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超硬刀具的制造方法

发布日期:2018-05-21 作者: 点击:

人造超硬刀具材料的制造方法很多,这里主要介绍热压法和气相沉积法。

热压法制造金刚石和立方氮化硼所用的设备是六面顶或两面顶的液压机。压制单晶超硬材料.需将原料置于叶蜡石的腔体中。压制PCD单晶粉的原料是石墨片,石墨片与触媒剂Ni-Mn片层叠置于腔体中;压制PCD聚晶片的原料是PCD单晶粉,加入结合剂Ni、Si、Co等;压制CBN单晶粉的原料为六方氮化硼(HBN)粉;压制PCBN聚晶片的原料为CBN单晶粉,同时需分别置人触媒剂与结合剂。热压工艺示意图见图1、图2。其压力、温度及加压时间均列于图中。超硬刀具

加压过程中的压力与升压、终压有所不同,叶蜡石腔体中的压力与顶锤部的压力也不一样,图1、图2所示的压力是指顶锤部的压力。温度是腔温。时间是加热时间、保温时间与降温时间等过程的总和,对于各种压机,这些参数将有所不同,本文给出的数据只是一个大概的数字。 类似热压法制造PCD,还有“爆炸法”,在容器中利用炸药爆炸产生高温高压,而使石墨转化为金刚石。爆炸法的工艺和产品质量均不易控制,故很少正式使用。

CVD法是一种气相沉积法。属于这种工作原理在非金刚石基底上沉积金刚石的方法很多,如“热丝法CVD法”、“电子增强CVD法”、“微波PCVD法”、“射频PCVD法”、“直流PCVD法”、“直流电弧PCVD法”、“直流等离子体喷射CVD法”、“电子回旋共振PCVD法”、“火焰燃烧法”、“准分子激光CVD法”等。“热丝CVD法”最为常用。

图3为热丝CVD金刚石厚膜生长沉积技术原理示意图。原料为乙醇(酒精)、氢气和甲烷,热丝为Ta丝或W丝。加热到2000~2500℃高温的热丝及在热丝和基体间施加电压而形成的等离子体,使氢分子与含碳气体分子离解,形成原子态氢和能够形成SP3键的碳氢基团。该基团在有原子氢的作用下在适当温度的基体表面经历吸附的化学过程,去氢而形成金刚石的碳结构。控制热丝的温度及施加电压和电流密度,特别是气体的组成、生长容器的压力和基体温度,即能有效地控制膜生长的速率和成膜质量。

在基体(衬底)上成厚膜后,需使膜与基体分离,并切割成一定形状的小块,再将小块钎焊在硬质合金上形成复合刀片或刀具,如图4所示。

若制造CVD薄膜金刚石刀具,则在刀具直接沉积金刚石薄膜即可,膜厚仅为10μm左右。而厚膜的厚度能达0.5~0.6mm以上。


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关键词:超硬刀具,CBN刀具,金刚石刀具

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