摘要： 人造聚晶金剛石（shí）複合片刀具(PCD)，是20 世紀60 年代發展起（qǐ）來的（de）一種超硬刀具。它具有僅次於天然（rán）金剛石的硬（yìng）度和耐磨性、低的摩擦係數、高的導熱性（xìng）、低（dī）的線膨（péng）脹（zhàng）係數和高的複合抗彎強度， 而應（yīng）用於高速（sù）切削各種有色金屬、非金屬。其（qí）刀具耐用（yòng）度是（shì）硬質合（hé）金的幾十至幾百倍。
我國在60 年代就成功的（de）研製出人造金剛石。又在此基礎上， 用高溫、高壓技術在硬質（zhì）合金基體上燒結一層聚晶金剛石， 兩者形成一體（tǐ）的刀坯。這樣就將金剛石的高硬度高耐磨（mó）性和硬質合（hé）金的韌性結合在一起。這種刀（dāo）片稱人造聚晶金剛石複合片，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，不需選向。它（tā）的強度由於有（yǒu）韌性較高的硬質合金支撐，其複合抗彎強度σbb可達（dá）1500Mpa 。
2．具有很高的耐磨性，其耐磨性一（yī）般為（wéi）硬質合金（jīn）的（de）60～ 80 倍。在切削硬度較高的(HV>1500)非金屬材料時，其刀具耐用度極高。
3．具有較低的摩擦係數，金剛（gāng）石與有色金（jīn）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數是0.3～ 0.6，這樣用PCD 刀具（jù）時，可降低切削力和切削溫度約1/2～ 1/3 。
4．具有很高的導熱（rè）性，金（jīn）剛石的導熱係數為146W/m.k ，是硬質合金的1.5～ 7 倍（bèi），可以大大的降低切削區的溫度，提高刀具耐用度。
5．金剛石的線膨脹係數很小(0.9 ～ 1.18 ×10-6mm/mm. ℃ )，約（yuē）為一般鋼(11 ×10-6mm/mm. ℃ )的1/10。而且由於刀刃鋒（fēng）利，已加工表麵冷（lěng）硬現象小(6 μm左右)，為硬質合金（jīn）刀具的1/3 左右，所以加工精度好。
6．由於聚晶層晶粒直（zhí）徑一般（bān）約為2～ 0.5 μm，它的刃口鋒利（lì）程度不如天然金（jīn）剛（gāng）石刀具， 所以加工（gōng）精度低於天然金剛石刀具，隻能達（dá）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（piàn），用（yòng）於成形加工。
三、PCD 的應用
PCD 刀具（jù）主要用於（yú）高效切削有（yǒu）色金屬和非金屬。如（rú）鋁和鋁合金、銅（tóng）和銅合金、硬質合金、工程（chéng）陶瓷、石墨、塑料、橡膠、層板、矽橡膠、巴氏合金、各種複合材（cái）料、玻璃鋼（gāng）等。特別在汽車製造業、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（zhōng）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、傳動（dòng）箱、氣缸、船用發動機等零件，切削速（sù）度Vc=173 ～ 1098m/min ，其刀（dāo）具壽命為硬（yìng）質合金刀具（jù）壽命的50～ 450 倍；是單晶金剛石刀具的2～ 5 倍。刀具成本為硬質合金（jīn）的1/5 ～1/6。
2．在（zài）銅合金（jīn）切削加工（gōng）中的應（yīng）用：用PCD 刀具加工整流子、連杆套、泵體、滑動軸承和閥體（tǐ）等零件，切削速度Vc=200 ～ 750m/min ,刀具壽（shòu）命是單晶（jīng）金剛石刀的1.5～ 60 倍，是硬質合金刀具的300 倍。可省去大量的磨（mó）刀和換刀時間。
3．在複合材料加（jiā）工中的應用（yòng）： 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（yìng）質合金刀具的1/20 ，並且加工精度比硬（yìng）質（zhì）合金高。
4．在鈦合金切削中的應用：用（yòng）它（tā）切削鈦合金的效果非常顯（xiǎn）著，其刀具（jù）耐用度為硬質合金刀具的（de）1000 多倍。而且（qiě）它與鈦合金的相互擴散最小。
5．在（zài）切削硬質合金中的（de）應用：用PCD 刀（dāo）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（xuē）高許多（duō）倍。
6．在切削砂輪中的應用： 用PCD 刀具（jù）車削硬度為HV1800 ～ 2450 剛玉類各種結合劑的砂輪幾百（bǎi）個，其刀具磨耗體積與砂輪切除體積比例為1/1350 萬。較傳統的刀碗車削效率高幾（jǐ）十倍，且噪音沒有，粉塵也小。
7．在砂輪整修（xiū）中的（de）應（yīng）用：用PCD 刀片製作成如圖所示的休整工（gōng）具，來修整磨刀機上的砂輪，具有修（xiū）整效率高，砂輪修除量小，被修整砂輪表麵跳動（dòng）小而平整，受到社會（huì）上的歡迎。
PCD 刀具的（de）性（xìng）能特點
金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高（gāo）、導熱性及耐磨性好等特性， 可在高速切（qiē）削中獲得很高的加（jiā）工精度和加工（gōng）效率（lǜ）。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金（jīn）剛石晶（jīng）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共價鍵，進（jìn）而組成金剛石結構， 該結構的結合力和方向性很強， 從而使金剛石（shí）具有極高硬度（dù）。由於聚晶金剛石（ PCD ）的結構（gòu）是取向不一（yī）的細晶粒金剛石燒結體，雖然加入了結合劑，其（qí）硬度及（jí）耐（nài）磨性仍（réng）低於單晶金剛石。但由於PCD 燒結體（tǐ）表現（xiàn）為各向同性，因此不易沿（yán）單一解（jiě）理麵裂開。
PCD 刀具（jù）材料的主要性能指（zhǐ）標：
① PCD 的硬度可達8000HV ，為硬（yìng）質合金的80 ～120倍；
② PCD 的導熱係數為（wéi）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（shù）為0.4 ～1），因此PCD 刀具可顯著減小切削力；
④ PCD 的熱膨脹係數（shù）僅為0.9 ×10 -6 ～1.18 ×10-6，僅相當於硬質合金的1/5 ，因此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屬材料間的親和力很（hěn）小，在加工過程中切屑（xiè）不易粘結在刀（dāo）尖上形成積屑瘤.
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