无结合剂的纳米PCD刀具材料

    传统的多晶和单晶金刚石刀具可以有效加工用于制造塑料透镜的模具，因为此类模具是用相对较软的材料（如化学镀镍钢）制成。然而，用于制造高性能玻璃透镜（如数码相机和传感器所用透镜）的模具材料往往需要采用硬质合金。用天然或人造单晶金刚石刀具加工这些高硬材料时，由于单晶金刚石晶体结构的特性，使其很容易在某个方向上发生劈裂。而烧结制成的聚晶金刚石（PCD）刀具虽然不会发生劈裂，但却存在难以稳定达到所需加工精度的问题，而且刀具寿命也较短，这部分是因为PCD刀具需要采用金属结合剂，因此其硬度低于单晶金刚石刀具。

    PCD刀具的这些缺点意味着模具制造商需要用金刚石砂轮来磨削加工硬材料模具。这也带来了各种挑战，由于对砂轮精度要求很高，因此很难达到亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙度。此外，用小直径砂轮磨削很小的模具型腔时，只有少数磨粒参与切除工件材料，加工效率很低。

    为了克服这些障碍，日本住友电工公司开发了SumiDIA无结合剂纳米聚晶金刚石。该公司提供用这种PCD材料制作刀尖的球头立铣刀和车削刀片，而其旗下的A.L.M.T.公司则提供BL-UPC系列刀具（包括非球面端面铣刀、切槽刀具和球头立铣刀）。

    据该公司介绍，这种无结合剂的纳米PCD材料是在比人工合成单晶金刚石更高的温度和压力条件下，用粒径为几十纳米的金刚石颗粒直接牢固结合而成的单相体。它不会劈裂，而且硬度高于传统的PCD和单晶金刚石材料。

    住友电工公司用这种纳米PCD刀具在
数控车床上对含钴量12％的硬质合金工件进行了超声椭圆振动切削试验。前角为-20°的BL-UPC车刀安装在一个圆柱形支承体上，而该支承体在至少两个压电器件驱动下进行振动。采用的切削参数为：切深2μm，进给量5μm/r。最终获得了Ra 7.4nm的加工表面粗糙度，且加工后的切削刃状况优于对照组的单晶金刚石刀具。

    除了硬质合金以外，SumiDIA纳米PCD刀具还适合加工淬硬钢、玻璃、碳化硅等硬质材料。