砂轮知识

1、材质种类：A 、WA、SA、PA、GC、C、38A、DA、19A

2、材质选择：

A ——棕刚玉磨料，色泽为棕褐色，硬度高，韧性大。适应于磨抗张强度较高的金属，如碳素钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等。

WA—白刚玉磨料，色泽为白色，硬度高于棕刚玉，磨粒易破碎，棱角锋利，切削性能好，磨削热量小。适合于磨淬火钢、合金钢、高速钢、高碳钢、薄壁零件等。

SA——单晶刚玉磨料，色泽为淡黄色，与A、WA材磨料比较，硬度高、韧性大，呈单颗粒球状晶体，抗破碎性较强。适合于磨不透钢、高钒高速钢等韧性大、硬度高的材料及易变形烧伤的工件。

PA——铬刚玉磨料，色泽为玫瑰色或紫红色，切削刃锋利，棱角保持性好，耐用度较高。适用于磨刀具、量具、仪表、螺纹等工件表面粗糙度值要求低的工件。

GC——绿碳化硅磨料，色泽为绿色，硬度高、性脆、磨料锋利、具有一定导热性。适合于磨铸铁、黄铜、铅、锌及橡胶、皮革、塑料、木材、矿石等。

C——黑碳化硅磨料，色泽为灰黑色，硬度高、脆性较大、磨粒锋利、导热性好。适合于磨硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬脆材料。

二、砂轮粒度： ←粗……20#、24#、30#、……180#、220#、240#、…… 细 →

三、砂轮硬度： ←软 E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T 硬→

四、砂轮标示： 例砂轮标示为：WA46L5V351A350×40×127其中各字母代号、数据各代表意义如下：WA→砂轮采用的磨料材质 35→砂轮使用线速度为35M/S 46→砂轮的粒度 1A→砂轮的形状 L→砂轮硬度 350→砂轮直径尺寸 5→砂轮组织号 40→砂轮厚度尺寸 V→砂轮为陶瓷制法砂轮子 127→砂轮内孔尺寸 1）单晶刚玉磨料

单晶刚玉磨料是Al203以物理刚玉的单晶形态自熔体中析出，经化学处理而得到的绝大多数磨粒为单晶体的磨料。它具有较高的韧性和硬度，切削能力强。用来加工工具钢、不锈钢、高钒钢等韧性大、硬度高的耐磨材料，比其它材料优秀。

主要技术性能指标：

--冶炼设备技术参数：1100KVA电弧炉，电极园：D=900MM； --平均晶粒尺寸：0.5MM --成品率：大于92%；

--化学成份：TiO2(0.27%)，SiO2(0.1%)，Fe2O3(0.16%)，Al2O3≥94%。 （2）高品级棕刚玉煅烧磨料

该产品具有化学成份高粒度形状好、清洁度高、堆积密度高等特点。广泛应用于飞机、汽车、轮船、机械制造等行业。主要技术性能指标处于国内领先

地位。

（3）显像管专用金刚石砂轮

该产品是在国内著名超硬材料专家指导下自行研制开发成功，与传统产品相比，附着力强、磨削率高、寿命长（150000小时/片）；与进口产品相比，有过之而无不及，主要应用于显象管的研磨与抛光，现已投入批量生产。 （4）金属纳米材料

该产品已通过国家冶金部钢铁研究院测试中心检测。能广泛应用于电子信息技术、机电一体化技术、生物工程技术、能源、新材料及国防科技等领域，技术水平处于国内领先地位，并达到国外同类产品先进技术水平。其主要技术性能指标为：

--粒度：用BET比表面积测定法换算的金属纳米粉平均粒度数量级≤100nm；

--纯度：元素含量与原材料基本一致99.99%（氧除外）；

--电弧额定功率：单级10kw，双级20kw，三级30kw； --运行方式：连续运行≥8小时； --产率：Ni、Cu≥100克/时； --适合于各类金属纳米材料的提取。 （5）黑刚玉磨料

黑刚玉是一种物理刚玉，具有提高结晶率、成品率、品级等特点，广泛应用于特种金属加工抛光、打磨领域。技 主要技术性能指标如下：

--冶炼设备技术参数：电弧功率：1100KVA，电极园D=900MM

--工艺参数：V=102，I=9000A，冶炼时间H=12小时 --平均晶粒尺寸：0.5MM --成品率：>92%

--化学成分：TiO2(2-3%)，SiO2(4-8%)，CaO+MgO(<4%) （6）半脆刚玉

半脆刚玉的硬度高于棕刚玉，韧性介于棕刚玉和白刚玉之间，加工的砂粒锐角突出、锋利，自锐性好。主要用于钛合金、不锈钢等加工硬化明显的合金类。加工效率、加工质量远优于其它普通磨料。技术指标如下： --色泽：浅红色

--结晶尺寸：≥1毫米 晶体纯净，无明显碳化物杂质。

--化学成分：Al2O3 % ：≥97.3 TiO2% ：＝1.6±0.2

SiO2 % ：≤0.45 Fe2O3%：≤0

磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具，也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外，还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。磨具在使用过程中，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口，或不断露出新的锋利磨粒，使磨具在一定时间内能保持切削性能。磨具的这种自锐性，是磨具与一般刀具相比突出的特点。早在新石器时代，人类就已经开始应用天然的磨石来加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了；1872年，在美国出现了用天然磨料与粘土相结合烧成的陶瓷砂轮；1900年前后，人造磨料问世，采用人造磨料制造的各

种磨具相继产生，为磨削和磨床的快速发展创造了条件。此后，天然磨具在磨具中所占比例逐渐减少。

磨具按其原料来源分，有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、磨头、油石，砂瓦(以上统称固结磨具)和涂附磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。固结磨具按所用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料，后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如烧结刚玉磨具等。普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的磨具。一般由磨料、结合剂和气孔构成，这三部分常称为固结磨具的三要素。磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用，并可容纳冷却液，有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些填充剂，如硫黄和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第四要素。表示普通磨料固结磨具特征的项目有：形状、尺寸磨料、粒度、硬度、组织和结合剂。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，从磨具表面脱落的难易程度，它反映了结合剂把持磨粒的强度。磨具的硬度主要取决于结合剂加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易脱落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等级一般分为超软、软、中软、中、中硬、硬和超硬七大级，从这些等级中还可再细分出若干小级。测定磨具硬度的方法，较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法和喷砂硬度计测定法。

磨具的硬度与其动态弹性模量具有对应关系，这有利于用音频法测定磨具的动弹性模量来表示磨具硬度。在磨削加工中，若被磨工件的材质硬度高，一般选用硬度低的磨

具；反之，则选用硬度高的磨具。磨具组织粗分为紧密、中等和疏松三类。每类又可再细分数等，用组织号来区分。磨具组织号越大，磨料在磨具中所占的体积百分率越小，磨粒之间的间隙越宽，表示组织越松。反之，组织号越小表示组织越紧。较松组织的磨具使用时不易钝化，在磨削过程中发热少，能减少工件的发热变形和烧伤。较紧组织的磨具磨粒不易脱落，有利于保持磨具的几何形状。磨具的组织只在制造时按磨具配方予以控制，一般不作测定。超硬磨料固结磨具主要是由金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结成的磨具。由于金刚石、立方氮化硼的价格高、具有很好的耐磨性能，用它们制造的固结磨具与普通磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有过渡层和基体。超硬磨料层是起切削作用的部分，由超硬磨料和结合剂组成。基体是在磨削中起支托作用的，由金属、电木或陶瓷等材料组成。过渡层用于连接基体和超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。常用的结合剂有树脂、金属、电镀金属和陶瓷等。

固结磨具的制造工序有：分配料、混料、成型、热处理、加工和检查等。随结合剂不同，制造工艺也不尽一样。陶瓷结合剂磨具主要采用压型法，将磨料和结合剂按配方的重量比例称量后，置于混料机内混合均匀，投入金属模具内，在压力机上成型出磨具毛坯。毛坯经干燥再装入窑内焙烧，烧成温度一般为1300℃左右。当采用低熔点烧熔结合剂时，烧成温度低于1000℃。再按规定尺寸形状精确加工，最后检查产品。树脂结合剂磨具一般是在室温条件下在压力机上成型，也有采用在加热条件下边加热边加压的热压工艺。成型后在硬化炉内硬化。以酚醛树脂为结合剂时，硬化温度为180～200℃。橡胶结合剂磨具主要采用对辊机混料，并滚压成薄片，然后用冲刀冲裁成型；也有的用松散料，投入金属模具内在压力机上成型。成型后在硫化罐内硫化，温度为165～180℃。金属结合剂磨具的制造工艺有粉末冶金法和电镀法两种，主要用于超硬磨料固结磨具。粉末冶金法以青铜等为结合剂，混料后采用热压或在室温条件下加压成型，然后烧结加工。电镀法以镍或镍钴合金等为电镀金属，按电镀工艺将磨料固结在基

体上，制成磨具。特殊品种的磨具有烧结刚玉磨具和纤维磨具等。烧结刚玉磨具是用氧化铝微粉和适量的氧化铬混合、成型，在1800℃左右烧结制成。这种磨具结构紧密，有较高强度，主要用于加工钟表、仪表等零件。纤维磨具是用含有或粘附有磨料的纤维丝(如尼龙丝)作原料制成的，它的弹性好，主要用于金属材料及其制品的抛光。

正确使用超硬磨具

Useing ultrahard abrasive tools correctly

文/ 永钧

一、超硬磨具的使用特点

采用超硬磨料（金刚石或立方氮化硼）作为切削材料的磨具，称为超硬磨料磨具（简称超硬磨具）。由于超硬磨料比普通磨料有着极大的优越性，因而超硬磨料比普通磨料就显示出十分优良的磨削性能，得到了越来越广泛的应用，具体表现在： 1、超硬磨料本身具有极高的硬度，可加工各种高硬度材料，特别是对普通磨料难以加工的材料更显其优越性；

2、超硬磨具加工中磨损少，使用周期长，磨削比高，可获得较佳的经济性，使用中形状保持性好，无需经常更换砂轮和修整砂轮，节约工时，改善劳动条件，有利于加工操作；

3、超硬磨料切削锋利，磨削力小，有利于被加工零件加工精度和表面粗糙度的改善，减少机床的动力消耗；磨料颗粒锋利使得磨具在加工中磨削温度较普通磨具要低，可大大提高被加工表面质量，减少或避免零件出现裂纹、烧伤、金相组织复化等弊病，从而提高零件的使用寿命，大为改善总的经济指标。

鉴于超硬磨具有着无可比拟的优越性，随着新材料、新技术的不断涌现，随着加工工业的技术进步，其应用范围不断扩大，用量不断增长，有力地推动着经济的发

展。但由于超硬磨具的工具成本较高，而且又有其本身的独特性能和规律性，使用不当不仅会造成严重浪费，而且得不到满意的加工质量和应该得到的优良的经济效果。 二、首先，要选择合适特性的超硬磨具

超硬磨具是一种和普通磨具不同的磨具，其结构形式和个性也不相同，有其独特的特性。超硬磨具的特性是指磨料、粒度、结合剂、浓度、形状和尺寸等项。 1、磨料的选择：

超硬磨料主要有金刚石和立方氮化硼两大类，用于超硬磨具的金刚石主要指人造金刚石，天然金刚石已基本不用于制作磨具。人造金刚石和立方氮化硼除均为高温高压下人工合成、具有高硬度、锋利性好、耐磨损等共同特性外，性质上仍有很大的差别，因而使用范围有明确的分工。

金刚石是自然界目前人类认识的最坚硬物质，作为磨料表现出极优的硬度、强度、研磨能力，导热系数和热膨胀系数等，可加工很多的硬质材料，如加工硬质合金、陶瓷、宝石玛瑙、玻璃、石材、建材、混凝土和半导体材料等就显示出很大的优越性。但由于金刚石是碳的同素异形体，在较高的温度下易于钢铁的铁族元素产生化学反应，引起强烈化学磨损，直接影响磨具的磨削性能和损耗，所以不适宜加工这类材料。

立方氮化硼虽然硬度低于金刚石，但比普通磨料仍高得多，其导热系数、热膨胀系数和研磨能力也优得多，也是一种非常优异的磨削材料，而且立方氮化硼的稳定性和化学惰性也大大优于金刚石，所以对普通磨料难以加工且金刚石又不宜加工的硬而韧的金属材料不失为一种非常合适的磨料，如工具钢、模具钢、不锈钢、耐热合金等，特别是高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料更是较为理解的磨料。 人造金刚石和立方氮化硼目前已有多种品种，适用的领域也不相同，我们应有一个全面的了解，在GB/T05-94标准中有明确的说明（见下表），人造金刚石的有些品种仅用于制作工具，而非用于磨具。

品种 适用范围 系列 代号 粒度 窄范围 60/70～325/400 35/40～325/400 60/70～325/400 宽范围 推荐用途 RVD 树脂、陶瓷结合剂制品等 金属结合剂磨具，锯切、钻探工具及电镀制品等 树脂结合剂磨具，加工钢与硬质合金组合件等 锯切、钻探和修整工具等 修整工具等 硬、脆材料的精磨、研磨和抛光等 树脂、陶瓷、金属结合剂制品 硬、韧金属材料的研磨和抛光 MBD 35/40～60/80 人造金刚石 SCD SMD 16/18～60/70 16/20～60/80 DMD 16/18～60/70 16/20～40/50 M-SD 36/～0/0.5 20/25～325/400 立方氮化硼 CBN M-CBN 36/～0/0.5 金刚石和立方氮化硼还有镀衣磨料，即在磨粒表面镀附一层物质，通常树脂结合剂磨具干磨时，选用镀铜金属衣磨料，湿磨时选用镀镍金属衣磨料，陶瓷结合剂磨具选用镀陶瓷材料的磨料，其目的是制作磨具时增加磨粒和结合剂的结合强度，延长磨具使用寿命，降低加工成本。一般情况下，镀衣增重以不超过磨料自重50％为宜，但成型磨削、间断磨削增重可达50～100%. 2、粒度的选择：

粒度是指磨粒大小的量度。粒度号指按照标准对磨粒尺寸所作的分级标记。在标志超硬磨具的特性时，粒度指的就是粒度号。

在超硬磨具使用中，选择磨具的粒度一般根据被加工工件表面粗糙度要求、磨削加工效率、工序要求，以及磨具结合剂的种类综合加以考虑，下列两表可作参考。

磨具粒度号 80/100～100/120 100/120～170/200 170/200～270/325 325/400～M10/20 M8/12～M4/8 M4/8～M1.5/3 磨削工序 粗磨 中精磨 精磨、细磨 研磨、抛光 加工表面粗糙度Ra(μm) 树脂结合剂 —— 0.16～0.63 0.08～0.32 0.04～0.16 0.02～0.08 0.01～0.04 金属结合剂 0.32～2.5 0.16～1.25 0.16～0.63 —— —— —— 适用的粒度范围 80/100～120/140 120/140～200/230 200/230～M36/ M22/36～M0.5/1.5 在磨加工中操作者一般都具有普通磨料磨具的使用经验，粒度选择的原则基本相同，但考虑到两大类磨料性能的差异，要求达到相同的加工表面粗糙度，由于超硬磨粒的锋利性和不易磨损性，选用的粒度号就要比普通磨料细1～2个粒度号。 选择超硬磨具的粒度时，还应考虑磨具所采用的结合剂，因为各种结合剂均有它的最佳粒度范围，太粗或太细均不利于其磨削加工。一般情况下，树脂结合剂磨具选用100/120以细；陶瓷结合剂磨具选用100/120～170/200；金属结合剂磨具选用70/80～230/270。当然还要看加工效率和加工表面粗糙度要求等选择最佳粒度，要求加工效率高时，选用较粗粒度号。反之选较细粒度号。 3、结合剂的选择：

超硬磨具结合剂是制作磨具不可缺少的，其作用是将磨粒粘结成具有一定几何形状，并把持住磨粒使其在加工中承受磨削力而起到切削作用，超硬磨具结合剂主要有树脂结合剂（代号B）、陶瓷结合剂（代号V）和金属结合剂（代号M）三大类，如何选择结合剂主要依据其自身的性能和加工中对磨具的要求而定。

树脂结合剂自锐性能良好，不易堵塞，很少修整，磨削效率较高，磨削温度较低，而且本身具有一定弹性，能起抛光作用，故其在超硬磨具中得到广泛应用，树脂结合剂金刚石磨具经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工件，以及部分非金属材料的半精磨、精磨等；树脂结合剂立方氮化硼磨具主要用于高钒高速钢刀具的刃磨和工具钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。但树脂结合剂耐热性差，在较高的磨削温度下耐磨性差，磨具的磨损大，在大负荷磨削时尤为明显，常以采用镀附金属衣磨料来加以改善。

陶瓷结合剂是目前应用日益广泛的一种结合剂，该种结合剂磨具工作表面有较好的容屑空间，切削锋利，磨削效率高，加工中不易发热和堵塞，有利于磨削过程的平稳进行，热膨胀量小，容易控制加工精度，而且该种磨具整形、修整相对容易，对方便恢复磨具工作表面的切削能力十分有利。一般用于粗磨、半精磨，以及接触面大的成型磨削等。由于金刚石的耐热性较差，陶瓷结合剂烧结时必须温度很低，目前还有较大难度，使得陶瓷结合剂金刚石磨具较少采用，所以陶瓷结合剂主要还是应用在耐热性较好的立方氮化硼磨具。

金属结合剂有青铜结合剂和电镀结合剂两大类。青铜结合剂磨具是以铜粉、锡粉为主要材料和补充改善其性能的其它材料充分混和，再将磨料加入其中充分混合均匀，置于模具中压制成型（一般有冷压——在室温下压制和热压——在加热条件下压制之分），然后烧结而成。该种磨具的结合剂和磨粒的结合强度高，耐磨性好，磨损小，使用寿命长，保持形状好，能承受较大的负荷。但缺点是自砺性差，容易堵塞磨具表面，发热大，磨具修整也十分困难。它主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半导体

材料等非金属材料的粗磨、精磨和切割工序，少量用于硬质合金、复合超硬材料的磨削加工，以及成型磨削和各种珩磨、电解磨削等。青铜结合剂立方氮化硼磨具目前除用于合金钢工件的珩磨外还极少使用。电镀结合剂是一种结合强度更高的结合剂，一般将单层或多层磨粒用电镀方法镀在金属基体上，该种结合剂磨具工作表面上单位面积的磨粒数比其它几种结合剂高得多，而且磨粒都裸露出结合剂表面，因而切削锋利，磨削效率高。但受镀层厚度，磨具总的使用寿命不可能太高，一般用于特殊用途加工，如成型磨削用磨具、小磨头、套料刀、电镀铰刀、锉刀等。这些年来，立方氮化硼电镀金属结合剂磨具应用日益扩大，特别在加工各种钢类零件的小孔、型腔时更为突出，独具特色，磨削效率高，经济性好，还可获得较好的形状精度。 4、浓度的选择：

超硬磨具浓度是指磨具工作层内单位体积中的含超硬磨料的质量，它是超硬磨具所独有的特性。国际上统一约定每立方厘米体积内含有0.88克超硬磨料时，其浓度称为100％，代号100，常用浓度见下表：

浓度 25％ 50％ 75％ 100％ 150％ 磨具工作层超硬磨料含量（克/厘米3） 0.22 0.44 0.66 0.88 1.32 代号 25 50 75 100 150 浓度采用过高或过低都不利于超硬磨具的正常使用，并直接影响磨削效率、加工成本和加工质量。选用时应首先考虑磨具结合剂的种类，各种结合剂由于结合能力的不同，均有它各自的最佳浓度范围，一般人造金刚石磨具采用的浓度范围见下表：

结合剂 浓度范围（％） 树脂结合剂 陶瓷结合剂 青铜结合剂 50～75 75～100 100～150 立方氮化硼磨具由于磨料性质和加工对象材质的不同，采用浓度一般比人造金刚石磨具高25~50%。

对于有特殊要求的加工，浓度选用还可进行调整。如，在抛光和高精度磨削中，常采用低于一般磨削时的浓度；对要求加工效率高的工序，可采用粗粒度、高浓度的磨具；对于要求磨具形状保持性好的成型磨削、端面磨削、沟槽磨削等，应选择较高浓度的磨具。

5、形状和尺寸的选择：

超硬磨具的形状和尺寸可根据加工机床的技术条件和要求，以及对被加工工件的加工部位的要求来决定，常用的超硬磨具的形状及其使用范围见下表： 系列 名称 平行砂轮 代号 1A1 用途 主要用于外圆磨削、平面磨削、刃磨、砂轮机磨削及无心磨等。 主要用于底径、侧面间有圆弧要求的磨削 主要用于对磨具刚性要求较高的加工场合 主要用于圆弧、成型磨剂 主要用于磨边或成型磨剂 主要用于石材、混凝土等非金属材料的切割及缓进强力磨削等 平行倒角砂轮 平 行 系 1L1 平行加强砂轮 14A1 弧形砂轮 1FF1 平行燕尾砂轮 1EE1V 双内斜边砂轮 薄片砂轮 1V9 1A1R 切割砂轮 平行小砂轮 1A6Q 1A8 1E6Q 14E6Q 主要用于石材、混凝土等非金属材料的切割 主要用于内圆磨削 主要用于槽形、螺纹等磨削 双斜边砂轮 14EE1 14E1 1DD1 单斜边砂轮 单面凹砂轮 双面凹砂轮 4B1 6A2 9A1 9A3 主要用于刃磨、仿形磨等 主要用于平面磨削、端面磨削等 主要用于砂轮机、磨量规等 筒 筒形1号砂轮 2F2/1 形 筒形2号砂轮 2F2/2 系 筒形3号砂轮 2F2/3 杯 形 系 杯形砂轮 碗形砂轮 6A9 11A2 11V9 专用光学玻璃铣磨 主要用于平面磨削、端面磨削等 主要用于刃磨、平面磨削等 12A2/20° 主要用于刃磨、齿轮磨等 碟 形 系 碟形砂轮 12A2/45° 12D1 12V9 12V2 磨边砂轮 1DD6Y 2EEA1V 1A2 10×6A2T GN 专门用于光学玻璃磨边 磨盘 电镀金刚石内圆切割锯片 电镀金刚石磨专 头 主要用于平面磨削 用于贵重材料切割 MY 用于内孔磨削和玉石修磨、牙科修磨等 主要用于光学玻璃、陶瓷和宝石等材料的精磨和超精磨 用 金刚石精磨片加 1号 1A8/1 工 金刚石精磨片系 2号 金刚石精磨片3号 金刚石精磨片4号 电镀金刚石套料刀 1P8/2 1A2/3 1A2/4 主要用于玻璃、陶瓷、石材和墙体、混凝土底板等非金属材料的套料和钻孔 专门用于各种珩磨 ET1 ET2 油 石 类 平行带弧油石 HMA/1 平行油石 弧形油石 HMA/2 HMH 平行带槽油石 2HMA 基体带料油石 HMA/S° 三、其次，需采用合理的磨削用量

超硬磨具由于本身的特点，使用时在选择合适的磨具特性后，还必须采用合理的磨削用量，才能获得最佳的磨削效果，得到高效加工效率、良好的加工质量和较低的加工成本。

1、砂轮速度（vs）的采用：

砂轮速度指的是砂轮使用速度、砂轮工作时的圆周速度，即砂轮圆周上最大直径处测量的砂轮切向速度，是磨削参数中至关重要的一项指标，它对磨削影响较大，砂轮速度过低，其工作表面上磨粒的磨屑厚度较大，造成砂轮磨损就大，且单位时间工件表面经过的磨粒少，使加工表面粗糙度较差。随着砂轮速度的提高，两者均得以改善，但砂轮速度的提高受到了机床条件的，砂轮速度过高时，由于机床刚性的不足，会产生振动，加剧砂轮的磨损和加工表面粗糙度的恶化，加剧磨削温度的升高，破坏被加工表面质量，这些都是必须避免的。

砂轮速度的选择一般依据结合剂种类、磨削形式和冷却条件进行选择。金刚石砂轮因磨料的热稳定性较差，一定要限速使用，常从下列两表中综合加以考虑来：

结合剂种类 青铜 冷却条件 干磨 湿磨 干磨 湿磨 砂轮速度（米/秒） 12~18 15~22 15~20 18~25 砂轮速度（米/秒） 20~30 20~30 12~15 树脂 磨削形式 平面磨削 外圆磨削 内圆磨削 工具磨削 12~20 立方氮化硼砂轮由于磨料的热稳定性较金刚石大大提高，在较高速度下加工引起的较高磨削温度不会像金刚石砂轮那样因高温引起的强烈磨损，造成砂轮磨损严重，加工质量降低，加工成本提高，所以立方氮化硼砂轮可以采用较高的砂轮速度，反而是较高的砂轮速度才能更好地发挥立方氮化硼磨料的特性，取得较佳的加工效果，一般采用如下参数：

磨削形式 平面磨削 外圆磨削 内圆磨削 工具磨削 砂轮速度（米/秒） 干磨 25~30 25~30 17~25 15~25 湿磨 28~35 30~40 18~28 18~28 备注 通常采用湿式 通常采用湿式 通常采用湿式 通常采用湿式 随着磨床设计和制造技术的发展，以及磨具材料的进步，越来越多地采用了高速磨削工艺，取得了较佳的磨削效果，尤其是立方氮化硼磨具更为广泛地采用较高的数值，电镀结合剂立方氮化硼有的用到120~150米/秒，甚至更高，个别达到250米/秒。

2、磨削深度（a）的选用：

磨削深度是指工件有往复运动时沿砂轮径向进给的距离，它的大小直接影响加工效率、加工质量和加工成本，也是磨削加工一个十分重要的参数。随着磨削深度的增大，加工效率提高，磨具磨损加大，而且相应增加砂轮和工件的接触压力，使磨削力和磨削温度升高，达到一定量后会激剧增大砂轮磨损，同时还引起机床振动，使加工表面质量很快恶化，磨削温度的过高，也会造成被加工表面烧伤、裂纹的出现，工件寿命将会极大降低。

磨削深度的选用应根据加工效率的要求、磨削方式、磨具的粒度、结合剂的种类，以及加工成本综合加以考虑。在目前一般的机床条件下，金刚石砂轮建议采用以下参数：

磨具粒度号 70/80~120/140 140/170~230/270 230/270以细 磨削深度（毫米/行程） 陶瓷、树脂结合剂 0.01~0.02 0.005~0.015 0.002~0.005 青铜 0.01~0.03 0.01~0.02 磨 削 方 式 平 面 磨 削 外 圆 磨 削 内 圆 磨 削 刃 磨 磨削深度（毫米/行程） 0.005~0.02 0.005~0.015 0.002~0.01 0.01~0.03 立方氮化硼砂轮由于磨粒自锐性较好，且导热性、热稳定性等物理特性较佳，能良好地保持砂轮工作表面的锋利性，磨削深度可大于金刚石砂轮。对于特殊的磨削工艺，如深切缓进强力磨削，更是磨削深度可达两位数，一次通过完成。 3、工件速度（vw）的确定：

工件速度是指工件被加工表面相对于砂轮工作点的相对瞬时速度，对磨削效果仅略有影响，比其它加工参数影响要弱得多。当然，工件速度过低，在一定程度上影响加工效率和加工表面粗糙度；工件速度过高，砂轮磨损会略有增加，而且由于机床刚性的，还会加重磨削冲击力，引起噪音的加大。一般超硬磨具磨削时，工件速度建议在10~20米/分范围内选择较适当。但对深切缓进给磨削，工件速度十分缓慢，低达每分钟几十至几百毫米。 4、轴向进给速度（va）的选定：

轴向进给速度是指单位时间内工件沿砂轮回转轴线方向相对移动的距离，超硬磨具磨削时，随着轴向进给速度的增大，磨削效率提高，磨具磨损加大，加工表面粗糙度下降，一般加工建议选用下表所列参数：

磨 削 方 式 内、外 圆 磨 平 面 磨 轴 向 进 给 速 度 0.5~1米/分 0.5~2毫米/行程 刃磨时，很多情况下都是由操作者手动控制工作台进行进给运动，常在1~2米/分范围内。

对一些特殊要求的加工，就需根据要求来调整，如要求加工表面低粗糙度的精磨、抛光等，则必须采用很小的轴向进给速度，对于粗粒度磨具的高效率磨削，就要采用较大的轴向进给速度。 四、再次，应采用合适的磨削液

在超硬磨具使用过程中，由于磨粒对工件材料的去除作用，和磨具与工件的相对摩擦，磨削区的温度是很高的，加上超硬磨料导热系数高，很快传到磨具中，引起磨具温度的快速提高，会影响磨削过程的正常进行，增加砂轮的磨损，工件表面粗糙度下降，加工质量变差，温度太高时，甚至会造成工件表面拉应力的极大提高，引起表面裂纹。对树脂结合剂磨具太高的磨削温度还会造成磨粒附近结合剂的热分解，破坏了其结合强度，引起磨具磨损的极大加剧，大为降低磨削工序的经济性。所以采用超硬磨具进行加工时，在条件允许的情况下应尽量采用磨削液，达到降低磨削区温度，加强润滑效果，改善加工状况，充分合理使用超硬磨具的目的。

选择磨削液时，除一般要求无腐蚀、无公害，符合环保要求外，还应有良好的润滑性、洗涤性和冷却效果，对超硬磨具来说更强调其洗涤性和冷却效果。金刚石磨具加工硬质合金和各种高合金刚时，宜采用轻质矿物油、苏打水（树脂结合剂磨具不宜）及各种水溶性磨削液、弱碱性乳化液等，尤以煤油、轻柴油和水溶性磨削液为佳。金刚

石磨具加工非金属材料时，一般用水做磨削液。立方氮化硼磨具加工时，由于磨料在高温下易和水产生水解作用，大大加剧磨具的磨损，一般不采用水溶性磨削液，多数采用轻质矿物油（如煤油、轻柴油等），当必须采用水溶性磨削液时，也必须加入极压添加剂，以减弱磨料的水解作用。 五、结束语

前面将使用超硬磨具进行磨削加工时，主要应该关注的几方面问题作了简要阐述，可能拾一漏万，所述内容仅供参考，也可能有不当之处，敬请斧正。随着技术的进步，新工艺、新技术、新材料的不断创新，磨削加工工艺也在飞跃发展，超硬磨具的使用领域日益扩大，磨具的特性和磨削工艺参数必将涌现很多新鲜事物，有待我们去认识、总结、提高。就超硬磨具的使用而言，还有一些使用中的重要问题也没有探讨，诸如超硬磨具的修整、使用中对机床的要求、磨具的平衡、安装、运输、保存等问题，由于篇幅，本文就未作介绍了。

粒度是指磨料粗细之间的区分度。按磨料的尺寸大小，将磨料分做33个型号：

35/40,40/45,45/50,50/60,60/70,70/80,80/100,100/120,120/140,140/170,170/200

200/230,230/270,270/325,325/400;36-,22-36,20-30,12-22,10-20,8-12,6-12,

5-10,4-8,3-6,2.5-5, 2-4,1.5-3,0-2, 0.5-1.5,0.5-1,0-0.5,0-1,0-0.5

磨具粒度的选择，直接影响到工件加工的粗糙度及磨削效率。一般说来，粒度细，工件粗糙度小（即光洁度高）；粒度粗，工件磨削量则大。因此，在满足粗糙度的前提下，尽可能选用较粗粒度的磨具。

CBN，硬度排在金刚石之后。CBN是一种仅次于金刚石的极硬的刀具材料，通常材料硬度大于48HRC时工作最好(加工软材料时CBN磨损很快)。温度高到2000℃是还有极佳的红硬性。虽然和硬质合金相比更脆且导热性和化学稳定性低于陶瓷，但它有比陶瓷刀具更高的冲击强度和抗破裂性而且对于刚性较低的机床也能切削硬金属。更进一步，恰当的定制CBN刀具能承受大功率粗加工的切削载荷、断续切削的击打和精细加工所需的热和磨损性能。

对于指定工序恰当的定制包括机床和夹具的刚性、刃口修磨大到足以防止显微剥落，而且刀具的基体是一种CBN含量高的材质等级。CBN含量高的材质等级对这些指定工序是必须的，因为它们具有刃口重载条件下高速加工要求的高导热性和韧性以及用于严重断续切削。这些性能使得这种材质等级的刀具材料被用作粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁。

CBN含量低的材质等级和CBN含量高的相比更脆，但它们用于淬硬黑色金属加工更好。它们的更低的热导性和相对更高的承受高速切削和负前角所产生热量的抗压强度。切削区更高的温度软化工件材料和帮助断屑，而负前角强化刀具，使切削刃稳定，提高刀具寿命，并允许比0.25mm小的切深。

因为CBN刀具能获得优于0.4µm的表面光洁度并保持同轴度±0.012mm，干车淬硬工件通常是一种有吸引力的替代肮脏的强化冷却的磨削加工方案。虽然CBN是一

种硬车和高速铣特别喜欢的刀具材料，但陶瓷和CBN的应用范围有惊人的重叠，故而很必要用成本-效益分析来决定谁能得到最优结果。

自1955年美国GE公司采用高温高压的方法获得人造金刚石以来，引起全世界的关切，尤其是对缺乏天然金刚石矿藏的国家具有巨大的吸引力。1957年以高温高压的方法合成了立方氮化硼。(CBN)。这些人造材料大大地丰富了材料宝库，特别有利于切削工具的发展。当时这些材料在机械加工领域的主要用途是作磨料。经过20多年的努力，1977年GE公司又成功地开发了金刚石烧结体(PCD)和CBN烧结体(PCBN)，并制造成刀片，使人造超硬材料的用途进一步扩展，由磨削扩展到了切削。

更可喜的是大颗粒的单晶金刚石和单晶CBN的合成，为取代天然金刚石创造了条件。据资料表明，当前已经合成的人造单晶金刚石中，最大的竟重达34.2克拉，但是要实际应用尚有待进一步的研究、探索，而且现在的成本也昂贵。

我国在人造金刚石方面的发展也十分迅速，据统计，1993年全世界的产量为9亿克拉，而我国已达到2.1～2.3亿克拉，居世界首位。这表明我国在这个领域的潜力相当大。这门技术的发展为推动超硬材料在我国的广泛应用创造了前提。

化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)技术的突破，对切削工具的发展来说是一次，先是涂复各种陶瓷材料，而今发展到了类金刚石膜、金刚石膜、和CBN膜的超硬材料的涂层。这种发展几乎使所有切削工具相应地提高了表面硬度。而今气相沉积技术依然在发展，就金刚石而言，已从薄膜向厚膜扩展，其沉积的速度由一般的每小时数微米发展到了最大每小时0.93mm。

今天科技在飞速发展，新材料大量涌现，其中相当一部分是高合金钢、高硅铝合金、高强度的复合材料、这些都属于难切削材料，如宇航工业常用的Inconel718镍基合金即为一例。

1 由于超硬材料的发展，便大大缓解了这些材料难加工的局面。

当前，工业发达的国家已将这些新材料的研究成果迅速地应用到了制造行业，从而提高了生产率，特别是欧美和日本。我国虽然在这方面有了长足的进步，但是在提高和应用上存在着相当大的差距。面对21世纪的挑战，人造金刚石、人造CBN等超硬材料必将发挥出巨大的作用，人们可以拭目以待。

2 金刚石、超硬材料的特性与作用

天然单晶金刚石是世界上最硬的物质，所以作为磨料和切削工具，其性能是无与伦比的，以金刚石车刀为例，其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜，SEM，也无法检测，直到现在还没有一种材料能取而代之，利用它来切削加工，往往可以直接获得镜面，当前被广泛地应用于仪表、电子、光学等领域，成为不可缺少的切削工具的材料，但是因成本昂贵，刃磨需要高超的技艺，所以一直妨碍其广泛的应用。

超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域。

天然单晶金刚石，由于具有各向异性，因此各晶面的硬度相差甚大，在刀具刃磨时，

择其软的一面作为研磨面，而将其硬的面作为前刀面或后刀面，这给研磨带来了有利的条件，因其各向异性，所以在使用中，必须考虑到晶面的合理选择，例如，硬度计的压砧，在使用中，利用压入或弹跳来衡量被测材料的硬度，但由于工作面的硬度不同，结果也各异，当然采用硬的面，有利于延长寿命，又如天然金刚石制造的拔丝模，由于孔的工作面由各晶面构成，因此硬度不一致，磨损便不均匀，同时会给线材的圆截面造成应力差异，硬度不匀，而影响使用，金刚石烧结体和厚膜金刚石，由于各向同性，在这类产品上运用就变得非常有利。

PCD、PCBN,因其晶粒不同，浓度不同，性能也就不同，必须合理选择。

厚膜金刚石是纯金刚石，其硬度接近天然金刚石，而PCD、PCDN是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成，因此硬度受到结合剂的影响，其硬度不如前者。

众所周知，金刚石与铁系有亲和力，只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000℃的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。已成为未来难加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。

金刚石切削工具的高精度刃磨需要高超的技艺，为了获得更高精度的切削刃口圆弧半径，特别是精度小于0.05µm以下的，对研磨机提出了相当严格的要求，必须有极高回转精度的主轴轴系，老式研磨机已不适应，更多的开始采用空气轴承作为支承，研磨盘必须能在机床上加以修平，使其端面跳动控制在 0.5µm以下。PCD和PCBN的刃磨相对而言比较容易，因为硬度相对比较低，用金刚石砂轮就能胜任，而厚膜金刚石

则不同，其硬度接近天然金刚石，并且是各向同性的，所以刃磨比较困难。

近来，金刚石切削工具的刃磨已引起人们的关切，新的刃磨方案相继提出，其中热化学方法介绍颇多，如日本东京工业大学吉川昌范教授用加热到 800℃的铸铁盘来实施。在加速研磨的设想方面认为，研磨工作量的70%在粗研，所以可以用热化学方法先去除大部分的留量，然后再精研，可大幅度提高金刚石刃磨的工效。

3 金刚石及超硬材料应用中的注意事项

天然单晶金刚石

在当前的超精密加工中，天然单晶金刚石的切削工具已是必不可少。它可获得极为锋利的切削刃，其刃口圆弧半径可以达到连扫描电子显微镜 (SEM)也无法检测的程度。据日本大阪大学井川直哉教授介绍，最小可达2～4nm,这是当前的最高水平，是通过切削获得的厚为1nm的切屑推算出来的。 1986年日本专门成立了一个金刚石刀尖评价委员会，来解决刀尖的测量问题，直至今天仍然没有很好解决，只是从0.05µm提高到2～4nm。

1992年东芝机械的浅井昭一也曾提出过利用扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微镜(AFM)进行检测的建议，但是并没有再报道过，我国华中理工大学精仪系在1996年报道了用AFM取得了进展，这是可喜的成就。

金刚石切削工具的刃磨，虽已有不小的成就。但仍然是以经验为主，依旧是一个有待解决的课题。金刚石切削工具的几何参数也许是实践不足，所以迄今还有待探索。一

般其前角为0°，后角为5～6°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直°线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。据资料表明，日本大阪金刚石制作所在数年前就能达到R±0.05µm,英国则更高，达到R±0.02µm。

切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700℃，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应。

金刚石烧结体(PCD)

PCD的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。在大量涌现的新材料中，大部分都是难加工材料，如高硅铝合金，汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般，含硅量低于10%的铝合金，用硬质合金切削工具即可，但含硅量超过10%,就只能借助PCD。当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上，有的已达18%以上，所以非PCD莫属。

但是，由于PCD的种类很多，有合理选择的必要。

其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此，在应用中也必须根据被加工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。由于其具有各向同性，耐磨性比较好，加工成拔丝模甚至优于天然单晶金刚石。

PCD在国内外的生产已十分普及，但是质量有较大的差异，因此在价格上出入很大。国内曾用美国超细粒度的GE公司的刀片，在PneumoPreci～sion的SMG325超精密机床上做了切削试验，曾达到接近镜面的表面粗糙度。

立方氮化硼烧结体(PCBN)

PCBN是CBN颗粒与结合剂一起烧结而成，耐高温，硬度仅次于金刚石，与黑色金属无亲和力。从发展的角度来看，许多新材料需用PCBN来加工。比如汽车变速箱的齿轮采用了PCBN的齿轮滚刀，不仅获得高生产率，且明显的提高了质量，加工面甚至变成了镜面。据资料表明，PCBN滚切过的齿轮表面由于硼的渗入，硬度也变高。这是哈工大的实验所证实的。由于PCBN耐高温，在大气和水蒸气中，在900℃以下无任何变化且稳定，甚至在1300℃时，和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应，更不会像金刚石那样急剧磨损，这时它仍能保持硬质合金的硬度，因此，它不仅能切削淬火过的钢零件或冷硬铸铁，而且能被广泛应用于高速或超高速的切削工作上。

但是，PCBN不适于切削一般的钢件，因此。选择工具时必须注意。采购时必须考虑到其粒度、浓度。

PCBN的几何形状也有特殊性，一般切削刃需要倒棱成-30°或圆弧，以防护刀尖破损。

生产PCBN的厂商不少，国外主要的有美国的GE公司、日本的住友电气(株)、DIJET(黛杰)、英国的DeBeers等，国内主要有成都工具研究所、贵州第六砂轮厂、桂林地质研究所等。

超硬材料涂层切削工具 CVD、PVD等技术的出现，是切削工具领域中的一次重大的。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响，理想的切削工具应当是既有硬的表面，又有高的韧性，涂层技术便达到了这个目标。

最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质，如TiN、TiC、Al2O3等，近年来，涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用，许多产品相继出现在市场上，但国内尚处在实验阶段，预计也会很快突破，超硬材料涂层的发展，使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高，面对当前大量涌现的难加工材料，这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能力，前景相当喜人。

超硬材料涂层的种类共有三大类，即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的，和PCD与PCBN相比，因不含结合剂，所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。

金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的，只是薄膜而已，使用时与陶瓷涂层类同。

这里着重介绍类金刚石膜。

类金刚石碳(Diamond-LikeCarbon,简称DLC)膜具有与金刚石膜相似的优异性能，其抗摩擦磨损性能良好，且DLC膜制备工艺日趋成熟，可以在很低的沉积温度下获得大面积且表面粗糙度小的DLC膜，而金刚石薄膜则要求较高的沉积温度(约800℃～1000℃)，因此，许多基体材料受到，如高速钢，而且在大面积上沉积均

匀也比较困难，表面也粗糙。因此，DLC膜在许多场合更易获得应用，如可作磁盘的保护膜。

在涂层切削工具的使用方面，和陶瓷涂层的一样，涂层基体也必须作很好的处理。一般基体的硬质合金为YG8,其预处理工艺首先用W1金刚石微粉抛光，再进行表面脱钴15min,脱钴液为1:3水溶液，然后在丙酮中超声波清洗10min。基体在涂复之前，清洗的工作极为重要。如果是切削工具，在刃磨中必须保证不能退火。

由于超硬材料涂复的技术历史尚短，还处在发展之中。相信它也会和陶瓷涂层技术一样，会更加完善。

厚膜金刚石

金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速，形成了“金刚石薄膜热”。在这十多年内，气相合成的方法发展到二十多种，一般沉积的速度每小时只1～2µm,如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了100µm/h以上，最高达到930µm/h。我们称之为厚膜金刚石。我国东方天地金刚石研究所成功地掌握了这门技术，最大的沉积厚度达到了2.3mm。现在已商品化，进入了国际先进行列。

厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂，是纯金刚石，所以它的硬度高得多，与天然金刚石不同，它具有各向同性，成本低，因此在许多方面将取代PCD。用作拔丝模将是均匀磨损，因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高，在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能，因此颇受超精密领域的重视。

总之，金刚石和超硬材料的发展，对各种工业的发展将起到巨大的推动作用，前景十分广阔。

4 问题与展望

每一种切削工具材料在发展中都会出现一些异常，因此必须不断探索和研究。

每一种材料均有不同的特性，在使用中应当根据工具和被加工材料的特性，甚至加工条件来选择合理的加工方法。

众所周知，金刚石是世界上最硬的物质，作为切削工具是很理想的材料，所以现在应用相当广泛。但是它与黑色金属有亲和力，并且在700℃左右，会发生石墨化现象，金刚石的磨损便会加速，所以只适合于切削有色金属和非金属材料。但是人们一直在努力打破这种禁区，比如美国LLNL国家实验室 Cassteven教授曾采用富有碳的环境，直接切削黑色金属，有一定的效果；我国哈工大采用液氮喷淋；以超低温切削黑色金属。也同样取得一定的效果，最近有人认为含一定量硼的金刚石有可能切削黑色金属，总之在不久的将来，是有可能会有所突破的。

超硬材料涂层的切削工具出现比陶瓷涂层的早，但仍有许多问题待解决，特别是粘接力的强弱，它直接影响到切削工具的寿命。在陶瓷涂层的方面也有这类问题的发生，如切削工具在涂前的洁净处理；又如切削工具的刃磨中，不容许刃口退火，不容许留有毛刺，也有采用多涂层的办法来解决，但是在超硬涂层方面还有待新的发展。

陶瓷涂层技术的诞生，是切削工具材料的重大发展，而超硬材料涂层的再次突破，使几乎所有的切削工具向更理想的领域靠拢。

PCD和PCBN是当前应用比较普遍的切削工具，其技术的发展仍然受到重视，比如国外的产品，在制造中，用电火花线切割将坯料直接切成规定的形状，但是国产的坯料只能先将其硬质合金部分切开，然后切其余部分。一般这类切削工具所能达到的表面粗糙度较低，而应用美国GE公司的细粒度刀片，则可以接近镜面，主要原因是晶粒粒径超细化。其界面增大，能获得更平滑的切削刃。

厚膜金刚石的合成是一次切削工具材料的突破，它的出现将会更多地提供取代当前超精密加工领域中应用的天然金刚石的可能性，这不仅因为它的性能与天然金刚石接近，而且它的成本低。对金刚石矿藏稀少的国家来说，展示了很好的前景。

金刚石沉积的基体在沉积之前，须经过认真的清洗。如果是硬质合金，一般采用的是钴基硬质合金，它影响金刚石合成时的核发生密度，密度低，的则沉积质量明显差，涂层的粘接力就低。所以必须采取腐蚀的办法去除表层的钴。

因为钴在和基材的界面上沉积时，会生成石墨等非金刚石物质和气孔。很多碳扩散在钴中，又会成为界面上龟裂生成原因。含钴的WC烧结的热膨胀系数为5×10-6/～6×10-6/℃，比金刚石的3.1×10-6/℃大，所以℃合成时，冷却到常温，又会成为产生残余应力的原因。

从这些情况分析，要提高含钴的硬质合金上沉结金刚石的粘结力，仍然是一个值得探索的课题。最近日本东京工业大学吉川昌范教授提出，采用放电烧结法，可能制造出

不含钴的WC粉末烧结体，使其沉积的粘结力明显提高，并且其沉积的金刚石粒径也小，这都表明沉积的技术正在向更高层次发展。

人工合成大颗粒单晶金刚石业已突破，但成本仍然很高，还有待发展。

总之，超硬材料的发展必将引发机械制造的巨大变革，对21世纪无疑将会作出更大的贡献。

原生金刚石是在地下深外处(130—180Km)高温(900—1300℃)高压(45—60)×108Pa下结晶而成的，它们储存在金伯利岩或榴辉岩中，其形成年代相当久远。南非金伯利矿，橄榄岩型钻石约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁；而奥大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，榴辉岩型的钻石虽说年轻，也分别已有15.8亿年和9.9亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徒淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿，后者形成的则为冲积矿。这些矿体历经艰辛开采后，还需经过多道处理遴选，才可从中获怪毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯，而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过，要得到1ct重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。

已知现今世界上只有三十余个国家和地区产钻石，且分布极不均匀，主要集中在澳洲、非洲，次为亚洲和南美洲。其中澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联和南非为世界上五大钻石生产国，占全球钻坯供应量八成有多。

我国钻矿开发虽有着较长历史，清道光年间湘西桃源、常德一带、山东郯城区都先后发现过钻石。20世纪中叶湖南还找到过钻石砂矿。然而，钻石原生矿床60—70年代仅在辽宁瓦房店、山东蒙阴和贵州东部地区发现。

物以稀为贵。综观当今世界，钻石分布范围小，产量低。加之开采困难，自然钻石就更显弥足珍贵了。一颗钻石，从孕育于地壳岩浆之中至佩戴于您的手上，辗转周游万里，途经数百人之手，个中开采、加工艰辛复杂，做成精致的饰品更是艺术的创造，最后又经您慧眼上识，佩戴，才再度炫耀于世，因此，这是一种何等奇特的福缘! 什么是人造金刚石

钻石由金刚石加工琢磨而成，是珠宝中的贵族，它通明剔透，散发着清冷高贵的光辉，颇有“出淤泥而不染”的气质。天然金刚石的形成和发现极为不易，它是碳在地球深部高温高压的特殊条件下历经亿万年的“苦修”转化而成的，由于地壳的运动，它们从地球的深处来到地表，蕴藏在金伯利岩中，从而被人类发现和开采。

金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝，在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探；由于导热率高、电绝缘性好，可作为半导体装置的散热板；它有优良的透光性和耐腐蚀性，在电子工业中也得到广泛应用。18世纪末，人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为了许多科学家的光荣与梦想。

一个世纪以后，石墨 ——碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过程，让石墨在超高温高压的环境下转变成金刚石。为了缩短反应时间，需要2 000 ℃高温和5.5万个大气压的特殊条件。

1955年，美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备，得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体，从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河，现在他们的

年产量在20吨左右；不久，杜邦公司发明了爆炸法，利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温，也获得了几毫米大小的人造金刚石。

金刚石薄膜的性能稍逊于金刚石颗粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是数一数二，仅5微米厚的薄膜，寿命也比硬质合金钢长10倍以上。我们知道，唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力，同时要求极长的耐磨寿命，只要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜，它就可以轻松上阵了。如果在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜做耐磨涂层，可以大大扩展其用途，开发性能优越又经济的产品。 更重要的是，薄膜的出现使金石的应用突破了只能作为切削工具的樊篱，使其优异的热、电、声、光性能得以充分发挥。目前，金刚石薄膜已应用在半导体电子装置、光学声学装置、压力加工和切削加工工具等方面，其发展速度惊人，在高科技领域更加诱人。