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(ju)晶(jing)金(jin)剛石、金(jin)剛石燒(shao)結體。由于天然金(jin)剛石過于昂貴，所以市面(mian)上我們常用的都是人造聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石刀具(ju)。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有較高(gao)的硬度(du)和耐(nai)磨性，在超精密加工(gong)時可以(yi)最大(da)限度(du)避免刀尖磨損對工(gong)件尺寸的影(ying)響(xiang)。

2、有很好的導熱(re)性，較低的熱(re)膨脹系(xi)數。因此，切(qie)削加工時(shi)不(bu)會(hui)產生很大的熱(re)變形，有利于精密加工。

3、刃(ren)面(mian)粗糙(cao)度較小(xiao)，刃(ren)口非常鋒利，可達Ra0.01~0.006μm。因此，能勝任薄層切削，有利于超精密(mi)加工。

4、摩擦(ca)系(xi)數低，切削時(shi)不宜產生積(ji)屑瘤，因此加工表面質(zhi)量很高(gao)。加工有色金屬表面粗糙度可(ke)小達Ra0.04~0.012μm，加工精度可達IT5以上。

注(zhu)意(yi)：金(jin)(jin)剛(gang)石刀具不適合加工(gong)鋼鐵材料(liao)，因(yin)為(wei)(wei)金(jin)(jin)剛(gang)石和(he)鐵有很強(qiang)的化(hua)學親和(he)力(li)，在高溫下鐵原子極易與碳原子作(zuo)(zuo)用(yong)而(er)使其轉化(hua)為(wei)(wei)石墨結構(gou)，刀具極易損(sun)壞。用(yong)作(zuo)(zuo)鋁硅(gui)合金(jin)(jin)的精(jing)(jing)加工(gong)及(ji)超精(jing)(jing)加工(gong)，壓縮木材、陶(tao)瓷、剛(gang)玉、玻璃等(deng)的精(jing)(jing)加工(gong)都(dou)是不錯的選擇。

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二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精(jing)密加工中，單晶金剛石刀(dao)(dao)具的(de)(de)兩個基本精(jing)度是刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)輪廓精(jing)度和刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)(kou)的(de)(de)鈍圓半徑(jing)。要(yao)(yao)求加工非球面(mian)透鏡用的(de)(de)圓弧(hu)刀(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)(kou)的(de)(de)圓度為(wei)0.05μm以下，加工多(duo)面(mian)體反射(she)鏡用的(de)(de)刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)直線度為(wei)0.02μm；刀(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)(kou)的(de)(de)鈍圓半徑(jing)(ρ值)表示了(le)刀(dao)(dao)具刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)(kou)的(de)(de)鋒利程(cheng)度，為(wei)了(le)適應各種加工要(yao)(yao)求，刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)刃(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)口(kou)(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)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)體屬于(yu)平面(mian)(mian)(mian)(mian)立方晶(jing)(jing)(jing)(jing)系，由于(yu)每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)原子排列形式和(he)原子密度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)不同以及晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)之(zhi)(zhi)間距離的(de)(de)(de)(de)不同，造成(cheng)天(tian)然金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)(de)各向異性，因此金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)不僅各晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)表(biao)現的(de)(de)(de)(de)物理機械性能(neng)(neng)不同、其(qi)(qi)制造難易程度(du)(du)(du)和(he)使(shi)用壽(shou)命都(dou)不相同，各晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)微觀破(po)損(sun)(sun)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)也有明顯差別。金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)(de)微觀強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)可用Hertz試驗法來測定(ding)，由于(yu)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)是典(dian)型(xing)的(de)(de)(de)(de)脆性材料(liao)，其(qi)(qi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)數值一(yi)般偏(pian)差較(jiao)(jiao)大，主要依賴于(yu)應力分(fen)布的(de)(de)(de)(de)形態和(he)分(fen)布范圍，因此適合(he)用概(gai)率(lv)論來分(fen)析。當(dang)作(zuo)用應力相同時，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)破(po)損(sun)(sun)概(gai)率(lv)最(zui)(zui)(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)次(ci)之(zhi)(zhi)，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)產(chan)生破(po)損(sun)(sun)的(de)(de)(de)(de)概(gai)率(lv)最(zui)(zui)(zui)小。即在外力作(zuo)用下(xia)，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)最(zui)(zui)(zui)易破(po)損(sun)(sun)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)次(ci)之(zhi)(zhi)，(100)最(zui)(zui)(zui)不易破(po)損(sun)(sun)。盡管(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)削(xue)率(lv)高于(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)，但實驗結果(guo)表(biao)明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)較(jiao)(jiao)其(qi)(qi)它晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)具有更高的(de)(de)(de)(de)抗應力、腐蝕和(he)熱退化(hua)能(neng)(neng)力。結合(he)微觀強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)綜合(he)考慮，用(100)面(mian)(mian)(mian)(mian)做刀具的(de)(de)(de)(de)前后刀面(mian)(mian)(mian)(mian)，容(rong)易刃(ren)磨(mo)(mo)出高質量(liang)的(de)(de)(de)(de)刀具刃(ren)口，不易產(chan)生微觀崩刃(ren)。

通常應根據刀(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)來(lai)(lai)進行單(dan)晶(jing)(jing)(jing)金(jin)剛石刀(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)選擇(ze)。一般來(lai)(lai)說，如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)求(qiu)金(jin)剛石刀(dao)(dao)具(ju)獲得最高的(de)(de)強度，應選用(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)求(qiu)金(jin)剛石刀(dao)(dao)具(ju)抗機械磨損，則選用(110)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)求(qiu)金(jin)剛石刀(dao)(dao)具(ju)抗化學磨損，則宜采用(110)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)刀(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)后(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，或者前(qian)(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)都采用(100)晶(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)。這(zhe)些要(yao)(yao)求(qiu)都需(xu)要(yao)(yao)借助晶(jing)(jing)(jing)體定向技術來(lai)(lai)實現。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是單(dan)一碳原子的結(jie)晶(jing)(jing)體，其晶(jing)(jing)體結(jie)構屬于(yu)等軸面(mian)心立方晶(jing)(jing)系(一種原子密度最(zui)高的晶(jing)(jing)系)。由(you)于(yu)金剛(gang)石(shi)中碳原子間的連接鍵為sp3雜(za)化共價鍵，因此具有很強的結(jie)合力、穩(wen)定性(xing)和方向性(xing)。它是目(mu)前自然界已知的最(zui)硬物質(zhi)，其顯(xian)微硬度可達10000HV，其它物理特(te)性(xing)見(jian)以下內(nei)容(rong)。

物理性能-數值

硬度-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫度而定

抗彎強度-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈(dan)性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導率-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧(yang)化溫度(du)-900～1000K

開始石墨化溫度-1800K(在惰性氣體中)

和鋁(lv)合金、黃(huang)銅(tong)間的摩擦系數-0.05～0.07(在(zai)常(chang)溫下)