초경 공구 소재는 절삭 공구로 사용할 수 있는 초경 소재를 말합니다. 현재 다이아몬드 절삭 공구 소재와 입방정 질화붕소 절삭 공구 소재, 두 가지로 나눌 수 있습니다. 현재 적용되었거나 시험 중인 신소재는 크게 다섯 가지입니다.
(1) 천연 및 인공 합성 대형 단결정 다이아몬드
(2) 폴리다이아몬드(PCD) 및 폴리다이아몬드 복합 블레이드(PDC)
(3) CVD 다이아몬드
(4) 다결정 입방정계 붕소 암모니아(PCBN)
(5) CVD 입방형 붕소 암모니아 코팅
1, 천연 및 합성 대형 단결정 다이아몬드
천연 다이아몬드는 내부 결정립계가 없는 균일한 결정 구조로, 이론적으로 공구 날의 매끄러움과 날카로움을 원자 수준까지 구현할 수 있으며, 강력한 절삭력과 높은 정밀도, 그리고 낮은 절삭력을 자랑합니다. 천연 다이아몬드의 경도, 내마모성, 내부식성, 그리고 화학적 안정성은 공구의 긴 수명을 보장하고, 장시간 정상 절삭을 보장하며, 공구 마모가 가공 부품의 정밀도에 미치는 영향을 줄여줍니다. 높은 열전도율은 절삭 온도와 부품의 열 변형을 줄여줍니다. 천연 대형 단결정 다이아몬드의 미세한 특성은 공구 소재의 정밀 및 초정밀 절삭에 대한 대부분의 요건을 충족합니다. 가격이 높지만, 여전히 이상적인 정밀 및 초정밀 공구 소재로 인정받고 있으며, 원자로 및 기타 첨단 기술 분야의 거울, 미사일 및 로켓, 컴퓨터 하드 디스크 기판, 가속기 전자총 초정밀 가공, 그리고 전통적인 시계 부품, 보석, 펜, 포장 금속 장식 정밀 가공 등에 널리 사용될 수 있습니다. 또한, 안과, 뇌수술용 메스, 초박형 생체 날 및 기타 의료 도구 제조에도 사용될 수 있습니다. 고온 고압 기술의 발전으로 특정 크기의 대형 단결정 다이아몬드를 제작할 수 있게 되었습니다. 이 다이아몬드 공구 소재의 장점은 크기, 형상, 그리고 성능의 일관성이 우수하다는 점인데, 이는 천연 다이아몬드 제품에서는 찾아볼 수 없는 특징입니다. 대형 천연 다이아몬드의 공급 부족과 높은 가격 때문에, 합성 대형 입자 단결정 다이아몬드 공구 소재는 초정밀 절삭 가공에서 천연 대형 단결정 다이아몬드의 대체재로 빠르게 활용될 것으로 예상됩니다.
2. 다결정 다이아몬드(PCD)와 다결정 다이아몬드 복합 블레이드(PDC)는 공구 소재로서 대형 단결정 다이아몬드와 비교하여 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다. (1) 결정립 배열이 무질서하고 등방성이며, 표면 벽개(cleavage)가 없습니다. 따라서 대형 단결정 다이아몬드와 달리 결정 표면 강도, 경도가 다릅니다.
그리고 내마모성은 매우 다르고, 분열면이 존재하기 때문에 취성을 갖습니다.
(2) 높은 강도, 특히 PDC 공구 소재는 초경 매트릭스의 지지력으로 인해 높은 충격 저항성을 가지고 있으며, 충격으로 인해 작은 입자만 파손되고 단결정 다이아몬드처럼 큰 붕괴는 발생하지 않습니다. 따라서 PCD 또는 PDC 공구는 정밀 절삭 및 일반적인 반정밀 가공뿐만 아니라 대량의 황삭 및 단속 가공(밀링 등)에도 사용할 수 있어 다이아몬드 공구 소재의 사용 범위를 크게 확장합니다.
(3) 밀링커터 등 대형 가공공구의 요구에 맞춰 대형 PDC 공구 블랭크를 제작할 수 있습니다.
(4) 다양한 가공 요구에 맞춰 특정 형상을 제작할 수 있습니다. PDC 공구 빌릿의 가공 기술과 전기 스파크, 레이저 절단 기술 등의 발전으로 삼각형, 헤링본, 게이블 등 특수 형상의 블레이드 빌릿을 가공 및 성형할 수 있습니다. 특수 절삭 공구의 요구에 따라 랩, 샌드위치, 롤 형태의 PDC 공구 빌릿도 제작 가능합니다.
(5) 제품의 성능은 설계 또는 예측이 가능하며, 제품에는 특정 용도에 맞게 필요한 특성이 부여됩니다. 예를 들어, 미세 입자 PDC 공구 소재를 선택하면 공구의 날 품질이 향상되고, 거친 입자 PDC 공구 소재를 선택하면 공구의 내구성이 향상됩니다.
결론적으로 PCD 및 PDC 공구 소재의 개발로 PCD 및 PDC 공구의 적용이 많은 제조업으로 급속히 확대되고 있다.
산업계에서는 비철금속(알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 마그네슘 합금, 아연 합금 등), 탄화물, 세라믹, 비금속 재료(플라스틱, 경질 고무, 탄소 막대, 목재, 시멘트 제품 등), 복합 재료(섬유 강화 플라스틱 CFRP, 금속 기질 복합 MMC 등)의 절단 가공에 널리 사용되고 있으며, 특히 자동차 및 목재 가공 산업에서 고성능의 대안으로 전통적인 탄화물이 사용되고 있습니다.
게시 시간: 2025년 3월 27일
