金刚石由于具有很高的硬度、耐磨性及较强的化学惰性,因而作为磨粒在硬脆材料加工领域得到广泛的应用。人造金刚石颗粒尺寸较小,通常采用结合剂将它们粘结起来制备成具有一定形状、大小和强度的工具。但由于金刚石单晶表面光滑且表面能较高,在制备金刚石工具时结合剂很难润湿金刚石。因此,两者之间主要以机械镶嵌为主,结合力较弱,磨削加工时大部分金刚石由于过早脱落而造成非磨削损耗。为了提高结合剂对金刚石的把持力,目前采用的方法主要是对金刚石表面进行镀覆或涂覆处理。针对这些处理技术的局限性,论文采用热化学法以铁族金属及其盐对金刚石单晶进行腐蚀。系统研究了各参数变化对铁族金属粉末腐蚀金刚石单晶的影响规律,结合热力学计算,探讨了铁族金属腐蚀金刚石单晶的主要机理;考察了铁族金属盐在不同温度下对金刚石单晶的腐蚀及主要机制;将不同方法处理的金刚石分别与铜基和铁基金属结合剂制备成锯片,对锯片的机械性能和锯切性能进行比较。主要研究结果如下:(1)重点研究了温度对铁族金属腐蚀金刚石的影响。结果表明,温度在腐蚀过程中起关键作用,铁、镍、钴对金刚石单晶腐蚀的初始温度分别为800°C、700°C和600°C。随着温度升高,金刚石单晶的腐蚀程度逐渐加重;当温度相同时,金刚石{100}晶面的腐蚀程度均大于{111}晶面。铁在金刚石{100}晶面的腐蚀主要沿垂直于晶面方向进行,在{111}晶面的腐蚀起源于晶面边缘并逐渐向中心扩展。而镍和钴在金刚石表面的腐蚀均以垂直于晶面方向为主,在金刚石{100}和{111}晶面上形成形状分别为倒金字塔和六边形的腐蚀坑。在试验温度范围内,钴粉对金刚石单晶腐蚀的均匀性较好,且在金刚石{100}和{111}晶面上的腐蚀率和腐蚀深度均大于镍粉。(2)系统研究了保温时间、金属粉末与金刚石比例及金属粉末粒径等对铁族金属腐蚀金刚石的影响。随着保温时间延长,镍和钴腐蚀金刚石后形成的腐蚀坑面积和深度逐渐增大,但当保温时间超过一定值后,延长保温时间对金刚石腐蚀影响逐渐减小。减小钴粉与金刚石的质量比,金刚石{100}和{111}晶面的腐蚀率和腐蚀深度明显降低,同时金刚石表面腐蚀的均匀性变差。此外,随着钴粉粒径增大,金刚石单晶的腐蚀程度变轻且均匀性变差。(3)探讨了铁族金属腐蚀金刚石的机制及腐蚀形貌的形成规律。金刚石腐蚀过程可描述为:随着温度升高,金属逐渐熔融并开始润湿金刚石表面;在金属的催化作用下,金刚石结构碳发生相变转变成石墨结构碳;金刚石与熔融金属界面处形成的石墨以浓度差为驱动力,在金属中向远离界面方向扩散。根据菲克定律对铁腐蚀金刚石的理论腐蚀深度进行计算,结果与试验所测P-V值的变化趋势大体一致。与金刚石台阶状生长模式相似,铁族金属腐蚀金刚石单晶也是通过逐层实现的。对于金刚石表面形成的腐蚀坑,其底部对应于被腐蚀晶面,而其内壁则由被腐蚀晶面的相邻晶面或稳定性更高的次级相邻晶面组成。(4)探索了二水草酸铁、二水草酸钴和六水硝酸钴在不同温度下对金刚石的腐蚀行为及腐蚀机理。随着温度升高,金刚石单晶的腐蚀程度逐渐加重。特别是以二水草酸铁作为腐蚀剂时,当温度超过900°C后,金刚石单晶的腐蚀程度急剧加重。二水草酸钴和六水硝酸钴均可同时在金刚石{100}和{111}晶面上形成腐蚀坑,但与金属钴粉相比,金刚石单晶腐蚀的均匀性较差,而且在同一个晶面上腐蚀坑的大小和深度也有较大差别。二水草酸铁腐蚀金刚石的机理为金刚石石墨化和氧化,而二水草酸钴和六水硝酸钴腐蚀金刚石的主要机理为金刚石石墨化。(5)分析比较了不同方法处理的金刚石及其与金属结合剂复合烧结体的机械性能。与未处理金刚石相比,镀钛金刚石的单颗粒抗压强度和冲击韧性都较高,与铜基结合剂复合制备的烧结体的硬度、抗弯强度和冲击强度均无明显变化,但与铁基结合剂复合制备的烧结体的抗弯强度和冲击强度都略有下降。经钴粉腐蚀处理的金刚石的单颗粒抗压强度和冲击韧性虽然都略有下降,但与铜基和铁基结合剂复合制备的烧结体的抗弯强度和冲击强度均明显提高。(6)通过锯切试验,对比了不同方法处理的金刚石制备的金属基锯片的锯切性能。与未处理金刚石制备的锯片相比,镀钛金刚石与铜基结合剂制备的锯片锯切试验后工作面上金刚石出刃高度无明显变化,但50%出刃比例稍有增加,金刚石脱落率略有下降,锯片锯切寿命提高15%;与铁基结合剂制备的锯片锯切试验后工作面上金刚石出刃高度和50%出刃比例均增加,金刚石脱落率明显降低,锯片的锋利度较差,锯切寿命增加11%。腐蚀处理金刚石与铜基和铁基结合剂制备的锯片锯切试验后工作面上金刚石出刃高度和50%出刃比例均增加,金刚石脱落率均明显下降,锯片自锐性较好,锯片锯切寿命分别提高12%和8%。