金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、低熱膨脹系數(shù)，以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點。可以用于非金屬硬脆材料如石墨、高耐磨材料、復(fù)合材料、高硅鋁合金及其它韌性有色金屬材料的精密加工。金剛石刀具類型繁多，性能差異顯著，不同類型金剛石刀具的結(jié)構(gòu)、制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域有較大區(qū)別。

金剛石刀具的類型

1、天然金剛石Natural Diamond（ND）；

2、人造聚晶金剛石Artificial Polvcrystalline Diamond（PCD）；

3、人造聚晶金剛石復(fù)合片Polycrystalline Diamond Compact（PDC）；化學(xué)氣相沉積涂層金剛石刀具Chemical各類金剛石刀具（4張）Vapor Deposition Diamond Coated Tools（CVD）。

4、沉積厚度達(dá)100μm的無襯底純金剛石厚膜Thick Diamond Film（CD）；

5、在刀具基體表面直接上沉積厚度小于30μm的金剛石薄膜涂層Coated Thin Diamond Film（CD）。

天然金剛石（ND）刀具

為天然金剛石拉蔓峰譜，具有以下特征：

（1）1332尖鋒處顯示存在金剛石。

（2）波型幅度（FWHM）為4.1cm-1

顯示為純金剛石。ND是目前已知礦物中最硬的物質(zhì)，主要用于制備刀具車刀。天然金剛石刀具精細(xì)研磨后刃口半徑可達(dá)0.01～0.002μm。其中天然單晶金剛石（Single Crystalline Diamond，SCD）刀具切削刃部位經(jīng)高倍放大1500倍仍然觀察到刀刃光滑。SCD車削鋁制活塞時Ra可達(dá)到4μm，而在同樣切削條件下用PCD刀具加工時的表面粗糙時的Ra為15～50μm。故采用SCD刀具配合精密車床進(jìn)行精密和超精密加工，可獲得鏡面表面。

聚晶金剛石（PCD）刀具

PCD是高溫超高壓條件下通過鈷等金屬結(jié)合劑將金剛石微粉聚集燒結(jié)合成的多晶體材料，又稱燒結(jié)金剛石。聚晶金剛石刀具整體燒結(jié)成銑刀，用于銑削加工，PCD晶粒呈無序排列狀態(tài)，屬各向同性，硬度均勻，石墨化溫度為550℃。刀具具有高硬度、高導(dǎo)熱性、低熱脹系數(shù)、高彈性模量和低摩擦系數(shù)。刀刃非常鋒利等特點。

人造聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）刀具

為提高PCD刀片的韌性和可焊性，常將PCD與硬質(zhì)合金刀體做成人造聚晶金剛石復(fù)合刀片（PDc）。即在硬質(zhì)合金基底其表面壓制一層0.5～1mm厚的PCD燒結(jié)而成。復(fù)合刀片的抗彎強(qiáng)度與硬質(zhì)合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質(zhì)量低于ND。同時其可加工性很差，磨削比小，難以根據(jù)刀頭的幾何形狀任意成形。目前利用人造聚晶金剛石復(fù)合片只能制備車刀，至今還不能制造帶斷屑槽的可轉(zhuǎn)位刀片和復(fù)雜三維曲面幾何形狀的銑刀。

CVD金剛石厚膜（TDF）焊接刀具

金剛石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金剛石厚膜一次焊接至基體（通常為K類硬質(zhì)合金）上，形成復(fù)合片，然后拋光復(fù)合片，二次焊接至刀體上，刃磨成需要的形狀和刃口。CVD金剛石厚膜（金剛石膜厚度達(dá)30μm），具有硬度高、耐磨損、摩擦系數(shù)小等特點，是制造切削有色金屬和非金屬材料刀具的理想材料。由于金剛石焊接過程工藝復(fù)雜，CVD金剛石厚膜（TDF）焊接刀具尚未大批量應(yīng)用。

金剛石涂層刀具

金剛石涂層刀具是用CVD法直接在硬質(zhì)合金（K類硬質(zhì)合金）或陶瓷等基體上沉積一層1～25μm金剛石薄膜，無解理面各向同性。薄膜涂層刀具硬度達(dá)9800～10000HV。熱導(dǎo)率高，室溫下導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2000W·m-1·K-1，而硬質(zhì)合金刀具導(dǎo)熱系數(shù)僅為80～100m-1·K-1。CVD方法金剛石可以涂層到任何復(fù)雜形狀的刀具上，這是聚晶金剛石無法擁有的最顯著的優(yōu)勢。

立方氮化硼（PCBN）刀具

立方氮化硼（PCBN）是繼人工合成金剛石之后出現(xiàn)的第二種無機(jī)超硬材料，其硬度略次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，耐熱性可達(dá)到1400~1500度，比金剛石的耐熱性（700~800度）幾乎高一倍。立方氮化硼（PCBN）刀具主要適合加工各種黑色金屬及其合金材料；最適合于各種淬硬鋼（碳素工具鋼軸承鋼模具鋼高速鋼）珠光體灰口鑄鐵（釩鈦鑄鐵）冷硬鑄鐵高溫合金（鎳基合金鈷基合金）及表面噴涂堆焊的加工。具有使用壽命長，減少換刀次數(shù)，補(bǔ)償停機(jī)所花的時間，使數(shù)控機(jī)床和自動化生產(chǎn)線的高效能得到更充分的發(fā)揮，可以改變傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式（即淬火前用刀具粗加工和淬火后用砂輪精加工的方法），從而能在一臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行淬火前淬火后的車削加工（以車代磨），具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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