聚晶金剛石（PCD）刀具和立方氮化硼（CBN）刀具為難加工材料的切削難題提供了解決方案。對切削刀具材料中這兩種先進概念刀具的加工挑戰已盡人皆知。不同設計的CBN刀具被用於對淬硬黑色金屬進行連續或斷續切削，以及切削加工焊接金屬和複合金屬。而PCD刀具被廣泛應用於銑削有色金屬、複合材料、塑料以及極其難加工的超級合金。
選擇恰當的刀具材料取決於對以下各種因素的綜合考慮：金屬的硬度或材料的種類；切削加工的性質（連續切削、輕載或重載斷續切削）以及採用的加工工藝（如單點車削或銑削）。其他一些加工工藝（如鑽削、鉸削和切斷加工）也可以通過正確應用刀具技術而獲益。
PCD複合片是在高溫高壓下利用金屬基粘結劑對金剛石顆粒進行燒結而生產出來的。德國DiaCut 通過雷射進行切割PCD刀尖，形成3D斷屑槽並焊接到硬質合金或鋼基體上形成PCD刀具，這種刀具在高速加工有色金屬（如鋁）以及高磨蝕性合成材料和塑料時特別有效，解決了客戶加工這類材料時最惱人的斷屑問題。
圖1：DiaCut帶三維斷屑槽的PCD刀片
立方氮化硼（CBN或PCBN）是一種人工合成材料，其硬度僅次於金剛石，具有良好的高溫穩定性（在加工淬硬黑色金屬和超級合金材料時，會產生很高的溫度）。CBN刀片被廣泛應用於硬材料（如鑄鐵）的車削加工，由於具有更高韌性的CBN牌號以及專用刀柄的開發，CBN刀片也被應用於銑削加工。可替代磨削的硬車削加工得益於工具機技術的進步，尤其是CNC車削中心剛性和功率的提高。
山特維克可樂滿公司已確定了持續開發CBN和採用金剛石刀尖的金屬切削刀具的目標，這要歸功於對Diamond Innovations（DI）公司的收購以及其母公司山特維克工具集團（Sandvik Tooling Group）。山特維克美國公司總裁Rick Askin解釋說，此次收購就是考慮通過將DI公司在CBN和PCD領域的專業技術與山特維克可樂滿在硬質合金刀具和材料界面領域的專業技術和研究成果結合起來，開發新型刀具。
DI公司是一家開發工業用人工合成金剛石的著名先驅企業。人工合成金剛石是生產PCD和CBN產品的基礎材料。除了金屬切削刀具以外，人工合成金剛石還可用於磨削、鑿巖、金屬拉絲模、拋光以及其它需要超硬材料工具的應用領域。
Askin解釋說，從切削加工的觀點來看，在採用PCD或CBN刀尖作為切削刃的刀具中，約有95%是以硬質合金作為基底的。有許多屬性會影響刀具的性能，一方面是PCD或CBN的性能，另一方面是硬質合金的性能，此外還有PCD與硬質合金界面的性能。這就給予我們一個巨大的機遇，可利用我們在硬質合金、金剛石技術以及控制金剛石與硬質合金間界面等方面的專業技術來開發金剛石刀具。
山特維克可樂滿公司的材料牌號開發專家Doug Evans介紹說，「隨著航空工業和能源工業的快速發展，對材料的要求已經改變了我們開發創新和管理超過25000種產品的方式。對整個製造過程（從生產聚晶金剛石和CBN材料到加工出最終成品）的控制能力使得我們能夠為用戶提供真正提高了性能的產品。」
DI公司的產品覆蓋了廣泛的應用領域，其中包括：
用於磨削加工淬硬工具鋼、模具鋼、合金鋼以及鎳基和鈷基超級合金的氮化硼CBN；
用於加工黑色金屬（包括珠光體鑄鐵、鉻鎳鐵合金、淬硬鋼、粉末金屬、表面硬化合金和超級合金）的BZN複合片刀坯和刀片；
用於精加工鋁、塑料、貴金屬、綠色陶瓷、石墨及石墨複合材料，以及用於斷續切削陶瓷、粗加工金屬基複合硬質合金（MMC）、切削難加工材料（如玻璃纖維、MMC以及木質層壓材料）的各種不同牌號的Compax金剛石刀坯（PCD）。
隨著CIMtek集團開發的TiroWave系列PCD和CVD刀具引進了三維斷屑器和整齊平直的切削刃，採用雷射對具有金剛石刀尖的刀具進行加工獲得了新的用武之地。CIMtek集團的合伙人Brian Nowicki介紹說，採用雷射切割，能在刀片上加工出四種斷屑器中的一種。該系列斷屑器適用於從精加工到重載粗加工的加工範圍。通過對斷屑器進行優化，可將切屑分斷為通常在加工鋼時才能得到的6－9種屑形，甚至在加工最難加工的鋁時，也能獲得可控的細小切屑。
據稱，在加工鋁合金時，TiroWave系列PCD刀具的壽命可比常規刀具提高10倍，且該刀具非常適合加工鎂合金、所有的黑色金屬、複合材料、增強型塑料和採用磨蝕性粘結劑的材料。
採用七軸雷射加工技術，位於奧地利因斯布魯克的Tiro Tool公司還能生產CVD厚膜金剛石刀具。CVD厚膜金剛石可以切割成形並像PCD刀尖那樣焊接在刀頭上。不同之外在於，CVD厚膜的金剛石純度為99.9%，而PCD的金剛石純度為90%。CVD金剛石膜的厚度可達1－2mm，而且是一塊整體材料，可以製成所需要的刀具形狀。據稱，這種新型CVD金剛石材料的硬度比PCD幾乎高出50%，因此只能採用Tiro公司的雷射技術進行加工。在歐洲的加工驗證結果表明，CVD厚膜金剛石刀具的壽命可比PCD刀具提高7倍。該刀具在IMTS展會上被引入美國，適用範圍為車削、鑽削、鉸削和沉孔加工刀具，包括航空工業加工複合材料所需的刀具。
由於採用了雷射加工，TiroWave刀具可以獲得更規則整齊的表面，無論用於粗加工還是精加工，都可以獲得更高的表面光潔度，並能防止切削材料粘結在切削刃上。TiroWave可提供ANSI和ISO標準刀具，包括80°、55°、35°刀片，方形刀片、三角形刀片和圓刀片。該技術也適用於鑽頭、立銑刀和可轉位面銑刀。
伊斯卡公司確定的硬材料包括硬度範圍HRC55－68的淬硬鋼和冷硬鑄鐵，這些材料是汽車工業生產軸承和加工模具常用的典型材料。
加工硬材料的難度各不相同，取決於其硬度及硬化層的深度（加工表面硬化材料時），以及工件材料的微觀結構。成功的加工來源於工件的剛性和幾何形狀與工具機剛性及其振動阻尼特性的良好結合。
伊斯卡公司先進的刀具材料覆蓋了多種加工領域，如採用CBN、陶瓷和亞微米顆粒基體（通常塗覆專用塗層），對硬材料進行各種斷續切削（銑削、切斷和鑽削）和連續切削（車削和螺紋加工）。採用各種刀具幾何結構和斷屑槽成為提高加工表面質量、延長刀具壽命和提高生產率的必然途徑。
伊斯卡公司認為，根據加工經驗，如果黑色金屬材料的硬度範圍在HRC55－68，且硬化層深度大於需要切除材料的深度，採用CBN刀具是最佳選擇。伊斯卡公司可以提供5種CBN牌號，以滿足廣泛的加工需求，其中包括：
高CBN含量牌號（IB90和IB85）：推薦用於高速切削鑄鐵和斷續切削（或粗加工）淬硬鋼。在刀具的硬度與磨損率（韌性和承受斷續切削引起的衝擊載荷的能力）之間，需要平衡兼顧。
低CBN含量牌號（IB55和IB50）：更適合用於半精加工和精加工。刀片刃部的形狀決定了在工具機和工件剛性的限制範圍內所能達到的表面質量。例如，刀片可設計為在ISO標準刀片上焊接CBN刀尖的形式，刀片可分為三角形、菱形、方形和圓形，也可採用伊斯卡的GRIP刀片。
由於多種因素，PCD和CBN刀具的價格都比較昂貴，這一事實要求在考慮一些加工方案時，必須進行認真分析。在設計無人值守的大批量加工（尤其是在要求刀具壽命較長、停機時間較短的汽車工業）時，採用PCD和CBN刀具通常是不錯的選擇。
三菱材料美國公司的產品專家Chris Wills解釋說，該公司開發的「虛擬刀具報告」可用於評估任何刀片（不只是CBN刀片）的成本效率。它主要用於幫助用戶評估任意一種刀片的價值，而在評估CBN刀片在降低實際加工成本（它比刀片的初始成本更重要）方面的價值時尤其有用。
Wills說，該公司正在對CBN刀具相對於陶瓷刀具或硬質合金刀具進行加工成本對比和評估。加工範圍從高溫合金到高硬金屬，包括汽車工業對鑄鐵零件和日益增多的粉末冶金零件的連續和（或）斷續切削。對於鋼件的加工，則需要採用新的斷屑槽，尤其是在自動化加工條件下（如採用棒料輸送裝置和門架式進料系統），由切屑造成的表面缺陷可能會損害零件的質量。
住友電工硬質合金公司拓展了其BNC系列PCBN刀具牌號，用於高速加工硬度高於HRC45的合金鋼，以及加工鑄鐵和特殊材料。該公司的四種陶瓷塗層牌號採用了三種切削刃處理方式。
住友公司的Rich Maton指出，儘管CBN已是一種比較成熟的刀具材料，但對於PCBN刀具的加工應用來說，塗層、切削刃製備以及斷屑槽都非常重要。典型的汽車零件車削加工包括車軸、環、小齒輪、各種驅動軸、軸承蓋等類似零件。其它加工對象還包括汽缸體、汽缸蓋和模具等。
BNC300是住友推出的一種新牌號，它將PCBN基體與金色TiAlN陶瓷塗層相結合，在連續和斷續車削淬硬鋼時延可長刀具壽命。為了提高強度，所有的刀尖都是單獨焊接的。Maton說，切削刃的製備對於PCBN刀具的加工特別關鍵，我們增加了三種不同的切削刃製備方式（輕度，標準，重度），取決於所選的BNC刀具系列。
BNC系列刀具的覆蓋範圍從用於精加工和輕度斷續切削的高耐磨牌號BNC100，到用於精加工的高抗碎裂牌號BNC300（既可用於連續切削也可用於斷續切削）。BNC200牌號推薦用於滲碳感應淬硬軸承鋼的中速加工；而BNC160牌號是為要求表面粗糙度值較低（0.406 m）的特殊加工而開發的。
住友公司還推出了具有優異耐磨性和韌性的PCD刀具——Sumidia DA 1000，該牌號採用了NF型複合片，與以前的PCD複合片相比，其切削長度相同，但厚度只有一半。DA 1000牌號將只提供經濟型刀尖（PCD複合片較薄），作為一種經濟型刀具，可供醫療、航空、農業和汽車等行業加工非鐵類零件。
萬耐特（Valenite）公司為加工硬度範圍HRC45－62的鋼和合金而提供的ValEDGE硬材料車削系統包括全系列的CBN和陶瓷刀片。該公司應用工程師Darrell Johnson推薦根據加工條件進行特定的切削刃製備。「由於加工條件各不相同，因此必須對牌號和參數相同的刀具進行不同的切削刃製備試驗，以觀察是否能提高刀具壽命、減少月牙窪生成乃至改善斷屑性能（儘管改善斷屑性能的可能性不大）」。該公司提供的CBN刀尖焊接刀具對切削刃進行了輕度鈍化，其中既有用於輕載切削和可減小切削力的0.13mm×15°T型刀片，也有用於常規加工的0.13mm×25°刀片。
Lach Diamond公司的Jason Lindsey介紹說，與加工鋁合金一樣，採用PCD刀具加工複合材料已成為發展最快和最具挑戰性的加工工藝。諸如碳纖維、石墨、綠色陶瓷、玻璃纖維，以及更難加工的材料（如凱夫拉爾纖維），都對精密加工提出了挑戰。
Lach公司為複合材料的無毛剌切削加工提供了5種採用專利設計的周邊銑削立銑刀。該公司的Z型立銑刀是一種用於周邊粗銑加工的玉米芯型銑刀，其特點是所有PCD刀尖的分布，其剪切角在直到端齒的全程上都是變化的，該刀具既適用於插銑，也可用於非插銑加工。
Lach公司的金剛石複合片整體式面銑刀和直角銑刀用於鋁合金的面銑加工，該刀具無需過多調整即可安裝在加工中心上使用。PCD金剛石刀尖被焊接在鋼製刀體上，每個刀齒之間都有內冷卻孔，刀齒的外圓經精磨後處於同一個切削平面上用PCD刀具進行加工的關鍵要素之一是具有鋒利的切削刃。英格索爾（Ingersoll）刀具公司的材料經理Robert Sullivan介紹說，實現這一點的基本手段是採用放電加工（EDM）、釺焊和磨削。PCD刀具對於鋁合金零件（如汽車發動機墊圈或變速器箱蓋）的大批量加工非常有效。此類加工主要關心加工的經濟性，因此要考慮換刀及相關的停機時間。英格索爾面銑刀的直徑範圍為76－381mm，用於加工發動機缸蓋、變速箱體，以及加工用於放電加工的石墨電極。
瓦爾特（Walter）美國公司既生產PCD刀具，也生產CBN刀具。該公司的Matthias Goetze表示，CBN刀具在硬車削方面的優勢包括較長的刀具壽命、較低的單件成本以及可減少停機時間。該公司的PCD刀具約有90％是非標專用刀具，而CBN刀具中約有80％是標準刀具。
瓦爾特公司為汽車工業（尤其是為低矽鋁合金工件的加工）開發了PCD刀具用斷屑槽，以便在加工汽車零件（如ABS殼體）以及航空零件時更好地控制切屑。該公司還提供兩種不同的PCD刀具，一種用於加工矽含量小於12％的鋁合金，另一種用於加工矽含量大於12％的鋁合金。2008年，瓦爾特還在美國Waukesha工廠建立了刀具重磨和翻新服務中心，以支持其用戶的PCD刀具更換刀尖和重磨。
埃莫克（Emuge）公司提供了採用PCD和CBN切削刃的超硬立銑刀擴展系列。據稱，該立銑刀在加工各種材料時，其刀具壽命超過傳統硬質合金立銑刀50倍以上，可加工材料包括高磨蝕性的非鐵材料，如石墨、高矽鋁合金、纖維增強型合成材料、銅合金等。該刀具的特點為採用內冷卻設計，以清除粉塵和切屑。埃莫克的PCD和CBN立銑刀採用常用的球頭、環面和平頭設計，尺寸從4mm到12mm。
山高（Seco）刀具公司認為，銑削是一種加工條件惡劣的加工方式，常常涉及大量的斷續切削。因此，必須合理選擇用於銑削的PCBN牌號。典型的加工包括銑削灰鑄鐵（如汽車發動機的缸體、缸蓋、箱體等）以及某些工具鋼。
山高公司選擇PCBN銑削刀具的原則是：PCBN刀片的主要性能——韌性、耐磨性和熱硬性——取決於晶粒尺寸、CBN含量和結合劑。車削刀片與銑削刀片的主要區別在於晶粒尺寸。為了提高韌性，用於銑削的PCBN刀片通常應具有較小的晶粒尺寸。同時，晶粒尺寸、CBN含量和結合劑必須保持平衡，以保持刀片較好的耐磨性和熱硬性。
山高公司的銑刀片可用於許多為PCBN專門設計的面銑刀和方肩銑刀。這些負角銑刀採用了直徑63.5－203mm的整體PCBN刀片。方形和圓形刀片用於面銑刀，而三角形刀片用於方肩銑刀。對於那些必須保持較低刀具壓力以及不能使用負角刀片的加工，山高還有採用整體或整面正角刀片的正角銑刀。這些刀片只有一面可以使用。通過使用近整體刀片，可使每個刀片的切削刃數量最大化。整體PCBN圓刀片用於面銑精加工時，每一邊至少有15個切削刃可用於切削。
在方肩或類方肩銑削加工中，可採用整體式三角形或方形刀片，每個刀片可用的切削刃分別為6個和8個。
應遵循三個基本要求：用PCBN刀片銑削時，總是採用幹切削，因為PCBN是一種脆性材料，當刀片切入和切出時，如果採用冷卻液將促使PCBN刀片產生熱裂紋。總是採用常規銑削方式，這樣當刀片切入時，可以減小作用於刀片上的衝擊載荷，從而將切削刃崩刃的風險降至最低。與車削加工相比，可將切削速度提高10％－50％，以對斷續切削的影響進行補償。