预合金粉末与金刚石的扩散连接

　　试验中选用多种金属熔炼成低熔点合金后再雾化成粉形成预合金粉末，预合金粉末对金刚石的润湿扩散主要取决于形成碳化物的倾向和合金液态状态下的界面张力。

 

　　铜合金对金刚石等润湿性能的改善，主要取决于加进的合金元素能够使内界面张力急剧下降。合金元素在内界面上的吸附，可以降低液态合金的内界面张力，内界面碳化物天生反应可以更大的降低内界面张力。

 

　　在烧结成金刚石工具胎体过程中，只要温度升到预合金粉末的熔化温度，整个粘结成分的粉末就开始浸润金刚石，并向金刚石扩散，从而实现钎焊连接。

 

　　分析钎焊润湿角计算公式

 

　　可知，内界面张力降低导致润湿角θ减小。在Cu基合金中加进碳化物形成元素是改善Cu基合金润湿性的有效措施。

 

　　表1给出部分合金元素对表面张力和内界面张力的影响排序。

 

　　表1 部分元素对界面张力和表面张力的影响

 

　　Mn、Pb、Ni这类元素，当含量低时，铜合金不能很好地润湿碳材料，分析原因是由于Cu-Mn、Cu-Pb、Cu-Ni合金中有连续固溶体存在，使液态合金的表面张力进步。当合金元素的浓度高时，会向好的方向转化。如Cu-Ni合金中Ni增加到一定浓度，试验中发现在金刚石表面有Cu-Ni合金膜天生并扩展。

 

　　Sn、Si等元素的铜合金，尚未发现在碳材料表面形成附着膜，尽管一些元素可以降低液态合金的表面张力，但是表面张力的降低对接触角的影响与内界面张力降低的影响比较起来作用较小。

 

　　TiC的天生自由能比Cr、Mo、V、Mn、Fe等碳化物的天生自由能要低，1000℃时TiC的天生自由能约为4000卡/克。摩尔。从降低液态合金内界面张力的能力上看，Ti只能排在M、Cr、Fe、V、Ta、Nb、Mn、Co、Ni之后，降低表面张力作用也不如上面提到的任何一种金属，Ti在合金内界面上的原子百分数*小。所以在合金中加进1at.%左右的Ti,对降低接触角看不出有什么作用，只有加进5at.%以上时，作用才比较明显，达到10at.%时效果*好，可使润湿角θ降低至20℃以下。