摘要： 人造聚晶金剛石複合片刀具(PCD)，是20 世紀60 年代發展起來的一種超硬刀具。它具有僅次於天（tiān）然金剛石的硬度和耐磨性、低的摩擦係數、高的導熱性、低的線膨脹係數和高的複合抗彎強度（dù）， 而應用於高速切（qiē）削各種有（yǒu）色金屬、非金屬。其刀具耐用度是硬質（zhì）合金的幾十至幾百倍。
我國在60 年代就成功的研製出人造（zào）金剛（gāng）石。又在此基礎上， 用高溫、高壓技（jì）術在硬質合金基體上燒結一層聚晶金剛石， 兩者（zhě）形成一體的刀坯。這樣就將（jiāng）金剛石的高（gāo）硬度高耐磨性和硬質（zhì）合（hé）金的韌性結合在一起。這種刀片稱人造聚晶金剛石複合片，簡稱為PCD。
二、人造聚晶金剛石複合片的性能與切削特點：
1．硬度為HV7500 ～ 9000，僅次於天然金剛石，而且（qiě）它的（de）硬（yìng）度和（hé）耐磨性在各方向一致，不需（xū）選向。它（tā）的強度由於有韌性較高的硬質合金支撐，其複合抗彎強度σbb可達1500Mpa 。
2．具有很高的（de）耐磨性（xìng），其耐磨性一般為（wéi）硬（yìng）質合（hé）金的60～ 80 倍。在（zài）切削硬度較高的(HV>1500)非金屬材料時，其刀具耐（nài）用度極高。
3．具有較低的摩擦係數，金剛石與有色金屬的（de）摩擦係數為0.1～ 0.3，而硬質合金與有色金屬的摩擦係數是0.3～ 0.6，這樣用PCD 刀具時，可降低切削力和切削溫度約1/2～ 1/3 。
4．具有很（hěn）高（gāo）的（de）導熱性，金剛石的導熱係數為146W/m.k ，是硬質合金的1.5～ 7 倍，可以大大的降（jiàng）低切削區的溫度，提高刀（dāo）具耐用度。
5．金剛石的線膨脹係數很小(0.9 ～ 1.18 ×10-6mm/mm. ℃ )，約為一（yī）般鋼(11 ×10-6mm/mm. ℃ )的1/10。而且由於刀刃鋒利，已加工表麵冷硬現（xiàn）象小(6 μm左右)，為硬質合金刀具的1/3 左右（yòu），所以加（jiā）工精度好。
6．由（yóu）於（yú）聚晶層晶粒直徑一般約為2～ 0.5 μm，它的刃口鋒利程度不（bú）如天然金剛石刀具， 所以（yǐ）加工精度低於天然金剛石刀具，隻（zhī）能達到表麵（miàn）粗糙度Ra0.2～ 0.05 μm．但（dàn）它還可以製成尺寸較（jiào）大的刀片，用於成形加工。
三、PCD 的應用（yòng）
PCD 刀具主要用於高效切削有色金屬和非金（jīn）屬。如鋁和鋁合（hé）金、銅和銅合金、硬質合金、工程陶瓷、石墨、塑料、橡（xiàng）膠、層板、矽橡膠、巴氏合金、各種複合材（cái）料、玻璃（lí）鋼等。特別在汽車製造業、航天、航空、造船、發動機製造行業，可得到廣泛的應用。
1．在矽鋁合金切削（xuē）加工（gōng）中的應用： 美、英、德等國， 采用PCD 刀具加工矽（guī）鋁合金(含矽（guī）量9～ 18％ )的汽車活塞、傳動箱、氣缸、船用發動機等零件，切削速度Vc=173 ～ 1098m/min ，其（qí）刀具壽命為硬質合金刀具壽命的50～ 450 倍；是（shì）單晶金剛石刀具的2～ 5 倍。刀具成本為硬質（zhì）合金的1/5 ～1/6。
2．在銅合金（jīn）切削加工中的應用：用PCD 刀具加工整流子（zǐ）、連杆套、泵（bèng）體、滑動軸承和閥體等零件，切削速度Vc=200 ～ 750m/min ,刀具壽命是（shì）單（dān）晶金剛石刀的1.5～ 60 倍，是硬質合金刀具的300 倍（bèi）。可省去大量的磨刀（dāo）和換刀時間。
3．在複合（hé）材料加工中的應用： 采用PCD 刀具切削玻璃纖維增強（qiáng）複合材料， 其刀具耐用度（dù）是硬質合金刀具的1/20 ，並且加工精度（dù）比硬質合金高。
4．在鈦合金切削中的應用：用它切削鈦合金的（de）效果非常顯著，其刀具耐用（yòng）度為硬質合金刀具的1000 多（duō）倍。而且它與鈦合金（jīn）的相互擴散（sàn）最小。
5．在切削硬質合金（jīn）中的應用：用PCD 刀具采用Vc=28 ～56m/min ，ap=0.5mm ， f=0.1 ～ 0.3mm/r車削模具用硬質合金(YG15 、YG20) ，效率比磨削高許多倍。
6．在切削砂輪中的應用： 用PCD 刀具車削硬度為（wéi）HV1800 ～ 2450 剛玉類各（gè）種結合劑的（de）砂輪幾百個，其刀具磨耗（hào）體積與砂輪（lún）切除體積比例（lì）為1/1350 萬。較傳統的刀碗車削效率高幾十倍，且噪（zào）音沒有，粉塵也小。
7．在（zài）砂輪整修中的應用：用PCD 刀（dāo）片製作成如圖所示的休整工具，來修整磨（mó）刀機上的砂輪，具有修整效率高，砂輪（lún）修除量小，被修整砂輪表麵跳動小而平整，受到社會上的歡迎。
PCD 刀具的性（xìng）能特點
金剛石刀具具有硬度（dù）高、抗壓強（qiáng）度高、導熱性及耐磨性好等特性， 可在高速切削（xuē）中獲（huò）得很高的加工（gōng）精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個價電子按四麵體結構成鍵，每個碳原子（zǐ）與四個相鄰原子形成共價鍵，進而組成金剛石結構， 該結構的結合（hé）力和（hé）方向性很強， 從而使金剛（gāng）石具有極高硬度（dù）。由於（yú）聚晶金（jīn）剛石（ PCD ）的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體（tǐ），雖然加入了結合劑，其硬度及耐磨性仍低於單晶金剛石。但由於（yú）PCD 燒結體（tǐ）表現為各向同性，因此不易沿單一解（jiě）理麵裂開。
PCD 刀具材料的主要性能指標：
① PCD 的硬度可達8000HV ，為硬質合金的80 ～120倍；
② PCD 的（de）導熱係數為700W/mK ，為（wéi）硬質合金的1.5 ～ 9 倍，甚至（zhì）高於PCBN 和銅，因（yīn）此PCD 刀具（jù）熱量傳遞迅速；
③ PCD 的摩擦係數一般僅為0.1 ～ 0.3（硬質（zhì）合金的摩擦係（xì）數為0.4 ～1），因此PCD 刀具可（kě）顯著減小切削力；
④ PCD 的熱膨（péng）脹係數僅為0.9 ×10 -6 ～1.18 ×10-6，僅相當於硬質合金的1/5 ，因此PCD 刀具熱變形小，加工精度高；
⑤ PCD 刀具與有色金屬和非金屬材料間（jiān）的親和力很小，在加工過（guò）程中切屑不易粘結在刀（dāo）尖上形成積屑瘤.
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