2 天然金剛石刀具傳統(tǒng)加工工藝

1. 刀刃處理及檢測：刀刃質(zhì)量將直接影響被加工零件質(zhì)量。
   
2. 定向：將刀具最劇烈磨損面置于金剛石最硬晶面上，使刀具使用壽命最長。傳統(tǒng)的定向方法一般采用肉眼定向。
   
3. 裝卡：在切削過程中，天然金剛石刀具要承受來自各個方向的切削力，為保證連續(xù)、穩(wěn)定的切削，必須將金剛石刀具牢固安裝在刀桿上。由于當(dāng)時尚未發(fā)明金剛石釬焊技術(shù)，因此只能采用機(jī)械夾持。

3 天然金剛石刀具超精密加工技術(shù)

1. 超精密金剛石刀具的開發(fā)
   
   
   
   1. 在主切削刃與副切削刃之間引入修光刃，使已加工表面的理論粗糙度接近于零且修光刃在500× 或更高倍顯微鏡下檢測時無缺陷。
      
   2. 金剛石刀具關(guān)鍵角度的加工精度達(dá)到2”。
      
   3. 車削內(nèi)曲面所用圓弧刀具的圓弧精度達(dá)到微米量級。
   
   
2. 精密刃磨設(shè)備的研制
   
   由于傳統(tǒng)的研磨設(shè)備已無法滿足超精密金剛石刀具的加工要求，因此開發(fā)了采用空氣軸承的圓弧與刀刃研磨機(jī)，其刃磨精度可達(dá)0.1µm。
   
   
3. 精密定向技術(shù)及裝備
   
   對金剛石刀具定向的目的不僅是要使刀具具有最長壽命，而且要求刀具后刀面與已加工表面的摩擦及刀刃附近解理面的應(yīng)力達(dá)到最小。為此，需要采用更精密的X 射線衍射儀進(jìn)行定向。
   
   
4. 真空釬焊技術(shù)的發(fā)明
   
   真空釬焊是金剛石刀具制造技術(shù)最重要的突破之一。一方面，傳統(tǒng)的機(jī)械夾持方法可能導(dǎo)致金剛石刀具在切削中產(chǎn)生微小位移和振動等缺陷，影響加工質(zhì)量；另一方面，由于金剛石本身具有極高化學(xué)穩(wěn)定性，一般條件下很難與其它金屬發(fā)生反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)焊接，即金剛石具有不可焊性。為解決這一矛盾，經(jīng)過長期研究和探索，終于發(fā)現(xiàn)了釬焊金剛石的特定條件(高真空環(huán)境)和釬焊合金(以鈦為活性元素的銀基合金)。
   
   
5. 刀具磨損機(jī)理的確立
   
   通過研究發(fā)現(xiàn)，在切削過程中，金剛石刀具的磨損以化學(xué)粘結(jié)磨損為主，并存在少量機(jī)械磨損等其它磨損形式。刀具磨損機(jī)理的確立決定了刀具定向原則：將化學(xué)穩(wěn)定性最好的晶面置于刀具的后刀面。
   
   
6. 機(jī)械磨削方法的系統(tǒng)研究
   
7. 金剛石理論研究的進(jìn)展
   
   通過對金剛石理論的深入研究，發(fā)現(xiàn)了金剛石的宏觀塑性變形(過去認(rèn)為金剛石只有少量彈性變形而無塑性變形)；研究了金剛石晶體中的微量雜質(zhì)，根據(jù)雜質(zhì)的不同將金剛石分為四類，從而可根據(jù)不同用途選擇不同種類的金剛石；此外，通過對金剛石的斷裂特性、解理特性、表面形成機(jī)理等進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究，獲得了大量數(shù)據(jù)，形成了各種理論，對金剛石有了更為科學(xué)、更為深刻的認(rèn)識。
   
   這一階段金剛石刀具技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)是：由于金剛石刀具被應(yīng)用于國防、高科技等領(lǐng)域，因此得到大量資金投入，在研究中使用了尖端設(shè)備、儀器和最新科學(xué)方法，取得了飛躍性發(fā)展。

4 天然金剛石刀具最新加工技術(shù)

1. 熱化學(xué)方法
   
   熱化學(xué)方法的機(jī)理為：在溫度為800℃時，若金剛石表面與鐵接觸，金剛石晶體中的碳原子能夠擺脫自身晶格的約束，擴(kuò)散到鐵晶體晶格中去。
   
   運(yùn)用熱化學(xué)方法的研磨過程為：在氫氣氣氛中將鐵質(zhì)研磨盤加熱到800℃，使金剛石與研磨盤接觸并相對滑動，金剛石晶格中的碳原子會擴(kuò)散到鐵晶體晶格中，達(dá)到磨削金剛石的目的；進(jìn)入鐵晶格中的碳原子與氫氣反應(yīng)生成甲烷并隨氣流散發(fā)到空氣中。采用熱化學(xué)方法的磨削速度為每秒40～2000個原子層。
   
   
2. 真空等離子化學(xué)拋光
   
   首先用真空等離子物理氣相沉積法在研磨盤表面鍍上一層細(xì)晶粒氧化硅，然后在高真空中活化金剛石表面，同時使之與轉(zhuǎn)動中的研磨盤相接觸，金剛石表面處于活化狀態(tài)的碳原子會與研磨盤上的氧化硅發(fā)生反應(yīng)，從而對金剛石形成磨削；反應(yīng)生成的一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w被真空泵抽出反應(yīng)室。這種方法的反應(yīng)速度為1～3000µm³/s(約每秒0.25～750個原子層)。
   
   
3. 無損傷機(jī)械化學(xué)拋光法
   
   在NaOH 溶液中加入一定量的細(xì)金剛石粉和更細(xì)(納米級)的硅粉，帶強(qiáng)負(fù)靜電的硅粉會吸附在比其大得多的單個金剛石微粒上，形成具有硅吸附層的金剛石研磨粉，然后將其涂敷在多孔的鑄鐵研磨盤上。研磨金剛石時，吸附在金剛石研磨粉上的硅粉一方面阻止金剛石粉對被加工金剛石表面的直接沖擊，保護(hù)被加工金剛石表面不被深度損傷，另一方面與被加工金剛石表面發(fā)生反應(yīng)并通過微弱的磨削作用將反應(yīng)層去除。該方法的磨削速度非常低，僅為每分鐘1個原子層。

5 金剛石刀具技術(shù)發(fā)展方向