Hạt dao hỗn hợp cacbua và kim cương đa tinh thể (PCD/CC)
PCD/CC là loại kim cương được sử dụng rộng rãi nhất để gia công composite nền kim loại. Nó được hình thành bằng cách thiêu kết hoặc ép một lớp kim cương đa tinh thể PCD có độ dày {{0}}.5-1mm trên bề mặt của chất nền cacbua xi măng có độ bền và độ dẻo dai tốt. Độ bền uốn của lưỡi composite này về cơ bản giống như của cacbua xi măng, và độ cứng của bề mặt làm việc gần bằng PCD kim cương đa tinh thể rắn, và khả năng hàn tốt, mài lại dễ dàng và chi phí là thấp. Hạt dao cacbua vonfram kim cương đa tinh thể điển hình là phẳng hoặc dạng tấm, sau đó được cắt bằng laze theo hình dạng và kích thước mong muốn của hạt dao. PCD/CC thường được hàn hoặc kẹp bằng máy, và được chế tạo thành nhiều dụng cụ cắt khác nhau như tiện, khoan, phay, đục lỗ, doa, khoét và cưa. Hiệu suất của PCD/CC có liên quan đến kích thước của hạt kim cương. De Beers sản xuất hạt dao PCD với các loại 002, 010 và 025, với kích thước hạt trung bình lần lượt là 2µm, 10µm và 25µm. Kích thước hạt càng lớn, khối lượng kim cương tổng hợp càng cao, khả năng chống mài mòn càng tốt và tuổi thọ của dụng cụ càng dài, nhưng chất lượng của lưỡi cắt kém hơn một chút, gây khó khăn cho việc chế tạo dụng cụ có độ chính xác cao. Ngược lại, các công cụ hạt mịn có bán kính lưỡi cắt cùn (thường là 1-2 công cụ PCD) và chất lượng bề mặt gia công tốt. Do đó, các hạt tinh thể đa tinh thể được tinh chế liên tục và có các tinh thể mịn với 1 axit hoặc thậm chí dưới 0,5 axit. Để đạt được mục tiêu này, tuổi thọ của dụng cụ và chất lượng của bề mặt gia công cần được xem xét toàn diện để chọn loại hạt dao composite kim cương đa tinh thể và hạt dao composite cacbua xi măng thích hợp.
kim cương CVD
Kim cương CVD là vật liệu kim cương nguyên chất có độ bền mài mòn cao, không có chất kết dính, được điều chế ở áp suất thấp (<0.1MPa). CVD diamond comes in two forms: CVD thin film coating (CD) and CVD thick film (TFD).
CD được hình thành bằng cách lắng đọng một lớp kim cương giống như màng có độ dày dưới 50µm (thường là 10 ~ 30µm) bao gồm các đa tinh thể trên đế cacbua xi măng (thường được gọi là hợp kim loại K) bằng quy trình CVD (lắng đọng hơi hóa học) . Quá trình sử dụng đã chỉ ra rằng các dụng cụ phủ kim cương CD không thích hợp để gia công vật liệu tổng hợp ma trận kim loại, vì các hạt cứng trong vật liệu tổng hợp có thể ăn mòn lớp phủ trên bề mặt dụng cụ trong một thời gian ngắn.
TFD là lắng đọng một màng dày kim cương không có chất nền với độ dày lên tới 3-5mm, sau đó cắt màng dày thành các mảnh nhỏ có hình dạng nhất định theo nhu cầu, sau đó hàn nó trên cacbua xi măng để tạo thành một lưỡi tổng hợp hoặc công cụ.
TFD có hiệu suất toàn diện tốt, nó không có nhược điểm về tính dị hướng của kim cương tự nhiên, vì không có liên kết kim loại, hàm lượng tạp chất thấp và độ tinh khiết gần 100%, do đó độ cứng và độ dẫn nhiệt cao hơn PCD , hệ số ma sát nhỏ hơn, độ ổn định hóa học tốt hơn và hiệu suất của vật liệu tổng hợp ma trận kim loại khá tốt.
Hiển thị là các đường cong mài mòn của dụng cụ cho 40% SiCP A356MMC với hai viên kim cương, PCD và TFD. Các điều kiện cắt được sử dụng trong thử nghiệm ở Hình 2 là: tốc độ cắt 400m/phút, tốc độ chạy dao 0,05 mm/r, lượng cắt ngược (độ sâu cắt) 0,5 mm và chất lỏng cắt. Có thể thấy từ Hình 2 rằng TFD kim cương màng dày là tốt nhất để xử lý vật liệu tổng hợp ma trận kim loại 40% SiCP; PCD025 là thứ hai và PCD002 có tuổi thọ dao thấp nhất. Bảng 1 cho thấy các thông số cắt do De Beers đề xuất để gia công vật liệu tổng hợp ma trận kim loại với hạt dao SYNDITE 025 cấp kim cương đa tinh thể. Nghiên cứu cho thấy khi tốc độ cắt tăng và tốc độ chạy dao giảm thì giá trị Ra của độ nhám bề mặt gia công sẽ giảm, trong khi lượng dao cắt ngược không ảnh hưởng đáng kể đến Ra. Do đó, khi hoàn thiện, tốc độ cắt sẽ lấy giá trị lớn hơn trong Bảng 1 và tốc độ nạp sẽ lấy giá trị nhỏ hơn.
Việc gia công vật liệu tổng hợp ma trận kim loại bằng kim cương có thể là cắt khô hoặc cắt ướt. Tuy nhiên, do kim cương có độ ổn định nhiệt thấp nên nó sẽ bị carbon hóa (tức là graphit hóa) ở 700-800 độ C, điều này sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của dụng cụ. Nếu chất lỏng cắt được sử dụng để cắt ướt, nhiệt độ cắt có thể giảm và tuổi thọ của dụng cụ có thể tăng lên. Tuy nhiên, trước khi dụng cụ cắt vào phôi, chất lỏng cắt phải được đổ cho đến khi quá trình cắt hoàn thành. Chất lỏng cắt phải được cung cấp liên tục, không ngắt quãng, nếu không sẽ dễ làm cho dụng cụ bị hỏng hoặc sứt mẻ. Tương tự như vậy, trong quá trình cắt, cần tránh dừng hoặc thay đổi lượng cắt càng nhiều càng tốt.