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單晶鑽石 / Single Crystal Diamond

單晶鑽石為擁有獨立晶體的個體,因此擁有不同的方向性,而方向性的不同,其硬度及耐磨度亦隨之不同,整體來說單晶鑽石擁有高耐磨耗性、高抗破碎性及高化學純度,此外,單晶鑽石擁有極佳的導熱性及熱穩定性,在無氧保護氣中,可承受超過攝氏1,000度。
單晶鑽石可使用於超精密鑽石切削,使其達到鏡面的效果,並能夠產生一致性的表現。

單晶鑽石可分為: 天然鑽石 Natural Diamond

天然鑽石擁有較高的耐磨性,其硬度居其他刀具素材之冠,其硬度為HV 8,000~ HV 12,000,可藉以加工出奈米級的精度及表面粗糙度

CVD(化學氣相沉積)單晶鑽石  CVD(Chemical Vapor Deposition) Synthetic Diamond

化學氣相沉積(CVD)單晶鑽石通常是在低於大氣壓的真空裝置中製備,構成(CVD)單晶鑽石的碳原子來自甲烷等氣體。

CVD單晶鑽石強度高,具有接近於人造單晶鑽石的抗衝擊性能, 且耐磨性好,耐用度比硬質合金高100 倍以上;所以能使被加工物達到更優秀的品質,故廣泛被應用於高科技產業。
人造單晶鑽石  Mono Crystal Diamond

人造單晶鑽石是以高壓的方式製造,硬度僅次於天然鑽石,加工精度及表面粗糙度隨著刀具製作的方式,可達到與天然鑽石的效果。

人造單晶鑽石自1990年後,逐漸取代了天然鑽石,以鑽石切削刀具為例,目前大部分的刀刃材質已被人造單晶鑽石所取代,只留有少部分的刀具,仍需採用天然鑽石。
單晶鑽石適合加工材:
非鐵金屬或非金屬材料。
  • 有色金屬(鋁合金、銅合金及無電解鎳等)
  • 紅外線光學脆性材料(鍺、矽等)
  • 貴重金屬(金、銀等)
  • 高熔點金屬
  • 塑膠/複合材料等。
    (因鑽石與鐵金屬有親和力,以至於鑽石無法加工鐵金屬)
單晶鑽與聚晶鑽的差異
單晶鑽石屬性表
屬性 Property CVD單晶鑽石 人造單晶鑽石
密度 │ Density (g/cc) 3.52 3.52
硬度 │ Hardness (GPa) 85-100 50-100
破裂韌性 │ Fracture Toughness(MPa.m 1/2) 8.5 3.4
楊氏系數 │ Young’s Modulus (GPa) 1000-1100 1000-1100
波森比 │ Poisson’s Ratio 0.07 0.07
抗拉強度 │ Tensile Strength (MPa) 560-1100 (Growth-Nucleation) 1050-3000 (OrientationDependent)
抗折強度 │ Transverse Rupture Strength (GPa) 9.0 9.0
抗壓強度 │ Compressive Strength (GPa) 85-100 50-100
傳熱導率 20°C │ Density (g/cc) 1000-1200 800-1400
熱膨脹係數 │ Thermal Expansion Coerfficient
100°C-250°C(ppm/K)
1.3-2.1
500°C(ppm/K)
2.8-3.0
705°C(ppm/K)
3.5
100°C-250°C(ppm/K)
1.3-2.1
500°C(ppm/K)
2.8-3.0
705°C(ppm/K)
3.5
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