聚晶金剛石的研究進展與展望*

鄒 芹， 向剛強， 王 瑤， 李艷國， 尹育航， 李 靜

(1. 燕山大學，亞穩(wěn)材料制備技術與科學國家重點實驗室， 河北 秦皇島 066004)

(2. 燕山大學 機械工程學院， 河北 秦皇島 066004)

(3. 廣東奔朗新材料股份有限公司， 廣東 佛山 528313)

(4. 河南愛銳科技有限公司， 鄭州 450001)

聚晶金剛石(polycrystalline diamond，PCD)是以金剛石微粉為骨架材料，以結合劑為黏結材料，在超高壓、高溫條件下燒結而成的復合材料，具有極高的硬度與耐磨性能和較高的熱穩(wěn)定性[1]。PCD和化學氣相沉積金剛石是2種常見的金剛石工具材料。[2]

聚晶金剛石的研究最早可追溯到1964年GE公司的專利“某些金屬添加劑能使金剛石與金剛石之間產生直接結合”[3]，后STRONG等成功完成了聚晶金剛石的成形試驗[4]。此后聚晶金剛石片進入實用階段，主要制成刀具用于機械加工[5]。自20世紀80年代以來，聚晶金剛石在地質、石油、機械、建材、電子等部門得到了較為廣泛的應用，表現(xiàn)出極高的經濟價值，受到了廣泛的關注和研究。

PCD結合劑可分為有機結合劑和無機結合劑。本文主要綜述無機結合劑PCD的種類、結合方式和性能調控方法。

1 PCD的結合劑種類

根據(jù)PCD制備過程中選用的無機結合劑，可以將其分為金屬結合劑PCD、陶瓷結合劑PCD和新興的金屬-陶瓷結合劑PCD。

1.1 金屬結合劑PCD復合材料

金屬結合劑PCD是最早被人們關注并且進行研究的一種無機結合劑。常見的金屬結合劑有Co、Ni、Fe等金屬及其合金。一般用熱壓燒結或浸漬方法在較低的金屬或合金熔融溫度下實現(xiàn)金剛石聚晶過程。關于觸媒對人造金剛石的影響已經有了很多研究[6-8]。

Co結合劑是最早研究的金屬結合劑，其成形性好、燒結性能優(yōu)異、產生液相時對金剛石包鑲能力較好。Co在聚晶金剛石燒結體的合成、加工和使用過程中發(fā)揮了重要作用[9-10]。

黃志偉等[11]采用電沉積Co-Ni鍍層為結合劑材料，得到了一種操作簡單、效率高、質量好的金剛石工具制造方法。研究發(fā)現(xiàn)，以納米Co-Ni合金鍍層為結合劑的新工具與以納米鎳為鍍層結合劑材料的電鍍金剛石工具相比，使用壽命可以延長16%。王鳳榮等[12]對純Co基金剛石刀頭進行了形貌、結構觀察和物相分析，研究發(fā)現(xiàn)界面處灰色薄膜物質為Co3C相和Co-C固溶體，它們的形成引起強烈的界面鍵合作用。另外，β-Co向α-Co的相變導致附加體積收縮，伴隨著相交點附近Co的延伸率異常升高，有效地改善了胎體對金剛石的機械鑲嵌強度。

然而Co是一種重要的戰(zhàn)略資源，不僅價格高、毒性大，而且與金剛石在熱膨脹系數(shù)性能上差異較大，以其作為結合劑制備的PCD在使用過程中經常出現(xiàn)殘余應力、微裂紋、剝落等失效形式[13-14]，PCD耐磨性也隨Co含量的升高而下降[15]。

因此有研究開始探索以其他金屬作為結合劑的PCD。劉志環(huán)等[16]發(fā)現(xiàn)以FeCoCu結合劑和Co結合劑在各自最佳燒結溫度下制備的試樣，其硬度、相對密度和抗彎強度都十分接近。FeCoCu燒結體試樣的抗彎強度損失率η及磨損質量損失m分別達到19.0%和1.412 g，而Co燒結體試樣的η和m分別為15.2%和1.638 g；FeCoCu基金剛石繩鋸鋸切G1306石材平均鋸切效率達到9.8 m2/h，相對Co基繩鋸的提高了16.7%，理論壽命為13.6 m2/m，相對Co基繩鋸的降低了6.2%，其產品性價比優(yōu)勢更加明顯。由此可知Fe基PCD達到甚至超過了Co基PCD的性能。BARRETO等[17]研究在不同溫度下添加Nb對燒結PCD的影響。添加質量分數(shù)為15%的Nb，在3種不同溫度和7.7 GPa壓力下Nb均表現(xiàn)出優(yōu)異的結合能力，反應生成的鈮碳化物使石墨化最小化；所有PCD的體積密度均接近100%，氣孔率最小。這證明Nb也是很好的結合劑。

金屬結合劑PCD結合方式主要為D—D鍵合。金屬結合劑在高溫高壓下熔化后，填充在金剛石的孔隙中，使金剛石各表面受力均勻，金剛石晶粒間未直接相互接觸的部分便不易因環(huán)境壓力過低而石墨化。結合劑作為觸媒金屬，又可使少數(shù)接觸的金剛石碳原子溶解到周圍觸媒金屬中形成分散的金剛石碳原子，擴散后填補到未接觸部分的金剛石表面上，從而擴大了接觸面，增加D—D鍵合的數(shù)量。燒結過程中融化的金屬結合劑包裹金剛石晶粒，冷卻后形成機械包鑲胎體。

1.2 陶瓷結合劑PCD復合材料

除金屬結合劑外，還有以耐高溫的陶瓷材料做結合劑的PCD復合材料。[18]陶瓷結合劑為金剛石復合材料提供了更好的強度、耐熱性和可控性氣孔。[19]由于在空氣氣氛中金剛石會在700 ℃以上開始發(fā)生氧化反應，900 ℃以上開始發(fā)生石墨化現(xiàn)象[20-21]，人們常選擇燒結溫度較低的硼玻璃作為陶瓷基復合材料的基體[22]，陶瓷結合相的形成必須有網絡中心離子，作為網絡中心離子的化合物主要有SiO2，Al2O3，B2O3，P2O5等[23]。

LIANG等[24]以Li2O-Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2為陶瓷結合劑，制備了陶瓷/金剛石復合材料工具，在此基礎上加入質量分數(shù)為4%的ZnF2，制得的陶瓷/金剛石復合材料的抗彎強度提高了20.7%，復合材料的抗彎密度提高到2.43 g/cm3，具有更強的自銳性和形狀維持能力。

WANG等[25]用16.0Na2O-30.0B2O3-54.0SiO2(物質的量分數(shù))陶瓷結合劑制備PCD，研究了ZnO對Na2O、B2O3、SiO2陶瓷結合劑與金剛石界面結合的影響。ZnO促進解離硅/硼氧多面體并在陶瓷網絡形成較大數(shù)量的非橋接氧，增加陶瓷結合劑的潤濕性，B和Si從陶瓷結合劑擴散到界面，燒結過程中在燒結金剛石晶粒表面形成—C—C，—C—Si和—C—B鍵，增強金剛石晶粒與陶瓷結合劑的界面結合。如圖1所示，ZnO的加入降低了陶瓷結合劑潤濕角度、提高了潤濕性。較高的潤濕性有利于陶瓷黏結劑在燒結過程中在金剛石顆粒之間流動。

圖1 陶瓷結合劑PCD的潤濕角與保溫時間的關系[25]

陶瓷結合劑PCD結合方式目前普遍接受的是化學鍵理論，即兩相之間實現(xiàn)有效的黏結，兩相的表面應含有能相互發(fā)生化學反應的活性基團，通過官能團的反應以化學鍵結合形成界面[26]。即陶瓷基與金剛石反應形成D—M—D鍵，注意M不僅僅指的是金屬也可以是非金屬，所以也有人用D—CM—D來表示陶瓷與金剛石成鍵。通過異相的中介結合即D—M—D結合是金剛石聚結的最常見的方法。然而陶瓷結合劑在抗折強度、斷裂韌性、導熱性等方面還未能達到理想效果，制約了其在高速及高精密磨削領域的應用。

1.3 金屬-陶瓷結合劑PCD復合材料

金屬-陶瓷PCD綜合了金屬結合劑與陶瓷結合劑各自的優(yōu)點，提高了PCD的綜合性能。常見的金屬-陶瓷結合劑一般由金屬相與碳、氮化物陶瓷相和金屬相與硼玻璃陶瓷相構成。MECHNIK等[27]制備了51Fe-32Cu-9Ni-8Sn-PCD復合材料，并加入了質量分數(shù)為2%的VN，發(fā)現(xiàn)復合材料的極限抗壓強度從846 MPa增加到1640 MPa，抗折強度從680 MPa增加到1120 MPa，磨損程度從0.006 9 g/km減少到了0.003 3 g/km。ZHANG等[28]研究了Ni含量和浸漬金屬對WC基金剛石復合材料微觀結構和力學性能的影響，指出Ni含量的小幅增加可以進一步提高WC顆粒的潤濕性，Ni質量分數(shù)為5%的WC基金剛石復合材料的綜合性能最佳，此時基體的抗彎強度提高了約10%。

有結合劑PCD的結合方式主要為D—D鍵合。結合劑金屬在高溫高壓下熔化后填充在金剛石的孔隙中，使金剛石各表面受力均勻，晶粒間未直接相互接觸部分不會因壓力過低而發(fā)生石墨化。同時，使用觸媒金屬時可使少數(shù)金剛石碳原子溶解到周圍觸媒金屬中形成分散的金剛石碳原子，再經過擴散后填補到未接觸部分的金剛石表面上，從而擴大了接觸面，增加了D—D鍵合的數(shù)量。

王帥等[29-30]以WC-Cu-Co基金屬結合劑制備了金剛石材料，研究WC質量分數(shù)對結合劑性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)低質量分數(shù)WC在體系中起到了明顯的彌散強化作用，以WC質量分數(shù)為40%時基體強度最高，金剛石復合材料的使用壽命最長。

在金屬相與硼玻璃陶瓷相作為金屬-陶瓷結合劑方面，SONG等[31]采用熱壓燒結技術在Fe基中加入質量分數(shù)為3%的Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3-Li2O，制備出金屬-陶瓷PCD，在850 ℃時Fe與Al2O3反應生成了10～20 nm的FeAl2O4轉移層，提高了界面彎曲強度。此時的金屬-陶瓷結合劑橫向斷裂強度達到最大值826.54 MPa。

綜上所述，金屬結合劑PCD中生成了D—D鍵合，導致其性能有了質的提升，但高溫不穩(wěn)定是金屬結合劑PCD最大的問題；陶瓷結合PCD相對來說，結合劑與金剛石之間生成D—CM—D鍵，使得結合劑與金剛石的結合力大幅升高，然而陶瓷脆性問題限制了陶瓷結合劑PCD的應用；金屬-陶瓷結合劑PCD綜合了金屬結合劑與陶瓷結合劑各自的優(yōu)點，成了金剛石工具的一個重要發(fā)展方向，其性能[32]取決于兩者間的組分及性質：金屬為主體，陶瓷材料作為增強相時，可改善純金屬結合劑的不良性能，如改善脆性、增強耐磨性、提高自銳性及氣孔率等，以利于磨具的修整修銳；陶瓷為主體，金屬單質或合金為增強相時，金屬顆粒增韌陶瓷結合劑，可改善陶瓷結合劑的組織結構、熱膨脹系數(shù)。

2 制備方法

目前PCD復合材料的制備方法已經成熟，常見的有熔滲法，高壓燒結，自蔓延高溫合成，SPS燒結等。圖2是合成PCD中的4個主要階段[33]：第1階段(圖2a)：點接觸處的高應力導致金剛石顆粒斷裂，并使顆粒尺寸分布向較小尺寸轉移。第2階段(圖2b)：當溫度超過了發(fā)生塑性變形的溫度，此時尖銳接觸點被磨圓，并在金剛石顆粒中引入位錯。第3階段(圖2c)：當基板中的Co熔解時，液態(tài)Co的前端會掠過金剛石顆粒，將碳溶解到液態(tài)中。第4階段(圖2d)：新的金剛石從液態(tài)鈷池中沉淀出來，使金剛石顆粒燒結在一起，形成一個連續(xù)的金剛石骨架。

2.1 熔滲法

熔滲法是用熔點比制品熔點低的金屬或合金在熔融狀態(tài)下充填未燒結的或燒結的制品內孔隙的工藝方法。這類聚晶的制造方法稱Co擴散浸漬燒結法。在國外，又被稱為“鈷掃越式催化再結晶法”(sweep through catalyzed recrystallization，STCR)[34]，顧名思義，在這類聚晶的燒結過程中，作為黏結劑的Co起到了“催化劑”的作用：金剛石表面的碳原子溶解于Co液中，在一定的熱力學條件下，改變了內部結構，并以碳原子的形式沉積在金剛石顆粒的表面，從而形成D—D結構或者D—Co—D結構，這一過程，也叫“再結晶”。所謂“掃越式”是指Co液起催化作用的這種方式在整個聚晶體中的掃越，比如GE公司的復合片產品“Compax”系列，在燒結時，再結晶過程首先在金剛石粉跟硬質合金的界面發(fā)生，Co液先在這里聚集，并開始溶解金剛石表面的碳原子，并且在高壓的作用下向金剛石層推進；隨著熱力學條件進入金剛石穩(wěn)定區(qū)，碳原子以金剛石的方式析出并沉積在金剛石顆粒的表面或者自行成核；隨著這一過程的進行，內部環(huán)境出現(xiàn)了變化，Co液被擠向邊緣，即向金剛石粉的深層擴展，最終掃越整個金剛石層并析出Co液。

2.2 高壓燒結

高壓燒結，通常是指在高壓和高溫條件下制備PCD復合材料：先對粉體加壓，到達一定壓力以后，保持該壓力狀態(tài)，對粉體進行升溫燒結。粉體在燒結過程中，由于一直受到高壓的作用，顆粒之間的孔隙率降低。粉末顆粒首先是頸部接觸熔融，同時發(fā)生變形。在燒結過程中，顆粒發(fā)生重排，黏滯流動等。借助于擴散及流動等，不斷排除氣孔，發(fā)生致密化，直到樣品完成燒結。

高壓燒結采用電流加熱腔體，將預先壓好的樣品裝到石墨坩堝里。注意試樣必須烘干處理足夠長的時間以排除含有的雜質或者水蒸氣。高壓高溫燒結步驟是，將樣品放入坩堝以后，放在六面頂壓機上，緩慢升高到所需要的壓力，然后再逐漸加大電流以升溫。這種方法是通過液壓缸對六個對頂砧產生推動壓力，頂砧所產生的壓力經過傳壓介質傳遞到腔體內對合成塊產生壓力，這是高壓條件的產生；與此同時，借助電流加熱產生高溫條件。

2.3 自蔓延高溫合成

自蔓延高溫合成技術(slep-propagation high-temperature synthesis，SHS)是利用化學反應自身放熱，依靠燃燒波自我維持，并通過控制反應速度、燃燒溫度、反應轉化率等條件，進而獲得具有指定成分和結構產物的一種新型制備技術。SHS技術兼?zhèn)淞烁邷?、高速合成與材料短時間承受高溫之特點，但采用自蔓延方法生產金剛石工具的主要問題是保護金剛石免受自蔓延燃燒高溫的影響。邵俊永等[35]闡述了SHS技術在金剛石制品行業(yè)中的意義，并從應用理論和實驗依據(jù)方面分析了其可行性。

2.4 SPS燒結

放電等離子燒結(spark plasma sintering，SPS)是在裝有待燒粉末的承壓導電模具上施以可控的脈沖電流，并對粉末施加定量的壓力，經過放電活化、熱塑性變形和冷卻，最終實現(xiàn)制備高性能復合材料的一種新的粉末冶金燒結技術[36-37]。

綜上所述，熔滲法通常用于制備Fe、Co、Ni等金屬結合劑PCD，在制備過程中會形成D—D鍵，提高PCD性能；但在高溫過程中，金屬結合劑也會促使金剛石石墨化，從而導致其性能下降。高壓燒結可以按照需要來調節(jié)保溫保壓時間，從而獲得所需的晶體粒度、合成質量和產品晶形等，易于操作，但一般制備樣品較小。自蔓延高溫合成的工藝簡單，工序少，一經引燃啟動過程后就不需對其進一步提供能量，制備樣品較純。SPS燒結最顯著的特點是可以減少生產周期，提高生產效率。

3 影響PCD性能的因素

金屬結合劑PCD韌性好，能承受較大載荷，燒結速度快，結合強度高，已經在脆硬材料的成形磨削、精密和超精密磨削領域得到了應用；但在使用過程中容易出現(xiàn)自銳性差，難修整，易燒傷工件的情況。

陶瓷結合劑PCD具有較高的彈性模量和較低的斷裂韌性，相比金屬結合劑具有獨特的優(yōu)勢。因此，陶瓷結合劑PCD被廣泛應用于加工復合片、硬質合金、玻璃、陶瓷等材料。然而，由于陶瓷結合劑在抗折強度、斷裂韌性、導熱性等方面還未能達到理想效果，制約了其在高速及高精密磨削領域的應用。

金屬-陶瓷PCD既保持有陶瓷的高強度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定性等特性，又有較好的金屬韌性和可塑性，還保持了金剛石的高硬度、高導熱率，是一類非常重要的工具材料。

3.1 結合劑種類

結合劑種類對PCD的力學性能有著重要影響，傳統(tǒng)金屬結合劑通常是通過機械鑲嵌力與金剛石進行結合。機械鑲嵌力是指由于結合劑金屬的熱膨脹系數(shù)大于金剛石的熱膨脹系數(shù)，在熱壓后冷卻過程中結合劑收縮大于金剛石，從而產生的結合劑對金剛石的壓應力，結合劑的體積收縮越大，機械嵌鑲力越大[38]。而陶瓷結合劑與金剛石反應形成化學鍵，即產生了化學結合力，其機械鑲嵌力遠遠小于化學結合力[39]，因此金屬PCD的高溫抗氧化能力一般弱于陶瓷PCD的。

3.2 結合劑含量

結合劑各組分含量對PCD力學性能均有不同程度的影響。通常來說，金屬相會影響與金剛石的結合情況，如黏結相Co元素會嚴重削弱涂層膜基界面結合強度。簡小剛等[40]依據(jù)第一性原理，研究了Co元素削弱金剛石涂層膜基界面結合強度的作用機理，WEI等[41]研究了不同含量Co對WC-Co金剛石薄膜的影響。最常見的WC-Co結合劑PCD一般由300～400 μm規(guī)格的金剛石晶體與2～5 μm規(guī)格的WC-Co硬質合金顆粒燒結而成，其中的Co結合劑質量分數(shù)為6%～15%。

金屬-陶瓷中，陶瓷相含量對金屬-陶瓷PCD的性能也有較大的影響，如WC質量分數(shù)為40%時基體強度最高，金剛石復合材料的使用壽命最長[30]。結合劑中強碳元素的含量也會影響金剛石與金屬界面相的結合情況，如圖3[42]所示的EDS線掃描結果，掃描范圍包括3個不同的區(qū)域：金剛石、銅基體和中間相。結果表明：加入質量分數(shù)為0.2%的Ti元素后，界面層厚度為300 nm；當Ti質量分數(shù)從0.2%增加到1%時，中間層的平均尺寸從300 nm增加到1.2 μm，增大了結合劑與金剛石的化學結合力，提高了PCD的性能。

3.3 金剛石含量

由于金剛石與結合劑的性能存在較大差異，所以金剛石含量對PCD的力學性能有著較大影響。如圖4所示[43]，隨著金剛石含量的升高，其硬度逐漸升高，呈線性關系，這與很多文獻中研究一致，而磨損率一般隨金剛石含量的升高而下降。

圖4 金剛石含量對Ni-W結合劑PCD性能的影響[43]

綜上可知，影響PCD性能的因素繁多，且影響方式不盡相同，只有深入了解這些影響因素，才能更好地通過改善結合劑種類、含量、顆粒尺度等方式來提高PCD的性能。

4 性能調控

4.1 金剛石涂覆

國內外很多學者都對金剛石表面金屬化進行了研究，希望能夠改善浸潤性，提高結合劑對金剛石顆粒的把持能力，基本原理是：在金剛石表面涂覆能夠形成強碳化合物的元素，比如Ti、W、Cr等，形成如圖5所示的結構[44]，即涂覆Ti的金剛石在WC-Co襯底上沉積后形成PCD。

(a) 未鍍Ti金剛石 (b) 鍍Ti金剛石

從圖5中可以看出：生成的TiC與金剛石分布緊密。也就是說，TiC在PCD中起著阻擋作用，抑制了金剛石與Co的直接接觸。說明采用強碳化物形成元素對金剛石進行金屬合金化和表面處理是改善金剛石與金屬基體界面結合的可行方法[45-46]。

SHA等[47]用硼(B)涂層金剛石顆粒成功合成了一種新的熱穩(wěn)定性更好的PDC，生成的碳化物不僅增加了與金剛石的潤濕性，而且B4C屏障的氧化先于金剛石顆粒的氧化，延遲了PDC的氧化，使得金剛石的初始石墨化溫度上升了100 ℃。

GU等[44]采用微波加熱的方法，成功地在金剛石顆粒表面涂覆鈦，加熱速度快，加熱時間短，降低了金剛石的石墨化傾向，在760 ℃條件下，Ti涂層與金剛石的界面結合強度達到最佳。

圖6為不同涂層金剛石制備成PCD后涂層的XRD結果。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)：強碳形成元素應生成了碳化物，可以促進與金剛石的結合，說明金剛石進行涂層是可行的。其中觀察圖6d還可以發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的升高，碳化物峰的強度升高，表明碳化物的相對含量升高。一般認為，界面擴散和反應隨溫度的升高而加劇。

4.2 結合劑添加其他相

在結合劑中添加其他相制備PCD也能提高PCD的綜合性能，常見的添加相有以下幾種：親和性金屬，陶瓷化合物，活性元素等。

LI等[51]在970℃、保溫5min的溫度下制備了鐵基浸漬金剛石復合材料，并在鐵基金剛石復合材料中加入了B，研究B對復合材料的密度、硬度、彎曲強度、研磨率和組織的影響。發(fā)現(xiàn)B質量分數(shù)為1%時鐵基金剛石復合材料總體性能最佳，尤其是磨削率提高80%，能夠很好地滿足鉆頭的需要。

HAN等[52]研究了VN對FeCu基金剛石復合材料微觀結構和性能的影響，發(fā)現(xiàn)基體的塑性隨納米VN濃度的升高而增強，此外納米VN還能激活燒結，顯著提高黏結劑對金剛石的潤濕性，導致燒結過程中黏結劑元素在金剛石表面的潤濕擴散更顯著。當添加2%(質量分數(shù))的納米VN后，金剛石復合材料性能最佳，彎曲強度和硬度(HRB)分別提高了25%和20%。

由此可見，添加其他相如親和性金屬、陶瓷化合物、活性元素等可以顯著提高PCD性能，這可能與提高界面潤濕性有關。

4.3 合金化

將金屬粉末合金化是常見的改善金剛石與結合劑把持力的一種方法。金屬基體合金化對復合強度的影響可以從2個方面進行討論。一方面，合金化改善了基體中合金元素分布的均勻性，總體上提高了基體的硬度和強度，所以采用預合金基體材料制備的金剛石復合材料性能較為優(yōu)異；另一方面，可以添加強碳形成元素進行合金化，以增強與金剛石的潤濕性。

DAI等[53]研究了預合金FeCu粉末和等量元素粉末混合制備的金剛石工具基材料的硬度和彎曲強度，其結合劑表面形貌的SEM如圖7所示。

從圖7a中可以看出：部分預合金粉末表面外觀呈銅樣，粉末均勻性好，偏析少。銅呈小顆粒狀，大小為1～3 μm，附著在鐵粉表面。鐵和銅的親密分布有利于防止粉末材料的偏析，并提高粉末的成形性。在890 ℃燒結后，預合金粉末試樣的基體硬度為81.72 HRB，比混合粉末試樣的基體硬度高9.3%；在870 ℃燒結后以預合金粉末制備的基體得到了最高的彎曲強度(634.85 MPa)，比以混合粉末制備的基體的彎曲強度高出11.6%。

ZHANG等[54]在Al中加入質量分數(shù)為0.5%～4.0%的Ti，進行合金化后制備成金剛石復合材料，發(fā)現(xiàn)隨Ti含量升高，生成的TiC界面層厚度增大，從而改善金屬與金剛石的結合情況。另外，Ti合金化對Al基體有增強作用。當Ti合金質量分數(shù)為4.0%時，鋁鈦合金的極限抗拉強度比純Al的增加了2倍以上，從而提高金剛石復合材料的性能。

綜上所述，金剛石涂覆主要是通過形成碳化物涂層阻止金剛石石墨化來提高PCD性能，或添加其他相以提高結合劑與金剛石潤濕性從而提高PCD性能，或以合金化的方式提高結合劑性能進而提高PCD的性能。

5 PCD的應用

PCD具有以下特點：①晶粒呈無序排列狀態(tài)，因而硬度均勻，各項均一；②具有較高的強度，特別是抗沖擊強度以及耐磨性;③可以設計或預測產品的性能，賦予產品必要的特點從而適應它的特定用途。聚晶金剛石已陸續(xù)在廣泛的工業(yè)用途中取得成效。

聚晶金剛石首先被成功地用于制造各種刃具，包括車刀、銑刀和撞刀等，用來加工銅、鋁和硬質合金等非鐵金屬及其合金以及碳、石墨、塑料、橡膠、陶瓷和玻璃鋼等非金屬材料。

由于金屬結合劑具有導電性且原料來源豐富，金屬結合劑PCD便于切割成形，已成為傳統(tǒng)WC基硬質合金刀具的高性能替代品，其使用壽命一般是WC基硬質合金刀具壽命的10～500倍。此外在拉絲模、探鉆等領域也有很大的應用。

6 展望

PCD是超硬材料領域中主要熱點之一。隨著科技的發(fā)展，人們對PCD性能要求更加苛刻，所以除了注重已有PCD的研究，還應嘗試設計新型結合劑PCD，助力精密高精密加工技術的發(fā)展。未來研究的重點在于通過性能調控、改善研發(fā)新型結合劑，優(yōu)化制備工藝來獲得優(yōu)質的PCD材料。