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）、人造聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石、金(jin)剛(gang)石燒結體。由于天然金(jin)剛(gang)石過于昂貴，所以市面上我們常用的都(dou)是人造聚晶(jing)金(jin)剛(gang)石刀具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有較高的硬度(du)和(he)耐磨(mo)(mo)性，在超精密加(jia)工(gong)時(shi)可以最大(da)限度(du)避免(mian)刀尖(jian)磨(mo)(mo)損對工(gong)件(jian)尺寸(cun)的影響。

2、有很好(hao)的(de)(de)導熱性，較低的(de)(de)熱膨脹系數(shu)。因(yin)此(ci)，切削加工(gong)(gong)時不會(hui)產生很大(da)的(de)(de)熱變形，有利于精(jing)密(mi)加工(gong)(gong)。

3、刃面粗糙度較小，刃口非常(chang)鋒利，可達Ra0.01~0.006μm。因此(ci)，能(neng)勝任(ren)薄(bo)層切削，有利(li)于(yu)超精密(mi)加工。

4、摩擦(ca)系數低(di)，切削時不宜產生積(ji)屑瘤，因(yin)此加工(gong)(gong)表(biao)面(mian)質量很高。加工(gong)(gong)有色(se)金屬表(biao)面(mian)粗糙度(du)可小達Ra0.04~0.012μm，加工精度可達IT5以上。

注(zhu)意：金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)具(ju)不(bu)適合加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料，因為(wei)金(jin)剛(gang)石(shi)和鐵(tie)有很強(qiang)的(de)化學親和力，在高溫(wen)下鐵(tie)原子(zi)極(ji)易與碳原子(zi)作(zuo)用而使其轉化為(wei)石(shi)墨結構，刀(dao)具(ju)極(ji)易損壞。用作(zuo)鋁硅(gui)合金(jin)的(de)精加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)及(ji)超精加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)，壓縮木材(cai)、陶瓷、剛(gang)玉、玻璃等的(de)精加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)都是(shi)不(bu)錯(cuo)的(de)選擇。

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二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精(jing)密(mi)加工(gong)中，單晶金剛石刀(dao)(dao)(dao)具的(de)(de)兩個基本精(jing)度(du)(du)(du)是刀(dao)(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)輪(lun)廓精(jing)度(du)(du)(du)和刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)(de)鈍圓(yuan)半徑(jing)。要求加工(gong)非球面透(tou)鏡(jing)用的(de)(de)圓(yuan)弧刀(dao)(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)(de)圓(yuan)度(du)(du)(du)為(wei)0.05μm以(yi)下(xia)，加工(gong)多面體反射(she)鏡(jing)用的(de)(de)刀(dao)(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)直線度(du)(du)(du)為(wei)0.02μm；刀(dao)(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)(de)鈍圓(yuan)半徑(jing)(ρ值)表示了刀(dao)(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)(de)鋒利程度(du)(du)(du)，為(wei)了適應各種加工(gong)要求，刀(dao)(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)半徑(jing)范圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金剛(gang)石(shi)晶(jing)體屬于(yu)平面(mian)(mian)(mian)立(li)方晶(jing)系，由于(yu)每個晶(jing)面(mian)(mian)(mian)上原子排列形(xing)式(shi)和(he)原子密度(du)(du)的(de)不(bu)(bu)同以(yi)及(ji)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)之間距離的(de)不(bu)(bu)同，造成天然(ran)金剛(gang)石(shi)晶(jing)體的(de)各(ge)向(xiang)異性，因(yin)此金剛(gang)石(shi)不(bu)(bu)僅各(ge)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)表現的(de)物理機(ji)械性能不(bu)(bu)同、其制造難易(yi)程度(du)(du)和(he)使用(yong)(yong)壽命(ming)都不(bu)(bu)相(xiang)同，各(ge)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)的(de)微(wei)觀(guan)(guan)破(po)(po)損強度(du)(du)也有明顯差(cha)別。金剛(gang)石(shi)晶(jing)體的(de)微(wei)觀(guan)(guan)強度(du)(du)可用(yong)(yong)Hertz試驗法來測定，由于(yu)金剛(gang)石(shi)是典型的(de)脆性材料，其強度(du)(du)數(shu)值一般偏差(cha)較大，主(zhu)要依賴于(yu)應(ying)力(li)分布的(de)形(xing)態(tai)和(he)分布范圍，因(yin)此適合用(yong)(yong)概(gai)率(lv)論來分析。當作用(yong)(yong)應(ying)力(li)相(xiang)同時，(110)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)的(de)破(po)(po)損概(gai)率(lv)最大，(111)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)次之，(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)產生破(po)(po)損的(de)概(gai)率(lv)最小。即在(zai)外力(li)作用(yong)(yong)下，(110)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)最易(yi)破(po)(po)損，(111)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)次之，(100)最不(bu)(bu)易(yi)破(po)(po)損。盡管(guan)(110)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)的(de)磨(mo)削率(lv)高(gao)(gao)于(yu)(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)，但實(shi)驗結果表明，(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)較其它晶(jing)面(mian)(mian)(mian)具(ju)(ju)有更高(gao)(gao)的(de)抗應(ying)力(li)、腐蝕和(he)熱(re)退化能力(li)。結合微(wei)觀(guan)(guan)強度(du)(du)綜(zong)合考慮，用(yong)(yong)(100)面(mian)(mian)(mian)做刀(dao)具(ju)(ju)的(de)前(qian)后刀(dao)面(mian)(mian)(mian)，容易(yi)刃(ren)磨(mo)出高(gao)(gao)質量的(de)刀(dao)具(ju)(ju)刃(ren)口，不(bu)(bu)易(yi)產生微(wei)觀(guan)(guan)崩(beng)刃(ren)。

通(tong)常應(ying)根據刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的要求(qiu)來(lai)進行單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)選擇。一(yi)般來(lai)說，如果要求(qiu)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)獲得最(zui)高的強(qiang)度(du)，應(ying)選用(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作為刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如果要求(qiu)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)抗(kang)機(ji)械磨損(sun)，則選用(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作為刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如果要求(qiu)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)抗(kang)化學磨損(sun)，則宜采(cai)用(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的前(qian)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作后刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，或者前(qian)、后刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)都(dou)采(cai)用(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)。這些要求(qiu)都(dou)需(xu)要借助(zhu)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體定向技術來(lai)實現(xian)。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是單一碳原子(zi)的(de)(de)結晶(jing)體(ti)，其晶(jing)體(ti)結構屬于(yu)等軸面(mian)心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)系(一種原子(zi)密度最高的(de)(de)晶(jing)系)。由(you)于(yu)金剛石中碳原子(zi)間(jian)的(de)(de)連(lian)接鍵為sp3雜(za)化共價(jia)鍵，因此具有很強的(de)(de)結合力(li)、穩定性(xing)和方(fang)向性(xing)。它(ta)是目前自然界已知的(de)(de)最硬(ying)物質，其顯微硬(ying)度可達10000HV，其它(ta)物理特性(xing)見以下(xia)內(nei)容。

物理性能-數值

硬(ying)度-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫度而(er)定

抗彎強度-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈性模(mo)量-(9～10.5)×10的(de)12次(ci)方MPa

熱(re)導(dao)率-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧化溫度-900～1000K

開始石墨化溫(wen)度-1800K(在惰性氣體中)

和鋁合金、黃(huang)銅間(jian)的摩擦系數-0.05～0.07(在常(chang)溫下(xia))