单晶金刚石:单晶金刚石分天然单晶金刚石和人造单晶金刚石
(1)天然单晶金刚石:英文全称natural diamond,简称:ND。天然金刚石约98%属于la型氮[N](~2500ppm)天然金刚石的形成大部分是在至少25亿年的岩石中产生,而且大约在140~200公里的地底下形成,在这个深度下的强大压力(每平基叶150万磅)和极高温度(约2800℃)造成稀有的碳原子紧密的聚集在一起,而形成的晶体结构。经过火山爆发,强烈的能量猛烈推挤含有金刚石的古老岩石,然后迅速的被岩浆或熔解的石头带到地面。由于金刚石拥有高硬度、高耐磨耗与高热传导系数,因此很早被应用到切削工具之上,近年来科技进步,对加工质量与被加工物误差的要求,金刚石材料的特性被广泛的应用在光学元件的加工。
(2)人造单晶金刚石
人造单晶—高温高压法:人造单晶金刚石属于lb型单结晶合成金刚石之一,氮[N]多为分散或固溶状态存在于晶体内部,人造单晶金刚石顾名思义是由人工合成的,在一个无氧且高温(1000℃以上)高压(500兆帕)的环境里合成的,由于拥有和金刚石相当的高硬度、高耐磨耗与高热传导系数。高温高压法合成的单晶刀具,一般为黄色。
由于和金刚石同属于单结晶体,无晶界的性质可以制造出非常锋利的刀刃质量,是其他材料无法达到的境界,长久以来被应用在制作超精密加工的金刚石刀具,抛光工具和耐磨元件。人造单晶金刚石目前最大尺寸可达8mm.
人造单晶—化学气相沉积法:英文全称Chemical Vapor Deposition,简称:CVD。属于lla型金刚石型单结晶合成金刚石之一,氮[N ]<1ppm,[B]<0.05mm,CVD合成单晶金刚石的制程环境是在氢碳之混合气的腔体中,利用化学气相沉积法(CVD)来合成出来的,一般为无色透明晶体。
这是一种超高技术所合成出来的高质量单晶金刚石,可做到完全无色透明,几乎没有任何杂质,拥有更高质量的加工表面,同时如果在生长过程中有选择的通入掺杂气体,便可以制备出多种有色金刚石。
多晶金刚石
(1)PCD:英文全称Polycrystalline diamond,简称PCD,中文名称:聚晶金刚石。是利用天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂(其中含钴、镍等金属)按一定比例,在高温(1000~2000℃)、高压(5~10万个大气压)下烧结而成固定直径和厚度的PCD复合片,之后经过切割,焊接、刀磨等工艺,制成PCD刀具,广泛用于汽车、航空航天、3C等行业。
通常情况下,PCD复合片的层厚约为0.3~1.0mm。可制成PCD刀片,PCD车刀,PCD铣刀,PCD铰刀,PCD钻头等结构形成。
(2)CVD:英文全称Chemical Vapor Deposition,简称CVD,中文名称:化学气相沉积法。是在含碳气体和氧气的很合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解,形成活性金刚石碳原子,并在集体上沉积交互生长成聚晶金刚石,不含任何金属或非金属添加剂,其性能与天然金刚石十分接近。
CVD金刚石刀具具有CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD厚膜刀具之分:
其中CVD金刚石薄膜涂层可沉积在任何形状的基体上,因此CVD金刚石薄膜易于制造复杂型面刀具,如钻头、立铣刀、带断屑槽的金刚石刀片等。
CVD金刚石厚膜刀具时采用等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚石膜,获得独立的金刚石厚膜(0.3~0.3mm),之后通过焊接工艺,将CVD金刚石厚膜焊接到硬质合金或其他材质的基体上,从而形成CVD金刚石厚膜刀具或刀片,具体成型工艺如下图: