1 硬质合金化学涂层原理与工艺 1
1.1 化学涂层技术的发展 1
1.2 涂层硬质合金梯度基体的制备 3
1.2.1 硬质合金基体表层梯度结构的形成原理 3
1.2.2 烧结体氮势对硬质合金基体梯度结构形成的影响 5
1.2.3 碳势对硬质合金基体梯度结构形成的影响 6
1.3 化学涂层原理 8
1.3.1 化学气相沉积机理 8
1.3.2 涂层化学反应热力学 9
1.3.3 涂层化学反应动力学 11
1.3.4 表面化学涂层材料选择 13
1.3.5 硬质合金表面涂层结构设计 15
1.4 化学涂层设备 17
1.4.1 化学涂层设备原理 17
1.4.2 瑞士IHI Ionbond AG公司典型的CVD涂层设备与技术 19
1.4.3 PACVD涂层设备 22
1.5 化学涂层工艺 23
1.5.1 涂层制备工艺流程 23
1.5.2 涂层反应物的技术要求 24
1.5.3 CVD涂层工艺 26
1.5.4 涂层工艺与质量控制 27
1.6 化学涂层的结构和性能 29
1.6.1 基体梯度结构对涂层结构的影响 29
1.6.2 涂层的结构和性能 30
1.6.3 多层复合涂层与基体的结合强度 32
1.6.4 多层复合涂层残余应力和破损机理分析 35
1.7 化学涂层抗氧化性与切削性能 35
1.7.1 多层复合涂层的氧化行为与机理 35
1.7.2 硬质合金化学涂层的切削性能 37
2 物理涂层技术与设备 41
2.1 物理涂层概述 41
2.1.1 物理涂层及其特点 41
2.1.2 物理气相沉积技术的发展 42
2.2 物理涂层原理 44
2.2.1 物理气相沉积基础知识 44
2.2.2 薄膜生长 47
2.2.3 真空蒸镀 49
2.2.4 磁控溅射镀 51
2.2.5 阴极电弧离子镀 54
2.2.6 物理气相沉积涂层材料 56
2.3 物理涂层设备与技术 59
2.3.1 Balzers物理涂层设备与技术 59
2.3.2 CemeCon涂层设备和技术 63
2.3.3 欧洲其他公司涂层设备与技术 67
2.3.4 涂层系统外围设备 69
2.3.5 物理涂层工艺 69
2.4 物理涂层的组织和性能 70
2.4.1 TiAlN涂层和性能 70
2.4.2 TiN/TiAlN涂层及应用 74
2.4.3 TiAlSiN纳米复合涂层及应用 76
2.5 涂层材料的表征方法 81
2.5.1 涂层材料的表面形貌、成分和结构的表征方法 81
2.5.2 涂层与基体的结合强度 82
2.5.3 涂层硬质合金的弹性模量和硬度 84
2.5.4 涂层残余应力分析 85
2.5.5 涂层的热稳定性 86
3 超细晶硬质合金 88
3.1 超细／纳米WC及WC-Co复合粉的制备方法 88
3.1.1 紫钨还原法制备超细WC粉 88
3.1.2 细黄钨还原法制备纳米WC粉 89
3.1.3 共沉淀法制备混合料 92
3.1.4 直接还原碳化法 93
3.1.5 原位还原碳化法 93
3.1.6 化学气相反应合成法 95
3.1.7 高能球磨与机械合金化法 96
3.2 喷雾转换工艺法 96
3.2.1 喷雾转换法工艺原理 97
3.2.2 喷雾转换工艺主要设备 97
3.2.3 钨钴复合氧化物前驱体粉末制备 99
3.2.4 碳化钨钴复合粉末的流态化制备 100
3.2.5 钨钴复合氧化物在流态化床中还原机理 100
3.2.6 钨钴复合粉在流态化床中碳化反应机理 103
3.2.7 钨钴复合粉性能 105
3.3 超细／纳米晶WC-Co硬质合金制备 106
3.3.1 超细／纳米粉末原料的选择 106
3.3.2 超细／纳米粉末的球磨与成型 108
3.3.3 超细／纳米硬质合金的烧结 110
3.3.4 晶粒生长抑制剂和新型金属黏结剂 114
3.3.5 超细钨钴硬质合金的组织与性能 115
3.3.6 超细钨钴硬质合金的牌号与应用 117
4 地矿工具与超粗晶硬质合金 120
4.1 概述 120
4.2 钎焊固齿工艺 120
4.2.1 钎焊原理 121
4.2.2 钎焊固齿工艺 122
4.2.3 钎焊质量控制 124
4.3 热嵌固齿工艺 126
4.3.1 冷、热压固齿方法 126
4.3.2 钎头体材料的选择 128
4.3.3 热处理工艺 129
4.3.4 齿孔加工 130
4.3.5 固紧力与过盈量的选择 130
4.4 矿用合金和地矿工具 134
4.4.1 粗颗粒碳化钨 135
4.4.2 矿用合金结构 136
4.4.3 凿岩钻头合金成分与性能 139
4.5 盾构刀具 141
4.5.1 盾构掘进 141
4.5.2 盾构刀具介绍 142
4.5.3 刀圈钢材材质的选择及热处理工艺 144
4.5.4 硬质合金刀片材质的选择及高性能硬质合金应用 146
4.5.5 盾构刀具结构的整体优化 146
4.6 超粗晶硬质合金与应用 148
4.6.1 传统超粗晶硬质合金制备方法 149
4.6.2 化学包裹钴粉工艺 150
4.6.3 添加细粉助长粗晶工艺 151
4.6.4 超粗晶硬质合金力学性能与结构的关系 155
4.6.5 超粗晶硬质合金的应用 157
5 Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料 158
5.1 Ti（C,N）基金属陶瓷概述 158
5.1.1 Ti（C,N）基金属陶瓷发展 158
5.1.2 Ti（C,N）基金属陶瓷应用 161
5.2 烧结过程演变 163
5.2.1 压坯脱胶后的成分变化 164
5.2.2 真空烧结过程中的收缩行为 164
5.2.3 真空烧结过程中的脱气反应 166
5.2.4 真空烧结过程中的固相反应和相成分变化 167
5.2.5 烧结过程中的组织结构演变 170
5.2.6 物理和力学性能 173
5.3 烧结气氛对Ti（C,N）基金属陶瓷组织结构和性能的影响 174
5.3.1 对金属陶瓷合金成分的影响 174
5.3.2 对金属陶瓷组织结构的影响 175
5.3.3 对金属陶瓷物理和力学性能的影响 178
5.4 Ti（C,N）基金属陶瓷成分、组织结构与性能 178
5.4.1 环形结构形成机理 179
5.4.2 N的添加方式及N/（C＋N）比 179
5.4.3 Co/（Co＋Ni）比 181
5.4.4 Mo/（W＋Mo）比 183
5.4.5 添加剂对组织和性能的影响 187
6 钢结硬质合金 189
6.1 合金组元及其作用 189
6.1.1 铁碳相图基本知识 189
6.1.2 硬质相组元 191
6.1.3 钢基体合金元素 192
6.1.4 提高钢结硬质合金性能的措施 195
6.2 钢结硬质合金成分、结构和性能 196
6.2.1 碳化钛系钢结硬质合金的成分、性能与应用 196
6.2.2 碳化钨系钢结硬质合金的成分、性能与应用 197
6.2.3 合金工具钢钢结硬质合金 198
6.2.4 高锰钢钢结硬质合金 202
6.2.5 不锈钢钢结硬质合金 205
6.2.6 高速钢钢结硬质合金 207
6.3 钢结硬质合金热处理、加工与应用 209
6.3.1 钢结硬质合金的热处理 209
6.3.2 钢结硬质合金毛坯锻造 211
6.3.3 钢结硬质合金的加工 214
6.3.4 钢结硬质合金的应用 214
7 先进陶瓷刀具材料 216
7.1 先进陶瓷刀具材料设计与制备 216
7.1.1 先进陶瓷刀具材料的特点和分类 216
7.1.2 先进陶瓷刀具材料的设计 217
7.1.3 陶瓷的强化机理与方法 220
7.1.4 先进陶瓷刀具制备 224
7.2 氧化铝系列陶瓷刀具材料 228
7.2.1 氧化铝系列陶瓷刀具材料的发展 228
7.2.2 氧化铝基系列陶瓷刀具的种类和应用 230
7.2.3 氧化铝基系列陶瓷刀片材料的制备和性能 232
7.3 氮化硅和赛隆陶瓷刀具材料 233
7.3.1 氮化硅陶瓷 233
7.3.2 赛隆陶瓷（SiAlON） 237
7.3.3 氮化硅和赛隆陶瓷刀具种类和应用 242
7.4 氧化锆陶瓷工具材料 246
7.4.1 单晶ZrO2的晶体结构、相变与稳定 246
7.4.2 氧化锆陶瓷的制造和显微结构控制 247
7.4.3 氧化锆陶瓷的性能和应用 251
8 数控刀具设计与应用 254
8.1 刀具的基本知识 254
8.1.1 刀具结构 254
8.1.2 刀具的分类 256
8.2 切削的基本知识 261
8.2.1 切削用量 261
8.2.2 切削力 262
8.2.3 切削热和切削温度 264
8.2.4 切屑的类型及控制 266
8.3 数控刀具的设计与举例 268
8.3.1 可转位数控刀片设计 269
8.3.2 可转位铣刀设计 277
8.3.3 可转位车刀设计 282
8.3.4 钻头设计 287
8.3.5 其他典型刀具设计 288
8.4 刀具材料选择与应用 289
8.4.1 刀具材料的分类与性能 290
8.4.2 刀具材料的选用 292
8.4.3 刀具磨损失效与对策 297
8.4.4 切削用量的合理选择 299
8.4.5 高速切削技术 299
9 超硬材料与工具 302
9.1 超硬材料的发展与现状 302
9.1.1 金刚石 302
9.1.2 立方氮化硼 303
9.1.3 聚晶金刚石 304
9.1.4 聚晶立方氮化硼 307
9.1.5 超硬材料薄膜 310
9.2 金刚石制造理论基础 311
9.2.1 金刚石的组成、结构和性质 311
9.2.2 石墨－金刚石平衡曲线 313
9.2.3 金刚石合成机理 315
9.3 高压高温触媒法合成金刚石 317
9.3.1 静态高压高温合成技术的发展 317
9.3.2 静态高压高温合成设备 319
9.3.3 合成原辅材料 321
9.3.4 静态高压高温触媒法合成工艺 324
9.3.5 动态高压合成金刚石 326
9.4 立方氮化硼制造技术 327
9.4.1 立方氮化硼的结构与性质 327
9.4.2 立方氮化硼合成方法和机理 328
9.4.3 静态高压高温触媒法合成立方氮化硼 330
9.5 聚晶金刚石制造技术 332
9.5.1 烧结型聚晶金刚石合成方法和机理 333
9.5.2 烧结型聚晶金刚石制造工艺 335
9.6 聚晶立方氮化硼制造技术 339
9.6.1 聚晶立方氮化硼的分类和特性 339
9.6.2 聚晶立方氮化硼合成方法和机理 339
9.6.3 聚晶立方氮化硼制造工艺 340
9.7 超硬薄膜材料 342
9.7.1 金刚石薄膜的制备 342
9.7.2 类金刚石薄膜的制备 345
9.8 超硬材料刀具 348
9.8.1 超硬刀具的分类和性能特点 348
9.8.2 金刚石刀具的制造 350
9.8.3 金刚石刀具的典型应用 353
9.8.4 PCBN刀具的制造 358
9.8.5 PCBN刀具的典型应用 358
9.9 超硬材料磨具、钻具和锯切工具 361
9.9.1 超硬材料磨具 361
9.9.2 金刚石钻具 365
9.9.3 金刚石锯切工具 369
参考文献 373