超硬刀具材料指可用作刀具切削加工的超硬材料。目前主要可分為兩大類:一類是金剛石切削(xue)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)；另一類是(shi)立(li)方(fang)氮化硼切削(xue)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)。目(mu)前已經在應用或正在試(shi)驗中的超硬刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)的主要(yao)品種有以下五種。

（1）天然和人工合(he)成(cheng)大(da)單晶金剛(gang)石(shi)

（2）聚晶金剛(gang)石（PCD）和聚晶金剛(gang)石復合刀(dao)片（PDC）

（3）CVD 金(jin)剛石

（4）聚晶立方氮化硼(PCBN)

（5）CVD 立方氮(dan)化(hua)硼涂層(ceng)

       今天先來講前兩種。

       1、天然和人工合(he)成(cheng)大單晶金剛石(shi)

       天然金剛石是無內部晶界的均勻晶體結構，使刀具刃口理論上可達到原子級的平直度與鋒利度，切削能力強、精度高、切削力小。天然金剛石的硬度、抗磨損與抗腐蝕性和化學穩定性保證了刀具的超長壽命，能保證持續長久的正常切削，并減少由于刀具磨損對被加工零件精度的影響，其較高的導熱系數又可降低切削溫度和零件的熱變形。天然大單晶金剛石的優良特性可滿足精密及超精密切削對刀具材料的大多數要求。雖然其價格昂貴，卻仍被公認為是理想的精密及超精密刀具材料，可被廣泛地應用于加工原子核反應堆及其他高技術領域的各種反射鏡、導彈和火箭中的導航陀螺、計算機硬盤基片、加速器電子槍的超精密加工，以及傳統手表零件、首飾、制筆、有包金屬裝飾件的精密加工等。此外，還可用于制造眼科、腦外科手術刀，超薄生物刀片等醫用刀具。當前高溫高壓技術的發展使得制備出具有一定尺寸的大單晶金剛石成為可能。這種金剛石刀具材料的優點在于其尺寸、形狀和性能都具有良好的一致性，這在天然金剛石產品中是不能實現的。由于大尺寸天然金剛石貨源稀缺，價格昂貴，人工合成大顆粒單晶金剛石刀具材料在超精密切削加工方面作為天然大單晶金剛石的替代品，其應用必將會得到迅速發展。

       2、聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石（PCD）和聚(ju)晶(jing)金(jin)剛石復合刀(dao)片(pian)（PDC）

       與大單晶金剛石相比(bi)作為刀具(ju)材(cai)料(liao)的(de)聚(ju)(ju)晶金剛石（PCD）及(ji)聚(ju)(ju)晶金剛石復合(he)刀片（PDC）具(ju)有以下優點:

       （1）晶粒呈無序排(pai)列，各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)，無解(jie)理面。因而它不像大單晶金剛(gang)石那樣在不同(tong)晶面上的(de)強度、硬(ying)度及(ji)耐磨性(xing)有(you)很大的(de)差別，以(yi)及(ji)因解(jie)理面的(de)存(cun)在而呈脆(cui)性(xing)。

（2）具有較(jiao)高的(de)(de)強(qiang)度，特別是PDC刀(dao)具材料由于有硬質合金基體的(de)(de)支撐而具有較(jiao)高的(de)(de)抗(kang)沖(chong)擊強(qiang)度，在(zai)沖(chong)擊較(jiao)大(da)(da)時只會(hui)產(chan)生小晶粒破碎，而不會(hui)像(xiang)單晶金剛石(shi)那樣大(da)(da)塊崩缺，因(yin)而用(yong)PCD或PDC刀(dao)具不僅可用(yong)來精(jing)密切(qie)削加(jia)工和普通半精(jing)密加(jia)工。而且還(huan)可用(yong)作(zuo)較(jiao)大(da)(da)切(qie)削用(yong)量的(de)(de)粗(cu)加(jia)工和斷續加(jia)工（如銑削等），這(zhe)大(da)(da)大(da)(da)擴充了金剛石(shi)刀(dao)具材料的(de)(de)使(shi)用(yong)范圍。

       （3）可制取大塊PDC刀具坯料，滿足大型加工刀具如銑刀的(de)需要。

       （4）可以制成(cheng)特(te)(te)定形(xing)狀以適應于不同加工的(de)(de)需要(yao)。由于PDC刀具(ju)坯料大型化和加工技術(shu)(shu)如電火花、激光切(qie)割技術(shu)(shu)的(de)(de)提高，三角形(xing)、人字形(xing)、山墻形(xing)以及其他各種異(yi)形(xing)刀坯均可加工成(cheng)形(xing)。為適應特(te)(te)殊切(qie)削刀具(ju)的(de)(de)需要(yao)還可設計成(cheng)包裹式(shi)、夾芯(xin)式(shi)與花卷式(shi)PDC刀具(ju)坯料。

       （5）可(ke)以(yi)設計(ji)或預測產品的(de)(de)性能，賦(fu)予產品必要(yao)的(de)(de)特點以(yi)適應它的(de)(de)特定用途。如選擇細粒度(du)的(de)(de)PDC刀具(ju)材(cai)料可(ke)使刀具(ju)的(de)(de)刃口質量提高；粗(cu)粒度(du)的(de)(de)PDC刀具(ju)材(cai)料可(ke)使刀具(ju)的(de)(de)耐用度(du)提高等。

       總(zong)之，隨著PCD、PDC刀具材料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)研究進(jin)展，PCD、 PDC刀具的(de)(de)應用已(yi)迅速擴展到(dao)許多制造工業(ye)領域，廣泛(fan)應用于有色金(jin)(jin)(jin)屬（鋁、鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、銅、銅合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、鎂合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、鋅合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)等(deng)）、硬質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、陶(tao)瓷(ci)、非(fei)金(jin)(jin)(jin)屬材料(liao)(liao)(liao)（塑(su)料(liao)(liao)(liao)、硬質(zhi)橡膠、碳棒、木(mu)材、水泥制品(pin)(pin)等(deng)）、復(fu)合(he)(he)材料(liao)(liao)(liao)（如纖(xian)維增強塑(su)料(liao)(liao)(liao)CFRP、金(jin)(jin)(jin)屬基復(fu)合(he)(he)材料(liao)(liao)(liao)MMCs等(deng)）的(de)(de)切(qie)削加工，尤其是在汽(qi)車(che)和木(mu)材加工工業(ye)，已(yi)成為傳(chuan)統硬質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)高性能替代產(chan)品(pin)(pin)。  

       本期(qi)文章僅為(wei)上半部分，下期(qi)知識科普我們(men)會繼續講述其他三種(zhong)超硬刀(dao)具的性能特點，感興(xing)趣(qu)的朋友記(ji)得關注！