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金刚石工具的表面金属化技术

  由于金刚石与一般金属和合金之间具有很高的界面能,致使金刚石颗粒不能为一般低熔点合金所浸润,粘结性极差,在传统的制造技术中,金刚石颗粒仅靠胎体冷缩后产生的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中,而没有形成牢固的化学键结或冶金结合,导致金刚石颗粒在工作中易与胎体金属基分离,大大降低了金刚石工具的寿命及性能水平。大部分孕镶式工具中金刚石的利用率较低,大量昂贵的金刚石在工作中脱落流失于废屑之中。林增栋等率先利用金刚石表面金属化技术来赋予金刚石表面许多新的特性,如优良的导热导电性、热稳性好,改善其原有的理化性能,提高其对金属或合金溶液的浸润性等。

  金刚石表面金属化问题在上世纪70年代就引起了国内外金刚石工具制造界的高度重视。不少人致力于在烧结过程中实现金刚石表面金属化的研究,在胎体材料中添加或在金刚石表面预粘上强碳化物金属粉末(这种金刚石在未加热前,并未与镀层发生化学反应,只能属于金刚石包衣),以期望它们在烧结过程中实现对金刚石的化学键结合。尽管文献已论证了一些金属例如钨(未被氧化)在较低温度下(800℃左右)就能在金刚石表面形成WC层,但从实现金刚石表面预金属化所用的工艺来看,需在真空条件下、600℃以上加热1小时才能得到理想的结合力。以目前常用的孕镶金刚石切削工具的烧结条件来看,在非真空或低真空中不超过900℃加热5分钟左右,是不大可能使金刚石表面生成金属化层的。因为无论活性金属原子(Ti、V、Cr等)向金刚石表面富集还是界面反应达到结合剂与金刚石冶金结合都是原子扩散过程,根据热压所用温度及这样短的时间内,这个过程是极不充分的。在固相烧结条件下(有时有少量低强度低熔点的金属或合金液相),胎体对金刚石的化学键结或冶金结合力是十分弱的或根本不会形成。


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