中國粉體網訊 聚晶金剛石（PCD）不僅具有接近金剛石單晶的硬度、耐磨性，更具有優(yōu)于單晶的各向異性及與硬質合金相當?shù)目箾_擊性，因此，被廣泛應用于石油天然氣開采、煤炭地質勘探、機械加工等領域中。
(圖片來源：南京現(xiàn)代金剛石制品有限公司)
聚晶金剛石的起源
自天然單晶金剛石被發(fā)現(xiàn)以來，另一種金剛石“卡博納多”（黑金剛石）也相繼被發(fā)現(xiàn)，這種金剛石在自然界很稀少。經過研究發(fā)現(xiàn)這是一種由大量金剛石單晶顆粒與微量雜質組成的塊狀多晶體。無序排列的金剛石微粒使其具有無解理面的特性，進而硬度、強度和耐磨性三種屬性都要優(yōu)于傳統(tǒng)單晶金剛石。
人類對聚晶金剛石的制造靈感正是源于對其結構的認知。
前蘇聯(lián)與美國的科學家在1961-1970年期間投入大量精力進行人工聚晶金剛石的合成實驗，并取得了一些成果。1964年GE公司首次以“某些金屬添加劑能使金剛石與金剛石之間產生直接結合”申請了美國專利。歷史上第一款實用型聚晶金剛石片由GE公司于1971年發(fā)明。PCD于1972-1973年間被進一步推廣，主要制成刀具用于機械加工。隨后性能更高的聚晶金剛石鉆頭產品于1976年推出面向鉆探領域。
合成方法
1、爆炸法合成
在耐高壓的容器中，利用爆炸產生的高溫及動能推動金屬片高速撞擊石墨片后產生瞬間的高溫高壓環(huán)境，使石墨轉化為微粉狀態(tài)的聚晶金剛石。此方法合成的聚合物內部會存在石墨殘留且無法合成規(guī)則的大尺寸聚晶，只能用于對品質要求不高的磨料級聚晶金剛石的制備。
2、低壓氣相沉積法
此方法核心原理是在低于1標準大氣壓（1.01×105Pa）的環(huán)境中把含有碳元素的氣態(tài)原材料導入反應室內，在此條件下經過一系列復雜的化學反應過程，最終使氣態(tài)原材料中的碳原子以金剛石相沉積在某種基底的表面，形成一層膜狀聚晶金剛石，這種方法就是低壓化學氣相沉積法。使用CVD制備的聚晶金剛石膜因無需過度族金屬的參與，熱穩(wěn)定性較高，同時可摻雜其他元素制備半導體材料，因而常應用于電子及光學領域。但目前存在的問題是合成周期長，產能較低等。
3、直接轉化法
此方法是將高純石墨微粉在超高壓超高溫（2000℃、13GPa以上）條件下直接轉化為聚晶金剛石，這種方法可以合成出高純金剛石，性能指標接近天然金剛石。但此方法對合成設備的要求極高，條件苛刻，產能低，成本高，現(xiàn)階段無法實現(xiàn)工業(yè)化量產，只能停留在實驗階段。
4、高壓高溫溶劑法
此方法是在恒定的高壓高溫（5-7GPa，1300~1700℃）條件下在過渡金屬或合金觸媒的作用下，使金剛石微粉、石墨粉等原材料轉變成為金剛石聚晶復合物。此方法的優(yōu)點是合成周期短，對所使用的合成設備性能指標要求不高，間接起到節(jié)約成本的作用，非常適合工業(yè)生產的推廣。但目前我國生產的聚晶金剛石與國外同類產品相比，在力學和電學等方面的性能依然存在一定的差距。
特性及應用
聚晶金剛石屬于多晶體，具有多晶體的共性。由于晶粒在內部環(huán)境的排列是無規(guī)則的，因而具有內部長程無序，但短程有序的特點，使其各個方向理化性質無變化。因其無解理面的特性，相較于金剛石大單晶，它更耐沖擊，應用時限制少，應用范圍更為廣泛。
聚晶金剛石的合成成本比天然和人造大單晶低，同時可根據(jù)需要制成不同的形狀，兼具高硬度和高強度的特點，是工業(yè)應用的理想材質，現(xiàn)在金剛石在工業(yè)、科技、國防等領域都有所應用。但目前聚晶金剛石主要還是以工業(yè)化應用為主。
參考來源：
[1]陳東亮.聚晶金剛石的制備與性能研究
[2]邵華麗等.聚晶金剛石的熱穩(wěn)定性研究進展
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