金剛石刀具研磨裝置設計

① 超精密加工與傳統加工有哪些異同

傳統的機械加工方法(普通加工)與精密和超精密加工方法一樣。隨著新技術、新工藝、新設備以及新的測試技術和儀器的採用，其加工精度都在不斷地提高。
加工精度的不斷提高，反映了加工工件時材料的分割水平不斷由宏觀進入微觀世界的發展趨勢。隨著時間的進展，原來認為是難以達到的加工精度會變得相對容易。因此，普通加工、精密加工和超精密加工只是一個相對概念?其間的界限隨著時間的推移不斷變化。精密切削與超精密加工的典型代表是金剛石切削。
以金剛石切削為例。其刀刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發展。因為它的大小直接影響到被加工表面的粗糙度，與光學鏡面的反射率直接有關，對儀器設備的反射率要求越來越高。如激光陀螺反射鏡的反射率已提出要達到99.99%，這就必然要求金剛石刀具更加鋒利。為了進行切極薄試驗，目標是達到切屑厚度nm，其刀具刃口圓弧半徑應趨近2.4nm。為了達到這個高度，促使金剛石研磨機改變了傳統的結構。其中主軸軸承採用了空氣軸承作為支承，研磨盤的端面跳動可在機床上自行修正，使其端面跳動控制在0.5μm以下。
刀具方面，採用金剛石砂輪，控制背吃刀量和進給量，在超精密磨床上，可以進行延性方式磨削，即納米磨削。即使是玻璃的表面也可以獲得光學鏡面。2精密加工和超精密加工的發展趨勢從長遠發展的觀點來看，製造技術是當前世界各國發展國民經濟的主攻方向和戰略決策，是一個國家經濟發展的重要手段之一，同時又是一個國家獨立自主、繁榮昌盛、經濟上持續穩定發展、科技上保持領先的長遠大計。科技的發展對精密加工和超精密加工技術也提出了更高的要求。從大到天體望遠鏡的透鏡，小到大規模集成電路線寬μm要求的微細工程和微機械的微納米尺寸零件，不論體積大小，其最高尺寸精度都趨近於納米;零件形狀也日益復雜化，各種非球面已是當前非常典型的幾何形狀。微機械技術為超精密製造技術引來一種嶄新的態勢?它的微細程度使傳統的製造技術面臨一種新的挑戰，促進了各種產品技術性能的提高，發展過程呈現出螺旋式循環發展，直接對科學技術的進步和人類文明作出貢獻。對產品高質量、小型化、高可靠性和高性能的追求，使超精密加工技術得以迅速發展，現已成為現代製造工業的重要組成部分。

② 金剛石車刀怎麼磨

大面積的金剛石膜的制備；將金剛石膜切成刀具需要的形狀尺寸。金剛石厚膜與刀具基體材料的焊接；金剛石厚膜刀具切削刃的研磨與拋光。

金剛石鋸片生產流程需要注意薄膜塗層刀具，在剛性及高溫特性好的集體材料上，通過化學氣相沉積法沉積金剛石薄膜製成的刀具。

它的主要問題是金剛石薄膜與基體的粘接力較差，金剛石薄膜刀具不具有重磨性。

由於刀具表面生成的塗層為純金剛石，因此用金剛石磨輪對刀具進行重磨需要耗費很長時間。此外，為使金剛石生長而採用的刀具制備工藝會改變刀具表面的化學特性。

(2)金剛石刀具研磨裝置設計擴展閱讀

1、金剛石車刀在切削無氧銅時的磨損量最小，刀具刃口完整性保持良好，其磨損形式主要為前刀面的月牙坑磨損。當切削環境少氧或者應用無氧的切削液時可以減少刀具在切削銅時的磨損。

2、金剛石車刀在切削鋁合金時，因鋁和金剛石具有親和性，能在任何溫度下生成碳化物，因此在切削鋁時應在刀具表面塗覆潤滑劑或者隔離膜

3、金剛車刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數，以及與非鐵金屬親和力小等優點。

③ 新型熱壓孕鑲金剛石鑽頭設計與研究

安徽地礦局313隊探礦工程技術研究所依託承擔的「高效長壽命金剛石鑽頭研製」項目,結合深部鑽探對金剛石鑽頭的特殊要求,研製了下述三種新型鑽頭。

(一)熱壓直角梯形齒孕鑲金剛石鑽頭

1.鑽頭結構設計

這類鑽頭的切削單元是直角梯形齒。與等腰梯形相比,直角梯形齒的橫截面積小,在相同鑽壓下可增大鑽進比壓。直角梯形齒可分解為長方體和三角體兩部分。長方體是破碎岩石主體,而三角體支撐著長方體並參與破碎岩石,提高了切削齒的抗彎強度。直角梯形鑽頭如圖6-24所示。該型鑽頭已獲國家實用新型專利(專利號ZL201320108265.4)。

圖6-24 直角梯形齒鑽頭外形

(1)直角梯形齒受力分析

設直角梯形齒的直角邊高為H,梯形頂部寬為L,梯形斜角為α,受垂直鑽壓P和回轉力W的作用(圖6-25)。為了方便計算分析,忽略直角梯形齒鑽頭在孔底的振動、彎曲等交變應力作用。

圖6-25 直角梯形齒受力分析示意圖

直角梯形ABCD如圖6-26所示,假設B端面承受均布的軸向壓力,其合力P作用在對稱位置。鑽進中,該鑽齒可視為左端齒根部固定,右端自由的一根懸臂梁。在回轉力矩和鑽壓同時作用下,懸臂梁承受軸向壓縮和彎曲。按材料力學分析,梁組合變形時危險橫截面在固定端A截面。

圖6-26 平面直角梯形齒受力分析

一般鑽齒的α角較大,故該變截面梁左端橫截面上的彎曲變形中性軸可近似認為在該截面上下對稱位置,即y=h₁/2;A橫截面上的內力有:

軸力(壓縮)N=P;剪力(彎曲)Q=F;

彎矩(彎曲)M=P·e-F·(l-x)_x=0=P·e-F·l

若忽略剪力Q對材料強度的影響,則該截面上各點的正應力為:

深部岩心鑽探技術與管理

式中:A=b·h₁=b·(h+l/tanα);

e=h₁/2-h/2=(h₁-h)/2=(h+l/tanα-h)/2=l/2tanα;

I_z=b

/12;

h₂=l/tanα;

h₁=h+h₂=h+l/tanα。

圖6-27 鑽齒A端橫截面

假設A端橫截面為矩形(圖6-27),則A橫截面上各點的正應力為:

深部岩心鑽探技術與管理

A橫截面上最大拉應力位於上邊緣線各點,最大壓應力位於下邊緣線各點,兩者絕對值相等。則:

深部岩心鑽探技術與管理

將h₁代入化簡後得:

深部岩心鑽探技術與管理

深部岩心鑽探技術與管理

深部岩心鑽探技術與管理

利用推導出的式(6-5),再結合鑽頭的規格、結構、胎體力學性能和所鑽岩石的物理力學性能,就可以設計直角梯形齒鑽頭的齒形規格。

(2)直角梯形齒結構設計分析

考慮到鑽頭胎體的抗壓強度一般都很高,遠遠超過鑽壓引起的軸向應力,即梯形切削齒的抗壓強度能滿足鑽進要求,所以,對梯形切削齒的軸向壓力不作過多分析。設直角梯形齒的尺寸如下:梯形頂寬h,梯形齒厚度b,梯形底角α,直角梯形高l。以規格Φ77/48mm的熱壓金剛石鑽頭為例,b=(77-48)/2=14.5mm。而l由工作層高和過水間隙確定,若工作層高10mm,過水間隙取3mm,則l為13mm。剩下的變數就只有α角和梯形頂寬h。式(6-3)可寫成:

深部岩心鑽探技術與管理

將上面數據代入式(6-6),得:

深部岩心鑽探技術與管理

梯形頂寬h決定了鑽頭與岩石的初始接觸面積,對可鑽性Ⅶ～Ⅸ級岩石,選擇h值在8～12mm之間。以岩石可鑽性Ⅷ級h=10mm為例,式(6-7)可寫成:

深部岩心鑽探技術與管理

梯形底角α可根據岩石力學性質和鑽頭規格在55°～70°之間選擇。在h值一定的條件下,α越小,直角梯形齒的抗彎能力越大,但受到鑽頭水口的限制。因此,設計直角梯形齒鑽頭時,只要知道F力和α角的大小就可以得出梯形齒的應力σ,只要梯形齒的實際抗彎強度大於σ,這個梯形齒就是安全的。其中,F力主要取決於岩石抗剪強度和齒與孔底的摩擦力。一般採用試演算法決定α角。

例如,對於鑽進Ⅷ級花崗岩的Φ77/48mm鑽頭取α=60°進行試算,已知岩石抗剪強度約為315MPa,得出梯形齒承受的應力約為553MPa,顯然低於鑽頭胎體要求的最低抗彎強度(700MPa)。因此,這個設計是安全的。

2.鑽頭金剛石參數設計

1)直角梯形齒由長方體M和三角體N兩部分組成(圖6-28),它們的胎體成分及性能相同,而M部分的金剛石濃度較高,N部分較低。鑽進初期,只有BDFG平面與岩石接觸,面積小,比壓大,鑽進硬而緻密的岩石效率高。隨著鑽頭磨損,接觸面積逐漸增大,鑽速將有所下降。但由於N部分的耐磨性較低,鑽速降幅不很大(在15%～18%范圍內)。此時,N部分的作用是支撐破岩主體M部分,增大其抗彎強度和抗沖擊韌性,並起輔助碎岩作用。因此,該類鑽頭的設計主要在於根據岩石性質確定M與N兩部分的比例及其性能。

圖6-28 金剛石分布示意圖

2)對硬、中等至較強研磨性岩石,可設計使長方體M與三角體N的胎體性能相同。而對硬至堅硬、弱研磨性岩石應選長方體M的胎體較硬、金剛石濃度較高;三角體N部分的胎體較軟、金剛石濃度較低。

3)通過改變長方體M、三角體N的比例及α角的大小,可以調節鑽頭的性能和鑽進效果。長方體M越小,α角越大,鑽進速度將越高,反之亦然。

4)該類鑽頭可供調節的結構參數有:長方體M、三角體N、α角、金剛石和胎體性能參數。一般鑽頭水口取6～8mm;α角取75°～65°;M∶N=3∶2或5∶3。金剛石粒度、品級和濃度的基本規律與普通鑽頭相同。對硬至堅硬、弱研磨性岩石,長方體M的金剛石品級SMD₃₅,濃度60%～65%,粒度:40/50目佔50%～60%,50/60目佔40%～50%。而三角體N的金剛石品級SMD₃₀～SMD₃₅,濃度45%～50%;粒度:50/60目佔45%～50%,40/50目佔50%～55%。對硬、中等至較強研磨性岩石,兩部分的性能相同,金剛石品級SMD₃₀～SMD₃₅,濃度75%～85%,粒度:30/35目佔20%～25%,40/50目佔50%～60%,50/60目佔20%～25%。

5)該型鑽頭的鑽進規程參數應依據岩石硬度與研磨性來確定。對中硬、完整度較差的岩層,鑽壓與轉速宜偏低,以防切削齒切入岩石過深而憋鑽。而對硬而緻密岩層可採用較高的鑽壓和轉速,以獲得高鑽速。

(二)熱壓孕鑲碎聚晶金剛石鑽頭

碎聚晶材料是聚晶體合成過程中產生的次品,但因其高硬度與高磨耗比性能不變而同樣具有利用價值。大多數碎聚晶粒為徑高比接近1的圓柱體,可以用來製造孕鑲鑽頭。對於中硬至硬、中等研磨性岩石具有好的適應性。

1.碎聚晶粒破碎岩石原理

與普通孕鑲粗顆粒金剛石鑽頭相似,碎聚晶粒在孕鑲鑽頭胎體中成無序排列。接近圓柱體的碎聚晶粒在熱壓胎體中可能有三種隨機分布的基本形態:直立、橫卧和與孔底成一定角度(圖6-29),其破碎岩石的機理與效果也有所差異。

1)直立狀碎聚晶粒。直立狀碎聚晶粒破碎岩石的原理與完整聚晶體基本相同,在鑽壓P作用下切入岩石一定深度,並在水平力Q作用下剪切破碎岩石[圖6-29(a)]。鑽壓越大,切入越深,產生的剪切體越大,破碎效果越好。

圖6-29 碎聚晶在胎體中不同形態與破碎岩石的情形

2)成一定角度的碎聚晶粒。鑽進初期,成一定角度的碎聚晶粒與岩石接觸面積最小[圖6-29(b)],具有一定的尖稜角,容易切入岩石,鑽進效率高。隨著碎聚晶粒的銳角逐漸變鈍,鑽速逐步下降,但總的鑽進效率還是較高的。

3)橫卧狀態碎聚晶粒。橫卧狀態碎聚晶粒破碎岩石的原理與直立狀碎聚晶粒不同,鑽進初期橫卧碎聚晶粒與岩石的接觸面積比直立狀小得多[圖6-29(c)],鑽進效率高。隨著鑽進時間的推移,碎聚晶粒與岩石的接觸面積逐漸變大鑽速有所下降,但總的鑽進效率仍較高。橫卧狀碎聚晶粒不易崩刃,鑽進比較平穩。當碎聚晶粒磨損過半後,與孔底接觸面積逐步減小,又將出現鑽速提高的階段。

以上三種隨機分布的碎聚晶粒的破岩機理和效果各有所長,可以實現優勢互補,可以在可鑽性Ⅷ級以下(含部分Ⅷ級)較完整岩石(如大理岩、灰岩、玄武岩、砂岩等)中保持較穩定、較高的鑽進速度。它比碎合金粒鑽頭適應的岩層更廣,只要胎體性能設計合理,還可用於鑽進硬、脆、碎的較強研磨性岩層。

2.碎聚晶孕鑲鑽頭的胎體性能設計

碎聚晶的粒度比金剛石單晶粗,而比碎合金粒細。因此,胎體性能應介於普通金剛石鑽頭和碎合金粒鑽頭之間,具備中等硬度、中等耐磨性。硬度設計為HRC25～HRC30;而耐磨性可設計為(0.55～0.6)×10^-5,採用MPX-2000型摩擦磨損試驗機測試時,其耐磨性可設計為420mg～450mg。

由於碎聚晶粒的抗壓強度高,磨耗比為2萬～8萬,甚至更高,從理論上講它可以鑽進任何岩石,但由於其顆粒較粗,切入岩石阻力大,破碎硬岩的時間效應明顯,所以鑽進的岩石級別受到一定限制,適於鑽進Ⅷ級以下、中等至較強研磨性、完整至較完整的岩層。

3.碎聚晶參數設計

由金剛石破碎岩石原理可知,粗粒金剛石多用於鑽進較軟的和低研磨性岩石。碎聚晶鑽頭中一般選取直徑Φ1.5～Φ2.5mm,高2～2.5mm,即徑高比接近1的碎聚晶。這種粒度接近於表鑲鑽頭中天然金剛石的粒度,由於其硬度與磨耗比遠不如天然金剛石,所以只能製造孕鑲鑽頭。對可鑽性Ⅵ級及其以下的岩石體積濃度取20%,而對Ⅵ～Ⅷ級岩石取25%。考慮到隨機混料時難以保證粗粒碎聚晶在鑽頭胎體中均勻分布,必須採用如圖6-30所示的制粒機,邊旋轉邊噴撒金屬粉料和黏結劑,使碎聚晶顆粒裹上一層厚厚的金屬膜,以達到胎體中顆粒均勻分布之目的。

圖6-30 制粒機

4.碎聚晶鑽頭結構設計

在生產實踐中,人們都希望新鑽頭下孔後便能有效鑽進,而傳統的孕鑲碎聚晶鑽頭必須要有個初磨過程才能進入正常鑽進。為改變這種狀況,可把碎聚晶鑽頭設計成表鑲與孕鑲結合的結構,即第一層為有序排列的表鑲形式,而後續工作層為無序排列的孕鑲形式。按照這個思路,石墨模具也設計成普通模具和第一層表鑲模具(如圖6-31所示)兩部分。取心式碎聚晶金剛石鑽頭的結構如圖6-32所示。

圖6-31 取心式碎聚晶鑽頭

用第一層模具

圖6-32 取心式碎聚晶鑽頭結構示意圖

1—鑽頭鋼體;2—鑽頭胎體材料;3—孕鑲碎聚晶;4—表鑲碎聚晶;5—單晶金剛石;6—鑽頭保徑材料;7—鑽頭水口

在熱壓碎聚晶鑽頭結構中,除了碎聚晶主磨料外,還孕鑲有品級SMD₃₀、粒度30/40目、濃度20%～25%的單晶金剛石。這部分金剛石不僅參與破碎岩石,更重要的是可以保持工作層平衡磨損,提高鑽頭的使用效果。孕鑲碎聚晶鑽頭已獲得國家實用新型專利,專利號:ZL201320109451.X。

(三)添加氧化鋁空心球的熱壓金剛石鑽頭

氧化鋁空心球是粉末冶金材料中的一種造孔劑,硬度不高,脆性大,基本不與胎體其他材料發生反應,把它隨胎體材料與金剛石一起混合均勻後裝入模具中熱壓燒結(圖6-33),可起到提高胎體材料孔隙度,弱化耐磨性的作用。

圖6-33 氧化鋁空心球的作用機理示意圖

1—金剛石;2—氧化鋁空心球

由於氧化鋁空心球的抗壓強度遠低於金剛石,在熱壓過程中部分被壓碎的空心球將形成薄弱點陣,隨著胎體磨損這些薄弱點陣很容易脫落,並在底唇面留下許多空穴,使之變得粗糙,摩擦系數提高,胎體磨損加快,金剛石出刃效果更好。加之與孔底接觸面減少,有利於提高在硬而緻密岩石中的鑽進效率。添加氧化鋁空心球的熱壓金剛石鑽頭已獲國家實用新型專利,專利號ZL201220651088.X。

1.氧化鋁空心球的參數設計

(1)氧化鋁空心球的粒度

市場上不同粒度的氧化鋁空心球如圖6-34、圖6-35所示。空心球的粒度對弱化胎體耐磨性和強度具有明顯影響。濃度一定時,空心球粒度小,比表面積大,意味著分散性好,在胎體唇面形成的空穴小且多,弱化胎體耐磨性的效果將提高。但如果粒度太小形成的孔隙過小,對胎體的弱化效果並不明顯。而粒度過大,分散性變差,同樣不利於弱化胎體。因而空心球的粒徑應選擇0.2～1.0mm,相當於70目～20目的金剛石粒徑。岩石越硬、越緻密,空心球的粒度應越粗,使磨損後的底唇面越粗糙,胎體耐磨性下降越多,有利於工作金剛石出刃,提高鑽進速度。

圖6-34 粗粒氧化鋁空心球

圖6-35 混合粒度氧化鋁空心球

(2)氧化鋁空心球的濃度

空心球在胎體中的濃度高則胎體的弱化程度也高,但濃度過高會降低胎體的強度,影響金剛石鑽頭的正常使用。而空心球的濃度過低則對弱化胎體耐磨性作用不大。一般認為其體積濃度12%～18%比較合理。岩石越硬、越緻密,胎體中空心球的含量應越高,使胎體耐磨性下降得明顯,金剛石的出刃效果更好。

(3)氧化鋁空心球參數的試驗研究

取氧化鋁空心球粒度0.3mm、0.6mm、0.9mm三種規格,濃度10%、20%、30%三種水平進行試驗設計。胎體配方:FeCuNi佔40%,FeCu30佔40%,CuSn10佔20%。按試驗設計分別燒結出胎塊並測試耐磨性,其對胎體弱化的效果見表6-5。根據表中數據繪制的柱狀圖見圖6-36。

表6-5 鑽頭胎體耐磨性弱化試驗設計表

圖6-36 氧化鋁空心球粒度及含量與耐磨性的關系

粒徑:A—0.3mm;B—0.6mm;C—0.9mm

由圖6-36可以看出,隨著氧化鋁空心球的濃度增加,胎體的磨損量增大,耐磨性呈下降趨勢。而不論含量如何變化,只要空心球的粒度增加,胎體的耐磨性呈增加趨勢。可見,氧化鋁空心球的濃度對胎體弱化具有顯著影響,而空心球的粒度同樣是影響胎體性能的重要因素。

2.鑽頭金剛石參數的設計

含氧化鋁空心球熱壓金剛石鑽頭主要為堅硬緻密的「打滑」岩石設計。必須明確,在堅硬緻密岩石中盡管採用高轉速,也不可能取得較高的鑽速,只有實現微壓入以微體積破碎方式破碎岩石,才能取得好的破碎效果。

(1)金剛石粒度設計

在硬而緻密岩石中粗粒金剛石鑽頭極難自銳,鑽進效率反而很低。因而必須選擇較細粒的金剛石,但如果太細,金剛石與胎體接觸面積甚小,很快隨胎體磨損而掉粒。因而多選擇50/60目與60/70目的金剛石。

(2)金剛石濃度設計

一般認為鑽進堅硬緻密岩石的鑽頭應採用低的金剛石濃度,但究竟濃度多低合適還需要研究。雖然在相同鑽壓條件下,低濃度的每顆金剛石上壓力增大,更容易切入岩石。但濃度過低鑽進效率和鑽頭壽命也會隨之下降。所以,金剛石的濃度應存在一個優化值。設計濃度時,還必須考慮添加材料的造孔作用,由於造孔後胎體的孔隙度增加,應適當降低金剛石的濃度,以保證其包鑲強度不受影響。另外,金剛石的濃度與粒度有相互依存關系。金剛石的粒度越細,其濃度也應適當降低。

(3)金剛石品級設計

堅硬緻密岩石的抗壓入硬度很高,所以必須使用高品級的金剛石,單顆金剛石的抗壓碎強度不能低於300N,金剛石的TTi值能達到85%。

綜上所述,金剛石參數設計如下:粒度採用50/60目～60/70目,其中50/60目佔40%,60/70目佔60%;濃度為60%～70%;金剛石品級不低於SMD₃₅。

④ 金剛石是如何做成切削刀具的

線切割或者激光切割碟片；
焊接到合金刀片上；
電解或者使用砂輪磨削刃口；

⑤ 機械設計畢業設計開題報告

相關範文：

超硬材料薄膜塗層研究進展及應用

摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬質薄膜塗層材料已經在工具、模具、裝飾等行業得到日益廣泛的應用，但仍然不能滿足許多難加工材料，如高硅鋁合金，各種有色金屬及其合金，工程塑料，非金屬材料，陶瓷，復合材料(特別是金屬基和陶瓷基復合材料)等加工要求。正是這種客觀需求導致了諸如金剛石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及納米復合膜等新型超硬薄膜材料的研究進展。本文對這些超硬材料薄膜的研究現狀及工業化應用前景進行了簡要的介紹和評述。
關鍵詞：超硬材料薄膜；研究進展；工業化應用
1 超硬薄膜

超硬薄膜是指維氏硬度在40GPa以上的硬質薄膜。不久以前還只有金剛石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能夠達到這個標准，前者的硬度為50-100GPa(與晶體取向有關)，後者的硬度為50～80GPa。類金剛石膜(DLC)的硬度范圍視制備方法和工藝不同可在10GPa～60GPa的寬廣范圍內變動。因此一些硬度很高的類金剛石膜(如採用真空磁過濾電弧離子鍍技術制備的類金剛石膜(也叫Ta：C))也可歸人超硬薄膜行列。近年來出現的碳氮膜(CNx)雖然沒有像Cohen等預測的晶態β-C3N4那樣超過金剛石的硬度，但已有的研究結果表明其硬度可達10GPa～50GPa，因此也歸人超硬薄膜一類。上述幾種超硬薄膜材料具有一個相同的特徵，他們的禁帶寬度都很大，都具有優秀的半導體性質，因此也叫做寬禁帶半導體薄膜。SiC和GaN薄膜也是優秀的寬禁帶半導體材料，但它們的硬度都低於40GPa，因此不屬於超硬薄膜。

最近出現的一類超硬薄膜材料與上述寬禁帶半導體薄膜完全不同，他們是由納米厚度的普通的硬質薄膜組成的多層膜材料。盡管每一層薄膜的硬度都沒有達到超硬的標准，但由它們組成的納米復合多層膜卻顯示了超硬的特性。此外，由納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高達105GPa，創紀錄地達到了金剛石的硬度。

本文將就上述幾種超硬薄膜材料一一進行簡略介紹，並對其工業化應用前景進行評述。

2 金剛石膜

2．1金剛石膜的性質
金剛石膜從20世紀80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，並曾於20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球范圍的研究熱潮(Diamond fever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外，還具有極其優異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩定性。大顆粒天然金剛石單晶(鑽石)在自然界中十分稀少，價格極其昂貴。而採用高溫高壓方法人工合成的工業金剛石大都是粒度較小的粉末狀的產品，只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)製品)。而採用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優異物理化學性能的可能性。經過20餘年的努力，化學氣相沉積金剛石膜已經在幾乎所有的物理化學性質方面和最高質量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表1)。化學氣相沉積金剛石膜的研究已經進人工業化應用階段。

表 1 金剛石膜的性質
Table 1 Properties of chamond film

CVD 金剛石膜
天然金剛石

點陣常數 (Å)
3.567
3.567

密度 (g/cm3)
3.51
3.515

比熱 Cp(J/mol,(at 300K))
6.195
6.195

彈性模量 (GPa)
910-1250
1220*

硬度 (GPa)
50-100
57-100*

縱波聲速 (m/s)

18200

摩擦系數
0.05-0.15
0.05-0.15

熱膨脹系數 (×10 -6 ℃ -1)
2.0
1.1***

熱導率 (W/cm.k)
21
22*

禁帶寬度 (eV)
5.45
5.45

電阻率 (Ω.cm)
1012-1016
1016

飽和電子速度 (×107cms-1)
2.7
2.7*

載流子遷移率 (cm2/Vs)

電子
1350-1500
2200**

空隙
480
1600*

擊穿場強 (×105V/cm)

100

介電常數
5.6
5.5

光學吸收邊 (□ m)

0.22

折射率 (10.6 □ m)
2.34-2.42
2.42

光學透過范圍
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )
從紫外直至遠紅外 ( 雷達波 )

微波介電損耗 (tan □)
＜ 0.0001

注:*在所有已知物質中占第一,**在所有物質中占第二,***與茵瓦(Invar)合金相當。

2．2金剛石膜的制備方法

化學氣相沉積金剛石所依據的化學反應基於碳氫化合物(如甲烷)的裂解，如：
熱高溫、等離子體
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)

實際的沉積過程非常復雜，至今尚未完全明了。但金剛石膜沉積至少需要兩個必要的條件：(1)含碳氣源的活化；(2)在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。除甲烷外，還可採用大量其它含碳物質作為沉積金剛石膜的前驅體，如脂肪族和芳香族碳氫化合物，乙醇，酮，以及固態聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及鹵素等等。

常用的沉積方法有四種：(1)熱絲CVD；(2)微波等離子體CVD；(3)直流電弧等離子體噴射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中，改進的熱絲CVD(EACVD)設備和工藝比較簡單，穩定性較好，易於放大，比較適合於金剛石自支撐膜的工業化生產。但由於易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因，不適合於極高質量金剛石膜(如光學級金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無電極放電的等離子體增強化學氣相沉積工藝，等離子體與沉積腔體沒有接觸，放電非常穩定，因此特別適合於高質量金剛石薄膜(塗層)的制備。微波等離子體CVD的缺點是沉積速率較低，設備昂貴，制備成本較高。採用高功率微波等離子體CVD系統(目前國外設備最高功率為75千瓦，國內為5千瓦)，也可實現金剛石膜大面積、高質量、高速沉積。但高功率設備價格極其昂貴(超過100萬美元)，即使在國外願意出此天價購買這種設備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DC Arc P1asma Jet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由於電弧等離子體能夠達到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度，使其成為一種金剛石膜高質量高速沉積工藝。特殊設計的高功率JET可以實現大面積極高質量(光學級)金剛石自支撐膜的高速沉積。我國在863計劃"75」和"95」重大關鍵技術項目的支持下已經建立具有我國特色和獨立知識產權的高功率De Are Plasma Jet金剛石膜沉積系統，並於1997年底在大面積光學級金剛石膜的制備技術方面取得了突破性進展。目前已接近國外先進水平。

2．3金剛石膜研究現狀和工業化應用
20餘年來，CVD金剛石膜研究已經取得了非常大的進展。金剛石膜的內在質量已經全面達到最高質量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見表1)。在金剛石膜工具應用和熱學應用(熱沉)方面已經實現了，產業化，一些新型的金剛石膜高技術企業已經在國內外開始出現。光學(主要是軍事光學)應用已經接近產業化應用水平。金剛石膜場發射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基於金剛石膜的探側器和感測器和金剛石膜的電化學應用等已經接近實用化。由於大面積單晶異質外延一直沒有取得實質性進展，n一型摻雜也依然不夠理想，金剛石膜的高溫半導體器件的研發受到嚴重障礙。但是，近年來採用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質外延技術取得了顯著進展，已經達到了研製晶元級尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導體晶元即將問世。

鑒於篇幅限制，及本文關於超硬薄膜介紹的宗旨，下面將僅對金剛石膜的工具(摩擦磨損)應用進行簡要介紹。

2．4金剛石膜工具和摩擦磨損應用
金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導率、極低摩擦系數、很高的機械強度和良好化學穩定性的異性能組合(見表1)使其成為最理想的工具和工具塗層材料。
金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜塗層工具。

2．4．1金剛石厚膜工具
金剛石厚膜工具採用無襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0．5mm～2mm)作為原材料。目前已經上市的產品有：金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。

金剛石厚膜焊接工具的製作工藝為：金剛石自支撐膜沉積→激光切割→真空釺焊→高頻焊接→精整。金剛石厚膜釺焊工具的使用性能遠遠優於PCD，可用於各種難加工材料，包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、復合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。採用金剛石厚膜工具車削加工的高硅鋁合金錶面光潔度可達V12以上，可代替昂貴的天然金剛石刀具進行「鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用於拉制各種有色金屬和不銹鋼絲，由於金剛石膜是准各向同性的，因此在拉絲時模孔的磨損基本上是均勻的，不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會由於非均勻磨損(各向異性所致)而發生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用於機械製造行業，用作精密磨削砂輪的修整，代替價格昂貴的天然金剛石修整條。這些產品已經在國內外市場上出現，但目前的規模還不大。其原因是：(1)還沒有為廣大用戶所熟悉、了解；(2)面臨其它產品(主要是PCD)的競爭；(3)雖然比天然金剛石產品便宜，但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高，在和PCD競爭時的優勢受到一定的限制。

高熱導率(≥10W／em．K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極體陣列、高功率微波器件、MCMs(多晶元三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(Power ICs)的封裝。在國外已有一定市場規模。

在國內，南京天地集團公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前後率先成立了北京天地金剛石公司，生產和銷售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產品。該公司大約在2000年左右渡過了盈虧平衡點，但目前的規模仍然不很大。國內其它一些單位，如北京科技大學、河北省科學院(北京科技大學的合作者)、吉林大學、核工業部九院、浙江大學、湖南大學等都具有生產金剛石厚膜工具產品的能力，其中有些單位正在國內市場上小批量銷售其產品。

2．4．2金剛石薄膜塗層工具
金剛石薄膜塗層工具一般採用硬質合金工具作為襯底，金剛石膜塗層的厚度一般小於30lxm。金剛石薄膜塗層硬質合金工具的加工材料范圍和金剛石厚膜工具完全相同，在切削高硅鋁合金時一般均比未塗層硬質合金工具壽命提高lO～20倍左右。在切削復合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜塗層工具的性能與PCD相當或略高於PCD，但制備成本比PCD低得多，且金剛石薄膜可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積，PCD則只能製作簡單形狀的工具。金剛石薄膜塗層工具的另一大優點是可以大批量生產，因此成本很低，具有非常好的市場競爭能力。

金剛石薄膜塗層硬質合金工具研發的一大技術障礙是金剛石膜與硬質合金的結合力太差。這主要是由於作為硬質合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金剛石在Co上形核孕育期很長，同時Co對於石墨的形成有明顯的促進作用，因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長，導致金剛石膜和硬質合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數研究者曾為此嘗試了幾乎一切可以想到的辦法，今天，金剛石膜與硬質合金工具襯底結合力差的問題已經基本解決。盡管仍有繼續提高的餘地，但已經可以滿足工業化應用的要求。在20世紀後期，國外出現了可以用於金剛石薄膜塗層工具大批量工業化生產的設備，一次可以沉積數百隻硬質合金鑽頭或刀片，拉開了金剛石薄膜塗層工具產業化的序幕。一些專門從事金剛石膜塗層工具生產的公司在國外相繼出現。

目前，金剛石薄膜塗層工具主要上市產品包括：金剛石膜塗層硬質合金車刀、銑刀、麻花鑽頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看，銷售量最大的是端銑刀、鑽頭和銑刀。大量用於加工復合材料和汽車工業中廣泛應用的大型石墨模具，以及其它難加工材料的加工。可轉位金剛石膜塗層車刀的銷售情況目前並不理想。這是因為可轉位金剛石膜塗層刀片的市場主要是現代化汽車工業的數控加工中心，用於高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數控加工中心對刀具性能重復性的要求十分嚴格，目前的金剛石膜塗層工具暫時還不能滿足要求，需要進一步解決產品檢驗和生產過程質量監控的技術。

目前國外金剛石膜塗層工具市場規模大約在數億美元左右，僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司)，去年的銷售額就達2千多萬美元。

國內目前尚無金剛石膜塗層產品上市。國內不少單位，如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜塗層硬質合金工具的研發，目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質性進展。北京科技大學採用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題，所研製的金剛石膜塗層車刀和銑刀在加工Si-12％AI合金時壽命可穩定提高20-30倍。並已成功研發出「強電流直流擴展電弧等離子體CVD"金剛石膜塗層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方式改為立體(空間)沉積，沉積空間區域很大，可容許金剛石膜塗層工具的工業化生產。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積范圍，因此特別適合於麻花鑽頭、端銑刀之類細長且形狀復雜工具的沉積。目前已經解決這類工具金剛石膜沉積技術問題，所制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭在加工碳化硅增強鋁金屬基復合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜塗層硬質合金鑽頭最小直徑為lmin。目前正在和國內知名設備製造廠商(北京長城鈦金公司)合作研發工業化商品設備，生產能力為每次沉積硬質合金鑽頭(或刀片)300隻以上，預計年內可投放國內外市場。
3 類金剛石膜(DLC)

類金剛石膜(DLC)是一大類在性質上和金剛石類似，具有8p2和sp3雜化的碳原子空間網路結構的非晶碳膜。依據制備方法和工藝的不同，DLC的性質可以在非常大的范圍內變化，既有可能非常類似於金剛石，也有可能非常類似於石墨。其硬度、彈性模量、帶隙寬度、光學透過特性、電阻率等等都可以依據需要進行「剪裁」。這一特性使DLC深受研究者和應用部門的歡迎。

DLC的制備方法很多，採用射頻CVD、磁控濺射、激光淀積(PLD)、離子束濺射、真空磁過濾電弧離子鍍、微波等離子體CVD、ECR(電子迴旋共振)CVD等等都可以制備DLC。

DLC的類型也很多，通常意義上的DLC含有大量的氫，因此也叫a：C—H。但也可制備基本上不含氫的DLC，叫做a：c。採用高能激光束燒蝕石墨靶的方法獲得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和較大的帶隙寬度，曾被稱為「非晶金剛石」(Amorphorie Diamond)膜。採用真空磁過濾電弧離子鍍方法制備的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。

DLC具有類似於金剛石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系數(0．1一0．3)、可調的帶隙寬度(1_2eV～3eV)、可調的電阻率和折射率、良好光學透過性(在厚度很小的情況下)、良好的化學惰性和生物相容性。且沉積溫度很低(可在室溫沉積)，可在許多金剛石膜難以沉積的襯底材料(包括鋼鐵)上沉積。因此應用范圍相當廣泛。典型的應用包括：高速鋼、硬質合金等工具的硬質塗層、硬磁碟保護膜、磁頭保護膜、高速精密零部件耐磨減摩塗層、紅外光學元器件(透鏡和窗口)的抗劃傷、耐磨損保護膜、Ge透鏡和窗口的增透膜、眼鏡和手錶表殼的抗擦傷、耐磨摜保護膜、人體植入材料的保護膜等等。

DLC在技術上已經成熟，在國外已經達到半工業化水平，形成具有一定規模的產業。深圳雷地公司在DLC的產業化應用方面走在國內前列。不少單位，如北京師范大學、中科院上海冶金所、北京科技大學、清華大學、廣州有色院、四川大學等都正在進行或曾經進行過DLC的研究和應用開發工作。
DLC的主要缺點是：(1)內應力很大，因此厚度受到限制，一般只能達到lum～21um以下；(2)熱穩定性較差，含氫的a：C-H薄膜中的氫在400℃左右就會逐漸逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大約500℃以上就會轉變為石墨。

5 碳氮膜

自從Cohen等人在20世紀90年代初預言在C-N體系中可能存在硬度可能超過金剛石的β-C>3N4相以後，立即就在全球范圍內掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。國內外的研究者爭先恐後，企圖第一個合成出純相的β-C3N4晶體或晶態薄膜。但是，經過了十餘年的努力，至今並無任何人達到上述目標。在絕大多數情況下，得到的都是一種非晶態的CNx薄膜，膜中N／C比與薄膜制備的方法和具體工藝有關。盡管沒有得到Cohen等人所預測超過金剛石硬度的β-C3N4晶體，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可達15GPa-50GPa，可與DLC相比擬。同時CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨損特性。在空氣中，cNx薄膜的摩擦因數為O.2-O.4，但在N2，CO2和真空中的摩擦因數為O.01-O.1。在N2氣氛中的摩擦因數最小，為O．01，即使在大氣環境中向實驗區域吹氮氣，也可將摩擦因數降至0.017。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨損領域獲得實際應用。除此之外。CNx薄膜在光學、熱學和電子學方面也可能有很好的應用前景。

採用反應磁控濺射、離子束淀積、雙離子束濺射、激光束淀積(PLD)、等離子體輔助CVD和離子注人等方法都可以制備出CNx薄膜。在絕大多數情況下，所制備薄膜都是非晶態的，N／C比最大為45％，也即CNx總是富碳的。與C-BN的情況類似，CNx薄膜的制備需要離子的轟擊，薄膜中存在很大的內應力，需要進一步降低薄膜內應力，提高薄膜的結合力才能獲得實際應用。至於是否真正能夠獲得硬度超過金剛石的B-C3N4，現在還不能作任何結論。

6 納米復合膜和納米復合多層膜

以納米厚度薄膜交替沉積獲得的納米復合膜的硬度與每層薄膜的厚度(調制周期)有關，有可能高於每一種組成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度為2l GPa，NbN的硬度僅為14GPa，但TiN／NbN納米復合多層膜的硬度卻為5lGPa。而TiYN／VN納米復合多層膜的硬度競高達78GPa，接近了金剛石的硬度。最近，納米晶粒復合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度達到了創記錄的105GPa，可以說完全達到了金剛石的硬度。這一令人驚異的結果曾經過同一研究組的不同研究者和不同研究組的反復重復驗證，證明無誤。這可能是第一次獲得硬度可與金剛石相比擬的超硬薄膜材料。其意義是顯而易見的。

關於為何能夠獲得金剛石硬度的解釋並無完全令人信服的定論。有人認為在納米多層復合膜的情況下，納米多層膜的界面有效地阻止了位錯的滑移，使裂紋難以擴展，從而引起硬度的反常升高。而在納米晶粒復合膜的情況下則可能是在TiN薄膜的納米晶粒晶界和高度彌散分布的納米共格SiNx粒子周圍的應變場所引起的強化效應導致硬度的急劇升高。

無論上述的理論解釋是否完全合理，這種納米復合多層膜和納米晶粒復合膜應用前景是十分明朗的。納米復合多層膜不僅硬度很高，摩擦系數也較小，因此是理想的工具(模具)塗層材料。它們的出現向金剛石作為最硬的材料的地位提出了嚴峻的挑戰。同時在經濟性上也有十分明顯的優勢，因此具有非常好的市場前景。但是，由於還有一些技術問題沒有得到解決，目前暫時還未在工業上得到廣泛應用。

可以想見隨著技術上的進一步成熟，這類材料可能迅速獲得工業化應用。雖然鈉米多層膜和鈉米晶粒復合膜已經對金剛石硬度最高的地位提出了嚴峻的挑戰，但就我所見，我認為它們不可能完全代替金剛石。金剛石膜是一種用途十分廣泛的多功能材料，應用並不局限於超硬材料。且金剛石膜可以做成厚度很大(超過2mm)的自支撐膜，對於納米復合多層膜和納米復合膜來說，是無論如何也不可能的。

僅供參考，請自借鑒

希望對您有幫助

⑥ 金剛石刀具怎麼研磨的，我想知道金剛石刀具是怎麼磨製成的，用鈍了怎麼修磨，用什麼進行工具磨，謝謝了

金剛石的研磨加工在鑄鐵研磨盤上進行。研磨盤的直徑約為300mm，由材料組織中孔隙的形狀、大小和比例均經過優化的研磨金剛石專用高磷鑄鐵製成。研磨盤的表面鑲嵌有金剛石研磨粉，其顆粒尺寸可從小於1µm直到40µm。粗顆粒的金剛石粉具有較高的研磨速率，但研磨質量較差，因此粗磨時一般採用粗粉，而精磨時則採用尺寸小於1µm的細粉。研磨前，首先將金剛石粉與橄欖油或其它類似物質混合成研磨膏，然後塗敷在研磨盤表面，放置一段時間使研磨膏充分滲入研磨盤的鑄鐵孔隙中，再用一較大的金剛石在研磨盤表面進行來回預研磨，以進一步強化金剛石粉在鑄鐵孔隙中的鑲嵌作用。研磨時，一般將被研磨的金剛石包埋在錫斗中，只露出需研磨的面。研磨時的研磨盤轉速約為2500r/min，研磨壓力約為1kg/mm2。

⑦ 單晶金剛石刀具磨盤的線速度多少

通過各次刃磨情況的比對，確定主切削刃和副切削刃較為合理的刃磨選向為砂輪旋轉方向應指向刃口受壓方向，並與之形成15～30°角。根據機床資料並綜合考慮材料去除率和磨削比率，推薦採用的砂輪速度為8～65m/s。通過試驗發現，砂輪速度在22～28m/s時，研磨效果最好；速度在15 m/s時刃口的Rt值最小。因此，在實際的刃磨過程中，將刀頭放置在研磨盤φ140左右的區域內，粗磨砂輪速度為23m/s左右，精磨時為15 m/s左右。主軸往復擺動幅度不宜過大，一般比刃磨刀口寬度略寬即可，擺動頻率也不宜過快。

⑧ 金剛石研磨盤主要用在哪裡

開 粗用金剛石研磨盤，廣泛應用在晶圓(半導體矽片和太陽能矽片)、金剛石復合片、金剛石聚晶、金剛石刀具、立方氮化硼、鎢鋼(硬質合金)、新型工程結構陶 瓷、寶石、 水晶、稀土材料(磁性材料)、高速鋼、軸承鋼、工具鋼、以及不銹鋼、粉末冶金、鑄鐵等難磨材料的精密研磨，典型工件，空調冰箱壓縮機滑片、閥板，汽車轉向 泵，葉片，轉子定子量具塊規及薄壁軸承等高平面度工件。
研磨盤，其包括一頂碟片、一緩沖板以及一研磨片；其中頂碟片包括數個鉚接元件、一上定位板、一頂板、一螺栓、一下定位板以及一螺帽；本實用新型通過改良螺栓結構的手段，首先藉由螺栓本身的卡合部與頂板的中央孔卡合以供水平的准確度，再藉由螺栓下方一多角形固定部與下定位板相對的多角形固定孔卡合以供垂直的准確度，藉此提供一種固定良好且旋轉穩定度佳的研磨盤；另外再配合螺栓的上螺紋段、卡合部以及固定部外徑大小不同的設計，使螺栓不易松脫，具有內部元件不易磨損與使用者不因研磨盤的不穩定旋轉而造成手部酸麻的優點。

⑨ 單晶金剛石刀具的天然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，為了適應各種加工要求，刀刃刃口半徑范圍從20nm～1μm。
單晶金剛石刀具的晶面選擇
金剛石晶體屬於平面立方晶系，由於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的物理機械性能不同、其製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，由於金剛石是典型的脆性材料，其強度數值一般偏差較大，主要依賴於應力分布的形態和分布范圍，因此適合用概率論來分析。當作用應力相同時，(110)晶面的破損概率最大，(111)晶面次之，(100)晶面產生破損的概率最小。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)晶面的磨削率高於(100)晶面，但實驗結果表明，(100)晶面較其它晶面具有更高的抗應力、腐蝕和熱退化能力。結合微觀強度綜合考慮，用(100)面做刀具的前後刀面，容易刃磨出高質量的刀具刃口，不易產生微觀崩刃。
通常應根據刀具的要求來進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，應選用(100)晶面作為刀具的前、後刀面；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、後刀面；如果要求金剛石刀具抗化學磨損，則宜採用(110)晶面作刀具的前刀面，(100)晶面作後刀面，或者前、後刀面都採用(100)晶面。這些要求都需要藉助晶體定向技術來實現。

⑩ PCD刀具未來製造新趨勢是什麼

PCD刀具未來製造新趨勢是——五軸激光加工

一、刀具行業的發展
刀具行業統稱的超硬刀具，主要是PCD、CBN、單晶鑽石、天然鑽石等材料製成的刀具，這幾種材料的共同特性就是硬度高、難加工，優點是刀具壽命持久，所以，在早期作為刀具材料時，只能製造形狀相對簡單的切削刀具。隨著科技的進步，材料及刀具製造工藝拓展越來越廣泛，刀具製造工藝也發生了很大轉變，這些變化，在近些年有比較明顯的分界。
為了更清晰的了解超硬刀具製造工藝的發展歷程，我們人為的把它大致分成三個階段。2000年以前，幾乎完全是依靠傳統磨削工藝來製造刀具，這類的刀具應用范圍很有限；特點就是製造形狀相對簡單的刀具，我們認為這是超硬刀具製造的第一階段。
在2000-2015這十五年間，由於放電加工技術的突破，PCD刀具專用線切割、火花機設備成為PCD刀具的主要生產工藝標准，放電加工帶來最明顯的突破，就是容易製造刃口異形的刀具。
從而讓金剛石刀具在金屬切削領域得到更廣泛的應用。2015年前後，隨著科技的不斷進步，再一次由德國DMG公司率先在市場上推出五軸激光加工設備，自此，金剛石刀具製造的一個全新時代開啟。
嚴格意義上來講，刀具五軸激光設備，並不是行業全新的發明創造，它是由CNC機床基礎、軟體基礎、激光器行業的發展成熟等等條件，這些相關領域的技術融合，而推動產生的一個全新加工技術。所以，激光加工的加入，會