聚晶金刚石(Polycristalline diamond,PCD)由于其高硬度、高耐磨性和高冲击韧性等优异性,广泛应用于地质钻探、机械加工和非常规油气勘探等领域,而热稳定性能作为衡量PCD服役性能的重要指标,对设计制造长寿命切削、钻探机具,推动其在重大钻探工程的应用具有至关重要的意义。因此,本文主要开展PCD热稳定性能的调控及强化工作。采用磁控溅射技术在金刚石微粉表面分别沉积硼和钛镀层,并以镀膜金刚石微粉为原料在高温高压环境下烧结制备聚晶金刚石复合片,系统研究镀膜PCD的热损伤机制,通过界面效应强化其热稳定性能。研究不同粒度PCD的热损伤行为,揭示热环境下金刚石粒度通过钴含量对PCD热稳定性能及摩擦磨损性能的作用机制,实现对PCD热稳定性能的有效调控。研究结果表明:(1)选用镀硼金刚石微粉为原料烧结制备聚晶金刚石(B-PCD),引入碳化硼层将B-PCD的石墨化和氧化起始温度分别提高100℃和30℃,有效改善了样品的热稳定性能。选用镀钛金刚石微粉为原料烧结制备聚晶金刚石(Ti-PCD),获得碳化钛层将Ti-PCD的石墨化和氧化起始温度分别提高100℃和50℃,有效改善了样品的热稳定性能。碳化硼和碳化钛层通过阻碍钴与金刚石的直接接触以防止钴的催化石墨化作用,进而提高样品的抗石墨化性能。同时,碳化硼和碳化钛层先于金刚石发生氧化,进而改善样品的抗氧化性能。(2)金刚石粒度通过钴含量及其分布形式作用750℃热处理PCD的热损伤行为。金刚石平均粒径为2μm和10μm的小粒度PCD样品中低含量、球粒状分布的钴导致样品的热损伤形式以氧化腐蚀为主。平均粒径为25μm和35μm的大粒度样品中高含量、叶脉状分布的钴可诱导产生高程度石墨化、裂纹、D-D键断裂及金刚石颗粒剥落,对PCD损伤严重。(3)大粒度PCD中高含量钴对700℃热处理样品具有减摩和抗磨作用。金刚石平均粒径为25μm和35μm的PCD钴含量高,多为叶脉状分布,可促进样品在热处理过程中发生石墨化,益于形成减摩碳质转移膜,导致低摩擦。热处理PCD表面剥落坑处氧化物填充可阻碍金刚石颗粒剥落,保护样品发生严重磨损。