D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1997.05.010 第19卷第5期 北京科技大学学报 Vol.19 No.5 1997年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1997 金刚石表面的金属化 王岚”高学绪2》 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要用真空蒸镀法在金刚石表面镀覆层，并经扩散处理使金刚石表面形成TC膜，实现了金 刚石表面的金属化，X射线衍射分析证实了TC的存在，利用XPS定量分析验证了在金刚石表面 碳原子与钛镀层之间的反应扩散模型经表面金属化的金刚石烧结体的力学性能测试表明，金刚 石与粉末合金界面上的结合得到增强. 关键词金刚石表面的金属化，反应扩散，烧结 中图分类号TQ164 金刚石工具最常用的制造方法是以粉末合金作结合剂，混人金刚石单晶，经成型、烧结获 得.由于金刚石物理化学的惰性，使得在一般烧结条件下与合金无法形成烧结反应，其间的结 合只是Van der Waals力，因此改善和提高合金与金刚石之间的结合力一直是这个领域研究 的热点.Naidich Yu V首先提出了金刚石表面的金属化问题，在这类研究中，由于工业金刚 石单晶的粒度小（一般直径小于400μ）及硬度高，制备样品的复杂使开展金刚石与合金界 面的研究存在困难因此研究者多采用石墨代替金刚石以获得可以观测的样品，显然这不能 确切说明金刚石与合金的界面反应与精细结构， 本文运用XPS定量分析法，直接研究了表面镀T膜的金刚石，及加热处理时金刚石与T 镀层之间的扩散反应与机制，并通过表面已金属化的金刚石与粉末合金烧结后的力学性能测 试，检验金刚石与合金界面上的结合状况 1实验方案 1.1金刚石表面镀Ti膜及膜的扩散处理 选择70/80目的人造金刚石单品（平均直径为185μm),采用真空蒸镀法在金刚石表面 镀一层T膜，蒸镀过程用超声震荡器翻滚金刚石，使镀层厚度均匀本实验控制镀膜平均厚度 为0.5μm. 根据金刚石与Ti反应的DTA曲线，确定对镀T金刚石扩散处理的温度为900℃（处理 时真空度为1×10-3P).当金刚石-Ti膜于900℃保温时，由Ti-C相图（图1）可知，扩散一定 时间后，根据二元扩散系统不出现双相区的原理，可以建立金刚石T膜界面至T膜表面的 碳质量分数和相分布的示意图.后者由金刚石-Ti界面向外，依次为ò相，α相，β相（图2）. 1996-11-17收稿 第一作者女55岁副教授第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 金 刚石表 面 的金属化 王 岚 高学绪 ’ 北京 科技 大学材 料科 学 与工程学院 ， 北京 北京科技大学新金 属 材料 国家重 点实验室 ， 北 京 摘要 用 真空 蒸镀法在金 刚石表面镀覆 下 层 ， 并经扩散处理使金 刚石表 面形成 膜 ， 实现 了金 刚石表面 的金 属化 射线衍射分析证实了 的存在 ， 利用 拐 定量分析验证 了在金 刚石表 面 碳原子 与钦镀层之 间的反 应扩散模型 经表面金属 化的金 刚石烧结体的力学性 能测 试表 明 ， 金 刚 石 与粉末合金界面上 的结合得到增强 关键词 金 刚石表面 的金属化 ， 反应扩散 ， 烧结 中图分类号 金 刚石 工具最 常用 的制造 方法是 以 粉末 合金作结合剂 ， 混人金 刚石 单晶 ， 经成 型 、 烧结 获 得 由于 金 刚石 物理化学 的惰性 ， 使得 在 一 般烧结条件下 与合金 无法 形 成 烧结反 应 ， 其 间 的结 合 只是 力 ， 因此 改善和提 高合金 与金 刚石 之 间的结合力 一 直是 这个领 域研 究 的热点 首先提 出 了金 刚石表 面 的金 属化 问题川 在这类研究 中 ， 由于 工 业金 刚 石单 晶 的粒 度 小 一 般直径 小 于 卜 及 硬 度 高 ， 制 备样 品 的复杂使 开 展 金 刚石 与 合金 界 面 的研究 存 在 困难 因此研 究者 多 采 用 石 墨 代替 金 刚石 以 获得 可 以 观 测 的样 品 ， 显 然 这 不 能 确切 说 明金 刚石 与合金 的界 面反应 与精细结构 本 文 运 用 定量分析法 ， 直 接研究 了表 面镀 膜 的金 刚石 ， 及加 热处理 时金 刚石 与 镀层 之 间 的扩散反应 与机 制 ， 并通过 表面 已 金 属化 的金 刚石 与粉末 合金 烧结后 的力学性 能测 试 ， 检 验 金 刚石 与合金界 面 上 的结合状 况 实验方案 金 刚石表面镀 膜及膜 的扩散处 理 选 择 目的 人 造金 刚石 单晶 平 均 直 径 为 卜 ， 采 用真 空 蒸 镀 法 在 金 刚 石 表 面 镀一层 膜 ， 蒸镀过程 用超 声震 荡器 翻滚金 刚石 ， 使镀层 厚度均 匀 本实验 控 制镀 膜 平 均 厚度 为 协 根 据金 刚石 与 反应 的 曲线 ， 确定 对镀 金 刚石 扩 散处理 的温 度 为 ℃ 处理 时真 空度 为 一 ’ 当金 刚石 一 膜 于 ℃ 保温 时 ， 由 一 相 图 图 可 知 ， 扩散 一定 时 间后 ， 根 据 二元 扩 散 系 统不 出现 双相 区 的 原理 ， 可 以 建 立 金 刚石 一 膜 界 面 至 膜 表 面 的 碳质 量 分 数和 相 分 布 的示 意 图 后者 由金 刚石 一 界 面 向外 ， 依 次 为占相 ， 相 ， 声相 图 一 一 收稿 第一作 者 女 岁 副教授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．05．010