5.1.1添加稀土元素

　　金剛石制品主要是由粉末冶金的方法制成，其胎體成分多為硬質合金，稀土元素對硬質合金性能的改善可望對金剛石工具的性能同樣發揮作用：（1）稀土元素的加入能提高胎體金屬對金剛石的浸潤性，增強粘結能力；（2）稀土元素的加入能提高胎體材料的抗彎強度、耐磨性、抗沖擊韌性等，提高金剛石工具的質量；（3）稀土元素能降低粘結金屬的熔點，降低金剛石制品的燒結溫度，從而減少熱壓法高溫造成的金剛石質量下降。

　　5.1.2自蔓延高溫合成技術的應用

　　自蔓延高溫合成簡稱SHS也稱為燃燒合成，是近20年來發展起來的、依靠化學反應自身放熱來制備材料的新技術。通常，胎體中加入金剛石以后，由于金剛石的“夾雜”作用，胎體的抗彎強度下降，但通過反應熱壓在金剛石與胎體間形成碳化物過渡層后，胎體抗彎強度的下降幅度要小得多。

　5.1.3采用預合金胎體金屬粉末

　　胎體金屬粉末的預合金化有如下優點：（1）合金熔點比單元素熔點低，可使一些高強度金屬通過合金化后降低熔點，以達到燒結金剛石制品的要求；（2）合金和單元素金屬相比，具有較高的物理機械http://www.stonebuy.com/machine/性能，易于滿足金剛石制品胎體性能要求；（3）合金抗氧化性比單元素強，燒結性能好，易于保存；（4）預合金粉末比機械http://www.stonebuy.com/machine/混合粉末均勻，對金剛石的浸潤性好；（5）合金粉末具有單一的熔點，從而避免了機械http://www.stonebuy.com/machine/混合粉末胎體燒結中最常出現的成分偏析和低熔點金屬先熔化并富集以及易氧化、揮發等缺陷，從而可保證金剛石制品的質量，制品的機械http://www.stonebuy.com/machine/性能也大有提高。

　5.1.4活化燒結的應用

　　活化燒結是采用化學或物理的措施，是燒結溫度降低，燒結過程加快，或使燒結體的密度和其它性能得到提高。

　5.1.5設計合理的結構

　5.1.6金剛石表面金屬化

　　在以Fe、Cu、Co、Ni等為主的結合劑制成的金剛石工具中，由于以共價結合的金剛石晶體與上述結合劑無化學親和力，界面不浸潤等原因，金剛石顆粒只能被機械http://www.stonebuy.com/machine/地鑲嵌在結合劑基體中。在磨削力的作用下，當金剛石磨粒被磨露到最大截面之前，胎體金屬就失去了對金剛石顆粒的卡固而自行脫落，使金剛石工具的使用壽命和加工效率降低，金剛石的磨削作用得不到充分發揮。因此，金剛石表面具有金屬化特征，則可以有效地提高金剛石工具的使用壽命和加工效率。其實質是將成鍵元素如Ti或其合金直接鍍附在金剛石表面，通過升溫加熱處理，是金剛石表面形成均勻的化學鍵合層。通過鍍附處理的金剛石磨粒，在金剛石工具制造熱壓固相燒結或冷壓液相燒結過程中，鍍層與金剛石反應形成化學結合使金剛石表面金屬化。另一方面，金屬化的金剛石表層又能順利地與金屬胎體結合劑實現金屬間的冶金結合。因此，鍍鈦及合金的金剛石對冷壓液相燒結及熱壓固相燒結具有廣泛的適用性。這樣胎體合金對金剛石磨粒的固結力提高了，減少了金剛石工具在使用過程中磨粒的脫落，從而提高了金剛石工具的使用壽命和效率［7］。目前用于改變金剛石表面性質的方法主要有化學鍍、真空蒸鍍和離子鍍等。

5.1.7采用超細或納米級材料［9］

　　粉末粒度越細，表面積越大，表面能越高，燒結過程越易進行，機械http://www.stonebuy.com/machine/性能也越高。

　　納米級材料使用納米技術制成的納米級尺度的物體。由于納米材料的顆粒極其微小，比表面積劇增，表面活性很強，在粉末冶金、石化、航天、軍工、能源、機械http://www.stonebuy.com/machine/、電子和探礦等眾多領域有廣闊的應用前景。

　5.2金剛石鋸片的磨損

　　金剛石鋸片的磨損性能是反應鋸切工藝參數合理性、鋸切工具性能、石材http://www.stonebuy.com/可鋸切加工性的重要指標之一。

　　金剛石鋸片的磨損狀況對其鋸切能力和鋸切過程的穩定性有著重要的影響，保持切削刃鋒利是獲得鋸切過程穩定的決定性因素。石材http://www.stonebuy.com/鋸切過程是磨粒切削加工過程，因此，在鋸切過程中應不斷有金剛石磨粒的機械http://www.stonebuy.com/machine/微破碎及相應的胎體磨損，以產生新的鋒利的刀刃，保證一定的鋸切效率。

　　金剛石磨粒從胎體中出刃到脫落而完全喪失切削能力要經歷一定的磨損過程。典型的金剛石磨損過程為：金剛石出刃→達到工作高度→破碎→結合劑磨蝕→金剛石再出刃→磨粒破碎→磨粒完全脫落。由于金剛石磨粒在鋸片工作面上分布不規則，所經歷的磨損階段有所差異。金剛石磨損整個過程可以分為初期磨損（出刃）、正常磨損、急劇磨損三個階段，而正常磨損階段又可能有以下三種不同的磨損路線：

　（1）       初期磨損→局部磨損→大面積破碎；

　（2）       初期磨損→拋光→局部破損→大面積破碎；

　（3）       初期磨損→拋光→整體破碎。

　　金剛石鋸片的磨損可分為金剛石磨粒的磨損和金剛石結塊胎體的磨損，有關金剛石鋸片的磨損機理的研究大多集中在金剛石磨粒的磨損機理研究。M.W,Bailey等人通過顯微觀察鋸切工具上金剛石磨粒的磨損過程和磨損形貌，將金剛石磨粒的磨損形態分為:出刃良好、磨平、破碎、脫落四種形式。劉全賢等人則進一步將金剛石磨粒的磨損形態分為五種主要形式，即初期出刃、拋光、局部破碎、大面積或整體破碎、脫落，并認為鋸切過程中交變的機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷和熱載荷及金剛石的內部缺陷決定著磨粒磨損形態。王成勇等人通過研究，提出了新的金剛石磨損形態分類法，即把金剛石磨粒的磨損形態分為：良好及微破碎、端部破碎、磨平、局部脫落、脫落凹坑、出刃六種形態。這種新的分類方法可更好的描述鋸切過程中金剛石磨粒的磨損過程。金剛石的磨損形態決定著鋸片的鋸切性能鋸片工作面上微破碎、局部破碎的金剛石磨粒數越多，鋸片越鋒利，切削效率相應提高，但鋸片使用壽命低；磨平、拋光的金剛石磨粒越多，切削力越大，切削效率隨之降低，而鋸片使用壽命有所提高，因此，許多研究者都認為，鋸片工作面上各種金剛石磨損形態之間存在一個最佳比值，使得鋸片的鋸切性能最優，但比值大小取決于石材http://www.stonebuy.com/材質和對鋸切加工工藝的要求。

　　金剛石磨粒的磨損過程中，不斷進行的微破碎、局部破碎過程使得新的切削刃不斷產生，鋸片處于鋒利切削狀態，切削效率高。切削功率消耗降低，但不斷的微破碎、局部破碎將導致金剛石磨粒大面積破碎，鋸片使用壽命降低；而金剛石的不斷磨平和拋光會使切削刃鈍化，切削力增大，切削效率降低，但鋸片的使用壽命有所提高［8］。

5.3金剛石圓鋸片的受力分析［10］

　　5.3.1鋸片的力學模型的建立

　　一般情況下，圓盤鋸片的厚度相對直徑較小，因此對其受力分析時，可以按平面應力問題處理。鋸片放在鋸機主軸上并由法蘭盤加緊，因此鋸片中心孔的六個自由度都受到限制。鋸片受力主要瞬時與石材http://www.stonebuy.com/切割相接觸的金剛石鋸齒上。參與切割的鋸齒數與切割深度有關。圖1為鋸片切割示意圖。由圖1的幾何關系可以得到參與切割的鋸齒數Z與切割深度ap的關系式：

Z＝ arcos(1– )

式中：R—鋸片半徑；

      P—金剛石節塊齒距。

　　從公式可以看到切割深度越大，參與切割的齒數越多。作用在鋸齒上的力是切向力，因此把切向力分解成X方向和Y方向的兩個分力并按集中力作用在鋸齒節點上。當鋸片電機功率確定以后，切向力大小由鋸片線速度而定。

　5.3.2鋸齒受力分析的靜力學方法

　　鋸切力是衡量鋸切工藝參數合理性、金剛石鋸片耐用度、切割質量和石材http://www.stonebuy.com/材料的可切割性等方面的重要數據。金剛石鋸片鋸割工程石材http://www.stonebuy.com/時力學模型如圖1所示。

　　鋸切時，金剛石鋸片的鋸齒對石材http://www.stonebuy.com/產生的切割力有兩個：一個是法向力Fn，另一個是沿線速度方向的切向力Ft。鋸切力Ft是鋸片的主切割力，直接影響鋸切功率。垂直力Fn則直接影響鋸片的剛度、穩定性和耐磨損等特性。但由于Fn和Ft直接測量比較困難，把切向力Ft和垂直法向力Fn分解成沿進給方向切割力Fx和切割深度方向的垂直力Fy。在某瞬時，可以把Fn和Ft投影到x、y軸上，通過上述幾何關系，可得到：

FX＝Fnsinθ＋Ftcosθ，

Fn＝－Fcosθ＋Ftsinθ

式中θ是取某瞬時，切割石材http://www.stonebuy.com/中點直徑與垂直方向的夾角，也是鋸片從切割最低點沿切割軌跡轉到切削中點時的夾角，即

θ＝arccos（1－ ）