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       人造金刚石是现代重要的工程材料和功能材料，具有无与伦比的优异性能，但是它的主要缺点是耐热性差、耐热温度不高、高温下在空气中易产生石墨化和氧化。
       目前，人造金刚石主要用于制造锯切工具、磨具、刀具和地质钻头，使用场景要求金刚石强度高、硬度大、耐热性高、化学惰性好与耐磨性好等。绝大多数人造金刚石制品都要经过高温烧结，在使用过程中还受到摩擦热的威胁，所以，研究高温下人造金刚石在空气中的化学稳定性、强度、耐热性等的变化，具有重要的理论和实际意义。
       抗压强度高，热稳定性能好是优质人造金刚石应必备的主要条件，然而人们在评价人造金刚石质量好坏时往往依据其初始抗压强度，并用眼观察其晶形、颜色等，这就给人们造成了初始抗压强度愈高，其质量愈好的传统认识，忽视了其在高温下的热稳定性。
       下面从几个不同方面探讨一下金刚石热稳定性的影响因素。

不同气氛环境对金刚石热稳定性的影响

       金刚石在750℃以上的工况下，性能会受到不同程度的影响，体现为单颗抗压强度下降；表面腐蚀或石墨化；颗粒内出现裂纹或碎裂等，从而导致其切削、磨削性能下降。事实上，金刚石受热损伤的程度一方面取决于金刚石本身的质量，更重要的金刚石所处的环境，也就是与金刚石相接触的介质。
       金刚石是以面心立方结构形式存在的碳，在一定温度下，这种立方结构将转变成层片状的石墨结构或无定形的碳，从而失去超硬的特性。在不同气氛介质中，纯金刚石发生这类转变的温度也不同。如在空气中，从800℃开始转化；在氮、氢混合气氛中则从1200℃开始转化；在真空和惰性气体中从1500℃开始转化；很显然，氧的存在对金刚石向石墨的转变是有害的。
       解决措施：
       在金刚石表面施加合适的镀层，隔绝氧与金刚石的接触，会消除工具烧结过程中氧对金刚石的危害。作为保护层的镀层有两方面的要求：
       一是镀层中不能合有铁、钴、镍中任一元素，因为在大于800℃的高温下，这几类元素会腐蚀金刚石并使金刚石转化成石墨或无定形碳，对金刚石有更大危害。
       另外，镀层必须有足够的抗氧化能力。研究表明，Ti或Ti-Cr合金镀层耐氧化温度分别达1024℃和1041℃，满足上述要求。

人造金刚石中的缺陷引起的热稳定性问题

       人造金刚石在合成过程中会引进各种杂质及包裹体，它们会对金刚石的热稳定性造成很大影响。首先，这种金刚石在非超高压（如无压或热压烧结过程中）状态下受热时，在触媒的作用下，金刚石将向石墨或无定型碳转化；另外，由于包裹体的热膨胀系数大大高于金刚石，受热时，包裹体的膨胀使金刚石承受很大的内应力，这些包裹体在金刚石晶体中形成多种显微缺陷，在缺陷处造成应力集中；当应力达到一定程度后就会使金刚石晶体出现裂纹，从而降低了金刚石单晶的抗压强度，甚至使金刚石晶体发生碎裂。
       解决措施：
       这类由包裹体引起的金刚石热稳定性问题，由于包裹体在金刚石颗粒内部，不能用后处理的手段予以改善。只能依赖金刚石生产厂家控制其合成工艺，提高金刚石质量，减少包裹体含量，这是提高金刚石热稳定性的最直接途径。在后期分选时用磁选法予以剔除强磁性粒，因为金刚石本身不带磁性，其表现出的磁性强就是内部包裹体含量的一种体现。
       对于金刚石工具制造厂家，如何正确评价并选购具有良好热稳定性的金刚石是十分重要的。现在金刚石生产厂家用经过不同温度加热后测量强度、或将金刚石在高温真空加热900℃以上，以测量碎裂率来考查金刚石的热稳定性，这种结果是可信的。适用于较大规模单晶厂家对产品热稳定性的考核。
       但对多数工具厂选购金刚石，上述方法检验也难以实施。大量研究结果证明，金刚石热稳定性与磁化率有非常好的相关性。用磁选的方法将金刚石的磁性粒分离，则磁性粒越少，金刚石的热稳定性越高。有些厂家用这种方法检验金刚石热稳定性，并制订了磁性粒的限制量，如不超过30％或20％，是方便可行的质量把控方法。

金刚石晶型对热稳定性的影响

       利用差热分析（DTA）可以精确测定人造金刚石颗粒在空气中的热稳定性及氧化情况。通常，人造金刚石在空气中加热只有一个放热峰，而无其它相变情况，该放热峰就是人造金刚石受热后发生石墨化和氧化的结果，其分解过程可以用如下反应式表示：
       C(金刚石)＋O2→C(石墨)+(CO+CO2)↑
       晶型更完整、杂质更少的金刚石，抗压强度更高，因而耐热温度及热稳定性最好。晶型不完整，表面有缺陷的金刚石热稳定性较差。而人造金刚石微粉的热稳定性最差，在600℃左右开始发生氧化放热，在780℃就发生剧烈氧化，这是由于它的粒度细，比表面积大，易氧化生成石墨，并生成CO2与CO气体。另外，微粉是金刚石单晶破碎而成的，晶体结构中存在微裂纹，易于发生热分解反应，也使耐热性降低。
       各种人造金刚石磨料磨具制品所加工的对象，通常硬度较高，在加工时往往产生大量的磨削热，工作环境温度瞬时可达1000℃以上，而金刚石磨料在空气中的热稳定性温度在1000℃以下，金刚石微粉的热稳定性温度更低，如果金刚石磨具与其它制品的使用温度超过其热稳定性温度，则金刚石产生石墨化和氧化，使强度下降，磨削效率降低。
       解决措施：
       金刚石工具在使用过程中使用冷却液加以冷却。另外，金刚石制品的烧结温度，要尽量控制在金刚石的热稳定性温度范围内，否则也会使金刚石的强度降低，影响使用效果。

加热温度和时间对金刚石热稳定性的影响

       在热处理炉中把金刚石加热到不同温度，保温不同时间，测定其失重率。试验后发现，在500℃以前，人造金刚石基本上没有失重，强度也基本无变化；从600℃开始明显失重，抗压强度呈线性下降；到700℃金刚石单晶开始严重失重；在800～900℃金刚石基本上完全被氧化掉。
       加热温度600℃下，在受热30min后，金刚石的失重率与时间呈线性关系。在800℃保温不同时间，在前60min，抗压强度呈线性下降，曲线较陡，强度下降较快，60min以后，内部的金刚石氧化比较慢，失重变缓。强度也呈线性下降，但强度下降变慢。
       因此，人造金刚石颗粒的热分解过程，与其重量的损失、抗压强度的下降几乎是同步进行的，而且与加热温度的高低和加热时间的长短有关。
       人有所优，固有所劣；人有所工，固有所拙。人如此，万物亦如此，只要我们通过努力探索，一定能够发现、掌握其规律，并找到解决办法。