金剛石刀具

        天然金剛石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刀具切削刃部位經(jīng)高倍放大1500倍任然觀察到刀刃光滑。天然單晶金剛石車削鋁制活塞時(shí)Ra為15a~50μm。采用天然單晶金剛石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。

PCD是高溫超高壓條件下通過(guò)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(wú)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(diǎn)。

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（PCD）。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)合刀片的抗彎硬度與硬質(zhì)合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。

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，二次焊接至導(dǎo)體上，刃磨成需要的形狀和刃口。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(diǎn)，是制造切削有色金屬和非金屬材料刀具的理想材料。

        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）或陶瓷等基體上層積一層1~25μm金剛石薄膜，無(wú)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?k,而硬質(zhì)合金刀具導(dǎo)熱系數(shù)僅為80~100W/m?k。CVD方法金剛石可以涂層刀任何復(fù)雜形狀的刀具上，這是聚晶金剛石無(wú)法擁有的最顯著的優(yōu)勢(shì)。

由以上幾種金剛石刀具不難看出

        優(yōu)點(diǎn)：金剛石刀具的彈性模量大，斷裂強(qiáng)度高（比氧化鋁高3倍），切削刃鈍圓半徑值可以磨得很小，不易斷裂，能長(zhǎng)期保持切削刃的鋒利程度；金剛石刀具的熱膨脹系數(shù)小，熱變形小。

        缺點(diǎn)：PCD及人造聚晶金剛石復(fù)合片（PCD）刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質(zhì)量低于ND，同時(shí)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型。因此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)位刀片和曲面幾何形狀銑刀。又由于金剛石焊接過(guò)程工藝復(fù)雜，CVD金剛石厚膜（TDF）焊接刀具也尚未大批量應(yīng)用。此外，金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài)，遇熱易氧化和石墨化，開始氧化的溫度為900-1000K，開始石墨化的溫度為1800K，故用金剛石刀具進(jìn)行切削時(shí)須對(duì)切削區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷或進(jìn)行酒精噴霧冷卻務(wù)實(shí)刀尖溫度降至650℃以下。同時(shí)，由于金剛石是由碳原子組成的，它與鐵族元素的親和力大，故不能用金剛石刀具切削鋼鐵材料。