金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

    金刚石刀具的概况

金刚石刀具

    金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

    金刚石刀具的类型

    1、天然金刚石NaturalDiamond（ND）；

    2、人造聚晶金刚石ArtificialPolvcrystallineDiamond（PCD）；

    3、人造聚晶金刚石复合片PolycrystallineDiamondCompact（PDC）；化学气相沉积涂层金刚石刀具Chemical各类金刚石刀具（4张）VaporDepositionDiamondCoatedTools（CVD）。

    4、沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜ThickDiamondFilm（CD）；

    5、在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层CoatedThinDiamondFilm（CD）。

    天然金刚石（ND）刀具

    为天然金刚石拉蔓峰谱，具有以下特征：

    （1）1332尖锋处显示存在金刚石。

    （2）波型幅度（FWHM）为4.1cm-1

    显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石（SingleCrystallineDiamond，SCD）刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可达到4µm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50µm。故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工，可获得镜面表面。

    聚晶金刚石（PCD）刀具

    PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。

    人造聚晶金刚石复合片（PDC）刀具

    为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片（PDc）。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片（PDC）刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。

    CVD金刚石厚膜（TDF）焊接刀具

    金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体（通常为K类硬质合金）上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。CVD金刚石厚膜（金刚石膜厚度达30µm），具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。由于金刚石焊接过程工艺复杂，CVD金刚石厚膜（TDF）焊接刀具尚未大批量应用。

    金刚石涂层刀具

    金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金（K类硬质合金）或陶瓷等基体上沉积一层1～25µm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W·m-1·K-1，而硬质合金刀具导热系数仅为80～100m-1·K-1。CVD方法金刚石可以涂层到任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。

    立方氮化硼（PCBN）刀具

    立方氮化硼（PCBN）是继人工合成金刚石之后出现的第二种无机超硬材料，其硬度略次于金刚石，热稳定性好，耐热性可达到1400~1500度，比金刚石的耐热性（700~800度）几乎高一倍。立方氮化硼（PCBN）刀具主要适合加工各种黑色金属及其合金材料；最适合于各种淬硬钢（碳素工具钢轴承钢模具钢高速钢）珠光体灰口铸铁（钒钛铸铁）冷硬铸铁高温合金（镍基合金钴基合金）及表面喷涂堆焊的加工。具有使用寿命长，减少换刀次数，补偿停机所花的时间，使数控机床和自动化生产线的高效能得到更充分的发挥，可以改变传统的机械加工方式（即淬火前用刀具粗加工和淬火后用砂轮精加工的方法），从而能在一台数控机床进行淬火前淬火后的车削加工（以车代磨），具有很好的经济效益。