1、金剛石制品中的胎體金屬有哪些，物理特性如何?

胎體金屬按其在結(jié)合劑中所起的作用劃分為以下幾類:

粘結(jié)成分:主要指Cu、Sn、Zn等熔點(diǎn)低、硬度低的金屬。這些金屬在燒結(jié)過程中較早熔融，成為液相，使結(jié)合劑具有液相燒結(jié)的一些特征，在較低的溫度下發(fā)生位移、擴(kuò)散、致密化、合金化等一系列物理化學(xué)變化，得到一定強(qiáng)度、硬度和韌性的燒結(jié)體。

粘結(jié)金屬有必不可少的重要作用。例如，Sn、Zn雖用量很小，但作用不可低估。其成分及用量即使只有2%～5%的變化，也會對燒結(jié)工藝條件(溫度、壓力、時間)和燒結(jié)體性能(密度、硬度、韌度)產(chǎn)生顯著的影響。

骨架成分:指結(jié)合劑中硬度高、熔點(diǎn)高(一般大于1600℃)的添加成分，最常用的，如碳化物類的WC、W?C、TiC、TaC、NbC、VC以及硼化物、氮化物、硅化物等，它可以提高結(jié)合劑的硬度和耐磨性。在Co基、Fe基和Cu基等非鎢基結(jié)合劑中，WC, W?C和W就是骨架金屬。在Cu基結(jié)合劑中，F(xiàn)e、Co、Ni也起一定程度的骨架作用，通過調(diào)整這些成分，可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品性能和適用范圍。

強(qiáng)化成分:指只要少量添加即可顯著提高合金強(qiáng)度的那些金屬元素，例如，Mo、Be以及Ce等稀土元素。在Cu基結(jié)合劑中加人1.5%左右的Be,可以提高強(qiáng)度和硬度3～5倍，同時塑性顯著降低，這就意味著結(jié)合劑的自銳性，亦即鋒利性將顯著提高。

親和成分:指能夠增強(qiáng)結(jié)合劑對金剛石化學(xué)親和力作用的成分。主要有兩類：一類是Fe、Co、Ni等Ⅶ族過渡金屬，它們在高溫下是碳的溶劑，能夠溶解金剛石，但不能與之形成穩(wěn)定的化合物；另一類是Ti、Zr、Hf、V、Nb、 Ta、Cr、Mo、W等周期表中的IVB、VB、VIB族金屬，它們與金剛石有更強(qiáng)的親和力，能夠在高溫下與它們形成穩(wěn)定的化合物。這兩類金屬的作用不僅在于本身對金剛石的親和作用，還有另外一個作用是它們的加入可改善整個結(jié)合劑對金剛石的親和性能，提高對金剛石的浸潤性。

2、金剛石鋸片胎體粘結(jié)劑中各元素的作用是什么?

銅的作用：在金屬粘結(jié)劑金剛石工具中應(yīng)用最多的金屬是銅和銅基合金，其中，電解銅粉應(yīng)用最多。銅和銅基合金應(yīng)用如此廣泛是因為銅基粘結(jié)劑有滿意的綜合性能：較低的燒結(jié)溫度，好的成形性和可燒結(jié)性，及與其他元素的互溶性。雖然銅對金剛石幾乎不潤濕，可某些元素與銅的合金能使其對金剛石的潤濕性得到大幅度的改善。如銅和碳化物形成元素Cr、Ti、W、V、Fe等中的一種制成銅合金，都可以大大降低銅合金對金剛石的潤濕角。銅在鐵中的溶解度不高，如在鐵中有過量的銅，急劇降低熱加工性，使材料發(fā)生龜裂，銅與鎳、鈷、錳、錫、鋅可形成多種固溶體，使胎體金屬得到強(qiáng)化。

錫的作用：錫是降低液態(tài)合金表面張力的元素，具有降低液態(tài)合金對金剛石潤濕角的作用，是改善粘結(jié)金屬對金剛石潤濕的元素，可降低合金的熔點(diǎn)，改善壓制成形性。所以Sn在粘結(jié)劑中的應(yīng)用十分廣泛，但因Sn的膨脹系數(shù)大，使用受到一定的限制。

鋅的作用：在金剛石工具中，Zn和Sn有許多相似之處，如熔點(diǎn)低、變形性好，在改變對金剛石的潤濕性上Zn不如Sn。金屬Zn的蒸氣壓很高，容易氣化，所以在金剛石工具粘結(jié)劑中要注意Zn的用量。

鋁的作用：金屬鋁是性能優(yōu)異的輕金屬，是良好的脫氧劑。在800℃時，Al對金剛石的潤濕角為75°，在1000℃時潤濕角為10°。在金剛石工具的粘結(jié)劑中加人鋁粉，可以在胎體合金形成碳化物相Ti?AlC和金屬間化合物TiAl。

鐵的作用：鐵在粘結(jié)劑中有雙重作用，一是與金剛石形成滲碳體型碳化物，二是與其他元素合金化，強(qiáng)化胎體。鐵與金剛石的潤濕性好于銅和鋁，鐵與金剛石的附著功比鈷高。Fe基合金溶解碳適量時將有利于它對金剛石的結(jié)合，F(xiàn)e基合金適度刻蝕金剛石可增大結(jié)合劑與金剛石間的結(jié)合力，斷口上未見金剛石光滑裸露，而是被一層合金覆蓋，這就是結(jié)合力加強(qiáng)的表征。

鈷的作用：Co和Fe同屬過渡族元素，許多特點(diǎn)是相近的。Co在特定條件下能和金剛石形成碳化物Co?C，同時又能以極薄的鈷膜鋪展在金剛石表面。這樣Co既可以降低Co和金剛石的內(nèi)界面張力，液相下對金剛石又有較大的附著功，所以Co是優(yōu)秀的粘結(jié)材料。

鎳的作用：在金剛石工具的粘結(jié)劑中，Ni是不可缺少的元素，在Cu基合金中，加入Ni可以和Cu無限互溶，可以強(qiáng)化胎體合金化，抑制低熔點(diǎn)金屬流失，增加韌性和耐磨性。在Fe合金中加人Ni和Cu,可以降低燒結(jié)溫度，減輕粘結(jié)金屬對金剛石的熱蝕，選擇Fe、Ni加入量的適當(dāng)搭配，可以大大提高Fe基粘結(jié)劑對金剛石的把持力。

錳的作用：錳在金屬粘結(jié)劑中，與鐵的作用相似，但滲透能力和脫氧能力較強(qiáng)，且容易氧化。一般Mn的加入量不高，主要考慮燒結(jié)合金化時，用Mn脫氧，余下的Mn可參與合金化，強(qiáng)化胎體。

鉻的作用：金屬鉻是一種強(qiáng)碳化物形成元素，也是一種應(yīng)用范圍很廣的元素。在金剛石槽型鋸片胎體中，有足夠的鉻可以起到消音的作用，原因與Cr的激活能有關(guān)。在Cu基胎體中添加少量的Cr，可以降低銅基合金對金剛石的潤濕角，并提高銅基合金對金剛石的粘結(jié)強(qiáng)度。

鈦的作用：鈦是易氧化、難還原的強(qiáng)碳化物形成元素，有氧存在時Ti優(yōu)先生成TiO而不生成TiC。金屬鈦是良好的結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)大，高溫度下強(qiáng)度降低少，耐熱、耐蝕、熔點(diǎn)高等特性。有關(guān)研究表明，在金剛石鋸片胎體中加入適量的鈦，有利于提高鋸片的使用壽命。

3、為什么鋸片胎體要與切割石材相匹配?

鋸片切割過程中的主要碎巖方式是以壓裂壓碎以及大體積剪崩為主，以表面研磨為輔。鋸齒工作表面起切割作用的金剛石，其出刃面為擠壓區(qū)，刃前為切削區(qū)，后刃面為磨削區(qū)。在高速切割下，金剛石顆?？刻ンw的支承進(jìn)行工作。切割石材的過程中，一方面金剛石因摩擦產(chǎn)生高溫而石墨化、破碎、脫落；另一方面，胎體受巖石和巖粉的摩擦、沖蝕作用而被磨損。因此，鋸片與巖石的適應(yīng)性問題實際上就是金剛石與胎體的磨損速度問題。正常工作的工具其特征是金剛石的損耗與胎體的磨損相匹配，使金剛石保持正常的出刃，既不過早脫落，也不使金剛石磨平打滑，保證在工作時充分發(fā)揮其磨削作用，使金剛石較多地處于微破碎磨損狀態(tài)。選用金剛石的強(qiáng)度和耐沖擊性過低則會出現(xiàn)“剃頭”現(xiàn)象，工具的壽命低且鈍化嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)鋸不動的情況；選用過高強(qiáng)度的磨粒，則磨粒切削刃較多出現(xiàn)磨平狀態(tài)，從而鋸切力增大，加工效率降低。

(1)當(dāng)胎體被磨損速度大于金剛石被磨損速度時，導(dǎo)致金剛石出刃過大，產(chǎn)生過早脫落。說明鋸片胎體的耐磨性過低，鋸片壽命短。

(2)當(dāng)胎體被磨損速度小于金剛石被磨損速度時，金剛石切刃磨損后，新的金剛石不易出露，鋸齒無切刃或切刃很低，鋸齒表面鈍化，切割速度慢，并容易使被切割的板材掉邊，影響加工質(zhì)量。

(3)當(dāng)胎體被磨損速度等于金剛石被磨損速度時，反映了胎體與所切割的石材相適應(yīng)。

4、抗彎強(qiáng)度和彈性模量能衡量胎體材料的哪些性能?

抗彎強(qiáng)度很適于評價脆性和低塑性材料的強(qiáng)度指標(biāo)。

通過抗彎強(qiáng)度可以了解金剛石胎體的致密化、合金化情況，抗彎強(qiáng)度的大小也反映了金屬結(jié)合劑對金剛石磨粒的把持情況。

胎體的彈性模量主要反映機(jī)械把持力，也即金屬結(jié)合劑對金剛石磨粒的把持力。胎體的彈性模量越高，對金剛石的把持力越高。

參考資料：

1、金剛石與金剛石工具知識問答1000例

2、鄭州千磨官網(wǎng)

3、超硬材料綜合網(wǎng)