超硬材料基礎知識培訓

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1、超硬材料基礎知識培訓翟世超2008年8月30日目錄希波爾主營業(yè)務超硬材料的定義及范疇金剛石的形貌特征金剛石的物理、化學性質金剛石產(chǎn)品的一般分類單晶金剛石聚晶金剛石CVD金剛石常見單位之間的換算常識一、希波爾主營業(yè)務原材料及來料加工鉆石刀輪及相關產(chǎn)品各種超硬工具CVD金剛石PCD、PCBN刀具復合片PDC鉆頭復合片拉絲模芯激光切割、研磨拋光、打孔整形等鉆石刀輪、刀軸合金刀輪、刀軸刀輪架玻璃切割機超硬刀具金剛石修整工具石材雕刻刀耐磨器件金剛石砂輪等二、超硬材料的定義及范疇超硬材料是指以金剛石為代表的具有很高硬度物質的總稱。超硬材料的范疇雖沒有一個嚴格的規(guī)定,但人們習慣上把金剛石和硬度接

2、近于金剛石硬度的材料稱為超硬材料。常見的超硬材料包括金剛石、立方氮化硼以及氮化碳(C3N4)等。今天,我們將重點對金剛石的特點、分類以及應用做以介紹。三、金剛石的形貌特征化學成分:純凈的金剛石由碳元素組成,和石墨同屬于碳的同素異型體。顏色:純凈的金剛石是無色透明的,實際常因含有各種雜質和結晶缺陷而呈現(xiàn)出不同的顏色。天然金剛石多呈現(xiàn)淡黃色,含雜質多的顯示出灰綠色或者黑灰色。密度:金剛石的理論密度為3.515g/cm3。在生產(chǎn)中,一般是通過實驗測定堆積密度。金剛石的密度與堆積密度是兩個不同的概念,人造金剛石的堆積密度一般在1.5~2.1g/cm3之間,并且顆粒越規(guī)則,堆積密度越大。三、

3、金剛石的形貌特征立方體正八面體菱形十二面體晶形:天然金剛石的晶體形態(tài)常見為八面體,其次為菱形十二面體、立方體及其聚形。人造金剛石根據(jù)合成條件的不同,晶形可分為八面體、立方體或者立方、八面體聚形等,其中以后一種最為常見。產(chǎn)品中常出現(xiàn)各種連生晶體,不規(guī)則晶體以及各種結晶缺陷。三、金剛石的形貌特征(1)立方體晶形三、金剛石的形貌特征(2)正八面體晶形三、金剛石的形貌特征(3)菱形十二面體晶形四、金剛石的理化性質硬度:金剛石是所有已知材料中最硬的物質。強度:金剛石也是目前已知的強度最高的材料。金剛石的強度受它所包含的包裹體、雜質結晶缺陷的影響很大。導熱率:居所有已知材料之首。聲速:金剛石的

4、傳播聲速為所有材料最高滑動摩擦系數(shù):比較小,與鋼之間約為0.1。四、金剛石的理化性質化學穩(wěn)定性:在常溫下,金剛石對一切酸堿鹽(包括王水)等化學試劑都表現(xiàn)出很強的惰性。疏水性:金剛石對水不潤濕,但容易粘油。熱穩(wěn)定性:金剛石的熱穩(wěn)定性與晶體的完整程度以及雜質含量有關。人造金剛石在空氣中開始氧化的溫度是740~840℃,部分在600℃就開始氧化。石墨化現(xiàn)象:在真空或惰性氣氛中,金剛石加熱到某一高溫時會發(fā)生石墨化現(xiàn)象,即發(fā)生向石墨的轉變。過渡金屬(尤其是黑色金屬)的存在會加速金剛石的石墨化過程。因此,金剛石工具專門適合加工各種有色金屬以及非金屬材料。4.1幾種常見材料的硬度比較4.2幾種常

5、見熱學材料的熱導率4.3幾種紅外窗口材料抗熱沖擊性對比五、金剛石材料的一般分類金剛石單晶金剛石聚晶金剛石(PCD)CVD金剛石合成工藝:高溫高壓法、爆炸法性能特點:各向異性應用范圍:砂輪、鋸片等領域最常見合成工藝:高溫高壓法性能特點:各向同性應用范圍:刀具、石油鉆頭、修整工具、拉絲模、耐磨器件等合成工藝:化學氣相沉積法性能特點:宏觀一般為各向同性應用范圍:刀具、修整工具、拉絲模、耐磨器件等,高品級CVD金剛石已經(jīng)在電子器件、航空航天、精密制造等領域大放光彩5.1兩種常見壓機的工作原理六面頂壓機兩面頂壓機該類型壓機為中國市場的主流機型該類型壓機在西方國家廣泛采用5.2PCD的結構特點

6、金剛石晶粒呈無序排列,各向同性,無解理面可以制成大塊工具坯料(比如刀頭、模芯等)可以采用電火花、激光切割等多種技術進行加工為了增加材料的抗沖擊性和可焊接性,很多PCD材料往往帶有硬質合金襯底,如上圖所示。5.3希波爾PCD產(chǎn)品PCD復合片激光切好的PCD刀頭PCD可轉位刀具焊接式PCD刀具石材雕刻刀5.3希波爾PCD產(chǎn)品PCD復合片鏡面拋光PDC鉆頭復合片軸承支撐器軸承支撐器5.3希波爾PCD產(chǎn)品CXT金剛石條金剛石砂輪修整筆金剛石砂輪修整筆PCD拉絲模芯鉆石刀輪鉆石刀軸5.4CVD≠CVD金剛石CVD是ChemicalVaporDeposition的英文縮寫,中文含義是化學氣相沉

7、積。它是指在高溫低壓條件下,利用氣相之間的化學反應,在基體表面形成一種新的材料?;瘜W氣相沉積工藝在切削工具、模具、半導體工業(yè)、耐磨器件等方面獲得了廣泛應用。該工藝能有效地提高制品的表面硬度和復合韌性,提高其耐磨損和抗高溫氧化等力學性能和化學性能,從而可以大幅度地提高硬質涂層制品的使用壽命和生產(chǎn)效率,具有十分重大的技術經(jīng)濟效益。5.4CVD≠CVD金剛石5.5CVD金剛石的制備原理含碳氣體和氫氣的混合物在高溫和低于標準大氣壓的壓力下被激發(fā)分解,形成活性金剛石碳原子,并在

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