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(jing)金剛石(shi)(shi)、金剛石(shi)(shi)燒結體。由于天然金剛石(shi)(shi)過于昂貴，所(suo)以市(shi)面上我們常(chang)用的都是人造(zao)聚晶(jing)金剛石(shi)(shi)刀具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有較高的硬度和耐磨性，在超精密加工(gong)時(shi)可以最大限度避免刀尖磨損對(dui)工(gong)件尺寸的影(ying)響。

2、有很好(hao)的導熱性，較(jiao)低的熱膨脹系數。因此，切削(xue)加工時(shi)不會產生很大的熱變形，有利于精密加工。

3、刃面粗糙度較小，刃口(kou)非常鋒利，可(ke)達Ra0.01~0.006μm。因此，能勝任薄層切(qie)削，有(you)利(li)于超精密加工。

4、摩(mo)擦系數(shu)低，切削(xue)時不宜產生積屑瘤，因(yin)此加工表(biao)面質量很高。加工有(you)色金屬表(biao)面粗糙度可小達Ra0.04~0.012μm，加工精度可(ke)達IT5以上(shang)。

注意：金剛石(shi)刀(dao)具不適合(he)加(jia)工(gong)鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料，因(yin)為金剛石(shi)和鐵(tie)有很強的(de)(de)化(hua)學親和力，在高溫下鐵(tie)原子(zi)極(ji)易(yi)與(yu)碳原子(zi)作(zuo)用而使其(qi)轉化(hua)為石(shi)墨(mo)結構，刀(dao)具極(ji)易(yi)損壞。用作(zuo)鋁硅合(he)金的(de)(de)精(jing)加(jia)工(gong)及超精(jing)加(jia)工(gong)，壓縮木材(cai)、陶瓷(ci)、剛玉、玻璃等的(de)(de)精(jing)加(jia)工(gong)都是不錯的(de)(de)選(xuan)擇。

該圖片由注冊用戶"壯志凌云"提供，版權聲明反饋

二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精(jing)(jing)密加(jia)工中，單晶金剛石刀(dao)具(ju)的兩個(ge)基本(ben)精(jing)(jing)度(du)(du)是刀(dao)刃輪廓精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)刃口的鈍圓(yuan)(yuan)(yuan)半(ban)徑(jing)。要(yao)求加(jia)工非球面透鏡用的圓(yuan)(yuan)(yuan)弧刀(dao)具(ju)刃口的圓(yuan)(yuan)(yuan)度(du)(du)為(wei)0.05μm以下，加(jia)工多面體(ti)反射鏡用的刀(dao)刃直(zhi)線度(du)(du)為(wei)0.02μm；刀(dao)具(ju)刃口的鈍圓(yuan)(yuan)(yuan)半(ban)徑(jing)(ρ值)表示(shi)了(le)刀(dao)具(ju)刃口的鋒利(li)程(cheng)度(du)(du)，為(wei)了(le)適應各種加(jia)工要(yao)求，刀(dao)刃刃口半(ban)徑(jing)范圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體屬于(yu)平(ping)面(mian)(mian)立方晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)系(xi)，由于(yu)每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)上原子排列形式和(he)原子密度(du)的(de)(de)(de)不(bu)同以及晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)之間距離的(de)(de)(de)不(bu)同，造(zao)成天然金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)各向異性(xing)，因(yin)此金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)不(bu)僅(jin)各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)表現(xian)的(de)(de)(de)物理機械(xie)性(xing)能不(bu)同、其(qi)制造(zao)難易程度(du)和(he)使用(yong)壽(shou)命都不(bu)相同，各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)微觀破(po)損(sun)強度(du)也有明顯差別。金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)微觀強度(du)可用(yong)Hertz試(shi)驗(yan)法來測定(ding)，由于(yu)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)是典(dian)型的(de)(de)(de)脆性(xing)材料，其(qi)強度(du)數(shu)值一般偏差較(jiao)大(da)，主要依賴于(yu)應力(li)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)形態和(he)分(fen)布(bu)范(fan)圍(wei)，因(yin)此適合(he)用(yong)概率(lv)論來分(fen)析。當(dang)作用(yong)應力(li)相同時，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)破(po)損(sun)概率(lv)最(zui)大(da)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)之，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)產生破(po)損(sun)的(de)(de)(de)概率(lv)最(zui)小。即在(zai)外力(li)作用(yong)下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)最(zui)易破(po)損(sun)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)之，(100)最(zui)不(bu)易破(po)損(sun)。盡管(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)磨(mo)削率(lv)高(gao)于(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)，但(dan)實驗(yan)結(jie)果表明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)較(jiao)其(qi)它(ta)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)具(ju)有更高(gao)的(de)(de)(de)抗應力(li)、腐蝕和(he)熱(re)退化(hua)能力(li)。結(jie)合(he)微觀強度(du)綜合(he)考(kao)慮(lv)，用(yong)(100)面(mian)(mian)做刀具(ju)的(de)(de)(de)前(qian)后(hou)刀面(mian)(mian)，容易刃磨(mo)出(chu)高(gao)質量的(de)(de)(de)刀具(ju)刃口，不(bu)易產生微觀崩刃。

通常(chang)應(ying)(ying)根據刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)要(yao)求來進行(xing)單晶(jing)(jing)金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)選擇。一般(ban)來說，如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)獲得最高(gao)的(de)(de)強度，應(ying)(ying)選用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)(zuo)為刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)抗機械磨損(sun)，則選用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)(zuo)為刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)抗化學磨損(sun)，則宜采用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)(zuo)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)刀(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)(zuo)后刀(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，或者(zhe)前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)都(dou)采用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)。這些要(yao)求都(dou)需要(yao)借(jie)助(zhu)晶(jing)(jing)體定向技術來實現(xian)。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是單一碳原(yuan)子的(de)結晶(jing)(jing)體，其晶(jing)(jing)體結構屬于(yu)等軸面心(xin)立方晶(jing)(jing)系(xi)(一種原(yuan)子密度最高的(de)晶(jing)(jing)系(xi))。由于(yu)金剛石(shi)中碳原(yuan)子間(jian)的(de)連接鍵(jian)為sp3雜化(hua)共價鍵(jian)，因此具有很強的(de)結合力(li)、穩定性和方向性。它是目(mu)前自然界已知的(de)最硬物質，其顯微硬度可達10000HV，其它物理特性見以下內容(rong)。

物理性能-數值

硬度-60000～100000MPa，隨晶體方向和(he)溫度而定

抗彎(wan)強度-210～490MPa

抗壓強度(du)-1500～2500MPa

彈性模(mo)量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導率(lv)-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量(liang)熱容(rong)-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧化溫度-900～1000K

開始石(shi)墨化溫度-1800K(在惰性氣體(ti)中)

和鋁合(he)金、黃銅間的摩擦系數(shu)-0.05～0.07(在常溫下)