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       Element Six 隸屬于“鉆石很久遠，一顆永流傳”大名鼎鼎De Beers 集團公司，主要負責設計、開發和生產合成金剛石和其他超級材料，在全球運營，并在中國、德國、愛爾蘭、南非、英國和美國等地設有生產基地。

       Element Six HPHT 超級材料解決方案在工業中的應用包括切割、研磨、鉆孔、剪切和拋光等，廣泛用于汽車及消費品電子、采礦與道路組件以及石油天然氣勘探等領域。Element Six 人工合成CVD金剛石廣泛用于熱管理，聲學，光學、水處理、半導體和傳感器，量子計算等領域。

《利用PCD刀具加工脆性材料以及激光技術》

       一、 目前合成金剛石主要有2種方法：
       （一）高溫高壓法（HPHT）
       這種方法模擬了金剛石自然形成的條件
       ? 高壓是由于液壓壓力集中在一個小面積上而產生的
       ? 在如此高的溫度和壓力下，碳原子溶解在鐵、鈷或鎳等熔融金屬中，然后轉化成微米大小的人造金剛石
       ? 這些材料可以通過高溫高壓燒結成一種叫做PCD的復合材料，這種復合材料廣泛應用于各種工業應用，如機械加工、切割和石油天然氣鉆探

       (二) 化學氣相沉積(CVD)? 微波能用于產生高溫等離子體的氫氣和甲烷
       ? 合成金剛石層從碳氫化合物等離子體沉淀到冷卻的基底上
       高純度金剛石、大面積晶圓沉積、摻雜金剛石

       金剛石，作為新材料的代表，眾多亮點于一身，引領著信息時代的發展，在環保醫療、功能器件、量子領域、光學窗口等多個高新技術領域都有巨大的應用潛力。

       二、脆性材料加工
       在用戶現有設備基礎上，集PCD優異材料特性，科學的槽型設計，精密的激光制作集于一體，為硬脆性材料高效精密加工提供了可靠的解決方案。主要加工以陶瓷、玻璃、藍寶石等為代表的硬度高、脆性大的材料。可實現在材料塑形域加工 ， 具有加工效率高，切削力小、刀具壽命長、加工表面質量高、殘余應力小，可避免亞表面損傷等優點。

      三、試驗驗證及案例分析

      問題一：加工PCD，用什么激光合適？

      針對PCD加工，目前主要使用1064nm波長的IR紅外激光， 532nm波長的綠光，納秒脈沖激光（飛秒脈沖激光會越來越普遍，伴隨著對激光成本的控制）

      問題二：加工PCD用哪種波長的合適？

      選用激光燒蝕的方式去除材料，需要將激光波長和材料吸收波長匹配以獲得最佳去除率。但是，這種最佳吸收波長的短波激光造價太高， 綜合考慮，一般采用較容易獲得的1064nm波長的IR紅外激光，532nm波長的綠光。

      問題三：hpht與cvd，在切削應用中的選擇有什么需要注意的？

      首先這兩種技術可以生產四種產品類別的金剛石材料：HPHT 單晶，HPHT聚晶，CVD單晶，CVD聚晶，這些材料因其不同的材料特性和尺寸形式，從用途來說就有很大差異。

      單晶金剛石：有晶面取向，適合超精密加工（納米級公差）

      HPHT雜質含量高（N&催化劑，位錯多），硬度較CVD單晶稍低，韌性低，適合金工，木工，修整，拉絲，貴金屬加工等，可用邊長達10mm

      CVD雜質含量低（N少量，位錯低），硬度高，韌性好，導熱率極高， 適合貴金屬加工/精密車削，可用邊長達4mm

聚晶金剛石：無晶面取向，適合精密加工（微米級公差）

      HPHT,含結合劑鈷，硬度，導熱性較CVD聚晶低，韌性好，用途最為廣泛，金工，木工；CVD雜質含量低，有向生長型，一般用于熱管理和光學應用，也可用于金工，木工和修整。

      問題四：什么時候講一下PCBN？

      如果有需要，后面可以安排。

      問題五：有適用于藍寶石拋光的pcd型號推薦嗎？

      藍寶石和玻璃一樣也是先磨削再拋光。目前也是主要用砂輪磨削。PCD可以替代。但是刀具設計和玻璃有所不同，這個要具體驗證。原理上和PCD加工玻璃一樣，要看工件特征和對表面質量的要求。

      問題六：CMX850的金剛石含量是80%多，這個含量是質量百分比還是體積百分比

      體積百分比

      問題七：生產培育鉆石也會有高溫高壓法和CVD法，和制備刀具的有什么區別

      首先LGD-合成鉆石都是單晶，而刀具材料既有單晶也有聚晶。

      另外，因為兩種用途的關注點不一樣，所以對產品特性要求不一樣，具體的工藝會有區別。

      例如：HPHT(高溫高壓法)Mono單晶金剛石（一般黃色），可用于切割修整工具，拉絲模模芯等，要求硬度和一定的韌性

HPHT-LGD, 對顏色，凈度，大小有要求，所以從工藝上會有區別，比如增加一個先把石墨轉為鉆石粉的步驟（利于獲得大尺寸鉆石），增加氮吸收劑（利于去除黃色），后期也可能會有熱/壓/輻照等處理步驟。

      但是不管是用作珠寶鉆石還是工具，所使用的HPHT,CVD基本原理都是一樣的。

      問題八：CVD的焊接性能怎樣啊

      焊接性能或者說焊接強度取決于：焊料，基材，焊接工藝，參數

      一般來說，CVD適合的焊接條件：Ag-Cu活性焊料，真空焊/氬氣保護焊， 溫度要高于850℃已利于形成TiC的結合層，單晶CVD 比聚晶CVD更耐高溫。 

      問題九：Cvd用激光加工好還是磨的好

      激光用于去除較大的CVD余量，其余的則傾向于磨削，但隨著激光燒蝕技術的發展，這種情況可能會改變

      問題十：CVD金剛石做刀具材料,如何加工

      激光和磨削，激光介紹很多了，這里簡單說一下磨削需要注意的點。

      和HPHT類似，CVD金剛石分也分聚晶和單晶兩種。聚晶金剛石各向同性比較好加工，而單晶金剛石屬于各向異性，在磨削時有易加工面和難加工面之分(激光燒蝕沒有區別)

      所以磨削是要區分100/110/111 面，一般選用金屬結合劑砂輪。

      問題十一：粗粒度與中粒度在銑削玻璃時，壽命有明顯區別嗎？是不是粗粒度302的更好？刀具的刃型檢測主要用什么類型的顯微鏡

      CTM302的壽命更好，但是韌性不好，在切削力不穩定或者太大的情況下，容易崩刃影響刀具壽命。CMX850的表面效果是最好，但是壽命在相同工況下不如CTM302。目前還測試過5um的Planar，表面效果和刀具壽命比較合適。10um的CTB010綜合性能可能會更好，有待驗證測試。

      刀具刃型檢測使用專用刀具檢測儀，例如Zoller

      問題十二：現在國內有可以加工PCD刀具的激光設備廠家嗎

      牧激

      問題十三：老師后面要不要也把聚晶這塊講了呢

      如果有需要， 沒問題。

      問題十四：剛才講的脆性材料可以用MCD加工嗎？

      可以，但是成本不受控。

      問題十五：如何加工材料：鋁基碳化硅 含硅量60%？

      金剛石很適合這種MMC（金屬基輔材）的加工，和其他材料相比壽命可達幾十倍的提升。我們在課程中講的三種不同制造方法的刀具磨損對比時，用的工件材料就是AMC225CA（40%SiC）。

      因為大量SiC的存在，這種材料很硬，所以相應的刀具材料越硬越好（尤其是車削加工）。

      車削時按照刀具Vb磨損速度：MCC單晶

      鉆削，銑削選擇粗顆粒PCD(CTM302)，若發生甭刃，可調整為中等粒度CTB010。