摘要： 人造聚（jù）晶金剛石（shí）複合片刀（dāo）具(PCD)，是20 世紀60 年代發展起來的一種超硬刀具（jù）。它具有僅次於天然（rán）金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合抗（kàng）彎強度， 而應用於高速切削各種有色金屬、非（fēi）金屬。其刀具耐用度是硬質合金（jīn）的幾十至幾百倍。
我國在60 年代就成功的研製出人造金剛石。又在此基礎上（shàng）， 用（yòng）高溫、高（gāo）壓技術在（zài）硬質合金基體上燒結一層聚晶金剛石， 兩者形成一體的刀（dāo）坯。這樣就（jiù）將金（jīn）剛石的高硬度高耐磨性（xìng）和硬質合金的韌性（xìng）結合（hé）在（zài）一起。這種刀片稱人造聚晶（jīng）金剛石複合（hé）片，簡稱為PCD。
二、人造聚晶金剛石複合片的（de）性能與切削特點：
1．硬度為HV7500 ～ 9000，僅次於天然金剛（gāng）石，而（ér）且它（tā）的硬度和（hé）耐磨性（xìng）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（jīn）支撐，其複合抗彎強度（dù）σbb可達1500Mpa 。
2．具有很高的（de）耐磨性（xìng），其耐磨性一般為硬（yìng）質合金的60～ 80 倍。在（zài）切削硬（yìng）度較高的(HV>1500)非金屬材料時（shí），其刀（dāo）具耐用度極高。
3．具有較低的摩擦係數，金剛石與有色金屬的摩擦係（xì）數為0.1～ 0.3，而硬質合金與有色（sè）金屬的摩擦係數是0.3～ 0.6，這樣用PCD 刀具時，可降低切削力和切削溫（wēn）度約1/2～ 1/3 。
4．具有很高的導熱性，金剛石的導熱係數為146W/m.k ，是（shì）硬質合金的1.5～ 7 倍，可以（yǐ）大大的降低（dī）切削區（qū）的溫度（dù），提高（gāo）刀具耐用度（dù）。
5．金剛石的線膨脹係數很小(0.9 ～ 1.18 ×10-6mm/mm. ℃ )，約為（wéi）一般（bān）鋼(11 ×10-6mm/mm. ℃ )的1/10。而且由於刀刃鋒利，已（yǐ）加工表麵冷（lěng）硬現象小(6 μm左右)，為硬質合金刀具的1/3 左右，所以加工（gōng）精度好。
6．由於聚晶層晶粒（lì）直徑一般約為2～ 0.5 μm，它的刃口（kǒu）鋒利程度（dù）不如天然金（jīn）剛石刀具， 所以加工精度低於天然金剛石（shí）刀具，隻能（néng）達到表麵粗糙度Ra0.2～ 0.05 μm．但它還可以製成尺寸（cùn）較大的刀（dāo）片，用於成形加（jiā）工。
三、PCD 的應用
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、銅和銅合金、硬質合金、工程陶瓷、石墨、塑料、橡膠（jiāo）、層板、矽橡（xiàng）膠、巴氏合金、各（gè）種複合材料、玻（bō）璃鋼等。特別在汽車製造業、航天、航空、造船、發動機（jī）製造行業，可得到廣泛的應用。
1．在矽鋁合金切（qiē）削加工中的應用： 美、英、德等（děng）國， 采用PCD 刀具加（jiā）工（gōng）矽鋁合金(含（hán）矽量9～ 18％ )的汽車活塞、傳動箱（xiāng）、氣缸（gāng）、船用發動機等零件，切削速度Vc=173 ～ 1098m/min ，其刀具壽命為（wéi）硬質合金刀具壽命的50～ 450 倍；是單晶金剛石刀（dāo）具的2～ 5 倍。刀具成本為硬質合金的1/5 ～1/6。
2．在（zài）銅合金切削（xuē）加工中（zhōng）的應用：用PCD 刀具加工整流子、連杆套、泵（bèng）體、滑動軸承和閥體等零件，切削速度Vc=200 ～ 750m/min ,刀具壽命是單（dān）晶金剛石刀的1.5～ 60 倍，是硬質合金刀具的300 倍（bèi）。可省去大量（liàng）的磨刀和換刀時間。
3．在複（fù）合材（cái）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（qí）刀具耐用度是硬質合金刀具的1/20 ，並且加工精度比（bǐ）硬質合金高。
4．在鈦合（hé）金切（qiē）削中的應用：用它切削鈦合金的效（xiào）果非常顯著，其刀具耐（nài）用（yòng）度（dù）為硬質合金刀具的1000 多（duō）倍。而且它與鈦（tài）合金（jīn）的（de）相互擴散最小。
5．在切削硬質合金中的應用：用PCD 刀具采用Vc=28 ～56m/min ，ap=0.5mm ， f=0.1 ～ 0.3mm/r車削模具用（yòng）硬質合金(YG15 、YG20) ，效率比磨削高許多倍。
6．在切削砂輪中的應用（yòng）： 用PCD 刀具車削硬度為（wéi）HV1800 ～ 2450 剛玉類各種結合劑的（de）砂（shā）輪（lún）幾百個，其刀具磨耗體積與砂輪切除（chú）體積比例為1/1350 萬。較傳統的刀碗車削效率高幾十倍，且噪音沒（méi）有，粉塵也小。
7．在砂（shā）輪整修中的應用：用PCD 刀片製作成如（rú）圖所示的休整工具，來（lái）修整磨刀機上的砂輪，具有修整效率高，砂輪修除量小，被修整砂輪表麵（miàn）跳動小而平整，受到社會（huì）上的歡迎。
PCD 刀具的性能特點
金剛石刀具具有硬度高、抗壓（yā）強度高、導熱性及（jí）耐磨性好等特性， 可在高速切削中獲得很（hěn）高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金剛（gāng）石晶體中，碳原子的四個價電子按四麵體結構成鍵，每個碳原子與四個相鄰原子形成（chéng）共價鍵，進而組成金剛石（shí）結構， 該結構的結（jié）合（hé）力（lì）和方向性很強， 從而使金剛石具有極高硬（yìng）度（dù）。由於聚晶金剛石（ PCD ）的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體，雖然加入了（le）結合劑（jì），其硬度及耐磨性仍低於單晶（jīng）金剛石。但由於PCD 燒結體表（biǎo）現為（wéi）各向同性，因此不易沿單一（yī）解理（lǐ）麵裂開。
PCD 刀（dāo）具材料的主要性能指（zhǐ）標（biāo）：
① PCD 的硬度可達8000HV ，為硬質合金的80 ～120倍；
② PCD 的導（dǎo）熱係數為700W/mK ，為硬質合金的1.5 ～ 9 倍，甚至高於PCBN 和銅，因此PCD 刀具熱量傳（chuán）遞迅速；
③ PCD 的摩擦係數一般僅為0.1 ～ 0.3（硬質合金的摩擦係數為0.4 ～1），因此PCD 刀（dāo）具（jù）可顯著減小切削力；
④ PCD 的熱膨脹係數僅為0.9 ×10 -6 ～1.18 ×10-6，僅相當於硬質合（hé）金的1/5 ，因（yīn）此PCD 刀具熱變形小，加（jiā）工精度高；
⑤ PCD 刀具與有色金屬和非金（jīn）屬材料間的親和（hé）力很小，在加工過程中切屑（xiè）不易粘（zhān）結在刀尖上形成（chéng）積屑瘤.
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