金刚石刀具材料解析

可以制成切削刀具金刚石材料有天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、化学气相沉积法(CVD)金刚石厚膜、人造聚晶金刚石复合片等。 1、天然单晶金刚石
天然单晶金刚石一种各向异性单晶体。硬度达HV9000-10000，自然界硬物质。这种材料耐磨性极好，制成刀具切削可长时间保持尺寸稳定，故而有很长刀具寿命。
天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。可用于制作眼科神经外科手术刀；可用于加工隐形眼镜曲面；可用于切割光导玻璃纤维；用于加工黄金、白金首饰花纹；重要用途于高速超精加工有色金属及其合金。如铝、黄金、巴氏合金、铍铜、紫铜等。用天然金刚石制作超精加工刀具其刀尖圆弧部分400倍显微镜下观察无缺陷，用于加工铝合金多面体反射镜、无氧铜激光反射镜、陀螺仪、录像机磁鼓等。表现粗糙度可达到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金刚石材料韧性很差，抗弯强度很低，仅为(0.2-0.5)Gpa。热稳定性差，温度达到700℃-800℃时就会失去硬度。温度再高就会碳化。另外，它与铁亲力很强，一般不适于加工钢铁。
2、人造单晶金刚石
人造单晶金刚石作为刀具材料，市场上能买到目前有戴比尔斯(DE-BEERS)生产工业级单晶金刚石材料。这种材料硬度略逊于天然金刚石。其它性能都与天然金刚石不相上下。由于经过人工制造，其解理方向尺寸变得可控统一。随着高温高压技术发展，人造单晶金刚石尺寸已经可以做到8mm。由于这种材料有相对较好一致性较低价格，所以受到广泛关注。作为替代天然金刚石新材料，人造单晶金刚石应用将会有大发展。
3、人造聚晶金刚石
人造聚晶金刚石(PCD)高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成多晶体材料。一般情况下制成以硬质合金为基体整体圆形片，称为聚晶金刚石复合片。根据金刚石基体厚度不同，复合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同规格。而聚晶金刚石厚度一般0.5mm左右。目前，国内生产PCD直径已经达到19mm，而国外如GE公司复合片直径已经做到58mm，戴比尔斯公司更达到了74mm。
根据制作刀具需要可用激光或线切割切成不同尺寸角度刀头，制成车刀、镗刀、铣刀等。
PCD硬度比天然金刚石低(HV6000左右)，但抗弯强度比天然金刚石高很多。另外，通过调整金刚石微粉粒度浓度，使PCD制品机械物理性能发生改变，以适应不同材质、不同加工环境需要，为刀具用户提供了多种选择。
PCD刀具比天然金刚石抗冲击抗震性能高出很多。与硬质合金相比，硬度高出3-4倍；耐磨性寿命高50-100倍；切削速度可提高5-20倍；粗糙度可达到Ra0.05μm。切削效率高、加工精度稳定。
PCD同天然金刚石一样，不适合加工钢铸铁。这种刀具主要用于加工有色金属及非金属材料，如：铝、铜、锌、金、银、铂及其合金，还有陶瓷、碳纤维、橡胶、塑料等。PCD另一大功能加工木材石材。
PCD刀具特别适合加工高硅铝合金，因此汽车、航空、电子、船舶工业得到了广泛应用。
4、CVD金刚石膜
CVD金刚石厚膜一种化学气相沉积法制成金刚石材料。作为刀具材料其硬度高于PCD。由于不含金属结合剂，所以有很高热传导率抗高温氧化性能。但，目前生产CVD材料韧性比较差，它不能用线切割方式进行切割加工，使用上受到了一定限制。由于没有切磨方向性，磨加工工艺性较差，极难磨出象天然金刚石人造单晶金刚石一样锋利刃口。作为切削刀具使用尚处于试验阶段，有待进一步研究开发。