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金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石,[1] 也是贵重宝石。
金刚石
金刚石最坚硬的原因
黑黝黝的石墨和亮闪闪的金刚石是同胞兄弟,都是存在于自然界中的纯碳,只是它们的“相貌”和“性格”大不相同,石墨的质地非常软,而金刚石则是所有矿物中最硬的。原来,石墨分子中的碳原子是一层一层排列的,每层原子之间的结合力很小,就像一副叠起来的扑克牌一样,很容易滑动、散开。金刚石的碳原子却是交错整齐地排列成立体结构,每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接,构成一个牢固的结晶体,因而显得特别坚硬。天然金刚石产量很少,一般都隐居在地球深处,只有在非常高的温度和巨大的压力之下, 地下熔岩里的碳才有可能经过天然结晶的过程形成贵重的金刚石。由于天然金刚石产量少,所以价格昂贵。人们通常就利用高温高压来制造人造金刚石。
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石,[1] 也是贵重宝石。
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金刚石俗称“金刚钻”。[1]纯净的钻石既所谓的金刚石,金刚石是一种天然矿物,是钻石的原石。钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。在金刚石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛。人类文明虽有几千年的历史,但人们发现和初步认识钻石却只有几百年,而真正揭开钻石内部奥秘的时间则更短。钻石的文化源远流长,如今人们更多地把它看成是爱情和忠贞的象征。
金刚石
黑黝黝的石墨和亮闪闪的金刚石是同胞兄弟,都是存在于自然界中的纯碳,只是它们的“相貌”和“性格”大不相同,石墨的质地非常软,而金刚石则是所有矿物中最硬的。原来,石墨分子中的碳原子是一层一层排列的,每层原子之间的结合力很小,就像一副叠起来的扑克牌一样,很容易滑动、散开。金刚石的碳原子却是交错整齐地排列成立体结构,每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接,构成一个牢固的结晶体,因而显得特别坚硬。天然金刚石产量很少,一般都隐居在地球深处,只有在非常高的温度和巨大的压力之下, 地下熔岩里的碳才有可能经过天然结晶的过程形成贵重的金刚石。由于天然金刚石产量少,所以价格昂贵。人们通常就利用高温高压来制造人造金刚石。
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以下是小编收集整理的《机械百科:金刚石厚膜焊接刀具制造及钎料选择》全部内容,希望对大家有所帮助。如果您喜欢小编的推荐,请继续关注读文网。读文网,给你不一样的人生。
本文针对金刚石膜(CVD)在切削刀具中的应用,讨论了金刚石膜焊接复合刀具对刀体材料要求和制造方法。根据金刚石良合刀具制造工艺及使用要求,对真空自活性钎焊所用钎料的化学成分的选择进行了分析,提出了确定活性针料化学成分的原则及常用针料的化学成分。
前言
金刚石膜具有硬度高、耐磨损,摩擦系数小,导热性好等特点,是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。人造金刚石膜的刀具分为两种类型:金刚石膜涂层刀具,金刚石膜焊接刀具。粘结力较弱是金刚石涂层刀具最突出的问题。粘结力较弱的原因有两个:一是化学气相沉积(CVD)附口过程中,产生很大的热应力;二是基体材料存在着许多降低接头强度的因素。近年来,利用生长基体金属同金刚石膜的热膨胀系数相差较大粘附强度低,在基体上沉积金刚石膜,随着基体的冷却,金刚石膜自动脱落,得到独立的金刚石厚膜。文献采用等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚石膜,获得独立的金刚石厚膜(0.3-1.3mm)。利用这种膜与刀体材料焊接帘(备切削刀具兼有单晶金刚石刀具和金刚石薄膜涂层刀具的优点,是一种应用前景极为广阔的新型刀具。
1.金刚石厚膜焊接刀具的制造方法
1-1金刚石厚膜的成型
由于金刚石厚膜硬度高,耐磨性好、而且不导电。所以常见的机械切削、线切割、超声波加工等工艺方法均不适用于金刚石厚膜的切割加工,常用的方法是激光切割。激光切割不仅能将金刚石厚膜切割成所需要的形状和尺寸,还能直接切出刀具的后角和修正厚膜表面。一般金刚石车刀的前角以0°为标准,根据需要可在 5°的范围内选取。在强调车刀的耐磨性和尖刀强度的情况下。也可以采用负前角(-20°左右)。负后角一般以5°为标准,根据使用条件可在2.5~10°范围内选取。由前刀面和后刀面构成的锲角在85°以上,可得到高精度的刀尖。
1-2刀体材料的性能和焊接
作为刀体材料尽管在切削加工中不与被切削体直接接触,但由于基体要对金刚石膜起支撑作用,因此要求其具有较高的刚性,热膨胀系数与金刚石膜相近以及良好的焊接性等。目前常用刀具材料有硬质合金(YG3、YG6、YG8等)、陶瓷(Si3N4、A12O3等)、CBN、高速钢等,硬质合金是最有发展前途且目前研究最多的刀体材料。硬质合金是理想的基本材料,它的硬度高,又因其为烧结体,红硬性更好,室温下硬度一般在HRA83~93之间;500℃以下硬度保持不变。抗压强度最高可达到6000MPa,一般为3400~5600MPa;室温抗弯强度在750~2500MPa之间,弹性模量高,通常为(4~7)×105MPa;室温下刚性较好,无明显塑变,对金刚石膜可起很好的刚性支撑作用。
金刚石厚膜与刀体材料的连接主要有方法两种:金刚石表面金属化钎焊法和活性钎料焊法。前者是利用表面处理技术(如离子束溅射等),在金刚石表面镀覆金属(如Ti、Cr等),使其表面具有金属或类金属的性能。金属化的金刚石膜表面对Ag-Cu基针料具有良好的可焊性,可采用金属间针焊工艺焊接。这种方法需进行金刚石膜表面金属化处理,增加了制备难度。活性钎料焊接法则是在针料中加入适量的能与金刚石膜表面碳原子反应生成碳化物的元素,利用针焊过程中碳化物形成元素对金刚石膜待焊表面的活化作用,使针料润湿金刚石膜实现其钎焊过程。
1-3刀体与基体金属的连接
将得到的金刚石厚膜硬质合金复合刀片连接到基体金属上,其连接方法大致有以下几种:⑴钎焊⑵机械加固⑶树脂粘接剂连接⑷热装压入。其中,钎焊的办法使用最多。钎焊金刚石厚膜/硬质合金复合刀片使用的钎料就强度来说,一般使用铜基针料、银基针料等。但考虑到防止氧化的焊接裂纹以减少金刚石向石墨转化的趋势,尽可能的使用低熔点的钎料为好,主要是使用硬质合金针焊专用的银基针料。为了更好地保护金刚石不向石墨转化,最好也是在真空或惰性气氛条件下针焊。
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