伴隨著科技的發(fā)展，人造的高等級(jí)金剛石大單晶，在特性上早已貼近或在一些這些方面超過(guò)了純天然金剛石單晶。因?yàn)榧兲烊唤饎偸^為稀缺，故人造的金剛石單晶早已逐漸地替代純天然金剛石被普遍使用于工業(yè)生產(chǎn)，高新科技，國(guó)防安全，醫(yī)療服務(wù)等行業(yè)。做為高等級(jí)金剛石大單晶，還具有其特有的主要用途，尤其是它還可以做為單晶金剛石數(shù)控刀片刀坯的推薦原材料。尤其是人造的高品質(zhì)六面體金剛石大單晶與其他外貌的金剛石對(duì)比，在制做金剛石數(shù)控刀片時(shí)不但損壞損害少，易生產(chǎn)加工，且制做出的數(shù)控刀片特性優(yōu)質(zhì)，在鉆削加工生產(chǎn)時(shí)不但刃口銳利，加工精度高，切削速度小，并且具備高韌性及較好的耐磨損性，抗腐蝕和有機(jī)化學(xué)穩(wěn)定性能等特性，足可達(dá)到高精密及超高精密鉆削生產(chǎn)加工對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定，且使數(shù)控刀片的使用期限得到增加，可以長(zhǎng)期的不斷鉆削，減少因數(shù)控刀片損壞對(duì)零件精密度的危害。

1　高等級(jí)金剛石大單晶的生成

  1.1　高等級(jí)金剛石的生成方式介紹

  現(xiàn)階段，金剛石大單晶生成關(guān)鍵有兩種方式，超高壓高溫法(HPHT)和有機(jī)化學(xué)液相堆積法(CVD)。CVD法生成單晶金剛石與金剛石多晶體膜分離技術(shù)上面有較大不一樣，單晶金剛石生成必須應(yīng)用有特別要求的高品質(zhì)單晶金剛石做為基材，即此方式對(duì)應(yīng)用的晶種有特別要求:其一，晶種務(wù)必為純{100}面構(gòu)成的單晶金剛石；其二，晶種務(wù)必具備一定的規(guī)格，正常情況下晶種有多大，才可以生長(zhǎng)發(fā)育出很大的單晶。這就在一定水平上限定了其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

  超高壓高溫法(HPHT)生成金剛石大單晶的方式往往是溫度場(chǎng)法，這也是1971年由英國(guó)GE公司科學(xué)研究工作組初次明確提出并綜合利用的金剛石大單晶生成技術(shù)性。

  氮源處于內(nèi)腔核心高溫處，晶種放到超低溫處，由徑向溫差造成的溫度場(chǎng)法，促進(jìn)氧原子沿徑向由低溫端向超低溫端蔓延。伴隨著生成能力的持續(xù)提升，超高壓高溫溫度場(chǎng)法生成金剛石單晶的規(guī)格和凈重在持續(xù)擴(kuò)大?，F(xiàn)階段，日本住友電工和原素六企業(yè)在HPHT生成大單晶金剛石技術(shù)性上有著當(dāng)今社會(huì)最高水平。1970年，G.E.企業(yè)的科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用溫度場(chǎng)法(TGM)取得成功生長(zhǎng)發(fā)育出高純度高品質(zhì)金剛石單晶(1carat)，但因?yàn)樯L(zhǎng)發(fā)育速率比較慢，以至價(jià)錢特別價(jià)格昂貴。1985年，日將高品質(zhì)Ib型金剛石單晶的成長(zhǎng)速率提升到4mg/h，完成了lcarat高品質(zhì)Ib型金剛石單晶的商業(yè)化的生產(chǎn)制造。1990年，該企業(yè)用大晶種方式生長(zhǎng)發(fā)育出9carats(12mm across)重的金剛石大單晶，生長(zhǎng)發(fā)育速率提升到15mg/h。據(jù)報(bào)道，2011年7月，日本生物學(xué)家和住友電工協(xié)作取得成功煉制出直徑超出1公分的圓柱型金剛石。雖這般，但現(xiàn)如今生成的晶體大多數(shù)仍呈六八面體外貌，針對(duì)生成純由{100}晶面組成的立方米六面體大單晶的報(bào)導(dǎo)或是屈指可數(shù)。

  1.2　高等級(jí)金剛石大單晶的生長(zhǎng)發(fā)育區(qū)段

  依據(jù)金剛石生長(zhǎng)發(fā)育V型區(qū)與金剛石外貌中間的關(guān)聯(lián)，能夠得出，由{111}和{100}面組成的六八面體單晶的生長(zhǎng)發(fā)育地區(qū)相對(duì)性較寬，因而從生成加工工藝調(diào)節(jié)層面而言相對(duì)性較為非常容易；而純由{100}面組成的六面體單晶的生長(zhǎng)發(fā)育地區(qū)相對(duì)性較狹小，且保持相對(duì)性超低溫區(qū)，而溫度場(chǎng)法生長(zhǎng)發(fā)育晶體時(shí)晶體難以避免有往高溫地區(qū)生長(zhǎng)發(fā)育的發(fā)展趨勢(shì)，因而單一六面體單晶生成較為艱難，溫度略微操縱不合理，就非常容易發(fā)生骸晶或是主要表現(xiàn)出高溫外貌。

  本科學(xué)研究在很多研究和合理性的調(diào)節(jié)技術(shù)的基本上，可以在短期內(nèi)生成出高品質(zhì)高等級(jí)的金剛石大單晶,從晶體外貌看，晶體處于超低溫合適{100}面生長(zhǎng)發(fā)育區(qū)，呈立方米六面體外貌，{100}面迅猛發(fā)展，基本上沒(méi)有{111}面的存有。

2　高等級(jí)六面體金剛石大單晶制做單晶金剛石數(shù)控刀片的優(yōu)點(diǎn)

  2.1　單晶金剛石數(shù)控刀片的弧面生產(chǎn)加工原理

  單晶金剛石數(shù)控刀片是將經(jīng)碾磨生產(chǎn)加工成一定幾何圖形形態(tài)和規(guī)格的大顆粒物金剛石單晶，用焊合，粘合式，機(jī)夾式或粉未冶金方式固定不動(dòng)在鏜刀或刀體上，隨后裝在精密機(jī)床上應(yīng)用。這類數(shù)控刀片刀口極為銳利，具備與被生產(chǎn)加工材料摩擦阻力小，抗粘合性好，與非金屬材料無(wú)感染力，線膨脹系數(shù)小及傳熱系數(shù)高特性，能夠生產(chǎn)加工出非常高的產(chǎn)品工件精密度和非常低的外表粗糙度。故單晶金剛石數(shù)控刀片鉆削也稱鏡面玻璃鉆削。其關(guān)鍵用以銅及合金銅，鋁及鋁合金型材及其金，銀，銠等貴重金屬獨(dú)特產(chǎn)品工件的超精密機(jī)械加工，如攝錄機(jī)硬盤，電子光學(xué)平面鏡，多方面鏡，二次曲面鏡等。人工合成單晶金剛石具備較優(yōu)異的熱導(dǎo)率和非常低的熱應(yīng)力，能達(dá)到生產(chǎn)制造高品質(zhì)金剛石數(shù)控刀片最重要的指標(biāo)值要求。

  超高壓高溫溫度場(chǎng)法在金剛石生長(zhǎng)發(fā)育V型區(qū)的超低溫區(qū)生成的立方米六面體金剛石晶體從大噸數(shù)壓力機(jī)一出來(lái)就具備生產(chǎn)制造數(shù)控刀片所具備的特殊外貌，由純{100}面組成，因?yàn)榻饎偸w的每一個(gè)晶面上的分子相對(duì)密度不一樣，分子的排序方式不一樣，及其晶面中間間距的不一樣，進(jìn)而促進(jìn)了金剛石晶體的各種各樣，因此金剛石的各晶面不但主要表現(xiàn)出物理學(xué)物理性能不一樣，其生產(chǎn)制造難度系數(shù)水平和使用期限也都不盡相同，各晶面的外部抗壓強(qiáng)度亦有顯著區(qū)別。當(dāng)功效地應(yīng)力同樣時(shí)，{110}晶面的受傷幾率較大，{111}晶面其次，{100}晶面造成損壞的機(jī)率最少。即在外力的作用下，{110}晶面容易損壞，{111}晶面其次，{100}晶面最不容易損壞。由此可見(jiàn)，{100}面的損壞度高過(guò){111}面和{110}面。雖然{110}晶面的切削率高過(guò){100}晶面，但試驗(yàn)結(jié)果顯示，{100}晶面較別的晶面具備更好的抗壓應(yīng)力，浸蝕和熱衰退工作能力。融合外部經(jīng)濟(jì)抗壓強(qiáng)度綜合性考慮到，用{100}面做數(shù)控刀片的前后左右刃口，非常容易修磨出高品質(zhì)的數(shù)控刀片刀口，不容易造成外部崩刃。

  2.2　六面體金剛石大單晶制做金剛石數(shù)控刀片的優(yōu)點(diǎn)

  人造的六面體單晶便是由純{100}晶面組成的，略經(jīng)打磨拋光和打磨生產(chǎn)加工，碾磨出刃邊就可以應(yīng)用，這與生成的六八面體金剛石單晶對(duì)比，在做單晶金剛石數(shù)控刀片層面就占據(jù)更高的優(yōu)點(diǎn)。例如，凈重同是17克拉上下的立方米六面體單晶和六八面體金剛石單晶，都可以生產(chǎn)加工為單晶金剛石數(shù)控刀片所具備的外貌。

  但六八面體外貌的單晶最少需通過(guò)三處打磨拋光生產(chǎn)加工后才具備數(shù)控刀片的特殊外貌，而六面體單晶僅需打磨拋光一處(生長(zhǎng)發(fā)育面)后就可以立即制做數(shù)控刀片應(yīng)用。在規(guī)格上，六面體單晶除薄厚有一定的降低外，長(zhǎng)短和總寬基本上沒(méi)有轉(zhuǎn)變，而六八面體單晶除開(kāi)薄厚有一定的降低外，長(zhǎng)短和總寬均降低了原本的1/3上下；相對(duì)應(yīng)的在凈重上17克拉上下的六八面體單晶降低近1/3上下，而六面體單晶只降低約1/5上下。由此可見(jiàn)，立方米六面體金剛石單晶是制做單晶金剛石數(shù)控刀片的推薦原材料。

  除此之外，六面體單晶本身較寬的規(guī)格范疇也為生產(chǎn)制造金剛石數(shù)控刀片給予了更多的挑選，例如，一個(gè)規(guī)格過(guò)大的高品質(zhì)立方米六面體金剛石單晶，為生產(chǎn)制造金剛石數(shù)控刀片可切成所須要的長(zhǎng)條形，板塊，柱型等。

  2.3　單晶金剛石數(shù)控刀片在機(jī)械加工制造中的優(yōu)點(diǎn)

  現(xiàn)階段，在金剛石數(shù)控刀片領(lǐng)域銷售市場(chǎng)上，常運(yùn)用的刀具聚晶金剛石數(shù)控刀片，CVD金剛石數(shù)控刀片和單晶金剛石數(shù)控刀片。

  

  PCD數(shù)控刀片的耐磨性和刀口品質(zhì)垂直居中，抗腐蝕最爛；CVD數(shù)控刀片的機(jī)械設(shè)備切削性，刀口品質(zhì)和破裂韌性和耐磨性垂直居中，可電焊焊接性最爛；而人造單晶金剛石刀口品質(zhì)，耐磨損性和抗腐蝕最好是。綜合性各種各樣特性得知，人造單晶金剛石數(shù)控刀片在高精密和超精密機(jī)械加工中擁有優(yōu)良的特點(diǎn)，而且大單晶金剛石車床車刀相互配合精密加工數(shù)控車床早已完成最少生產(chǎn)加工外表粗糙度為Ra0.02μm的弧面生產(chǎn)加工。

3　單晶金剛石數(shù)控刀片的發(fā)展前途

  在金剛石數(shù)控刀片領(lǐng)域中運(yùn)用較多的便是金剛石車刀。尤其是單晶金剛石車刀，單晶金剛石車刀面世至今，更促使金剛石數(shù)控刀片在鉆削生產(chǎn)加工行業(yè)中邁上一個(gè)新的階梯。伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，促使金剛石數(shù)控刀片在生產(chǎn)加工品質(zhì)，生產(chǎn)率和增加車刀使用期限層面，也持續(xù)在升級(jí)發(fā)展和轉(zhuǎn)型發(fā)展。例如，過(guò)去舊式數(shù)控車床的特點(diǎn)及價(jià)錢相對(duì)來(lái)說(shuō)較為劃算，促使單晶金剛石合金銑刀十分普遍，但因?yàn)槠溆泻艽蟮挠|碰弧，每一次鉆削時(shí)觸碰弧都比較較長(zhǎng)，進(jìn)而造成的明顯發(fā)燙對(duì)數(shù)控刀片的耐磨性能造成負(fù)面影響。伴隨著社會(huì)的發(fā)展，大家對(duì)生產(chǎn)加工零件的需求進(jìn)一步嚴(yán)苛，金剛石合金銑刀所要用的傳輸輸出功率已無(wú)法達(dá)到鉆削零件的規(guī)定，但這一輸出功率的范疇尤其適用單晶金剛石面車刀生產(chǎn)加工，進(jìn)而在這里一方面促進(jìn)了金剛石面車刀的使用和發(fā)展趨勢(shì)。

  因?yàn)閱尉Ы饎偸瘮?shù)控刀片鏡面玻璃生產(chǎn)加工的獨(dú)特特性，促使在加工行業(yè)具備關(guān)鍵影響力，廣泛運(yùn)用于例如反射鏡片，巡航導(dǎo)彈和火箭隊(duì)的導(dǎo)航欄陀螺圖片，計(jì)算機(jī)硬盤硅片，網(wǎng)絡(luò)加速器射線管等超高精密鏡面玻璃零件的生產(chǎn)加工。單晶金剛石還可用以生產(chǎn)制造骨科，腦外科手術(shù)刀及纖薄微生物切成片刀等醫(yī)療數(shù)控刀片。除此之外，單晶金剛石數(shù)控刀片在民用產(chǎn)品生產(chǎn)加工中的運(yùn)用也日趨普遍，從腕表零件，鋁活塞桿，飾品等的生產(chǎn)到制刷，修容標(biāo)識(shí)牌及稀有金屬鏡面玻璃裝飾設(shè)計(jì)零件的生產(chǎn)加工，其運(yùn)用已進(jìn)到機(jī)械加工制造的許多行業(yè)，擁有普遍的應(yīng)用市場(chǎng)前景。

                                                                                                              劉永奇

                                                                                                              鄭州市華