從 2019 年開拓國內的刀具設備業(yè)務開始，至今已經有三年。之前，我一直的認知是只有白鋼刀國產沒有優(yōu)勢，鎢鋼和金剛石國產遠超進口，最多是生產刀具的設備比較落后，所以只要我們用點時間把設備造好，國產刀具就能強大起來。但等真正進入行業(yè)才發(fā)現(xiàn)，這個認知錯了。
什么是 PCD 材料？
在國產刀具行業(yè)，精加工刀具的材料、生產設備、砂輪、軟件、設計都是進口的，聽說連磨刀用的研磨液都是進口的。深入了解之后，更是讓人不解。以金剛石相關產品為例，近百分之九十的金剛石原材都是河南生產的，但是用于刀具生產的金剛石聚晶 產 品 PCD， 在2020 年之前近百分之七十來自進口。甚至于，某些公司的刀具就指定進口PCD，國產材料真的不香嗎？2021 年期間，還有很多公司寧愿采用價格幾倍的進口材料，又是為何？
本期，我站在技術人的角度來分析：為何之前的 PCD 領域國產品牌一片空白？我們該如何改變？現(xiàn)在， 鎢鋼刀具及材料的應用已經達到了一定的程度，未來將會有大量的鎢鋼刀具被超硬刀具所代替，所以本期的分析從超硬入手。
超硬刀具的主流分為兩大塊：一塊是以金剛石為基礎的刀具，可以加工絕大部分的非鐵材料；另一塊是CBN 系列，以加工鐵材為主。我個人對 CBN 的了解還不足，以后還希望能夠與更多從事 CBN 材料的專業(yè)人士做朋友，多學習多進步，以求有更深的了解。
以下以 PCD 為例展開分析。
首先，我們要知道一件事，PCD是一種由細微顆粒的金剛石粉通過工藝方法聚晶后形成的產品，其主要的成份還是金剛石。目前已經有公司成功生產出純聚晶材料，這種材料的全部成分均為金剛石。我們通常所用的PCD 都不是純聚晶。
了解一下 PCD 的制成過程。把顆粒狀的金剛石微粉和結合劑充分拌勻，放于模具中，再通過高溫高壓機，將模具內的材料進行聚晶。當壓力達到一定量的時候，顆粒狀的金剛石相互擠壓，由于金剛石顆粒多數(shù)都是多個尖角和平面的外形，擠壓中自然會形成無數(shù)個尖角壓平面的情況出現(xiàn)，壓力除以接觸面積得到壓強，當尖點處壓強達到一定高度時，尖點處的金剛石將會被壓碎或因高溫高壓轉變成石墨。這時拌入其中的結合劑發(fā)揮作用，保持碎掉的金剛石或石墨留在原位。當溫度和壓力改變后，達到金剛石生長的條件時，兩邊的顆粒狀金剛石會利用尖點處的石墨材料進行生長，石墨材料又重新轉變成金剛石，只是形狀不再是尖角。由于兩顆金剛石同時生長，最終將兩顆金剛石連接，就好比金屬焊接一樣，每一顆小金剛石都和周圍的其它小金剛石連接多點，壓力越大連接的點就越大，最終將金剛石粉變成了具有一定強度的金剛石片材。為了加強其強度，通常還有一層更厚的鎢鋼材料作為底料，這樣 PCD就制成了。
在 PCD 的制作過程中，結合劑其實只負責保持石墨留在原位，當 PCD 聚晶成功后，結合劑其實是多余的，不過因為不太容易去除，所以結合劑就一直留在 PCD 中。也就是說，在PCD的使用中，結合劑沒有任何作用，有時還會成為降低 PCD 性能的主要原因。不過，由于結合劑可以使用導電性好的金屬，所以 PCD 制成后，原本不導電的金剛石變成了導電材料。
由于金剛石過于堅硬，三十年前無法加工，后來有了導電的 PCD，于是便有了用放電或線切割加工 PCD 刀具的工藝。因此在歐、美、日等市場形成了一條完整的產業(yè)鏈，并且研發(fā)出導電性能更好更穩(wěn)定的各種 PCD 材料。目前全球的 PCD 刀具加工絕大部分還是采用了放電方式加工，形成了穩(wěn)定的產業(yè)領域。
國產 PCD 真的不“香”嗎 ?
國產 PCD 的歷史也很長，甚至在三十年前我國的 “八六三” 計劃中，就研發(fā)出了比 PCD 更堅硬的 CVD 金剛石。但是，CVD 完全不導電，根本無法加工成工業(yè)刀具，再好的材料也無用武之地。國產 PCD 技術發(fā)展較晚，很多方法或技術都被國外申請了專利，完全照抄都十分困難，所以在導電性及穩(wěn)定性上比進口要差一些，而導電性幾乎成為考核的唯一指標。因為，能買到的 PCD 加工設備都是放電加工機。
導電性成為考核的唯一指標，強度、硬度、耐磨度都不在考核指標中。就算再差的 PCD 材料，比起鎢鋼還是要高出數(shù)個等級，特別是在一些要求加工光潔度很高的產品中，國產 PCD因導電性問題造成刀具刃口缺口或尖點，都是市場無法接受的劣勢。只有在要求不高的木工刀具中，國產 PCD才可以完全勝任，因此近幾年國產PCD 用量最大的是木工行業(yè)。金屬加工等要求高的刀具，只有少數(shù)國產材料能夠投入使用。
回到上面的那個問題，為什么一定要用進口 PCD，國產不 “香” 嗎？我的答案是，國產 PCD 完全可以，并且還能更好。
國產材料的不足是導電性，也有人說是穩(wěn)定性。其實，這個不足都是基于加工手段而言。如果不用放電加工，導電性根本無須考慮。2019 年，我就開始推行 PCD 全激光加工方法，完全不采用放電就能制造出各種刀具，甚至刀具的種類遠多于放電加工。
這個研究方向并非是替代某一種技術，而是基于金剛石材料特性研究的各種技術，發(fā)揮出其特性。比如激光磨床可以用于磨平金剛石，激光車床用于加工圓棒產品，激光造形機、激光五軸加工機……都有專項針對的產品，并且精加工刀具的精度已經達到了進口設備的水準，甚至某些精度有所超越。由于我們使用了與進口激光完全不同的技術路線，將磨菜刀的理念加入其中，采用了激光磨削的方法進行刃口加工。所以，PCD 材料無論顆粒度大或小、導電或完全不導電，都可以磨出非常平整光滑且鋒利的刀口。
如果把國產 PCD 材料做得過于堅硬、耐磨性極好的情況下，現(xiàn)有的PCD材料磨平技術將非常困難。牧激研發(fā)出的激光磨床就很好地解決了這個問題。不但好磨，效率還高出了傳統(tǒng)磨床的幾十倍，不必擔心材料成本因此增加，反而很可能大幅降低。
國產 PCD 成本優(yōu)勢在國產激光技術的支持下將遠超進口材料。在過去的一年里，第一大品牌手機就取消了對進口 PCD 材料的指定。
那么，一個簡單的加工技術真的能改變國產 PCD 的命運嗎？能，并且就在當下。
國產 PCD 不再需要學習進口材料，采用混合粒度生產 PCD 的方式。PCD 材料的生產技術降低了門檻，再利用激光技術降低后期成本，國產PCD 的價格優(yōu)勢將勢不可擋。進而，我們再利用激光技術生產出強度、硬度、耐用度、精度都不輸進口的超硬刀具。您說，國產 PCD “香” 不 “香” ？
材料與后期制造工藝是環(huán)環(huán)相扣的，改變了后期的加工方法，也就改變了對材料特性的要求，因此激光技術將改變中國的刀具發(fā)展歷程。
現(xiàn)階段整體式鎢鋼刀具還是市場主流，主要技術、設備、軟件、材料都還是歐、美、日進口品牌的天下，隨著 PCD 刀具的優(yōu)勢壓過整硬合金刀，將有一部分整硬合金刀被 PCD 刀具取代。在 2021 年，這種事情已經開始發(fā)生。雖然，看起來國產整硬刀具還在發(fā)展，但那是因為國產整硬刀具的品質提升后，搶占了原屬于進口刀具的市場。
超硬取代整硬成為市場主導，就像整硬合金取代白鋼刀一樣，當一個新產品的性價比達到某一個點時，取代便必將勢不可擋。牧激的激光技術屬于國產，雖然有些設備部件仍為進口，但國產化的步伐不會停止。國產PCD材料同樣也會因為激光而改變，因為激光而進步。由此可見，未來的中國甚至全球刀具市場，中國生產的高端刀具絕對占比可觀，激光技術將徹底改變國產刀具的發(fā)展方向。
