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)聚晶金剛石(shi)、金剛石(shi)燒結體。由于天然金剛石(shi)過于昂貴(gui)，所(suo)以市面(mian)上我們常用的(de)都是人造(zao)聚晶金剛石(shi)刀具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有(you)較高的硬(ying)度和(he)耐磨(mo)性，在(zai)超精(jing)密加工時可以(yi)最大限度避免刀尖磨(mo)損對(dui)工件尺寸的影(ying)響。

2、有很(hen)好的導熱性，較低的熱膨脹系數。因此，切削加工(gong)時(shi)不會產(chan)生很(hen)大的熱變形，有利于精密加工(gong)。

3、刃面粗糙度較小，刃口非常鋒利，可達Ra0.01~0.006μm。因此(ci)，能勝任薄層切削，有(you)利于超(chao)精密加工。

4、摩擦系數低(di)，切削時(shi)不宜產生積屑瘤，因此加(jia)工表面質量(liang)很高。加(jia)工有(you)色(se)金屬表面粗糙度可小達Ra0.04~0.012μm，加工精度可達IT5以上。

注意：金(jin)剛石(shi)刀具(ju)不適合加(jia)工(gong)鋼鐵(tie)材料，因為金(jin)剛石(shi)和鐵(tie)有很強的(de)化(hua)學親(qin)和力，在(zai)高溫下鐵(tie)原(yuan)(yuan)子(zi)極(ji)易與碳原(yuan)(yuan)子(zi)作用而使(shi)其(qi)轉化(hua)為石(shi)墨結(jie)構(gou)，刀具(ju)極(ji)易損(sun)壞(huai)。用作鋁硅(gui)合金(jin)的(de)精(jing)加(jia)工(gong)及超精(jing)加(jia)工(gong)，壓(ya)縮木材、陶(tao)瓷、剛玉、玻璃(li)等(deng)的(de)精(jing)加(jia)工(gong)都是不錯(cuo)的(de)選擇。

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二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精密加(jia)工(gong)中，單晶金剛石(shi)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)兩個基本(ben)精度是(shi)刀(dao)刃(ren)輪廓精度和刃(ren)口的(de)(de)(de)(de)鈍圓(yuan)半徑。要(yao)求加(jia)工(gong)非(fei)球(qiu)面透(tou)鏡用的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)弧刀(dao)具刃(ren)口的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)度為(wei)0.05μm以下，加(jia)工(gong)多面體(ti)反(fan)射鏡用的(de)(de)(de)(de)刀(dao)刃(ren)直線度為(wei)0.02μm；刀(dao)具刃(ren)口的(de)(de)(de)(de)鈍圓(yuan)半徑(ρ值)表示(shi)了(le)刀(dao)具刃(ren)口的(de)(de)(de)(de)鋒利程度，為(wei)了(le)適(shi)應各種加(jia)工(gong)要(yao)求，刀(dao)刃(ren)刃(ren)口半徑范圍(wei)從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(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)系，由于(yu)每個(ge)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)上原(yuan)子(zi)排(pai)列形(xing)式和(he)(he)(he)原(yuan)子(zi)密度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)以及晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)之(zhi)(zhi)間距離的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)，造(zao)成天然(ran)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)(de)(de)各向異性(xing)，因(yin)(yin)此金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)不(bu)(bu)僅(jin)各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)表現的(de)(de)(de)(de)(de)物理機械性(xing)能不(bu)(bu)同(tong)、其制造(zao)難(nan)易(yi)程(cheng)度(du)和(he)(he)(he)使用(yong)(yong)壽命都不(bu)(bu)相同(tong)，各晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)(guan)破(po)(po)損(sun)(sun)強度(du)也有明顯差(cha)別。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)(guan)強度(du)可用(yong)(yong)Hertz試(shi)驗(yan)法來(lai)測定，由于(yu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)是典型的(de)(de)(de)(de)(de)脆性(xing)材(cai)料，其強度(du)數值一般偏差(cha)較(jiao)大，主要依賴(lai)于(yu)應(ying)(ying)力分(fen)(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)態(tai)和(he)(he)(he)分(fen)(fen)布范圍，因(yin)(yin)此適(shi)合(he)用(yong)(yong)概率論來(lai)分(fen)(fen)析。當作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)應(ying)(ying)力相同(tong)時(shi)，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)破(po)(po)損(sun)(sun)概率最(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)之(zhi)(zhi)，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)產生破(po)(po)損(sun)(sun)的(de)(de)(de)(de)(de)概率最(zui)小(xiao)。即在外力作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)最(zui)易(yi)破(po)(po)損(sun)(sun)，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)次(ci)之(zhi)(zhi)，(100)最(zui)不(bu)(bu)易(yi)破(po)(po)損(sun)(sun)。盡管(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)磨削(xue)率高(gao)于(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)，但實驗(yan)結(jie)果表明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)較(jiao)其它晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)具(ju)(ju)有更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗應(ying)(ying)力、腐蝕和(he)(he)(he)熱(re)退化能力。結(jie)合(he)微(wei)觀(guan)(guan)強度(du)綜合(he)考慮(lv)，用(yong)(yong)(100)面(mian)(mian)做刀(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)前后(hou)刀(dao)面(mian)(mian)，容(rong)易(yi)刃磨出高(gao)質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)(de)刀(dao)具(ju)(ju)刃口，不(bu)(bu)易(yi)產生微(wei)觀(guan)(guan)崩(beng)刃。

通常應根據刀具(ju)的(de)(de)要求來進行(xing)單晶金(jin)剛(gang)石(shi)刀具(ju)的(de)(de)晶面(mian)選擇。一般來說(shuo)，如(ru)果(guo)(guo)要求金(jin)剛(gang)石(shi)刀具(ju)獲(huo)得(de)最高的(de)(de)強度，應選用(yong)(100)晶面(mian)作為刀具(ju)的(de)(de)前、后(hou)刀面(mian)；如(ru)果(guo)(guo)要求金(jin)剛(gang)石(shi)刀具(ju)抗(kang)機械磨(mo)損(sun)，則(ze)選用(yong)(110)晶面(mian)作為刀具(ju)的(de)(de)前、后(hou)刀面(mian)；如(ru)果(guo)(guo)要求金(jin)剛(gang)石(shi)刀具(ju)抗(kang)化學磨(mo)損(sun)，則(ze)宜采用(yong)(110)晶面(mian)作刀具(ju)的(de)(de)前刀面(mian)，(100)晶面(mian)作后(hou)刀面(mian)，或(huo)者前、后(hou)刀面(mian)都(dou)采用(yong)(100)晶面(mian)。這些要求都(dou)需要借助晶體定向技術(shu)來實現。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是(shi)(shi)單一碳原(yuan)子(zi)的結晶(jing)體(ti)，其(qi)晶(jing)體(ti)結構屬于(yu)(yu)等軸面心立方(fang)晶(jing)系(一種原(yuan)子(zi)密(mi)度最高的晶(jing)系)。由于(yu)(yu)金(jin)剛(gang)石中碳原(yuan)子(zi)間的連接(jie)鍵(jian)為sp3雜化共(gong)價鍵(jian)，因(yin)此具有很強的結合力、穩定性(xing)和方(fang)向性(xing)。它(ta)(ta)是(shi)(shi)目前自然界(jie)已知的最硬物(wu)質，其(qi)顯微硬度可達10000HV，其(qi)它(ta)(ta)物(wu)理(li)特(te)性(xing)見以下內容。

物理性能-數值

硬度-60000～100000MPa，隨晶(jing)體方向和溫度而定

抗(kang)彎強(qiang)度(du)-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈性模量-(9～10.5)×10的12次(ci)方MPa

熱導率-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始(shi)氧化(hua)溫(wen)度-900～1000K

開始石墨化溫度-1800K(在惰性氣體中)

和(he)鋁(lv)合金(jin)、黃銅(tong)間的摩(mo)擦系(xi)數(shu)-0.05～0.07(在常溫下)