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）、人造聚晶金剛石、金剛石燒結(jié)體。由于天然金剛石過于昂貴，所以市面上我們常用的都是人造聚晶金剛石刀具。

一、單晶金剛石用作超精密加工的優(yōu)勢

1、有較高的硬度和耐磨性，在超精密加工時可以最大限度避免刀尖磨損對工件尺寸的影響。

2、有很好的導(dǎo)熱性，較低的熱膨脹系數(shù)。因此，切削加工時不會產(chǎn)生很大的熱變形，有利于精密加工。

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

4、摩擦系數(shù)低，切削時不宜產(chǎn)生積屑瘤，因此加工表面質(zhì)量很高。加工有色金屬表面粗糙度可小達(dá)Ra0.04~0.012μm，加工精度可達(dá)IT5以上。

注意：金剛石刀具不適合加工鋼鐵材料，因為金剛石和鐵有很強的化學(xué)親和力，在高溫下鐵原子極易與碳原子作用而使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。用作鋁硅合金的精加工及超精加工，壓縮木材、陶瓷、剛玉、玻璃等的精加工都是不錯的選擇。

二、單晶金剛石刀具的刃磨特點

超精密加工中，單晶金剛石刀具的兩個基本精度是刀刃輪廓精度和刃口的鈍圓半徑。要求加工非球面透鏡用的圓弧刀具刃口的圓度為0.05μm以下，加工多面體反射鏡用的刀刃直線度為0.02μm；刀具刃口的鈍圓半徑(ρ值)表示了刀具刃口的鋒利程度，為了適應(yīng)各種加工要求，刀刃刃口半徑范圍從20nm～1μm。

三、單晶金剛石刀具的晶面選擇

金剛石晶體屬于平面立方晶系，由于每個晶面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之間距離的不同，造成天然金剛石晶體的各向異性，因此金剛石不僅各晶面表現(xiàn)的物理機械性能不同、其制造難易程度和使用壽命都不相同，各晶面的微觀破損強度也有明顯差別。金剛石晶體的微觀強度可用Hertz試驗法來測定，由于金剛石是典型的脆性材料，其強度數(shù)值一般偏差較大，主要依賴于應(yīng)力分布的形態(tài)和分布范圍，因此適合用概率論來分析。當(dāng)作用應(yīng)力相同時，(110)晶面的破損概率最大，(111)晶面次之，(100)晶面產(chǎn)生破損的概率最小。即在外力作用下，(110)晶面最易破損，(111)晶面次之，(100)最不易破損。盡管(110)晶面的磨削率高于(100)晶面，但實驗結(jié)果表明，(100)晶面較其它晶面具有更高的抗應(yīng)力、腐蝕和熱退化能力。結(jié)合微觀強度綜合考慮，用(100)面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高質(zhì)量的刀具刃口，不易產(chǎn)生微觀崩刃。

通常應(yīng)根據(jù)刀具的要求來進(jìn)行單晶金剛石刀具的晶面選擇。一般來說，如果要求金剛石刀具獲得最高的強度，應(yīng)選用(100)晶面作為刀具的前、后刀面；如果要求金剛石刀具抗機械磨損，則選用(110)晶面作為刀具的前、后刀面；如果要求金剛石刀具抗化學(xué)磨損，則宜采用(110)晶面作刀具的前刀面，(100)晶面作后刀面，或者前、后刀面都采用(100)晶面。這些要求都需要借助晶體定向技術(shù)來實現(xiàn)。

四、單晶金剛石的物理特性

金剛石是單一碳原子的結(jié)晶體，其晶體結(jié)構(gòu)屬于等軸面心立方晶系(一種原子密度最高的晶系)。由于金剛石中碳原子間的連接鍵為sp3雜化共價鍵，因此具有很強的結(jié)合力、穩(wěn)定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物質(zhì)，其顯微硬度可達(dá)10000HV，其它物理特性見以下內(nèi)容。

物理性能-數(shù)值

硬度-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫度而定

抗彎強度-210～490MPa

抗壓強度-1500～2500MPa

彈性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa

熱導(dǎo)率-8.4～16.7J/cm·s·℃

質(zhì)量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)

開始氧化溫度-900～1000K

開始石墨化溫度-1800K(在惰性氣體中)

和鋁合金、黃銅間的摩擦系數(shù)-0.05～0.07(在常溫下)