Abstrak
Polycrystalline Diamond Compact (PDC), biasanya dirujuk sebagai komposit berlian, telah merevolusikan industri pemesinan ketepatan kerana kekerasannya yang luar biasa, rintangan haus dan kestabilan haba. Kertas kerja ini menyediakan analisis mendalam tentang sifat bahan PDC, proses pembuatan dan aplikasi lanjutan dalam pemesinan ketepatan. Perbincangan meliputi peranannya dalam pemotongan berkelajuan tinggi, pengisaran ultra ketepatan, pemesinan mikro, dan fabrikasi komponen aeroangkasa. Selain itu, cabaran seperti kos pengeluaran yang tinggi dan kerapuhan ditangani, bersama-sama dengan trend masa depan dalam teknologi PDC.
1. Pengenalan
Pemesinan ketepatan 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 yang melampau, yang membawa kepada penggunaan bahan termaju seperti Polycrystalline Diamond Compact (PDC). PDC, bahan berasaskan berlian sintetik, mempamerkan prestasi yang tiada tandingan dalam pemesinan bahan keras dan rapuh, termasuk seramik, komposit dan keluli keras.
Kertas kerja ini meneroka sifat asas PDC, teknik pembuatannya, dan kesan transformatifnya terhadap pemesinan ketepatan. Tambahan pula, ia mengkaji cabaran semasa dan kemajuan masa depan dalam teknologi PDC.
2. Sifat Bahan PDC
PDC terdiri daripada lapisan berlian polihabluran (PCD) yang terikat pada substrat tungsten karbida di bawah keadaan tekanan tinggi, suhu tinggi (HPHT). Ciri utama termasuk:
2.1 Kekerasan Melampau dan Rintangan Haus
Berlian ialah bahan yang paling sukar diketahui (kekerasan Mohs sebanyak 10), menjadikan PDC sesuai untuk pemesinan bahan yang melelas.
Rintangan haus yang unggul memanjangkan hayat alat, mengurangkan masa henti dalam pemesinan ketepatan.
2.2 Kekonduksian Terma Tinggi
Pelesapan haba yang cekap menghalang ubah bentuk haba semasa pemesinan berkelajuan tinggi.
Mengurangkan haus alatan dan menambah baik kemasan permukaan.
2.3 Kestabilan Kimia
Tahan terhadap tindak balas kimia dengan bahan ferus dan bukan ferus.
Meminimumkan kemerosotan alat dalam persekitaran yang menghakis.
2.4 Keliatan Patah
Substrat tungsten karbida meningkatkan rintangan hentaman, mengurangkan kerepek dan pecah.
3. Proses Pengilangan 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 Pensinteran
Serbuk berlian disinter pada substrat tungsten karbida di bawah tekanan melampau (5–7 GPa) dan suhu (1,400–1,600°C).
Pemangkin logam (cth, kobalt) memudahkan ikatan berlian-ke-berlian.
3.3 Pasca Pemprosesan
Laser atau pemesinan 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 Berkelajuan Tinggi Bahan Bukan Ferus
Alat PDC cemerlang dalam pemesinan komposit aluminium, tembaga dan gentian karbon.
Aplikasi dalam automotif (pemesinan omboh) dan elektronik (pengilangan PCB).
4.2 Pengisaran Ultra-Ketepatan 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 PDC dan kilang akhir menghasilkan ciri-ciri rumit dalam alat dan implan pembedahan.
4.4 Pemesinan Komponen Aeroangkasa
Pemesinan aloi titanium dan CFRP (polimer bertetulang gentian karbon) dengan haus alat yang minimum.
4.5 Pemesinan Seramik Termaju dan Keluli Berkeras
PDC mengatasi prestasi cubic boron nitride (CBN) dalam pemesinan silikon karbida dan tungsten karbida.
5. Cabaran dan Had
5.1 Kos Pengeluaran Tinggi
Sintesis HPHT dan perbelanjaan bahan berlian mengehadkan penggunaan yang meluas.
5.2 Kerapuhan dalam Pemotongan Terganggu
Alat PDC terdedah kepada serpihan apabila pemesinan permukaan tidak selanjar.
5.3 Degradasi Terma pada Suhu Tinggi
Grafitisasi berlaku melebihi 700°C, mengehadkan penggunaan dalam pemesinan kering bahan ferus.
5.4 Keserasian Terhad dengan Logam Ferus
Tindak balas kimia dengan besi membawa kepada kehausan yang dipercepatkan.
6. Trend dan Inovasi Masa Depan
6.1 PDC Berstruktur Nano
Penggabungan bijirin nano-berlian meningkatkan keliatan dan rintangan haus.
6.2 Alat PDC-CBN Hibrid
Menggabungkan PDC dengan boron nitrida padu (CBN) untuk pemesinan logam ferus.
6.3 Pembuatan Tambahan Alat PDC
Pencetakan 3D membolehkan geometri kompleks untuk penyelesaian pemesinan tersuai.
6.4 Salutan Termaju
Salutan karbon seperti berlian (DLC) meningkatkan lagi jangka hayat alat.
7. Kesimpulan
PDC telah menjadi sangat diperlukan dalam pemesinan ketepatan, menawarkan prestasi yang tiada tandingan dalam pemotongan berkelajuan tinggi, pengisaran ultra ketepatan dan pemesinan mikro. Walaupun menghadapi cabaran seperti kos tinggi dan kerapuhan, kemajuan berterusan dalam sains bahan dan teknik pembuatan berjanji untuk mengembangkan lagi aplikasinya. Inovasi masa depan, termasuk PDC berstruktur nano dan reka bentuk alat hibrid, akan mengukuhkan peranannya dalam teknologi pemesinan generasi akan datang.
Masa siaran: Jul-07-2025
