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(ren)造聚(ju)晶金(jin)剛石(shi)、金(jin)剛石(shi)燒結(jie)體。由(you)于(yu)(yu)天然金(jin)剛石(shi)過(guo)于(yu)(yu)昂貴，所(suo)以市面上我們常用的都是(shi)人(ren)造聚(ju)晶金(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(jiao)高(gao)的(de)硬度(du)和耐磨性，在超(chao)精密加工(gong)時可以(yi)最大(da)限度(du)避(bi)免刀尖磨損對工(gong)件尺寸的(de)影響。

2、有很好的導熱(re)性(xing)，較(jiao)低的熱(re)膨脹系數。因此，切削加(jia)工(gong)(gong)時不會產(chan)生很大的熱(re)變形(xing)，有利于精密加(jia)工(gong)(gong)。

3、刃(ren)(ren)面粗糙度(du)較小，刃(ren)(ren)口非常鋒(feng)利，可(ke)達Ra0.01~0.006μm。因此，能勝(sheng)任(ren)薄層切削，有利(li)于超(chao)精密加工。

4、摩擦系(xi)數低(di)，切削時不(bu)宜產生(sheng)積屑(xie)瘤，因此加(jia)工表(biao)面(mian)質量很高。加(jia)工有色金屬表(biao)面(mian)粗(cu)糙度(du)可(ke)小達Ra0.04~0.012μm，加工(gong)精度(du)可達IT5以上。

注意：金剛(gang)石刀(dao)(dao)具(ju)不適(shi)合(he)加工鋼鐵材料，因為金剛(gang)石和(he)鐵有很強(qiang)的(de)化(hua)學親和(he)力，在高溫下鐵原(yuan)子極易與碳(tan)原(yuan)子作(zuo)用而使(shi)其轉化(hua)為石墨(mo)結(jie)構(gou)，刀(dao)(dao)具(ju)極易損壞(huai)。用作(zuo)鋁硅合(he)金的(de)精(jing)加工及超精(jing)加工，壓縮木材、陶(tao)瓷、剛(gang)玉、玻璃等的(de)精(jing)加工都是(shi)不錯的(de)選(xuan)擇。

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二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精(jing)密加(jia)工中，單晶金剛石刀(dao)具(ju)的兩個基本精(jing)度(du)是刀(dao)刃輪廓精(jing)度(du)和刃口的鈍(dun)圓(yuan)半(ban)徑(jing)。要求(qiu)加(jia)工非球面透鏡用的圓(yuan)弧刀(dao)具(ju)刃口的圓(yuan)度(du)為(wei)0.05μm以下，加(jia)工多(duo)面體反射鏡用的刀(dao)刃直線度(du)為(wei)0.02μm；刀(dao)具(ju)刃口的鈍(dun)圓(yuan)半(ban)徑(jing)(ρ值(zhi))表示(shi)了刀(dao)具(ju)刃口的鋒(feng)利程度(du)，為(wei)了適(shi)應各種加(jia)工要求(qiu)，刀(dao)刃刃口半(ban)徑(jing)范(fan)圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體屬于(yu)(yu)平面(mian)立方晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)系，由于(yu)(yu)每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)上原(yuan)(yuan)子排列形式和(he)(he)原(yuan)(yuan)子密(mi)度(du)(du)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)以及(ji)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)之間(jian)距離的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，造成天然金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)各向(xiang)異性，因此金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)僅各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)表(biao)現的(de)(de)物理機械(xie)性能(neng)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)、其(qi)制造難易(yi)程度(du)(du)和(he)(he)使用(yong)壽(shou)命都不(bu)(bu)(bu)相同(tong)(tong)，各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)微觀破(po)(po)(po)損(sun)強度(du)(du)也有(you)明顯差(cha)(cha)別。金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)微觀強度(du)(du)可用(yong)Hertz試驗法來測定(ding)，由于(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)是典型的(de)(de)脆性材料，其(qi)強度(du)(du)數值一般偏差(cha)(cha)較大，主要依賴于(yu)(yu)應力(li)(li)(li)(li)分(fen)布的(de)(de)形態和(he)(he)分(fen)布范(fan)圍(wei)，因此適(shi)合(he)用(yong)概率論來分(fen)析。當作(zuo)用(yong)應力(li)(li)(li)(li)相同(tong)(tong)時，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)破(po)(po)(po)損(sun)概率最(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)次之，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)產生破(po)(po)(po)損(sun)的(de)(de)概率最(zui)小(xiao)。即(ji)在外力(li)(li)(li)(li)作(zuo)用(yong)下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)最(zui)易(yi)破(po)(po)(po)損(sun)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)次之，(100)最(zui)不(bu)(bu)(bu)易(yi)破(po)(po)(po)損(sun)。盡(jin)管(guan)(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)的(de)(de)磨(mo)削率高于(yu)(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)，但實驗結果表(biao)明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)較其(qi)它(ta)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)具有(you)更高的(de)(de)抗應力(li)(li)(li)(li)、腐蝕和(he)(he)熱退化能(neng)力(li)(li)(li)(li)。結合(he)微觀強度(du)(du)綜合(he)考慮，用(yong)(100)面(mian)做刀具的(de)(de)前后刀面(mian)，容易(yi)刃(ren)磨(mo)出高質量的(de)(de)刀具刃(ren)口，不(bu)(bu)(bu)易(yi)產生微觀崩刃(ren)。

通常應(ying)根據刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)要(yao)(yao)求來進行單晶(jing)(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)選(xuan)擇(ze)。一般來說，如果(guo)(guo)要(yao)(yao)求金剛(gang)石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)獲得最高的(de)(de)強(qiang)度，應(ying)選(xuan)用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作為刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)前、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果(guo)(guo)要(yao)(yao)求金剛(gang)石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)抗機械(xie)磨損，則(ze)選(xuan)用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作為刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)前、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果(guo)(guo)要(yao)(yao)求金剛(gang)石(shi)(shi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)抗化學磨損，則(ze)宜(yi)采用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)前刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)作后(hou)(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，或者前、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)都采用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)。這些(xie)要(yao)(yao)求都需要(yao)(yao)借助(zhu)晶(jing)(jing)體(ti)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(zi)的結晶(jing)體，其晶(jing)體結構屬(shu)于等軸面心立方晶(jing)系(xi)(一種(zhong)原(yuan)子(zi)密度(du)最高的晶(jing)系(xi))。由(you)于金(jin)剛石(shi)中碳原(yuan)子(zi)間的連接鍵為sp3雜(za)化(hua)共價鍵，因此具有很強(qiang)的結合力、穩(wen)定性和方向性。它(ta)(ta)是目前自(zi)然界已知的最硬(ying)物(wu)質，其顯微硬(ying)度(du)可達10000HV，其它(ta)(ta)物(wu)理特性見以下內容。

物理性能-數值

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

抗彎強度-210～490MPa

抗(kang)壓強(qiang)度-1500～2500MPa

彈(dan)性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導(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

開始石墨化溫度(du)-1800K(在惰(duo)性氣體中)

和鋁(lv)合金、黃銅間的摩(mo)擦系數-0.05～0.07(在(zai)常溫下(xia))