黑色金属金刚石超精密车削技术
黑色金属金刚石超精密车削技术
应用与研究
1 相关背景概述
金刚石超精密切削主要加工：铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和非金属材料。
金刚石车削黑色金属时，切削温度高，切削力大，车刀磨损速度过快，不能保证被加工零件的加工表面质量和加工精度，使得加工成本过高。
?天然金刚石刀具切削黑色金属时，刀具磨损主要原因：
?金刚石对铁的稳定性较差，高温时，极易与铁发生化学反应，对金刚石表面产生热
腐蚀。
?高温时，金刚石被空气氧化，碳原子极易向铁中扩散，使金刚石刀刃强度削弱。
?高温时，铁的催化作用使金刚石立方晶体极易向六方层状结构转化，发生碳化。
?传统黑色金属的磨削、研磨和抛光等超精密加工
?立方氮化硼（CBN）、精密陶瓷等传统刀具，受其机械物理性能制约，无法加工出
精密零件。金刚石刀具可以磨出尖锐的刃口，切削极薄的切屑，可以加工出表面质量及加工精度极高的表面。
?非球面、非对称金属零件和军用光学器件等形状复杂、精度要求高的钢及其合金零
件迫切需要单点金刚石超精密车削；
2 基本原理
? 2.1机械磨损机理
?机械摩擦磨损
原因：碳化物硬质颗粒，积屑瘤，切屑
后果：极小一部分，不是主要原因
?疲劳磨损
原因：刃磨、抛光后的表面及亚表面损伤，金刚石颗粒内部组织结构缺陷，刀具加工后的残留内应力和自身脆性大，取决于金刚石刀具加工工艺。
? 2.2化学磨损机理
?石墨化
现象：
金刚石刀具与工件接触面积小，摩擦界面温度很高，使金刚石发生组织结构转变为石墨，导致硬度下降，受热磨损
原因：
温度：高于1000K，
催化：铁原子
机理：碳原子从金刚石正四面体结构中被铁原子拖曳出来，渗入到钢铁材料中，金刚石原有结构生成稳定的石墨片层状结构
?粘滞磨损
现象：金刚石刀具摩擦表面上的少量材料粘附在工件表面上而被带走。
原因：金刚石刀具中的碳原子和钢铁材料中的铁原子具有很强的化学亲合力，碳原子渗入工件材料，造成强烈的粘滞现象。
粘滞磨损和石墨化磨损是金刚石刀具磨损的主导。
?物理化学磨损
主要形式：碳原子扩散和碳化氧化
原因：
高温作用下，金刚石刀具晶粒发生分解，部分碳原子向钢铁材料扩散，脆性增大，硬度下降，加剧磨损；
铁元素催化作用下，920K左右金刚石碳化；
氧气和铁元素作用下，1100K金刚石氧化；
? 2.3降低刀具磨损的方法主要有三种：
1、车削加工工艺改进
2、车刀材料改进
3、被加工材料改进
? 2.1 车削加工工艺改进
低温冷却车削
利用低温流体（液氮或二氧化碳）作冷却液，以冷却工件和刀具相接触的切削区，从而达到降低切削温度的目的。
?超声振动车削
?在切削过程中给刀具或工件施加某种有规律的、可控的振动，从而减小切削力，降
低切削温度，提高工件表面质量和精度，提高刀具使用寿命。
? 2.2车刀材料改进
金刚石刀具沉积硬质材料涂层
利用反应磁控溅射沉积等工艺在金刚石刀具表面沉积TiN、TiAlN、或AlN等减磨保护涂层。
金刚石涂层刀具微切削加工纯铁磨损可减少50%，但要满足经济性要求，刀具磨损还得再减少2~3个数量级。
? 2.3 被加工材料改进
离子渗氮工艺
该方法在0.1~10Torr的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极，在阴阳极间
加上数百伏的直流电压，利用辉光放电进行氮离子渗入。
3 发展现状
?发展现状——加工水平
?美国Casstevens教授在碳饱和条件下，以甲烷为保护气体，降低了金刚石刀具的磨
损程度，取得了一定效果。
?美国C.Evans等人利用液氮及低温夹头系统冷却金刚石刀具，在-140摄氏度左右切
削不锈钢，避免石墨化反应温度，效果有限。
?日本Moriwaki和Shamoto等人发明超声振动和椭圆振动方法切削粹硬钢，降低磨
损效果很好，能提高两个数量级，但刀具后刀面扩散磨损较严重，表面粗糙度难获得光学级表面。
?德国不莱梅大学E.Brinksmeier等人采用超低温、保护气体和超声振动相结合方法
与单独的超声振动切削比较，效果改善不明显。
?还运用渗氮方法对切削材料先进行热处理，再用飞刀加工，获得表面粗糙度Ra10nm
的工件。为金刚石车削黑色金属研究开辟了新的道路。
?德国Klocke等利用物理气相沉积在金刚石表面形成TiN保护层，但改善刀具磨损
作用很小，实际应用价值有限。
?上世纪八十年代，Zhang等人将铬离子培植入金刚石晶格，以改变其与钢铁材料的
化学亲合力，但效果较差。
?有资料表明，用含硼的金刚石切削黑色金属是可能的，但还处于试验阶段，另含硼
金刚石还在研制中。
?立方氮化硼、刚玉和精密陶瓷等刀具代替金刚石，但所加工工件的形貌精度和表面
质量远不如单晶金刚石。
?国内最早哈工大袁哲俊教授采用液氮低温冷却进行黑色金属金刚石超级密切削，并
有效改善刀具的磨损。
?大连理工大学张元良教授采用超声振动辅助进行了单晶金刚石车削钢铁材料的研
究，但由于设备性能较差，只是与普通切削进行了对比。
?天津大学房丰洲等人采用离子渗氮和气体渗氮工艺对NAK80模具钢进行热处理后，
切削120米时金刚石刀具后刀面磨损宽度小于3um，验证了该工艺的有效性。还对Stavax不锈钢离子渗氮处理，车削获得表面粗糙度Ra4.2nm。
发展现状——设备水平
?LODTM——大型光学金刚石车床
?美国LLL实验室1984年研制成功，研制费用1300万美元，用于铝、铜、硅、金和
镍等大型金属反射镜加工，最大加工尺寸：直径1650mm，高500mm，重1360kg。
尺寸精度可达0.028um。
?Moore Nanotech 250UPL
?美国Moore Nanotech公司
?加工范围：Φ250mm×200mm
?形状精度：≤0.1um/75mm
?表面粗糙度：Ra ≤2nm
?天津大学购买了一台，价格至少300万人民币。
?美国Schafer Corporation的研制的单点金刚石车床试验平台?进给驱动：ABL-2000气浮平台
?控制系统：Unidex 600控制器
?工作台：花岗岩和空气隔振垫
?刀具位移测量：Cohu 10倍显微摄像头
?主轴：惠普6228B直流电源驱动电主轴
?总费用：7万美元。
?MTC250——德国LT金刚石单点车床
?德国LT超精密公司的经济型单点金刚石车床，可加工最大直径230mm，形位精度
100nm，表面粗糙度2nm。
?总价格最少30万美元。
?国内哈尔滨工业大学、国防科技大学、清华大学、长春光机所等单位也试制出各种
口径的超精密加工机床样机，取得了一定的成果。但是，目前国内尚缺乏设计成形的超精密加工机床产品，在加工精度和加工稳定性上均有待进一步提高。
发展现状——代表性成果
?1983年，美国人Casstevens等人基于“优先扩散”理论在碳饱和条件下用金刚石切
削黑色金属；
?1991年，美国人C. Evans等利用液态氮及低温夹头系统冷却金刚石刀具，切削不
锈钢零件；
?1996年，Ed Paul（美国斯托克顿学院）和Chris J. Evans（美国国家标准与技术研
究所精密工程部）等人将刀具磨损分为机械摩擦磨损和化学反应磨损，而化学磨损又可分为金刚石石墨化、碳原子扩散、氧化和碳化物等，同时提出金刚石刀具的化学磨损与工件材料原子内的非配对d电子有关。
?1991年，日本神户大学Moriwaki和Shamoto等人发明超声振动加工技术，并有效
改善了金刚石刀具磨损，之后又发明了椭圆超声振动技术切削淬硬钢；
?1999年；德国不莱梅大学的E. Brinksmeier等人利用超声振动加工工艺、金刚石涂
层刀具和工件材料渗氮工艺等方法对黑色金属金刚石超精密车削进行了方法研究。
4 典型应用实例
海洋装置、核工业、航空航天等领域中的高温、高压、耐腐蚀等管道、叶片和轴承等零件；
模具行业中的耐蚀模具钢；
硅片加工、导弹惯性仪表、激光陀螺仪平面反射镜、红外制导导弹反射镜；
计算机磁鼓、摄像机和照相机曲面镜、激发打印机多面棱体、手机微透镜阵列和各种微槽、CD唱片和非球面镜等高精度模具。
5 发展趋势
单点金刚石刀具磨损机理的深入研究；
超声椭圆振动车削方法和装置的研究；
单点金刚石刀具涂层技术的研究；
单点金刚石刀具微细加工技术研究；
单点金刚石超精密车床的研制。
主要参考文献
[1] 李晋年, 袁哲俊, 黑色金属的金刚石超精密切削特性研究. 哈尔滨工业大学学报,
1987(1): 133-134
[2] 代腾飞, 胡小唐, 房丰洲. 金刚石刀具车削钢铁材料的研究. 天津大学硕士学位
论文, 2009
[3] 洑运, 周明. 黑色金属的金刚石精密切削技术研究. 哈尔滨工业大学硕士学位论
文, 2007
[4] 周志民, 孙宝元, 张元良. 天然金刚石精密车削不锈钢技术研究. 大连理工大学
博士学位论文, 2010
[5] Ed. Paul, Chris J. Evans. Chemical Aspects of Tool Wear in Single Point
Diamond Turning. Precision Engineering. 1996, 18(1): 4~19
[6] E. Brinksmeier, R. Glabe. Advances in Precision Machining of Steel.Annals of the
CIRP. 2001, 50(1): 385~388
[7] E. Shamoto, T. Moriwaki, Toshimichi. Ultraprecision diamond cutting of
hardened steel by applying elliptical vibration cutting. Annals of CIRP.1999, 48(1): 441~443
[8] Ming Zhou, Y. T. Eow, B. K. A. Ngoi, E. N. Lim. Vibration-Assisted Precision
Machining of Steel with PCD Tools. Materials and Manufacturing Processes. 2003, 18(5): 825~834
[9] Brinksmeier E, Glabe R, Osmer J. Ultra-Precision Diamond Cutting of Steel
Molds [J]. Annals of the CIRP, 2006, 55(1): 17—21.
超精密加工技术的发展现状是怎么样的
超精密加工技术的发展现状是怎么样的 自从中国将“装备制造业”列为国家发展战略后，中国的装备制造业取得了突飞猛进的发展，很多大型装备的制造能力都已经跃居世界先进水平，甚至成为世界的顶级水平，但中国制造业总体还是落后的，其落后就在于精密制造的落后。 超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。 现代科学技术的发展以试验为基础，所需试验仪器和设备几乎无一不需要超精密加工技术的支撑。由宏观制造进入微观制造是未来制造业发展趋势之一，当前超精密加工已进入纳米尺度，纳米制造是超精密加工前沿的课题。世界发达国家均予以高度重视。 超精密加工的发展阶段 目前的超精密加工，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性(无或极少的表面损伤，包括微裂纹等缺陷、残余应力、组织变化)为目标。 超精密加工的研究内容，即影响超精密加工精度的各种因素包括：超精密加工机理、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工夹具、超精密加工的检测与误差补偿、超精密加工环境(包括恒温、隔振、洁净控制等)和超精密加工工艺等。一直以来，国内外学者围绕这些内容展开了系统的研究。超精密加工的发展经历了如下三个阶段。1）20世纪50年代至80年代，美国率先发展了以单点金刚石切削为代表的超精密加工技术，用于航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工。2）20世纪80年代至90年代，进入民间工业的应用初期。美国的摩尔公司、普瑞泰克公司，日本的东芝和日立，以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府的支持下，将超精密加工设备的商品化，开始用于民用精密光学镜头的制造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵，主要以专用机的形式订制。在这一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨床，但其加工效率无法和金刚石车床相比。
精密和超精密加工论文
精密和超精密加工论文 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，
光学超精密车削软件-DIFFSYS
DIFF SYS? 光学超精密金刚石车削软件 简介： DIFFSYS为Western Isle公司产品，该公司位于英国北威尔士，DIFFSYS软件的开发已有10多年的历史，现今仍在持续的研发升级。DIFFSYS软件是目前世界上唯一商业化的单点金刚石非球面车削软件，除非球面以外还可以完成衍射元件及自由曲面的编辑，并且可以与其他的计量仪器一起对加工数据进行误差校正（如：Taylor Hobson轮廓仪）及CAD数据导入。 主要特性： ?软件采用模块化设计，可根据客户不同的需求选取不同的搭配方案； ?DIFFSYS输出文件格式为ASCII，适应目前所有主流机型； ?操作简易，并且给出明确的图像分析； ?可导入多种不同格式的数据； ?刀具的校正功能，确保加工精度（强大的实用性，几乎可以输入任何一个与加工有关的 参数，之后对参数进行校正，确保加工精度）； ?有着优秀的研发人员，可确保良好的技术支持及售后服务。
软件操作界面 应用类别 主要设计类型：非球面，衍射光学元件，离轴非球面，环面，自由曲面。软件采用模块化设计可针对不同的几何形体，使用不同的软件模块。 分区选项：衍射元件，菲涅尔元件，混合元件。 3D选项：离轴非球面，环面，柱面，多项式自由曲面，泽尼克表面，微透镜阵列。 非球面的设计 关于非球面的设计采用标准的非球面公式： z=Cx2/ [1+sqrt(1-(1+k)·C2x2)]+a[2]x2+a[3]x2+... 其中：a[2]、a[3]...为常数，C是半径的倒数，K是圆锥系数，x为x轴坐标值，镜片的高度为Z。
微透镜阵列 ①②③ 图①~③分别为自由曲面、离轴非球面及柱面的设计方案MC2/MC3选项:可导入2D/3D表面或测量数据。 2D数据导入（Taylor Hobson） 3D数据的导入及面型图像 以上可以根据用户的不同需求来调整搭配方案，方便客户的使用。
工业金刚石技术发展水平与发展趋势
2002年第4期 超硬材料与宝石(特辑)第14卷2002年12月SU PERHA RD M A T ER I AL&GE M总第47期 工业金刚石技术发展水平与发展趋势Ξ 谈耀麟 (桂林矿产地质研究院,广西 桂林 541004) 摘 要:在工业金刚石中,人造金刚石的兴起不但提高了各国工业金刚石的耗用量,同时拓展了工业金刚 石的应用领域,促使工业发达国家竞相研究人造金刚石的特异性能与特殊用途。 关键词:工业金刚石;人造金刚石;应用领域;CVD金刚石;发展趋势 中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1004-7468(2002)04-0035-04 STATE-OF-THE-ARTS AND D EVELOP M ENT TREND OF IND USTR I AL D I AMOND TAN Yao2lin (Gu ilin R eseach Institu te of Geology f or M inera l R esou rces,Gu iln Guang x i541004,Ch ina) Abstract:In diam ond indu stry the em ergence and developm en t of syn thetic diam onds has p rom o ted the con sam p ti on of indu strial diam ond in vari ou s coun tries,m o reover,exp anded the app licati on scop e of indu strial diam ond.It i m p els indu stry develop ed con tries com p etitively to study the ex trao rdinary p rop erties and sp ecial app licati on s of syn thetic diam onds,w h ich changes the developm en t trend of indu strial diam ond.CVD diam ond w ill p lay a leading ro le in the indu strial diam ond. Keywords:indu strial diam ond;syn thetic diam ond;app licati on scop e;CVD diam ond; developm en t trend 天然金刚石作为工具使用,历史悠久。但它在工业上的大量应用始于第二次世界大战,主要是用于兵器制造。1940年全球工业金刚石耗用量大约是500万克拉,翌年猛增至1200万克拉,1944年达到1900万克拉,一直到50年代,全球工业金刚石的年耗用量保持在2000～2500万克拉。在此期间,全球天然金刚石的年产量为3200万克拉左右,其中可用作宝石的约占20%,可供工业用的金刚石越来越满足不了需求,基于金刚石在发展工业上的重要作用,美国和瑞典率先研究人造金刚石,并于50年代中期取得成功。1 人造金刚石的兴起 人造金刚石投入工业生产而作为商品是在50年代末。美国G.E.公司首先于1957年投入工业生产。D e B eers公司于1961年大规模生产。苏联是1962年开始正式生产。此后相继生产人造金刚石的国家有瑞典、日本、捷克、西德、中国等。到了90年代,至少有12个国家约24家以上的主要厂家在生产人造金刚石。 在60年代中后期,世界人造金刚石的产量增长十分迅速。1969年全球人造金刚石产量为1800万克拉, 1969年达到4000万克拉,产量翻一番还多。1979年的 Ξ收稿日期:2002-11-01 作者简介:谈耀麟(1936— ),男,高级工程师,长期从事超硬材料方面的科研和情报工作。
超精密加工技术
精密加工 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。 精密及超精密加工-分类 1、传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μ;m，最好可到Ra0.025μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μ;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μ;m，表面粗糙度Ra0.1μ;m。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μ;m。电化学抛光可提高到Ra0.1~0.08μm。 2、精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术； 超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。 光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。 3、超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指
精密和超精密加工技术复习思考题答案
精密和超精密加工技术复习思考题答案 第一章 1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。 答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。 尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。 2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。 答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。 3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。 答：精密和超精密加工目前包含三个领域： 1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。 4.试展望精密和超精密加工技术的发展。 答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。 5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。 答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。磁盘生产质量尚未完全过关，激光打印机的多面棱镜尚不能生产。1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元(主要是精密机床和数控机床)。相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。这些都说明我国必须大力发展精密和高精密加工技术。 6.我目要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的容。
工业金刚石产业是永远不落的太阳
工业金刚石产业是永远不落的太阳 竞争是企业成败的关键。竞争战略的选择由两个中心问题构成：第一个中心问题是由产业长期盈利能力及其影响因素所决定的产业吸引力；第二个中心问题是决定产业内相对竞争地位的因素。这两个问题仅强调任何一个都不足以指导对竞争战略的选择，即使在一个非常有吸引力的产业中，如果企业选择了处于劣势的竞争地位，也许仍不能获取令人满意的利润，反之，在萧条产业中，企业处于优势的竞争地位也只能获利甚微，即使付出更多的努力来增强这种地位也仍无济于事。当然这两个问题是动态的，随着时间的推移，产业吸引力或增或减。而竞争地位则反映竞争者之间永无休止的争斗。而我们工业金刚石产业自60年代中诞生以来，一直都在高速成长，因为工业金刚石是不可替代的消耗性磨料，金刚石工具也是应用范围越来越广的消耗性产品，至少在相当长的时期内，地球上没有大批量的具有比金刚石更硬的物质。因此说，无法有替代品来取代金刚石作为最硬的磨料的地位。在中国，金刚石产业的发展经过了60年代末机械加工产业需求的带动起步；70年代末至80年代末的地质钻探产业需求高品级金刚石的带动成长；90年代初的石材加工产业；90年代中后期的建筑装修工程；国际市场对金刚石及金刚石工具的需求强劲，带动工业金刚石产业发展突飞猛进。许多新加入者促使行业重新大洗牌，大浪淘沙，写下了许多企业的沉浮史。进入二十一世纪，这一产业随着国民经济的发展方兴未艾。还远没有到达成熟期。例如特殊钢也是跟金刚石产业息息相关，由于建筑工程、公路建设、汽车、电子、机械精密加工产业需求的进一步扩大，全球市场敞开，制造业集聚化的趋势，具有竞争优势的企业，新一轮的“雄起”即将到来。金刚石原料生产企业的分类。 我们把金刚石原料生产企业按产品来分，为什么我们不按企业大小来分类呢？我想提醒同行们注意，即使今天产业中已经涌现出上百台压机以上的数家大企业，但金刚石的生产过程始终是由单机完成的，一台压机或一百台压机的设备配置生产工艺都是一样的，一百台压机在生产过程中只不过是一台压机的叠加，压机多的厂家在辅助设备，管理资源配置，销售分摊等方面可能具有优势，但以中国目前的社会经济轶序、经济文化并不完全规范的背景下上述优势并不尽然，看看仍然有许多金刚石生产小企业的单机盈利比大企业好得多就可以佐证上述观点，所以说并不是压机台数越多越好，压机台数多少合适？是与各企业所拥有资源有关，达到合理配置才是最好！ 第一类企业：用片状触媒主要生产40/50~80/100粒度的企业，此类企业一般采用传统工艺，遵循的是我国金刚石行业发展的传统路线，工艺方法、设备配置都深深烙着60年代金刚石产业起步时的烙印。到目前为止，仍然是产业的主流。生产的金刚石产品，主要应用于制造石材加工工具、瓷砖加工工具、建筑工程中低端金刚石工具。与昔日相比有了很大的进步，不可同日而语。此类企业对中国金刚石及金刚石工具的发展做出了重大贡献。但放在全球的环境中看，此类企业的产品仍然是中、低端产品，与国外产品对比品级相差较大，无法进入国际上主流市场。 所幸的是此类企业目前大都意识到这一问题，有些已经成功进行了工艺改造。 第二类企业：用粉体压块生产金刚石的企业。 (1)以进口两面顶压机设备、进口工艺生产20/25~50/60金刚石的企业。 此类企业生产的金刚石己与国外产品同品级，设备投资巨大，但原材料转化为产品的附加价值相当惊人，盈利的可能是存在的。此类企业的存在标志了中国金刚石产业的技术水平终于与世界先进水平同步，是中国金刚石产业发展的一个里程碑。 (2)以国产设备六面顶压机采用粉体压块生产40/50~80/100金刚石的企业。 此类企业大多为开拓型企业，由于此类企业突破传统而采用较先进的粉体压块工艺。使金刚石的品级提升产生了飞跃，生产金刚石的成本也大大降低，是目前最有前景实力的企业，是未来的主流。
超精密加工技术的发展与展望资料
精密与特种加工技术 结课论文 题目：超精密加工技术的发展与展望指导教师：沈浩 学院：机电工程学院 专业：机械工程 姓名：司皇腾 学号：152085201020
超精密加工技术的发展与展望 摘要:超精密加工是多种技术综合的一种加工技术,是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。根据当前国内外超精密加工技术的发展状况,对超精密切削、磨削、研磨以及超精密特种加工及复合加工技术进行综述,简单地对超精密加工的发展趋势进行预测。精密加工技术发展方向是：向高精度、高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展。本世纪的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大，目前超精密加工日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。在不久的将来，精密加工也必将实现精密化、智能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。 关键词:加工精度;超精密加工技术;超精密特种加工;纳米技术;复合加工 【引言】 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，往往我们一提到超精密这个词，就会觉得它很神秘，但同任何复杂的高新技术一样，经过一段时间的熟悉和掌握，都会被大众所了解，也就不再是所谓的高科技了，超精密加工也是这样。实际上，如果拥有超精密的加工设备，并且在其它相关技术和工艺上能匹配，经过一段时间的实践之后，就能很好地掌握它，但这需要一个过程。超精密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术，设备方面的操作和使用也非常复杂，所以，只有在对它有很深的理解之后才能把它用好。 通常按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。在不同的历史阶段,不同的科学技术水平下,对超精密加工有不同的定义,由于生产技术的不断发展,划分的界限不断变化。过去的超精密加工对今天来说可能已经是普通加工了,所以对其划分的界限是相对的,而且在具体数值上至今没有确切的界限。现阶段通常把被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米,表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术称为超精密加工技术[1],也可以理解为超精密加工就是在超精密机床设备上,利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动,对材料进行微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程,其精度从微米到亚微米,乃至纳米。超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术,是现代高科技产业和科学技术的发展基础,是现代制造科学的发展方向[2]。 超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代光电技术、计算机技术、测量技术和传感技术等先进技术。同时,作为现代高科技的基础技术和重要组成部分,它推动着现代机械、光学、半导体、传感技术、电子、测量技术以及材料科学的发展进步。超精密加工在现代武器和一些尖端产品制造中具有举足轻重的地位,是其它一些加工方法无可替代的,它不仅可以应用于国防,而且可以广泛地应用于比较高端的民用产品中,是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。 1、超精密加工技术的发展历史 精密超精密加工技术的起源从一定意义上可以上溯到原始社会：当原始人类学会了制作具有一定形状且锋利的石器工具时，可以认为出现了最原始的手工研
金刚石车削
Machining A s s e m b l y Inspection Expertise, experience and machinery for sub-micron accuracies
Flat lapping A full range of lapping equipment is available for ferrous and non-ferrous materials. Assessment of flatness by monochromatic light source as well as other techniques is available.Required services for cleaning are also in place. Capacity: 300mm diameter Precision assembly Precision assembly is a key Taylor Hobson strength. Our experience in electro-optical-mechanical assembly is instrumental to our success in the metrology industry. The nature of our business dictates that our assembly staff be flexible, highly skilled and able to cope with complex tasks involving multi-stage testing and sign-off. Graticule laboratory The Taylor Hobson graticule laboratory has the capability to manufacture glass and metal gratings and a range of other components based on deposition and etching technology. We use these components in our own measuring instruments and also undertake sub-contract manufacture for a number of prestigious companies. Diamond turning machines epitomise the melding of technology and craftsmanship at Taylor Hobson. Our expertise at precision assembly provides the Ultraform 250with performance more likely found in measuring instruments than machine tools.? Feedback resolution: 8.60nm ? Form accuracy:<0.20μm ? Radial motion error: <0.05μm ? Axial motion error: < 0.05μm
第1章 金刚石钻头基本知识
第一章金刚石钻头基本知识 第一节概述 1.1金刚石钻头的发展历史 金刚石钻头是不同于牙轮钻头的另一类钻井破岩工具，其使用可以追溯到19世纪60年代。最初人们以天然金刚石为切削元件制作打炮眼和挖掘隧道的工具，后来出现了用于石油钻井的钢体鱼尾式天然金刚石全面钻进钻头和取心钻头。早期的金刚石钻头是将天然金刚石冷镶在低碳钢上的。由于天然金刚石来源有限，价格昂贵，加之本身尺寸、性能方面的原因以及当时落后的制造工艺，大大限制了金刚石钻头在石油钻井工业中的应用。 随着粉末冶金技术的发展，出现了采用烧结碳化钨作为钻头体的胎体式金刚石钻头。这种技术的出现使金刚石钻头的制造水平大大提高。胎体式金刚石钻头具有耐冲蚀、耐磨损的特点，具有良好的使用性能，其制造工艺也不复杂，因此一经出现就迅速推广开来。 人造聚晶金刚石的研制成功，对金刚石钻头技术的发展起了巨大的推动作用。人造聚晶金刚石复合片钻头（PDC钻头）的出现一度被称为20世纪80年代钻井工业技术的一大突破，这种新技术对石油钻井业的发展产生了巨大的影响。现场使用证明，软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。合理使用金刚石钻头可以大大缩短建井周期，降低钻井成本，提高钻井经济效益。 1.2金刚石钻头的发展前景 经过近二十多年的发展，金刚石钻头已经成为继牙轮钻头之后的又一重要破岩工具。时至今日，PDC钻头在石油钻头市场所占的份额越来越大，几乎每年以30%的速度侵吞牙轮钻头市场。随着新的设计理论、设计方法和材料等技术的发展，PDC钻头的适用范围也在不断扩展，以前被认为不适用于PDC钻头的地层现在也广泛使用，比如我国中原油田的文留区块的沙二至沙三地层由于地质情况复杂、夹层多，可钻性差，以前一直被认为是PDC钻头的禁区，在这里钻的井除了取心之外用的都是牙轮钻头。可是从2000年开始，PDC钻头在这个区块的使用量逐渐增多，效果也很好，而2001年底我公司的一只8 1/2 BK542-4型PDC钻
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工技术综述 0 前言 就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域 1 。前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。 精密和超精密加工与国防工业有密切关系。导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h ，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～ 0.06μm ，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。 航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件对观测性能影响很大。该轴承为真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度要求为Ry0.01μm，即1nm，其圆度和圆柱度均要求纳米级精度。被送入太空的哈勃望远镜(HST)，可摄取亿万千米远的星球的图像，为了加工该望远镜中直径为2.4m、重达900kg的大型反光镜，专门研制了一台形状精度为0.01μm的加工光学玻璃的六轴CNC研磨抛光机。据英国Rolls-Royce公司报道，若将飞机发动机转子叶片的加工度，由60μm提高到12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm减少到0.2μm，发动机的加速效率将从89%提高到94%；齿轮的齿形和齿距误差若能从目前的3～6μm，降低到1μm，则其单位重量所能传递的扭距可提高近1倍。 当前，微型卫星、微型飞机、超大规模集成电路的发展十分迅猛，涉及微细加工技术、纳米加工技术和微型机电系统(MEMS)等已形成微型机械制造。这些技术都在精密和超精密加工范畴内，与计算机工业、国防工业的发展直接相关。 1 精密和超精密加工的技术内涵 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。 1.1 精密加工和超精密加工的范畴 当前，精密加工是指加工精度为1～0.1μm、表面粗糙度为Ra0.1～0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术 从精密加工和超精密加工的范畴来看，它应该包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是
超精密加工技术的发展现状与趋势
超精密加工技术的发展现状与趋势 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但 这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加 工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 1.1砂带磨削 用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 1.2精密切割 也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 1.3珩磨 用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、 韧性好的有色金属。 1.4精密研磨与抛光 通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求 的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方 法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配 偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 二、精密加工的发展现状 2.1精密成型加工的发展现状与应用 精密成型加工的发展现状与应用精密铸造成形、精密模压成形、塑性加工、薄板精密成形 技术在工业发达国家受到高度重视，并投入大量资金优先发展。70年代美国空军主持制
轮胎面透镜的单点金刚石车削加工工艺技术研究
轮胎面透镜的单点金刚石车削加工工艺技术研究 【摘要】基于较成熟的旋转对称非球面的单点金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的单点金刚石车削轮胎面光学元件的加工工艺。该工艺方法也可以适用于其它离轴非球面的单点金刚石车削加工。 【关键词】单点金刚石车削；轮胎面透镜；离轴；工艺技术 1.引言 轮胎面透镜可用于光束束腰置远、光束偏转小角度等方面，在保证传输中的光束直径、消象散等方面具有传统光学元件难以具备的功能，被日益广泛地应用在国防军事、航空航天、通讯、医疗等领域。本工艺研究基于较成熟的旋转对称非球面的金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的，行之有效的在单点金刚石车床上车削轮胎面光学元件的加工工艺。 2 .金刚石车削加工原理 本文的讨论是基于英国Taylor Hobson公司的Ultraform350单点金刚石车床。该车床是两轴机床，可加工最大直径为350mm的平面、球面、非球面等各类轴对称光学元件。其车削加工原理是，被加工件通过工装夹具吸附于主轴的真空吸盘上，并且光轴和车床Z轴重合，主轴带动被加工元件高速旋转，利用TPG刀具轨迹发生器生成程序，使刀具X、Z两轴插补联动按照光学元件子午曲线轨迹运动，对被加工光学元件进行车削，形成轴对称光学曲面。其中主轴与被加工光学元件的动平衡将影响零件的形状误差和表面波纹度[1]。 图1 单点金刚石车床车削原理简图 3.轮胎面的车削加工工艺 3.1 轮胎面的特点 轮胎面光学元件是非对称光学元件，以光轴为中心，其子午方向和弧矢方向具有不同的曲率半径，在精确要求两个曲率半径的同时，还需要具有很好的面形和表面粗糙度。 3.2 工装夹具 根据金刚石车床加工的特点，夹具采用回转对称结构[2]。设计的工装夹具简图如下： 图2 工装夹具简图 其中轮胎面母体是一椭球体，其子午和弧矢方向的曲率半径分别与被加工轮胎面的两个曲率半径相同。根据被加工轮胎面的外形尺寸，在母体的对称位置去除表面作为轮胎面的定位面，去除深度与被加工轮胎面匹配。轮胎面母体的旋转轴与夹具底座的旋转轴严格重合。夹具上设计了高精度定位槽（与轮胎面的台阶相匹配），确保轮胎面光学元件Ry与台阶之间角度满足轮胎面的设计要求。采用光胶法使被加工轮胎面元件与夹具紧密贴合并粘结轮胎面底面。夹具底座吸附面为高精度研磨面，面形精度PV值小于1um。夹具底座外圆经过精车，垂直度要求0.01mm以内，确保重复定位精度。 根据被加工轮胎面的参数，可以选择2个、4个或6个定位面，即同时加工2个、4个或6个相同的轮胎面。 3.3 车削刀具
人造金刚石的生产、市场、趋势及新生产工艺
人造金刚石的生产、市场、趋势及新生产工艺 扈楠021131021 由于有些矿物在自然界产出较少，不能满足工业生产的需要，从19世纪四十年代开始了人造矿物的研究。许多人造矿物的性能已接近或超过相应的天然矿物，有些人造矿物可以代替某些天然矿物，成本比开采天然矿物的成本还低，并且可以控制矿物的质量和大小。所以人造矿物的研究和生产发展很快。金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工业上。故人造金刚石的意义显得尤为重大。 人造金刚石是用超高压高温或其他人工方法，使非金刚石结构的碳发生相变转化而成的金刚石。与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用效果好的优点。由于非金属材料和其他硬脆材料，如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工业用金刚石的８５％以上已由人造金刚石代替。 １生产状况 目前世界上生产人造金刚石的国家主要有：美国、南非、爱尔兰、瑞典、英国、德国、俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚、日本、中国、罗马尼亚、波兰、捷克、朝鲜、希腊、印度等近２０个国家。世界人造金刚石的产量为７～１０亿克拉，其中年产量在１亿克拉以上的国家有美国、英国、俄罗斯等。我国人造金刚石年产量２亿克拉以上，居世界第一位。世界人造金刚石产量年增长率为８％～１５％。 美国的ＧＥ公司、英国的ＤｅＢｅｅｒｓ公司和德国的Ｗｉｎｔｅｒ公司是目前世界上生产人造金刚石的三大集团，垄断着世界人造金刚石的生产技术和消费市场，代表着世界人造金刚石的发展方向。ＧＥ公司１９５５年首先宣布人工合成金刚石的工业方法，且曾一度在单晶工艺方面处于领先地位，目前与其他两家公司相比，该公司的聚晶技术更为先进，年产量达１．６５亿克拉，所采用的压机吨位一般在３８～１００ＭＮ之间。ＤｅＢｅｅｒｓ公司１９８７年合成出世界上最大的宝石级单晶体（１１．１４克拉）和工业级单晶体（重１４．２０克拉），１９９２年又创造了合成重量３９．４０克拉的工业级单晶金刚石的世界纪录。它首先推出ＳＤＡ系列的锯片级人造金刚石，ＳＤＡ系列现已成为国际通行的锯片级人造金刚石等级标准。ＤＥＢｅｅｒｓ公司设在南非、爱尔兰和瑞典的工厂全部采用１００ＭＮ级压机生产，高压模具腔体内径为Φ１１０ｍｍ，如采用ＳＤＡ工艺，合成单次产量为３００克拉，其中ＳＤＡ级产品可达６０％，如采用ＭＤＡ工艺生产，单次产量可达５００克拉。Ｗｉｎｔｅｒ公司早年主要从事金刚石工具的制造，为了把人造金刚石和金刚石工具连成一个完整的系列产品，１９７４年在德国政府及北大西洋公约组织的资助下开始研制人造金刚石生产技术，并且后来居上，其独特的工艺及设备使其生产的金刚石在品质方面优于其他两大公司，如成品杂质含量为２‰～３‰，单次产量可达８００克拉，具世界领先水平。 我国自１９６３年研制成功第一颗人造金刚石，１９６６年投入工业化生产，年产量仅１万克拉。经过３０多年的发展，目前全国已有人造金刚石生产企业６００多家，年产量达２亿克拉以上，从产量看，我国已成为世界人造金刚石生产大国。我国的人造金刚石设备基本都是自己设计制造的，目前主要为六面顶压机。６×６ＭＮ的压机２０世
CVD金刚石应用前景探讨
第21卷第4期 超 硬 材 料 工 程 V o l .212009年8月 SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N G A ug .2009 CVD 金刚石应用前景探讨 ① 谈耀麟 (桂林矿产地质研究,广西桂林 541004) 摘 要:阐述CVD 金刚石发展及其在工业金刚石中的重要地位。聚晶质和单晶质CVD 金刚石在切削工具、散热元件、耐磨零件、高强度复合线材以及检测器等方面已取得成功的应用,但有些问题仍待解决。对单晶质CVD 金刚石的突出性能及其在高科技应用的可能性与发展远景作了评述。关键词:CVD 金刚石;应用领域;高科技;发展远景 中图分类号:TQ 164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)04-0049-05 D iscussion on the prospect for the appl ica tion s of CVD d i am ond TAN Yao 2lin (Gu ilin R esearch Institu te of Geology f or M ineral R esou rces ,Gu ilin 541004,Ch ina ) Abstract :T he developm en t of CVD diam ond and its i m po rtan t statu s in the indu strial dia 2m onds w ere described .Bo th po lycrystalline and single crystal CVD diam ond have its suc 2cessfu l app licati on s in cu tting too ls ,heat sp readers ,w ear 2resistan t parts ,detecto rs ,and h igh 2strength com p lex w ires etc ,bu t som e p rob lem s rem ain to be so lved .T he ou tstanding p rop erties of single crystal CVD diam ond and its po ten tial app licati on s in h igh 2tech as w ell as its developm en t p ro spects w ere discu ssed . Keywords :CVD diam ond ;app licati on area ;h igh 2tech ;developm en t p ro sp ect 经济的发展动力在于工业,工业要提高生产率与 加工精度则和金刚石的应用密切相关。天然金刚石资源稀缺,显然满足不了需求,人造金刚石遂应运而生。在诸多工业加工领域中,金刚石已被公认为首选之超硬材料。选用天然金刚石抑或人造金刚石则取决于各自的突出优异性能与可论证的性价比。因此,在有些应用领域中,至今人造金刚石尚无法取代天然金刚石,而在另一些应用领域中人造金刚石则完全取代了天然金刚石。关键问题在于金刚石的粒度(块度)大小。迄今,以高温高压方法合成的人造金刚石的粒度尚不能满足工业特别是军事工程与高端科学技术发展之需。从技术上说,高温高压合成法有可能生产出 4～6mm 或以上的大块度人造金刚石,但从经济方面 说是不可取的。原因是工艺过程难控、周期长、再现率差、成本高。金刚石的最大特点就是其硬度,是公认的已知的最硬物质。就工业应用而言,金刚石的这一优点也恰恰是它的缺点,因为极难加工成所需之形状。众所周知,工业与科技应用的金刚石需要各种各样的形状。鉴于以上原因,作为世界上最大工业金刚石的研发机构与供应商,元素6公司于上世纪90年代初即改变研究重点,由大力研究高温高压合成大颗粒人造金刚石转向研发CVD 金刚石。因为CVD 金刚石的最大优点是可以沉积生长成大块度,可以具有所需的形状与特定的性能。为此,该公司一方面在英国设立了 ①收稿日期:2009-03-10 作者简介:谈耀麟(1936-),男,高级工程师,长期从事超硬材料方面的科研和情报工作。