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金剛石刀具應用材料解析
日期：2025-06-13 19:48
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摘要：
可以制成切削刀具金剛石材料有天然單晶金剛石、人造單晶金剛石、化學氣相沉積法(CVD)金剛石厚膜、人造聚晶金剛石復合片等。
1、天然單晶金剛石
天然單晶金剛石一種各向異性單晶體。硬度達HV9000-10000，自然界*硬物質。這種材料耐磨性極好，制成刀具切削可長時間保持尺寸穩定，故而有很長刀具壽命。
天然金剛石刀具刃口可以加工到極其鋒利。可用于制作眼科神經外科手術刀；可用于加工隱形眼鏡曲面；可用于切割光導玻璃纖維；用于加工黃金、白金首飾花紋；*重要用途于高速超精加工有色金屬及其合金。如鋁、黃金、巴氏合金、鈹銅、紫銅等。用天然金剛石制作超精加工刀具其刀尖圓弧部分400倍顯微鏡下觀察無缺陷，用于加工鋁合金多面體反射鏡、無氧銅激光反射鏡、陀螺儀、錄像機磁鼓等。表現粗糙度可達到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金剛石材料韌性很差，抗彎強度很低，僅為(0.2-0.5)Gpa。熱穩定性差，溫度達到700℃-800℃時就會失去硬度。溫度再高就會碳化。另外，它與鐵親力很強，一般不適于加工鋼鐵。2、人造單晶金剛石
人造單晶金剛石作為刀具材料，市場上能買到目前有戴比爾斯(DE-BEERS)生產工業級單晶金剛石材料。這種材料硬度略遜于天然金剛石。其它性能都與天然金剛石不相上下。由于經過人工制造，其解理方向尺寸變得可控統一。隨著高溫高壓技術發展，人造單晶金剛石*大尺寸已經可以做到8mm。由于這種材料有相對較好一致性較低價格，所以受到廣泛關注。作為替代天然金剛石新材料，人造單晶金剛石應用將會有大發展。
3、人造聚晶金剛石
人造聚晶金剛石(PCD)高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑聚合而成多晶體材料。一般情況下制成以硬質合金為基體整體圓形片，稱為聚晶金剛石復合片。根據金剛石基體厚度不同，復合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同規格。而聚晶金剛石厚度一般0.5mm左右。目前，國內生產PCD直徑已經達到19mm，而國外如GE公司*大復合片直徑已經做到58mm，戴比爾斯公司更達到了74mm。
根據制作刀具需要可用激光或線切割切成不同尺寸角度刀頭，制成車刀、鏜刀、銑刀等。
PCD硬度比天然金剛石低(HV6000左右)，但抗彎強度比天然金剛石高很多。另外，通過調整金剛石微粉粒度濃度，使PCD制品機械物理性能發生改變，以適應不同材質、不同加工環境需要，為刀具用戶提供了多種選擇。
PCD刀具比天然金剛石抗沖擊抗震性能高出很多。與硬質合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性壽命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可達到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度穩定。
PCD同天然金剛石一樣，不適合加工鋼鑄鐵。這種刀具主要用于加工有色金屬及非金屬材料，如：鋁、銅、鋅、金、銀、鉑及其合金，還有陶瓷、碳纖維、橡膠、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。
1、天然單晶金剛石
天然單晶金剛石一種各向異性單晶體。硬度達HV9000-10000，自然界*硬物質。這種材料耐磨性極好，制成刀具切削可長時間保持尺寸穩定，故而有很長刀具壽命。
天然金剛石刀具刃口可以加工到極其鋒利。可用于制作眼科神經外科手術刀；可用于加工隱形眼鏡曲面；可用于切割光導玻璃纖維；用于加工黃金、白金首飾花紋；*重要用途于高速超精加工有色金屬及其合金。如鋁、黃金、巴氏合金、鈹銅、紫銅等。用天然金剛石制作超精加工刀具其刀尖圓弧部分400倍顯微鏡下觀察無缺陷，用于加工鋁合金多面體反射鏡、無氧銅激光反射鏡、陀螺儀、錄像機磁鼓等。表現粗糙度可達到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金剛石材料韌性很差，抗彎強度很低，僅為(0.2-0.5)Gpa。熱穩定性差，溫度達到700℃-800℃時就會失去硬度。溫度再高就會碳化。另外，它與鐵親力很強，一般不適于加工鋼鐵。2、人造單晶金剛石
人造單晶金剛石作為刀具材料，市場上能買到目前有戴比爾斯(DE-BEERS)生產工業級單晶金剛石材料。這種材料硬度略遜于天然金剛石。其它性能都與天然金剛石不相上下。由于經過人工制造，其解理方向尺寸變得可控統一。隨著高溫高壓技術發展，人造單晶金剛石*大尺寸已經可以做到8mm。由于這種材料有相對較好一致性較低價格，所以受到廣泛關注。作為替代天然金剛石新材料，人造單晶金剛石應用將會有大發展。
3、人造聚晶金剛石
人造聚晶金剛石(PCD)高溫高壓下將金剛石微粉加溶劑聚合而成多晶體材料。一般情況下制成以硬質合金為基體整體圓形片，稱為聚晶金剛石復合片。根據金剛石基體厚度不同，復合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同規格。而聚晶金剛石厚度一般0.5mm左右。目前，國內生產PCD直徑已經達到19mm，而國外如GE公司*大復合片直徑已經做到58mm，戴比爾斯公司更達到了74mm。
根據制作刀具需要可用激光或線切割切成不同尺寸角度刀頭，制成車刀、鏜刀、銑刀等。
PCD硬度比天然金剛石低(HV6000左右)，但抗彎強度比天然金剛石高很多。另外，通過調整金剛石微粉粒度濃度，使PCD制品機械物理性能發生改變，以適應不同材質、不同加工環境需要，為刀具用戶提供了多種選擇。
PCD刀具比天然金剛石抗沖擊抗震性能高出很多。與硬質合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性壽命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可達到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度穩定。
PCD同天然金剛石一樣，不適合加工鋼鑄鐵。這種刀具主要用于加工有色金屬及非金屬材料，如：鋁、銅、鋅、金、銀、鉑及其合金，還有陶瓷、碳纖維、橡膠、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。
