超硬刀具材料指可用作刀具切削加工的超硬材料。目前主要可分為兩大類:一類是金剛石切(qie)削刀(dao)具材(cai)料(liao)；另(ling)一類是立方氮化硼切(qie)削刀(dao)具材(cai)料(liao)。目前已經在(zai)應用或正在(zai)試驗中的超(chao)硬刀(dao)具材(cai)料(liao)的主(zhu)要品(pin)種有(you)以(yi)下五種。

（1）天然和人工合成大單晶金剛石

（2）聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石（PCD）和聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石復合刀片（PDC）

（3）CVD 金剛石

（4）聚晶立方氮化硼(PCBN)

（5）CVD 立(li)方氮化硼涂層

       今(jin)天接著講后面(mian)三(san)種。

       3、CVD 金剛石

       人(ren)工合(he)成(cheng)大單晶金(jin)(jin)剛(gang)石，PCD、PDC均是(shi)在(zai)高溫高壓下(xia)合(he)成(cheng)的，而CVD金(jin)(jin)剛(gang)石是(shi)在(zai)低壓下(xia)制備(bei)的。含碳氣體(ti)(ti)和氫氣的混合(he)物在(zai)高溫和低于大氣壓的壓力(li)下(xia)被激發分解，形成(cheng)活性金(jin)(jin)剛(gang)石碳原(yuan)子在(zai)基體(ti)(ti)上沉積交(jiao)互生(sheng)長成(cheng)聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石(也可以(yi)控制沉積生(sheng)長條(tiao)件(jian)沉積生(sheng)長金(jin)(jin)剛(gang)石單晶或準單晶)。

       CVD金剛石由于是不(bu)含(han)任何金屬催化(hua)劑的(de)(de)純金剛石，因此它的(de)(de)熱穩定性(xing)接(jie)近(jin)天然(ran)金剛石。同高溫高壓人工合成聚晶金剛石一樣，CVD聚晶金剛石晶粒也呈無序排列，無脆性(xing)解理面而呈各向同性(xing)。

       實(shi)際上(shang)CVD金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)包括三(san)類：第(di)一(yi)種是(shi)在(zai)適當基(ji)體上(shang)沉積的(de)CVD金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)涂層(ceng)(包括類金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)DLC涂層(ceng))；第(di)二(er)種是(shi)沉積厚度達1mm的(de)無支(zhi)撐的(de)CVD金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)厚膜(mo)；第(di)三(san)種是(shi)在(zai)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)晶種上(shang)外延生長的(de)CVD金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)單晶膜(mo)或準單晶膜(mo)。

       由于(yu)CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具(ju)采用刀(dao)(dao)片(pian)基(ji)體(ti)直接置放在(zai)(zai)CVD沉積腔體(ti)中沉積生長(chang)而成，它與(yu)PCD、PDC刀(dao)(dao)具(ju)相比，具(ju)有刀(dao)(dao)具(ju)形狀可復雜、成本(ben)低、一片(pian)多刀(dao)(dao)刃等優點。盡(jin)管如此，由于(yu)CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)片(pian)存在(zai)(zai)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與(yu)基(ji)體(ti)之間結合(he)強度低以及對有CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)刃口(kou)進(jin)行研(yan)磨處理時容易分層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)剝落的(de)缺陷(xian)。因此，目(mu)前在(zai)(zai)CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)制備領域的(de)大部分工作都在(zai)(zai)致力(li)于(yu)對它的(de)研(yan)究。盡(jin)管國外已有CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具(ju)產品推(tui)向(xiang)市場，但到目(mu)前為(wei)止CVD金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)應(ying)用市場還不是很大。

       恰恰相反，CVD金剛石厚膜可以通過特殊的但簡便易行的技術釬焊到所要求的基體上。然而這種釬焊強度遠低于PDC材料中金剛石層與硬質合金層之間的結合強度。當它用于斷續切削這種高要求的機加工時，其界面的連接就顯得很脆弱。若能解決CVD金剛石厚膜的釬焊強度問題，那么CVD金剛石厚膜刀具材料將能在整個機械加工領域同PDC材料競爭。它與PDC相比，主要優點是其熱穩定性更好，缺點是晶粒間的內聚強度低，內應力大、相對脆性大和不導電性。特別是缺乏導電性，阻礙了它對電火花(EDM)切割、拋光加工(gong)技術的應用。而該(gai)技術在(zai)金(jin)(jin)剛石(shi)刀具加工(gong)業，尤其(qi)是木材刀具的刃磨和重刃磨上得到了廣泛地應用。近來能用EDM加工(gong)的CVD金(jin)(jin)剛石(shi)厚(hou)膜材料已經研制成功，大大促進了CVD金(jin)(jin)剛石(shi)厚(hou)膜刀具的應用。

       4、聚晶立方氮化硼（PCBN）

       由于單(dan)晶(jing)CBN的粒徑小(xiao)，而且單(dan)晶(jing)CBN存在易(yi)劈裂(lie)的“解理面"，不能直接用于制造切削刀具(ju)。因此工業(ye)上切削刀具(ju)用的大多(duo)數是聚(ju)晶(jing)立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)（PCBN）。聚(ju)晶(jing)立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)（PCBN）刀具(ju)按其成分(fen)(fen)和(he)制造方(fang)法可(ke)分(fen)(fen)為整(zheng)體聚(ju)晶(jing)立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)燒結體(簡(jian)稱PCBN燒結體)和(he)聚(ju)晶(jing)立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)復合(he)刀片(pian)(簡(jian)稱PCBN復合(he)刀片(pian))。

       PCBN是由(you)無數(shu)(shu)細小無序排列的(de)(de)(de)CBN單晶(jing)組(zu)成的(de)(de)(de)，無解理面，宏觀上無方向性(xing)，這會(hui)使劈(pi)裂的(de)(de)(de)影(ying)響大大減(jian)小，而且會(hui)隨(sui)著(zhu)切(qie)(qie)削(xue)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損連續地露(lu)出(chu)新鮮的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)。PCBN與(yu)PCD、PDC刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料(liao)有(you)著(zhu)相(xiang)似的(de)(de)(de)結構與(yu)性(xing)質(zhi)，但耐(nai)磨(mo)(mo)性(xing)比PCD、PDC要(yao)差。由(you)于PCBN具(ju)(ju)(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)抗化學腐蝕性(xing)，且在(zai)1200℃的(de)(de)(de)高(gao)溫下，表現(xian)出(chu)很好的(de)(de)(de)熱穩定性(xing)，因此刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)尖(jian)端的(de)(de)(de)相(xiang)對高(gao)溫不(bu)會(hui)對它產生任何(he)不(bu)利的(de)(de)(de)影(ying)響，相(xiang)反它還(huan)能在(zai)切(qie)(qie)削(xue)硬(ying)質(zhi)鐵合金時(shi)起到加(jia)(jia)(jia)速切(qie)(qie)削(xue)的(de)(de)(de)作用。近年來，隨(sui)著(zhu)CNC(計算機數(shu)(shu)控)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)技術的(de)(de)(de)迅猛發展以(yi)及(ji)數(shu)(shu)控機床的(de)(de)(de)普(pu)遍使用，可實現(xian)高(gao)效率、高(gao)穩定性(xing)、長(chang)壽命(ming)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)(de)(de)PCBN刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)應(ying)用也日益普(pu)及(ji)，同時(shi)還(huan)引入(ru)了許多先(xian)進的(de)(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)概念，如高(gao)速切(qie)(qie)削(xue)、硬(ying)態加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)、以(yi)車(che)代(dai)磨(mo)(mo)、干式切(qie)(qie)削(xue)等。PCBN刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料(liao)已成為現(xian)代(dai)切(qie)(qie)削(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)中不(bu)可缺少的(de)(de)(de)重要(yao)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料(liao)。

       5、CVD 立方氮化硼涂層

       由于CVD立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)(peng)涂(tu)層(ceng)理論(lun)上(shang)講可以不(bu)刃(ren)磨刀片對鐵(tie)基材料(liao)(liao)進行機械切削加(jia)工，因(yin)而這種刀具材料(liao)(liao)極具吸引力（因(yin)為通常80%的(de)(de)金屬工件含有鐵(tie)），然而與CVD金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)不(bu)同的(de)(de)是，金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)是由單一元(yuan)素(su)組成，而CVD立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)(peng)涂(tu)層(ceng)是化(hua)合物，包括化(hua)學(xue)計量在內的(de)(de)眾(zhong)多(duo)問題都使得它(ta)的(de)(de)生(sheng)長工藝更為復雜(za)。實(shi)際(ji)上(shang)所(suo)有的(de)(de)CVD立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)(peng)涂(tu)層(ceng)都是多(duo)相微(wei)晶材料(liao)(liao)。同高質(zhi)量的(de)(de)CVD金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)相比(bi)，CVD立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)(peng)涂(tu)層(ceng)更像“類(lei)金剛(gang)(gang)石涂(tu)層(ceng)(DLC)”。經(jing)過多(duo)年的(de)(de)研究，發(fa)展CVD立(li)方(fang)氮化(hua)硼(peng)(peng)涂(tu)層(ceng)刀具的(de)(de)應用是很有前途的(de)(de)。

       顯然上述各種不同品種的超硬刀具材料的性能之間能互相補充。

       如(ru)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)刀具(ju)(ju)的(de)主要缺(que)點是熱(re)(re)穩定(ding)性差。當(dang)切削溫度(du)超過700~800℃時，它(ta)就會發生同素異晶(jing)轉變成(cheng)為石(shi)(shi)(shi)墨，而(er)(er)(er)完全失去硬(ying)度(du)。含鈷粘(zhan)結劑的(de)聚晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)熱(re)(re)穩定(ding)性比(bi)單晶(jing)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)更差。另外，金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)與鐵(tie)有很強的(de)化學親和力。在(zai)高溫下金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)碳原子會擴收到鐵(tie)中(zhong)而(er)(er)(er)溶解(jie)于鐵(tie)基體中(zhong)與鐵(tie)容易發生化學反應生成(cheng)Fe3C4。因此(ci)，金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)刀具(ju)(ju)一般不適合加工黑(hei)色(se)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬，而(er)(er)(er)主要用(yong)于加工各(ge)(ge)種(zhong)有色(se)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬，各(ge)(ge)種(zhong)陶瓷(ci)、水泥制品(pin)、石(shi)(shi)(shi)材(cai)、木材(cai)等非金(jin)(jin)(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)，各(ge)(ge)種(zhong)復合材(cai)料(liao)等。