[科普中国]-金刚石工具

产品发展背景

工具，是人类能力的延伸，是推动社会发展进步的杠杆。在人类发展史上工具起着不可替代的作用，并且随着高效率、高精度的工作要求，对工具的生产技术要求越来越高。50年前人们在苦苦寻求如何改变硬脆材料加工业艰辛而又效率低下劳动状态，直到1955 年人造金刚石首次在美国合成成功，为金刚石工具的制造及推广奠定了基础，同时也为许多艰难的硬脆非金属材料加工业带来了曙光，成为人类史上的一次划时代的工具革命，其加工效率明显地高于以往，金刚石工具以其无与伦比的性能优势，成为当今公认的、唯一有效的硬脆非金属材料加工工具，比如，只有用金刚石刀具能加工超硬的陶瓷，尚无其他代用品。金刚石砂轮用来磨削硬质合金，比碳化硅耐用一万倍。用金刚石磨料代替碳化硅磨料加工光学玻璃，生产效率可以提高数倍至数十倍。金刚石聚晶拉丝模比用硬质合金的拉丝模的使用寿命长250 倍。

随着我国经济的不断发展，金刚石工具不仅被广泛用于民用建筑与土木工程、石材加工业、汽车工业、交通工业、地勘与国防工业等领域和其它现代高新技术领域，而且在宝石、医疗器械、木材、玻璃钢、石材工艺品、陶瓷和复合非金属硬脆材料等众多新领域不断出现，社会对金刚石工具的需求量正在逐年大幅增加。

就产品定位而言，金刚石工具市场大体上分为专业市场和通用市场。专业市场对金刚石工具的要求主要体现在对性能指标要求较高，即针对特定切割设备、特定切割材料，要求金刚石工具必须满足一定切割效率、切割寿命和加工精度等技术指标。专业金刚石工具就其产量来说仅为金刚石工具产品总量的10%左右，但其市场销售额却占金刚石工具市场总额的80%～90%。

20 世纪60 年代，金刚石工具制造业率先在欧美发达国家实现产业化并迅速发展。70 年代，日本以其相对较低的制造成本赢得竞争优势，迅速成为金刚石工具制造业的主导者之一。80 年代，韩国替代日本成为金刚石工具产业的后起之秀。90 年代，伴随着中国制造产业在全球的崛起，中国金刚石工具制造业也开始起步，并逐渐显示出强大竞争力，经过十多年的发展，中国已有金刚石工具生产厂家上千家，年产值超过百亿元，已成为继韩国之后目前国际金刚石工具市场的主要供应国之一。

随着中国在金刚石工具制造业上的技术积累与进步，中国金刚石工具企业目前已完全具备制造中高档金刚石工具的能力，并具有显著的产品性价比优势，西方国家以往在中高端专业市场的技术垄断已经被打破。中国金刚石工具企业进军中高端市场的趋势已经显现。

就产品类型而言，中国金刚石工具企业主要生产：金刚石锯片、金刚石钻头、金刚石碗磨和金刚石刀具、金刚石、金刚石树脂磨块等几类产品。其中，金刚石锯片是我国金刚石工具企业产量最大的品种。1

金刚石工具分类1、 按结合剂划分有：树脂、金属和陶瓷结合剂金刚石工具三大类。金属结合剂工艺分为烧结、电镀和钎焊等几类。

2、 按用途结构划分有：

磨具——砂轮、滚轮、滚筒、磨边轮、磨盘、碗磨、软磨片等；

锯切工具——圆锯片、排锯、绳锯、筒锯、带锯、链锯、丝锯；

钻探工具——地质冶金钻头、油（气）井钻头、工程薄壁钻头、石材钻头、玻璃钻头等；

其它工具——修整工具、刀具、拉丝模等。

与金属结合剂胎体相比，树脂、陶瓷结合剂胎体强度较低，不适合做锯切、钻探、修整类工具，一般只有磨具类产品。2

金刚石工具应用金刚石具有坚硬性，故制成的工具特别适合加工硬脆材料尤其非金属材料，如石材、墙地砖、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、磁性材料、半导体、宝石等；也可以用于加工有色金属、合金、木材，如铜、铝、硬质合金、淬火钢、铸铁、复合耐磨木板等。目前金刚石工具已广泛应用以建筑、建材、石油、地质、冶金、机械、电子、陶瓷、木材、汽车等工业。

金刚石工具用途根据其的不同，主要分为：金刚石磨削工具、金刚石锯切工具、金刚石刀具、金刚石钻探工具等几个大类。2

金刚石的简介金刚石工具已广泛应用在建筑、建材、石油、地质、冶金、机械、电子、陶瓷、木材、汽车等工业。金刚石工具属于新兴产业，其对传统工具的替代还有很大的空间。当前，中国，韩国已经成为世界金刚石工具生产基地，欧美发达国家还保留少量的高端产能。

以美国为例，我国金刚石产品占其进口量的45%左右，算上韩国大约75%左右。由于金刚石工具的进入门槛不高，国内集中度很低。在石材生产基地会有大量小的工具加工企业，往往只做少数几种类型的产品，盈利能力与规模化企业相比有较大差距，随着金刚石工具品类的升级及毛利率的回归，行业有整合的趋势。2

金刚石工具的新应用与进展通过研究与分析金刚石工具的发展与应用表明：镀覆金刚石工具的应用对金刚石工具的发展有重要意义。

镀覆金刚石工具的应用与进展金刚石的镀覆是在金刚石表面镀覆一层亲和性的金属(Ti、Cr、W、Mo等)，这些亲和性金属镀层能与金刚石产生化学键的强力键合，金属镀层又能与金属胎体产生钎焊结合。因此，镀覆层的综合作用为与金刚石和胎体形成“化学/冶金结合”。镀覆技术最早起于上世纪70年代，在上世纪90年代获得重新认识与发展。其优越性在于镀覆层与金刚石形成化学键合，与周围的胎体形成钎焊结合，以提高金刚石工具基体与金刚石把持力。使用镀钛金刚石，在23%的金刚石浓度下，在代钴胎体中制成Υ 400锯片，锯切花岗岩。与未镀覆金刚石锯片相比，在相同寿命条件下，锯切效率提高50%。金刚石通过不同的金属镀覆，再经X射线衍射研究分析表明：金刚石表面形成各种不同的碳化物，而产生新的化学键合，如TiC、Cr3C2、Cr7C3、WC、W2C、MoC、Mo2C等，提高了金刚石把持力，金刚石颗粒与胎体金属形成“化学/冶金结合”，增加金刚石与胎体之间结合强度，并能抵抗对金刚石的氧化与石墨化，提高金刚石工具的使用寿命，完善了金刚石工具使用性能。2