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(shuō)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(guò)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(shì)

1、有較高的硬度和耐磨性，在超精密加工時(shí)可以最大限度避免刀尖磨損對(duì)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(shí)不會(huì)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(shí)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?yàn)榻饎偸丸F有很強(qiáng)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(cuò)的選擇。

二、單晶金剛石刀具的刃磨特點(diǎn)

超精密加工中，單晶金剛石刀具的兩個(gè)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(gè)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(jī)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(qiáng)度也有明顯差別。金剛石晶體的微觀強(qiáng)度可用Hertz試驗(yàn)法來(lái)測(cè)定，由于金剛石是典型的脆性材料，其強(qiáng)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(lái)分析。當(dāng)作用應(yīng)力相同時(shí)，(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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(lái)進(jìn)行單晶金剛石刀具的晶面選擇。一般來(lái)說(shuō)，如果要求金剛石刀具獲得最高的強(qiáng)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(jī)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(lái)實(shí)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(jià)鍵，因此具有很強(qiáng)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(jiàn)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(qiáng)度-210～490MPa

抗壓強(qiáng)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(kāi)始氧化溫度-900～1000K

開(kāi)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)