华菱超硬解读单晶金刚石刀具的种类及应用

        单晶金刚石刀具是目前超精密加工领域的主要切削刀具，其切削刀具一般质量大于0.1g，最小径长不小于2mm，可实现镜面加工，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，切削出来的效果非常光亮，是公认的、理想的超精密加工刀具。 

    单晶金刚石有天然和人造两种，天然单晶金刚石数量少，价格昂贵，主要用于某些有色金属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。

    为了缓解大量的工业需求，科学家寻找人工的方法合成金刚石。人造单晶金刚石具备与天然单晶金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能，同时成本相对天然金刚石低廉，具有广泛的工业应用和商业前景。
1、天然金刚石 
    天然金刚石约98%属于Ia型氮[N]（~2500ppm）天然金刚石的形成大部份是在至少25亿年的岩石中产生，而且大约在140~200公里的地底下形成，在这个深度下的强大压力(每平方基叶150万磅）和极高温度（约2800℃)造成稀有的碳原子紧密的聚集在一起，而形成的晶体结构。
    经过火山爆发，强烈的能量猛烈推挤含有金刚石的古老岩石，然后迅速的被岩浆或熔解的石头带到地面。由于金刚石拥有高硬度、高耐磨耗与高热传导系数，因此很早就被应用在切削工具之上，近年来科技进步，对加工质量与被加工物误差的要求，钻石的特性更被广泛的应用在光学元件的加工。

2、人造单晶金刚石
    属于Ib型单结晶合成金刚石之一，氮[N]多为分散或固溶状态存在于晶体内部，人造单晶金刚石顾名思义是由人工合成的，在一个无氧且高温(1000°C以上)高压的环境里合成出来的，由于拥有和金刚石相当的高硬度、高耐磨耗与高热传导系数。
    由于和金刚石同属于单结晶体，无晶界的性质可以制造出非常锋利的刀刃质量，是其他材料无法达到的境界，长久以来被应用在制作超精密加工的金刚石刀具，抛光工具和耐磨耗元件。

3、CVD单晶金刚石
    属于IIa型金刚石型单结晶合成金刚石之一，氮[N]<1 ppm，[B] < 0.05 ppm ，CVD合成单晶金刚石的制程环境是在氢碳之混合气的腔体中，利用化学气相沉积法(CVD)来合成出来。
    这是一种超高技术所合成出来的高质量单晶金刚石，可做到完全无色透明，几乎没有任何杂质，拥有更高的耐磨耗和更好热传导系数，更能够使被加工物拥有更高质量的加工表面，同时如果在生长过程中有选择性的通入掺杂气体，便可以制备出多种有色金刚石。

4、单晶金刚石刀具的应用
（1）按应用材料划分：
    金，银；铜，铜合金；铝，铝合金；铍合金；无氧铜(OFC) ；无电解镍；石墨、玻璃、塑料、陶瓷，未烧结硬质合金；各种纤维和颗粒加强复合材料、橡胶和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)；氟化镁，硫化锌、硅、锗等红外光线材料及PMMA（有机玻璃），PC（聚碳酸酯）、PET（涤纶）等高分子材料。

（2）按应用行业划分： 
    光学行业：如光学透镜，（非）球面透镜，光学玻璃，光学模仁，反射镜等；
    印刷行业：辊筒模具； 
    汽车行业：夜间行驶光学系统，投影灯，铝合金轮毂等；
    3C行业：手机外圆镜面/按键镜面/电筒外圆镜面，计算机硬盘基片等； 
    电子电器：如计算机硬盘基片等；
    国防工业：如导弹的导航陀螺等；
    建筑建材：如陶瓷，玻璃，工程塑料等；
    珠宝首饰；
    精密元件配件：如陀螺仪，半导体 制造设备配件等；
    医疗器械：如隐形眼镜，加速器电子枪等；
    航空航天：如火箭的导航陀螺等。