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第44卷第6期2016年6月硅酸盐学报Vol. 44，No. 6June，2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.06.22氧分压对铁铝尖晶石稳定性的影响李志坚，付雪冰，丁达飞，栾旭，吴锋(辽宁科技大学高温材料与镁资源工程学院，辽宁鞍山 114051)摘要：将烧结铁铝尖晶石制成1.0~0.088mm样品，控制气氛中氧气体积分数，进行25~1400℃的热重分析，研究不同含氧分压下铁铝尖晶石的氧化行为，并对氧化前后样品进行X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱分析。
结果表明：烧结铁铝尖晶石的氧化为保护型氧化，气氛中氧气体积分数在0.3%左右时，铁铝尖晶石较为稳定，晶粒表面氧化形成排列规整致密的刚玉及赤铁矿致密保护层，内部未氧化；氧气体积分数在8.0%左右时，铁铝尖晶石完全氧化，产生片状、粒状的刚玉相及赤铁矿相；氧气体积分数在18.0%左右时，样品中残留较多纯净铁铝尖晶石相，铁铝尖晶石晶粒表面氧化形成无定形刚玉及赤铁矿相，氧化程度较为剧烈，晶粒保留八面体结构。
关键词：铁铝尖晶石；热重分析；氧含量；稳定性中图分类号：TQ175 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)06–0914–05网络出版时间：2016–05–06 10:33:00 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20160506.1033.022.htmlEffect of O2 Partial Pressure on Hercynite StabilityLI Zhijian, FU Xuebing, DING Dafei, LUAN Xu, WU Feng(School of High Temperature Materials and Magnesium Resource Engineering, University of Science and Technology Liaoning,Anshan 114051, Liaoning, China)Abstract: A sintered hercynite powder with the sizes of 1.0–0.088mm was prepared via grinding. The oxidation behavior of the sintered hercynite powder at different oxygen volume fractions was investigated through the thermogravimetric analysis at 25– 1400℃. The fired samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry, respectively. The results show that the oxidation of sintered hercynite is protective oxidation. When the oxygen volume fraction is 0.3%, hercynite is more relatively stable and there are some dense and regular arrangement phases of corundum and hematite on the grain surface as a protective layer, and the inside of the grains is not oxidized. When the oxygen volume fraction is 8.0%, hercynite is completely oxidized to form flaky and grainy phases of corundum and hematite. When the oxygen volume fraction is 18.0%, there are some residual pure hercynite phases existed in the specimen, the surface of hercynite grains is oxidized to form some shapelessness phases of corundum and hematite. The oxidization is more serious and the grains are still in an octahedral structure.Keywords: hercynite; thermogravimetric analysis; oxygen content; stability铁铝尖晶石是目前制备水泥回转窑烧成带用镁铁铝材料的重要原料，也是推动水泥窑用耐火材料无铬化的关键材料[1]。
第48卷第4期 2020年4月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 4 April ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190416类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展黄 雷，袁军堂，李 超，汪振华(南京理工大学机械工程学院，南京 210094)摘 要：类金刚石(DLC)薄膜作为典型的固体润滑剂，耐热性差一直是制约其高温服役性能以及产业化推进的主要原因之一。
高温将直接影响DLC 碳基骨架稳定性，进而限制其优异摩擦学性能的发挥。
分别从DLC 热稳定性影响因素、热稳定性研究方法以及热磨损机理研究进展3个方面展开介绍，分析未来的发展趋势，以期为DLC 高温环境下服役性能研究提供技术参考。
关键词：类金刚石；热稳定性；热磨损机理中图分类号：TG711 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)04–0599–09 网络出版时间：2019–12–25Research Progress on Thermal Stability and Thermal Wear Mechanismof Diamond-like Carbon FilmsHUANG Lei , YUAN Juntang , LI Chao , WANG Zhenhua(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract: Diamond-like carbon (DLC) regarded as a typical solid lubricant has been dramatically restricted by internal weak thermostability, which further shortens the intrinsic service life and obstructs its industrialization. While working at elevated temperatures, the carbon matrix of DLC changes along with the deterioration of its superior tribological performance. In this paper, the latest progress on thermal stability and thermal wear mechanism of DLC film were reviewed and future research direction was proposed as well, aiming to provide technical reference for the studies on high-temperature service performance of DLC film.Keywords: diamond-like carbon; thermal stability; thermal wear mechanism类金刚石(DLC)薄膜是一类包含金刚石sp 3杂化结构和石墨sp 2杂化结构的亚稳态非晶体，作为典型的固体润滑材料，集高硬度、低摩擦、减摩耐磨特性于一身[1‒4]。
熔盐法合成Ti 和TiC 镀覆层对金刚石热稳定性的影响*武玺旺1,2， 皇甫战彪3， 刘雪坤3， 蔡玉乐1， 王良文1,4， 程学瑞1,3（1. 河南黄河旋风股份有限公司, 河南 长葛461500）（2. 许昌学院, 河南 许昌 461000）（3. 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院, 郑州450002）（4. 郑州轻工业大学 机电工程学院, 郑州450002）摘要 金刚石表面金属化处理是提高金刚石制品性能的重要技术手段之一，镀覆层质量对金刚石及其制品的热稳定性和耐磨性都具有重要影响。
采用高温熔盐法在金刚石表面成功镀覆Ti 和TiC 层，利用XRD 、SEM 对镀覆层的组成和形貌进行表征，并对镀覆后金刚石颗粒的热稳定性进行研究。
结果表明：镀覆后金刚石由黄色变为灰黑色，其光学透过率大大降低。
在800～900 ℃镀覆时，金刚石表面会形成Ti 和TiC 复合镀层，但800 ℃时的镀层比较稀疏，甚至出现漏镀现象，而在900 ℃时得到的镀层比较均匀致密；在1 100 ℃镀覆时，镀覆层为TiC ，镀覆层较厚而且出现分层、开裂现象。
由于镀覆层的保护作用，金刚石的氧化温度增加，失重率大大降低。
尤其是在900 ℃时镀覆后，金刚石的失重率由原料的91.3%降至镀覆后的9.3%，热稳定性显著提升。
因此，熔盐法合成Ti 镀覆层的最佳温度为900 ℃。
关键词 金刚石；熔盐法；Ti ；TiC ；热重分析中图分类号 TG164 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)02-0196-06DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0054收稿日期 2022-04-19 修回日期 2022-06-13金刚石制品在加工和使用过程中往往要经受高温作用，而金刚石属于碳材料，高温条件下极易氧化。
而且人造金刚石通常含有有氮、硼、硅、金属包裹体等诸多杂质和缺陷，导致其热稳定性大大降低，金刚石热稳定性能的好坏很大程度上决定了金刚石工具的性能和使用寿命[1-2]。
金属化金刚石热稳定性能的研究金属基金刚石工具多采用真空或保护气氛烧结制备，其目的是防止氧化气氛的存在使金刚石过早石墨化。
但采用堆焊技术将金刚石与硬质合金混合敷焊于钢齿石油钻头上时，金刚石抗压强度下降；大大影响金刚石工具的使用效果。
因此，防止高温下的金刚石因氧化而转变成石墨，是提高金刚石工具使用效率和寿命的关键因素[1]。
目前国内外一般采用表面镀覆金属的方法来减少金刚石高温石墨化倾向，降低金刚石与镀覆金属间的界面能[2]，实现金刚石与多种金属材料的浸润，并通过该层金属与金刚石发生化学反应，生成稳定的化学键，实现冶金结合，从而提高金刚石与基体的结合强度，以利于充分发挥金刚石的性能。
本文简单描述了化学气液相处理(CVLT)技术制备表面金属化金刚石的过程，并通过表面金属化金刚石与未镀单晶金刚石的对比测试，着重分析氧化环境对两种状态金刚石热稳定性的影响。
02实验单晶金刚石（型号SMD35、粒径40/45）表面金属化采用化学气液相处理（CVLT）工艺制作：(1)将单晶金刚石放入真空气氛加热炉中，在负压（-0.09MPa）下加热至800℃，通入Ti、Cr氯化物蒸发气和氢气，反应1h后停止通反应气，样品在氢气保护下随炉冷却后出炉。
(2)经气相反应后的单晶金刚石，放入Ni-Cr-W-P化学镀液中，在90℃镀覆1.5h，取出用清水清洗后烘干。
被测样品在马弗炉中加热，其参数如下表1：采用体视显微镜（XTL-500）观察常温和高温氧化两种状态金刚石表面形貌变化；分析天平（AR2140）称量金刚石在各加热环境的失重情况；X射线衍射仪（DX-1000X）测试金刚石及金属化膜层结构；抗压强度测定仪（LY—007型）对金刚石单晶进行单粒抗压测试，测定其40粒平均抗压强度。
03结果与讨论3.1形貌观察及分析图1为未金属化金刚石单晶900℃加热前后的体视显微形貌像，其中（a）显示：金刚石颗粒形状规则，表面光滑，边棱锐利，图（b）显示金刚石加热后失去光泽，棱角模糊，尺寸变小，且表面有较大的蚀坑（如图中箭头处）。
高温氧化对材料性能的影响研究1. 引言高温氧化是指材料在高温下与氧气发生反应，导致材料性能发生变化。
随着科技的不断发展，高温工况下材料的稳定性和耐久性显得尤为重要。
因此，研究高温氧化对材料性能的影响具有重要的理论和实际意义。
本文将就高温氧化对材料的力学性能、结构特性和热导率等方面的影响进行分析和探讨。
2. 高温氧化对力学性能的影响高温氧化会引起材料的力学性能降低。
一方面，高温下氧气与材料发生反应，形成氧化物产物，使材料表面氧化层增厚，并导致材料的断裂韧性下降。
另一方面，氧化层的形成还会引起材料的应力集中现象，进而导致材料的疲劳寿命缩短。
因此，在研发高温工作材料时，需要考虑材料的抗高温氧化性能，以保证材料的力学性能稳定。
3. 高温氧化对结构特性的影响高温氧化还会对材料的结构特性产生影响。
在高温下，材料中的晶格结构发生畸变、晶粒长大，这可能导致材料的晶体缺陷增加，晶界的断裂和晶粒的堆积，最终影响材料的力学性能和电学性能。
此外，在材料高温氧化的过程中，晶态材料可能发生相变，形成不同的晶相或非晶相结构，再进一步影响材料的性能。
因此，深入研究高温氧化与材料结构之间的关系对于优化材料性能具有重要意义。
4. 高温氧化对热导率的影响高温氧化对材料的热导率也会产生一定的影响。
氧化层的形成会降低材料的导热性能。
一方面，氧化层的热导率较低，会导致热传导的阻力增加。
另一方面，氧化层的存在会使得材料的热扩散系数降低。
因此，在高温工作条件下，材料的热导率可能会降低，从而影响其传热性能。
5. 结论高温氧化对材料性能有着显著的影响，主要体现在力学性能、结构特性和热导率等方面。
因此，在材料的设计和选择过程中，需要考虑材料的抗高温氧化性能，以保证其在高温工况下的稳定性和耐久性。
此外，进一步深入研究高温氧化与材料性能之间的关系，对于优化材料的应用性能和开发新型耐高温材料具有重要的意义。
氧化环境对金属化金刚石热稳定性能的影响黄敏1 ,薛屺1 ,晋勇2，刘锐可1（1.西南石油大学材料学院，成都6105002.四川大学材料学院，成都610065 ）摘要：采用化学气液相处理(CVLT)技术在SMD35金刚石表面制备Cr、Ni等金属膜，经X射线衍射分析，金刚石表面生成了Cr3C2碳化物，实现了金刚石与镀层金属的化学键结合；对经CVLT技术金属化的金刚石和未镀膜金刚石进行了高温下表面形貌观察、组织结构、热失重和抗压强度测试分析，结果表明：经1000℃高温加热后，表面金属化金刚石比未镀膜金刚石失重率低近1/4，抗压强度提高约1/3。
关键词：CVLT金属化金刚石热稳定性抗压强度Effect of Oxidizing Environment on Thermal Stability of Metallization DiamondHuang Min1, Xue Qi1，Jin Yong2，Liu Ruike1（1.School of Material Science & Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China2. School of Material Science & Engineering，Sichuan University, Chengdu 610065，China）Abstract: Make metal membranes of Cr、Ni on the surface of SMD35 diamond by CVLT.By X ray diffraction analysis，it is found that there is Cr3C2 cardide on the surface of the diamond, which realizes the chemical bond combination between the diamond and the metal coating.Make the appearance observation, structure analysis, thermal zear gravity analysis and pressure test on the metal diamond by CVLT and un-coating diamond under high temperature.The result shows that the zear gravity of metal diamond is 1/4 less than it of un-coating diamond and the pressure of metal diamond increases 1/3.Key words: CVLT metallizing;diamond;thermal stability;pressure resistance0 引言金属基金刚石工具多采用真空或保护气氛烧结制备，其目的是防止氧化气氛的存在使金刚石过早石墨化。
但采用堆焊技术将金刚石与硬质合金混合敷焊于钢齿石油钻头上时，金刚石抗压强度下降；大大影响金刚石工具的使用效果。
因此，防止高温下的金刚石因氧化而转变成石墨，是提高金刚石工具使用效率和寿命的关键因素[1]。
目前国内外一般采用表面镀覆金属的方法来减少金刚石高温石墨化倾向，降低金刚石与镀覆金属间的界面能[2]，实现金刚石与多种金属材料的浸润，并通过该层金属与金刚石发生化学反应，生成稳定的化学键，实现冶金结合，从而提高金刚石与基体的结合强度，以利于充分发挥金刚石的性能。
本文简单描述了化学气液相处理(CVLT)技术制备表面金属化金刚石的过程，并通过表面金属化金刚石与未镀单晶金刚石的对比测试，着重分析氧化环境对两种状态金刚石热稳定性的影响。
1 实验单晶金刚石（型号SMD35、粒径40/45）表面金属化采用化学气液相处理（CVLT）工艺制作：(1)将单晶金刚石放入真空气氛加热炉中，在负压（-0.09MPa）下加热至800℃，通入Ti、Cr氯化物蒸发气和氢气，反应1h后停止通反应气，样品在氢气保护下随炉冷却后出炉。
(2)经气相反应后的单晶金刚石，放入Ni-Cr-W-P化学镀液中，在90℃镀覆1.5h，取出用清水清洗后烘干。
被测样品在马弗炉中加热，其参数如下表1：表1 实验参数金刚石加热温度/℃加热前质量/g 加热时间/min未镀膜520 1.000030 800 1.0000900 1.00001000 1.0000CVLT金属化520 1.000030 800 1.0000900 1.00001000 1.0000采用体视显微镜（XTL-500）观察常温和高温氧化两种状态金刚石表面形貌变化；分析天平（AR2140）称量金刚石在各加热环境的失重情况；X射线衍射仪（DX-1000X）测试金刚石及金属化膜层结构；抗压强度测定仪（L Y—007型）对金刚石单晶进行单粒抗压测试，测定其40粒平均抗压强度。
2 结果与讨论2.1形貌观察及分析图1为未金属化金刚石单晶900℃加热前后的体视显微形貌像，其中（a）显示：金刚石颗粒形状规则，表面光滑，边棱锐利，图（b）显示金刚石加热后失去光泽，棱角模糊，尺寸变小，且表面有较大的蚀坑（如图中箭头处）。
a 常温b 900℃图1 无镀膜金刚石体视显微形貌图片（×30）图2为CVLT金属化金刚石单晶900℃加热前后的体视显微形貌像。
其（a）图显示：金刚石被金属膜层完全包裹，呈现金属光泽，颗粒饱满，棱角规则。
加热后，棱角分明，尺寸未发生变化，部分金刚石金属膜层脱落，其表面出现较小蚀坑，如（b）图所示。
a 常温b 900℃图2 CVLT金属化金刚石体视显微形貌图片（×30）2.2组成相及结构分析金刚石金属化后金属膜层减轻热蚀程度，其金属膜层衍射图谱如图3：金刚石表面碳原子与镀层金属Cr发生碳化物形成反应，生成Cr3C2，形成了冶金结合。
同时，通过化学镀在金刚石的表面形成复合膜层，其中含有Ni元素。
图3 CVLT金属化金刚石X射线衍射图谱对三个（常温、800℃和900℃）不同加热温度的未镀膜金刚石进行XRD衍射分析，其图谱如图4所示：常温条件下金刚石X衍射峰值最高，800℃时，峰值已明显下降，1000℃时，峰值强度降到一个极小的值。
图4 不同温度未镀膜金刚石XRD衍射图谱CVLT金属化金刚石加热到1000℃后，进行XRD衍射分析，其图谱如图5：金刚石特征峰非常明显，峰值较大，峰值强度影响较小。
图5加热到1000℃CVLT金属化金刚石XRD衍射图谱2.3热失重测试金刚石受热温度不同，氧化和石墨化程度不同[3]。
石墨化引起金刚石失重，实验中，分别将加热后的未金属化和金属化金刚石，用分析天平称量，计算失重率，其结果如表2，根据表2数据作出热失重曲线图6。
表2 不同温度下金刚石失重情况温度/℃未镀膜金刚石失重率CVLT金属化金刚石失重率520 0.02﹪ 4.60﹪800 5.23﹪7.69﹪900 22.74﹪ 8.91﹪ 100033.87﹪10.38﹪05101520253035温度/℃失重率/%图6 金刚石热失重曲线图6显示：未镀膜金刚石在空气中加热到约650℃时开始发生失重（氧化开始更早），温度低于800℃时金刚石失重不明显，失重率较小，随着加热温度升高，金刚石氧化和石墨化速度增大，失重率变大，1000℃时，金刚石失重达自身重量的1/3。
高温阶段，金属化金刚石的失重率较小，低于未镀膜金刚石，随着温度的升高，金属化金刚石的失重率缓慢增大，而此时未镀膜金刚石失重率急剧增加，温度升高到1000℃时，金属化金刚石的失重率仅为10.38﹪，为相同条件下未镀膜金刚石失重率的1/3。
2.4抗压强度测试金刚石失重率发生变化，其抗压强度也会受到一定影响[4]。
采用L Y —007型抗压强度测定仪对加热后每组40粒金刚石单晶进行单粒抗压测试，结果如表3；其抗压强度曲线如图7：表3 不同温度下金刚石的抗压强度温度/℃ 未镀膜金刚石抗压强度/N CVLT 金属化金刚石抗压强度/N常温 348.88 294.59 520 288.12 323.11 800 189.14 298.21 1000165.62245.00表3和图7显示：常温下未镀膜金刚石的抗压强度大于金属化金刚石，这是由于在金属化过程中，金刚石单晶受到一定的热损伤，其强度下降约为49N ；随着温度升高，未镀膜金刚石抗压强度下降较快，常温下抗压强度为348.88N ， 1000℃时，抗压强度值下降为165.62N ，为常温下的47.5％，CVLT 金属化金刚石从常温到800℃温度区间其抗压强度几乎未发生变化，1000℃时，抗压强度值下降为245.00N ，降低16.8％，比相同条件下未镀膜金刚石提高了35.7个百分点。
抗压强度/N温度/℃图7 金刚石单粒抗压强度曲线论文中，未镀膜金刚石在空气中高温加热后，由于氧气存在，石墨化在650℃较低温度开始，此时发生石墨化实际上是氧的作用，其反应如下式[5]：22 O +2C 2CO 2CO+C CO +2C →→金刚石金刚石石墨由于石墨化，金刚石出现热蚀现象，表面形成蚀坑（如图1），金刚石发生氧化失重，抗压强度降低，单晶金刚石的热稳定性能变差，温度越高，石墨化速率越快，热腐蚀现象越严重，失重越多，抗压强度降低越多[6]。
采用CVLT 技术在金刚石表面实现金属化，其金属膜层与金刚石发生碳化物形成反应，生成Cr 3C 2，形成了冶金结合。
碳化物的形成不仅可以降低内界面张力，而且能促进Cr 原子向界面的金刚石一侧扩散，使金刚石和金属持续地发生Cr 3C 2碳化物形成反应。
通过金刚石界面上的Cr 3C 2碳化物层强有力地把持住金刚石，防止金刚石过早脱落，同时，通过化学镀在金刚石的表面形成复合膜层，复合膜层中含有Ni 元素，在单晶金刚石与金属连接（烧结，焊接）时，能与多种金属很好的浸润，更容易与金属基材料连接。
并且金属化膜层隔离氧气，降低金刚石石墨化速率，减轻金刚石基体出现的热蚀现象，保护金刚石基体，改善金刚石表面介质来提高金刚石的热稳定性能。
3 结论1、采用化学气液相处理 (CVLT)技术在金刚石表面形成复合膜层，膜层金属中的Cr 元素与金刚石表面C原子发生碳化反应形成Cr3C2碳化物层，实现了镀层与金刚石的化学键结合；同时复合膜层与多种金属材料能发生浸润，改善金刚石与其他金属的连接。
2、CVLT金属膜层保护金刚石基体，防止金刚石氧化和石墨化，其热稳定性能明显优于未镀膜金刚石。
