隨著汽車、航空和航天技術的飛速發展，對材料性能及加工技術（shù）的（de）要求日益提高。新型材料如碳纖（xiān）維增（zēng）強塑料、顆粒增強金屬基複合材（cái）料（PRMMC）及陶瓷材料得到廣泛應用（yòng）。這些材料具有（yǒu）強（qiáng）度高、耐磨性好、熱膨脹（zhàng）係數小等（děng）特（tè）性，這決定了（le）對它們進行機加工時刀具的壽命非常短。開發新型耐磨且穩定的超硬切削刀具是許多高校（xiào）、科研院所和企業研究的課（kè）題。
金剛石集力學、光學、熱學、聲學、光（guāng）學等眾多優異性能於一身，具有極高的硬度，摩擦係數小，導熱性（xìng）高，熱膨脹係數和化學惰性低，是製造刀具的理想材料。本文對近年來金（jīn）剛石刀具製造方法的發展作一概述。
1．金剛石刀具的應用（yòng）範圍
（1）難加工有色（sè）金屬材料的加工
加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其（qí）合金時，材料易粘（zhān）附刀具（jù），加工困難。利用金剛石摩擦係數低、與有色（sè）金屬親和力小的特點，金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發生粘結。此外，由於金（jīn）剛石彈性（xìng）模量大，切削時刃部變（biàn）形小，對所切削的有色金屬擠壓變形小，可使切削過程在小變形下完成，從而可以（yǐ）提高（gāo）加工表麵質量（liàng）。
（2）難加工非金屬材（cái）料的加工
加工含有大量高硬度質點的難加（jiā）工非金屬（shǔ）材料，如玻璃纖維增強塑（sù）料、填矽（guī）材料（liào）、硬質碳纖維/環氧（yǎng）樹脂複合材料時，材料的硬質點使刀具磨損嚴重，用硬質合金刀具難以加工，而金剛石刀具硬度高（gāo）、耐磨性好，因此加工效率（lǜ）高。
（3）超精密加工
隨著現代集成技術（shù）的問世，機加工向高精度方向（xiàng）發展，對刀（dāo）具性能提出了相當高的要求。由於金剛石摩擦係數小、熱膨脹係數低、導熱率高，能（néng）切下極薄的切屑，切屑容易流出，與其它物質的親和力小，不易產生積屑瘤（liú），發熱量小，導熱率高，可以避免熱量對刀刃（rèn）和工件的影響（xiǎng），因此刀刃不易鈍化，切削變形小，可以獲得較高質量的表麵。
2．金剛石刀（dāo）具（jù）的製（zhì）造方法
目前金剛石的主要加工方法有以下四種：薄膜塗層刀具、厚膜金剛石（shí）焊接刀具、金剛石燒結體刀具和單晶金剛石刀具。
2.1 薄膜塗層刀具
薄膜（mó）塗層刀具是在剛性及高溫特性好（hǎo）的集體材料上通（tōng）過化（huà）學氣相沉積法（fǎ）（CVD）沉積金剛（gāng）石薄膜製成的刀（dāo）具。
由於Si3N4係陶瓷、WC-Co係硬質合金以及金屬W的熱膨脹係與金剛石接（jiē）近，製膜時產生的熱應力小，因此可作為刀體的（de）基體材料。WC-Co係硬質合金中，粘（zhān）結相Co的存在易（yì）使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而（ér）降低附著強度，在沉積前需進（jìn）行預處理以消除Co的（de）影響（一般通過酸腐（fǔ）蝕去Co）。
化（huà）學氣相沉積法是采用（yòng）一定的方法把（bǎ）含（hán）有C源的氣體激（jī）活（huó），在極低的氣體（tǐ）壓強下（xià），使碳原（yuán）子在一定區域沉積（jī）下來，碳（tàn）原子在凝聚、沉積過程中形成金剛石相。目前用於沉積金剛石的CVD法（fǎ）主要包括：微波、熱燈絲、直流電弧噴射法等。
金剛石薄膜的優點（diǎn）是可應用於各種幾何形狀複雜的刀具，如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸（jiǎo）刀及鑽頭；可以用來切削（xuē）許多非金屬材料，切（qiē）削時切（qiē）削（xuē）力（lì）小、變形小（xiǎo）、工作平穩、磨（mó）損慢、工件不易變（biàn）形，適用於工件材質好、公差小的精加工。主要缺點是金剛（gāng）石薄膜與基（jī）體的粘接力較差，金剛石薄膜刀具不具有重（chóng）磨性。
2.2 金剛石厚膜焊接（jiē）刀具
金剛石（shí）厚膜焊接刀具的製作過程一般包括：大麵積的金剛石膜的製備；將（jiāng）金剛石膜（mó）切（qiē）成刀具需要的形狀（zhuàng）尺寸；金剛石厚膜與刀具基體材料的（de）焊接；金剛石厚膜刀具（jù）切削刃的研磨與拋光（guāng）。（1）金剛石厚（hòu）膜的製備與切割
常用的製備（bèi）金剛石厚膜的工藝方法是直流等離子體射流CVD法。將金剛石沉積到WC-Co合金（表麵進行鏡麵加工）上，在基體的冷卻過程中，金剛石膜自（zì）動脫落（luò）。此方法沉積速（sù）度快（最高可達（dá）930μm/h），晶格之間結合比較緊（jǐn）密，但是生長表麵比較粗糙。金剛石膜硬度高、耐磨、不導（dǎo）電決定了它的切割方法是激光切割（切割可在空氣、氧氣和氬氣的環境中進行）。采用激光切割不僅能將金剛石（shí）厚膜切割成所需要的形狀和尺寸，還可以切出刀具的後角，具有切縫窄、高效等優點。
（1）金剛（gāng）石厚膜刀具的焊接
金剛石與一般的金屬及其合金之間（jiān）具有很高的界麵能，致使金（jīn）剛石不能被一般的低熔點合金所浸潤，可焊性極差（chà）。目前主要通過在銅銀合金焊料中添加強（qiáng）碳化物形成元素或通過對金剛石表麵（miàn）進行金屬化處理來提高金剛石與金屬之間的（de）可焊性。
①活性釺料（liào）法
焊料一般用含Ti的銅銀合金，不加助熔劑在惰性氣體（tǐ）或真（zhēn）空中焊接。常用的釺料成分Ag=68.8wt%，Cu=26.7wt%，Ti=4.5wt%，常用的製備方法（fǎ）是電弧熔（róng）煉法和粉末冶金法。Ti作為活性元素在（zài）焊接（jiē）過程中與C反映生成TiC，可提高金剛石與焊料的潤（rùn）濕性和粘結強度。加熱溫度一般為850℃，保溫10分鍾，緩冷以減小內（nèi）應力。
②表麵金屬化後焊接
金剛石表麵的金屬化是通過表麵處理技術在金剛石表麵鍍（dù）覆金屬，使其表（biǎo）麵具有金（jīn）屬或類金屬的性能。一般是在金剛石的表麵（miàn）鍍Ti，Ti與C反應生成TiC，TiC與Ag-Cu合金釺料有較好的（de）潤（rùn）濕性和結合強度。目前常用的（de）鍍鈦方法有：真空物理（lǐ）氣相沉積（PVD，主要包括真空蒸發鍍、真空濺（jiàn）射鍍、真空離子鍍等），化學氣相鍍和（hé）粉末覆蓋燒結。PVD法（fǎ）單次鍍覆量低（dī），鍍覆過程中金剛石的溫度（dù）低於（yú）500℃，鍍層與金剛石之間（jiān）是物理附著、無化學冶金（jīn）。CVD法Ti與金剛石發生化學反應形成強力冶金結合，反應溫（wēn）度（dù）高，損（sǔn）害金剛石。
（2）厚膜金剛石刀具的刃磨
金剛（gāng）石厚膜刀具的（de）加工方法有：機械磨（mó）削，熱金（jīn）屬盤研磨，離子束、激光束和等（děng）離子體刻蝕等。
2.3 金剛石燒（shāo）結體刀具
將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工（gōng）成（chéng）平均粒度為32～37μm的金剛石晶粒或直接利用高溫高壓法製得金剛石晶粒，把（bǎ）晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co合金上，然後用Ta箔將其隔離，在5.5GPa、1500℃條件下燒結60分鍾（zhōng），製成金剛石燒結體，用此燒結體製成的車刀具有很高的耐磨性。
2.4 單晶金剛石（shí）刀具
單晶金剛石刀具（jù）通常是（shì）將金剛石單晶（jīng）固定在小刀頭上，小刀頭用（yòng）螺釘或壓板固定在車刀刀杆上。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有：機械加固（gù）法（將（jiāng）金剛石底麵和（hé）加壓麵磨平，用壓板加壓（yā）固定在小刀頭上）；粉末冶金法（將金剛石放在合金粉末中，經加壓在真空中燒結，使（shǐ）金剛石（shí）固定在小刀頭上）；粘結和（hé）釺焊（hàn）法（使用（yòng）無機粘結劑或其它粘結（jié）劑固定金剛石）。由於（yú）金剛石與基體的熱膨（péng）脹係數相差懸殊，金剛（gāng）石易鬆動（dòng），脫落。
3.結語
目前在金剛石的產（chǎn）業化中還存在一些關鍵問題函待解決（jué），如高速大麵積的金剛石厚膜沉積工藝（yì）、控製金剛石膜的晶界密度（dù）和缺陷密度、金剛石膜的低（dī）溫（wēn）生長，金（jīn）剛石薄膜與基體結合力弱等。金（jīn）剛石刀具優異的性能和廣泛（fàn）的發展前途吸引國（guó）內外無數的專家進行研究，有些已經取得了突破性進展（zhǎn），相信不久（jiǔ）的將來金剛石（shí）刀具將廣泛應用到現代加工（gōng）中（zhōng）。
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