金剛石刀具的材料分為三種：天然單晶金剛石刀具（也就是咱們常說的鉆石）、人造(zao)聚晶金(jin)(jin)剛石(shi)、金(jin)(jin)剛石(shi)燒(shao)結體(ti)。由(you)于天然(ran)金(jin)(jin)剛石(shi)過于昂(ang)貴，所(suo)以市面上(shang)我們常(chang)用的都是人造(zao)聚晶金(jin)(jin)剛石(shi)刀具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有較高的(de)(de)硬度和耐磨(mo)性，在超(chao)精密加工(gong)時(shi)可以最大(da)限度避免刀尖磨(mo)損(sun)對工(gong)件尺寸(cun)的(de)(de)影響。

2、有(you)(you)很好的(de)導(dao)熱性，較低的(de)熱膨脹系數(shu)。因此，切削加工(gong)時不會產(chan)生很大的(de)熱變(bian)形，有(you)(you)利于(yu)精密加工(gong)。

3、刃面(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)較小(xiao)，刃口非常鋒(feng)利，可達(da)Ra0.01~0.006μm。因此(ci)，能(neng)勝任薄(bo)層(ceng)切削，有利(li)于超精密加工。

4、摩擦系(xi)數低，切削(xue)時不宜產生(sheng)積(ji)屑瘤，因此加工(gong)表面(mian)質量很高。加工(gong)有(you)色金屬表面(mian)粗糙度可小達(da)Ra0.04~0.012μm，加工精度可達IT5以上。

注(zhu)意：金剛石刀具不適合加工(gong)鋼鐵(tie)材(cai)料，因為(wei)金剛石和鐵(tie)有(you)很(hen)強的化學親和力，在高(gao)溫下鐵(tie)原子(zi)極(ji)(ji)易(yi)與碳原子(zi)作(zuo)用而(er)使其轉化為(wei)石墨結構，刀具極(ji)(ji)易(yi)損壞。用作(zuo)鋁硅合金的精加工(gong)及超精加工(gong)，壓縮木材(cai)、陶瓷(ci)、剛玉、玻璃(li)等的精加工(gong)都(dou)是不錯的選擇(ze)。

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二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超(chao)精密(mi)加(jia)工(gong)中，單晶金(jin)剛(gang)石刀具(ju)的(de)(de)兩個基(ji)本(ben)精度(du)是刀刃輪廓精度(du)和刃口的(de)(de)鈍圓半徑(jing)(jing)。要(yao)求加(jia)工(gong)非球面(mian)透鏡(jing)用(yong)(yong)的(de)(de)圓弧(hu)刀具(ju)刃口的(de)(de)圓度(du)為(wei)0.05μm以下(xia)，加(jia)工(gong)多(duo)面(mian)體反射(she)鏡(jing)用(yong)(yong)的(de)(de)刀刃直(zhi)線度(du)為(wei)0.02μm；刀具(ju)刃口的(de)(de)鈍圓半徑(jing)(jing)(ρ值)表示了刀具(ju)刃口的(de)(de)鋒利程度(du)，為(wei)了適應各種(zhong)加(jia)工(gong)要(yao)求，刀刃刃口半徑(jing)(jing)范圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金(jin)剛石晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)屬(shu)于平面(mian)立(li)方(fang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)系，由于每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)上(shang)原子排列形式和原子密度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)以(yi)及晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)之間距(ju)離的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)，造成天然金(jin)剛石晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)各向(xiang)異性(xing)，因此金(jin)剛石不(bu)僅各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)表(biao)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)物理機械(xie)性(xing)能不(bu)同(tong)(tong)(tong)、其(qi)(qi)制造難(nan)易(yi)程度(du)(du)和使(shi)用壽命(ming)都不(bu)相同(tong)(tong)(tong)，各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀破損(sun)強(qiang)度(du)(du)也(ye)有明(ming)顯差別。金(jin)剛石晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀強(qiang)度(du)(du)可用Hertz試驗法來(lai)測定，由于金(jin)剛石是典型的(de)(de)(de)(de)(de)脆性(xing)材料，其(qi)(qi)強(qiang)度(du)(du)數值一般(ban)偏差較(jiao)大，主要依賴于應力分(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)形態和分(fen)布范圍，因此適(shi)合用概(gai)率(lv)(lv)論來(lai)分(fen)析。當作用應力相同(tong)(tong)(tong)時(shi)，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)破損(sun)概(gai)率(lv)(lv)最(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)次(ci)之，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)產生(sheng)破損(sun)的(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)率(lv)(lv)最(zui)小。即在外力作用下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)最(zui)易(yi)破損(sun)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)次(ci)之，(100)最(zui)不(bu)易(yi)破損(sun)。盡管(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)削率(lv)(lv)高(gao)于(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)，但實驗結果(guo)表(biao)明(ming)，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)較(jiao)其(qi)(qi)它晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)具有更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗應力、腐(fu)蝕和熱退化能力。結合微觀強(qiang)度(du)(du)綜合考慮，用(100)面(mian)做刀具的(de)(de)(de)(de)(de)前后(hou)刀面(mian)，容易(yi)刃磨(mo)出高(gao)質量的(de)(de)(de)(de)(de)刀具刃口，不(bu)易(yi)產生(sheng)微觀崩(beng)刃。

通(tong)常(chang)應根據刀(dao)(dao)具(ju)的(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)來進行單晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)具(ju)的(de)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)選擇。一般(ban)來說，如(ru)(ru)果要(yao)(yao)(yao)求(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)具(ju)獲得最高(gao)的(de)強度，應選用(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)作為(wei)(wei)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)前、后刀(dao)(dao)面(mian)(mian)；如(ru)(ru)果要(yao)(yao)(yao)求(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)具(ju)抗(kang)機械磨損，則(ze)選用(110)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)作為(wei)(wei)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)前、后刀(dao)(dao)面(mian)(mian)；如(ru)(ru)果要(yao)(yao)(yao)求(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)具(ju)抗(kang)化學磨損，則(ze)宜采用(110)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)作刀(dao)(dao)具(ju)的(de)前刀(dao)(dao)面(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)作后刀(dao)(dao)面(mian)(mian)，或者(zhe)前、后刀(dao)(dao)面(mian)(mian)都采用(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)。這些要(yao)(yao)(yao)求(qiu)都需要(yao)(yao)(yao)借助晶(jing)(jing)(jing)體定向技術來實現(xian)。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是(shi)(shi)單一(yi)(yi)碳原(yuan)子(zi)的結(jie)晶體，其(qi)晶體結(jie)構(gou)屬于等軸面心立方晶系(一(yi)(yi)種原(yuan)子(zi)密(mi)度最高的晶系)。由于金剛石中(zhong)碳原(yuan)子(zi)間的連接鍵為sp3雜(za)化共價鍵，因此具有很(hen)強的結(jie)合力(li)、穩定(ding)性和方向性。它是(shi)(shi)目前(qian)自然界已知的最硬物質，其(qi)顯(xian)微(wei)硬度可達(da)10000HV，其(qi)它物理特性見以下(xia)內(nei)容(rong)。

物理性能-數值

硬度(du)-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫度(du)而定

抗(kang)彎強度-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈性(xing)模量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導率(lv)-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧化溫(wen)度-900～1000K

開始石墨(mo)化溫(wen)度-1800K(在惰性氣體(ti)中)

和鋁合金、黃銅間的摩(mo)擦系數(shu)-0.05～0.07(在常溫下)