Abstrak
Polikristalin Berlian Padat (PDC), yang biasanya dirujuk sebagai komposit berlian, telah merevolusikan industri pemesinan jitu kerana kekerasan, rintangan haus dan kestabilan habanya yang luar biasa. Kertas kerja ini menyediakan analisis mendalam tentang sifat bahan PDC, proses pembuatan dan aplikasi lanjutan dalam pemesinan jitu. Perbincangan ini merangkumi peranannya dalam pemotongan berkelajuan tinggi, pengisaran ultra jitu, pemesinan mikro dan fabrikasi komponen aeroangkasa. Di samping itu, cabaran seperti kos pengeluaran yang tinggi dan kerapuhan ditangani, bersama-sama dengan trend masa depan dalam teknologi PDC.
1. Pengenalan
Pemesinan jitu memerlukan bahan dengan kekerasan, ketahanan dan kestabilan terma yang unggul untuk mencapai ketepatan tahap mikron. Bahan alat tradisional seperti tungsten karbida dan keluli berkelajuan tinggi sering gagal dalam keadaan ekstrem, yang membawa kepada penggunaan bahan canggih seperti Polikristalin Berlian Padat (PDC). PDC, bahan berasaskan berlian sintetik, mempamerkan prestasi yang tiada tandingan dalam pemesinan bahan keras dan rapuh, termasuk seramik, komposit dan keluli yang dikeraskan.
Kertas kerja ini meneroka sifat-sifat asas PDC, teknik pembuatannya dan impak transformatifnya terhadap pemesinan jitu. Tambahan pula, ia mengkaji cabaran semasa dan kemajuan masa hadapan dalam teknologi PDC.
2. Sifat Bahan PDC
PDC terdiri daripada lapisan berlian polikristalin (PCD) yang terikat pada substrat karbida tungsten di bawah keadaan tekanan tinggi, suhu tinggi (HPHT). Ciri-ciri utama termasuk:
2.1 Kekerasan dan Rintangan Haus yang Melampau
Berlian merupakan bahan yang paling keras diketahui (kekerasan Mohs 10), menjadikan PDC sesuai untuk pemesinan bahan kasar.
Rintangan haus yang unggul memanjangkan hayat alat, mengurangkan masa henti dalam pemesinan jitu.
2.2 Kekonduksian Terma Tinggi
Pelesapan haba yang cekap menghalang ubah bentuk haba semasa pemesinan berkelajuan tinggi.
Mengurangkan haus alat dan meningkatkan kemasan permukaan.
2.3 Kestabilan Kimia
Tahan terhadap tindak balas kimia dengan bahan ferus dan bukan ferus.
Meminimumkan degradasi alat dalam persekitaran menghakis.
2.4 Ketahanan Patah
Substrat tungsten karbida meningkatkan rintangan hentaman, mengurangkan keretakan dan kerosakan.
3. Proses Pembuatan PDC
Penghasilan PDC melibatkan beberapa langkah kritikal:
3.1 Sintesis Serbuk Berlian
Zarah berlian sintetik dihasilkan melalui HPHT atau pemendapan wap kimia (CVD).
3.2 Proses Sintering
Serbuk berlian disinter ke atas substrat tungsten karbida di bawah tekanan ekstrem (5–7 GPa) dan suhu (1,400–1,600°C).
Mangkin logam (contohnya, kobalt) memudahkan ikatan berlian kepada berlian.
3.3 Pemprosesan Pasca
Pemesinan laser atau nyahcas elektrik (EDM) digunakan untuk membentuk PDC menjadi alat pemotong.
Rawatan permukaan meningkatkan lekatan dan mengurangkan tegasan sisa.
4. Aplikasi dalam Pemesinan Ketepatan
4.1 Pemotongan Bahan Bukan Ferus Berkelajuan Tinggi
Alat PDC cemerlang dalam pemesinan komposit aluminium, kuprum dan gentian karbon.
Aplikasi dalam automotif (pemesinan omboh) dan elektronik (pengilangan PCB).
4.2 Pengisaran Ultra-Kejituan Komponen Optik
Digunakan dalam fabrikasi kanta dan cermin untuk laser dan teleskop.
Mencapai kekasaran permukaan sub-mikron (Ra < 0.01 µm).
4.3 Pemesinan Mikro untuk Peranti Perubatan
Gerudi mikro dan kilang hujung PDC menghasilkan ciri-ciri rumit dalam alat pembedahan dan implan.
4.4 Pemesinan Komponen Aeroangkasa
Memesin aloi titanium dan CFRP (polimer bertetulang gentian karbon) dengan haus alat yang minimum.
4.5 Pemesinan Seramik dan Keluli Tegar Termaju
PDC mengatasi prestasi boron nitrida kubik (CBN) dalam pemesinan silikon karbida dan tungsten karbida.
5. Cabaran dan Had
5.1 Kos Pengeluaran yang Tinggi
Sintesis HPHT dan perbelanjaan bahan berlian mengehadkan penggunaan yang meluas.
5.2 Kerapuhan dalam Pemotongan Terganggu
Alat PDC mudah rosak apabila memesin permukaan tak selanjar.
5.3 Degradasi Terma pada Suhu Tinggi
Penggrafitan berlaku pada suhu melebihi 700°C, mengehadkan penggunaan dalam pemesinan kering bahan ferus.
5.4 Keserasian Terhad dengan Logam Ferus
Tindak balas kimia dengan besi membawa kepada haus yang dipercepatkan.
6. Trend dan Inovasi Masa Depan
6.1 PDC Berstruktur Nano
Penggabungan butiran nano-berlian meningkatkan ketahanan dan rintangan haus.
6.2 Alatan PDC-CBN Hibrid
Menggabungkan PDC dengan boron nitrida kubik (CBN) untuk pemesinan logam ferus.
6.3 Pembuatan Bahan Tambahan Alat PDC
Percetakan 3D membolehkan geometri kompleks untuk penyelesaian pemesinan tersuai.
6.4 Salutan Lanjutan
Salutan karbon seperti berlian (DLC) meningkatkan lagi jangka hayat alat.
7. Kesimpulan
PDC telah menjadi sangat penting dalam pemesinan jitu, menawarkan prestasi yang tiada tandingan dalam pemotongan berkelajuan tinggi, pengisaran ultra jitu dan pemesinan mikro. Walaupun terdapat cabaran seperti kos yang tinggi dan kerapuhan, kemajuan berterusan dalam sains bahan dan teknik pembuatan menjanjikan untuk mengembangkan lagi aplikasinya. Inovasi masa hadapan, termasuk PDC berstruktur nano dan reka bentuk alat hibrid, akan mengukuhkan peranannya dalam teknologi pemesinan generasi akan datang.
Masa siaran: 7-Julai-2025
