人造金剛石是現(xiàn)代重要的工程材料和功能材料，具有無與倫比的優(yōu)異性能，但是它的主要缺點(diǎn)是耐熱性差、耐熱溫度不高、高溫下在空氣中易產(chǎn)生石墨化和氧化。
       目前，人造金剛石主要用于制造鋸切工具、磨具、刀具和地質(zhì)鉆頭，使用場景要求金剛石強(qiáng)度高、硬度大、耐熱性高、化學(xué)惰性好與耐磨性好等。絕大多數(shù)人造金剛石制品都要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，在使用過程中還受到摩擦熱的威脅，所以，研究高溫下人造金剛石在空氣中的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)度、耐熱性等的變化，具有重要的理論和實(shí)際意義。
       抗壓強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性能好是優(yōu)質(zhì)人造金剛石應(yīng)必備的主要條件，然而人們在評價(jià)人造金剛石質(zhì)量好壞時(shí)往往依據(jù)其初始抗壓強(qiáng)度，并用眼觀察其晶形、顏色等，這就給人們造成了初始抗壓強(qiáng)度愈高，其質(zhì)量愈好的傳統(tǒng)認(rèn)識，忽視了其在高溫下的熱穩(wěn)定性。
       下面從幾個(gè)不同方面探討一下金剛石熱穩(wěn)定性的影響因素。

不同氣氛環(huán)境對金剛石熱穩(wěn)定性的影響

       金剛石在750℃以上的工況下，性能會受到不同程度的影響，體現(xiàn)為單顆抗壓強(qiáng)度下降；表面腐蝕或石墨化；顆粒內(nèi)出現(xiàn)裂紋或碎裂等，從而導(dǎo)致其切削、磨削性能下降。事實(shí)上，金剛石受熱損傷的程度一方面取決于金剛石本身的質(zhì)量，更重要的金剛石所處的環(huán)境，也就是與金剛石相接觸的介質(zhì)。
       金剛石是以面心立方結(jié)構(gòu)形式存在的碳，在一定溫度下，這種立方結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變成層片狀的石墨結(jié)構(gòu)或無定形的碳，從而失去超硬的特性。在不同氣氛介質(zhì)中，純金剛石發(fā)生這類轉(zhuǎn)變的溫度也不同。如在空氣中，從800℃開始轉(zhuǎn)化；在氮、氫混合氣氛中則從1200℃開始轉(zhuǎn)化；在真空和惰性氣體中從1500℃開始轉(zhuǎn)化；很顯然，氧的存在對金剛石向石墨的轉(zhuǎn)變是有害的。
       解決措施：
       在金剛石表面施加合適的鍍層，隔絕氧與金剛石的接觸，會消除工具燒結(jié)過程中氧對金剛石的危害。作為保護(hù)層的鍍層有兩方面的要求：
       一是鍍層中不能合有鐵、鈷、鎳中任一元素，因?yàn)樵诖笥?00℃的高溫下，這幾類元素會腐蝕金剛石并使金剛石轉(zhuǎn)化成石墨或無定形碳，對金剛石有更大危害。
       另外，鍍層必須有足夠的抗氧化能力。研究表明，Ti或Ti-Cr合金鍍層耐氧化溫度分別達(dá)1024℃和1041℃，滿足上述要求。

人造金剛石中的缺陷引起的熱穩(wěn)定性問題

       人造金剛石在合成過程中會引進(jìn)各種雜質(zhì)及包裹體，它們會對金剛石的熱穩(wěn)定性造成很大影響。首先，這種金剛石在非超高壓（如無壓或熱壓燒結(jié)過程中）狀態(tài)下受熱時(shí)，在觸媒的作用下，金剛石將向石墨或無定型碳轉(zhuǎn)化；另外，由于包裹體的熱膨脹系數(shù)大大高于金剛石，受熱時(shí)，包裹體的膨脹使金剛石承受很大的內(nèi)應(yīng)力，這些包裹體在金剛石晶體中形成多種顯微缺陷，在缺陷處造成應(yīng)力集中；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度后就會使金剛石晶體出現(xiàn)裂紋，從而降低了金剛石單晶的抗壓強(qiáng)度，甚至使金剛石晶體發(fā)生碎裂。
       解決措施：
       這類由包裹體引起的金剛石熱穩(wěn)定性問題，由于包裹體在金剛石顆粒內(nèi)部，不能用后處理的手段予以改善。只能依賴金剛石生產(chǎn)廠家控制其合成工藝，提高金剛石質(zhì)量，減少包裹體含量，這是提高金剛石熱穩(wěn)定性的最直接途徑。在后期分選時(shí)用磁選法予以剔除強(qiáng)磁性粒，因?yàn)榻饎偸旧聿粠Т判?，其表現(xiàn)出的磁性強(qiáng)就是內(nèi)部包裹體含量的一種體現(xiàn)。
       對于金剛石工具制造廠家，如何正確評價(jià)并選購具有良好熱穩(wěn)定性的金剛石是十分重要的。現(xiàn)在金剛石生產(chǎn)廠家用經(jīng)過不同溫度加熱后測量強(qiáng)度、或?qū)⒔饎偸诟邷卣婵占訜?00℃以上，以測量碎裂率來考查金剛石的熱穩(wěn)定性，這種結(jié)果是可信的。適用于較大規(guī)模單晶廠家對產(chǎn)品熱穩(wěn)定性的考核。
       但對多數(shù)工具廠選購金剛石，上述方法檢驗(yàn)也難以實(shí)施。大量研究結(jié)果證明，金剛石熱穩(wěn)定性與磁化率有非常好的相關(guān)性。用磁選的方法將金剛石的磁性粒分離，則磁性粒越少，金剛石的熱穩(wěn)定性越高。有些廠家用這種方法檢驗(yàn)金剛石熱穩(wěn)定性，并制訂了磁性粒的限制量，如不超過30％或20％，是方便可行的質(zhì)量把控方法。

金剛石晶型對熱穩(wěn)定性的影響

       利用差熱分析（DTA）可以精確測定人造金剛石顆粒在空氣中的熱穩(wěn)定性及氧化情況。通常，人造金剛石在空氣中加熱只有一個(gè)放熱峰，而無其它相變情況，該放熱峰就是人造金剛石受熱后發(fā)生石墨化和氧化的結(jié)果，其分解過程可以用如下反應(yīng)式表示：
       C(金剛石)＋O2→C(石墨)+(CO+CO2)↑
       晶型更完整、雜質(zhì)更少的金剛石，抗壓強(qiáng)度更高，因而耐熱溫度及熱穩(wěn)定性最好。晶型不完整，表面有缺陷的金剛石熱穩(wěn)定性較差。而人造金剛石微粉的熱穩(wěn)定性最差，在600℃左右開始發(fā)生氧化放熱，在780℃就發(fā)生劇烈氧化，這是由于它的粒度細(xì)，比表面積大，易氧化生成石墨，并生成CO2與CO氣體。另外，微粉是金剛石單晶破碎而成的，晶體結(jié)構(gòu)中存在微裂紋，易于發(fā)生熱分解反應(yīng)，也使耐熱性降低。
       各種人造金剛石磨料磨具制品所加工的對象，通常硬度較高，在加工時(shí)往往產(chǎn)生大量的磨削熱，工作環(huán)境溫度瞬時(shí)可達(dá)1000℃以上，而金剛石磨料在空氣中的熱穩(wěn)定性溫度在1000℃以下，金剛石微粉的熱穩(wěn)定性溫度更低，如果金剛石磨具與其它制品的使用溫度超過其熱穩(wěn)定性溫度，則金剛石產(chǎn)生石墨化和氧化，使強(qiáng)度下降，磨削效率降低。
       解決措施：
       金剛石工具在使用過程中使用冷卻液加以冷卻。另外，金剛石制品的燒結(jié)溫度，要盡量控制在金剛石的熱穩(wěn)定性溫度范圍內(nèi)，否則也會使金剛石的強(qiáng)度降低，影響使用效果。

加熱溫度和時(shí)間對金剛石熱穩(wěn)定性的影響

       在熱處理爐中把金剛石加熱到不同溫度，保溫不同時(shí)間，測定其失重率。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在500℃以前，人造金剛石基本上沒有失重，強(qiáng)度也基本無變化；從600℃開始明顯失重，抗壓強(qiáng)度呈線性下降；到700℃金剛石單晶開始嚴(yán)重失重；在800～900℃金剛石基本上完全被氧化掉。
       加熱溫度600℃下，在受熱30min后，金剛石的失重率與時(shí)間呈線性關(guān)系。在800℃保溫不同時(shí)間，在前60min，抗壓強(qiáng)度呈線性下降，曲線較陡，強(qiáng)度下降較快，60min以后，內(nèi)部的金剛石氧化比較慢，失重變緩。強(qiáng)度也呈線性下降，但強(qiáng)度下降變慢。
       因此，人造金剛石顆粒的熱分解過程，與其重量的損失、抗壓強(qiáng)度的下降幾乎是同步進(jìn)行的，而且與加熱溫度的高低和加熱時(shí)間的長短有關(guān)。
       人有所優(yōu)，固有所劣；人有所工，固有所拙。人如此，萬物亦如此，只要我們通過努力探索，一定能夠發(fā)現(xiàn)、掌握其規(guī)律，并找到解決辦法。