自古以来,金刚石都向来被视为是一种极其宝贵的妆饰品。但跟着当代产业手艺的进展,金刚石特殊的力学、热学和电学机能逐步被发掘出来,使它从天真的工艺品摇身一变为为了要紧的产业材料。
右:金刚石砂轮
极其卓越的硬度和耐磨性,使以金刚石为材料制成的东西和磨具被死板、建材、光学仪器、冶金、电子、火油等范围精深运用。如人工金刚石制做的百般磨轮、砂轮、砂布、研磨膏就在死板加工方面相当有一手,能很好地抬高死板产物光洁度、尺寸精细度。
一、金刚石表面金属化的意义但金刚石自身再卓越,也会独力难持——这是由于人工金刚石颗粒粒度都对照小,险些统统的运用都请求将晶体联结在基体上也许植入个中。但金刚石与大部份金属、陶瓷等均具备较高的界面能,因而金刚石与基体的结协力较差,轻易孕育金刚石的初期零落。
现在金刚石锯切东西多用粉末冶金法临盆,烧结温度通常高达℃,而金刚石在空气中加热到℃左右时,就最先氧化失重,抗压下落;在℃以上金刚石就产生石墨化,进而大大影响金刚石的运用成效。
微小的人工金刚石微粉
因而,怎样抬高金刚石的抗氧化性、避让石墨化是改革金刚石东西在高温范围运用寿命的关键要素。现在国表里通常采纳在金刚石表面镀覆金属的办法来消沉金刚石与基体的界面能,并经过该层金属与联结剂孕育褂讪的化学冶金联结。联结剂要紧起到下列要紧影响:
①分开、操纵金刚石颗粒
②使金刚石颗粒有肯定的显露;
③避让金刚石颗粒过早零落;
④将办事进程中孕育的热量飞快散传出去,经受和分开金刚石办事时孕育的攻击。
二、金刚石表面金属化的道理金刚石表面金属化是哄骗表面责罚手艺在金刚石颗粒表面镀覆金属,使其表面具备金属或类金属的机能。金属化表面由三层材料构成,从外到内,别离下列:
第一层是金属层,它能赋与金刚石表面很多新的特点,如优质的导热导电性;
第二层是合金化层,它由碳化物和金属两种组织构成;
第三层是碳化物层,通常厚度在几百至上千埃,可坚实地附着在金刚石颗粒表面,是金刚石颗粒表面金属化的关键地方,通常由与金刚石浸湿性好的金属,如Ti、W、Cr、V等构成,这些元素在高温下能与金刚石产生反响,生成褂讪的碳化物。它不光能与金刚石存在较好的化学联结,并且可断绝其与氧气的直接来往,避让它在高温下被氧化。
金刚石表面金属化层
三、金刚石表面金属化的办法现在国表里罕用的镀覆办法犹下列几种:
1.化学镀加电镀
该办法详细是指首先经过氧化-复原反响在金刚石表面聚积金属如Ni、Co、Cu也许Ni-W、Co-W等复合金属等,使金刚石到店,尔后再对其停止电镀,获得须要的镀层。金刚石颗粒的化学镀加电镀产物常常只用于树脂联结剂东西,也许补充金刚石颗粒表面的毛糙度,改革联结剂对颗粒的物理操纵力,同时镀层也许补救金刚石颗粒的内部毛病,抬高其力学机能和热褂讪性。
值得注视的是金刚石表面化学镀或电镀Ni、Co、Cu不实用于金属联结剂东西,假使镀Ni-W、Co-W合金的产物也不能用于金属联结剂东西,其出处是Ni、Co为石墨化元素,不能起冶金结协影响。
2.盐浴法
盐浴镀便是往氯化物中列入Ti或Cr等金属粉末,尔后再讲金刚石颗粒投入该混杂溶液,将该溶液加热至℃~℃,盐浴责罚1~2h后金刚石表面孕育了响应的碳化物镀层。这类办法的要紧长处是镀层与金刚石联结坚实;弱点是镀覆温度高,镀后从盐浴中分别金刚石匠艺繁杂、镀覆成本高。
3.真空镀
用于金属联结剂金刚石东西如锯片、地质钻甲等的金刚石表面应当采纳强碳化物孕育元素停止镀覆,如Ti、cr、Mo、w、V等,这些金属通常经过真空镀覆的办法聚积于金刚石表面,但该办法须要真空设立,工艺繁杂。现在国表里罕用的真空镀覆手艺有下列几种:
(1)真空物理气相聚积镀(PVD)
真空物理气相聚积是指采纳真空挥发镀膜机、磁控溅射镀膜机也许离子束镀膜机等设立并对其抽真空,将靶材金属气化成原子、分子或离子直接聚积到镀件表面上。按照镀膜时气化方法的不同,也许将该法分为真空挥发镀、真空溅射镀和真空离子镀。
然而该办法存在一些弱点,如单次镀覆量低,镀层不平均,轻易涌现漏镀,镀层与金刚石之间可是物理附着,无化学冶金联结等;为了获得最好镀层组织要屡次屡屡镀覆,难以实行产业化运用。
(2)真空化学气相镀(CVD)
化学气相镀是哄骗气态物资在肯定压力、温度、功夫前提下,在固体表面赶上行化学反响而孕育镀层。CVD通常是将被镀金属的气态化合物(如卤化物等)导入放有镀件的反响室内,与工件来往产生热分解或化学合成而孕育镀层。
但该办法反响温度通常高达~℃,易损伤金刚石;与PVD相同,存在反响气相难以渗入聚积的颗粒内部、单次镀覆量低、成本高的题目。
4.粉末遮蔽烧结
哄骗高温下金属粉末与金刚石来往反响,在金刚石表面孕育碳化物或金属层,称为粉末遮蔽烧结法或固体粉末来往反响法。镀层的孕育理论上是粉末中的金属氧化物(如WO3、WO2、MoO3、MoO2)高温下易挥发并与金刚石表面碳原子产生碳复原反响孕育碳化物。
这类办法固然可抬高单次镀覆量,但由于镀覆温度通常高于℃,金刚石会被氧化,抗压强度消沉,理论运用成效声明对金刚石东西机能改革并不显然。
质料泉源:
金刚石颗粒表面镀覆碳化钛包覆层的研讨,罗雯。
金刚石表面金属化的研讨近况,冒爱琴,何宜柱,郑翠红,朱伟长,闫勇,李家茂。
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