自古以來，金剛石都一直被視為是一種極為名貴的裝飾品。但隨著現代工業技術的發展，金剛石獨特的力學、熱血和電學性能逐漸被挖掘出來，使它從單純的工藝品搖身一變成為了重要的工業原料。

金剛石砂輪

極為出色的硬度和耐磨性，使以金剛石為原料制成的工具和磨具被機械、建材、光學儀器、冶金、電子、石油等領域廣泛應用。如人造金剛石制作的各種磨輪、砂輪、砂布、研磨膏就在機械加工方面相當有一手，能很好地提高機械產品光潔度、尺寸精密度。

一、金剛石表面金屬化的意義

但金剛石本身再優秀，也會孤掌難鳴——這是由于人造金剛石顆粒粒度分布都比較小，幾乎所有的使用都要求將晶體結合在基體上或者植入其中。但金剛石與大部分金屬、陶瓷等均具有較高的界面能，因此金剛石與基體的結合力較差，容易造成金剛石的早期脫落。

目前金剛石鋸切工具多用粉末冶金法生產，燒結溫度一般高達900℃，而金剛石在空氣中加熱到700℃左右時，就開始氧化失重，抗壓下降；在1000℃以上金剛石就發生石墨化，從而大大影響金剛石的使用效果。

細小的人造金剛石微粉

因此，如何提高金剛石的抗氧化性、防止石墨化是改善金剛石工具在高溫領域使用壽命的關鍵因素。目前國內外一般采用在金剛石表面鍍覆金屬的方法來降低金剛石與基體的界面能，并通過該層金屬與結合劑形成穩定的化學冶金結合。結合劑主要起到以下重要作用：

①分散、把持金剛石顆粒

②使金剛石顆粒有一定的露出；

③防止金剛石顆粒過早脫落；

④將工作過程中產生的熱量迅速散傳出去，承受和分散金剛石工作時產生的沖擊。

二、金剛石表面金屬化的原理

金剛石表面金屬化是利用表面處理技術在金剛石顆粒表面鍍覆金屬，使其表面具有金屬或類金屬的性能。金屬化表面由三層材料組成，從外到內，分別如下：

第一層是金屬層，它能賦予金剛石表面許多新的特性，如優良的導熱導電性；

第二層是合金化層，它由碳化物和金屬兩種結構組成；

第三層是碳化物層，一般厚度在幾百至上千埃，可牢固地附著在金剛石顆粒表面，是金剛石顆粒表面金屬化的關鍵所在，一般由與金剛石浸潤性好的金屬，如Ti、W、Cr、V等組成，這些元素在高溫下能與金剛石發生反應，生成穩定的碳化物。它不僅能與金剛石存在較好的化學結合，而且可隔絕其與氧氣的直接接觸，防止它在高溫下被氧化。

金剛石表面金屬化層

三、金剛石表面金屬化的方法

目前國內外常用的鍍覆方法有如下幾種：

1.化學鍍加電鍍

該方法具體是指首先通過氧化-還原反應在金剛石表面沉積金屬如Ni、Co、Cu或者Ni-W、Co-W等復合金屬等，使金剛石到店，然后再對其進行電鍍，得到需要的鍍層。金剛石顆粒的化學鍍加電鍍產品通常只用于樹脂結合劑工具，能夠增加金剛石顆粒表面的粗糙度，改善結合劑對顆粒的物理把持力，同時鍍層可以彌補金剛石顆粒的內部缺陷，提高其力學性能和熱穩定性。

值得注意的是金剛石表面化學鍍或電鍍Ni、Co、Cu不適用于金屬結合劑工具，即使鍍Ni-W、Co-W合金的產品也不能用于金屬結合劑工具，其原因是Ni、Co為石墨化元素，不能起冶金結合作用。

2.鹽浴法

鹽浴鍍就是往氯化物中加入Ti或Cr等金屬粉末，然后再講金剛石顆粒投入該混合溶液，將該溶液加熱至850℃~1100℃，鹽浴處理1~2h后金剛石表面形成了相應的碳化物鍍層。這種方法的主要優點是鍍層與金剛石結合牢固；缺點是鍍覆溫度高，鍍后從鹽浴中分離金剛石工藝復雜、鍍覆成本高。

3.真空鍍

用于金屬結合劑金剛石工具如鋸片、地質鉆頭等的金剛石表面應該采用強碳化物形成元素進行鍍覆，如Ti、cr、Mo、w、V等，這些金屬一般通過真空鍍覆的方法沉積于金剛石表面，但該方法需要真空設備，工藝復雜。目前國內外常用的真空鍍覆技術有以下幾種：

（1）真空物理氣相沉積鍍（PVD）

真空物理氣相沉積是指采用真空蒸發鍍膜機、磁控濺射鍍膜機或者離子束鍍膜機等設備并對其抽真空，將靶材金屬氣化成原子、分子或離子直接沉積到鍍件表面上。根據鍍膜時氣化方式的不同，可以將該法分為真空蒸發鍍、真空濺射鍍和真空離子鍍。

但是該方法存在一些缺點，如單次鍍覆量低，鍍層不均勻，容易出現漏鍍，鍍層與金剛石之間只是物理附著，無化學冶金結合等；為了得到最佳鍍層結構要反復多次鍍覆，難以實現工業化應用。

（2）真空化學氣相鍍（CVD）

化學氣相鍍是利用氣態物質在一定壓力、溫度、時間條件下，在固體表面上進行化學反應而形成鍍層。CVD一般是將被鍍金屬的氣態化合物（如鹵化物等）導入放有鍍件的反應室內，與工件接觸發生熱分解或化學合成而形成鍍層。

但該方法反應溫度一般高達900～1200℃，易損傷金剛石；與PVD一樣，存在反應氣相難以滲入堆積的顆粒內部、單次鍍覆量低、成本高的問題。

4.粉末覆蓋燒結

利用高溫下金屬粉末與金剛石接觸反應，在金剛石表面形成碳化物或金屬層，稱為粉末覆蓋燒結法或固體粉末接觸反應法。鍍層的形成實際上是粉末中的金屬氧化物（如WO₃、WO₂、MoO₃、MoO₂）高溫下易揮發并與金剛石表面碳原子發生碳還原反應形成碳化物。

這種方法雖然可提高單次鍍覆量，但由于鍍覆溫度一般高于850℃，金剛石會被氧化，抗壓強度降低，實際使用效果表明對金剛石工具性能改善并不明顯。

資料來源：

金剛石顆粒表面鍍覆碳化鈦包覆層的研究，羅雯。

金剛石表面金屬化的研究現狀，冒愛琴，何宜柱，鄭翠紅，朱偉長，閆勇，李家茂。

粉體圈 小榆 整理