人造金剛石聚晶是一種把金剛石與結(jié)合劑在高溫、超高壓下燒結(jié)而成的金剛石聚合物，它具有極高的耐熱性和很高的熱穩(wěn)定性。廣泛應(yīng)用于制造石油，地質(zhì)鉆頭，鉆石加工和機械加工工具等。

       人造金剛石聚晶也是一種復(fù)合材料，是把金剛石與結(jié)合劑這兩種材料通過表面接觸相互結(jié)合而成的，那么金剛石和結(jié)合劑是按照什么原理才能很好的粘結(jié)在一起，并且發(fā)揮它最大的物化性能呢？這是一個具有重要實際意義的研究論題。

      一、表面原子分布對應(yīng)相互成鍵學(xué)說

       王光祖教授在《超硬材料》中講到，可以從表面結(jié)構(gòu)和表面接觸時，雙方原子間相互作用的規(guī)律來研究粘合問題。比如，A與B兩種材料相互接觸能粘合在一起的條件是，A 面上的原子與B面上的原子相互作用成鍵，A與B兩面間的粘合就是A面上大量a原子與B面上大量b原子之間相互作用成鍵的集體表現(xiàn)。要使它們粘合得好，在一般情況下，就要求兩面接觸很好，兩面的結(jié)構(gòu)有一定對應(yīng)關(guān)系，使兩面上的原子對得準(zhǔn)，相互作用成鍵能力要強，這就是粘合的一般原理，也是表面原子分布對應(yīng)相互成鍵學(xué)說。

這個原理包含兩部分內(nèi)容： 

       1、結(jié)構(gòu)對應(yīng)原理即雙方表面上原子分布有一定對應(yīng)關(guān)系；

       2、成鍵原理即雙方表面上的原子要能相互聯(lián)結(jié)成鍵。

       必須同時符合這兩條原理，才能粘合，缺一不可。兩面接觸時，不一定要求所有面上的原子都對準(zhǔn)，只要有相當(dāng)多的原子對得準(zhǔn)，且相互作用成鍵能力強就行了。若雙方面上的所有原子都能對得準(zhǔn)，且成鍵能力又強，則當(dāng)然更好。
       二、人造金剛石聚晶的聚結(jié)機理

       下面是通過添加某種粘結(jié)劑，應(yīng)用上述的粘合原理來說明粘結(jié)劑在超高壓高溫下是如何能使許多小顆粒金剛石聚結(jié)而成PCD的。

       1、 添加粘結(jié)劑為Co或Ni時：聚晶金剛石一般是在6.5GPa和1600℃左右的高溫高壓下燒結(jié)的。

       Co是面心立方結(jié)構(gòu)，密排面(111)面上的原子間距為0.250nm； 

       金剛石密排面上的原子間距為0.251nm。

       兩者很接近，因此，兩者有很好的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系，在高壓高溫下熔化后，Co的流動性很好，并滲透到各金剛石晶粒之間，使金剛石的密排面(111)面相互擠壓接觸，接觸面上對準(zhǔn)的Co原子與C原子可以相互成鍵，產(chǎn)生粘附作用。
       添加劑粘結(jié)劑為Ni時，同樣適用于上述原理。2、添加粘結(jié)劑為Si時：

       Si的密排面（111）上的原子間距為0.381nm；

       金剛石密排面（111）上的原子間距為0.251nm； 

       2×0.381nm≈3×0.251nm；

       兩者雖有一定的差距，但兩者接觸的密排面仍有一定的對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)周期性對準(zhǔn)規(guī)則，部分Si原子呈周期性地與C原子對準(zhǔn)，另外的Si 原子則與相鄰兩個C原子聯(lián)線的中央對準(zhǔn)。

       金剛石表面上的碳原子還有一個多余的價電子，而Si面上的Si原子也有一個多余的價電子，在超高壓高溫下，Si溶化后滲透到金剛石晶粒之間，使其密排面(111)面與金剛石的密排面(111)面相互擠壓接觸，兩接觸面上對準(zhǔn)的Si原子與C原子，可以相互聯(lián)結(jié)成Si- C共價鍵，而產(chǎn)生粘結(jié)作用。此外，與相鄰兩個C原子聯(lián)線中央對準(zhǔn)的Si原子則可以從側(cè)面與兩個C原子聯(lián)系形成橋式三中心（Si…C）π鍵，也可以產(chǎn)生粘結(jié)作用，接觸面上的Si原子都可以分別以共價鍵或橋式三中心π鍵的方式與金剛石表面上的c原子相聯(lián)結(jié)而產(chǎn)生強有力的粘結(jié)作用。

       三、添加劑的選擇原則

       根據(jù)上述的粘合原理和金剛石的聚結(jié)機理，可得出添加劑的選擇原則:

       1、結(jié)構(gòu)對應(yīng)原則

       添加劑密排晶面上的原子排列與金剛石（111）面上的原子排列要有一定的對應(yīng)關(guān)系，且原子間距要等于或接近于金剛（111）面上C原子間距0.251nm。這就是說，要求添加劑原子與C原子對準(zhǔn)或呈周期性地對準(zhǔn)。

       2、定向成鍵原則

       添加劑密排面上的原子與金剛石表面上對應(yīng)的C原子要能相互聯(lián)結(jié)成鍵，成鍵能力強的，粘結(jié)效果就好。當(dāng)然，添加劑的選擇原則還涉及其他， 此處暫不過多介紹。

參考文獻：王光祖《超硬材料》