精密加工指加工精度在 0.1 ～ 1μm，加工表面粗糙度在 Ra0.02 ～ 0.1μm 之間的加工方法，是國家制造工業水平的重要標志之一。近幾年我國超硬材料在中、粗加工領域( 如石材、建材、木業等領域) 發展迅速，產品具有明顯的競爭優勢，取代進口并大量出口，是名副其實的超硬材料大國; 在空調壓縮機，汽車零部件和3C材料中的精密加工方面也取得了長足進步。但另一方面，在半導體精密加工和高端 PCBN、PCD 方面的加工仍以進口為主，而航空航天等行業的應用卻剛剛起步?？傮w上，中國超硬材料在精加工方面與國外先進水平仍存在較大的差距。 2. 超硬材料在精加工領域的應用現狀 精密加工是衡量一個國家制造技術水平高低的重要標志，是現代高技術產業發展的基礎。超硬材料廣泛應用在汽車、空調壓縮機、軸承、半導體、5G 手機背板、石油鉆進以及生物醫療等領域的精密加工中。超高速磨削 CBN 砂輪、PCD / PCBN 超硬刀具，金剛石超薄砂輪等超硬制品在汽車發動機，空調壓縮機的活塞、氣缸以及半導體芯片等精密加工中發揮著極重要的作用。2.1 超硬砂輪和刀具在汽車行業的應用超硬材料已大量應用在汽車行業的精密加工中，加工技術成熟。汽車發動機活塞、缸體、缸蓋、汽車輪轂、變速箱齒輪殼體、曲軸和凸輪軸等已廣泛使用超硬材料進行加工，汽車領域的超高速磨削基本以 CBN 砂輪為主。近年來，國內的 CBN 砂輪取得了很大的進展，在技術水平上與國外先進產品相比差距不大。但在實際應用中汽車整機廠使用的工具大都由 國外 CBN 砂輪壟斷，國產CBN 砂輪主要在在汽車配件廠( 曲軸、凸輪軸等) 使用，占了80% 左右的比例。在轉向器變速箱、萬向節等配件的加工上國產砂輪正在逐步替代進口砂輪。PCD 超硬刀具高速銑削已逐漸應用于汽車發動機活塞、缸體、缸蓋等零件的精密加工中。PCBN 刀具在氣門閥座圈，剎車盤以及發動機缸體缸蓋的精密加工也取得了很大的進展。國產 PCD 在性能、品種系列和質量的穩定性上，國外相比還存在差距在 5 年左右。PCBN 的差距比 PCD 差距更大，目前在鑄鐵類的粗加工方面國內高含量PCBN 產品已占主流，但是在加工淬硬鋼的低含量PCBN 和精加工方面，仍以國外品牌為主。整車廠幾乎由國外產品壟斷，但近年來已有突破，國內有少量產品進入整車廠，比如已經在國外獨資的某汽車大品牌剎車盤加工廠得到了成功應用，近期有望全面進入。2.2 CBN 砂輪在空調壓縮機行業的應用近幾年國內CBN 砂輪發展迅速，用于空調壓縮機三大部件( 活塞、氣缸、上下軸承座) 加工用的內圓磨砂輪大幅增加?？照{壓縮機去年產量約為兩億臺， 全球 70%以上壓縮機廠在中國，90%的壓縮機產自中國。幾年前，空調壓縮機行業用的 CBN 砂輪幾乎全部使用國外產品，目前已被全面替代，它是超硬材料精密加工中取代國外產品＊成功的范例。2.3 金剛石工具在航空航天領域的應用在航空航天領域大量使用的高溫合金、金屬間化合物、先進陶瓷、碳纖維復合等難加工材料，目前主要采用硬質合金和普通磨料加工，在高溫合金和碳纖維復合材料等方面部分采用了金剛石工具，但不是主流。金剛石工具在航空航天領域有很好的應用前景。據分析，在航空機載設備(導航系統、雷達系統、機械控制系統等) ，發動機、機翼、骨架，機身蒙皮等方面均有可能使用金剛石工具，國外已經研發出了鈦合金、碳纖維復合等新型難加工材料加工用的金剛石刀具，并且已通過有關認證，在波音和空客公司成功使用。航空航天是超硬材料下一步應用拓展的十分有前景的領域，應該重點關注。但是相對汽車領域來說，航空航天材料用超硬材料工具量不會很大。2.4 超硬材料在半導體行業的應用半導體行業的硅晶片精密加工、晶圓精密切割等已廣泛采用金剛石工具。在芯片背面采用精密金剛石砂輪，實現了硅材料的納米級精度和表面粗糙度的高效超精密加工; 采用超薄超精切割刀片切割晶圓，用減薄砂輪進行減薄處理; 采用金剛石超薄砂輪進行切割封裝。日本、美國占據著國內外半導體行業用大部分金剛石砂輪的份額，目前國內半導體行業用砂輪 ( 切割、減薄、拋光) 80% 以上是進口產品，這是國內超硬材料在精密加工領域與國外差距＊大，也是產品進口比例＊高的行業。2.5  CBN 砂輪在軸承行業的應用國外企業早在 20 世紀 80 年代就開始使用CBN 砂輪內圓磨來加工軸承，并且國外企業在中國的軸承廠基本采用國內CBN 砂輪進行加工。但是中國本土的軸承企業目前仍以普通磨料砂輪為主，主要原因是國內軸承行業整體裝備水平落后，不能適應高速磨削的發展，導致 CBN 砂輪在國內現有設備上無法使用。軸承行業產量大，是 CBN 砂輪應用拓展很重要的一個領域。2.6 超硬材料在 3C 材料的應用3C 電子通訊領域是超硬材料＊近幾年成功應用的一個范例。聚晶金剛石輪廓刀、聚晶金剛石倒角刀、聚晶金剛石銑刀等金剛石刀具在 3C 產品的外殼加工上均有很好的應用，產品可以一次成型，提高了效率，并且保證了產品的表面光潔度。雖然刀具用的PCD 以進口為主，但是國產 PCD 近一年來取得實質性進展，產品性能已達到或接近國外產品水平，部分取代了進口。隨著 5G 時代的到來，5G 手機背板的選材成為熱點，目前判斷會以氧化鋯陶瓷為主。2.7 鉆探用 PCD 復合片近年來中國油氣鉆井用 PCD 復合片取得了很大進展，大部分產品性能與國外同類產品接近，而價格卻為國外產品的 80%。在國際市場也已獲得初步認可，但在高端鉆頭和關鍵部位應用上，國內產品所占有的份額仍然較少。目前，國內與國外的差異性主要體現在產品的穩定性與產品結構上。2.8 微粉的深度加工金剛石微粉是精密加工必不可少的關鍵材料，但 是國內企業對金剛石微粉的深度加工重視程度不夠。在形狀控制、表面分散性、表面純凈度、表面改性、粒度精細控制等方面還不能有效滿足使用要求。國內外在微粉處理技術上的差距不大，產品互為補充。2.9 金剛石材料在生物醫療領域的應用隨著醫療技術的發展，對醫療材料的品種和質量提出了更高的要求，為金剛石材料的應用開拓出一片新的市場。金剛石材料以其獨特的優勢應用在醫用刀具、醫用材料和醫藥領域中。由于金剛石手術刀具在手術過程中對手術部位的擠壓、撕拉損傷小、傷口邊緣整齊、易愈合，目前主要用于眼科、神經外科、骨科、口腔科以及生物組織切片等。人體植入物是近年來醫用領域中的一個熱門方向，在植入體表面鍍金剛石膜，能優化其體內的物理化學特性和生物相容性， 在醫用材料中加入金剛石成分優化其性能。利用納米金剛石顆粒獨特的惰性、生物相容性等性能應用于醫藥領域中，包括蛋白質分離、載藥、標記、抗癌治療、殺菌等方面有廣闊的前景。 3.國內超硬材料在精加工中存在的問題 3.1 高端產品創新力度不強，差距較大近年來國內超硬材料行業得到了迅速發展，取得了一些重大成果，但是精密加工方面，差距依然明顯。如半導體芯片制造中用的金剛石工具，低含量 PcBN 等，與國外同類產品相比仍有較大差距。半導體芯片制造對加工工件的平整度和精度等要求非常高，技術門檻明顯，制造難度大，目前主要被國外企業產品所控制。低含量的高端 PCBN 的主要差距在結合劑上， 國內結合劑的性能與國外差距明顯。主要原因是：高端技術研究不夠，創新力度不強。3.2 上下游，產學研協同嚴重不足超硬材料上下游企業之間的交流溝通不夠密切通暢，就材料做材料的現象普遍存在，缺乏現場感覺，上下游企業沒有找到一個合適節點有效對接?；A研究、工程化和產業化脫節現象嚴重，企業、學校、科研院所分工不明確，沒有充分發揮各自優勢。汽車整車廠進入門檻高，影響因素復雜國內超硬制品沒有實質進入汽車整機廠的原因， 既有技術方面的也有非技術方面的。在技術方面，整車廠要求產品品質高，質量穩定性好，因此用的都是國外大品牌，不輕易更換砂輪。非技術方面，雖然國內某些品牌砂輪性能差距不大，但是仍難進入整車 廠，其重要原因是砂輪在加工成本中所占比例小，企業改變的動力不強；另一方面，國內產品的品牌效應還不強，用戶還在觀望和遲疑。3.3 5G 手機背板材料加工存在重大技術瓶頸用于 5G 手機背板的氧化鋯屬于難加工材料，在加工過程中砂輪易磨鈍，粉末容易堵塞砂輪，加工效率低，成品率低而且加工成本高，目前加工成本 300 元人民幣左右( 手機廠家期望值 100 元左右) 。目前國內外均在探討和優化技術路線，是采用磨削還是切削，尚未有定論。磨削的主要問題是效率難以滿足要求，切削的問題在于材料本身，既硬又韌，切削難度太大?？傊?，氧化鋯背板的加工，還存在較大的技術瓶頸。3.4 航空航天領域進展緩慢短期內難以突破由于航空航天領域的特殊性，對安全性和穩定性的要求非常高，因此不會輕易地改變生產工藝，超硬材料短期內還難以全面進入航空航天領域。目前加工航空航天材料還是以硬質合金刀具為主，國外大型航天航空廠家也只是少量使用超硬材料進行加工，短期內很難全面被取代。  4 發展展望 4.1 加強基礎研究，大力推進產學研結合，全面攻克5G 背板加工難題和實質縮小半導體加工差距目前，國內超硬材料在半導體行業的應用與國外差距明顯，產品被國外壟斷，主要原因是基礎研究嚴重不夠，缺乏有組織的攻關。由于芯片產品的特殊性，涉及國家的核心利益，加之具有較大的市場規模， 必須值得高度關注。行業有關組織要加大宣傳力度，及時向政府有關部門建言，獲取政策和經費上的支持并牽頭組織產學研攻關，力爭短期內實質性縮小差距。氧化鋯屬于難加工材料，但手機行業的特點是批量大，加工效率和成本要求高，這些都是超硬材料加工的優勢，因此對超硬材料行業來說應該是重大機遇。下一步要加強基礎研究和應用研究，上下游、產學研緊密協同，盡快確定技術路線，爭取在 2 ～ 3 年內全面攻克 5G 陶瓷背板加工難題。4.2 加大穩定性、針對性和擴大片徑研究，明顯提高高端 PCD，  PCBN 的產品性能，加快替代步伐預計國產 PCD / PCBN 五年內會有突破性進展， 其中 PCD 進展會比 PCBN 快。要加大穩定性和針對性以及結合劑研究，針對不同的加工對象，研發細分產品。目前國內主流復合片以 Φ( 30 ～ 40) mm 為主， 要加大對擴大片徑的研究，爭取在二年內開發出性能穩定的 Φ60mm 片徑產品。同時，啟動 Φ70mm 產品的研發，爭取 3 ～ 5 年內大幅度替代進口產品。4.3 加強與汽車整車企業的聯系和溝通，做好示范工程，局部突破，以點帶面目前，國產超硬材料產品大規模進入汽車整車領域的條件逐步成熟，3 ～ 5 年內有望取得重大突破。要加強與汽車整車企業的聯系和溝通，了解企業需求， 積極宣傳國內產品，根據企業提出的要求，有針對性的改進工藝。同時，做好示范工程，先易后難，爭取局部突破，以點帶面，進而實現全面突破。4.4 深入調研，客觀分析，制定超硬材料在航空航天領域的發展對策深入調研航空航天領域中超硬材料的應用情況， 分析所用材料的加工特性，確定取代技術路線，尋求突破口。在此基礎上，制定超硬材料在航空航天領域的發展對策?？傮w判斷是：超硬材料在航空航天領域的應用進程會比較曲折、緩慢，局部會有突破，全面替代短期內可能性不大。4.5 加大金剛石微粉深度加工的研發力度，爭取短期內突破技術瓶頸充分認識金剛石微粉對精密加工的重要性，加大金剛石微粉高效率、高質量選型分級的研發力度，爭取在短期內突破技術瓶頸，實現納米級金剛石微粉的機械化高效生產。4.6 密切跟蹤超硬材料在軸承、陶瓷、硬質合金以及生物醫療等行業的動態，擴大應用領域超硬材料在軸承、新型陶瓷、硬質合金以及生物醫療等行業的應用潛力大，已做了大量的前期工作， 應繼續保持重點關注。4.7加大 NPD 研發力度，推動高端 NPD 的產業化

超硬材料加工作為工業制造重要產業之一，主要用途在于制造加工成其它材料的工具，尤其是在加工硬質材料用具方面，具有無可比擬的優越性和不可替代性。（網絡用圖侵刪）超硬材料一般分為天然鉆石（金剛石）、黑鉆石，以及聚合鉆石納米棒(ADNR)、化學氣相沉積金剛石(CVDD)、多晶立方氮化硼(PCBN)等人造材料兩大類別。除加工制造成各類工業刀具、零器件外，廣泛用于五金、汽車制造、模具加工、材料切割等領域和場景，超硬材料在光學、電學、熱學方面具有一些特殊性能，是一種重要的功能材料，其應用市場需求也在穩步上升。那么，超硬材料如何加工制造成為常用工業工具、器件，與一般的材料加工相比，其配套加工設備是否具有特殊需求？（圖片來源攝圖網）首先，在超硬材料加工中，由于材料的特殊性，大多數工序需要依托于自動化加工設備，一般都包含有拋光機、真空焊接爐、激光雕刻機、激光車床、激光深雕設備、激光切割機、激光磨刀機等加工配套設備。像激光雕刻機一般用于PCD/PCBN/合金成型孔、定位孔的加工，PDC鉆頭的深雕加工，PCD/PCBN刀片斷屑槽的雕刻作用，而這些自動化加工與人工相比，無疑具有不可替代的高效性和安全性。在這些超硬材料加工配套設備中，觸想智能小編想跟大家聊的是，它們共同需要的工業一體機設備，也就是整套加工設備的操作、數據收集的核心設備。關于數控機床與激光設備領域的應用，觸想智能已經更新過不少案例和解決方案。在以往的案例中，大多采用二代嵌入式工業一體機或四代智能化工業一體機產品系列。實際上，觸想智能第五代重工業控制工業一體機更適用于此類配套設備中。五代工業一體機作為強固型產品系列，在超硬材料加工配套設備應用中，首先安裝方式的多樣化更具有優勢，產品可支持拋光機、真空焊接爐、激光車床設備的嵌入式安裝，也可支持激光深雕設備、激光切割機、激光磨刀機設備的懸臂式安裝方式。同時，在這些設備中，用戶較為關注的高穩定性，也是工業一體機所需具備的性能。應對設備穩定性的需求，五代工業一體機從內部走線布局到主板元器件，都采用國際知名品牌，穩定性高于工業級使用標準，整機支持設備長時間不間斷運行。值得一提的是，五代工業一體機在接口上具有更強拓展性，不僅可快速實現雙網口、HD，鳳凰端子供電更是標準配置，更可兼容主流工業DCS/PLC控制系統，滿足用戶外接設備及更多簡易接線需求?？偟膩碚f，五代工業一體機不管從外觀、安裝方式、接口等方面，整機穩定性、兼容性更是全面升級，以重工業控制的制作標準，不僅更適用于超硬材料加工配套設備應用，更滿足大多數工業場景和特殊環境的使用要求。

機械零部件輕量化趨勢十分明顯。有分析報告認為，刀具行業在數控機床已成為制造裝備主流的今天，肩負著為制造業提供關鍵裝備數控刀具的重任。制造業的加工技術水平受刀具行業整體水平的影響較大，而制造業的發展也會促進刀具行業的發展。根據制造業發展的需要，多功能復合刀具、高速高效刀具將成為刀具發展的主流。面對日益增多的難加工材料，刀具行業必須改進刀具材料、研發新的刀具材料和更合理的刀具結構。硬質合金切削刀具制造商，主要從事硬質合金數控刀片的研發、生產和銷售業務。一直以來，國內中高端數控刀具市場一直被歐美、日韓刀具企業所占據，華銳工具秉承“自主研發、持續創新”的發展戰略，專注于硬質合金數控刀片研發與應用，不斷追求硬質合金數控刀片整體性能的提升和制造工藝的優化。在產品技術研發方面，、技術積累以及先進裝備的引進和消化吸收，形成了在基體材料、槽型結構、精密成型和表面涂層四大領域的自主核心技術，開發了車削、銑削、鉆削三大系列產品。據公開資料顯示，車削、銑削、鉆削三大系列產品的銷售收入占主營業務收入的比例分別為99.39%、99.74%和99.32%，是公司主營業務收入的主要來源。自設立以來，工具專注于硬質合金數控刀片的研發、生產和銷售業務，以“自主研發、持續創新”的企業發展戰略，在硬質合金數控刀片的研發和生產領域不斷投入，打造高品質、高性價比的產品。組建了由主管研發的副總經理、總工程師和總工藝師規劃指導，設計部、工藝部和材質部共同組織實施的完備研發模式，確定了基礎研究與新品開發兩個重要研發方向;研發流程包括論證、設計、研制和測試四個階段，采取“集中優勢、單品突破”的研發戰略，基礎研究和新品開發項目論證立項后，即由公司研發體系下各科室協同配合聯合開發，充分調動研發和生產內外部要素持續推動技術進步。

納米晶硬質合金的應用納米WC-Co硬質合金，因其特殊的耐磨蝕、高硬度，以及優異的斷裂韌性和抗壓強度被廣泛應用于現代科技各個領域，己被制成加工集成電路板的微型鉆頭、點陣打印機打印針頭、整體孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙鉆、難加工材料刀具等。其主要應用概括為以下幾個方面：(1)金屬加工。當初，亞微細WC硬質合金的開發是為了解決高溫合金等難加工材料的切削加工的需要，現代納米WC硬質合金在強度和韌性方面優于亞微細合金，因而更適用于高溫合金、鈦合金、不銹鋼、各種噴涂(焊)材料、淬火鋼、冷硬鑄鐵等的加工。納米WC硬質合金突破了普通硬質合金的抗彎強度遠比高速鋼低這個局限，其應用已延伸到高速鋼占統治地位的領域。(2)電子工業。電子工業產品的發展趨勢是小型化、集成化、精密化。集成電路板材質是環氧樹脂粘結玻璃纖維或玻璃纖維增強的塑料。這就要求微型鉆頭有很高的硬度和耐磨性;而鉆頭直徑很小(一般0.2～0.3mm，甚至0.05mm)、易折斷，還要求鉆頭有高的強度和韌性：并且鉆孔需要正確的孔位精度，又要求鉆頭有高的剛度(彈性模量)，這些要求相互矛盾。致使普通硬質合金以及亞微細晶粒硬質合金鉆頭都難以滿足這些要求，只有用晶粒度小于0.5μm的納米晶粒硬質合金才行。又如點陣打印針，其直徑僅有0.2-0.35mm；加工集成電路引線的框架用的多工位跳步模，沖頭厚度≤0.2mm,誤差僅為0.002mm；另外還有印刷電路板引線切頭用的圓片切刀，以及精密的小模具等，都要求使用納米晶粒WC硬質合金來制作以實現其功能。(3)木材加工。早在50年代，硬質合金鑲尖工具就被用于木材加工行業。而今，各種材質的板材的出現，對加工精度和外觀的要求大大提高，高速切割時的離心力、切削力使普通硬質合金難以滿足加工要求，于是納米晶粒WC硬質合金有了用武之地。(4)醫學應用。醫用牙鉆是精細儀器，其切口必須鋒利，而且要求具有很好的耐磨性和韌性，超細晶粒WC硬質合金以其高強度、高韌性和耐磨性在這一領域得到廣泛的應用。(5)其它應用。納米晶粒WC硬質合金由于其晶粒細小，作刀具可以磨出精度極高、鋒利的切削刃和刀尖圓弧半徑;因其高強度就可用于制作大前角、小進給量和小吃刀量的精細刀具，如小直徑立銑刀、小鉸刀等；因其高彈性模量、抗磨擦磨損性能，可用于制作高精度模具、沖頭等；另外還可用于制作高耐磨、耐沖蝕工具，如高壓噴嘴、閥門、高壓槍、玻璃刀、紡織品切刀以及磁帶、錄相帶切刀等等。另外科學家們還正在研制圓形刀具、鑿巖刀具以及納米WC-Co基增強復合材料等。因此開發納米WC硬質合金和尋求更為廣闊的應用領域成為發展的熱點，而制備的關鍵技術在于納米原料粉末的制備及隨后的燒結過程。減小粒徑是提高WC-Co硬質合金性能(強度、硬度和抗磨性鈞的有效途徑，因此研制納米晶硬質合金是下階段研究者的開發重點，它將大大拓寬WC-Co硬質合金的應用領域，并因此帶動各種精密儀器、模具、刀具及電子通信技術的飛速發展。納米晶硬質合金的應性能1、組織性能。納米晶硬質合金的顯微組織非常細小，決定了其優良的力學性能。但由于納米粉末的制備方法、燒結工藝不同。其顯微組織也各不相同。Jia等在1350℃燒結用噴霧轉化法制備的納米WC-Co粉末，得到納米硬質合金WC晶粒尺寸約為70 nm，其晶粒的邊界與普通的硬質合金相同，同樣是平直的邊界。但其位錯密度反而明顯少于普通的硬質合金。用不同的制備方法來制備的納米硬質合金粉末，其粉末的顯微結構有很大的不同，如采用化學法合成與機械球磨方法合成的WC/Co粉末，尤其是機械球磨使晶粒發生較大的變形，而且堆積大量的位錯。盡管燒結時位錯大部分消除，但仍然有很高的位能。2、力學性能。隨著粘結相自由程的減小，硬質合金的維氏硬度顯著提高:當鈷粘結相平均自由程為30 mn時，其維氏硬度高達2300kg/mm2以上。而且裂紋擴展阻力也隨著提高，相應提高合金的韌性。3、刀具切削性能。納米晶硬質合金制作的刀具產品具有非常優異的使用性能。

近年來，隨著國內國外采掘業的快速發展，對硬質合金材料也提出了越來越高的要求。高性能硬質合金球齒、截煤齒、刨銑齒等硬質合金鑿巖產品和配套工具被廣泛應用。那么。韌性＊好的硬質合金都包括哪些呢，高耐磨、強韌性是否能共同存在同一硬質合金中？隨西迪小編一同來探討下。韌性是指材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，材料受到使其發生形變的力時對折斷的抵抗能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。常用的硬質合金主要有鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷類硬質合金和通用硬質合金，其中，韌性＊好的硬質合金當屬鎢鈷類硬質合金，鈷的含量與韌性的關系見下圖，可以看出鈷的含量在13%-16%之間的韌性＊好。耐磨性和韌性在傳統的同一硬質合金中是一對此消彼長的矛盾體，韌性＊好的硬質合金相對來說它的耐磨性就會比較差。近些年來，國內外多種新型硬質合金不斷被研發，以實現同時具備較高耐磨性和強韌性，進一步提高礦用硬質合金的綜合性能，從而延長工具的使用壽命，提高開采效率、降低生產成本。我們公司專業生產硬質合金高端耐磨、抗酸堿、抗沖蝕非標類零部件、特種硬密封閥類零部件，包括閥座、閥芯、閥頭、閥軸等非標硬密封零部件，超硬梯度復合硬面系列產品及耐磨復合組件系列等，產品廣泛應用于石油、石化、煤化工、海上油田、、航天、航空工程等行業。成立14年來專業研究硬質合金耐磨新材料，專注硬質合金、高溫合金、新能源金屬材料、金屬基復合材料、有色金屬粉末制品及其精密加工產品和裝備的研制和開發。所研發硬質合金材料滿足廣大開礦采掘業的要求，不僅是韌性＊好的硬質合金，同時具備高耐磨、高硬度等一系列優點。