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(zao)聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石、金(jin)(jin)剛(gang)石燒結(jie)體。由于天然金(jin)(jin)剛(gang)石過(guo)于昂貴，所以市面上我們常用的都是人(ren)造(zao)聚晶金(jin)(jin)剛(gang)石刀(dao)具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優勢

1、有較(jiao)高的硬度和耐磨性，在(zai)超精(jing)密加工(gong)時可以最(zui)大限度避免刀尖磨損對工(gong)件(jian)尺寸的影響。

2、有很(hen)(hen)好的(de)導熱性，較低的(de)熱膨脹系(xi)數。因此，切削加(jia)(jia)工時(shi)不(bu)會產生很(hen)(hen)大(da)的(de)熱變(bian)形，有利于(yu)精(jing)密加(jia)(jia)工。

3、刃(ren)面粗糙度較小，刃(ren)口(kou)非(fei)常鋒利(li)，可(ke)達Ra0.01~0.006μm。因此(ci)，能勝任薄層切(qie)削，有(you)利于超精密加工(gong)。

4、摩擦系數低(di)，切削(xue)時不宜產生(sheng)積屑瘤，因此加工表面(mian)質量很高。加工有色金(jin)屬(shu)表面(mian)粗糙度可小達Ra0.04~0.012μm，加工精度可達IT5以上。

注意(yi)：金(jin)剛石刀(dao)具(ju)不適合加工鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料，因為金(jin)剛石和鐵(tie)有很強的化學親(qin)和力，在高溫下鐵(tie)原子極(ji)易(yi)與(yu)碳原子作(zuo)用而使(shi)其轉化為石墨結構，刀(dao)具(ju)極(ji)易(yi)損(sun)壞。用作(zuo)鋁硅合金(jin)的精加工及(ji)超精加工，壓縮木材(cai)、陶瓷、剛玉、玻璃(li)等(deng)的精加工都是(shi)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(ju)的(de)兩(liang)個基本(ben)精(jing)度(du)(du)是刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)輪廓(kuo)精(jing)度(du)(du)和刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)鈍圓(yuan)半(ban)徑(jing)。要求加工非球(qiu)面透鏡用的(de)圓(yuan)弧刀(dao)(dao)具(ju)刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)圓(yuan)度(du)(du)為0.05μm以下(xia)，加工多面體(ti)反射鏡用的(de)刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)直線(xian)度(du)(du)為0.02μm；刀(dao)(dao)具(ju)刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)鈍圓(yuan)半(ban)徑(jing)(ρ值)表(biao)示了刀(dao)(dao)具(ju)刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)的(de)鋒利(li)程度(du)(du)，為了適(shi)應各種加工要求，刀(dao)(dao)刃(ren)(ren)(ren)刃(ren)(ren)(ren)口(kou)(kou)半(ban)徑(jing)范(fan)圍(wei)從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金剛(gang)石晶(jing)(jing)(jing)(jing)體屬于(yu)(yu)平(ping)面(mian)(mian)(mian)立方(fang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)系，由(you)于(yu)(yu)每個晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)上原子排列形式和(he)(he)(he)原子密度(du)的不(bu)(bu)(bu)同(tong)以及晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)之(zhi)間距離的不(bu)(bu)(bu)同(tong)，造成天然金剛(gang)石晶(jing)(jing)(jing)(jing)體的各(ge)向異性(xing)，因(yin)(yin)此金剛(gang)石不(bu)(bu)(bu)僅各(ge)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)表(biao)現(xian)的物理機械性(xing)能(neng)不(bu)(bu)(bu)同(tong)、其(qi)(qi)制造難易(yi)程(cheng)度(du)和(he)(he)(he)使用(yong)壽命都不(bu)(bu)(bu)相(xiang)同(tong)，各(ge)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)的微觀破損強度(du)也有(you)明顯差別。金剛(gang)石晶(jing)(jing)(jing)(jing)體的微觀強度(du)可(ke)用(yong)Hertz試(shi)驗法(fa)來測定(ding)，由(you)于(yu)(yu)金剛(gang)石是(shi)典型的脆性(xing)材料，其(qi)(qi)強度(du)數值一般(ban)偏(pian)差較大，主要依賴(lai)于(yu)(yu)應力(li)分(fen)(fen)布(bu)的形態和(he)(he)(he)分(fen)(fen)布(bu)范圍，因(yin)(yin)此適合用(yong)概(gai)率(lv)論(lun)來分(fen)(fen)析(xi)。當作用(yong)應力(li)相(xiang)同(tong)時，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)的破損概(gai)率(lv)最(zui)大，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)次之(zhi)，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)產(chan)生破損的概(gai)率(lv)最(zui)小。即在外力(li)作用(yong)下，(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)最(zui)易(yi)破損，(111)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)次之(zhi)，(100)最(zui)不(bu)(bu)(bu)易(yi)破損。盡(jin)管(guan)(110)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)的磨削率(lv)高(gao)于(yu)(yu)(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)，但(dan)實驗結果表(biao)明，(100)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)較其(qi)(qi)它晶(jing)(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)具有(you)更(geng)高(gao)的抗應力(li)、腐蝕和(he)(he)(he)熱退化能(neng)力(li)。結合微觀強度(du)綜合考慮，用(yong)(100)面(mian)(mian)(mian)做刀(dao)具的前后刀(dao)面(mian)(mian)(mian)，容易(yi)刃磨出高(gao)質(zhi)量(liang)的刀(dao)具刃口，不(bu)(bu)(bu)易(yi)產(chan)生微觀崩刃。

通常應根據刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)來進行單晶(jing)(jing)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)選(xuan)擇。一般來說(shuo)，如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)獲得(de)最高的(de)(de)強度，應選(xuan)用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)抗機(ji)械磨(mo)(mo)損(sun)，則選(xuan)用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；如(ru)(ru)果(guo)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)抗化學磨(mo)(mo)損(sun)，則宜采(cai)(cai)用(yong)(110)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)(de)前(qian)(qian)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)后(hou)(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，或者前(qian)(qian)、后(hou)(hou)刀(dao)(dao)(dao)面(mian)(mian)(mian)(mian)都采(cai)(cai)用(yong)(100)晶(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)。這些要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)都需要(yao)(yao)(yao)借助(zhu)晶(jing)(jing)體(ti)定向技術來實現。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是(shi)單一碳(tan)原(yuan)子的(de)結晶(jing)(jing)體(ti)，其晶(jing)(jing)體(ti)結構(gou)屬于等軸面(mian)心立方晶(jing)(jing)系(一種原(yuan)子密度最高(gao)的(de)晶(jing)(jing)系)。由于金剛石中碳(tan)原(yuan)子間的(de)連接鍵為sp3雜化共(gong)價鍵，因此具有很強(qiang)的(de)結合力(li)、穩定性(xing)和方向性(xing)。它是(shi)目前自(zi)然界已知(zhi)的(de)最硬物質，其顯微硬度可(ke)達10000HV，其它物理特性(xing)見以下內容。

物理性能-數值

硬度-60000～100000MPa，隨晶體方(fang)向和溫度而定

抗彎(wan)強度-210～490MPa

抗壓強度(du)-1500～2500MPa

彈性模量(liang)-(9～10.5)×10的12次(ci)方MPa

熱導率(lv)-8.4～16.7J/cm·s·℃

質量熱容-0.156J/(g·℃)(常(chang)溫(wen))

開始(shi)氧化(hua)溫度-900～1000K

開(kai)始石(shi)墨化溫度-1800K(在惰性氣體中)

和鋁合金、黃銅間的摩擦系數-0.05～0.07(在(zai)常(chang)溫下)