金刚石表面特性及表面金属化
金刚石表面镀覆金属的性能研究_张凤林
经盐浴镀和化学镀后, 几乎 100% 的金刚石均被 镀覆上金属, 表明这两种金属镀覆工艺是可行和成功 的。盐浴镀 Ti 的金刚石表面呈灰黑色; 化学镀 Ni 的 金刚石表面呈亮银色, 镀 Cu 的金刚石表面呈红色。
( 1) X 射线衍射分析 用 Y-4Q 型 X 射线衍射仪测得的镀覆金属后金 刚石 X 射线衍射图谱如图 1 所示。由图可见, 盐浴 镀 Ti 的金刚石出现了 TiC 的衍射峰, 表明 T i 与金刚 石通过 TiC 形成了化学冶金结合。化学镀 Ni 和 Cu 的金刚石上都有 Ni 和 Cu 的衍射峰出现; 镀 Ni 金刚
图 1 镀覆金属后金刚石 X 射线衍射图谱
石的表面镀层大多为非晶 Ni, 由于 Ni 层较厚, 所以 金刚石的衍射峰很弱。
( 2) 镀层表面形貌分析 图 2 为 用 PHILIPS XL- 30FEG 扫描电 子显微镜 观察到的镀 T i、镀 Ni 和镀 Cu 金刚石的表面形貌。 由图可见, 盐浴镀 Ti 和化学镀 Ni 的金刚石表面镀 层致密均匀, 而化学镀 Cu 的金刚石表面镀层较为疏 松, 且存在未镀覆部位, 这是由于 Cu 镀层较薄且易 氧化, 引起镀层剥落, 导致镀层表面结构疏松。
( b) 化学镀 Ni
图 3 镀层与金 刚石的界面结构
( 4) 盐浴镀和化学镀对金刚石性能的影响 ¹ 对抗压强度的影响 表 1 为盐浴镀 T i 和化学镀 Ni、Cu 金刚石颗粒 的抗压强度对比情况。
表 1 单颗粒金刚石抗压强度对比情况
金刚石状态 镀前 盐浴镀 Ti 化学镀 Ni 化学镀 Cu
抗压强度( kgf) 6
* 广东省自然科学基金资助项目( 项目编号: 990142) 广东工业大学青年基金资助项目( 项目编号: 992034)
金刚石手册说明书
金刚石手册目录2金刚石介绍3物理性能4金刚石分类5金刚石合成6 CVD 金刚石类型7晶体学8力学强度9金刚石抛光10金刚石表面11性能光学性能12光学常数13拉曼散射14单晶光学器件15多晶光学器件16发射率和射频窗口17精密部件18热学性能19金刚石散热片20超精加工21电子性能22金刚石的量子应用23电化学性能24数据表光学级和射频级25热学级26机械级27电化学加工级28电子级29 DNV 级材料30延伸阅读31延伸阅读1. 单片金刚石拉曼激光器随着CVD金刚石合成和加工技术不断进步，在实际应用中能够使用具有优异性能的金刚石材料。
工程单晶 CVD 金刚石具有超低吸收率和双折射率，并且光程长，使单片金刚石拉曼激光器得以成为现实。
订购 CVD 金刚石产品，请访问在以下社交媒体上关注我们金刚石介绍3金刚石的特点是具有优异的硬度、鲁棒性以及光学与热学性能，可用于制造精美的宝石和精良的工业刀具。
但天然金刚石固有的可变性和稀缺性限制了其在工程应用中的使用。
合成工艺的发展让制造持续稳定的工程人造金刚石成为可能。
人们最初在 20 世纪 50 年代运用高温高压法、后来在 80 年代运用化学气相沉积法来制造优异的共价晶体金刚石。
现代工业消耗的人造金刚石约有 800 吨，大约是作为宝石开采的天然金刚石的150 倍。
一切在于结构金刚石的特性源自其结构，任一原子都被相邻的四个原子包围，通过共价键结合在立方晶格中，形成四面体结构。
这种结合坚固、堆积紧凑、致密、刚性的结构使其具有优异的性能。
能够操控缺陷和合成条件的影响，意味着材料科学家已经可以针对广泛的应用优化和定制金刚石的特性。
通过控制缺陷和合成条件的影响，材料科学家能够优化和定制金刚石的显著性能，以获得广泛的应用。
延伸阅读2. 科学瑰宝BC N510.81112.01114.00767Al aluminium1326.981Si silicon1428.085Pphosphorus1530.973高温高压合成的金刚石通常掺氮，因此具有独特的黄色色调。
金刚石
金刚石金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体，是自然界最硬的矿物。
其名称来源于希腊文“Adamas”，意为坚硬无敌。
金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产，在国民经济中具有重要的作用。
金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。
宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为“宝石之王”，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。
达不到宝石级的金刚石（工业用金刚石），以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。
金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。
Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。
Ⅱ型金刚石比较罕见，仅占金刚石总量的1%～2%。
Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等，多用于空间技术和尖端工业。
具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品，如重 3 106ct（Carat，克拉）世界著名的“库利南”钻石，即属此类。
人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。
早在公元前 3 世纪古印度就发现了金刚石。
自公元纪年起至今，钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。
世界金刚石矿产资源不丰富，1996年世界探明金刚石储量基础仅19 亿ct，远不能满足宝石与工业消费的需要。
20 世纪60 年代以来，人工合成金刚石技术兴起，至90 年代日臻完善，人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石，其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上（在中国已达99%以上）。
金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。
世界钻石的经销主要由迪比尔斯中央销售组织控制。
中国发现金刚石约在200～300 年前，在明清朝之际（约17 世纪），湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。
金刚石的地质勘查工作始于20 世纪50 年代。
迄今，在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6 颗，如重约158 ct的“常林钻石”等。
金刚石表面金属化方法
区 ， 为触 媒 金属 的镍 有 可 能 促 使 金 刚 石 晶格 在 此 条 件 下发 生逆 转变 。 作 借助 显 微镜 在 生 产实 践
维普资讯
使 靶 材 表 面 原 子 获 得 大 于 本 身 电离 能 的 撞 击 能 量 而 被 打 出 向 运 动 的 金 刚 石 颗 粒 表 面 溅 射 堆 集
成膜 。 比蒸 发原 子 或 分 子 的 平 均 能 量 大 数 十 倍 的 溅射 粒 子 增 加 丁膜 层 的 成 榱 密 度 ． 高 了表 面 提 原 子 迁 移率 及体 扩 散 ．使 镀 膜性 能 及 附 着 力增 强 空镀 Ｔｉ 、Ｍｏ 真 、Ｗ 、Ｃｒ 金 属 膜 金 刚 石 在 等 岩 芯 勘 探 钻 头 、石 材 切 割 锯 片 、金 刚石 烧 结 体 、砂 轮 修整 工 具 中得 到 很 好 应 用 ．金 刚 石 镀 膜 后 工 具 工 作 层 整 体 抗 蚪击 韧性 ． 弯 强 度 及 耐 磨性 得 到 良好 改 善 苏 联 全 苏 勘 探 所 等 单 位 制 】 抗 前 造 的 ￣５ｍｍ 镀 Ｔｉ Ｎｉ ９ — 金副 石 表 镶 、孕 镶 钻 头 在 可 钻性 ｘ级 硅 化 闪 长 岩 中钻 进 ．寿命 分 别 提
带水冷装置的不锈钢 真空 室内 ， 利用 电阻或 电子束等将被镀金属或合金加热到蒸发温度蹦上 ， 使平 均 动 能Ｏ ２Ｖ 的 金 属原 子 或 分 子 蒸 发 逸 出 。 们 在 同样 装 在 真 空 室 特 制 容 器 中不 断运 动 ．ｅ 它 的金 刚 石表 面 附着 扩 散 而形 成 镀 膜 合金 镀膜 时 ． 在 为了 防止 台金 成 分 的 分 馏 可 以采 用 各 成 分
金刚石
性质：最高硬度，最高热导率，最高传声速度，最宽透光波段，抗强酸强碱腐蚀，抗辐射，击穿电压高，介电常数小，载流子迁移率大，既是电的绝缘体，又是热的良导体，而掺杂后又可成为卓越的P 型（硼）或N 型（磷）半导体。
莫氏硬度为10，是所有已知材料中最硬的，可作耐磨涂层、切削工具、磨料、钻头等常温下金刚石的热导率为20W/cm▪K，是所有物质中最高者，可用作散热器或热交换器金刚石不仅在上述各独立领域具有优越的性质，更重要的是这些极限性能的综合作用，使其成为不可替代的特殊物质金刚石和石墨是碳的两种同素异构体，金刚石的化学成分是纯碳，石墨的化学成分也是纯碳。
金刚石坚硬无比，而石墨质地非常软，这是因为石墨中的碳原子是成层排列的，原子间的结合力很小，金刚石中的碳原子则是交错整齐地排列成八面体结构，每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接，构成一个牢固的结晶体。
在常温常压下石墨是碳的稳定结晶形式，而金刚石是一种亚稳定状态，金刚石只有在高温高压下才是最稳定的，天然金刚石就是炭在地幔高温高压的条件下形成的。
要在常温常压下破坏金刚石中的C-C键需要很高的能量，因此金刚石不会自动转变为石墨。
在高温高压下，石墨中的碳原子会重新按金刚石的结构排列，而形成金刚石。
人工合成金刚石的方法从原理上基本可分为：高压法（静压法，动压法）和低压法（气相沉积法）。
静压法指的是通过液压机产生压力，通过电流加热产生高温，在金属熔剂作用下使原本在石墨稳定区饱和的碳在金刚石稳定区内变得过饱和，从而析出金刚石。
该方法可以随意调节保温保压时间，可以根据需要控制晶体粒度、质量和晶形等，具有很强的操作性，是目前工业用磨料级金刚石合成使用的唯一方法。
动压法，又叫爆炸法。
也要求高温高压条件，是利用烈性炸药TNT 等爆炸时产生的平面波直接作用于石墨，产生足够的温压。
但高压高温是瞬间产生与消失，可瞬间形成细微粒金刚石，不需要复杂庞大的高温高压装置，费用低，设备较简单。
金刚石的简介
单晶金刚石的制造工艺
1.静压触媒法 是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的超高压 高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。 2.动压法 动压法主要是爆炸法，爆炸法压力温度条件与不用触 媒的静压法相似（压力一般在20Gpa以上），但产生高温 高压的方法不同，不是用压机，而是用炸药。 3.亚稳态生长法 亚稳态生长法是在金刚石亚稳态的压力温度条件下的 生长方法。这种方法不需要高压，往往是在常压或负压 （真空）下进行。
单晶金刚石
金刚石的形态可分为单晶体， 连生体和聚晶体。单晶体可进 一步分为立方体，八面体，菱 形十二面体。下图为人造金刚 石的晶体形态，其中以六 - 八 面体形态最为常见。人造金刚 石单晶体呈平面状，具有明显 的晶棱和顶角。
单晶金刚石的特点
单晶金刚石是由具有饱和性 和方向性的共价键结合起来 的晶体，因此它具有极高的 硬度和耐磨性。
金刚石的的结构
金刚石的 碳原子在空间 构成连续的， 坚固的骨架的 结构，所以坚 硬。
金过仔细琢磨后， 无色透明正八面 可以成为璀璨夺目的 金 体形状的固体。 装饰品——钻石。 刚 自然界存在的 划玻璃、切割大石、 加工坚硬的金属，装 石 最硬的物质 在钻探机的钻头上钻 (质坚硬) 凿坚硬的岩层。
金刚石和石墨的物理性质的比较
金刚石 色态 硬度 导电性 用途
无色 透明、正八 面体形状的固体
石 墨
深灰色、有金属光 泽、细鳞片状固体
最软的矿物质之一
天然最硬的物质
不导电
钻石、钻探机的钻 头、切割玻璃等
导电良好
铅笔芯、电极等
由于天然金刚石的出产量比较低，不足以满足 现代工业化生产的需要，19世纪人造金刚石兴起了。 金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目 的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工 业上。故人造金刚石的意义显得尤为重大。 与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用 效果好的优点。由于非金属材料和其他硬脆材料， 如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝 土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量 的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工 业用金刚石的８５％ 以上已由人造金刚石代替。
金刚石镀镍
金刚石表面化学镀Ni工艺研究摘要：由于金刚石表面能较高，在热压成型时很难与金属基体牢固的结合起来，因此刀具受到高的切削载荷时，金刚石很容易脱落，致使出现刀具寿命明显降低的问题，采用对金刚石的表面进行金属化处理。
本文研究了在金刚石表面金属化的各种处理方法及优化了在金刚石表面进行化学镀Ni的工艺。
关键词：金刚石；化学镀；增重率0前言金刚石具有高的热导率、低的密度、高的硬度、高的抗压强度及热膨胀系数与半导体材料好匹配等优点，但由于目前金刚石锯切工具和钻机工具多用粉末冶金的方法生产，烧结温度一般可以高达900℃，然而金刚石在空气中加热到700℃左右的时候，就开始出现氧化失重，抗压能力下降的问题；在1000℃以上时金刚石会发生石墨化，同时因为金刚石表面能很高，而且金刚石与基体润湿性比较差，与基体粘合力较弱，金刚石一般与金属基体的连接仅仅靠机械镶嵌力，却不能形成强的化学键粘合力，使金刚石在工作过程中容易脱落。
为了达到增强金刚石和金属之间的润湿性的目的，本文采用以次亚磷酸钠做为还原剂在金刚石表面进行化学镀镍的方法来降低金刚石和基体的界面能，改善他们之间的润湿性。
同时分析了金刚石表面镀覆前后不同的增重率对金刚石性能的影响。
研究了金刚石表面化学镀镍，给出了化学镀前的预处理过程和化学镀的工艺流程，并确定了化学镀镍的合理配方。
用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试镀覆前后单颗金刚石的抗压强度，利用扫描电镜（SEM)分析镀覆前后金刚石表面形貌、疏松致密程度等，利用X射线衍射仪（XRD)分析特征峰判断晶型非晶型、镀覆金属与金刚石有无界面生成物等。
1金刚石表面处理的发展及应用目前,在金刚石表面镀层中使用的材料主要是金属材料,所以又称之为金刚石的表面金属化处理。
在这其中根据使用地方的差异又可分为两种不同的情况:(1)表面镀钛、镀钨、镀铬等的金刚石适用于使用金属结合剂和陶瓷结合剂的砂轮；(2)镀镍和镀铜的金刚石适用于使用树脂结合剂的砂轮;1.1金刚石表面镀覆条件在金刚石表面进行镀覆时，存在非常多的形成条件和影响因素，主要有：成分条件、结构条件、工艺条件。
金刚石表面金属化_镀膜_的试验研究
金刚石是非金属 ,与一般金属或合金有很高的界面能 , 其表面不能被低熔点金属或合金所浸润 ,可焊性很差 。目前 在我国金刚石工具制造中 ,金刚石颗粒仅被机械地卡固在金 属基体之中 ,不是冶金结合 ,因此金刚石颗粒在工作中易与 金属基体分离 ,金刚石工具的寿命和性能水平大为降低 。如 能将金刚石的机械卡固改为化学结合 ,增强金刚石与金属基 体的粘结力 ,对于提高金刚石工具的性能 、提高碎岩效果 、降 低钻探成本具有重要意义 。
室内钻进试验在中国地质大学 (武汉) 钻探试验大厅进 行 ,镶在钻头上的钻齿规格为 10 mm ×10 mm ×9 mm ,所钻 岩石为 8～9 级花岗岩 。评价指标为碎岩速度 V ( m/ h) 和耐 磨性 ,即单位进尺的磨损量 W (mm/ m) 。检测结果见表 1 。
表 1 镀膜和未镀膜金刚石钻齿碎岩测试结果
利用表面金属化技术 (或镀膜) 使金刚石表面具有金属 性 ,是解决上述问题的有效措施 。为此 ,我们对金刚石表面 金属化 (镀膜) 进行了试验研究 ,其中部分内容曾以论文形式 在圣彼得堡举行的第四届复杂条件下钻探国际研讨会上进 行过宣读 ,受到了同行专家的好评[1 ] 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 连生体进一步分成不规则连生体、平行连生体和双 晶(有连生双晶、穿插双晶、板状双晶等)。 • 多晶体有圆粒金刚石(波尔特型)、浅红金刚石和黑 金刚石等几种。 • 圆粒金刚石是由颗粒连生体和不规则连生体等微 晶形成的球状集合体，呈乳白色到钢灰色，常有裂 缝，硬度很大。 • 浅红金刚石是一种由中心向外放射状排列的微晶 金刚石组成的集合体，外形呈圆球状。这种多晶体 外壳坚硬，内核较软，硬度比圆粒金刚石和黑金刚 石低，强度比圆粒的高。 • 黑金刚石由更细金刚石组成的微密或多孔的集合 体，呈黑色、灰色或绿色，外形不规则。有的黑金 刚石表面有珐琅光泽，硬度略低于圆粒金刚石，但 韧性好。
金刚石表面特性及 表面金属化
—— 金刚石表面处理专题报告——
傅圣利
前 言
• 金刚石由于具有高硬度、低摩擦系数、高热导率、 低膨胀系数、低放射性等许多优异的物理特性， 在许多工业领域都得到应用。尤其是由金刚石和 金属、陶瓷或高分子树脂结合在一起做成的金刚 石工具，不仅被广泛用于民用建筑与土木工程、 石材加工业、汽车工业、交通工业、地勘与国防 工业等领域和其它现代高新技术领域，而且在宝 石、医疗器械、木材、玻璃钢、石材工艺品、陶 瓷、复合金属和硬脆材料等众多新领域不断出现， 社会对金刚石工具的需求也逐年增加。
3.1 基本原理
• 在金刚石表面镀覆或增加涂层以改变金刚 石表面粗糙镀对于树脂基金刚石工具也是 常用的变法，但其结合强度没有化学结合 显著。 • 金刚石表面金属化不仅能使金刚石与金属 粘接剂产生化学键合，而且能改变金刚石 表面形状，增加物理嵌合作用，提高金刚 石把持力，是金刚石最普遍采用的表面处 理方法。
• 空气中温度高于650℃时，-NO2、-NO3、 -SO3H基吸收带消失，桥接的含氧基吸收带强 度降低； • 用氢处理甚至在20℃时，呈现不同C-H基的 特征吸收带，同时-C=O、-COOH、-CHO和 -CO-O-OC-消失；900℃时用氢处理导致 -OH基脱除和C-H键含量增加。 • 化学改性处理对金刚石与水的表面接触角 影响很大（表3）：
• 八面体与菱形十二面体聚形 及八面体与立方体聚 形：
人造金刚石形状
• 人造金刚石单晶呈平面状，具有清晰的晶 棱及顶角。人造金刚石比天然金刚石的晶 棱及顶角更明晰，晶面更平整。人造金刚 石立方体与八面体的聚形多见，很少见到 菱形十二面体。
人造金刚石形状图
八面体与菱形十二面体聚形
八面体与立方体聚形
• 张书达、朱瑶华[1] 利用二次离子质谱法(SIMS) 对金刚石表面杂质元素N、Na、Mg、Si进行了 分析和测量，并用Ar+剥蚀金刚石表面，发现 杂质浓度最大值均位于最外的一薄层内。 • 李颖、李焕锋等[2]用热分析和红外分析对爆轰 纳米金刚石进行了研究，发现空气中纳米黑色 金刚石在478℃~515℃开始氧化，N2中加热到 700℃之前失重很少；灰色纳米金刚石在570℃ 开始氧化，N2中加热到950℃之前失重很少， 仅为2.3%。
• 随着改性处理温度增加，KOH熔滴扩展时间增 加，证明在金刚石表面形成了疏水官能团膜层。
• 用甲烷对金刚石变性处理导致表面形成不同的 含氢基，包括多种双键和键价复杂结构碳氢成 分，并减少氢的吸附，影响金刚石的氧化速度。 • 在20℃经甲烷改性处理金刚石，其氧化速度会 急剧降低，在550℃处理时则无论是水蒸气氧 化还是空气氧化，都是稳定的。
• 要解决该问题，就必须对金刚石的表面性质及与 金刚石粘接基体的界面性质有透彻了解，对金刚 石与粘接剂结合的原理和机制有深入研究；开发 出适合金刚石复合材料及相关材料的制备工艺， 并严格控制工艺过程，才能改善金刚石表面和粘 接材料的表面性能，提高界面结合强度，制造出 性能优异的金刚石产品，最终解决金刚石把持力 不牢的问题。 • 以下就金刚石表面及界面问题的相关主题和研究 状况作一综述。
2.1金刚石表面杂质、空气氧化和腐蚀
• 金刚石内部碳化学键是饱和的，表面碳原 子有“自由”化学键（“断键”），这些 “自由”化学键若与相邻的“自由”化学 键结合则是sp2杂化形成C=C双键，双键较 活泼 ；“自由”化学键也可能为表面杂质 原子及官能团所饱和，形成杂质覆盖层。 • 金刚石粒度越细，表面吸附杂质越多，纳 米金刚石更甚，这就为金刚石表面改性提 供了可能。
1.1金属与金刚石表面的浸润性
• 金刚石与一般金属和合金之间有很高的界面能，不能为一 般熔焊金属所浸润和焊合（表1，2）。
1.2强碳化物形成元素的作用 • 1958年美国通用电气公司报道将氢化钛加 入到Ag-Cu合金中，在金刚石工具烧结时， 氢化钛分解成原子钛，从而实现对金刚石 的焊接[6]，随后出现了许多以氢化钛或氢化 锆为添加剂的专利[7-10]；此后许多研究者开 始把钛、锆、铬、钒等元素加入到铜银合 金中，从而出现了真空焊接金刚石的合金 材料及工艺[11]；1981年后，林增栋、徐乍 英等[12-14]进行了较多研究，并实现了该技 术在中国的实际应用。
• 红外分析表明金刚石表面含有-COOH、-OH、-CH、 -C=O、-NO2、-C=C-等基团，在空气中烧蚀，残余 的基团较少，在N2中烧蚀大部分基团能够保留。 • 户仓和、吉川昌范[3]把金刚石放入700℃~900℃空气 中14min~30min，研究了空气对金刚石腐蚀，发现 金刚石表面腐蚀成凹凸状，（111）面腐蚀速度比 （100）面快；腐蚀能增大金刚石表面积，腐蚀时 间15min，温度900℃，表面积可达到最大，金刚石 与镀镍层的结合强度最高。 • 赵玉成、邢广忠等[4]采用熔融硝酸钾在560℃~600℃ 对金刚石处理30min~60min，由于化学处理消除或 钝化了表面裂纹，应力集中得到释放，金刚石强度 可提高12.4%~27.6%。
• 多晶金刚石又称聚晶金刚石，与单晶金刚石相比， 多晶金刚石有更多的晶棱和磨削面，每条晶棱都 有切削能力。聚晶金刚石具有自锐性和韧性，在 加工过程中会破碎成更小的颗粒，新的裂面形成 更锋利的切削棱，具有比单晶更独特的性能。
以下是某公司聚晶金刚石产品性能
天然金刚石形状
• 天然金刚石常见的形状为八面体和三角薄片双晶， 菱形十二面体少见，立方体更少。除此外，还有 凸八面体、凸十二面体、凸六面体及其聚形体等， 而聚形体要比形状规则的单晶体常见。 • 晶面上常有阶梯或不平的“浮雕刻象”，八面体 的晶面上有时出现三角形坑穴，它的顶角朝着八 面体的晶棱，立方体的晶面则有漏斗状凹陷，而 菱形十二面体的晶面上常有深暗的线纹。 • 由于地壳的运动以及自然的冲积作用，曲面晶体 要比平面晶体多。
• 高温时水蒸气在金刚石表面发生作用，所有的表 面基团会被置换为-OH，在水分子进一步作用下， 表面与空间碳原子之间键合断裂，形成新的-OH、 -C=O、-COOH，它们的置换和分解导致CO、CO2 的形成。 • 表面用气体化学改性处理使金刚石粉末电阻率和 热导率变大（表5）。
• 化学改性可对金刚石冷压极限压力和压制密度产 生影响（表6）：
天然金刚石形状图
天然金刚石图1
天然金刚石图2
立方体
歪斜八面体
曲面四六面体
带壳金刚石
天然金刚石形状图
菱形十二面体
八面体
三角薄片双晶
四面体穿插双晶
八面体连生双晶
菱形十二面体连生双晶
1.3金刚石表面缺陷
• 金刚石在形成过程中表面会出现三角凹痕、三角 座（突起的三角形）、生长阶梯、纹理、结节 （纹理发生改变处）和凹角等生长特征，使金刚 石表面变得不平整。
1.1 金刚石的颜色
• 人造金刚石常为浅黄色、浅黄褐色、浅黄 绿色、褐色等，无色人造金刚石很少；天 然金刚石98%都是无色至浅黄色，白色金刚 石很少，玫瑰色、粉红色、蓝色、绿色、 黑色、茶色十分稀少。
1.2 金刚石的形状
• 由四面体组成的金刚石常见晶体有立方体、八面 体和菱形十二面体。金刚石的晶体形态分为：
• 伴随着中国制造产业的崛起，中国金刚石 工具产业也得到了飞速发展，中国已有金 刚石工具及相关材料和机械制造的生产厂 家有上千家，年产值超过几千亿元，已成 为国际金刚石工具市场的主要供应国之一。 • 金刚石工具在使用过程中普遍存在金刚石 大量脱落的问题，使金刚石工具性能下降， 成本上升，这涉及到不同材料间的界面结 合。
• 金刚石表面化学改性处理可改善金刚石磨 块烧结性能（表7），预先在600℃用CO2做 催化氧化处理，然后在500℃用甲烷改性处 理2小时，此时烧结后磨块性能最佳。
三、金刚石金属化
粘接剂对金刚石的的把持力不外乎三种： 机械镶嵌力、物理吸附力和化学键合力。 物理吸附力最弱，机械镶嵌力取决于金刚石表 面的粗糙度及粘接剂的强度与硬度，化学键结 合力最强。由于金刚石硬度很高，故一般改变 金刚石表面粗糙度的方法费工费时；粘接剂的 组成主要由工艺所决定，一般也不随便改变； 改善粘接剂对金刚石的把持力最有效办法为使 粘接剂与金刚石之间形成化学键结合。
2.2金刚石表面化学改性
• 王光祖、贾美伦译[5]“金刚石表面的化学状 态对其性能的影响”的文献中用浓硝酸和 发烟硫酸混合处理，红外光谱表明金刚石 表面含有： -OH、-C=O、-C-O-O-C-、 -CO-O-OC-、-C-O-C-、-NO2、- NO3、 -SO3H等多种基团。 • 450℃用空气处理，这些官能团覆盖层没有 明显改变。
• 纯金属与金刚石表面的浸润θ角如表1，绝大多 数均在90°以上，说明浸润性很差；只有铝在 1100℃对金刚石有明显的浸润，但此时金刚石 已有石墨化转变。 • 通过在低熔点金属Cu、Ag、Sn、Pb等中添加 Ti、Zr、Cr、V、B、Si等元素可改变金属对金 刚石的浸润性（如表2），添加元素与金刚石 表面形成稳定碳化物，且可以在金刚石晶体上 外延生长，从而在金刚石表面和合金溶液间形 成碳化物界面，金属合金对金刚石的浸润和焊 合就转变为合金对碳化物界面的浸润和焊合， 使界面性能得到改善。
三角凹痕
生长阶梯
纹理和结节
二、金刚石表面的化学特性
• 金刚石为碳单质，常含有Si、Mg、Al、Ca、 Mn、Ni、Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、 N等杂质元素。 • 金刚石化学性质非常稳定，在酸、碱中均 不分解。在熔融的硝酸钠、硝酸钾、碳酸 钠中有溶蚀；此外浓硫酸、铬酐、浓硝酸 和双氧水等在较高温度下对金刚石表面有 一定程度的腐蚀； • 金刚石在高温下能转变成石墨被空气氧化。