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金刚石纵剪刀片

金刚石纵剪刀片又名钻石纵剪刀片,分为天然金刚石和人造金刚石两种,天然金刚石是地球上罕见的一种矿物质。金刚石所具有的卓越的物理、化学特性使其可广泛地应用于开采业、机械加工业、电子业、散热器、光学元件等诸多领域。天然金刚石和人造大单晶虽纵剪刀片价格昂贵,却被公认为理想的精密及超精密切削工具材料,可广泛地应用于原子核反应堆及其他高技术领域的各种反射镜、导弹和火箭中的导航陀螺、计算机硬盘基片等的加工。

据报道,早在距今6000多年前的新石器时代,中国人就已经在使用天然金刚石加工纵剪刀片饰物。然而,几千年来人类一直停留在天然金刚石的开采和使用阶段。到了公元18世纪,人们才得知金刚石是碳的一种结晶形态,与石墨同为碳的同素异构体。随后,曾有许多人进行过各种各样的试验,试图人工制造金刚石。但在理论基础匮乏以及尚无合适的高压设备条件下,试验都不可避免地以失败告终。直到20世纪中期,随着合成金刚石理论基础的不断完善,由于高压装置的出现,利用高温、高压技术研制人造金刚石的工作开始展开并取得了重大突破。如在理论方面,Rossini绘制出1200℃以下石墨一金刚石平衡曲线,使得合成金刚石所需要的压力、温庋条件趋于明朗化;在设备方面,1953年,邦迪(F.P.Bundy)、霍尔(H.L.Hall)等成功设计了年轮式( Belt)两面顶超高压装置。在这些工作的基础上,美国物理化学家霍尔于1954年利用Belt式装置,在石墨中添加陨硫铁,成功制出了第一颗人造金刚石纵剪刀片。人造金刚石一经问世,在科学研究和工业生产上便得到迅速发展。1961年.Decarli、Jamieson等在30GPa压力下首次成功使用爆炸法合成金刚石。1962年,邦迪在3000~4000K温度和12GPa压力条件下,实现了无催化剂存在时石墨向金刚石直接转变。1966年,杜邦( Dupont)等成功研究出爆炸合成金刚石的冲击一猝灭法并应用到工业生产中。同年,霍尔研制成功Mega型金刚石聚晶。1970年,温托夫等人工生长直径约6mm、质量1克拉的大颗粒宝石级金刚石获得成功。20世纪80年代以后,人造金刚石薄膜的研究掀起了热潮,金刚石纵剪刀片材料制备和金刚石涂覆技术已获得广泛应用。

目前,仅我国2004年金刚石产量就达到32.9亿克拉。人造金刚石在工业应用领域的发展史可以划分为五个阶段:①20世纪50年代是研制和初建工业阶段,美国开始小规模生产人造金刚石纵剪刀片;②20世纪60年代是开始产业化阶段,工业生产初具规模,在这期间,金刚石主要用来制作磨具,用于硬、脆材料的高精度和低表面粗糙度加工;③20世纪70年代,金刚石磨具得到迅速发展,同时,金刚石的应用范围扩展到钻探工具和切削工具;④20世纪80年代,金刚石锯切工具发展较快,金刚石锯切工具主要用于天然和人造石材加工,此外,还用于高速公路、机场跑道以及混凝土建筑构件的锯切加工;⑤20世纪90年代,金刚石等超硬材料工具进入了向高质量、低成本、多品种、专用化、系列化的目标全面大发展的新阶段,在此期间,超硬材料中各类工具的构成比,按照数量多少排列顺序为磨具(约30%)、锯切工具(约30%)、切削刀具(约15%)、钻探工具(约15%)、纵剪刀片(约10%)。

1963年,我国第一颗人造金刚石纵剪刀片研制成功,随着金刚石合成理论的发展和合成技术与设备的进步,我国金刚石工业得到了不断的发展。目前,我国金刚石品种涵盏人造金刚石单晶、烧结体、金刚石复合体、金刚石微粉,近年还发展了纳米金刚石和金刚石薄膜[最大1l0mm×(3~25)um]。粉末催化剂合成金刚石单产可达40~120克拉,新型高品级料可达SMD~SMD30。