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)金剛(gang)石、金剛(gang)石燒結(jie)體。由于天然金剛(gang)石過于昂貴，所以市面上我(wo)們常用(yong)的都是人造聚晶(jing)金剛(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(de)硬度和(he)耐磨性，在(zai)超精密加工(gong)時可以(yi)最大限度避(bi)免(mian)刀(dao)尖磨損對工(gong)件尺寸的(de)影響。

2、有(you)很(hen)好的(de)導熱性，較低的(de)熱膨脹系數。因此，切削加工時不會(hui)產生(sheng)很(hen)大(da)的(de)熱變形，有(you)利于精密加工。

3、刃(ren)面(mian)粗糙度較小，刃(ren)口(kou)非常鋒利(li)，可達Ra0.01~0.006μm。因此(ci)，能勝任(ren)薄層(ceng)切削，有利(li)于(yu)超精(jing)密加工。

4、摩擦(ca)系數低，切(qie)削時(shi)不宜(yi)產生積屑瘤，因此加工表面質量很高。加工有色金(jin)屬表面粗糙度可小達(da)Ra0.04~0.012μm，加工(gong)精度可(ke)達(da)IT5以上(shang)。

注意：金(jin)剛石(shi)刀具(ju)不適合加工(gong)鋼鐵材料，因為金(jin)剛石(shi)和鐵有(you)很強的化學親(qin)和力，在高溫下鐵原(yuan)子極易與碳原(yuan)子作用(yong)而(er)使其轉(zhuan)化為石(shi)墨結構，刀具(ju)極易損壞。用(yong)作鋁硅合金(jin)的精加工(gong)及超精加工(gong)，壓縮木材、陶瓷、剛玉、玻璃等的精加工(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(gong)中(zhong)，單(dan)晶金(jin)剛石刀(dao)具(ju)的(de)兩個基(ji)本精(jing)度(du)是刀(dao)刃輪廓精(jing)度(du)和刃口(kou)的(de)鈍圓半徑。要求(qiu)(qiu)加工(gong)非(fei)球面(mian)透鏡用(yong)的(de)圓弧(hu)刀(dao)具(ju)刃口(kou)的(de)圓度(du)為(wei)(wei)0.05μm以下，加工(gong)多面(mian)體反射鏡用(yong)的(de)刀(dao)刃直線度(du)為(wei)(wei)0.02μm；刀(dao)具(ju)刃口(kou)的(de)鈍圓半徑(ρ值)表示了(le)刀(dao)具(ju)刃口(kou)的(de)鋒利程度(du)，為(wei)(wei)了(le)適應各種加工(gong)要求(qiu)(qiu)，刀(dao)刃刃口(kou)半徑范圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金剛(gang)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)屬于(yu)平(ping)面(mian)(mian)立方(fang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)系(xi)，由于(yu)每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)上原(yuan)子排列形式和原(yuan)子密度(du)的(de)(de)(de)不同(tong)以(yi)及晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)之間距(ju)離的(de)(de)(de)不同(tong)，造(zao)成天(tian)然金剛(gang)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)各(ge)向(xiang)異性(xing)，因(yin)此金剛(gang)石(shi)不僅各(ge)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)表現的(de)(de)(de)物理機械性(xing)能不同(tong)、其制造(zao)難易(yi)程度(du)和使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命都不相(xiang)同(tong)，各(ge)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)微觀(guan)破損強(qiang)(qiang)度(du)也(ye)有明顯差(cha)別(bie)。金剛(gang)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)微觀(guan)強(qiang)(qiang)度(du)可用(yong)(yong)(yong)(yong)Hertz試驗(yan)法來測定，由于(yu)金剛(gang)石(shi)是典型(xing)的(de)(de)(de)脆性(xing)材料，其強(qiang)(qiang)度(du)數值一(yi)般偏差(cha)較大，主要依賴于(yu)應力分(fen)布(bu)(bu)的(de)(de)(de)形態和分(fen)布(bu)(bu)范圍，因(yin)此適(shi)合(he)(he)用(yong)(yong)(yong)(yong)概率(lv)論(lun)來分(fen)析。當作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)應力相(xiang)同(tong)時，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)破損概率(lv)最(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)(ci)之，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)產生(sheng)破損的(de)(de)(de)概率(lv)最(zui)小。即在外力作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)最(zui)易(yi)破損，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)(ci)之，(100)最(zui)不易(yi)破損。盡管(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)磨削率(lv)高于(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)，但實驗(yan)結果表明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)較其它晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)具(ju)有更(geng)高的(de)(de)(de)抗(kang)應力、腐蝕(shi)和熱退化能力。結合(he)(he)微觀(guan)強(qiang)(qiang)度(du)綜(zong)合(he)(he)考慮，用(yong)(yong)(yong)(yong)(100)面(mian)(mian)做刀(dao)具(ju)的(de)(de)(de)前后刀(dao)面(mian)(mian)，容易(yi)刃磨出高質量的(de)(de)(de)刀(dao)具(ju)刃口，不易(yi)產生(sheng)微觀(guan)崩刃。

通(tong)常應(ying)根據刀(dao)(dao)(dao)具的(de)要(yao)求來(lai)(lai)進行單晶(jing)金(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)(dao)具的(de)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)選擇。一般來(lai)(lai)說，如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)(dao)具獲得最高的(de)強度(du)，應(ying)選用(yong)(yong)(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)刀(dao)(dao)(dao)具的(de)前(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)(dao)具抗機(ji)械磨損(sun)，則(ze)選用(yong)(yong)(110)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)刀(dao)(dao)(dao)具的(de)前(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)；如果要(yao)求金(jin)剛(gang)石刀(dao)(dao)(dao)具抗化(hua)學磨損(sun)，則(ze)宜采用(yong)(yong)(110)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)刀(dao)(dao)(dao)具的(de)前(qian)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)作(zuo)后(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)，或者前(qian)、后(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)都(dou)采用(yong)(yong)(100)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)。這些要(yao)求都(dou)需要(yao)借助晶(jing)體定向(xiang)技術來(lai)(lai)實現。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是(shi)單一碳原子(zi)的(de)結(jie)(jie)晶體，其(qi)(qi)晶體結(jie)(jie)構(gou)屬于等軸(zhou)面心立方(fang)晶系(xi)(一種(zhong)原子(zi)密度(du)最高的(de)晶系(xi))。由于金剛石中碳原子(zi)間的(de)連接鍵為(wei)sp3雜化(hua)共(gong)價鍵，因此(ci)具有很(hen)強的(de)結(jie)(jie)合力、穩定性(xing)和(he)方(fang)向性(xing)。它是(shi)目前自然界已知的(de)最硬物質，其(qi)(qi)顯(xian)微硬度(du)可(ke)達10000HV，其(qi)(qi)它物理特性(xing)見以下內容。

物理性能-數值

硬度(du)-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫(wen)度(du)而定(ding)

抗彎強(qiang)度-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導率-8.4～16.7J/cm·s·℃

質(zhi)量熱(re)容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧化溫度(du)-900～1000K

開始石墨化溫度-1800K(在惰(duo)性氣體中)

和鋁合金(jin)、黃銅間(jian)的摩擦(ca)系數(shu)-0.05～0.07(在(zai)常溫下)