金刚石的热稳定性分析

热稳定性是指金刚石被加热到某温度时所发生的状态及其力学性能的变化。与常温状态性能相比，变化程度越低，热稳定性越好；反之越差。

金刚石被加热到某温度所发生的状态及其力学性能的变化，取决于金刚石的品质及其加热时周围的介质。研究表明，同粒径金刚石，片状工艺与粉末工艺相比，前者呈数量级差别，高于后者。自然环境中，金刚石在700℃以上开始受到不同程度的损伤。其表现为：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。

金刚石工具在制造和使用过程中，金刚石受热损伤的程度主要取决于与金刚石相接触的介质。如在真空中，金刚石即使在近1500℃也不会出现石墨化；但在大气条件下，800℃即开始明显氧化失重；在常压、高于800℃时，Ni、Co和Fe会促使金刚石转化为石墨，并能熔解碳而造成金刚石的剧烈腐蚀。

金刚石是碳的立方结构形式，从而具有高强高硬性。在一定温度下，这种立方结构转变成层片状的石墨结构或无定形的碳，从而失去超硬性。在不同气氛介质中，纯金刚石发生这类转变的温度也不同。参考文献[4]指出，金刚石开始转变为石墨或无定性碳的温度是800℃；在氮、氢混合气中，该温度是1200℃；而在真空和惰性气体中，直到1500℃才发生该类型转变。

表12-15列出了金刚石在不同介质条件下受热升温时所发生的状态变化。由表12-15可见，金刚石在1500℃开始石墨化，随后石墨化的速率迅速增大；至2100℃时，一颗0.1克拉的八面体金刚石不到3min就全部转化成石墨。(www.xing528.com)

表12-15 金刚石在不同介质条件下受热升温时的状态变化Table 12-15 The temperature dependence on state change of diamond during heating in different medium

很显然，氧和铁是使金刚石失去稳定性的主要因素。在金刚石表面镀覆合适的镀层，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。这对镀层有两方面的要求：一是镀层中不能含有铁、钴、镍中任一元素，因为高温下（>800℃）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。工业生产中常用镀Ti或Ti-Cr合金提高金刚石的热稳定性，Ti或Ti-Cr合金镀层耐氧化温度分别达1024℃和1041℃。

除氧和铁在高温下损伤金刚石外，金刚石内部的包裹体对金刚石的高温性能也有较大影响。