PCD刀具應(yīng)用綜述

聚晶金剛石（Polycrystalline Diamond，簡稱PCD）是一種金剛石和硬質(zhì)合金組成的復(fù)合材料，通常是通過將添加一定量結(jié)合劑的金剛石粉末與硬質(zhì)合金基體組裝在一起，然后在超高溫高壓條件下燒結(jié)制得的。

PCD有極高的耐磨性和硬度、低摩擦系數(shù)、高導(dǎo)熱率等特點(diǎn)，使得PCD刀具可以實(shí)現(xiàn)高速、高效和高精加工，在航空航天、汽車、電子、木材以及石材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

1.PCD的性能特點(diǎn)

（1）高硬度和耐磨性

PCD具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性及耐磨性好的特點(diǎn)，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。PCD刀具的此種特性是由金剛石晶體狀態(tài)決定的，該結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的結(jié)合力和方向性，從而使金剛石具有極高硬度。

（2）各向同性、無解理面

PCD是由微米級或亞微米級金剛石小顆粒通過一定方法合成的聚合體，顆粒無序堆積的混亂性導(dǎo)致其各向同性，可在切削工件時發(fā)揮最好的性能，而不需要選擇方向，同時也不易沿單一解理面裂開，優(yōu)化了力學(xué)性能。

（3）高加工精度

PCD刀具具有較低的熱膨脹系數(shù)和很高的彈性模量，因而在切削過程中刀具不易變形，同時可以減小切削力和降低切削溫度，提高刀具耐用度和切削率，從而獲得良好的加工表面。

（4）低摩擦系數(shù)

PCD具有較低的摩擦系數(shù)，與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，不僅可以降低變形和切削力，而且在切削加工中不產(chǎn)生積屑瘤，大大降低了加工工件表面的粗糙度。

（5）高導(dǎo)熱率

PCD的導(dǎo)熱率很高，比銀、銅還要好，比一般硬質(zhì)合金高得多，因此在切削過程中容易散熱，切削溫度較低。

2.PCD的應(yīng)用

（1）PCD在汽車和航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

PCD刀具在汽車領(lǐng)域主要用于加工發(fā)動機(jī)活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱等。由于這些部件材料含硅量較高（10%以上），對刀具的使用壽命要求高，而PCD刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的1-50倍，可保證零部件尺寸的穩(wěn)定性，并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面質(zhì)量。

在航空航天領(lǐng)域，采用PCD刀具加工鋁合金（AlSi2）缸蓋，切削速率較高，且刀具壽命比硬質(zhì)合金提高約20倍，工件的表面質(zhì)量也大大提高。

（2）PCD在木材加工行業(yè)中的應(yīng)用

木材加工也是PCD刀具應(yīng)用的重要領(lǐng)域。隨著人工合成板材（中密度纖維板、刨花板及復(fù)合地板等）的飛速發(fā)展，加速了對超硬刀具的需求，使PCD刀具逐步替代了傳統(tǒng)木工刀具在市場中的地位。

強(qiáng)化復(fù)合地板最外層的Al2O3對硬質(zhì)合金刀具的磨損很大，利用PCD刀具能夠有效地解決這個問題。因此，PCD在木工行業(yè)的主要市場是強(qiáng)化復(fù)合地板和高硬度纖維板的加工。

（3）PCD在電子加工行業(yè)中的應(yīng)用

電子行業(yè)中對電氣印刷板制作的要求越來越高，一般刀具在使用中會有毛邊，影響電氣元器件的安裝定位，且整張印刷板不美觀；硬質(zhì)合金刀具在加工中，壽命短、加工速度慢、效率低、加工精度差。采用PCD刀具，加工效率高，加工成本低，應(yīng)用比較廣泛。

（4）PCD在玻璃切割加工行業(yè)中的應(yīng)用

PCD制成的刀輪主要用于電子產(chǎn)品的液晶屏的高精度、高品質(zhì)切割，同時可以切割建筑用和汽車用玻璃。芯棒與刀輪均為PCD材料，具有加工精度高、耐磨損、一致性好的優(yōu)點(diǎn)，同時使用壽命高，是普通玻璃刀和硬質(zhì)合金玻璃刀輪的理想替代品。

（5）PCD在復(fù)合材料行業(yè)中的應(yīng)用

采用PCD刀具加工玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其刀具壽命是硬質(zhì)合金刀具的60倍左右，單件加工成本為硬質(zhì)合金刀具的1/20，且加工精度比硬質(zhì)合金高。

PCD因其良好的加工質(zhì)量和加工經(jīng)濟(jì)性在非金屬材料、有色金屬及合金、復(fù)合材料等領(lǐng)域顯示出獨(dú)一無二的優(yōu)勢。如果實(shí)現(xiàn)高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的雙替代，PCD刀具市場空間將更加巨大。