1  引言

PCD刀具是高效高质量加工硬脆材料（石墨、玻璃等）的主要工具之一。常用的PCD刀具加工方法有磨削和研磨、电火花加工、激光加工等，图1列举了PCD刀具的主要加工方法、去除机理与加工装备。其中磨削和研磨加工存在磨削力较大的问题，会导致加工表面裂纹、局部断裂和石墨化等缺陷；电火花加工的热效应会影响刀具的几何精度，同时切削刃上可能存在微裂纹，影响刀具的力学性能。此外还有运用超声、离子束、化学、放电等技术辅助的复合加工方式。其中超声加工存在金刚石微粉消耗大、粉尘污染大、危害工人身体健康的问题；离子束加工操作复杂、装备昂贵、材料去除率极低，很难实现工业化。以上方法都存在加工效率低和一定的加工局限性。

激光加工具有高效、高精密以及低材料损伤等优势，可避免传统工艺在加工PCD刀具时的潜在问题。同时激光加工还具有能量可调、无噪声、加工方式灵活等特点，极大减少了应用的局限性，所以在金刚石及硬脆性材料的精密加工领域，激光以及激光复合制备方法将日益成为主流。但是激光加工存在加工表面微石墨化等问题，国内外众多学者对激光加工PCD材料的去除机理和激光诱导石墨化过程进行了深入研究。

图1  PCD刀具主流加工技术发展进程

本文重点介绍了激光加工PCD材料的去除机理，归纳了激光加工PCD材料中波长和脉宽等工艺参数对加工质量的影响，对比分析了国内外激光加工各类PCD刀具的工艺技术及加工性能，介绍了国内激光加工装备的研发进展与现状。这将有助于推广PCD刀具加工技术的应用，为PCD刀具激光加工技术的发展和工程应用提供技术支撑和参考。

2  PCD材料激光加工机理及工艺方法

2.1  PCD材料激光去除机理

激光加工PCD材料中金刚石的去除机制主要包括化学去除和气化去除。在激光加工过程中，激光光子直接破坏金刚石结合键，将金刚石颗粒转化为石墨相，当温度接近或者超过石墨化温度（700℃）时，石墨与空气中的氧发生化学反应，产生CO2和CO等挥发性气体，这种去除材料的方式称作化学去除，因此，金刚石的化学去除速率与空气中氧气浓度密切相关；当激光的能量密度足够高时，表面石墨会达到4000℃的升华温度，石墨以升华形式去除，这种去除方式称作气化去除。随着激光能量密度的提高，金刚石颗粒的去除机制由石墨相的化学去除逐渐转变为气化去除，气化去除速率由激光能量密度决定。由于金刚石的导热性能远高于钴之类金属黏结剂，热量会迅速传导至周围金刚石材料，引起温度迅速上升。然而，钴的导热系数小，热辐射传递速率慢，热量集中在钴材料上层难以扩散到周围材料，所以金刚石颗粒比钴更容易去除。激光烧蚀后表面团聚的钴层可以通过酸洗等方式去除，残留的石墨碎屑可通过浸泡在有机溶剂（乙醇、甲醇或丙酮等）、酸性洗涤剂中或超声波清洗来去除。

激光去除PCD材料过程中，石墨化具体进程见图2，在多脉冲和高热通量的激光辐照下，金刚石转变为非晶碳，从最初的金刚石分子sp3杂化排列（见图3b），转变为sp2杂化结构的石墨碳（见图3a），进一步辐照后，sp2结构会再次转变为sp3杂化排列，成为“类金刚石”。金刚石的石墨化现象可以通过拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术识别多层石墨碳结构而被证实，根据激光与材料相互作用时间的不同，石墨化过程可以中断，只形成高取向石墨，而不形成无定形碳。Strekalov V.等描述了激光诱导石墨化过程中晶体成核机制。处于激光聚焦光斑辐照区域的金刚石颗粒会形成纳米级别“微小石墨滴”形核。而随着“石墨滴”的生长掉落，这些区域出现机械应力和机械损伤并产生新的缺陷位点，新的石墨碳晶体会在新形成的缺陷位点处成核和生长。由于PCD材料由金刚石和金属黏结剂组成，本身存在缺陷位点(比如杂质、空位和微裂纹)，这些缺陷也可为晶体成核及生长提供位点。Kuznetsov V.L.等总结了用于描述金刚石向石墨碳晶体转变的链式催化石墨化机制以及钴等金属黏结剂在影响石墨化进程中的催化机制。金刚石先进行原子结构链式分解，生成石墨烯晶体，再形成石墨碳晶体，石墨碳晶体扩散到钴中形成钴—碳固溶体，随着温度不断上升，钴熔化、碎裂并从晶体结构中迁出，碳以石墨碳晶体的形式析出，从而形成聚晶石墨。另外，钴这类黏结剂的熔化温度比金刚石低，所以在激光烧蚀过程中更早地呈液相分散在晶粒结构中，冷却后结构也不会复原。此外，黏结剂和金刚石的热膨胀系数不同，在冷却后由残余应力导致的微裂纹会降低材料疲劳寿命。

图2  多脉冲强激光辐照条件下金刚石结晶石墨化过程

图3  不同的杂化类型

激光与材料的相互作用时间受激光能量密度和脉冲持续时间影响。在激光加工PCD材料过程中，材料表面金刚石石墨化层厚度由激光输入能量与材料烧蚀阈值之间的关系决定。当能量密度低于烧蚀阈值时，激光辐照仅导致材料内部发生相变进而导致石墨化，随着能量密度增大，石墨化程度更加剧烈；当能量密度高于烧蚀阈值时，可宏观观察到石墨化现象，随着激光能量密度增大，表面形成的石墨层又会进一步烧蚀，从而留下更明显的烧蚀坑；在纳秒到微秒脉冲宽度之间，随着脉冲宽度增大，热影响区的厚度会大幅增加，同时导致烧蚀阈值增大，从而降低石墨化速率。

不同脉宽导致的热影响区(HAZ)和石墨化厚度见图4，长脉冲激光的加热时间长，辐照热量在小范围内被分散，所以温度不高，不利于金刚石石墨化相变。纳秒激光的脉冲持续时间长于皮秒激光，热诱导相变的风险相对较低，但是在激光相互作用期间局部区域过热，仍会有少量石墨化进程发生。在纳秒和飞秒脉冲宽度之间，随着脉冲宽度减小，石墨层厚度也减小，飞秒激光几乎无热影响区，所以石墨层厚度只有纳米尺度范围。

图4  脉冲持续时间对激光加工PCD热转变的影响

此外，其他参数一定时，激光扫描速率减小使单位时间内辐照固定位置的脉冲数量增大，导致烧蚀阈值下降，能量密度会高于烧蚀阈值，石墨化速率提高，石墨层厚度增加；功率增大或重复频率减小时，能量密度增大也将导致石墨化程度增加。金刚石石墨化相变会降低金刚石材料表面的硬度，从而降低激光—机械复合加工中后续机械去除的难度。

Eberle G.等从电子与晶格之间的热耦合角度总结了不同脉宽激光实现PCD材料去除的作用机制以及热损伤（见图5）。由于PCD材料属于热膨胀系数较低的超硬材料，PCD的电子弛豫时间通常在几皮秒内，能量传导将局限于光学穿透深度，而不是热深度，通常不会改变被加工材料周围区域的微结构。不过较短的脉冲持续时间也会造成一定程度的热损伤，而且当激光作用下的电子与晶格温度高于石墨化起始温度时，有一定概率发生石墨化。飞秒脉冲持续时间小于电子弛豫时间，电子与晶格之间不存在热耦合，极高的峰值功率诱导了非线性多光子吸收，历经隧穿电离（通常在1fs后）、雪崩电离（约50fs后）、电子加热（约100fs后）等现象，其主要去除机制是黏结破碎和相爆炸导致材料以高达102~103m/s的速度喷射，几乎无热影响区，可以加工光滑均匀和清晰明确的纹理轮廓。皮秒脉冲持续时间接近电子弛豫时间，脉冲持续时间与晶格加热时间处于阈值，所以电子有时间通过热能的传导与晶格达到热平衡，其主要去除机制是通过相爆炸以及沸腾、相分离和气化导致材料以102m/s速度喷射，热影响区小，熔体碎片和石墨化等热诱导缺陷风险降低。纳秒脉冲持续时间长于晶格加热时间，电子与晶格之间存在直接热耦合，依靠加热、熔化和蒸发实现材料去除，热影响区中等，碳同素异形体变换、熔化和再结晶形成无定形碳层，容易导致加工后材料出现条纹。微秒级别的脉冲激光是利用PCD材料中的电子共振线性吸收获得的能量，将材料逐步熔化并蒸发移除，热影响区大，容易造成裂纹等材料热损伤，需要配合其他参数降低热损伤，使用较少。

图5  不同脉冲激光对PCD材料的影响对比

结合以上研究，激光辐照PCD材料的去除机制主要为激光诱导金刚石石墨化进而产生材料去除，包括化学去除和气化去除，当加工温度达到石墨升华温度时，化学去除便转变为气化去除。PCD材料加工表面石墨化的程度受激光能量密度和激光脉冲持续时间影响，激光能量密度的增大会导致石墨化程度的增加。在纳秒到微秒脉冲宽度之间，脉冲宽度增大有利于减少石墨化程度；在纳秒到飞秒脉冲宽度之间，脉冲宽度减小有利于减小石墨层厚度。另外，通过比较脉冲持续时间与电子弛豫时间的大小，从电子与晶格之间的热耦合关系角度可以分析激光辐照时对PCD材料产生的热损伤和石墨化。

2.2  激光工艺参数对PCD加工质量的影响规律

2.2.1  波长

PCD材料对激光能量的吸收率受激光波长的影响。波长越短对应的光子能量越高，1064nm波长对应的光子能量为1170meV，532nm波长对应的光子能量为2330meV。对于PCD材料，碳—碳(C—C)单键的键能是347meV，1170meV的光子能量大于PCD材料的键合能量，足以破坏材料分子键，所以更短的激光波长具有更高的光击穿效率。激光加工PCD材料时，为了达到较好的烧蚀速率和加工精度，通常使用波长在1064nm左右的红外激光或者532nm的绿光激光。Zhang G.等比较了不同波长激光对PCD复合片切割的影响发现，1064nm的Nd:YAG激光会导致切割表面形成周期性条纹，而532nm的KTP/Nd:YAG激光则无条纹。Eberle G.等研究了两种波长(532nm和1064nm)和两种脉宽（1ns和10ps）对激光加工PCD的影响，在两种脉宽下，532nm波长比1064nm波长具有更高的材料去除率；对于1ns脉宽激光，532nm波长具有更低的表面粗糙度，而由于10ps脉宽激光具有较高的材料去除率，能够将PCD材料表面烧蚀干净，因此两种波长的表面粗糙度基本一致。

2.2.2  脉宽参数

不同脉宽的激光辐照PCD材料上的能量沉积和分布也会影响PCD的能量吸收。由于连续激光的热影响区过大，研究价值小，此处不做讨论。脉冲激光的热影响区会随着脉冲宽度的减小而变小，适合加工PCD材料。脉冲持续时间对材料的光子吸收有显著影响，从微秒激光到飞秒激光，光子能量吸收逐渐从线性吸收变为非线性吸收（多光子吸收），对加工效果影响显著。

为了研究不同脉宽激光加工PCD材料的影响，Eberle G.等采用脉冲持续时间从长微秒到超短皮秒的激光加工PCD材料，对比了不同脉冲激光的石墨碳层厚度和热影响区大小（见图6），研究表明，与微秒脉冲和纳秒脉冲相比，皮秒脉冲没有显著热影响区和残余石墨层，且具有较高的消融率和较低的表面粗糙度。Okuchi T.等采用纳秒近红外激光器和飞秒近红外激光器加工超硬纳米聚晶金刚石(Nano-PCD)，研究表明，纳秒近红外激光适用于快速成形，表面变形在10μm左右且表面存在石墨层，而飞秒近红外激光适用于精密微加工和表面加工，能产生亚微米级的光滑表面，表面不含石墨层，但是材料去除效率最低。Chang F.Y.等分析了不同脉冲宽度对PCD毛坯加工表面形貌的影响，研究表明，切口深度随着脉冲宽度的增加而增加。综上，脉宽越小，加工精度越高，加工效率越低，石墨化程度越小。

(a)微秒激光

(b)纳秒激光

(c)皮秒激光

图6  不同脉宽激光分别加工PCD材料的截面

2.2.3  其他工艺参数

激光加工还受激光能量密度、光斑重叠率、离焦量、扫描速度等因素的影响。Su Y.等研究发现，平均功率越大，PCD去除深度和宽度以及表面粗糙度也越大；随着扫描速度和脉冲重复频率增加，去除深度和宽度均出现减小趋势；随着离焦量的增大，光斑变大，激光能量密度减小，去除深度变浅，精度降低。Wu Q.使用纳秒激光加工PCD材料发现：表面粗糙度和材料去除率均随激光能量密度的增加而增加。脉冲重叠率对表面粗糙度的影响相对较小，脉冲重叠率的持续增加(>95%)会导致材料去除率的边际下降，合适的脉冲重叠率(<95%)下可以获得较高的PCD去除率和较低的表面粗糙度以及亚表面损伤。此外，扫描重叠率对表面粗糙度的影响相对较大，随着扫描重叠率增加，材料去除率呈下降趋势，使用较低的扫描重叠率会产生更平滑的表面。另外，重复扫描次数能有效提高材料去除率，例如2N次扫描的深度是N次扫描中形成深度的两倍多，但是激光多次扫描同一个位置会导致微观结构处于多次加热和冷却循环的状态，引起PCD中的金刚石与金属黏结剂之间热不均衡，增加材料内部的残余应力，形成微裂纹。金梦奇研究飞秒激光重复扫描次数对加工PCD的影响规律时发现，随着重复扫描次数增加，去除深度增加，但热影响区扩大，微槽表面边缘质量变差。

综上，大脉宽、高能量密度、低重复频率、高脉冲重叠率的激光参数可以提高激光加工效率；小脉宽、低能量密度、高重复频率、低扫描重叠率的激光参数有益于提高激光加工精度。激光加工PCD材料受多个参数的综合作用影响，应根据加工效率、加工面质量、加工面形貌选择合适的激光，以尽量减少热损伤和石墨化等不良影响，得到较小的尺寸误差和较好的表面质量。

3  激光加工PCD刀具技术

3.1 刀具切削刃

激光加工PCD刀具最早是从切削刃开始研究，2005年，Harrison P.M.等使用纳秒激光切割PCD毛坯，得到了较为锋利的边缘，但刀刃边缘存在严重的热损伤；Klotzbach A.等和Ancona A.等提出使用超短高能激光脉冲加工或用研磨工艺去除激光加工后PCD的严重热损伤区域。2012年，Konrad W.等对比研磨和皮秒激光修整PCD切削刃，得到了角半径为3μm、公差在2μm的切削刃，发现激光加工的表面质量和加工效率均优于研磨加工。Dold C.等将皮秒激光加工的金刚石刀具与传统方法加工的金刚石刀具进行了比较，也得出同样结论。Brecher C.等采用激光研磨复合加工PCD车刀切削刃，切削刃粗糙度达到1μm，与传统研磨加工相比，该组合使原本纯研磨的加工时间减少50%以上。

3.2 刀具表面织构

PCD刀具表面织构主要包括断屑槽、微结构和表面纹理。Eberle G.等研究了皮秒激光加工PCD车刀断屑槽结构，使用皮秒激光在不产生任何切削力或磨损的情况下，在聚晶金刚石复合材料上制作两种精密的断屑槽结构（见图7）。Hao X.等利用纳秒激光在PCD刀具表面构建亲/疏水复合润湿性表面织构并进行钛合金切削。结果表明，与非织构刀具和微槽刀具相比，具有亲/疏水复合润湿性表面织构的PCD刀具切削力、平均摩擦系数和刀具磨损均有所降低。Wang X.等利用纳秒激光研究了织构PCD刀具对SiCp/Al复合材料的切削性能，发现PCD织构刀具加工后的刀具磨损和粘连程度低，表面无明显的裂纹，而非织构刀具产生的切屑较长，切屑表面凹坑和裂纹较多，塑性变形较大。Fernández-Lucio P.等利用纳秒激光在PCD刀具表面制造表面纹理，激光烧蚀的纹理结构可以成功实现钛合金切削中的断屑，并提高车刀耐磨损性能。

(a)旋转切削车刀

(b)可转位切削车刀

图7  断屑槽的几何结构

3.3  整体式PCD刀具激光加工成形

激光烧蚀成型的PCD刀具主要涉及微钻头、插齿刀、微铣刀等。在微钻头方面，2015年，Butler-Smith P.W.等采用纳秒激光加工出PCD微套料钻头的切削刃（见图8a），在碳纤维复合板加工中，与电镀金刚石钻头相比具有更好的排屑散热能力和更长的刀具寿命。2016年，Butler-Smith P.等对比了皮秒激光和电火花加工微钻头在陶瓷基复合材料(CMC)上钻孔的质量，发现钻孔质量没有明显差异，但激光加工的效率具有显著优势，而且皮秒激光制造的切削刃钻孔后没有发生宏观断裂，只是单个晶粒被压扁或者被抛光（见图8b）。Eberle G.等利用EWAG皮秒五轴激光机床耗时30min就制作出φ0.8mm的PCD与钨钢(WC)复合微钻头，图9给出了刀具角度等参数。

(a)PCD微套料钻头

(b)PCD微钻头

图8  整体式PCD微钻

在插齿刀方面，2021年，Cui J.等采用直径为20mm、厚度为2mm的PCD金刚石毛坯，通过紫外(UV)纳秒激光正交辐照粗加工和切向辐照精加工相结合的激光加工工艺制造插齿刀，进一步研究了加工参数对切削刃轮廓精度的影响，结果表明：随着线间隔、扫描速度和离焦量的增加(无论正离焦还是负离焦)，轮廓精度先减小后增大。最终获得了一种切削刃钝圆半径为5.6μm、无相变损伤的高质量PCD削屑刀具(见图10)。

(a)钻头概况

(b)俯视图

(c)WC复合材料基底特写侧视图

(d)显示尖端变薄的PCD尖端特写侧视图

(e)显示间隙面的PCD尖端特写侧视图

图9  整体式PCD麻花钻

图10  PCD激光加工插齿刀

在微铣刀方面，Warhanek M.等通过研磨和皮秒激光加工方式制备了三种直径均为1.9mm的PCD铣刀（见图11），发现激光加工的PCD刀具比研磨加工方式的刀具具有更长的寿命。Ogawa Y.等使用圆偏振红外飞秒激光制备了无黏结剂PCD(Binder-less Polycrystalline Diamond，BLPCD)球头微铣刀，图12a为飞秒激光车外圆后的成形半球，半球的圆度约为0.7mm，通过飞秒激光制成球头铣刀（见图12b），刃口半径为0.8μm，总加工时间约20min。并得出以下结论：具有圆偏振的飞秒脉冲激光是加工BLPCD的最佳激光，其平均表面粗糙度为0.022mm，加工表面几乎没有石墨层，材料去除率约为0.004mm3/s。Xia Y.等使用皮秒激光垂直切割制备了直径250μm的四边形PCD微铣刀（见图13），切削刃有效长度为500μm，长径比为2.5。并得出以下结论：脉冲能量对加工表面质量影响最大，晶粒尺寸对切削刃钝圆半径的影响最大，脉冲间距对切削刃钝圆半径的影响最小。2020年，Hao X.等通过纳秒激光、皮秒激光与磨削相结合的方法制备了直径为0.5mm、切削刃钝圆半径为3.5μm、长径比为3的大长径比PCD微铣刀，在加工无氧铜微槽时发现，与硬质合金微铣刀相比，所制备刀具表现出更好的切削性能和刀具寿命。Han J.等使用激光成形—精密磨削交替模式成功制备了有效直径约为0.408mm、有效刃长约为1.3mm、切削刃钝圆半径为2.5μm、长径比为3.25的PCD微铣刀（见图14）。该方式可避免刀具断裂，减少加工缺陷，显著提高大长径比PCD刀具的加工质量。

图11  三种不同几何结构的PCD微铣刀

(a)成形半球

(b)球头铣刀样貌

图12  采用飞秒脉冲激光加工的球头PCD微铣刀

图13  四边形PCD微铣刀

(a)前刀面视图

(b)后刀面视图

图14  PCD微铣刀形貌

综上，激光刀具有广阔的发展前景，在PCD刀具切削刃加工方面，激光加工比磨削加工具有更好的加工质量和更高的加工效率；在形貌复杂多变但精度要求相对不高的表面织构加工方面，激光加工更能发挥优势。激光烧蚀成型的刀具在表面质量、加工精度和刀具寿命等方面也具有优势。

4  PCD刀具激光加工装备

PCD刀具结构复杂，对加工装备精度要求高，激光束易导向，易聚焦，极易与数控系统配合实现方向变换，从而对复杂工件进行灵活加工，催生了激光加工装备的落地。2015年，德国德马吉（DMG）公司率先推出五轴激光加工装备，从此PCD刀具制造开启了全新时代。国外其他主流激光机床制造商还有瑞士伊瓦格（EWAG）和路劳曼邸（ROLLOMATIC）等。国内有大族激光、中科微精、牧激科技、原点智能和普希德激光等公司。

目前，市场上的激光加工装备主要集中于激光焊接、激光切割和表面处理等领域。其中，中科微精研制的六轴超快激光微加工装备（见图15a），配置高功率皮秒激光器，激光复合加工头采用双摆轴设计，确保质量的前提下可实现较高的加工效率；具有六轴伺服系统，可实现复杂曲面的空间角度微孔加工及大型薄壁零件加工。牧激科技研制的七轴纳皮秒激光加工机床（见图15b），采用纳皮秒双激光系统，可应用于各类超硬整体式精密刀具、焊接类回转刀具精细加工，包括各式PCD刀片、钻头、成型铣刀和多刃刀等；皮秒可加工最小至0.3mm的微钻，长径比可超过1:20；1mm以内微钻刃口加工时间约为30min。普希德五轴激光机床（见图15c）不区分刀具种类，对于螺旋、轮廓、台阶、多刃等形貌加工，均可实现刀具一次装夹；具备在线预检测功能，可实现粗精一体化加工，加工出的PCD刀具有良好的刃口粗糙度。

(a)中科微精—六轴超快激光微加工装备

(b)牧激科技—超快激光七轴纳皮秒复合加工机床

(c)普希德激光—五轴超硬刀具激光加工中心

(d)广东工业大学与汇专科技集团股份有限公司以及广东原点智能技术有限公司—超快激光七轴五联动车铣复合加工中心

图15  加工设备

国内在激光加工PCD刀具技术以及激光加工用装备领域中，主要科研机构有中国科学院西安光学精密机械研究所、西安交通大学、广东工业大学、成都工具研究所、南京航空航天大学以及湖南大学等。其中，广东工业大学高性能工具全国重点实验室进行了较为全面的研究，利用激光模块与加工平台机械运动模块在线联动，并结合路径模拟模块、在线视觉检测模块和反馈模块，实现加工过程中对激光光斑在空间位置、时间和能量上的灵活转变，提出以“光”为刀具进行激光车削、激光铣削和激光磨抛等加工的定义及方法，实现超硬材料复杂零件等全激光制造的新概念。该团队与汇专科技集团股份有限公司以及广东原点智能技术有限公司共同研发第一代激光车削加工机床、激光铣削加工机床以及最新一代七轴五联动车铣复合激光加工中心装备等（见图15d），实现了以复杂型面高精度PCD微刃刀具为核心的超硬材料复杂零件的激光多轴数控全制造，可满足微刃刀具、焊片式铣刀等复杂刀具、金属薄壁件等复杂型面及复杂轴类零件的高效高精加工。加工的超硬材料刀具最小直径达0.2mm，最小切削刃宽度10μm，切削刃精度3μm，最大加工刃数高达180，经检验，加工质量及效率均优于常规加工及国外代表性机床，可作为国外机床的替代产品。相关激光加工技术与装备在汇专科技集团股份有限公司、广东原点智能技术有限公司等多家公司获得产业化生产与批量化应用。制造的超硬PCD微刃刀具见图16，解决了手机玻璃、蓝宝石、石墨等硬脆材料超薄、大长径比结构的批量生产难题，加工精度可达500nm以下，在蓝思科技等知名企业取得优异的应用效果，未来可以实现更多高精密复杂零件的全激光制造技术。

(a)30刃PCD仿形刀

(b)15刃PCD球头刀

(c)36刃PCD平底铣刀

图16  广东工业大学与汇专科技集团股份有限公司联合研发并生产的PCD微刃切削刀具

综上，PCD刀具激光加工装备精度要求高，需要配备高功率激光光源、高精度光学控制系统、超精密运动控制系统和检测反馈系统。在国内，中科微精、牧激科技等公司都有研发高精密激光装备，尤其在PCD微刃刀具制备方面，以广东工业大学高性能工具全国重点实验室为首的研究单位，其激光加工技术和激光加工装备达到世界先进水平。

5  结语

本文综合对比了聚晶金刚石材料不同加工方式的优劣，总结了激光加工PCD材料去除机理和PCD刀具加工工艺的研究进展，介绍了国内外激光加工装备研究单位及国内PCD刀具激光加工的代表性装备，结论如下。

（1）相比于磨削、电火花等加工方式，激光加工具有材料去除率高、加工质量好等优点，是生产高效、高精度PCD刀具的理想选择。

（2）激光加工PCD材料时，石墨化厚度和石墨化速率可以通过激光输入能量与材料烧蚀阈值之间的关系调控。

（3）对激光加工PCD质量起决定性作用的是脉冲宽度。微秒脉冲热影响区最大，纳秒脉冲次之，皮秒脉冲最小，飞秒脉冲几乎无热影响区。

（4）激光加工灵活性高，非常适合表面织构加工；对于烧蚀成型刀具，纳秒激光适合做焊片切割加工，皮秒激光适合刃口成型加工；为了提高刀具刃口精度可以采用多激光复合或者激光磨削复合技术。

（5）国内外有不少研究单位利用激光机床制备PCD刀具切削刃和表面织构，以及车刀、铣刀、钻头、插齿刀、微刃切削刀具等产品，但很少有研究单位能够实现激光机床的自主开发。在PCD微刃刀具制备方面，广东工业大学与汇专科技集团股份有限公司以及广东原点智能技术有限公司的激光加工技术和激光加工装备的精度已达到国际先进水平，国产激光加工装备替代国外机床成为了可能。

目前激光加工还存在重复精度低、表面粗糙度不易保证和装备成本较高的问题。提升刀具制造精度多依靠激光与磨削复合的加工方式，不能完全发挥激光加工高效率的优势，未来应向带有在线检测的粗精一体化加工高精密复杂零件的全激光制造技术发展。