单晶金刚石刀具

单晶金刚石刀具的种类
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。
单晶金刚石刀具应用领域
按应用行业划分：
（1）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；
（2）印刷行业：辊筒模具；
（3）汽车行业：夜间行驶光学系统，投影灯，铝合金轮毂等；
（4）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；
（5）电子电器：如计算机硬盘基片等；
人造单晶金刚石目前最大尺寸可达8mm。
单晶金刚石刀具的种类
人造（CVD合成）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。
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。
（6）国防工业/航空航天：如导弹的导航陀螺等；
（7）新材料：如陶瓷，工程塑料等；
（8）珠宝首饰；
（9）医疗器械：如隐形眼镜，加速器电子枪等；
非球面透镜
隐形眼镜
光学元件
陀螺仪
单晶金刚石刀具在光学模仁方面的应用
为了保证光学镜片加工领域所加工出的各种凹、凸透镜片及菲涅尔镜片的模具能有非常理想的曲 率半径，并且有非常高的复制性及稳定性，华菱超硬建议，模仁车刀刀尖夹角最小做到15°，刀尖圆弧 500nm，波纹度10nm，即使圆弧在很大的情况下，波纹度也能控制在100nm以下，在加工抛物线刀具 时，波纹度也能达到100nm，曲率半径的误差可达200nm，在高倍显微镜下，刃口光滑无缺陷，前后 刀面的光洁度2nm。
单晶金刚石刀具 知识介绍
郑州华菱超硬材料有限公司 2018年9月
目录
一、单晶金刚石刀具的种类 二、单晶金刚石刀具的性能 三、单晶金刚石刀具的应用
1、单晶金刚石刀具在光学模仁方面的应用 2、单晶金刚石刀具在大型辊筒光电模具方面的应用
四、单晶金刚石刀具和CVD金刚石刀具，PCD刀具的区别 五、单晶金刚石刀具应用案例
（4）铍合金；
（5）无氧铜(OFC) ；
（6）无电解镍；
（7）石墨、玻璃、塑料、陶瓷，未烧结硬质合金；
（8）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)；
天然单晶金刚石刀具价格昂贵，一般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。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性，在精密应用中具有卓越的耐磨性和更长的工具寿命。可用作加工有色金 属及非金属材料的切削刀具。
单晶金刚石刀具的性能优势
（1）单晶金刚石刀具具有极高的硬度（10000HV），从而获得良好的耐磨性；
（2）单晶金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，切削时不宜粘刀和产生积屑瘤，可进行超薄切削和
超精密加工；
（3）摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力；
（4）刃口在800倍Nomarski（尼康）显微镜下观察无缺陷，加工有色 金属时表面粗糙度可达Rz0.1～0.05μm， 被加工工件的形状精度控制 50nm以下；
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。
单晶金刚石刀具的种类
天然金刚石（ND） ：
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。
（5）华菱超硬精选的单晶金刚石刀具颗粒，一致性好，使用寿命是 硬质合金刀具的100倍，甚至几百倍。
性能 密度 /g·cm-3 杨氏模量 /GPa 断裂韧度 /MPa·m1/2 横向断裂强度 /GPa 抗压强度 /GPa
硬度 /HV
单晶金刚石 3.52
1000-1100 3.4 2.9 9.0
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华菱超硬 华菱超硬 华菱超硬 华菱超硬
华菱超硬
单晶金刚石车刀片 单晶金刚石车刀
单晶金刚石轮廓刀 单晶金刚石切槽刀
单晶金刚石铣刀 单晶金刚石倒角刀
单晶金刚石刀具适合加工材料
按应用材料划分：
（1）金，银； （2）铜，铜合金； （3）铝，铝合金；
（9）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。
热导率 /W·m-1·K-1
1000~2200
热膨胀系数 αl/10-6·K-1 热稳定性/℃
2.5~5.0 700~800
抗拉强度（MPa）
1050-3000
单晶金刚石刀具的种类
按刀具结构来分：主要用于车刀、铣刀、轮廓刀、倒角刀，切槽刀。
（车刀、刀片所配备的机床为单点金刚石车床或其他精密车床；铣刀、倒角刀类常搭载CNC雕铣机或加工中心。）
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。
单晶金刚石刀具的种类
人造（高温高压合成）单晶金刚石：