摘要： 人造（zào）聚晶金剛石複合片刀具(PCD)，是20 世（shì）紀60 年代（dài）發展起來的一種超硬刀（dāo）具。它具（jù）有僅次於天然金（jīn）剛石的硬度和耐磨性、低的摩擦係數、高的導熱性、低的線膨脹係數和高的複（fù）合抗彎強度， 而應用於高速切削各種有色金屬（shǔ）、非金屬。其刀（dāo）具耐用度是硬質合金的幾十至幾百倍。
我國在60 年代就成功的（de）研製出（chū）人造金剛石。又在此基礎上（shàng）， 用（yòng）高溫、高壓技術（shù）在硬質合金基體上燒結一層聚晶金剛石， 兩者形成一體的刀坯。這樣就將金剛石的高硬度高耐磨性（xìng）和（hé）硬（yìng）質合金的韌性結合（hé）在一起（qǐ）。這種刀片稱人造聚晶（jīng）金剛石複合片，簡稱為PCD。
二、人造聚晶金剛石複合片的性能與切削特點：
1．硬度為HV7500 ～ 9000，僅次於天然金剛石，而且它的硬度和耐磨性在各方向一致，不（bú）需選向。它的強度由於有韌性較高的硬質合金支撐，其（qí）複合抗彎強度σbb可達1500Mpa 。
2．具有很（hěn）高的耐磨性，其（qí）耐磨性一般為硬（yìng）質合金（jīn）的60～ 80 倍。在切削（xuē）硬度較高的(HV>1500)非金屬材料時，其刀具耐用度極高。
3．具有（yǒu）較（jiào）低（dī）的摩擦係數，金剛石與有色金屬的摩擦係數為0.1～ 0.3，而硬質合金與有色金屬的摩擦係（xì）數是（shì）0.3～ 0.6，這樣用PCD 刀具時，可降低切削力和切削溫度約1/2～ 1/3 。
4．具（jù）有很高的導熱性，金剛石的導熱係數為146W/m.k ，是硬質合金的1.5～ 7 倍，可以大大的降低切削區的溫度，提（tí）高刀具耐用度。
5．金剛石的線（xiàn）膨脹係數很小(0.9 ～ 1.18 ×10-6mm/mm. ℃ )，約為一般鋼(11 ×10-6mm/mm. ℃ )的（de）1/10。而且由於刀（dāo）刃（rèn）鋒（fēng）利（lì），已（yǐ）加工表麵冷硬現（xiàn）象小(6 μm左右)，為硬質（zhì）合金刀具（jù）的1/3 左右，所以加工精度（dù）好。
6．由於聚晶層晶粒直徑一般約為2～ 0.5 μm，它的刃口鋒（fēng）利（lì）程度不如天然（rán）金剛石刀具， 所（suǒ）以加（jiā）工精度低於天然金剛石刀（dāo）具，隻能（néng）達到表麵粗糙（cāo）度Ra0.2～ 0.05 μm．但它還可以製成尺寸較大的刀片，用於成形（xíng）加工。
三（sān）、PCD 的應（yīng）用
PCD 刀具主要用於高效切削有色金屬和非金屬。如鋁和鋁合金、銅和銅合（hé）金、硬質合金、工程陶瓷（cí）、石墨、塑料、橡膠、層板（bǎn）、矽橡膠、巴氏合金、各種（zhǒng）複（fù）合材料、玻璃鋼等。特別在汽（qì）車製造業、航天、航空、造船、發動機製造行業，可得到廣泛的應用。
1．在矽鋁合金切削加工中的應用： 美、英、德等國， 采用PCD 刀具加工矽鋁合金(含矽量9～ 18％ )的汽車活塞（sāi）、傳動箱、氣缸、船用發（fā）動機等零件，切削速度Vc=173 ～ 1098m/min ，其（qí）刀具壽命為硬質合金刀具壽命的50～ 450 倍；是單晶金（jīn）剛石刀具的2～ 5 倍。刀具成本為硬（yìng）質合金的1/5 ～1/6。
2．在銅合金切削加工中的應用：用PCD 刀具加（jiā）工整流子、連杆套、泵（bèng）體、滑動軸承和（hé）閥體（tǐ）等零件，切削速（sù）度Vc=200 ～ 750m/min ,刀具壽（shòu）命是單晶金剛石刀的1.5～ 60 倍（bèi），是硬（yìng）質合（hé）金刀具（jù）的300 倍。可省去大量的磨刀和換刀時間。
3．在複合材料加工中的應用： 采用PCD 刀具切削玻璃纖維增強複合材料， 其刀具耐用度是硬質合金刀具的1/20 ，並且加工精度比（bǐ）硬質合（hé）金高。
4．在鈦合金切削中的應用（yòng）：用它切削鈦合金的效果非常顯著，其刀具耐用度為硬質合金刀具（jù）的1000 多倍。而且它（tā）與鈦合金的相互擴散最小。
5．在切削（xuē）硬質合金中的應用：用PCD 刀具采用Vc=28 ～56m/min ，ap=0.5mm ， f=0.1 ～ 0.3mm/r車削模具用硬質合金(YG15 、YG20) ，效率比磨削高（gāo）許多倍。
6．在切削（xuē）砂輪中的應用： 用PCD 刀具車削硬度為HV1800 ～ 2450 剛玉（yù）類各種結合劑的（de）砂輪幾百個，其刀具磨耗體積與砂輪切除體積（jī）比例為1/1350 萬。較傳統的刀碗車削效率高幾十倍，且噪音沒有，粉塵也小。
7．在砂輪整修中的應用：用PCD 刀片製作成如圖所（suǒ）示的休整工具（jù），來修整磨（mó）刀機上的（de）砂輪，具有修整效（xiào）率高，砂輪修除量小，被修整砂輪表麵跳動小而平整，受（shòu）到社會上（shàng）的歡迎。
PCD 刀具的性能特點
金剛石（shí）刀（dāo）具具有硬度高、抗壓（yā）強度高、導熱性及耐磨（mó）性（xìng）好等特性（xìng）， 可（kě）在高速切（qiē）削中獲得很高的（de）加工精度和加工效率（lǜ）。金剛石刀具的上述特性是由金（jīn）剛石晶體（tǐ）狀態決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個價電（diàn）子按四麵（miàn）體結（jié）構成鍵，每個碳原子與四個（gè）相（xiàng）鄰原子形成共價鍵，進而組成金剛石結構， 該結構的結合力和方向性很強（qiáng）， 從而使（shǐ）金剛石具有極高硬度。由於聚晶金剛石（shí）（ PCD ）的結構是取向不一的細（xì）晶粒金剛石燒結體，雖然加入了結合劑，其硬度及耐磨性仍低（dī）於單晶金（jīn）剛石。但由於PCD 燒（shāo）結（jié）體（tǐ）表現為各向同性，因此不易沿單一解理（lǐ）麵裂開。
PCD 刀具材料的主要性能（néng）指（zhǐ）標：
① PCD 的（de）硬度可達8000HV ，為硬質合（hé）金的（de）80 ～120倍；
② PCD 的導熱係數為700W/mK ，為硬（yìng）質合金的1.5 ～ 9 倍，甚至高於PCBN 和銅，因此PCD 刀具熱量傳遞（dì）迅速；
③ PCD 的摩擦係數一般僅為0.1 ～ 0.3（硬質（zhì）合（hé）金的摩擦係數為0.4 ～1），因此PCD 刀具可顯（xiǎn）著減（jiǎn）小切削力；
④ PCD 的熱膨脹係數僅為0.9 ×10 -6 ～1.18 ×10-6，僅（jǐn）相當於硬質合金的1/5 ，因此PCD 刀具熱變形小，加工精（jīng）度高；
⑤ PCD 刀具與有色金屬和非金屬材（cái）料（liào）間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結在（zài）刀尖上（shàng）形成積屑瘤.
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