本文介紹了我國(guó)超硬材料的發(fā)展及在機(jī)械加工中的應(yīng)用情況。說(shuō)明了人造金剛石、立方氮化硼的性能特點(diǎn)、適用范圍及應(yīng)用于機(jī)械加工的實(shí)例，指出了進(jìn)一步加強(qiáng)超硬材料制品研究開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用的重要性。
一、概 述
人造金剛石和立方氮化硼（CBN）統(tǒng)稱(chēng)超硬材料。1963年鄭州磨料磨具磨削研究所在兄弟院所的通力協(xié)作下，研制成功我國(guó)第一顆人造金剛石，1966年完成中間試驗(yàn)并投入批量生產(chǎn)，當(dāng)年生產(chǎn)人造金剛石10000克拉。同年，該所又研制成功我國(guó)第一顆立方氮化硼（CBN）。從此我國(guó)具有了批量生產(chǎn)超硬材料的能力。
我國(guó)超硬材料從誕生到八十年代末，產(chǎn)量增加緩慢，經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有，不斷完善生產(chǎn)工藝和逐步提高產(chǎn)品質(zhì)量的階段。八十年代末，隨著中國(guó)石材加工業(yè)需求的急劇增長(zhǎng)，超硬材料進(jìn)入了高速發(fā)展階段，1997年年產(chǎn)量達(dá)到5億克拉左右，已躍居世界超硬材料生產(chǎn)大國(guó)之首。
金剛石是世界上已知的最硬物質(zhì)，并具有高導(dǎo)熱性、高絕緣性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高溫半導(dǎo)體特性等多種優(yōu)良性能，可用于高效優(yōu)質(zhì)加工鋁、銅等有色金屬，非凡適合于加工硬脆非金屬材料。立方氮化硼是硬度僅次于金剛石的超硬材料，具有高硬度、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，非凡適合于加工硬、韌、難加工的金屬材料。金剛石和立方氮化硼還具有良好的紅外透過(guò)性和較寬的禁帶寬度，近年來(lái)已作為功能材料制作透明窗口、高溫半導(dǎo)體等高技術(shù)產(chǎn)品，廣泛用于電子、航天等尖端工業(yè)領(lǐng)域。
超硬材料除少部分直接用于研磨、拋光、涂層等工藝外，絕大部分制成各種工具用于不同的工業(yè)領(lǐng)域（見(jiàn)表1）。
表1 超硬材料制品的種類(lèi)及應(yīng)用領(lǐng)域
| 產(chǎn)品種類(lèi) | 鋸片 | 砂輪 | 刀具 | 燒結(jié)體 | 薄壁鉆 | 電鍍制品 | 珩磨條精 磨片油石 |
磨盤(pán)磨 輥磨輪 |
滾輪 |
| 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 |
石材 | 機(jī)械 | 汽車(chē) | 拉絲 | 建材 | 石材 | 機(jī)械 | 石材 | 普通砂輪 |
| 建材 | 汽車(chē) | 摩托車(chē) | 機(jī)械 | 建筑 | 機(jī)械 | 電子 | 建材 | 超硬砂輪 | |
| 建筑 | 摩托車(chē) | 機(jī)床 | 石油 | 裝修 | 寶石加工 | 工量具 | 玻璃 | ||
| 裝修 | 硬質(zhì)合金 | 軸承 | 地質(zhì) | 公路 | 半導(dǎo)體材料 | 玻璃 | 耐火材料 | ||
| 玻璃 | 玻璃 | 工具 | 煤炭 | 機(jī)場(chǎng) | 油泵油嘴 | ||||
| 陶瓷 | 木材 | 木材 | 石材 | ||||||
| 耐火材料 | 石材 | 水泥制品 | 耐火材料 | ||||||
| 公路 | 復(fù)合片 | 工程 | |||||||
| 機(jī)場(chǎng) | 家電 | 雕刻 | |||||||
| 雕刻 |
二、我國(guó)超硬材料的發(fā)展
1．人造金剛石
我國(guó)第一個(gè)人造金剛石及其制品的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠——第六砂輪廠于1969年投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)人造金剛石進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)階段。1970年我國(guó)人造金剛石產(chǎn)量為46萬(wàn)克拉，1980年產(chǎn)量達(dá)到450萬(wàn)克拉，10年間增長(zhǎng)了近10倍；1990年產(chǎn)量為3500萬(wàn)克拉，比1980年又增長(zhǎng)了約8倍。進(jìn)入九十年代后，我國(guó)金剛石生產(chǎn)進(jìn)入了迅猛發(fā)展時(shí)期（見(jiàn)圖1）。這種發(fā)展勢(shì)頭主要受石材加工行業(yè)蓬勃發(fā)展的帶動(dòng)，此外，鉆探及切削用PCD復(fù)合片和磨削用金剛石砂輪的大量使用也起到了較大推動(dòng)作用。我國(guó)1990～1997年間人造金剛石產(chǎn)量增加了14倍，成為世界人造金剛石生產(chǎn)大國(guó)，也推動(dòng)了石材、玻璃、耐火材料、地質(zhì)鉆探等行業(yè)的發(fā)展，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。