⼑具市场细分进⼊性分析及产业链竞争格局预测
⼑具市场细分进⼊性分析及产业链竞争格局预测
1、加⼯各种外表⾯的⼑具：⼑具是机械制造中⽤于切削加⼯的⼯具，⼜称切削⼯具。绝⼤多数的⼑具是机⽤的，但也有⼿⽤的。由于机械制造中使⽤的⼑具基本上都⽤于切削⾦属材料，所以“⼑具”⼀词⼀般就理解为⾦属切削⼑具。切削⽊材⽤的⼑具则称为⽊⼯⼑具。
⽬前，加⼯各种外表⾯的⼑具包括：车⼑、刨⼑、铣⼑、外表⾯拉⼑和锉⼑等；
2、孔加⼯⼑具：孔加⼯⼑具是内孔表⾯也是零件上的主要表⾯之⼀，主要包括钻头、扩孔钻、镗⼑、铰⼑和内表⾯拉⼑等。根据零件在机械产品⼗的作⽤不同，不同结构的内孔有不同的精度和表⾯质量要求。按照孔与其他零件相对连接关系的不同，可分为配合孔与⾮配合孔；按其⼏何特征的不同，可分为通孔、盲孔、阶梯孔、锥孔等；按其⼏何形状不同，可分为圆孔、⾮圆孔等。
3、螺纹加⼯⼑具：螺纹加⼯⼑具主要包括丝锥、板⽛、⾃动开合螺纹切头、螺纹车⼑和螺纹铣⼑等；
4、齿轮加⼯⼑具：齿轮加⼯⼑具主要⽤于各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部。其产品主要包括滚⼑、插齿⼑、剃齿⼑、锥齿轮和拉⼑等；
5、切断⼑具：切断加⼯对⼑具要求很⾼，由于随着⼑具接近中⼼线，切削⼒和摩擦也不断增⼤。⽬前市场上切断⼑具主要包括镶齿圆锯⽚、带锯、⼸锯、切断车⼑和锯⽚铣⼑等等。
车刀种类6、组合⼑具等：组合⼑具主要⽤于汽车飞轮、刹车盘等部件。根据零件的⼯艺要求，组合⼑具分为：
①同类⼯艺组合⼑具，由同类型的⼑具组合在⼀起，如组合铣⼑、组合镗⼑和组合铰⼑等。
②⾮同类⼯艺组合⼑具，由不同类型的⼑具组合在⼀起，如钻头与扩孔钻组合，钻头、扩孔钻与锪钻（见钻头）组合，钻头、扩孔钻与铰⼑组合等。
按切削运动⽅式和相应的⼑刃形状分：
1、通⽤⼑具：通⽤⼑具主要包括：车⼑、刨⼑、铣⼑(不包括成形的车⼑、成形刨⼑和成形铣⼑)、镗⼑、钻头、扩孔钻、铰⼑和锯等；
2、成形⼑具：这类⼑具的⼑刃具有与被加⼯⼯件断⾯相同或接近相同的形状，如成形车⼑、成形刨⼑、成形铣⼑、拉⼑、圆锥铰⼑和各种螺纹加⼯⼑具等；
3、展成⼑具：展成⼑具是⽤展成法加⼯齿轮的齿⾯或类似的⼯件⼯业⾃动化⽹版权所有，如滚⼑、插齿⼑、剃齿⼑、锥齿轮刨⼑和锥齿轮铣⼑盘等。
⼑具主要材料：
（1）⾼速钢：⾼速钢是⼀种具有⾼硬度、⾼耐磨性和⾼耐热性的⼯具钢，⼜称⾼速⼯具钢或锋钢。⾼速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。⾼速钢的⼯艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要⽤来制造复杂的薄刃和耐冲击的⾦属切削⼑具，也可制造⾼温轴承和冷挤压模具等。除⽤熔炼⽅法⽣产的⾼速钢外，20世纪60年代以后⼜出现了粉末冶⾦⾼速钢，它的优点是避免了熔炼法⽣产所造成的碳化物偏析⽽引起机械性能降低和热处理变形。
⽬前，我国⾼速钢主要⽣产企业有江苏天⼯、上钢五⼚、河冶科技、宝钢等，主要进⼝地区集中在⽇本、俄罗斯、德国、奥地利、法国、乌克兰、巴西等国家。
⾼速钢⼑具：⾼速钢⼑主要包括复杂成型⾼端⼑具（叶根铣⼑，齿轮滚⼑，拉⼑，丝锥）以及量⼤价值低的低端⼑具。其材料主要由两种基本成分构成：
⼀种是⾦属碳化物(碳化钨、碳化钼或碳化钒)，它赋予⼑具较好的耐磨性；
⼆是分布在周围的钢基体，它使⼑具具有较好的韧性和吸收冲击、防⽌碎裂的能⼒。
份额约为5%；陶瓷⼑具在⾼速铣削，尤其是航空难加⼯材料领域中得到推⼴，约占市场份额的2%；超硬材料PCD/PCBN的市场份额约为3%，主要集中在有⾊⾦属及⿊⾊⾦属的加⼯。
近年来，随着粉末冶⾦⾼速钢(P／MI-ISS)⼑具切削性能的提⾼，⾼速钢⼑具的市场占有率有所回升。与普通⾼速钢⼑具相⽐，粉末冶⾦⾼速钢⼑具硬度更⾼、韧性更好、更耐磨损，因此在某些应⽤领域(如⾼冲击性、⼤切除量的加⼯场合)，粉末冶⾦⾼速钢⼑具有逐渐取代脆性较⼤、在切削冲击下易发⽣碎裂的整体硬质合⾦⼑具的趋势。
硬质合⾦：硬质合⾦由难熔⾦属的硬质化合物和粘结⾦属通过粉末冶⾦⼯艺制成的⼀种合⾦材料。硬质合⾦具有硬度⾼、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等⼀系列优良性能，特别是它的⾼硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很⾼的硬度。硬质合⾦⼴泛⽤作⼑具材料，如车⼑、铣⼑、刨⼑、钻头、镗⼑等，⽤于切削铸铁、有⾊⾦属、塑料、化纤、⽯墨、玻璃、⽯材和普通钢材，也可以⽤来切削耐热钢、不锈钢、⾼锰钢、⼯具钢等难加⼯的材料。现在新型硬质合⾦⼑具的切削速度等于碳素钢的数百倍。⽬前我国硬质合⾦主要⽣产企业为株洲601硬质合⾦集团、盈通硬质合⾦、深圳⾦洲、厦门⾦鹭等。
硬质合⾦⼑具：硬质合⾦⼑具作为现代超硬⼑具，主要要应⽤于航天航空、军事装备、深海作业等⾼端领域。数据显⽰：我国⽬前年⼑具销售额为412亿元，其中硬质合⾦⼑具所占⽐例不⾜40％，不仅与国际市场⼑具产品结构相去甚远，也不能满⾜国内制造业对硬质合⾦⼑具⽇益增长的需求。
近年来，我国相关政府部门加⼤对硬质合⾦产业⼤⼒⽀持和扶持，以株洲为我国硬质合⾦⽣产基地的产业链不断完善。随着硬质合⾦所占⽐率将逐步增⼤，⾼速钢产品的⽐率将逐步减少，未来我国硬质合⾦⼑具市场需求前景看好。
⾦属陶瓷：⾦属陶瓷是由陶瓷硬质相与⾦属或合⾦粘结相组成的结构材料。主要分为以陶瓷为基质和以⾦属为基质两类。由于⾦属陶瓷具有⾦属和陶瓷的优点，它密度⼩、硬度⾼、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热⽽脆裂。另外，在⾦属表⾯涂⼀层⽓密性好、熔点⾼、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防⽌⾦属或合⾦在⾼温下氧化或腐蚀。⾦属陶瓷既具有⾦属的韧性、⾼导热性和良好的热稳定性，⼜具有陶瓷的耐⾼温、耐腐蚀和耐磨损等特性。
⽬前在我国，⾦属陶瓷⼴泛地应⽤于⽕箭、导弹、超⾳速飞机的外壳、燃烧室的⽕焰喷⼝等地⽅。国内主要⽣产企业有南通⾼欣⾦属陶瓷复合材料有限公司、北京⼤华陶瓷⼚、成都旭光电⼦股份有限公司等。
⾦属陶瓷⼑具：⾦属陶瓷也叫烧结碳化物，它是陶瓷⼀⾦属复合材料以TiC为主要成分的合⾦，其硬度与耐热性接近陶瓷⽽抗弯强度和断裂韧性⽐陶瓷⾼，其中⾦属碳化物是硬质相，⼀般占80%以上；其余为铁、钴、镍等⾦属相。作为粘结剂。
由于⾦属陶瓷的导热性、耐热性、抗粘结性和化学稳定性⽐⾼速钢好得多，因此在⼑具材料中获得了
⼴泛应⽤。特别是在发达国家，⾦属陶瓷的应⽤规模不断扩⼤，如⽇本的⾦属陶瓷⼑⽚已占可转位⼑⽚总数的30%，迄今仍在扩⼤应⽤范围。美国⽬前⾦属陶瓷⼑⽚只有5%-8%，但市场应⽤规模增长速度达到20%以上。
（4）陶瓷：陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷材料⼤多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。常见的陶瓷材料有粘⼟、氧化铝、⾼岭⼟等。陶瓷材料⼀般硬度较⾼，但可塑性较差。⽬前国内主要品牌为东鹏陶瓷、新中源陶瓷、冠珠陶瓷、红叶陶瓷、蒙娜丽莎陶瓷、宏宇陶瓷、马可波罗陶瓷、斯⽶克陶瓷、鹰牌陶瓷以及⾦舵陶瓷等。
陶瓷⼑具：⽬前在中国，⽤作陶瓷⼑具的材料已形成氧化铝陶瓷、氧化铝—⾦属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物⾦属陶瓷、氧化铝—氮化物⾦属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷⼑具。在国外，德国陶瓷⼑具已不仅⽤于普通机床，且已将其作为⼀种⾼效、稳定可靠的的具⽤于数控机床加⼯及⾃动化⽣产线；⽇本陶瓷⼑具在产品种类、产量及质量上均具国际先进⽔平；美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷⼑具研制开发⽅⾯⼀直占世界领先地位；中国陶瓷⼑具开发应⽤也取得许多重⼤成果。
专家表⽰：陶瓷⼑具材料是⼀种最有前途的⾼速切削⼑具材料，在⽣产中有⼴泛的应⽤前景。据了解，在德国约70%加⼯铸件的⼯序是⽤陶瓷⼑具完成的，⽽⽇本陶瓷⼑具的年消耗量已占⼑具总量的8
%-10%。我国陶瓷⼑具的发展也⼗分迅速，研究与开发⽔平与国际相当。随着特种陶瓷材料研究与开发⼯作的不断深⼊，陶瓷⼑具在⾦属切削加⼯业中的应⽤⽐例必然不断扩展；随着航空、航天⼯业发展的需要，必须满⾜提⾼Ti合⾦和Ni基⾼温合⾦等⼯件材料切削效率的要求，特种陶瓷⼑具材料将会作出更⼤的贡献。
聚晶⽴⽅氮化硼：⽴⽅氮化硼聚晶是由⽴⽅氮化硼微粉在结合剂存在下，⾼温⾼压烧结⽽成的⽴⽴氮化硼多晶体。⽴⽅
聚晶⽴⽅氮化硼：⽴⽅氮化硼聚晶是由⽴⽅氮化硼微粉在结合剂存在下，⾼温⾼压烧结⽽成的⽴⽴氮化硼多晶体。⽴⽅氮化硼聚晶中的结合剂成分主要有：⾦属结合剂、⾦属陶瓷结合剂以及陶瓷结合剂等。⽬前，国内主要⽣产企业有⽡萨琪钻⽯⼑具有限公司、上海井研精密⼯具有限公司以及富耐克公司等。
（5）聚晶⽴⽅氮化硼⼑具：PCBN⼑具可加⼯硬度在HRC60以上的淬⽕钢、模具钢、⼯具钢、合⾦钢、灰⼝铁、⽩⼝铁、硬质合⾦、陶瓷等传统⼑具难加⼯的材料，适⽤于普通机床、专⽤机床、⾃动线以及数控机床，⼴泛应⽤于军⼯、汽车、冶⾦轧辊、轴承、模具等⾏业的切削加⼯。
PCBN⼑具能以车、铣代磨，切削精度较⾼，明显提⾼了⼯作效率，特别是在⾃动线、数控机床和⾼硬度⼯件的加⼯⽅⾯优势更加明显。其使⽤寿命是硬质合⾦⼑具的5～25倍，⾼耐磨性⼤⼤减少了换⼑
和磨⼑的次数，⽽不重磨机夹PCBN⼑具也与硬质合⾦机夹⼑具⼀样不⽤磨⼑。此外，PCBN⼑具也可不⽤冷却液⽽进⾏⼲式⾼速切削，适应⽇益提⾼的国家环保要求和“低碳经济”要求。实⾏“绿⾊切削”，减少了污染，省去了冷却费⽤，是机械加⼯中利国利民的上佳选择，未来该产品在我国⼑具⾏业发展前景较好。
（6）聚晶⾦刚⽯等：聚晶⾦刚⽯（微粉）是利⽤独特的定向爆破法由⽯墨制得，⾼爆速定向爆破的冲击波使⾦属飞⽚加速飞⾏，撞击⽯墨⽚从⽽导致⽯墨转化为聚晶⾦刚⽯。其结构与天然的⾦刚⽯极为相似，通过不饱和键结合⽽成，具有很好的韧性。⽬前国内主要⽣产企业为四⽅达、聚晶⾦刚⽯企业有限公司等。
聚晶⾦刚⽯⼑具：当前，国外发达国家对PCD⼑具的研究起源于20世纪50年代初期，其应⽤已⽐较成熟。国际上著名的⼈造⾦刚⽯复合⽚⽣产商主要有英国DeBeers公司、美国GE公司、⽇本住友电⼯株式会社等。
国内PCD⼑具市场随着⼑具技术⽔平的发展也不断扩⼤。其产品主要研究机构有清华⼤学、⼤连理⼯⼤学、华中理⼯⼤学、吉林⼯业⼤学、哈尔滨⼯业⼤学等。从事PCD⼑具研发、⽣产的有上海舒伯哈特、郑州新亚、南京蓝帜、深圳润祥、成都⼯具研究所等⼏⼗家单位。
⽬前，PCD⼑具的加⼯范围已从传统的⾦属切削加⼯扩展到⽯材加⼯、⽊材加⼯、⾦属基复合材料、
玻璃、⼯程陶瓷等材料的加⼯。通过对近年来PCD⼑具应⽤的分析可见，PCD⼑具主要应⽤于以下两⽅⾯：
（1）难加⼯有⾊⾦属材料的加⼯：⽤普通⼑具加⼯难加⼯有⾊⾦属材料时，往往产⽣⼑具易磨损、加⼯效率低等缺陷，⽽PCD⼑具则可表现出良好的加⼯性能。如⽤PCD⼑具可有效加⼯新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合⾦（对该材料加⼯机理的研究已取得突破）。
（2）难加⼯⾮⾦属材料的加⼯：PCD⼑具⾮常适合对⽯材、硬质碳、碳纤维增强塑料（CFRP）、⼈造板材等难加⼯⾮⾦属材料的加⼯。如华中理⼯⼤学1990年实现了⽤PCD⼑具加⼯玻璃；⽬前强化复合地板及其它⽊基板材（如MDF）的应⽤⽇趋⼴泛，⽤PCD⼑具加⼯这些材料可有效避免⼑具易磨损等缺陷。
专家表⽰：随着PCD⼑具切削性能的不断提⾼和PCD⼑具价格的不断下降，PCD⼑具对于⼴⼤⽤户具有了前所未有的吸引⼒，这将有⼒推动PCD⼑具的普及应⽤以及PCD⼑具技术更快地向前发展。
⼑具涂层技术：⼑具表⾯涂层，主要通过提⾼⼑具表⾯硬度，热稳定性，降低摩擦系数等⽅法来提升切削速度，提⾼进给速度，从⽽提⾼切削效率，并⼤幅提升⼑具寿命。其主要优势为：
--由于表⾯涂层材料具有很⾼的硬度和耐磨性，且耐⾼温。故与未涂层的⼑具相⽐，涂层⼑具允许采⽤较⾼的切削速度，从⽽提⾼了切削加⼯效率；或能在相同的切削速度下，提⾼⼑具寿命。
--由于涂层材料与被加⼯材料之间的摩擦系数较⼩，故涂层⼑具的切削⼒⼩于未涂层的⼑具；
--⽤涂层⼑具加⼯，零件的已加⼯表⾯质量较好；
--由于涂层⼑具的综合性能良好，故涂层硬质合⾦⼑⽚有较好的通⽤性，⼀种涂层硬质合⾦牌号的⼑⽚具有较宽的使⽤范围。
⼑具涂层技术⼯艺：根据相关研究资料：当前，全球⼑具涂层技术通常可分为化学⽓相沉积（CVD）和物理⽓相沉积（PVD）两⼤类：
1．CVD技术被⼴泛应⽤于硬质合⾦可转位⼑具的表⾯处理。CVD可实现单成份单层及多成份多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较⾼，薄膜厚度较厚，可达7～9µm，具有很好的耐磨性。但CVD⼯艺温度⾼，易造成⼑具材料抗弯强度下降；涂层内部呈拉应⼒状态，易导致⼑具使⽤时产⽣微裂纹；同时，CVD⼯艺排放的废⽓、废液会造成较⼤环境
强度下降；涂层内部呈拉应⼒状态，易导致⼑具使⽤时产⽣微裂纹；同时，CVD⼯艺排放的废⽓、废液会造成较⼤环境污染。为解决CVD⼯艺温度⾼的问题，低温化学⽓相沉积（PCVD），中温化学⽓相沉积（MT-CVD）技术相继开发并投⼊实⽤。⽬前，CVD（包括MT-CVD）技术主要⽤于硬质合⾦可转位⼑⽚的表⾯涂层，涂层⼑具适⽤于中型、重型切削的⾼速粗加⼯及半精加⼯。
2．PVD技术主要应⽤于整体硬质合⾦⼑具和⾼速钢⼑具的表⾯处理。与CVD⼯艺相⽐，PVD⼯艺温度低（最低可低⾄80℃），在600℃以下时对⼑具材料的抗弯强度基本⽆影响；薄膜内部应⼒状态为压应⼒，更适于对硬质合⾦精密复杂⼑具的涂层；PVD⼯艺对环境⽆不利影响。PVD涂层技术已普遍应⽤于硬质合⾦钻头、铣⼑、铰⼑、丝锥、异形⼑具、焊接⼑具等的涂层处理。
⼑具涂层种类：由于单⼀涂层材料难以满⾜提⾼⼑具综合机械性能的要求，因此涂层成分将趋于多元化、复合化；为满⾜不同的切削加⼯要求，涂层成分将更为复杂、更具针对性；在复合涂层中，各单⼀成分涂层的厚度将越来越薄，并逐步趋于纳⽶化；涂层⼯艺温度将越来越低，⼑具涂层⼯艺将向更合理的⽅向发展。
⼑具涂层技术现状及研究进展：⾃从20世纪60年代以来，经过近半个世纪的的发展，⼑具表⾯涂层技术已经成为提升⼑具性能的主要⽅法。当前，涂层⾼速钢⼑具和涂层硬质合⾦⼑具已占全部⼑具使⽤总量的70%以上，技术较成熟国家主要集中在⽇本、德国、美国等地区。
在中国，⼑具涂层技术与⼯业发达国家相⽐尚有很⼤差距，涂层⼑具的数量也差得很远，⼤致只占全部⼑具的20%。其中数控机床和加⼯中⼼上使⽤得居多，在普通的⾮数控机床上则相当少，主要是受到认识问题和价格等因素的影响。其图层技术主要研究进展为：
1、多元、复合硬质涂层材料的发展
⼑具表⾯的硬质薄膜对材料有如下要求：①硬度⾼、耐磨性能好；②化学性能稳定，不与⼯件材料发⽣化学反应；⑧耐热耐氧化，摩擦系数低，与基体附着牢固等。单⼀涂层材料很难全部达到上述技术要求。涂层材料的发展，已由最初的单⼀TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC-Al2O3-TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元复合薄膜材料，使⼑具涂层的性能有了很⼤提⾼。
硬质涂层材料中，⼯艺最成熟、应⽤最⼴泛的是TiN。⽬前，⼯业发达国家TiN涂层⾼速钢⼑具的使⽤率已占⾼速钢⼑具的50%-70%，有的不可重磨的复杂⼑具的使⽤率已超过90%。由于现代⾦属切削对⼑具有很⾼的技术要求，TiN涂层⽇益不能适应。TiN涂层的耐氧化性较差，使⽤温度达500℃时，膜层明显氧化⽽被烧蚀，⽽且它的硬度也满⾜不了需要。
TiC有较⾼的显微硬度，因⽽该材料的耐磨性能较好。同时它与基体的附着牢固，在制备多层耐磨涂层时，常将TiC作为与基体接触的底层膜，在涂层⼑具中它是⼗分常⽤的涂层材料。
TiCN和TiAlN的开发，⼜使涂层⼑具的性能上了⼀个台阶。TiCN可降低涂层的内应⼒，提⾼涂层的韧性，增加涂层的厚度，阻⽌裂纹的扩散，减少⼑具崩刃。将TiCN设置为涂层⼑具的主耐磨层，可显著提⾼⼑具的寿命。TiAlN化学稳定性好，抗氧化磨损，加⼯⾼合⾦钢、不锈钢、钦合⾦、镍合⾦时，⽐TiN涂层⼑具提⾼寿命3—4倍。在TiAlN涂层中如果有较⾼的Al浓度，在切削时涂层表⾯会⽣成⼀层很
薄的⾮品态Al2O3，形成⼀层硬质惰性保护膜，该涂层⼑具可更有效地⽤于⾼速切削加⼯。掺氧的氮碳化钛TiCNO具有很⾼的显微硬度和化学稳定性，可以产⽣相当于TiC+Al2O3复合涂层的作⽤。⼀些过渡⾦属氮化物、碳化物、硼化物以及它们的多元复合化合物，有的具有相当⾼的硬度，这些材料都可以开发出来应⽤于涂层⼑具，将会使涂层⼑具的性能有新的突破。
2、低压⽓相合成⾦刚⽯薄膜的应⽤
在上述硬质薄膜材料中，显微硬度HV能够超过50GPa的有3种：⾦刚⽯薄膜、⽴⽅氮化硼CBN、氮化碳β-C3N4。这些为数不多的超⾼硬度薄膜材料的出现，为涂层⼑具硬质薄膜的发展开辟了⼗分稀少⽽昂贵的天然⾦刚⽯远远满⾜不了现代⼯业的需要。20世纪50年代中期，美国通⽤汽车公司⼈⼯合成了⾦刚⽯，得到颗粒状和粉末状⾦刚⽯。由于颗粒状⾦刚⽯加⼯困难，很难把它涂到⼑具表⾯。机械⾏业常⽤的聚品⾦刚⽯⼑⽚(PCD)也由于⼏何形状单⼀，⽆断屑槽和合理的⼏何参数，限制了其性能的发挥。70年代初采⽤低压化学⽓相沉积⽅法合成了⾦刚⽯薄膜，经过20多年的技术攻关，低压⽓相合成⾦刚⽯的技术终于有了重⼤突破，研究⾦刚⽯成为世界性的热门课题。
⾦刚⽯和⽯墨是同素异形体，⾦刚⽯品体是⽴⽅品系，属Fd3m空间；⽽⽯墨是六⾓品系，属R3m空间。由于原⼦之间的键合⽅式不同，使其性能差异⼗分巨⼤。从热⼒学的理论来看，⽯墨⽐⾦刚⽯更稳定。低压⽓相⽣长⾦刚⽯，在碳的相图中，是在⽯墨为稳态⽽⾦刚⽯为亚稳态的区域中进⾏。然
⽽，由于两相的化学势⼗分接近，两相都能⽣成。低压⽓相合成⾦刚⽯的关键技术是抑制⽯墨相，促进⾦刚⽯相⽣长。常⽤的合成⽅法有热丝法，等离⼦体增强化学⽓相沉积(PECVD)，包括微波PCVD、电⼦回旋共振ECR—PCVD、直流和射频PCVD等⽅法，直流和⾼频电弧放电热等离⼦
积(PECVD)，包括微波PCVD、电⼦回旋共振ECR—PCVD、直流和射频PCVD等⽅法，直流和⾼频电弧放电热等离⼦体法等。反应过程中输⼊的能量(如射频功率、微波功率等)、反应⽓体的激活状态和最佳配⽐、沉积过程的成核模式等，对于⽣成⾦刚⽯膜有决定性作⽤。衬底材料的晶型和点阵常数对⾦刚⽯膜成核⽣长影响很⼤，当⾦刚⽯相和⽯墨相在衬底上同时成核时，⽯墨相就会迅速⽣长。如果存在⾼浓度的原于氢就会对长出的⽯墨相起腐蚀作⽤⽽将⽯墨相除去，虽然它也能对⾦刚⽯相起腐蚀作⽤，但速度却慢得多，从⽽达到抑制⽯墨相⽣长的⽬的。许多沉积⾦刚⽯薄膜的温度要求为600℃-900℃，因此该技术常⽤于硬质合⾦⼑具表⾯沉积⾦刚⽯薄膜。⾦刚⽯硬质合⾦⼑具的商品化，是近⼏年涂层技术的重⼤成就。
3、⽴⽅氮化硼CBN薄膜技术尚待突破
与⼈⼯合成⾦刚⽯薄膜相⽐，⼈⼯合成CBN薄膜的研究⼯作开展得较晚。BN有3种异构体：CBN⽴⽅品系闪锌矿结构，F43m空间；h—BN六⽅品系⽯墨结构，P6/mmc空间；w—BN六⽅品系纤锌矿结构，P63mc空间。
3种异构体的性能差别很⼤，h—BN具有与⽯墨极为相似的结构，质地很软。⽽w—BN和CBN中，B、N原⼦都要被此形成四配位结构，它们都是超硬材料。⽤⾼温⾼压⽅法得到的CBN是颗粒状晶体，最⾼显微硬度可达84.3GPa，CBN 薄膜的最⾼显微硬度为61.8GPa，其综合性能并不亚于⾦刚⽯薄膜。CBN在硬度和导热率⽅⾯仅次于⾦刚⽯，热稳定性极好，在⼤⽓中加热⾄1000℃也不发⽣氧化。CBN对于铁族⾦属具有极为稳定的化学性能，与⾦刚⽯不宜加⼯钢材不同，它可以⼴泛⽤于钢铁制品的精加⼯、研磨等。CBN涂层除具有优良的耐磨损性能外，还可以在相当⾼的切削速度下加⼯耐热钢、钛合⾦、淬⽕钢，能切削⾼硬度的冷硬轧辊、掺碳淬⽕材料和对⼑具磨损⾮常严重的Si-Al合⾦等。低压⽓相合成CBN薄膜的⽅法主要有CVD和PVD法。CVD包括化学输运PCVD，热丝辅助加热PCVD、ECR-CVD等；PVD则有反应离⼦束镀、活性反应蒸镀、激光蒸镀离⼦束辅助沉积法等。
CBN的合成技术，在基础研究和应⽤技术⽅⾯都还有不少⼯作要做，包括反应机制和成膜过程、等离⼦体诊断和质谱分析、最佳⼯艺条件的确定、⾼效率设备的开发等。
4、有可能超过⾦刚⽯硬度的氮化碳
20世纪80年代末，美国科学家IIU和Co-henE4设计了类似p-Si3N4的新型化合物p-C3N4，采⽤固体物理和量⼦化学理论，计算了它的体模量、能带和品格常数，发现氮化碳的体模量达到⾦刚⽯的数值范围。由于物质的硬度与体模量成正⽐，这样序C3N4的硬度有可能达到⾦刚⽯的硬度，这引起世界各国
科学家的关注。1994年，IIU公布了他的研究新成果E53，他采⽤了可变品格模型分⼦动⼒学(VCS—MD)从头计算法，扩展了低能量C3N4固体的理论研究，指出C3N4可能具有3种结构：六⾓品系的p相、⽴⽅品系的闪锌矿结构和三⾓品系的类⽯墨结构。1996年，美国的Jeter和Hemley仍然采⽤第⼀性原理从头计算法，但改变了计算过程。使⽤初始条件时，采⽤共扼梯度法使电⼦⾃由度达到最⼩；使⽤边界条件时采⽤周期函数，将电⼦的波函数以平⾯波展开；使⽤了扩展标准守恒和强度守恒(ENHC)阳势。得到了5种结构的C3N4，它们分别是n相、p相、⽴⽅相缺陷闪锌矿结构、⽴⽅相硅锌矿E结构和类⽯墨相。除类⽯墨相以外，其它4种都是超硬材料。其中⽴⽅相硅锌矿E结构c—C3N4的体模量超过了⾦刚⽯。因此，氮化碳有可能具有达到或超过⾦刚⽯的硬度。
合成氮化碳的成功，是分⼦⼯程学⼗分杰出的范例。作为超硬材料的氮化碳，预期还有其它许多宝贵的物理化学性质，研究氯化碳成为世界材料科学领域的热门课题。合成氮化碳的主要⽅法有直流和射频反应溅射法、激光蒸发和离⼦束辅助沉积法、ECR—CVD法、双离⼦束沉积法等。⽇本冈⼭⼤学采⽤电⼦束蒸发离⼦束辅助沉积法获得的氮化碳薄膜，达到⽬前氮化碳的最⾼显微硬度：63.8GPa。我国清华⼤学也获得60.8GPa的⾼硬度氮化碳。武汉⼤学合成的氮化碳硬度达到50.OGPa，并沉积到⾼速钢⿇花钻上，获得⾮常好的钻孔性能。制备氮化碳超硬涂层的关键技术是避免⽯墨相的析出。
⼑具制作⼯艺的最新进展：
基本⼯艺：据了解，⼑具从选材到包装，经过精打细磨，需要30多个⼯序才能完成。其主要制造⼯序流程为：剪板（开料）→冲坯→打唛→冲眼→调直→迫⼑→热处理→⽔磨（单⾯、双⾯磨）→打砂（打⼑背、打⼑⾯、打⼑柄）→→抛光（⼿动抛光、机抛）→开刃⼝（机械开刃⼝、⼈⼯开刃⼝）→打披锋→钉⼑→注塑→批⽔⼝→改⼑→打⽔磨砂带→除腊→表⾯处理。
⼑具的热处理⼯艺：根据⼑具结构的特殊性及使⽤要求，对⼑具进⾏热处理时需先进⾏调质处理，调质硬度28～
32HRC。待半精加⼯完成后，再进⾏表⾯渗氮处理，渗氮层厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。热处理后应保证⼑具不变形，达到设计精度要求。
⼯艺技术趋势：随着经济的全球化、市场竞争的加剧、难加⼯材料的使⽤、机械加⼯⼯业⽔平不断提⾼以及对环境问题的觉悟等因素的影响，⾦属加⼯最终⽤户对⼑具制造商提出持续改进的要求，⽬前国内市场上出现了新的切削⼯艺如⾼速切削、⾼效切削、硬切削、⼲式切削等以及新的加⼯⽅法如插铣、⾼速螺纹铣等；创新开发了很多先进⼑具和⼯具系统；切削专业的内涵和⾏业的发展机制都有重⼤的进展；切削加⼯效率成倍提⾼；对制造业的发展和技术进步发挥了重
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