本文介紹了我國超硬材料的發(fā)展及在機械加工中的應用情況。說明了人造金剛石、立方氮化硼的性能特點、適用范圍及應用于機械加工的實例，指出了進一步加強超硬材料制品研究開發(fā)及推廣應用的重要性。
一、概 述
人造金剛石和立方氮化硼（CBN）統(tǒng)稱超硬材料。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，研制成功我國第一顆人造金剛石，1966年完成中間試驗并投入批量生產(chǎn)，當年生產(chǎn)人造金剛石10000克拉。同年，該所又研制成功我國第一顆立方氮化硼（CBN）。從此我國具有了批量生產(chǎn)超硬材料的能力。
我國超硬材料從誕生到八十年代末，產(chǎn)量增加緩慢，經(jīng)歷了一個從無到有，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，隨著中國石材加工業(yè)需求的急劇增長，超硬材料進入了高速發(fā)展階段，1997年年產(chǎn)量達到5億克拉左右，已躍居世界超硬材料生產(chǎn)大國之首。
金剛石是世界上已知的最硬物質(zhì)，并具有高導熱性、高絕緣性、高化學穩(wěn)定性、高溫半導體特性等多種優(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性和較寬的禁帶寬度，近年來已作為功能材料制作透明窗口、高溫半導體等高技術產(chǎn)品，廣泛用于電子、航天等尖端工業(yè)領域。
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)領域（見表1）。
表1 超硬材料制品的種類及應用領域
| 產(chǎn)品種類 | 鋸片 | 砂輪 | 刀具 | 燒結體 | 薄壁鉆 | 電鍍制品 | 珩磨條精 磨片油石 |
磨盤磨 輥磨輪 |
滾輪 |
| 應 用 領 域 |
石材 | 機械 | 汽車 | 拉絲 | 建材 | 石材 | 機械 | 石材 | 普通砂輪 |
| 建材 | 汽車 | 摩托車 | 機械 | 建筑 | 機械 | 電子 | 建材 | 超硬砂輪 | |
| 建筑 | 摩托車 | 機床 | 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 | 半導體材料 | 玻璃 | 耐火材料 | ||
| 玻璃 | 玻璃 | 工具 | 煤炭 | 機場 | 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 | 復合片 | 工程 | |||||||
| 機場 | 家電 | 雕刻 | |||||||
| 雕刻 |
二、我國超硬材料的發(fā)展
1．人造金剛石
我國第一個人造金剛石及其制品的專業(yè)生產(chǎn)廠——第六砂輪廠于1969年投產(chǎn)，標志著我國人造金剛石進入了工業(yè)化生產(chǎn)階段。1970年我國人造金剛石產(chǎn)量為46萬克拉，1980年產(chǎn)量達到450萬克拉，10年間增長了近10倍；1990年產(chǎn)量為3500萬克拉，比1980年又增長了約8倍。進入九十年代后，我國金剛石生產(chǎn)進入了迅猛發(fā)展時期（見圖1）。這種發(fā)展勢頭主要受石材加工行業(yè)蓬勃發(fā)展的帶動，此外，鉆探及切削用PCD復合片和磨削用金剛石砂輪的大量使用也起到了較大推動作用。我國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，也推動了石材、玻璃、耐火材料、地質(zhì)鉆探等行業(yè)的發(fā)展，為中國經(jīng)濟建設作出了重要貢獻。