華菱超硬解讀單晶金剛石刀具的種類及應用

        單晶金剛石刀具是目前超精密加工領域的主要切削刀具，其切削刀具一般質量大于0.1g，最小徑長不小于2mm，可實現鏡面加工，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度，切削出來的效果非常光亮，是公認的、理想的超精密加工刀具。 

    單晶金剛石有天然和人造兩種，天然單晶金剛石數量少，價格昂貴，主要用于某些有色金屬的超精密切削加工或黃金首飾的生產中。

    為了緩解大量的工業需求，科學家尋找人工的方法合成金剛石。人造單晶金剛石具備與天然單晶金剛石相同的結構而且有與之相媲美的性能，同時成本相對天然金剛石低廉，具有廣泛的工業應用和商業前景。
1、天然金剛石 
    天然金剛石約98%屬于Ia型氮[N]（~2500ppm）天然金剛石的形成大部份是在至少25億年的巖石中產生，而且大約在140~200公里的地底下形成，在這個深度下的強大壓力(每平方基葉150萬磅）和極高溫度（約2800℃)造成稀有的碳原子緊密的聚集在一起，而形成的晶體結構。
    經過火山爆發，強烈的能量猛烈推擠含有金剛石的古老巖石，然后迅速的被巖漿或熔解的石頭帶到地面。由于金剛石擁有高硬度、高耐磨耗與高熱傳導系數，因此很早就被應用在切削工具之上，近年來科技進步，對加工質量與被加工物誤差的要求，鉆石的特性更被廣泛的應用在光學元件的加工。

2、人造單晶金剛石
    屬于Ib型單結晶合成金剛石之一，氮[N]多為分散或固溶狀態存在于晶體內部，人造單晶金剛石顧名思義是由人工合成的，在一個無氧且高溫(1000°C以上)高壓的環境里合成出來的，由于擁有和金剛石相當的高硬度、高耐磨耗與高熱傳導系數。
    由于和金剛石同屬于單結晶體，無晶界的性質可以制造出非常鋒利的刀刃質量，是其他材料無法達到的境界，長久以來被應用在制作超精密加工的金剛石刀具，拋光工具和耐磨耗元件。

3、CVD單晶金剛石
    屬于IIa型金剛石型單結晶合成金剛石之一，氮[N]<1 ppm，[B] < 0.05 ppm ，CVD合成單晶金剛石的制程環境是在氫碳之混合氣的腔體中，利用化學氣相沉積法(CVD)來合成出來。
    這是一種超高技術所合成出來的高質量單晶金剛石，可做到完全無色透明，幾乎沒有任何雜質，擁有更高的耐磨耗和更好熱傳導系數，更能夠使被加工物擁有更高質量的加工表面，同時如果在生長過程中有選擇性的通入摻雜氣體，便可以制備出多種有色金剛石。

4、單晶金剛石刀具的應用
（1）按應用材料劃分：
    金，銀；銅，銅合金；鋁，鋁合金；鈹合金；無氧銅(OFC) ；無電解鎳；石墨、玻璃、塑料、陶瓷，未燒結硬質合金；各種纖維和顆粒加強復合材料、橡膠和各種耐磨木材(尤其是實心木和膠合板、MDF等復合材料)；氟化鎂，硫化鋅、硅、鍺等紅外光線材料及PMMA（有機玻璃），PC（聚碳酸酯）、PET（滌綸）等高分子材料。

（2）按應用行業劃分： 
    光學行業：如光學透鏡，（非）球面透鏡，光學玻璃，光學模仁，反射鏡等；
    印刷行業：輥筒模具； 
    汽車行業：夜間行駛光學系統，投影燈，鋁合金輪轂等；
    3C行業：手機外圓鏡面/按鍵鏡面/電筒外圓鏡面，計算機硬盤基片等； 
    電子電器：如計算機硬盤基片等；
    國防工業：如導彈的導航陀螺等；
    建筑建材：如陶瓷，玻璃，工程塑料等；
    珠寶首飾；
    精密元件配件：如陀螺儀，半導體 制造設備配件等；
    醫療器械：如隱形眼鏡，加速器電子槍等；
    航空航天：如火箭的導航陀螺等。