钎焊单层金刚石工具的研究现状评述

在电镀和烧结金刚石工具广泛应用的今天，钎焊单层金刚石磨具以其独特的优势受到国内外研究者的重视，一些产品已经面世。文章从加热方式和钎料两个方面介绍了当前国内外钎焊单层金刚石工具的研究成果，分析存在的问题，在此基础上指出了钎焊单层金刚石工具的工艺发展方向。     

钎焊单层金刚石工具现状评述

钎焊金刚石工具因具有容屑空间大、结合强度高、使用寿命长等其它电镀和烧结金刚石产品无可比拟的优势而越来越受国内外研究者的重视。文章从钎料、加热方式和工具产品三个方面介绍了当前国内外钎焊单层金刚石工具的研究成果,分析了大规模生产应用钎焊金刚石工具存在的问题,并在此基础上指出工艺发展方向。     

Ni-Cr合金钎焊金刚石磨粒的试验研究

通过两种N i-C r合金在石墨表面润湿性实验,观察合金对石墨润湿过程,考察作为钎焊单层金刚石工具用合金钎料对金刚石的浸润性能。针对钎料对金刚石的浸润特点,采用恰当的加热方式和工艺来完成这种单层金刚石工具的钎焊,并利用扫描电镜和能谱仪分析钎焊后钎料与金刚石的过渡层特征,显示了这种紧密的化学冶金结合。观察样品经重负荷磨削后的工作面,发现金刚石正常损耗,无脱落。最后,考察钎焊后金刚石冲击强度下降的程度并分析其原因,说明了采用合理的工艺来减小这种高温钎焊对金刚石所造成的热损伤的必要性。     

金刚石工具的高真空钎焊

在金属结合剂金刚石工具中 ,除了烧结和电镀法制作的工具 ,钎焊工具的使用正日益增多。这种工具的性能一般介于烧结工具和电镀工具之间 ,在对金刚石工具进行高真空钎焊时 ,随着润湿过程的进行 ,可以观察到金刚石磨粒的碳化现象。如果比较烧结金属结合剂和电镀金刚石两种砂轮的寿命 ,在加工石材时 ,烧结工具的寿命是电镀工具的3到 4倍 ,但这种工具也有缺点 ,他们不仅所用的金刚石量多 ,而且由于较小的容屑空间 ,限制了切割速度。在相同的工作条件下 ,钎焊金刚石工具的寿命可达到烧结工具寿命的 5 0 %～ 70 % ,和电镀工具一样 ,钎焊工具所使用…     

钎焊金刚石微观形貌与磨粒磨损状态关系研究

采用两种不同镍基钎料，适当控制钎焊工艺，制备出Ⅰ、Ⅱ两个钎焊样品。试样深腐蚀后对单颗金刚石表面和磨削后的金刚石磨粒微观形貌进行了分析。金刚石表面碳化物形貌为颗粒状物质的试样Ⅰ中金刚石的磨损过程为原始形貌-微破碎-大块破碎-断裂；而金刚石表面碳化物形貌为针柱状物质的试样Ⅱ中金刚石的磨损过程为原始形貌-断裂。     

新一代金刚石工具及其性能分析

新一代金刚石工具以金刚石颗粒有序排列为主要特征,其性能比金刚石颗粒随意分布的传统金刚石工具优越。ARIX工艺制造的金刚石有序排列的锯片消除了传统金刚石锯片使用中提高锯切速率而导致寿命降低的问题。钎焊单层金刚石磨具由于其中的金刚石颗粒以一定间距有序排列成一定形式而且金刚石出刃较高,与其它结合剂金刚石磨具相比,可达到较高的加工效率和表面光洁度。     

当前金刚石工具制作中的几个热点技术

在金刚石工具制作中，为达到胎体对金刚石的化学键接（包镶），采用了各种使金刚石表面金属化的技术。从试验观察来看，国内的金刚石表面预金属化技术还达不到这一目的。高温钎焊即使可实现化学键接，但目前因其难以实现工作层中金属石的新老奖学金替，还不适用于制作孕镶工具。激光焊是把孕镶刀头与钢基体联结起来的最佳技术。对于焊接设备中的核心部伯-激光发生器的性能，最为重要和需关注的应是光斑功率密度（要达到10^6W/cm^2)以及工作气体的耗量和运动部件的寿命。粉末制粒是实现容积式计量的基础，但只有制粒产品有好的圆度和粒径一致性时才能取得预想的效果。     

国外超硬材料工具的最新应用与进展（下）

为促进我国超硬材料工具的发展,对国外超硬材料工具的最新应用与发展进行了调查与分析,其中包括：金刚石与刀具的镀覆与应用,代钻预合金粉末的研制,金刚石均匀有序排列在刀头中的应用与进展,板条式CO2激光器激光焊接金刚石工具的快速发展,金刚石绳锯的创新与应用,金刚石与cBN单层钎焊在切削与磨削中的应用,环保型精密自动控制电镀工艺与装备的发展,以及金刚石工具在半导体工业中的应用。     

金刚石工具性能提升应用广

近年来,同际上新材料、新技术、新工艺、新设备创新成果不断涌现,如超细预合金粉末、激光加工、真空钎焊技术、金刚石镀覆技术、金刚石均布技术等前沿新技术,正在被高度关注与重点研发,研发成果也逐步形成产业化。随着这些研发成果产业化,金刚石工具性能不断提升、功能不断扩展,目前其应用范围已逐渐延伸至半导体、航空航天、信息等诸多领域,为金刚石工具制造企业提供了高额利润和巨大发展空间。     

国外超硬材料工具的最新应用与进展（上）

为促进我国超硬材料工具的发展,对国外超硬材料工具的最新应用与发展进行了调查与分析,其中包括：金刚石与刀具的镀覆与应用,代钴预合金粉末的研制,金刚石均匀有序排列在刀头中的应用与进展,板条式CO2激光器激光焊接金刚石工具的快速发展,金刚石绳锯的创新与应用,金刚石与cBN单层钎焊在切削与磨削中的应用,环保型精密自动控制电镀工艺与装备的发展,以及金刚石工具在半导体工业中的应用。     

钎焊金刚石取孔钻的制备及其钻削性能研究

由于金刚石与钎料合金之间高的结合强度以及高的金刚石出刃,钎焊金刚石工具比电镀和烧结金刚石工具拥有更优异的加工性能。使用钎焊法分别制备了单层和多层金刚石取孔钻,通过对硅酸盐玻璃的钻孔实验,对比了单层金刚石取孔钻和多层金刚石取孔钻的使用寿命及加工效率。结果表明：钎焊多层金刚石取孔钻的寿命是单层取孔钻的3倍,但其加工效率比单层取孔钻略低。通过扫描电镜（SEM）对两种取孔钻失效后的表面微观形貌进行观察,发现金刚石与钎料之间具有很高的结合强度,钎焊多层金刚石取孔钻在加工过程中能够实现金刚石的连续出刃。     

加快金刚石钎焊工艺及其制品的发展与产业化

文章指出发展金刚石钎焊工艺的重要性,介绍了该钎焊工艺在我国的研究与发展,提出进一步发展金刚石钎焊工艺必须解决的关键技术问题,包括生产高质量的热稳定性好的金刚石、钎焊合金、专用焊接设备,发展金刚石规则有序排列钎焊工艺与多层金刚石钎焊制品等。在产品方面,要逐步取代电镀制品,发展金刚石钎焊绳锯与线锯,将钎焊工艺用于机械加工工具、矿山、煤田、油田钻具的焊接,以及用于切割铸铁、半导体工业的晶圆加工工具。     

Cr与金刚石界面碳化物形成机理研究

选用含Cr活性钎料,适当控制钎焊工艺,实现了金刚石与基体的高强度连接。采用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）及X射线衍射结构（XRD）分析了真空加热条件下,含铬活性钎料与金刚石之间的界面反应以及界面反应产物,探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。分析结果表明,活性钎料中的Cr在金刚石表面富集并与金刚石中的C生成枝状的碳化物,既实现了化学冶金结合,生成的碳化物呈枝状,也进一步加强了对金刚石的把持作用。     

钎焊多层金刚石薄壁钻的性能研究

采用钎焊法制备多层金刚石薄壁钻,并对空白胎体及孕镶胎体的密度、抗弯强度等机械性能和钻头的使用性能在相同的工艺条件下与烧结钻头进行对比。结果表明：钎焊空白胎体和孕镶胎体的密度高,抗弯强度较大。钎焊钻头金刚石的出刃高度比烧结钻头提高了12.5%。钎焊钻头比烧结钻头的使用寿命提高了17.75%,但效率降低了4.63%。     

钎焊法制造多层均布金刚石薄壁钻及其性能研究

采用钎焊法制造多层均布金刚石薄壁钻,观察了金刚石的出刃高度以及胎体与金刚石的微观形貌,并对多层均布钻头进行钻进实验。结果表明：钎焊金刚石的出刃高度可达70％。在钎焊过程中,Ni--Cr合金钎料中的活性元素Cr向金刚石表面富集,Ni--Cr合金钎料中的Ni、Cr原子和胎体中的Co原子相互扩散使得胎体与金刚石结合牢固。钎焊多层均布钻头在工作中能够实现金刚石的自锐．具备连续加工能力。     

Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石的分析

采用Ni-Cr合金在保护气氛炉中进行了钎焊单晶金刚石磨粒的试验,使用SEM对Ni-Cr合金钎焊金刚石的碳化物形貌和钎料组织进行了观察分析。结果表明：在保护气氛炉中,Ni-Cr合金可以实现金刚石的高强度连接,焊后金刚石棱角清晰、形貌完好,并在金刚石的表面生成排列较整齐的一层Cr3C2,Cr3C2的生长方向与金刚石的外露（111）和（100）晶面有一定的位向关系,在（111）晶面的碳化物形成了互成60°的关系,在（100）晶面的碳化物主要是互成90°和45°的关系。钎料组织主要是γ-Ni基体上分布有Cr7C3,其显微硬度最高达到900HV。     

提高胎体耐磨性技术

通过对金刚石薄壁钻头大量模拟试验数据进行分析对比，并对胎体耐磨性理论的论述，阐明了加入细粒度金刚石可以有效地提高金刚石工具胎体的耐磨性，从而提高其使用寿命，而工作效率不受影响甚至有所提高。     

金刚石粒度对金刚石锯片性能的影响

根据锯切过程中锯片的金刚石粒度与切屑厚度之关系论述金刚石粒度对锯片性能的影响,主要包括锯切率、使用寿命、功率消耗。在关于金刚石粒度的表示方式中,指出单纯以目数表示金刚石粒度的局限性和以每克拉颗粒数(PPC)表示金刚石粒度的重要性。