過化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝在鎢硬質(zhì)合金刀具上涂覆金剛石涂層，可以產(chǎn)生無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。
　　化學(xué)氣相沉積金剛石保留了天然金剛石的屬性。其超高硬度和彈性模量保障了非常高的尺寸穩(wěn)定性及耐磨性。和天然金剛石一樣，化學(xué)氣相沉積金剛石的摩擦系數(shù)很低，因此切削力和功耗很低，摩擦發(fā)熱很低，切割時(shí)可以防止積屑瘤的形成。
　　這些防腐涂層在用于切割腐蝕性聚合物諸如用于復(fù)合材料的酚醛樹脂等時(shí)具有很長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)，它們還可以防止切削液產(chǎn)生的腐蝕性損壞。
　　金剛石涂層刀具擅長(zhǎng)于加工研磨性非金屬材料、有色金屬及研磨性有色金屬等。但是，金剛石與含有鐵、鎳或鈷等的金屬合金產(chǎn)生化學(xué)非穩(wěn)定性限制了這種涂層刀具在有色金屬合金及超耐熱合金切削中的使用。
　　
　　晶體化學(xué)氣相沉積金剛石
　　有很多涂層被稱作金剛石，但是化學(xué)氣相沉積金剛石是唯一采用100%真正金剛石晶體的涂層。
　　金剛石由純碳原子組成，以一種特有的晶體方位排列，從而擁有獨(dú)特的物理性能。在9,000~10,000維氏硬度上，晶體金剛石的硬度幾乎為非晶體、類金剛石涂層（DLC）的兩倍。
　　非晶體金剛石，或者稱類金剛石涂層，是用物理氣相沉積（PVD）工藝涂覆的碳薄膜。這些薄膜比化學(xué)氣相沉積工藝涂覆的金剛石薄膜薄。
　　它們沒有晶體結(jié)構(gòu)，壽命一般為化學(xué)氣相沉積金剛石涂層刀具的10-15%。
　　與刀具上涂覆金屬燒結(jié)多晶金剛石（PCD）形成金剛石刀尖不同，化學(xué)氣相沉積晶體金剛石涂層可以使整個(gè)刀具表面（包括帶有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的刀具在內(nèi)）受到超硬材料的保護(hù)。能夠涂覆此類獨(dú)特幾何結(jié)構(gòu)使化學(xué)氣相沉積金剛石涂層刀具具備比多晶體金剛石刀具更顯著的優(yōu)勢(shì)，制作后者的磨削成本非常高。
　　帶有金屬-氮化物的物理氣相沉積涂層，諸如氮鋁化鈦（TiAlN），其微觀硬度只有晶體金剛石的1/3。
　　化學(xué)氣相沉積金剛石涂層鉆頭與刀尖多晶金剛石鉆頭相比所具備的優(yōu)點(diǎn)在碳纖維鉆削應(yīng)用中得到了充分展現(xiàn)，并將單孔成本降低了70%以上?；瘜W(xué)氣相沉積的多層金剛石鉆頭在出現(xiàn)毛刺和分層現(xiàn)象之前可以在復(fù)合材料中加工300個(gè)通孔，而PCD刀尖鉆頭卻只能加工150個(gè)通孔。
　　晶體金剛石是在熱絲化學(xué)氣相沉積過程中形成的，這種過程的時(shí)間為20-40小時(shí)。該過程中所采用的溫度1,500°F (815.5℃)可以防止除整體硬質(zhì)合金以外的東西被涂敷，精確的預(yù)處理過程需要采用6%等級(jí)的硬質(zhì)合金來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳粘附。
　　不經(jīng)過預(yù)處理，金剛石與滲碳硬質(zhì)合金之間幾乎沒有任何化學(xué)鍵。但是，金剛石可以嵌入粗糙地硬質(zhì)合金表面，并通過硬質(zhì)合金和金剛石的機(jī)械互鎖作用而粘附到表面上。
　　含鈷10%的刀具可以進(jìn)行涂層處理，但是為實(shí)現(xiàn)良好粘附而需要額外處理使涂敷過程花費(fèi)昂貴。在各大公司努力提高沉積率并開發(fā)新的預(yù)處理方式的同時(shí)，涂層技術(shù)本身也取得了重大進(jìn)步。
　　
　　多層金剛石
　　金剛石刀具涂層LLC（www.diamondtc.com）公司的總裁Roger Bollier說(shuō)：“起初，在刀具上只能形成單層多晶金剛石。”
　　Bollier說(shuō)：“但是最近所取得的技術(shù)進(jìn)步使得可以形成納米級(jí)晶體金剛石。納米級(jí)晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生非常光滑的表面并保持尖銳的刀刃，可以大大減少在加工碳纖維復(fù)合材料時(shí)的分層現(xiàn)象。”
　　他補(bǔ)充說(shuō)：“將多晶和納米級(jí)晶體金剛石結(jié)合成互鎖層可以形成最好的金剛石涂層，而多層金剛石涂層已經(jīng)成為所有有色金屬材料涂層的一種選擇。”
　　納米級(jí)晶體金剛石的多層提高了涂層的斷裂韌性。此外，亞微米晶體的微晶粒結(jié)構(gòu)可以在切削刃上形成光滑的表面，用于加工出精細(xì)的表面光潔度，這樣在加工粘性有色金屬時(shí)，可以降低積屑瘤的形成。這些涂層還可以在干式或用最少潤(rùn)滑加工鋁合金時(shí)延長(zhǎng)刀具壽命。
　　所有涂層的一種共同故障是裂紋。那種高而獨(dú)立的多晶金剛石結(jié)構(gòu)趨向于沿直接進(jìn)入基體的斷裂線產(chǎn)生裂紋。一旦涂層出現(xiàn)這種問題，整個(gè)涂層就都會(huì)剝落。
　　但是，納米級(jí)晶體金剛石卻以與基體呈45度角的方式產(chǎn)生裂紋。交錯(cuò)的多晶和納米金剛石晶體層不斷改變?cè)诩庸み^程中形成的裂紋其方向，從而將金剛石涂層的壽命提高40%。
 

　　金剛石涂層刀具壽命
　　金剛石涂層刀具的壽命與被切割材料、切割速度、進(jìn)給速度以及零件幾何結(jié)構(gòu)等有關(guān)。
　　一般地，石墨金剛石涂層刀具比不帶涂層的鎢硬質(zhì)合金刀具的壽命長(zhǎng)10-20倍。因此，利用它們，可以進(jìn)行無(wú)人看管加工，用一把刀具可以完全加工多個(gè)工件。大大減少磨損及刀具的重新校正。
　　在復(fù)合材料應(yīng)用中，獲得較長(zhǎng)壽命并非罕見。對(duì)于高密度纖維玻璃、碳纖維及G10-FR4，有報(bào)道稱，金剛石涂層刀具的壽命為不帶涂層的鎢硬質(zhì)合金刀具壽命的70倍。
　　由于對(duì)刀具涂覆金剛石需要很長(zhǎng)時(shí)間，因此為實(shí)現(xiàn)具有良好粘附力的金剛石涂層刀具所需進(jìn)行的預(yù)處理過程成本高昂。
　　盡管金剛石涂層刀具成本為高質(zhì)量硬質(zhì)合金刀具的5倍左右，但是它們卻大大降低了整體生產(chǎn)成本，因?yàn)樗鼈兙哂袕V泛的操作范圍和很長(zhǎng)的使用壽命。例如，有一家汽車制造廠在加工高密度纖維玻璃時(shí)，通過用可以加工750個(gè)零件、價(jià)值150美元的金剛石涂層立銑刀代替可以加工15個(gè)零件價(jià)值15美元的立銑刀，生產(chǎn)率大大提高。這種做法為公司每年節(jié)省了60多萬(wàn)美元。
　　隨著航空業(yè)制造商越來(lái)越多地使用復(fù)合材料，工程師們意識(shí)到，將金剛石涂層與適應(yīng)特定應(yīng)用場(chǎng)合的刀具幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)組合可以提供最有效的加工解決方案。
　　復(fù)合材料，諸如高密度纖維玻璃、碳纖維及G10-FR4等很容易磨損。若對(duì)刀具不進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，那么這些材料的磨損有可能降低金剛石薄膜在硬質(zhì)合金上的粘附性。
　　在一個(gè)航空應(yīng)用中，國(guó)防制造和加工中心（NCDMM）及金剛石刀具涂層LLC公司為加工西考斯基（Sikorsky）黑鷹直升機(jī)中的驅(qū)動(dòng)軸（由一個(gè)內(nèi)部鈦襯體、一個(gè)IM7碳纖維管和一個(gè)外部鈦端接頭組成的）提供了一個(gè)“單刀”解決方案。這種金剛石涂層刀具可以加工出高質(zhì)量孔，加工成本只有PCD刀具的幾分之一。
　　在另一個(gè)應(yīng)用中，NCDMM和金剛石刀具涂層公司開發(fā)了一種用于加工（洛克希德-馬丁導(dǎo)彈和火力控制公司的）高精度瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的金剛石刀具。由于在研磨性應(yīng)用中，刀具磨損非常嚴(yán)重，因此洛克希德此前很難實(shí)現(xiàn)很高的精度。在其他涂層發(fā)生剝落的應(yīng)用場(chǎng)合，化學(xué)氣相沉積金剛石涂層卻大大提高刀具壽命和零件加工質(zhì)量。。
　　
　　如何形成金剛石涂層
　　金剛石涂層是在真空室中采用氫氣和甲烷形成的。通常，這些氣體是以50：1的比例加到真空室中，以氫氣為主。真空室內(nèi)的高溫元素會(huì)引起沉積過程的發(fā)生。例如， sp3 Inc. (www.sp3inc.com)采用加熱到大約2,200℃的細(xì)絲來(lái)將甲烷離解為碳和氫。然后，碳原子形成晶核，并生長(zhǎng)成微細(xì)的金剛石晶體，隨著時(shí)間的推移，這些微細(xì)晶體會(huì)形成連續(xù)的金剛石薄膜。金剛石緩慢生長(zhǎng)，每小時(shí)大約0.5~1.0微米。
　　在刀片上培養(yǎng)40微米的薄膜幾乎需要兩天的時(shí)間，大部分圓刀需要一個(gè)晚上的時(shí)間進(jìn)行涂敷。