削过程中产生的热量，降低刀具温度，提高切削效率。此外，金刚石还具有优良的化学稳定性，不易与切削材料发生化学反应，保持刀具性能的稳定。在超精密切削过程中，金刚石刀具能够在高温和化学环境下保持稳定的性能，实现高精度的切削。
金刚石具有优良的光学性能和电性能，能够满足特殊应用领域的需要。
金刚石具有优良的光学性能，如高折射率、低色散等特性，使其成为制造光学器件的理想材料。此外，金刚石还具有优异的电性能，如高击穿场强、高热导率等特性，使其在电子和半导体领域具有广泛的应用前景。在超精密切削领域中，金刚石刀具的光学性能和电性能能够满足特殊应用领域的需要，实现高精度的切削加工。

《金刚石涂层刀具》课件

《金刚石涂层刀具》课件
域
优点：可以提高刀具的使用寿 命，降低加工成本，提高加工
精度和效率
原料准备：金刚石粉、粘结剂、溶剂等 混合搅拌：将金刚石粉与粘结剂、溶剂混合均匀 涂覆：将混合好的金刚石粉涂覆在刀具表面 固化：将涂覆好的刀具放入固化炉中，加热固化 打磨抛光：对固化后的刀具进行打磨抛光，提高刀具的表面质量 检测：对刀具进行性能检测，确保其符合使用要求
PPT,a click to unlimited possibilities
汇报人：PPT
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
特性：耐磨性高、耐热性好、 硬度高、化学稳定性好
金刚石涂层刀具是一种在刀具 表面涂覆一层金刚石颗粒的刀 具
应用领域：广泛应用于机械加 工、航空航天、汽车制造等领
挑战：金刚石涂层刀具的制造 过程中，需要解决金刚石涂层 的加工精度和表面粗糙度问题
解决方案：采用先进的加工技 术和设备，提高金刚石涂层刀 具的加工精度和表面粗糙度
挑战：金刚石涂层刀具在加工过程中容易磨损 解决方案：采用先进的涂层技术，提高刀具的耐磨性 挑战：金刚石涂层刀具在加工过程中容易产生热量 解决方案：采用冷却技术，降低刀具的温度，提高加工精度 挑战：金刚石涂层刀具在加工过程中容易产生振动 解决方案：采用先进的加工工艺，降低刀具的振动，提高加工
在汽车、航空航天、电子等领 域，金刚石涂层刀具被广泛用 于磨削和研磨加工
金刚石涂层刀具在磨削和研磨 中的应用广泛，可以提高加工 效率和精度
金刚石涂层刀具在磨削和研磨 加工中具有耐磨、耐热、耐腐
蚀等优点
金刚石涂层刀具在磨削和研磨 加工中可以实现高精度、高效
率的加工效果
医疗领域：用于制造手术刀、 牙科钻头等医疗器械

金刚石刀具切削加工课件

金刚石刀具切削加工课件

1.谢谢聆 听
03
降低成本和提高经济效益
随着金刚石刀具材料的发展和新型切削工艺的应用，金刚 石刀具在难加工材料切削加工中的应用将会降低成本和提 高经济效益。
金刚石刀具切削加工案例分析
06
案例一
要点一
总结词
高效、高精度、高可靠性
要点二
详细描述
金刚石刀具在汽车零件切削加工中表现出高效、高精度和 高可靠性的优势。通过优化切削参数和刀具设计，能够实 现高效加工，提高生产效率。同时，金刚石刀具具有高硬 度和高耐磨性，可保证加工精度和延长刀具使用寿命。此 外，金刚石刀具切削过程中产生的热量较少，可减少工件 热变形和加工误差。
素有关。
通过合理的选择刀具材料和几何 参数，可以降低切削力，提高加
工效率。
金刚石刀具的切削热
金刚石刀具的切削热主要来自于切削刃与工件之间的摩擦和冲击。
切削热会导致刀具温度升高，从而影响刀具的硬度和耐磨性，甚至引起工件变形和 产生表面缺陷。
通过使用冷却润滑剂和选择合适的刀具材料和几何参数，可以降低切削热的影响。
特点
硬度高、耐磨性好、热稳定性优 异、抗粘结性好、导热性好、化 学稳定性好。
金刚石刀具切削加工的应用范围
01
难加工材料
如硬质合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料。
02
高精度加工
如超精密切削、微细加工等。
03
高效率加工
如粗加工、重型切削等。
金刚石刀具切削加工的历史与发展
历史
金刚石刀具的发展可以追溯到20世纪初，当时人们开始利用天然金刚石进行手 工切削。随着科技的发展，人造金刚石的出现进一步推动了金刚石刀具的发展。
智能化控制
随着人工智能技术的发展，智能化控制技术在金刚石刀具切削加工中得到了广泛应用，通 过智能化控制技术，能够对切削过程进行实时监控和调整，从而提高加工精度和效率。

单晶金刚石刀具刃磨 Microsoft Word 文档

单晶金刚石刀具刃磨：晶体定向避免破损 2008年08月01日13:1308月01日讯 1 引言在超精密加工中，保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外，高质量的刀具也是很重要的一个方面。

天然金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被认为是最理想的超精密切削用刀具材料，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。

2 单晶金刚石的物理特性金刚石是单一碳原子的结晶体，其晶体结构属于等轴面心立方晶系（一种原子密度最高的晶系）。

由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。

它是目前自然界已知的最硬物质，其显微硬度可达10000HV，其它物理特性见表。

表1 金刚石的物理性能物理性能－数值硬度－60000～100000MPa，随晶体方向和温度而定抗弯强度－210～490MPa抗压强度－1500～2500MPa弹性模量－(9～10.5)×10的12次方MPa热导率－8.4～16.7J/cm?s?℃质量热容－0.156J/(g?℃)(常温)开始氧化温度－900～1000K开始石墨化温度－1800K(在惰性气体中)和铝合金、黄铜间的摩擦系数－0.05～0.07(在常温下)二十世纪七十年代后期，在激光核融合技术的研究中，需要大量加工高精度软质金属反射镜，要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。

如采用传统的研磨、抛光加工方法，不仅加工时间长、费用高、操作难度大，而且不易达到要求的精度。

因此，亟需开发新的加工方法。

在现实需求的推动下，单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展。

由于单晶金刚石本身的物理特性，切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度可达Rz0.1～0.05μm。

金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材（尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料）。

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人造单晶金刚石目前最大尺寸可达8mm。
单晶金刚石刀具的种类
人造（CVD合成）单晶金刚石：
属于IIa型金刚石型单结晶合成金刚石之一，氮[N]<1 ppm，[B] < 0.05 ppm ，CVD合成单晶金刚 石的制程环境是在氢碳之混合气的腔体中，利用化学气相沉积法(CVD)来合成出来。
这是一种超高技术所合成出来的高质量单晶金刚石，可做到完全无色透明，几乎没有任何杂质， 拥有更高的耐磨耗和更好热传导系数，更能够使被加工物拥有更高质量的加工表面，同时如果在生 长过程中有选择性的通入掺杂气体，便可以制备出多种有色金刚石。
（5）华菱超硬精选的单晶金刚石刀具颗粒，一致性好，使用寿命是 硬质合金刀具的100倍，甚至几百倍。
性能 密度 /g·cm-3 杨氏模量 /GPa 断裂韧度 /MPa·m1/2 横向断裂强度 /GPa 抗压强度 /GPa
硬度 /HV
单晶金刚石 3.52
1000-1100 3.4 2.9 9.0
10000
华菱超硬 华菱超硬 华菱超硬 华菱超硬
华菱超硬
单晶金刚石车刀片 单晶金刚石车刀
单晶金刚石轮廓刀 单晶金刚石切槽刀
单晶金刚石铣刀 单晶金刚石倒角刀
单晶金刚石刀具适合加工材料
按应用材料划分：
（1）金，银； （2）铜，铜合金； （3）铝，铝合金；
（9）氟化镁，硫化锌、硅、锗等红外光线材料及PMMA（有机玻璃）， PC（聚碳酸酯）、PET（涤纶）等高分子材料。
（4）铍合金；
（5）无氧铜(OFC) ；
（6）无电解镍；
（7）石墨、玻璃、塑料、陶瓷，未烧结硬质合金；
（8）各种纤维和颗粒加强复合材料、橡胶和各种耐磨木材(尤其是实心
木和胶合板、MDF等复合材料)；
天然单晶金刚石刀具价格昂贵，一般用于某些有色金属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性，在精密应用中具有卓越的耐磨性和更长的工具寿命。可用作加工有色金 属及非金属材料的切削刀具。
单晶金刚石刀具应用领域
按应用行业划分：
（1）光学行业：如光学透镜，（非）球面透镜，光学玻璃，光学模仁，反射镜等；
（2）印刷行业：辊筒模具；
（3）汽车行业：夜间行驶光学系统，投影灯，铝合金轮毂等；
（4）3C行业：手机外圆镜面/按键镜面/电筒外圆镜面，计算机硬盘基片等；
（5）电子电器：如计算机硬盘基片等；
经过火山爆发，强烈的能量猛烈推挤含有金刚石的古老岩石， 然后迅速的被岩浆或熔解的石头带到地面。由于金刚石拥有高硬 度、高耐磨耗与高热传导系数，因此很早就被应用在切削工具 之上，近年来科技进步，对加工质量与被加工物误差的要求， 钻石的特性更被广泛的应用在光学元件的加工。
单晶金刚石刀具的种类
人造（高温高压合成）单晶金刚石：
单晶金刚石刀具 知识介绍
目录
一、单晶金刚石刀具的种类 二、单晶金刚石刀具的性能 三、单晶金刚石刀具的应用
1、单晶金刚石刀具在光学模仁方面的应用 2、单晶金刚石刀具在大型辊筒光电模具方面单晶金刚石刀具应用案例
单晶金刚石刀具的种类
单晶金刚石刀具是目前超精密加工领域的主要切削刀具，其切削刀具一般质量大于0.1g， 最小径长不小于2mm，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， 切削出来的效果非常光亮，是公认的、理想的超精密加工刀具。
单晶金刚石有天然和人造两种，天然单晶金刚石数量少，价格昂贵，主要用于某些有色金 属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。
为了缓解大量的工业需求，科学家寻找人工的方法合成金刚石。人造单晶金刚石具备与天 然单晶金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能，同时成本相对天然金刚石低廉，具有广 泛的工业应用和商业前景。
热导率 /W·m-1·K-1
1000~2200
热膨胀系数 αl/10-6·K-1 热稳定性/℃
2.5~5.0 700~800
抗拉强度（MPa）
1050-3000
单晶金刚石刀具的种类
按刀具结构来分：主要用于车刀、铣刀、轮廓刀、倒角刀，切槽刀。
（车刀、刀片所配备的机床为单点金刚石车床或其他精密车床；铣刀、倒角刀类常搭载CNC雕铣机或加工中心。）
单晶金刚石刀具的性能优势
（1）单晶金刚石刀具具有极高的硬度（10000HV），从而获得良好的耐磨性；
（2）单晶金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，切削时不宜粘刀和产生积屑瘤，可进行超薄切削和
超精密加工；
（3）摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力；
（4）刃口在800倍Nomarski（尼康）显微镜下观察无缺陷，加工有色 金属时表面粗糙度可达Rz0.1～0.05μm， 被加工工件的形状精度控制 50nm以下；
（6）国防工业/航空航天：如导弹的导航陀螺等；
（7）新材料：如陶瓷，工程塑料等；
（8）珠宝首饰；
（9）医疗器械：如隐形眼镜，加速器电子枪等；
非球面透镜
隐形眼镜
光学元件
陀螺仪
单晶金刚石刀具在光学模仁方面的应用
为了保证光学镜片加工领域所加工出的各种凹、凸透镜片及菲涅尔镜片的模具能有非常理想的曲 率半径，并且有非常高的复制性及稳定性，华菱超硬建议，模仁车刀刀尖夹角最小做到15°，刀尖圆弧 500nm，波纹度10nm，即使圆弧在很大的情况下，波纹度也能控制在100nm以下，在加工抛物线刀具 时，波纹度也能达到100nm，曲率半径的误差可达200nm，在高倍显微镜下，刃口光滑无缺陷，前后 刀面的光洁度2nm。
属于Ib型单结晶合成金刚石之一，氮[N]多为分散或固溶状态存在于晶体内部，人造单晶金刚石顾名 思义是由人工合成的，在一个无氧且高温(1000°C以上)高压的环境里合成出来的，由于拥有和金刚石 相当的高硬度、高耐磨耗与高热传导系数。
由于和金刚石同属于单结晶体，无晶界的性质可以制造出非常锋利的刀刃质量，是其他材料无法达 到的境界，长久以来被应用在制作超精密加工的金刚石刀具，抛光工具和耐磨耗元件。
单晶金刚石刀具的种类
天然金刚石（ND） ：
天然金刚石约98%属于Ia型氮[N]（~2500ppm）天然金刚石的形成大部份是在至少25亿年的岩石中 产生，而且大约在140~200公里的地底下形成，在这个深度下的强大 压力(每平方基叶150万磅）和极高温度（约2800℃)造成稀有的碳 原子紧密的聚集在一起，而形成的晶体结构。