（來源：騰訊視頻）
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超硬刀具是現(xiàn)代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而應(yīng)運而生，20世紀(jì)的后40年中有了較大的發(fā)展。超硬材料的化學(xué)成分及其形成硬度的規(guī)律與其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金屬的硼化物，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方體；而金剛石由碳元素轉(zhuǎn)化而成，其晶體結(jié)構(gòu)與立方氮化硼相似。它們的硬度大大高于其他物質(zhì)。
超硬刀具材料，尤其是金剛石，其種類較多。
立方氮化硼有CBN單品粉，用于制作磨具；還有PCBN聚晶片及PCBN聚晶復(fù)合片，用于制作刀具及其他工具。立方氮化硼是人造的。
金剛石分天然金剛石(ND)與人造金剛石。人造金剛石有PCD單晶粉，用于制作磨具；PCD單晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶復(fù)合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金剛石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作為光學(xué)、電子高科技原材料。
超硬材料具有優(yōu)異的機械性能、物理性能和其他性能，其中有些性能很適合于刀具。
具有很高的硬度
天然金剛石的硬度達(dá)10000HV；CBN的硬度達(dá)7500HV。與其他硬物質(zhì)相比，SiC硬度為3000～3500HV，A12O3為2700HV，TiC為2900～3200HV，WC為2000HV，Si3N4為2700～3200HV；作為刀具材料用的硬質(zhì)合金，其硬度僅為1100～1800HV。
具有很好的導(dǎo)熱性
天然金剛石的熱導(dǎo)率達(dá)2000W/m-1*K-1，CBN的熱導(dǎo)率達(dá)1300W/m-1/K-1。紫銅的導(dǎo)熱性很好，其熱導(dǎo)率僅為393W/m-1*K-1；純鋁為226W/m-1*K-1，故金剛石與CBN的熱導(dǎo)率分別是紫銅的5倍和3.5倍，是純鋁的8倍和5倍。硬質(zhì)合金的熱導(dǎo)率僅為35～75W/m-1*K-1。
具有很高的楊氏模量
天然金剛石的楊氏模量達(dá)1000GPa，CBN的楊氏模量在720GPa。而SiC、Al2O3、WC、TiC的楊氏模量僅分別為390、350、650、330GPa。物質(zhì)的楊氏模量大就是剛性好。
具有很小的熱膨脹
天然金剛石的線膨脹系數(shù)為1×10-6/K，CBN的線膨脹系數(shù)為(2.1～2.3)×10-6/K。而硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)為(5～7)×10-6/K。
具有較小的密度
天然金剛石的密度為3.52g/cm3，CBN的密度為3.48g/cm3。與Al2O3、Si3N4的密度接近。
具有較低的斷裂韌性
天然金剛石的斷裂韌性為3.4MPa/m0.5,CBN與之接近。陶瓷刀具材料的斷裂韌性在各種刀具材料中是屬于較低者，然尚能達(dá)7～9MPa?m0.5。故金剛石與CBN性脆，是其弱點。
化學(xué)性質(zhì)
CBN熱穩(wěn)定性好，在大氣中達(dá)1300～1500℃不分解。對鐵族元素呈惰性；在酸中不受滲蝕，在堿中約300℃時即受浸蝕；與過熱的水蒸汽也能起作用。金剛石在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；在氧氣中約660℃開始石墨化，鐵族元素特別是鐵元素能催進石墨化；在酸、堿中都不受浸蝕。
電學(xué)性質(zhì)
純凈的不含雜質(zhì)的金剛石是絕緣體，室溫下電阻率在1016Ω?cm以上。只有摻人了其他元素后，才顯出半導(dǎo)體特性。同Si、Ce、As等半導(dǎo)體材料相比，金剛石具有非常寬的禁帶，小的介電常數(shù)，高的載電子遷移率，大的電擊穿強度，說明金剛石是一種性能優(yōu)良的寬禁帶高溫(>500℃)半導(dǎo)體材料。天然金剛石無磁性；人造金剛石中若含有Ni、Co、Fe等觸媒雜質(zhì)，則具有磁性，雜質(zhì)越多，磁性越強。
光學(xué)性質(zhì)
金剛石具有很高的折射率和強的散光性，還具有優(yōu)良的透光性能，能透過很寬的波段。某些金剛石在紫外區(qū)、可見區(qū)直至遠(yuǎn)紅外區(qū)的大部波段(O.22～2.5μm)都是透明的。
以上超硬材料所具備的優(yōu)異或特異的性能和性質(zhì)，決定了它們有著廣闊用途。
與天然金剛石(ND)相比，人造聚晶金剛石(PCD)的硬度、楊氏模量和熱導(dǎo)率稍低，斷裂韌性、熱膨脹率稍高。人造CVD金剛石的各種性能則介于ND與PCD之間，更接近于天然金剛石。例如，天然金剛石的硬度達(dá)10000HV，PCD約為8000HV，CVD金剛石可達(dá)9000HV。
超硬刀具材料的應(yīng)用范圍
立方氮化硼具有高硬度、高熱穩(wěn)定性，對鐵族元素呈惰性，故最適合制作切削下列材料的刀具：
切削各種淬硬鋼，包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、軸承鋼、模具鋼等；
切削各種鐵基、鎳基、鈷基和其他熱噴涂(焊)零件。
金剛石具有更高的硬度及其他優(yōu)異性能用，它所制作的刀具，應(yīng)用范圍更為廣泛，可以加工各種難加工材料、非難加工材料；
對有色金屬，主要對銅、鋁及其合金，進行超精密切削加工；因為金剛石刀具，尤其是天然金剛石刀具，其切削刃可以磨得十分鋒利，可以研磨出納米級的鈍圓半徑；
切削純鎢、純鉬；
切削工程陶瓷、硬質(zhì)合金、工業(yè)玻璃；
切削石墨、各種塑料；
切削各種復(fù)合材料，包括金屬基與非金屬基的、纖維加強和顆粒加強的；
用于牙科、骨科所用的各種醫(yī)療器械工具；
用于各種木材加工刀具和石材加工工具；
……
金剛石和立方氮化硼單晶粉大量用于制作磨料、磨具、磨膏、砂布、砂紙。
金剛石還大量用于制作拉絲模、砂輪修正器和石油、地礦部門的鉆探鉆頭。還用于各種耐磨件。
大部分能用金剛石刀具切削的難加工材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等，立方氮化硼刀具也能勝任，但一般立方氮化硼刀具的使用壽命低于金剛石刀具。而金剛石刀具不能加工鐵基材料。
超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。
主要分兩類五種
金剛石類
包括：天然和人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石(PCD)及其復(fù)合片（PDC）、CVD金剛石三種。
立方氮化硼類
包括：聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD立方氮化硼涂層。
其中以人造金剛石復(fù)合片(PCD)刀具及立方氮化硼復(fù)合片(PCBN)刀具占主導(dǎo)地位。
許多切削加工概念，如綠色加工、以車代磨、以銑代磨、硬態(tài)加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的應(yīng)用而起，故超硬刀具已成為切削加工中不可缺少的重要手段。PCD和PCBN刀具已廣泛應(yīng)用于機械加工的各個行業(yè)，如汽車零部件的切削加工，強化木地板的加工等，極大地促進了切削加工及先進制造技術(shù)的飛速發(fā)展。
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