金剛石工具材料是采用粉末冶金方法將細小顆粒金剛石與金屬粉末熱壓燒結而成的復合材料燒結體，分布在胎體中的金剛石由金屬基體粘結而固定。當表層金剛石在磨削過程中逐漸磨耗的同時，內層金剛石不斷露出，包鑲金剛石的胎體材料既要牢固地粘結金剛石,又要與被加工體協調磨損，以保證金剛石顆粒的不斷出刃和充分利用，從而保證金剛石工具高的切削速度和質量，這就要求包鑲金剛石胎體材料的包鑲力和致密性都比較好。所以包鑲金剛石顆粒的胎體材料就成為影響金剛石工具性能的關鍵因素之一。

       刀頭胎體的作用就是牢固把持金剛石，有效且充分地發揮金剛石的切削效果。在金剛石鋸片研究與生產中選擇刀頭胎體重點需要考慮的有：

       （１）胎體對金剛石的把持能力；

       （２）對特定加工對象，胎體與金剛石的磨損匹配性；

       （３）合適的制造工藝條件；

       （４）合理的成本。

       胎體對金剛石的把持力有機械結合力和化學結合力兩種。

       機械結合力產生于胎體對金剛石的鑲嵌作用，它主要由胎體彈性模量所決定。提高材料彈性模量的元素如Cr、Mn、W或WC硬質相，均能提高胎體對金剛石的把持力,同時也會增加胎體耐磨性。然而，胎體耐磨性過分提高又不利于金剛石出刃。另外，燒結冷卻中胎體的不均勻收縮會對金剛石形成應力纏繞，加強對金剛石的鑲嵌作用，提高把持力。有的工藝熱壓后強制冷卻刀頭就是這個道理。

       化學結合力是由金剛石與胎體“焊接”聯結或化學鍵形成的。它不僅能提高刀頭壽命，而且能使刀頭表面金剛石突出胎體高度增加，形成較大的容屑空間，提高切削效率。提高化學把持力就是要增加胎體對金剛石的潤濕性和鍵合性。強碳化物形成元素Ti、Cr等能誘導胎體潤濕金剛石，并能與金剛石鍵合形成碳化物，增加結合力。但這些元素也浸蝕金剛石，如形成的碳化物較粗大容易產生裂紋或空隙，惡化切削性能。研究表明，強碳化物元素的最佳添加量應低于0.1at%。對金剛石表面鍍覆有利于提高化學把持力，但應注意與相應工藝的配合，解決控制好碳化物的形成和界面的相互協調。否則金剛石表面金屬化難以發揮作用。

       胎體在牢固把持金剛石充分發揮切削效能的前提下，還要與金剛石協調一致磨損以形成新的切削刃，保證切削的不斷進行。提高胎體機械把持力的許多因素都制約協調磨損。金剛石、胎體、加工對象三者協調，這是金剛石刀頭制造最難掌握和控制的，也是金剛石鋸片胎體一個最特殊的屬性。它與加工對象的耐磨性，所用金剛石的品級、加工方法等有關。下表是加工石材時三者的相互關系。當石材的硬度越高和密度越大，所選用的金剛石的強度就要越高、粒度越細、濃度越低，而胎體的硬度就要相應減低，耐磨性減小；當石材的耐磨性高時，所選用金剛石的強度要高、粒度要粗、濃度要高，相應胎體的耐磨性和硬度都要高；反之亦然。其它許多因素也會影響它們之間的關系。如隨著鋸片直徑增大，鋸切力增加，需要較高品級的金剛石，胎體的耐磨性也要相應的提高。

金剛石、胎體、加工對象之間搭配關系

       在實際研究或試驗中可依據以下兩條原則，通過觀察刀頭表面的磨損判定胎體的適應性：（1）金剛石大部分被磨鈍，則應降低胎體的耐磨性；（2）金剛石大部分脫落且脫落凹坑較淺，應增加胎體的耐磨性，如凹坑較深，說明胎體把持能力差，應著重改善它的化學結合力。

       以上說明胎體配方的確定首先應滿足胎體的耐磨性必須與金剛石以及被加工材料的研磨能力相匹配，以保證金剛石鋸片的胎體在切割過程中既能使金剛石充分出露，又不會因露出太高而導致過早脫落。“太軟”的胎體的磨損速度大于金剛石，通常會引起金剛石的過早脫落。與此相反，耐磨性過高的胎體由于其磨損速度小，當金剛石磨損脫落后將導致金剛石不能充分出刃，最終導致金剛石被磨平拋光而失去工作能力。而胎體的耐磨性是由胎體配方中的各組成元素和胎體粉末的燒結工藝確定的。

△油田專用青銅燒結鋸片

       常用的刀頭胎體有鈷基、鐵基和銅基。鈷由于它對金剛石具有好的潤濕性、高的彈性模量和高溫強度，燒結溫度又適中，容易滿足胎體對金剛石把持力和對金剛石換層協調磨損的要求。在金剛石工具制造中，尤其是刀頭要求重負荷高效率切削時，具有不可取代的地位。但其價格相對較高；銅或青銅基胎體成本低，工藝性能好，但它不潤濕金剛石，自身強度又低，對金剛石的把持能力較差，只適合軟質材料的輕負荷或做磨削工具。鐵彈性模量中等，對金剛石有較好的潤濕性，加之低廉的價格，是胎體材料的較佳選擇。鐵基胎體在加工高耐磨性的材料時表現出優異的性能，但鐵容易對金剛石產生過度浸蝕，損害金剛石的強度，且其高溫性能差，使得鐵基胎體與金剛石、加工對象的適應范圍變窄。

       所以，如何選擇金屬胎體成分，要綜合研判，合理選擇。

       參考資料：《金屬基金剛石復合材料的粉末冶金燒結工藝》 劉曉慧