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聚晶鑽石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具

什麼是PCD?

PCD材料的歷史與合成

歷史

聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,簡稱PCD)是由General Electric(通用電氣公司)的研究科學家於1971年發明的。當時,GE的研究團隊正在尋找一種材料,可以在高溫高壓環境下用於切削工具。經過多年的研究和實驗,他們成功地合成了聚晶金剛石,這是一種人工合成的超硬材料,具有類似天然金剛石的硬度和耐磨性

通用電氣公司的研究科學家Robert H. Wentorf Jr.和Dr. Francis P. Bundy是主要發明者。他們於1971年提交了聚晶金剛石的專利申請,並成功獲得了專利。這項發明在工業界引起了巨大的轟動,並成為現代切削工具技術的一個重要里程碑。隨著技術的發展和應用,聚晶金剛石刀具已成為許多行業中不可或缺的工具。

合成

聚晶鑽石複合片是以鈷為促進劑,將細粒的鑽石黏結於碳化鎢之上或包裹在內,置入高壓裝置並加熱,經過燒結而形成複合體,呈無序排列、無方向性、硬度均勻,硬度較天然鑽石低(HV6000-8000左右),導熱係數高(400-600W/mK)、熱脹係數低(0.9×10)、磨量彈性高且摩擦係數較低(0.1~0.3) 。

聚晶金剛石刀具材料性能與特點

材料性能

1. 硬度可達6000-8000HV,為鎢鋼的5~6倍
2. 導熱係數為(400-600W/mK),為鎢鋼的1.5~9倍,甚至高於PCBN和銅,因此熱量傳遞迅速
3. 磨擦係數一般僅為0.1~0.3(鎢鋼的磨擦係數為0.4~1),因此可顯著減小切削力
4. 熱膨脹係數僅為0.9×10-6~1.18×10-6,僅相當於鎢鋼的1/5,因此刀具熱變形小,加工精度高
5. 與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤
6. 燒結體表現為各向同性,因此不易沿單一解理面裂開。

特點

聚晶鑽石複合片由鎢鋼基體和聚晶鑽石層兩部分組成,聚晶層鑽石含量均超過90%,既具有極高的硬度和耐磨性,又具有良好的抗衝擊韌性。 與鎢鋼刀具相比,硬度高出5~6倍;切削速度可提高5-20倍;粗糙度可達到Ra0.05μm。主要用來加工非鐵金屬之超硬合金、燒結碳化鎢、鋁合金、銅、木材、塑膠、玻璃纖維、壓克力等等多種材料,被加工物可達到亮面效果,更可以製成車、銑、刨、鑽、絞、搪工等刀具。 工作壽命比鎢鋼刀具長50~100倍,刀刃不容易崩角及磨耗,且不易產生積屑瘤,可減少工具機補正次數,適合精加工。是由鑽石層和碳化鎢基座結合而成之刀具材料,需經上下研磨、拋光及線切割、雷射切割方能運用於各式各樣刀具上

聚晶金剛石刀具的應用

金剛石是目前世界上已知最硬的物質,在很多行業及領域被充分的利用。目前機械加工及工具機刀具行業,聚晶金剛石被製作成工具機上使用的刀具,解決了一些鎢鋼(Tungsten carbide)、立方氮化硼刀具(CBN/PCBN)、陶瓷刀具、高速鋼(HSS)刀具等在加工工件時所要求的超高表面亮度、光潔度、 超高精度、高硬度等性能及難加工的材質,聚晶金剛石刀具因此被人稱作超硬刀具或鑽石刀具名於機械製造行業。

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