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摘要：描述了金刚石的物理特性，对金刚石刀具的分类及其性能行了介绍，包括天然金刚石、聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片、化学气相沉积金刚石涂层刀具。分析和对比了不同类型金刚石刀具的应用场合，为企业在加工难加工材料时选用超硬金刚石材料刀具时提供参考。
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表1 金刚石与硬质合金的特性 |
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刀具类型 |
单晶金刚石 |
聚晶金刚石 |
CVD |
K类硬质合 |
|
质量密度/g·cm-3 |
3.52 |
4.1 |
3.51 |
14～15 |
|
硬度/HV |
1000 |
8000 |
9000 |
1350～1550 |
|
断裂韧度/MPa·m? |
3.4 |
6.9 |
5.5 |
10～15 |
|
杨氏模量/GPa |
1050 |
800 |
1180 |
610～640 |
|
抗拉强度/MPa |
1050～3000 |
1260 |
450～1100 |
600 |
|
横向断裂强度/GPa |
2.9 |
1.2 |
1.3 |
0.9 |
|
抗压强度/GPa |
8.68 |
7.4 |
16 |
3.5～6.0 |
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热导率/W·m-1·k-1 |
1000～2200 |
560 |
750～1500 |
80～100 |
|
热扩散系数/cm2·s-1 |
5.5～11.6 |
2.7 |
2.8～11.6 |
5.8 |
|
热膨胀系数/10-6K-1 |
2.5～5.0 |
4.0 |
3.7 |
4.5～5.5 |
|
热稳定性/℃ |
700～800 |
700～800 |
700～800 |
800～900 |
1 引言
金刚石是精密和超精密加工的超硬刀具材料之一，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。
2 金刚石材料特性
金刚石为单—碳原子的结晶体，其晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系原子密度最高)。金刚石中碳原子间连接键为sp3杂化共价键，具有很强的结合力、稳定性和方向性。人工合成金刚石性能取决于sp3杂化共价键与非晶无定形碳sp2杂化共价键相对比率。如果sp3含量过低得到二者混合物体为类金刚石(Diamond－Like Carbon，简称DLC)。独特的晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。如表1所示，可见单晶%B