２０１０年ｏ４月第２期 金刚石与磨料磨具工程 Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｒ．２０１０ Ｎｏ．２ Ｖｏ１．３０ Ｓｅｒｉａ１．１７６ 第３０卷总第１７６期 文章编号：１００６—８５２Ｘ（２０１０）０１—００２９—０６ ＣＶＤ金刚石厚膜刀具及应用研究 邓福铭 卢学军 赵志岩 刘瑞平 李文铸 （１．中国矿业大学（北京）超硬刀具材料研究所，北京１０００８３） （２．北京迪蒙特佳工模具技术有限公司，北京１０００８３） 摘要热丝ＣＶＤ法沉积金刚石厚膜为全晶质纯多晶金刚石材料，是制造切削刀具的理想材料。本文针 对国内外ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具研究与应用中存在的关键技术问题，结合我所近期相关技术研究进 展，重点介绍了其制造工艺及关键技术。 关键词化学气相沉积（ＣＶＤ）；ＣＶＤ金刚石厚膜；刀具 ＴＱ１６４；ＴＧ５８文献标识码Ａ ＤＯＩ编码１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１０．０２．００７ 中图分类号Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｉｌｍ ｔｏｏｌｆ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｄｅｎｇ Ｆｕｍｉｎｇ Ｌｕ Ｘｕｅｊｕｎ ・ Ｚｈａｏ Ｚｈｉｙａｎ Ｌｉｕ Ｒｕｉｐｉｎｇ Ｌｉ Ｗｅｎｚｈｕ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｔｏｏｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｏ＇ｉｎｇ）， Ｂｅ￣ｉｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｂｅｏ＇ｉｎｇ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂｅｓｔ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｔｏｏｌ ａｎｄ Ｗｉｒｅ Ｄｒａｗｉｎｇ Ｄｉｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．Ｃｏ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｈｏｔ・ｆｉｌａｍｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｓ ｐｕｒｅ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ．Ｉｔ ｉｓ ａｎ ｉｄｅａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｈｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｕｒ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）；ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍ；ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ Ｏ 引言 随着汽车、航空和航天工业的迅速发展，对材料的 轻质量化、高比强度的要求日益提高，有色金属及合 金、碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、纤维增强金 金刚石具有许多优异的物理力学性能，如超高硬 度，极高的耐磨性，极高的热导率，极低的摩擦系数，因 而是制造切削刀具的理想材料。一方面由于天然金刚 石资源极为有限，且价格昂贵；另一方面，由于单晶金 刚石具有解理面，冲击韧性较低，了其在工业中大 规模的推广使用。采用高温高压法烧结的聚晶金刚石 属以及石墨、陶瓷等新材料在工业中的广泛应用，普通 的高速钢和硬质合金刀具难以胜任对这些材料的机械 切削加工。此外，随着现代机械加工朝着高精、高速、 高效切削加工的方向发展，对刀具的性能提出了相当 高的要求。因此，开发出耐磨性能更高、能更长时问进 行稳定机械切削加工的超硬材料刀具是发展的必然趋 势。 （ＰＣＤ）刀具材料虽然具有各向同性从而解决了单晶金 刚石冲击韧性较低的问题，但由于含有５～１０％的黏 结剂成分，导致了刀具使用寿命和加工表面质量远低 于天然金刚石刀具。化学气相沉积（ＣＶＤ）金刚石厚 膜是膜厚８１＞０．５ ｍｍ的全晶质纯金刚石多晶结构，不 含任何金属结合剂成分，理论上讲兼有天然金刚石和 金刚石与磨料磨具工程 总第１７６期 聚晶金刚石（ＰＣＤ）特点，其性能接近天然金刚石（见 表１）…，优于ＰＣＤ，而成本远比ＰＣＤ低。因而，它将 是一种极具发展前景的新型超硬刀具材料。ＣＶＤ金 刚石厚膜焊接刀具虽然可通过特殊的且简便易行的技 术钎焊到所要求的硬质合金基体上，但这种钎焊强度 远低于高压烧结ＰＣＤ层与硬质合金层之间的结合强 度。当它用于断续切削这种高要求的机加工时，其界 面的联接就显得很脆弱。若能解决ＣＶＤ金刚石厚膜 的钎焊强度问题，那么ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具将能 在整个机械加工领域同ＰＣＤ刀具竞争 ｊ。此外，它与 ＰＣＤ刀具相比，晶粒间内聚强度低，内应力大，相对脆 性大和不导电性。特别是缺乏导电性，阻碍了它对电 火花（ＥＤＭ）切割、抛光加工技术的应用。本文针对这 些应用关键技术问题，结合我们的相关技术研究，介绍 ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具近年来的研究与应用开发 情况。 表１ 室温下纯天然金刚石及ＣＶＤ金刚石的主要性能比较… Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ １ ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具制造技术 ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具的制作工艺过程一般 包括以下几个方面：大面积高质量ＣＶＤ金刚石厚膜的 制备；将金刚石厚膜切割成刀具需要的形状尺寸；金刚 石厚膜与刀具基体材料的焊接；金刚石厚膜刀具切削 刃的研磨和抛光。 １．１ ＣＶＤ金刚石厚膜刀具原材料制备技术 目前工业制备金刚石厚膜的方法主要有热丝等离 子ＣＶＤ法（金刚石膜的沉积速度为几～十几 ｎ／ｈ）、微 波等离子ＣＶＤ法（沉积速度最高为１０ Ｉｚｍ／ｈ）、直流等 离子体射流ＣＶＤ法（沉积速度最高可达９３０ ｉ￣ｍ／ｈＩ３ ）。 在１９９５年的第三届国际金刚石膜与相关材料应用会 议上，美国的ＱＱＣ公司报导了采用激光辅助沉积方法 使金刚石膜的生长速度达到创记录的３ ６００ －ｎ／ｈ，但 在设备长时间稳定工作以及大面积制备金刚石膜方面 可能还存在较大困难 Ｊ。在上述三种制备方法中，虽 然直流等离子体射流ＣＶＤ法生产的金刚石厚膜沉积 生长速率高，但其生长的金刚石厚膜的纯度和均匀性 尚达不到刀具的使用要求；而微波等离子体法由于能 够形成均匀的等离子体状态使它在制备高质量、大面 积金刚石厚膜方面显示出极大的优势，国外最大沉积 面积已达，１，３０ｏ ｍｍ，生长速度为１０ ｔｘｍ／ｈ，且有连续稳 定的工作特点，但制造设备昂贵（约１９万美 台 套）；因此，目前国内外ＣＶＤ金刚石厚膜刀具原材料大 多采用热丝等离子ＣＶＤ设备生产。 热丝等离子ＣＶＤ法可合成大面积高质量的ＣＶＤ 金刚石厚膜（目前国外最大直径可达 １８０ ｍｍ，国内 最大直径可达６１２０ ｍｍ），但由于金刚石膜的生长过 程中存在生长速度较慢、厚膜生长时间长、热丝易断 裂，以及生长厚膜圆片温度场不均匀、热应力大、易开 裂等问题，导致热丝等离子法制备ＣＶＤ金刚石厚膜圆 片成材率低，即使已成材ＣＶＤ金刚石厚膜圆片也因其 内应力大、冲击韧性低等问题而不能作为切削刀具应 用。这些技术问题长期以来一直困扰着ＣＶＤ金刚石 厚膜生产厂商。早在上世纪九十年代，国内外已有多 家公司（如美国Ｎｏ．ｏｎ公司，英国元素六公司等）的 ＣＶＤ金刚石厚膜刀具材料在市场销售，但迄今国内外 ＣＶＤ金刚石厚膜圆片价格仍保持在１５０：￣／ｃｔ左右，这 与上述制备技术的高难度有关。ＣＶＤ金刚石厚膜刀 具原材料价格昂贵，必然阻碍了ＣＶＤ金刚石厚膜焊接 刀具技术的进一步推广应用。 我们自行设计、制造了具有知识产权的热丝等离 子体法ＣＶＤ金刚石膜生长设备，采用热丝ＣＶＤ法生 长ＣＶＤ金刚石厚膜，过程中采用了一系列新工艺新技 术，解决了大面积沉积过程中厚膜内应力大圆片易开 裂，热丝易断裂，生长不均匀，生长速率低等技术难题。 目前已能生长质量稳定、性能优异、厚度均匀、面积大 的无支撑全晶质ＣＶＤ金刚石厚膜（见图１）。直径１１０ ｍｍ，厚度０．６～ｌ ｍｍ，均匀一致，生长速度１０～１５ 第２期 邓福铭等：ＣＶＤ金刚石厚膜刀具及应用研究 ３１ ｎ１／，ｈ。厚膜质量由拉曼光谱、ｘ射线衍射、扫描电镜 （ＳＥＭ）分析技术鉴定为全纯金刚石 。扫描电镜观 察结果表明其ＣＶＤ金刚石厚膜沿径向晶粒大小均匀、 形状规则；Ｘ射线衍射数据计算结果表明其内应力低； 力学性能测试结果表明其抗弯强度高达１ １００ ＭＰａ，耐 磨性≥３０万 Ｊ。符合切削刀具用ＣＶＤ金刚石厚膜的 国内外目前已经应用和正在研究的ＣＶＤ金刚石厚 膜抛光方法很多，主要可分为：①机械抛光法；②热化学 抛光法；③化学辅助机械抛光法（ＣＡＭＰＰ）；④离子束 抛光法；⑤激光抛光法等。机械抛光法一般采用传统 金刚石研磨粉（膏）的研磨加工 Ｊ。由于被加工材料 的特殊性，该方法往往加工效率低（约为１０ ｎｍ／ｈ），且 质量要求。 图１中国矿业大学（北京）超硬刀具材料研究所 研制的 １ １０ ｍｍＣＶＤ金刚石厚膜材料 Ｆｉｇ．１击ｌ １０ ｍｍ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＣＵＭＴＢ 由于ＣＶＤ厚膜为纯金刚石，不导电，因而阻碍了 较成熟的电火花（ＥＤＭ）切割和加工技术的应用。为 了提高ＣＶＤ金刚石厚膜的可导电性，我们所还研制了 可导电的ＣＶＤ金刚石厚膜刀具材料，该材料电阻率Ｐ ＝０．７～１．２ ｎ－ｃｍ ，已经可以进行电火花加工 （ＥＤＭ），但加工较慢且较困难。目前正在进一步攻关 研究，主要目的是要将其电阻率降到接近ＰＣＤ水平 （约０．２～０．５ ｎ・ｃｍ），以利于工具厂家按常规ＰＣＤ 工具制造工艺制做ＣＶＤ金刚石厚膜刀具。 １．２ ＣＶＤ金刚石厚膜的研磨抛光工艺 气相沉积的金刚石膜为多晶膜，晶粒较粗，表面凸 凹不平，在许多情况下不能直接使用，因而ＣＶＤ金刚 石厚膜的研磨抛光处理是必不可少的工艺步骤。由于 金刚石厚膜硬度高，韧性差，研磨抛光效率低，极易破 裂及损伤，因此ＣＶＤ金刚石厚膜的抛光技术已成为 ＣＶＤ金刚石厚膜刀具应用中的关键性技术。 加工表面质量差，易产生微裂纹。也有采用“膜对膜” 的抛光方法 Ｊ，该方法的抛光效率高于普通机械抛光。 化学机械方法通常采用热金属板法 ＇ｍ Ｊ，抛光用金属 板一般采用铁、铸铁或金属镍等材料制成，利用在一定 条件下（温度、压力、气氛）碳会不断向这些金属中的 扩散，从而产生抛光作用。该方法在真空高温下的抛 光速率比在其它气氛中（如Ｈ ）中高得多，因此抛光初 期可采用真空条件下抛光以获得高加工效率，抛光后 期在Ｈ 气氛下进行抛光以获得高的表面抛光精度。 采用镧（Ｌａ）、铈（Ｃｅ）代替铸铁盘＿】 是因为熔融的 Ｌａ和ｃｅ在高温时比铁的溶碳能力要高，从而大大提 高热抛光效率。化学辅助机械抛光法（ＣＡＭＰＰ）¨ 是 一种将机械抛光法与化学抛光法相结合以提高加工效 率的抛光工艺方法。它是利用机械研磨时表面晶粒产 生的微裂纹中的新鲜表面与化学氧化试剂反应产生抛 光作用。美国俄亥俄卅立大学的研究人员采用的双膜 互加工抛光方法即为此法。ＣＶＤ金刚石厚膜面对面 安装，在膜与膜之间充填以ＫＮＯ 为主要成份的氧化 剂，金刚石厚膜在机械研磨和氧化腐蚀的共同作用下 被抛光。该方法设备简单，抛光效率比普通热金属板 法提高数倍，且厚膜的尺寸基本不受，可用于大面 积ＣＶＤ金刚石厚膜原材料的初抛光。离子束抛光法 是目前较先进的金刚石厚膜抛光方法，它是利用等离 子体对安置在一定角度旋转的ＣＶＤ金刚石厚膜表面 进行溅射刻蚀，使金刚石厚膜表面各部位均匀受到等 离子束作用以获得光滑表面¨ 。离子束抛光法和激 光抛光法是较为理想的抛光方法，但离子束抛光法的 设备投资大，加工成本较高，且粗抛光效率低，更适合 于ＣＶＤ金刚石厚膜的精抛光和超精抛光。激光抛光 法是采用激光束扫描加工，使厚膜表面金刚石加热蒸 发。。 。该法可获得较高的抛光效率，其加工效率可达 ０．１ ｃｍ ／ｍｉｎ，但激光抛光后的ＣＶＤ金刚石厚膜表面 性能受到一定影响，另外其加工均匀性及工艺性也尚 待进一步研究解决。各种研磨抛光工艺方法及其特性 见表２。 ３２ 金刚孑了与磨料磨具丁程 总第１７６期 表２ ＣＶＤ金刚石厚膜抛光工艺方法及其特性 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ￣＇，ｓ ｏｆ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍｓ 工艺方法 激光束 离子束 热金属盘 机械研胖 等离子体 剡蚀 温度 室温 室温８００～９００℃ 室温 ７００ ｏＣ 时间 数秒 数＿卜ｈ 数－ｔ ｍｉｎ 数十ｈ 数十ｍｉｎ 抛光面积 无 线形 金属盘尺寸 无 无 抛光装置 简单 复杂冈 可冈 鑫 刚性 参数自由度 大 受 受 小 大 操作方法 非接触非接触 接触 接触 接触 表＿向 度（）Ｉ５ 【）．（） ｍ ０．０５５ ｍ ０．２ｌ ｍ删导 工 备用 范围 殊应用 投资犬 特殊应用 目前国内在ＣＶＤ金刚石厚膜材料抛光加工研究 中虽然对热化学抛光和激光束刻蚀抛光工艺¨ 以及 氧离子束加工ＣＶＤ金刚石厚膜 进行了一些研究， 但在实际应用中仍采用机械研磨加工法，其加工质量 和成本已远远不能适应ＣＶＤ金刚石厚膜实用化的要 求。我们综合分析了各种抛光工艺方法的性能特点， 基于应用要求和经济上的考虑，采用真空热金属法抛 光工艺并取得了良好的效果，可达到镜面光洁度（见图 ２），目前正在试验电火花腐蚀（ＥＤＭ）抛光加工方法， 估计不久即将得到应用。 图２中国矿业大学（北京）超硬刀具材料研究所 研制的 １ １０ ｍｍＣＶＤ金刚石厚膜抛光片 Ｆｉｇ．２ ６ｌ １０ ｍｍ ｐｏｌｉｓｈｅｄ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍ ｐｌａｔｅ １．３ ＣＶＤ金刚石厚膜的切割工艺 由于ＣＶＤ金刚石厚膜硬度高且不导电，所以常 规的电火花（ＥＤＭ）加工、机械加工、超声波加工等方 法不适合其切割加工，通常采用激光切割加工工艺 方法。这种方法具有切缝窄、效率高等特点，切割呵 在保护气氛（氩气）环境下进行，也可在无保护气氛 条件下直接进行。激光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 修整厚膜表面。目前国内已有厂家提供ＣＶＤ金刚石 切割专用激光设备。也有的单位采用悬浮磨料高压 水射流方法对ＣＶＤ金刚石厚膜进行切割。。 ，但该方 法存在切割效率低、切口不平整、边缘厚膜易裂等缺 陷。 １．４ ＣＶＤ金刚石厚膜刀具的焊接工艺 金刚石与一般金属及其合金之间具有很高的界面 能，致使金刚石不能被一般低熔点合金所浸润，可焊性 极差：目前，ＣＶＤ金刚石厚膜刀具的焊接主要采用活性 金属钎焊工艺方法。国外元素六（原ＤｅＢｅｅｒｓ）公司推出 的牌号为ＣＶＤＩＴＥ ＣＤＭ的ＣＶＤ金刚石一硬质合金焊接 刀片有０．３ ｍｍ和０．５ ｍｉｌｌ两种厚度，按三角形和矩形 不同几何图形提供给客户。元素六公司还准备推出可 以采用电火花加工（ＥＤＭ）的新型牌号ＣＶＤＩＴＥ，这将 大大提高其可加工性，更利于用户接受。美国Ｎｏｒｔｏｎ Ｆｉｌｍ公司推出的牌号为ＤｉａｍａＰａｋ ＣＶＤ金刚石复合刀 片，也是由０．３ ｍｍ或０．５ ｍｉｌｌ厚度的ＣＶＤ金刚石层 焊接到硬质合金基底上，复合刀片总厚度为１．６ ｍｍ， 可根据用户需要提供各种图形刀片。 我们研制的ＣＶＤ金刚石厚膜焊接复合刀片是在 ＣＶＤ金刚石厚膜与硬质合金之间夹含Ｔｉ的Ａｇ—ｃｕ 合金，通过钎焊与扩散相结合的方法，在真空状态下借 助中间层焊料的熔化和向基体扩散使金刚石厚膜与硬 质合金形成牢固的结合。此外，我们选择粗粒度硬质 合金作基体，以厚膜生长面作为焊接面来进一步确保 ＣＶＤ金刚石厚膜与硬质合金焊接面之间的牢固结合。 图３示出了研制的各种形状尺寸的ＣＶＤ金刚石厚膜 焊接复合刀片。 图３ ＣＶＤ金刚石厚膜焊接复合刀片 Ｆｉｇ．３ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｌｍ ｃａｒｂｉｄｅ ｂｒａｚｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌ ｔｉｐｓ 第２期 邓福铭等：ＣＶＤ金刚石厚膜刀具及应用研究 ３３ １．５ 金刚石厚膜刀具刃磨工艺 与聚晶金刚石（ＰＣＤ）相比，ＣＶＤ金刚石厚膜其内 应力大，内聚强度低，特别是在与硬质合金基体焊接过 程中，由于ＣＶＤ金冈４石厚膜与硬质合金基体之间的热 膨胀系数的差异，将进一步加剧其内应力。在刀具刃 磨过程中容易使其应力释放，导致出现开裂或崩刃现 象。因此，金刚石厚膜刀具刃磨工艺也不同于ＰＣＤ刀 具的刃磨工艺，一般在金刚石精密工具磨床上采用特 殊的金刚石砂轮或者在静压空气悬浮轴承研磨机上采 用研磨铸铁盘进行刃口研磨成型抛光。图４示出了我 们研制的各种规格的ＣＶＤ金刚石厚膜焊接复合刀具。 图４ ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具 Ｆｉｇ．４ ＣＶＤ ｄｉａｍｏｎｄ ｔｈｉｃｋ ｆｉｈｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ２ ＣＶＤ金刚石厚膜刀具应用 由于金刚石厚膜焊接刀具兼有单晶金刚石和金刚 石薄膜涂层刀具的优点，有着广阔的应用前景，世界各 国曾投入大量的人力物力进行攻关研究。通过近十多 年应用开发研究，ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具已进入实 用阶段。美国（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ公司、通用电气公司、Ｎｏｒ— ｔｏｎ公司等）、日本（三菱金属、住友电工、东芝钨金属 等）和欧洲的一些国家（瑞典Ｓａｎｄｖｉｋ公司、德国Ｇｕ— ｈｒｉｎｇ公司）已有产品在市场上出售。为了评价ＣＶＤ 金刚石厚膜焊接刀具的优良切削性能，Ｅｔ本住友公司 对各种Ａｌ—ｓｉ合金进行了切削试验，证明了ＣＶＤ金刚 石厚膜焊接刀具的切削性能和寿命优于ＰＣＤ刀 具 ’ ］。Ｎｏｒｔｏｎ公司宣称它们牌号为ＤｉａｍａＰａｋ的 ＣＶＤ金刚石复合刀片在许多非铁材料加工中远远超 过ＰＣＤ，刀具寿命比ＰＣＤ长１０倍，而且有更好的加工 表面光洁度。 国内的一些高等院校、科研院所和工具生产厂家 也正加紧相关的产品开发研究，其中已有单位在国 内外市场上批量销售其产品。１９９６年成立的国内首 家ＣＶＤ金刚石产业公司——北京天地东方金刚石技 术有限公司，在金刚石膜的制备和应用研究方面已 达到了实用的水平，已研制多种ＣＶＤ金刚石厚膜焊 接刀具，可批量供应ＣＶＤ金刚石厚膜刀片及各种成 品刀等系列产品。该公司研制的高精密ＣＶＤ金刚石 厚膜刀具切削试验表明，刀具加工粗糙度达到Ｒ ０．０２ ～０．０４ ｍ 。 我们曾将研制的ＣＶＤ金刚石厚膜车刀与ＰｃＢＮ、 ＰＣＤ及ＹＧ８车刀进行了切削对比试验研究。四种刀 具均采用相同的刀具几何角度： ＝０。， ＝６。，，（ ： ７５。， ＝１５。，刀尖圆弧半径ｒ＝Ｏ．３～０．３５ １１１１１３。切削 工件为三种典型难加工复合材料：（１）酚醛塑料基玻 璃纤维增强复合材料（ＧＦＲＰ）；（２）铝基ＳｉＣｐ颗粒（３５ ｔｎ）增强复合材料；（３）铝基ＳｉＣｐ颗粒（２８ Ｉｘｍ）增强 复合材料。切削试验结果表明，ＣＶＤ金刚石厚膜刀具 对上述难加工材料具有极好的耐磨性，ＰＣＤ次之， ＰｃＢＮ和ＹＧ８刀具相差甚多 。 此外，我们还对所研制的ＣＶＤ金刚石厚膜精密车 刀进行了超精密切削性能研究。切削试验机床是在航 天局某厂的Ｓｈａｕｂｌｉｎ１２５型精密车床（瑞士制造）进行 的，被加工材料为硬铝合金ＬＹＩ２。切削深度。 ＝５～６ ｍ，进给量ｆ＝０．０１ ｍｍ／ｒ，切削速度 ＝１２０ ｍ／ｍｉｎ。 测试结果表明被加工表面粗糙度为Ｒ ＝０．０５ ｔｘｍ ， 证明了ＣＶＤ金刚石厚膜刀可取代天然单晶金刚石车 刀用于超精密切削加工。 ３ 结论 ＣＶＤ金刚石厚膜刀具比天然单晶金刚石刀具的 价格低，切削性能与之相当，在刀具使用寿命和加工精 度等方面优于ＰＣＤ刀具，因此，ＣＶＤ金刚石厚膜刀具 具有广阔的应用前景。 虽然ＣＶＤ金刚石厚膜刀具技术已经取得了一定 突破，但距大规模工业化应用还有很长的路要走。为 此，我们还需要继续以下方面的研究工作： （１）优化ＣＶＤ金刚石厚膜合成工艺，进一步降低 厚膜内应力及提高膜的内聚强度，产业化生产出适合 刀具应用的大面积高质量ＣＶＤ金刚石厚膜刀具材料。 （２）优化ＣＶＤ金刚石厚膜焊接工艺，尽可能提高 金刚石ＣＶＤ厚膜与硬质合金基体之间的附着力，这是 决定ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具能否在整个机加工应 用领域与ＰＣＤ刀具竞争的关键所在。 （３）研制适合ＣＶＤ金刚石厚膜刀具加工用高精度 金刚石与磨料磨具工程 总第１７６期 刃磨机床，解决目前ＣＶＤ金刚石厚膜刀具的加工设备 问题，进一步降低制造成本，提高刀具制造质量。 ａｍｏｎｄ ｉｆｌｍｓ ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅｒｍｏｍｅｅｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ １９９６，２７９：１１０—１１４ ［１３］Ｂｈａｒａｔ Ｂｈｕｓｈａｎ，Ｖｉｓｈ Ｖ，Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｍ ｅｔ ａ．．Ｔｒｉｅｌｂｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒ－ ｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｄｉｍｏｎｄ ａｉｆｌｍｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １９９３， 参考文献 ［１］ 侯立．ＣＶＤ金刚石一一种新型的工具材料［ｃ］．超硬材料发展３５ 周年研讨会论文集，１９９８：１９７—２０３ ７４：（６）：４１７４—４１８０ ［１４］Ａｔｓｕｓｈｉ Ｈｉｒａｔａ，Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｔｏｋｕｒａ，Ｍａｓａｎｏｒｉ Ｙｏｓｈｉｋａｗａ．Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｉｏｎ ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ ｏｌＳｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９９２，２１２：４３—４８ ［１５］Ａｇｅｅｖ Ｖ Ｐ，ＡｒｍｅｙｅｖＶ Ｙｕ，Ｃｈａｐｌｉｅｖ ＮＩ ｅｔａ１．Ｌａｓｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｄｉｍｏｎｄ ａｎｄ ｄｉａｍｏｎｄ—ｌａｉｋｅ ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，１９９３，８（１）：１—８ ［２］Ｃｌａｒｋ，Ｉ Ｅ，Ｓｅｎ Ｐ Ｋ．Ｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｐｅｒｈａｒｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｉｒｌａ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｒｅｖｉｅｗ，１９９９，５９：１６—２０ ［３］Ｏｈｔａｋｅ Ｎ，Ｙｏｓｈｉｋａｗａ Ｍ．Ｄｉａｍｏｎｄ ｉｆｌｍ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ａｒｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｌａｓｍａ ｊｅｔ ｃｈｅｍｉｃｌａ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ［Ｊ］． Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ．，１９９０，１３７（２）：７１７ ［１６］顾长志，金曾孙，王玉光等．激光修饰金刚石膜的表面抛光技术 ［Ｊ］．科学通报，２００４，４２（６）：６６１—６６４ ［１７］王德政，周克崧，韩培刚等．金刚石薄膜机械抛光的研究［Ｊ］．广 东有色金属学报，１９９７，７（１）：４３—４６ ［１８］匡同春，王晓初，王成勇等．ＣＶＤ金刚石厚膜刀具研究进展与应 ［４］顾长志，金曾孙．金刚石膜的性质、应用及国内外研究现状［Ｊ］．功 能材料，１９９７，２８（３）：２３２—２３６ ［５］ 邓福铭，赵志岩，卢学军，李文铸．热丝ＣＶＤ法制备４）１１０ ｍｍ高质 量自支撑金刚石厚膜（待发表）。 ［６］ 邓福铭，赵志岩，卢学军，李文铸．热丝ＣＶＤ法制备可ＥＤＭ加工 ｌ１０ ｍｍ高质量自支撑金刚石厚膜（待发表）。 用现状［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，２ＯＯＯ，１１６（２）：２７—３０ ［１９］ 张宏志，姚英学，陈塑东等．ＣＶＤ金刚石厚膜焊接刀具的制造及 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