超硬刀具的金剛石、超硬材料的特性與作用
眾所周知，金剛石材料的成分是碳，金剛石與鐵系有親和力，切削過程中，金剛石的導熱性優越，散熱快，但是要註意切削熱不宜高於700度，否則會發生石墨化現象，工具會很快磨損。因為金剛石在高溫下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等會發生反應，與黑色金屬(鐵碳合金)在加工中會發生化學磨損，所以，金剛石不能用於加工黑色金屬只能用在有色金屬和非金屬材料上，而CBN即使在1000度的高溫下，切削黑色金屬也完全能勝任。已成為未來難加工材料的主要切削工具材料。壹般超硬材料指的是人造金剛石、人造CBN。這兩種材料的同時存在，起到了互補的作用、可以覆蓋當前與今後發展的各種新型材料的加工，對整個切削加工領域極為有利。 金剛石燒結體（PCD）的出現，在許多方面代替了天然單晶金剛石。PCD與天然金剛石比較，價格便宜，且刃磨遠比天然金剛石方便，所以其應用、推廣特別迅速。在大量湧現的新材料中，大部分都是難加工材料，如高矽鋁合金，汽車發動機的活塞大量采用這種材料。壹般，含矽量低於10%的鋁合金，用硬質合金切削工具即可，但含矽量超過10%,就只能借助PCD。當前采用的高矽鋁合金含矽量均在12%以上，有的已達18%以上，所以非PCD莫屬。
但是，由於PCD的種類很多，有合理選擇的必要。其粒度、濃度等都會影響到硬度、耐磨性等性能。因此，在應用中也必須根據被加工材料的種類。硬度等特性來考慮合理的各種參數。PCD在國內外的生產已十分普及，但是質量有較大的差異，因此在價格上出入很大。 立方氮化硼燒結體（PCBN）是CBN顆粒與結合劑壹起燒結而成，硬度僅次於金剛石，與黑色金屬無親和力。但是，PCBN不適於切削壹般的鋼件。PCBN刀具材料性能如下：
（1） 具有較高的硬度和耐磨性。
BN晶體結構與金剛石相似，化學鍵類型相同，晶格常數相近，因此具有與金剛石相近的硬度和強度。CBN微粉的顯微影度為HV8000-9000，其燒結體PCBN的硬度為HV3000-5000。
（2） 具有很高的熱穩定性。
CBN的耐熱性可達1400-1500℃，PCBN在800℃時的硬度還高於陶瓷和硬質合金的常溫硬度。
（3） 具有優良的化學穩定性。
由於PCBN耐高溫，在大氣和水蒸氣中，在900℃以下無任何變化 且穩定，甚至在1300℃時，和Fe、Ni、Co等也幾乎沒有反應，更不會像金剛石那樣急劇磨損，這時它仍能保持硬質合金的硬度，因此，它不僅能切削淬火過的鋼零件或冷硬鑄鐵，而且能被廣泛應用於高速或超高速的切削工作上。
（4） 具有較好的導熱性。
在各類刀具材料中，CBN的導熱性僅次於金剛石，大大高於硬質合金，而且隨著溫度的升高，PCBN的導熱系數是增加的。
（5） 具有較好的摩擦系數。
與不同材料間的摩擦系數CBN為0.1-0.3,硬質合金為0.4-0.6,隨著切削速度的提高, 摩擦系數是減小的。 CVD、PVD等技術的出現，是切削工具領域中的壹次重大的革命。它的出現立即引起了機械制造領域的巨大反響，理想的切削工具應當是既有硬的表面，又有高的韌性，塗層技術便達到了這個目標。
最早的塗層材料都是陶瓷性質的物質，如TiN、TiC、Al2O3等，近年來，塗層技術又有了很大的發展。超硬材料塗層正在得到全面應用，許多產品相繼出現在市場上。超硬材料塗層的發展，使整個現有的切削工具的性能都明顯得到了提高，面對當前大量湧現的難加工材料，這些新發展的塗層技術將有巨大的適應能力，前景相當喜人?br> 超硬材料塗層的種類***有三大類，即類金剛石、金剛石和CBN。這些塗層材料均為純金剛石或純CBN,所以硬度與沈積的材料是相同的，和PCD與PCBN相比，因不含結合劑，所以硬度、耐磨性等均有較大的提高。
金剛石塗層和CBN塗層的性能與原材料是相同的，只是薄膜而已，使用時與陶瓷塗層類同。 金剛石薄膜的合成技術和應用研究在全球範圍發展極為迅速，形成了"金剛石薄膜熱"。在這十多年內，氣相合成的方法發展到二十多種，壹般沈積的速度每小時只1～2um,如何加快沈積速度壹直是人們研究的課題。在近期沈積速度發展到了100um/h以上，最高達到930um/h。我們稱之為厚膜金剛石。厚膜金剛石是純金剛石，其硬度接近天然金剛石，而PCD、PCDN是金剛石粉與結合劑混合在壹起燒結而成，因此硬度受到結合劑的影響，其硬度不如前者。我國已成功地掌握了這門技術，最大的沈積厚度達到了2.3mm。現在已商品化，進入了國際先進行列。
厚膜金剛石不同於PCD之處是沒有結合劑，是純金剛石，所以它的硬度高得多，與天然金剛石不同，它具有各向同性，成本低，因此在許多方面將取代PCD。用作拔絲模將是均勻磨損，因此拔絲的線材質量明顯優於天然金剛石模具。如果沈積質量進壹步提高，在超精密加工中也有取代天然金剛石的可能，因此頗受超精密領域的重視。
總之，金剛石和超硬材料由於性能優越，應用不斷地在擴大，已從金屬加工發展到了光學玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等傳統加工難進行的領域，對各種工業的發展將起到巨大的推動作用，前景十分廣闊。