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工 具是雕刻家從事創作的最直接的助手和伴侶。在木雕的工藝製作過程中,雕刻刀及其輔助工具起到十分重要的作用。俗話說:「人巧莫如家什妙」、「三分手藝七 分家什」。看一個人的手藝如何,只須觀察一下他的工具便能知曉,而工具的保養修飾,也能證明勞動者素質的高低。在木雕創作中,工具齊備,會磨會用,不僅能 提高工作效率,而且在造型上能充分發揮自己的技巧,使行刀運鑿洗煉灑脫,清晰流暢,增加作品的藝術表現力。 中國刀劍網 刀劍製作 刀雕刻 刀 刀劍 日本軍刀 手工刀 手工刀製作 名刀製作 刀種類 軍刺製作
雕刻刀的種類有很多,基本分為二大類。一類是 「翁管形」的坯刀、俗稱「砍大荒」、「毛坯刀」,一類是「鑽條形」的修光刀,主要用於掘細坯和修光。最寬的鑿 有4-6厘米,最窄的鑿只有針尖那麼點兒。初學木雕者在選擇刀具時,首先要瞭解它們各自的用途,然後再到產地、廠家或鐵匠鋪裡定制購買。坯刀以浙江東陽、 溫州樂清和蘇州光福出產的為好,有些地方的美術材料用品商店裡也能買到比較合適的木雕工具。如果在不方便或買不到的情況下,可以學會自己做,自己做的好處 還在於無論刀的種類、大小形狀,都可由自己選擇決定,可根據不同的用途和需要隨時添置得心應手的工具。不過自製刀具只限於修光用的「鑽條形」。也有人試過 用鋼板銼改製成坯刀。像福建用的坯刀和修光刀都是直接用鐵條或鋼條打制而成,因其鐵柄的上方呈四方形,不用裝木柄也好打坯。下面就將木雕刀的種類與用途及 其製作方法逐一介紹。
圓刀:刃口呈圓弧形,多用於圓形和圓凹痕處,在雕刻傳統花卉上也有很大用處,如花葉、花瓣及花枝幹 的圓面都需用圓刀適形處理。圓刀橫向運刀比較省力,對大 的起伏、小的變化都能適應。而且圓刀的線條不肯定,使用起來靈活且便於探索。根據不同的用途,圓刀的型號應有所區別,大小範圍基本在5厘米-0.5厘米之 間。做圓雕人物的刀口兩角要磨去,呈圓弧形,否則雕衣紋或其它凹痕時,不但推不動,還會破損凹痕道的兩旁。倘若做浮雕時,則應保留刀口兩角,並利用其角尖 的功能雕刻地子角落處,因此要配備二種。圓刀還有正反之別,斜面在槽內、刀背呈挺直的為正口圓刀,它吃木比較深,最適合做圓雕,尤其是在出坯和掘坯階段。 斜面在刀背上,槽內呈挺直的為反口圓刀,吃木比較深活,能平緩的走刀或剔地,在浮雕中用途更大。圓刀的形狀還可根據需要做成鐵桿彎曲形,以便伸進較深的部 位挖雕鏤洞。
平刀:刃口呈平直,主要用於劈削剷平木料表面的凹凸,使其平滑無痕。型號大的也能用來鑿大型,有塊面感,運用得法,如繪畫的筆觸效果,顯得剛勁有力,生動 自然。平刀的銳角能刻線,二刀相交時能剔除刀腳或印刻圖案。瑞典和蘇聯的木雕人物就多用平刀,有強烈的木趣刀味。
斜刀:刀口呈45度左右的斜角,主要用於作品的關節角落和鏤空狹縫處作剔角修光。如果刻人物眼角處,斜刀更好用。料刀又分正手斜與反手斜,以適合各個方 向。在上海的黃楊木雕中刻毛髮絲縷通常使用斜刀,用扼、擰的方法運刀,刻出的毛髮效果比用三角刀刻得更為生動自然。
玉婉刀:俗稱「和尚頭」、「蝴蝶鑿」,刃口呈圓弧形,是一種介乎圓刀與平刀之間的修光用刀,分圓弧和斜弧二種。在平刀與圓刀無法施展時它們可以代替完成。特點是比較緩和,既不像平刀那麼板直,又不像圓刀那麼深凹,適合在凹面起伏上使用。
中鋼刀:刃口平直兩面都有斜度。也稱「印刀」。傳統雕刻認為:中鋼刀鋒口正中,用它打坯可保持鋒正直往,使周圍保留部分不受震動。中鋼刀還用於印刻人物服飾及道具上的圖案花紋。
三 角刀:刃口呈三角形,因其鋒面在左右二側,鋒利集點就在中角上。製作三角刀要選用適用的工具鋼(一般用4-6毫米的圓鋼),銑出55度-60度的三角 槽,將兩腰磨平,其口端磨成刃口。角度大,刻出的線條就粗,反之就細。三角刀主要用於刻毛髮刻裝飾線紋,也是版畫與水印木刻藝術製版時常用的一種工具,操 作時三角刀尖在木板上推進,木屑從三角槽內吐出,三角刀尖推過的部位便刻畫出線條來。
在選擇使用以上刀具時,要注意掌握 刀頭厚薄在用途上的區別。所謂刀頭,就是實際使用的那段刀面。刀頭越薄越鋒利,但牢度也越差。根據這種情況,開毛坯的刀 頭可適當厚些,以經受錘子的敲擊和用力掘撓;修光用的刀則薄些,所謂薄刀密片,方可將木料刻得光潔不隙。總之,工具選擇配置,一定要嚴格依照工藝性質,不 能隨意替代,而且無論在數量和質量上都應有所保證,在傳統的工藝雕刻中,木雕工具往往多達百餘件,工藝一般的至少也要30件,當然,經常使用的只是一小部 分,有的只是偶爾使用一下。
木雕的輔助工具:主要是指敲錘、木銼、斧子、鋸子。斧子的用途是配合出坯大量砍削木料,注意 砍削時不宜用力過大,不可直上直下砍,斧刃應與垂直的木紋保持 在45度左右,否則,木料會開裂。木銼的用途主要是在圓雕的細坯階段,可代替平刀將刀痕鑿跡銼磨平整以便修光;又可代替圓刀或斜刀作鏤空處理。木銼的作用 還在於能大面積迅速地調整造型結構,並能與雕刻刀結合使用,將人物衣紋的輾轉翻折處理得生動流暢,虛實有致。木雕敲錘的形狀以扁、平、寬、方為好。錘面尺 度可掌握在7×5.5×2.5厘米左右。太窄或太厚,都會影響錘子著落點的準確與力的均勻。敲錘分木製與鐵製二種,木製敲錘一般採用木質比重大的硬木,如 紅木、黃楊、檀木、櫸木及果樹木料等,其規格可掌握在長27厘米,寬55厘米,厚45厘米左右;握柄部位呈圓形略扁一些,大小以握在手中適宜為準。
木雕的輔助工具還包括小型電動木工拋光機和電動手槍鑽。拋光機的用途僅在於作品完成後的表面處理,可以代替手工作大面積的磨光,比較省時省力,但只限於大中型的體積較為平展的作品使用,手槍鑽主要用手鏤空打洞,做大型雕刻時,可用它打點切輪廓。
木 雕的操作設備:主要是指帶交叉拉條的特別穩定堅固的工作台和木鉗台,上面可安置台鉗和G字夾。台鉗用於鑿圓雕,鉗口必須配備軟木以防止雕刻木料及工具被 夾損。G字夾用於鑿浮雕粗坯用。初學者可以根據自己的條件設置一些經濟簡便的工作台,如坯坯凳等。大件作品可放在地上或站著或蹲著靈活操作。

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金 剛石作為一種超硬刀具材料應用於切削加工已有數百年歷史。在刀具發展歷程中,從十九世紀末到二十世紀中期,刀具材料以高速鋼為主要代表;1927年德國 首先研製出硬質合金刀具材料並獲得廣泛應用;二十世紀五十年代,瑞典和美國分別合成出人造金剛石,切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時期。二十世紀七十 年代,人們利用高壓合成技術合成了聚晶金剛石(PCD),解決了天然金剛石數量稀少、價格昂貴的問題,使金剛石刀具的應用範圍擴展到航空、航天、汽車、電 子、石材等多個領域。
1.2 PCD刀具的性能特點
金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性,可在高 速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定 的。在金剛石晶體中,碳原子的四個價電子按四面體結構成鍵,每個碳原子與四個相鄰原子形成共價鍵,進而組成金剛石結構,該結構的結合力和方向性很強,從而 使金剛石具有極高硬度。由於聚晶金剛石(PCD)的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體,雖然加入了結合劑,其硬度及耐磨性仍低於單晶金剛石。但由於 PCD燒結體表現為各向同性,因此不易沿單一解理面裂開。
PCD刀具材料的主要性能指標:①PCD的硬度可達8000HV,為硬質合金的 80~120倍;②PCD的導熱係數為700W/mK,為硬質合金的 1.5~9倍,甚至高於PCBN和銅,因此PCD刀具熱量傳遞迅速;③PCD的摩擦係數一般僅為0.1~0.3(硬質合金的摩擦係數為0.4~1),因此 PCD刀具可顯著減小切削力;④PCD的熱膨脹係數僅為0.9×10
-6~1.18×10
-6,僅相當於硬質合金的1/5,因此PCD刀具熱變形小,加工精度高;⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。
1.3 PCD刀具的應用
工業發達國家對PCD刀具的研究開展較早,其應用已比較成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金剛石以來,對PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果,PCD刀具的應用範圍及使用量迅速擴大。目前,國際上著名的人造金剛石復合片生產商主要有英國De
Beers 公司、美國GE公司、日本住友電工株式會社等。據報道,1995年一季度僅日本的PCD刀具產量即達10.7萬把。PCD刀具的應用範圍已由初 期的車削加工向鑽削、銑削加工擴展。由日本一家組織進行的關於超硬刀具的調查表明:人們選用PCD刀具的主要考慮因素是基於PCD刀具加工後的表面精度、 尺寸精度及刀具壽命等優勢。金剛石復合片合成技術也得到了較大發展,De
Beers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石復合片。
國 內PCD刀具市場隨著刀具技術水平的發展也不斷擴大。目前中國第一汽車集團已有一百多個PCD車刀使用點,許多人造板企業也採用PCD刀具進行木製品加 工。PCD刀具的應用也進一步推動了對其設計與製造技術的研究。國內的清華大學、大連理工大學、華中理工大學、吉林工業大學、哈爾濱工業大學等均在積極開 展這方面的研究。國內從事PCD刀具研發、生產的有上海舒伯哈特、鄭州新亞、南京藍幟、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。目前,PCD刀具的加工范 圍已從傳統的金屬切削加工擴展到石材加工、木材加工、金屬基複合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通過對近年來PCD刀具應用的分析可見,PCD刀具主 要應用於以下兩方面:①難加工有色金屬材料的加工:用普通刀具加工難加工有色金屬材料時,往往產生刀具易磨損、加工效率低等缺陷,而PCD刀具則可表現出 良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型發動機活塞材料——過共晶硅鋁合金(對該材料加工機理的研究已取得突破)。②難加工非金屬材料的加工: PCD刀具非常適合對石材、硬質碳、碳纖維增強塑料(CFRP)、人造板材等難加工非金屬材料的加工。如華中理工大學1990年實現了用PCD刀具加工玻 璃;目前強化復合地板及其它木基板材(如MDF)的應用日趨廣泛,用PCD刀具加工這些材料可有效避免刀具易磨損等缺陷。
2.PCD刀具的製造技術
2.1 PCD刀具的製造過程
PCD 刀具的製造過程主要包括兩個階段:①PCD復合片的製造:PCD復合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結合劑(其中含鈷、鎳等金屬)按一定比例在 高溫(1000~2000℃)、高壓(5~10萬個大氣壓)下燒結而成。在燒結過程中,由於結合劑的加入,使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、 Co、Ni等為主要成分的結合橋,金剛石晶體以共價鍵形式鑲嵌於結合橋的骨架中。通常將復合片製成固定直徑和厚度的圓盤,還需對燒結成的復合片進行研磨拋 光及其它相應的物理、化學處理。②PCD刀片的加工:PCD刀片的加工主要包括復合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步驟。
2.2 PCD復合片的切割工藝
由於PCD復合片具有很高的硬度及耐磨性,因此必須採用特殊的加工工藝。目前,加工PCD復合片主要採用電火花線切割、激光加工、超聲波加工、高壓水射流等幾種工藝方法,其工藝特點的比較見表1。
表1 PCD復合片切割工藝的比較
工藝方法-工藝特點
電火花加工-高度集中的脈衝放電能量、強大的放電爆炸力使PCD材料中的金屬融化,部分金剛石石墨化和氧化,部分金剛石脫落,工藝性好、效率高
超聲波加工-加工效率低,金剛石微粉消耗大,粉塵污染大
激光加工-非接觸加工,效率高、加工變形小、工藝性差
在 上述加工方法中,電火花加工效果較佳。PCD中結合橋的存在使電火花加工復合片成為可能。在有工作液的條件下,利用脈衝電壓使靠近電極金屬處的工作液形 成放電通道,並在局部產生放電火花,瞬間高溫可使聚晶金剛石熔化、脫落,從而形成所要求的三角形、長方形或正方形的刀頭毛坯。電火花加工PCD復合片的效 率及表面質量受到切削速度、PCD粒度、層厚和電極質量等因素的影響,其中切削速度的合理選擇十分關鍵,實驗表明,增大切削速度會降低加工表面質量,而切 削速度過低則會產生「拱絲」現象,並降低切割效率。增加PCD刀片厚度也會降低切割速度。
2.3 PCD刀片的焊接工藝
PCD 復合片與刀體的結合方式除採用機械夾固和粘接方法外,大多是通過釬焊方式將PCD復合片壓制在硬質合金基體上。焊接方法主要有激光焊接、真空擴散焊 接、真空釬焊、高頻感應釬焊等。目前,投資少、成本低的高頻感應加熱釬焊在PCD刀片焊接中得到廣泛應用。在刀片焊接過程中,焊接溫度、焊劑和焊接合金的 選擇將直接影響焊後刀具的性能。在焊接過程中,焊接溫度的控制十分重要,如焊接溫度過低,則焊接強度不夠;如焊接溫度過高,PCD容易石墨化,並可能導致 「過燒」,影響PCD復合片與硬質合金基體的結合。在實際加工過程中,可根據保溫時間和PCD變紅的深淺程度來控制焊接溫度(一般應低於700℃)。國外 的高頻焊接多採用自動焊接工藝,焊接效率高、質量好,可實現連續生產;國內則多採用手工焊接,生產效率較低,質量也不夠理想。
2.4 PCD刀片的刃磨工藝
PCD 的高硬度使其材料去除率極低(甚至只有硬質合金去除率的萬分之一)。目前,PCD刀具刃磨工藝主要採用樹脂結合劑金剛石砂輪進行磨削。由於砂輪磨料 與PCD之間的磨削是兩種硬度相近的材料間的相互作用,因此其磨削規律比較複雜。對於高粒度、低轉速砂輪,採用水溶性冷卻液可提高PCD的磨削效率和磨削 精度。砂輪結合劑的選擇應視磨床類型和加工條件而定。由於電火花磨削(EDG)技術幾乎不受被磨削工件硬度的影響,因此採用EDG技術磨削PCD具有較大 優勢。某些複雜形狀PCD刀具(如木工刀具)的磨削也對這種靈活的磨削工藝具有巨大需求。隨著電火花磨削技術的不斷發展,EDG技術將成為PCD磨削的一 個主要發展方向。
3.PCD刀具的設計原則
3.1 刀具材料的選擇
(1)合理選擇PCD粒度
PCD 粒度的選擇與刀具加工條件有關,如設計用於精加工或超精加工的刀具時,應選用強度高、韌性好、抗衝擊性能好、細晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具則可 用於一般的粗加工。PCD材料的粒度對於刀具的磨損和破損性能影響顯著。研究表明:PCD粒度號越大,刀具的抗磨損性能越強。採用De
Beers 公司SYNDITE 002和SYNDITE
025兩種PCD材料的刀具加工SiC基複合材料時的刀具磨損試驗結果表明,粒度為2μm的SYNDITE
002PCD材料較易磨損。
(2)合理選擇PCD刀片厚度
通常情況下,PCD復合片的層厚約為0.3~1.0mm,加上硬質合金層後的總厚度約為2~8mm。較薄的PCD層厚有利於刀片的電火花加工。De
Beers公司推出的0.3mm厚PCD復合片可降低磨削力,提高電火花的切割速度。PCD復合片與刀體材料焊接時,硬質合金層的厚度不能太小,以避免因兩種材料結合面間的應力差而引起分層。
3.2 刀具幾何參數與結構設計
PCD 刀具的幾何參數取決於工件狀況、刀具材料與結構等具體加工條件。由於PCD刀具常用於工件的精加工,切削厚度較小(有時甚至等於刀具的刃口半徑), 屬於微量切削,因此其後角及後刀面對加工質量有明顯影響,較小的後角、較高的後刀面質量對於提高PCD刀具的加工質量可起到重要作用。
PCD復合片與刀桿的連接方式包括機械夾固、焊接、可轉位等多種方式,其特點與應用範圍見表2。
表2 PCD復合片與刀桿連接方式的特點與應用
連接方式-特點-應用範圍
機械夾固-由標準刀體及可做成各種集合角度的可換刀片組成,具有快換和便於重磨的優點-中小型機床
整體焊接-結構緊湊、製作方便,可製成小尺寸刀具-專用刀具或難於機夾的刀具,用於小型機床
機夾焊接-刀片焊接於刀頭上,可使用標準刀桿,便於刃磨及調整刀頭位置-自動機床、數控機床
可轉位-結構緊湊,夾緊可靠,不需重磨和焊接,可節省輔助時間,提高刀具壽命-普通通用機床
4.PCD刀具的切削參數與失效機理
4.1 PCD刀具切削參數對切削性能的影響
(1)切削速度
PCD 刀具可在極高的主軸轉速下進行切削加工,但切削速度的變化對加工質量的影響不容忽視。雖然高速切削可提高加工效率,但在高速切削狀態下,切削溫度和 切削力的增加可使刀尖發生破損,並使機床產生振動。加工不同工件材料時,PCD刀具的合理切削速度也有所不同,如銑削Al2O3強化地板的合理切削速度為 110~120m/min;車削SiC顆粒增強鋁基複合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度為30~40m/min。
(2)進給量
如PCD刀具的進給量過大,將使工件上殘餘幾何面積增加,導致表面粗糙度增大;如進給量過小,則會使切削溫度上升,切削壽命降低。
(3)切削深度
增加PCD刀具的切削深度會使切削力增大、切削熱升高,從而加劇刀具磨損,影響刀具壽命。此外,切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。
不同粒度等級的PCD刀具在不同的加工條件下加工不同工件材料時,表現出的切削性能也不盡相同,因此應根據具體加工條件確定PCD刀具的實際切削參數。
4.2 PCD刀具的失效機理
刀 具的磨損形式主要有磨料磨損、粘結磨損(冷焊磨損)、擴散磨損、氧化磨損、熱電磨損等。PCD刀具的失效形式與傳統刀具有所不同,主要表現為聚晶層破 損、粘結磨損和擴散磨損。研究表明,採用PCD刀具加工金屬基複合材料時,其失效形式主要為粘結磨損和由金剛石晶粒缺陷引起的微觀晶間裂紋。在加工高硬 度、高脆性材料時,PCD刀具的粘結磨損並不明顯;相反,在加工低脆性材料(如碳纖維增強材料)時,刀具的磨損增大,此時粘接磨損起主導作用。
5.結語
PCD 刀具因其良好的加工質量和加工經濟性在非金屬材料、有色金屬及其合金材料、金屬基複合材料等切削加工領域顯示出其它刀具難以比擬的優勢。隨著PCD 刀具的理論研究日益深入及其應用技術的進一步推廣,PCD刀具在超硬刀具領域的地位將日益重要,其應用範圍也將進一步拓展。

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結 構和零件的微型化是技術領域的發展趨勢之一,開發經濟上可行的微細加工技術對於微型技術的發展具有重要意義。 目前,產業化的微細製造技術主要用在半導體工業,它們僅僅對大批量生產是經濟的;在印刷製版術行業裡使用的微細製造技術對所加工的幾何形狀及所能加工的材 料又有很大的局限性。與這兩種製造技術比較,微細切削加工可以彌補上述的缺點,因此,開發微細切削技術是微細製造技術的新領域。
微細切削 加工的第一批裝置是美國在60年代末開發的,主要用於加工光學件的表面,並由此誕生了超精加工技術。目前,在光學、電子和機械零件加工中達到了微 米和亞微米的精度和幾十個納米的表面粗糙度。在八十年代末,德國的卡魯斯厄研究中心把微細切削用於在微型元件的表面上加工微細的紋理,製造微型熱交換器: 它們對一個圓筒上的銅箔或鋁箔用單晶金剛石製造的刀尖進行切槽,最終做成一個微型的、效率很高的熱交換器。
直到九十年代,微細切削主要是用金剛石刀具加工有色金屬零件。隨著微型技術應用領域的不斷擴大,要求能加工更多樣化的材料,尤其是對鋼和陶瓷的微細切削,成為微細切削技術的發展方向。
金剛石??近乎理想的切削材料
在 超精加工領域,單晶金剛石刀具幾乎是唯一得到實用的刀具。金剛石摩擦係數低,導熱率高,這對切削過程很有利;它還有很高的硬度和可加工出接近原子尺寸級 的鋒利刃口,而製作鋒利的刃口是微細切削領域中必須解決的關鍵技術。一個亞微米級的鋒利刃口可以加工出幾納米數量級的表面粗糙度。鋒利的刃口及很低的摩擦 係數,可大大減小切削力,這有利於微細切削加工的精度,也降低了對超精加工機床剛性的要求。
金剛石刀具適合加工鋁、純銅、黃銅以及銅鎳合 金等。銅鎳合金有很高的硬度,在加工時可獲得極佳的表面質量。金剛石不適合加工黑色金屬,為了使金剛石能夠加 工鋼,正在開發一些裝置,有一個裝置效果很好。它把一個超聲振動疊加在刀具的運動上,切削時使刀具的接觸時間大大減少,從而降低了切削溫度,抑制了金剛石 向石墨的轉化。
微細切削來源於普通切削
微細切削的知識實際上是從普通的切削加工中獲得的,包括車、銑、鑽、磨,在個別情況下,微細加工也用鋸削或刨削。目前研究最多、最成熟的是超精車削。例如製作壓制菲涅耳透鏡的有色金屬模具或製作表面粗糙度的樣塊。
通過疊加一個由壓電晶體驅動的高頻振動到進給機構裡,在與主軸回轉頻率和振動適當同步時,能產生不旋轉對稱的加工表面,達到磨光的鏡面。目前,超精車削的技術水平已經可加工出極微細的軸徑。
在微細加工中,銑削也被認為是最柔性的加工方法。用單齒的金剛石圓盤銑刀加工槽與前面所述的在薄膜上車槽比較,可以加工出各種角度交叉的槽。可用於製造壓制光學柵格結構的模具,如每毫米100線。已商品化的圓盤銑刀最小寬度約100μm。
用金剛石製造的帶柄銑刀,直徑約300μm,也已經商品化。這種銑刀的結構為通用的直槽單齒銑刀,也可製成有端刃的雕刻刀,它特別適合加工只有幾微米厚的隔板。這種槽銑刀的缺點是最小的槽寬取決於刀具的直徑和裝夾的精度。
鋼是未來微細切削技術加工的對象
微 細切削技術至今還局限於加工硅或非金屬材料,而各種人工合成材料已經可用成形工藝進行加工(包括硬而脆的和軟而韌的),因此,下一步對鋼的加工就顯得很 有必要。鋼的微細切削加工研究在德國始於九十年代,至今仍處於研究階段。其主要應用領域在工模具行業,模具的耐磨性是成形加工經濟性的重要前提,尤其當模 具的結構有很高的深度??寬度比時,其材料的抗彎強度對成形加工的可靠性有決定性的意義,有時甚至關係到是否能夠成形。
鋼的微細切削不能用金剛石刀具,主要用硬質合金銑刀。硬質合金是由很多晶粒組成的燒結體,其晶粒的大小決定刀刃的微觀鋒利程度。因此,不能加工出像用金剛石刀具所獲得的表面質量,但由於價格低並能加工鋼,因此目前仍然是對鋼進行微細切削的主要刀具。
為了有鋒利的刀刃,通常採用鎢鈷類的超細顆粒硬質合金。超細顆粒硬質合金刀具的晶粒尺寸為0.5~1.0μm,其切削刃圓弧半徑為幾微米。
為 了開發鋼的微細切削技術,德國卡魯斯厄大學的機床和製造技術學院首先進行了硬質合金圓盤銑刀的試驗,刀具寬度為0.15mm。用銑刀作十字交叉的切削, 工件硬度為52HRC的調質鋼,加工出了高1mm、截面0.2×0.2mm2的一排排作為合成材料或粉末注射材料模具的稜柱。
適合微細切削的硬質合金帶柄銑刀在工業上已被廣泛採用,有塗層的和不塗層的,最小直徑為0.1mm,個別工具製造商可生產直徑為50μm的銑刀。
為避免刀具意外的折斷和提前磨損,在加工像鋼這樣的硬材料時,要注意加工過程的安全和機床的平穩,所以要求機床具有足夠的剛性和動態性能,採用高的切削速度和中等的每齒進給量,以保證刀具的切入。
硬 質合金微型銑刀的製造存在著一些難題,即除了要在不均質的刀具材料上加工出鋒利的刃口外,還要對直徑為零點幾毫米的銑刀進行磨削,使之承受磨削力的作 用,為解決這一難題,可選擇一種不產生切削力的加工方法(如激光加工)。用銑削的方法可加工出形狀複雜的表面,也可加工用工具鋼製造的100μm以下的零 件,如在硬度為55HRC的模具鋼上直接銑制加工一個微型汽車(1:160)的輪殼模具,其表面粗糙度達RZ=0.5μm,成形表面達鏡面光潔度,注射成 形後的零件不必再進行後續加工。
磨削是專門用於硬而脆的材料的加工,使微型元件能用玻璃、陶瓷、硅或硬質合金製造。目前用於硅片切割的零點幾毫米 寬的砂輪已商品化,通常用經鍍鎳或鉻的金 剛石磨料作砂輪的材料,最近還開發了CVD塗覆金剛石的硬質合金成形砂輪。與刀具相似,砂輪也有用作成形砂輪的盤狀砂輪和通用性很好的指狀砂輪,後者可加 工微細的任意形狀表面,目前在研究部門使用的指狀砂輪的最小直徑為50μm。
磨削加工硬而脆的材料
為了在硬而脆的材料 (例如單晶硅)上加工微孔,除了通常用電鍍法製造的直徑為0.9mm、金剛石顆粒為D91μm的微型空心鑽頭外,德國 Brauschweig技術大學新開發了同樣直徑的CVD金剛石鑽頭,其金剛石晶粒的尺寸為4μm~8μm。儘管有較大的切削力,用這種新型鑽頭在單晶硅 上鑽了55個盲孔,質量全部合格。這種盲孔鑽頭可以在指狀砂輪加工零件的封閉式型腔前鑽引導孔。電鍍的金剛石空心鑽頭較適合在板材上加工通孔,但在試驗 中,在孔的鑽穿那一面沿著硅的晶軸方向出現了大於100μm的崩刃,在孔的鑽入這一面邊緣也有20μm~150μm的崩刃,這一問題有待進一步研究。
結論和展望
微細切削是微細加工工藝的一個重要延伸,儘管目前微細切削所能加工出的零件細節不及微細電加工所達到的程度,但它與激光刻蝕加工等技術一起可在各種各樣的材料上加工任意的空間結構。
此外,它比基於平板印刷的微細技術需要的設備少,也省去了昂貴的母板製造,總之,零件的微細切削加工對於經濟地製作中等批量的微型構件有很大的優勢。

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1 引言
採用傳統的機械研磨方法製造金剛石刀具時,因研磨線速度高,局部壓力大,對刀具表面及刃口衝擊劇烈,不可避免地會導致刀具表面產生微小溝紋和較厚的加工變質層,且刀刃鋸齒度較大,從而限制了刀具質量的進一步提高。試驗表明,採用機械方法研磨金剛石的表面粗糙度極限值約為3nm,刀刃鋸齒度最小只能達到幾十納米的數量級,表面加工變質層厚度約為200nm。
隨著超精密加工技術的不斷發展以及加工精度的不斷提高,對金剛石刀具的精度及質量要求也更為苛刻。研究還發現,刀具表面變質層厚度將直接影響刀具的壽命與零件的加工質量。因此,開發新型的金剛石刀具加工方法無疑是突破機械研磨方法對刀具質量限制的有效途徑。
此 外,如高精度輪廓儀、隧道掃瞄顯微鏡、原子力顯微鏡等儀器中使用的金剛石探針的前端球頂圓弧半徑要求達到或小於1~2μm,精度要求高於0.1μm;加工 光通信用光柵表面的微細溝紋時,需要使用刀尖圓弧半徑為0.1~3μm,並具有相當高的尺寸與形狀精度的金剛石雕刻刀具。對於此類特殊要求,採用傳統的機 械研磨方法或者無法達到,或者加工成本極高,因此也迫切需要開發新型的金剛石工具加工方法。
下面介紹近年來出現的四種較為典型的金剛石工具加工方法。
2 離子束濺蝕法
離子束濺蝕法是利用高能離子的轟擊作用直接對被加工工件進行物理濺蝕,以實現原子級的微細加工。離子束濺蝕法的加工原理如圖1所示。

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Siêu dẫn nhiệt độ cao, trong vật lý học, nói đến hiện tượng siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn từ vài chục Kelvin trở lên. Các hiện tượng này được khám phá từ thập kỷ 1980 và không thể giải thích được bằng lý thuyết BCS vốn thành công với các chất siêu dẫn cổ điển được tìm thấy trước đó.

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高溫超導(High-temperature superconductivity)是一種物理現象,指一些具有較其他超導物質相對較高的臨界溫度的物質在較接近室溫的環境下產生的超導現象。

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画像:高温超伝導の相図.png
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高温超伝導(こうおんちょうでんどう、High-temperature superconductivity)とは、高い転移温度 (Tc)でおこる超伝導。”高温”の意味は、時代、状況によって異なるが、一般に高温超伝導と言えば、ベドノルツとミューラー(ミュラー)がLa-Ba-Cu-O系において1986年に発見したことから始まり、その後続々と発見された転移温度が液体窒素温度を越える一連の銅酸化物高温超伝導物質とその超伝導現象のことを指す場合が多い。高温超伝導を示す物質のことを高温超伝導体という。銅酸化物であるものは銅酸化物高温超伝導体という。

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Ohutkalvon kasvatuksella tarkoitetaan kaikkia niitä tekniikoita, joilla siirretään ohut materiaalikerros kasvatusalustalle (alustasta käytetään usein termiä substraatti). Ohutkalvon "ohuus" on suhteellinen käsite. Joillakin kasvatustekniikoilla (esimerkiksi ALD ja MBE, Molecular Beam epitaxy) päästään atomikerroksittain kasvattamaan kalvon paksuutta, mutta useimmilla menetelmillä pienin säädettävissä oleva paksuus on joitakin kymmeniä nanometrejä. Kalvojen paksuudesta puhuttaessa käytetään usein mittana Ångströmiä. Ohutkalvojen kasvatustekniikat ovat kehittyneet 50-luvulta alkaen elektroniikkateollisuuden kehittyessä. Näitä tekniikoita on alettu yhä laajemmin soveltamaan myös muiden tuotteiden valmistuksessa. Nanoteknologia on käyttää paljolti samoja valmistusmenetelmiä.

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Thin-film deposition is any technique for depositing a thin film of material onto a substrate or onto previously deposited layers. "Thin" is a relative term, but most deposition techniques allow layer thickness to be controlled within a few tens of nanometers, and some (molecular beam epitaxy) allow single layers of atoms to be deposited at a time.

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Bei der Dünnschichttechnologie werden Materialien (dünne Schichten üblicherweise unter 1 µm) durch verschiedene Verfahren auf das Substrat (zum Beispiel als Entspiegelung bei Brillengläsern oder auf Silizium-Wafern) aufgebracht, oder um anschließend bearbeitet bzw. strukturiert zu werden.

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蒸着(じょうちゃく、deposition)とは、金属などを蒸発させて、素材の表面に付着させる表面処理あるいは薄膜を形成する方法の一種。蒸着は、物理蒸着(PVD)と化学蒸着(CVD)に大別される。

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Ảnh chụp thiết bị MBE tại William R. Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory cho phép chế tạo các màng mỏng ôxit và gốm
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Epitaxy chùm phân tử (tiếng Anh: Molecular beam epitaxy, viết tắt là MBE) là thuật ngữ chỉ một kỹ thuật chế tạo màng mỏng bằng cách sử dụng các chùm phân tử lắng đọng trên đế đơn tinh thể trong chân không siêu cao, để thu được các màng mỏng đơn tinh thể có cấu trúc tinh thể gần với cấu trúc của lớp đế. Kỹ thuật này được phát minh vào những năm 60 của thế kỷ 20 tại Phòng thí nghiệm Bell (Bell Telephone Laboratories) bởi J.R. Arthur và Alfred Y. Cho.

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