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       【中国超硬材料网讯】11月15日，2013第六届郑州国际超硬材料及制品研讨会在郑州国际会展中心会议中心五楼大河厅隆重举行，本届研讨会由中国机床工具工业协会超硬材料分会联合国家超硬材料及制品工程技术研究中心等多家行业机构共同主办。         50年来，中国超硬材料从无到有，从小到大。中国超硬材料制品紧随行业发展潮流，抓住发展机遇，经过多年的研究实践，已开发出种类繁多的超硬材料磨削、钻进、锯切、切削等工具，广泛应用于机械制造、地质钻探、建材加工、建筑工程、半导体材料、航空航天、特种陶瓷材料、大型金属构件切割等多个工业领域，显示出替代传统工具的巨大能力，在数个应用领域取得了从弱到强的全球市场地位。本文拟通过对我国超硬材料制品技术发展的分析，指出在目前发展环境下我国超硬材料制品技术发展的机遇与挑战，展望今后行业的发展前景。

        金刚石绳锯是“柔性”切割工具，代表着锯切工具的较高级水平，近几年获得了高速的发展。金刚石绳锯是超硬材料工具中一个很小的分支，若要继续保持高速发展，需不断扩拓应用领域及将全球作为目标市场，解决金刚石绳锯及主要原材料如串珠与钢丝绳固结用橡胶的性能表征，通过实现生产自动化，提高生产效益及质量稳定性;解决绳锯中存在的钢丝绳质量及串珠结构设计等问题。

        该报告设计并制作了一种全新结构的外径只有2.0mm的超细金刚石绳锯，通过锯切大理石试验，测定锯切参数并分析计算。结果表明:锯切速度与外径8.8mm的金刚石绳锯相当，而且切割功耗小，废渣排放少，石材切割成材率提高30%以上。
        IIa型金刚石是含氮量极少的金刚石，具有最高的热导率、最高的光学透射率及最宽的光学透射波段，能够最大限度地发挥金刚石的热学、光学、机械等性能，用于对材料性能要求极高的国防及工业领域，具有宽广的应用前景。本报告研究了高温高压条件下优质大尺寸IIa型金刚石的合成技术。通过优选合金触媒成分、调整合成腔体温度场分布等，提高了合成了稳定性、金刚石晶体的质量、完整性、对称性和生长速度。

        该报告研究C—纳米葱无结合剂高压烧结PCD的可行性。研究发现，含有金刚石结构核心的C—纳米葱，在压力5.5GPa，温度1200℃，保温时间为15min的条件下，可烧结成为块体，其平均硬度约为32GPa，获得的纳米晶金刚石中含有一定数量的孪晶;同样的C—纳米葱在添加10wt%~50wt%微米金刚石，相同工艺条件下，可烧结成为PCD，其最高硬度达到71 GPa。主要原因是微米金刚石的加入在一定程度上改变了高压过程中粉体的传压状态，另一重要原因是加入的微米金刚石表面在C—纳米葱转变为金刚石过程中起到积极作用。

        淬火钢（45~68HRC）应用范围广泛，可用于动力传动机械元件、轴承和齿轮等领域。聚晶立方氮化硼(PCBN)由于其极高的硬度、良好的耐热性及高导热性，几年来在淬火钢的加工领域得到迅猛发展。本报告介绍了以淬硬钢件车削为关注点的全新PCBN牌号系列，研究重点在于延长刀具寿命、提高生产率，从而降低淬硬钢件车削应用中的零件成本。无论是在连续车削还是断续车削应用中，PCBN新牌号都展示出改善的抗月牙洼磨损能力及刀刃韧性。

        该报告对Ti3SiC2与亚微米金刚石混合粉末进行球磨，使得Ti3SiC的平均粒度从5 μm降至约20nm，并使纳米尺寸的Ti3SiC2颗粒均匀分布在亚微米尺寸的金刚石颗粒表面。在压力(强)5.5GPa，温度600~1650℃条件下，对初始材料的高压烧结行为进行了研究。X射线衍射及透射电镜分析表明，Ti3SiC2在600~700摄氏度可分解为纳米尺寸的TiC和玻璃相的Ti-Si。金刚石与Ti-Si反应最终形成Ti-Si-C固溶体。通过同时调控温度一压力条件，我们得到了纳米结构的金刚石一TiC/Ti-Si-C复合超硬材料。加载10kg(98N)条件下，采用维压痕法测得样品的最高硬度HV与断裂韧性KIC分别达到了45.SGPa和14Mpa•m1/2。

        该研究旨在开发“细胞镜检芯片模仁”。首先，设计并开发双轴式超精微CNC工具机，再于此工具机上建构线式放电研削技术，以便加工出同心且薄刃的含硼聚晶钻石轮刀。再利用此轮刀以“在线高速快浅研削技术”对NAK80模具钢进行数组微沟加工。实验证实，通过线切割放电成型，能制作出刃宽5μm的含硼聚晶钻石轮刀，并能对NAK80模具钢成功开发出宽度8μm的数组微沟。因轮刀系在线成型，故加工能以主轴原始精度进行，而获致极高稳定度之研削效能，大幅度省去复杂的校正时间。本研究亦于开发的工具机上，建构立式抛光轴，以便能在线精抛模仁表面，并移除数组微沟毛边;表面粗糙度可达0.045μm。此外，因采纳米深度研削，每道切深移除量极少，故钻石轮刀能处于常温加工，有效减缓钻石中碳原子与铁原子的亲和速度，材料移除机制仍容许轮刀以钻石结构对模具钢的铁原子进行差排剪切。
        利用自主研发的二级大腔体静高压装置，首次采用微米晶的金刚石与CBN为初始材料，合成了大块体(直径约3mm)的BCN超硬块体半透明样品，在5kg加载力下测得的样品维氏硬度(约74GPa)已在金刚石单晶(70~100GPa)的硬度范围内。我们对合成的样品进行了拉曼散射、扫描电子显微镜分析、维氏硬度测试等表征。上述工作，为推进BCN超硬合金材料的工业应用打下基础。

        该报告利用马弗炉，选用高温高压合成的不同品种立方氮化硼 (CBN)晶体，在1000℃温度条件下，进行2h高温瑕烧。采用扫描电镜、冲击韧性仪等仪器设备研究不同品种CBN晶体瑕烧前后的形貌变化和冲击韧性对比情况，结果表明不同品种CBN晶体瑕烧前后性能有明显的差别，扫描电镜观察表明，不同品种的CBN表面都有不同程度的烧伤。冲击韧性检测表明，CBN的冲击韧性TI值降低比例在9%-60%，热冲击韧性TTI值降低比例在3%-39%。
        纳米聚晶金刚石被视为新一代高性能超硬材料，不仅有金刚石单晶所具备的高硬度、高热稳定性等优良的物理化学特性，而且具有更高的韧性、各向同性、耐磨性以及可加工性，应用前景广阔。本报告介绍了利用作者所在实验室自行发展的二级大腔体静高压装置，实现了在超高压高温下由石、墨向金刚石的直接转变，在国内首次合成出了纳米聚晶金刚石块体材料。样品的合成压力约为17GPa，温度约为2300℃。对合成的样品进行了微区X射线衍射、扫描电子显微镜分析、维氏硬度测试等表征，为纳米聚晶金刚石在中国的产业化进行了开拓性的尝试。

        该报告根据六面顶压机高温高压合成特点，探讨了用六面顶压机合成大直径PCD复合片的四大关键技术，即:原材料的选择、配方和混料及净化处理、组装结构设计、高温高压烧结工艺，并分析了各关键技术对合成大直径PCD复合片的影响。通过对这四大关键技术的优化和完善，可以提高合成大直径PCD复合片的成品率和产品质量。


        通过实验研究磁控溅射镀氮化钛时各因素对镀层颜色和结合力的影响，发现溅射时电流大小、温度、偏压、真空度和氮气流量等因素对镀层影响明显。实验表明不同材料做基体时，需要的条件因素需适当改变。金属基体结合牢固，非金属结合较难。常温下，偏压250V ,真空度0.35Pa、总功率1400W时，氮气流量在5sccm是最佳镀覆条件。

        该报告通过测量不同厂家生产的磨粒级金刚石颗粒内部杂质元素的含量，作为选择金刚石微粉原材料的指导，进行特种金刚石微粉生产。对选取的磨粒级金刚石进行了TI值测试，发现不同厂家金刚石的TI值大小与某些元素的含量存在趋势性对应关系。

        该报告概述了高温高压法金刚石单晶同质外延的基本方法，介绍了合成工艺设计对最终产品的影响，有关传压介质标准粉在大单晶同质外延中的应用特点是本文的重点。

        该报告总结概括了基于密度泛函理论的第一性原理计算的理论基础与计算方法，重点阐述了材料计算在超硬材料领域中的研究现状，分类归纳了几种典型和重要的超硬材料体系，其中包括多种碳的同素异形体、硼基化合物、氮基化合物等等。大量的计算结果表明，多种新型材料的硬度指标已经超过立方氮化硼，十分接近金刚石，非常具有潜力成为新型的超硬材料。通过详细地介绍国内外材料计算在超硬材料研究中的最新进展，希望能够为将来的进一步计算研究，特别是具体合成制备实验提供理论基础帮助。
        该报告通过理论分析和依据标准对样品进行的检验验证表明，JB/T 7990-1998标准存在的主要问题是标准规定的两种检测方法粒度组成数据表征方式不一致，规定的显微镜检测方法操作麻烦。ANSI B74.20-2004标准存在的主要问题是对于2 μm以细的微粉，规定DS等于0是错误的;不允许有长宽比大于2的长棒状颗粒这一规定脱离实际情况，目前的技术和工艺难以做到;对大颗粒上界规定太大，不合理。两个标准都存在对大颗粒规定与分布宽度不相适应的问题。


        报告采用了四个体系—未添加粘结剂、金属粘结剂、陶瓷粘结剂和金属+陶瓷粘结剂的粘结剂，以WC+Co为基底，利用高温高压条件，合成PCBN。通过扫描电镜的观察以及磨耗比，显微硬度和抗弯强度等的检测，得出采用金属+陶瓷粘结剂合成的PCBN综合性能较好。而通过X光衍射相分析得出，添加的金属粘结剂Al会与CBN在高温高压下发生化学反应，生成稳定的AlB2。


        报告总结了50年来超高压技术发展的经验和教训，从矿物材料的基本性能入手，在各种规格的超高压设备上，对叶腊石实心块在不同尺寸的超高压腔体中不同压力下的流变情况进行试验，讨论叶腊石的流变行为对传压和密封的影响。


        报告以作者的亲身经历详细回顾了我国在立方氮化硼单晶功能特性研究方面取得的成果，从一个侧面显示了我国超硬材料发展的骄人成果。鼓励青年人开阔眼界，为超硬材料的全面发展贡献力量。

        报告对新型超硬材料AlMgB14的研究进展进行了综述，对AlMgB14材料的晶体结构、力学性能特性和制备方法及其增韧强化方面的研究进展进行了讨论和总结。
        高分子网络凝胶法是一种制备单组分、多组分纳米粉体以及结合剂粉体的方法。报告采用高分子网络凝胶法制备了陶瓷结合剂超细粒度金刚石砂轮，并对单晶硅片进行了磨削性能试验。结果表明:在试验磨削工艺条件下，高分子网络凝胶法制备的砂轮能够实现对硅片的磨削，硅片表面质量明显优于传统方法制备的超细粒度金刚石砂轮。

       报告根据近年来风电叶片的发展变化，简述了其加工所需的超硬工具规格类型、加工方法和工艺，并阐述了超硬工具在叶片加工中的主要作用以及存在的缺陷及改进办法。随着国家对绿色清洁能源的不断重视，预计超硬工具在风电行业中的应用将更加广泛。